【کاربردهای کروماتوگرافی در صنایع نفت و پتروشیمی】 | دقیق شیمی آزما

کاربردهای کروماتوگرافی در صنایع نفت و پتروشیمی

کروماتوگرافی گازی (GC)

کروماتوگرافی روشی برای بررسی و جداسازی مواد فرار، بدون تجزیه شدن آن‌ها می باشد. در کروماتوگرافی گازی، فاز گازی یک گاز بی اثر (برای مثال هلیوم، نیتروژن، آرگون و دی‌اکسید کربن) است و به آن فاز متحرک گاز حامل هم گفته می شود. فاز ساکن، یک جسم جامد جاذب یا لایه نازکی از یک مایع غیر فرار است که به دیواره داخلی ستون یا به صورت پوششی روی سطح گلوله‌های شیشه ای یا فلزی قرار داده شده‌است.

در صورتی که فاز ساکن جسم جامد جاذب باشد اصطلاحا کروماتوگرافی گازی گفته می شود. این دستگاه معمولا در زمینه های دارویی، محیط زیست، صنایع غذایی، پزشکی قانونی و صنایع نفت و پتروشیمی کاربرد دارد. امکان نصب ۳ دتکتور، ۲ کانال مجزا جهت نصب ستون های مختلف، سیستم تزریق اتوماتیک و نسل جدید کنترل کننده های گاز با تکنولوژی EPC جهت برنامه ریزی فشار و دما و قