كيفية اختيار جهاز كشف كروماتوغرافيا الغاز: إتقان سيناريوهات الكشف المختلفة (الجزء 1)

يعمل العديد من الأشخاص في تحليل كروماتوغرافيا الغازعلى الرغم من إتقانهم لمنهجيتهم، وعمودهم، ومعايير درجة الحرارة، لا تزال بياناتهم غير دقيقة، أو لا تظهر القمم، أو تكون الحساسية غير كافية. أحد الأسباب الشائعة هو اختيار الكاشف الخاطئ. يحدد العمود "إمكانية فصل المكونات"، بينما يحدد الكاشف "إمكانية قياسها بدقة". تتطلب العينات المختلفة، والمكونات المختلفة، ونطاقات التركيز المختلفة كواشف مختلفة تمامًا. قد يؤدي اختيار الكاشف الخاطئ إلى عدم الاستجابة، أو حساسية منخفضة للغاية، أو خطية ضعيفة، ومشاكل أخرى، مما يؤثر سلبًا على صحة البيانات ودقتها العلمية.

جهاز كروماتوغرافيا الغاز من سلسلة BFRL SP-5000

سنشرح اليوم بأسلوب مبسط منطق اختيار أربعة من أجهزة الكشف المستخدمة في كروماتوغرافيا الغاز، ومكوناتها، ومزاياها وعيوبها، وأخطائها الشائعة. ويمكن تطبيق ذلك على تحليل وكشف الغازات، والمنتجات النفطية، والمركبات العضوية المتطايرة، والمذيبات المتبقية، وغيرها.

1) كاشف تأين اللهب (FID) - الكشف عن الهيدروكربونات العضوية

ملخص: كاشف التأين اللهبي، ويُختصر بـ FID. يُعدّ كاشف التأين اللهبي كاشفًا واسع الاستخدام في كروماتوغرافيا الغاز، ويتميز بخطية جيدة وثبات ممتاز. يعمل هذا الكاشف وفقًا لمبدأ احتراق المركبات العضوية في لهب الهيدروجين لتوليد إشارات كهربائية. وهو يقيس عادةً المركبات العضوية فقط، ويستجيب للهيدروكربونات فقط، بحساسية عالية.

التطبيقات:يُعدّ جهاز الكشف عن اللهب (FID) الأداة الأساسية لتحليل غازات المصافي والغاز الطبيعي والهيدروكربونات. بالنسبة لجميع المركبات العضوية المحتوية على الكربون، مثل الألكانات والألكينات والمركبات العطرية والكحولات والإسترات والمركبات العضوية المتطايرة والمذيبات العضوية المتبقية ومكونات المنتجات النفطية، طالما أنك تقيس الهيدروكربونات أو المركبات العضوية، يُمكن إعطاء الأولوية لجهاز الكشف عن اللهب.

سمات: يتميز هذا الجهاز بحساسية عالية، وثبات في خط الأساس، ونطاق خطي واسع للغاية. يستطيع قياس كل من المكونات الضئيلة والثابتة، وتتفوق قابليته للتكرار على معظم أجهزة الكشف. إلا أن عيبه يكمن في عدم استجابته إطلاقاً للغازات غير العضوية مثل الأكسجين، والنيتروجين، وأول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون، وكبريتيد الهيدروجين، والماء، والهواء.

قضية: كمثال، عند استخدام جهاز كروماتوغرافيا الغاز SP-5210Pro، المُجهز بعمود BH-1 مُخصص لتحليل الهيدروكربونات الخفيفة وكاشف تأين اللهب (FID) الذي يستجيب فقط للهيدروكربونات، تم إنجاز فصل وكشف كامل الطيف بكفاءة عالية في غضون 7 دقائق. وكانت النتائج الكمية لكل مُكوّن هيدروكربوني دقيقة، كما هو موضح في مخطط الكروماتوغرافيا أدناه.

2) جهاز الكشف عن الغازات الثابتة/الضئيلة (TCD)

ملخص:كاشف التوصيل الحراري، ويُختصر بـ TCD. يُعدّ كاشف التوصيل الحراري كاشفًا عالميًا غير مُتلف في كروماتوغرافيا الغاز لقياس المواد العضوية وغير العضوية. لا يعتمد على الاحتراق، بل يُولّد قممًا بناءً على اختلافات المقاومة الناتجة عن اختلاف التوصيل الحراري للغازات. يُستخدم بشكل أساسي لتحديد الغازات الدائمة، حتى تلك التي تحتوي على كميات ضئيلة جدًا.

التطبيقات: الأكسجين، النيتروجين، الهيدروجين، الأرجون، أول أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكربون، الميثان، مكونات الهواء، إلخ. لقياس الغازات الدائمة والغازات غير العضوية، يُعدّ كاشف التوصيل الحراري (TCD) ضروريًا في أغلب الأحيان. في تطبيقات مثل تحليل غازات المصافي وتحليل مكونات الغاز الطبيعي بالكامل، يُستخدم غالبًا نظام كاشف مزدوج يتكون من كاشف التوصيل الحراري (TCD) وكاشف التأين اللهبي (FID).

سمات:يستجيب كاشف التوصيل الحراري (TCD) لجميع الغازات، ويمكنه قياس المركبات غير العضوية والمركبات العضوية ذات التركيز الثابت. مع ذلك، ونظرًا لأن حساسيته أقل بكثير من حساسية كاشف التأين اللهبي (FID)، فلا يُنصح باستخدامه في التحليل الكمي للهيدروكربونات النزرة. كما أنه شديد الحساسية لمعدل التدفق ودرجة الحرارة والضغط. في حال عدم استقرار المعايير أو عدم ضبطها بشكل صحيح، قد يحدث انحراف في خط الأساس. إضافةً إلى ذلك، وبسبب طبيعته "غير المدمرة"، يُستخدم كاشف التوصيل الحراري (TCD) غالبًا ككاشف تداخل.

قضية: كمثال، عند استخدام التكوين المُقدّم لأحد معاهد الأكاديمية الصينية للعلوم، كان متطلب الكشف لدى المستخدم هو تحليل الغازات الدائمة، بما في ذلك الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والميثان وأول أكسيد الكربون. وباستخدام جهاز كروماتوغرافيا الغاز SP-5220، المُجهّز بعمود غربال جزيئي 5A + عمود HayeSepA وكاشف التوصيل الحراري (TCD) المُخصّص لتحليل الغازات الدائمة، تمّ الحصول على نتائج نوعية وكمية ممتازة لكل مُكوّن في غضون 9 دقائق. في الوقت نفسه، استُخدم حقن صمام أوتوماتيكي ذو عشرة منافذ لعكس المُكوّنات، واستُخدمت طريقة تبديل صمام بستة منافذ لحجب المُكوّنات المُتداخلة وحماية العمود. يظهر مخطط الكروماتوغرافيا أدناه.

تناولنا اليوم نوعين فقط من الكواشف: كاشف التأين اللهبي (FID) وكاشف التوصيل الحراري (TCD). وهما الأكثر شيوعًا واستخدامًا في تحليل كروماتوغرافيا الغاز. يتميز كاشف التأين اللهبي (FID) بحساسيته العالية في تحليل آثار المركبات العضوية (من جزء في المليار إلى جزء في المليون)، بينما يركز كاشف التوصيل الحراري (TCD) على الكشف الشامل عن جميع مكونات الغازات الدائمة ومستوياتها الثابتة (من جزء في المليون إلى النسبة المئوية). يكمل كل منهما الآخر، ويغطيان معظم تطبيقاتهما في مجالات الكيمياء والطاقة والبيئة والغذاء والأدوية والبحث العلمي وغيرها.

في المرة القادمة، سنتناول كاشفين آخرين: كاشف اللهب الضوئي FPD وكاشف التقاط الإلكترون ECD. ما هي الاختلافات في خصائص استخدامهما وسيناريوهات تطبيقهما؟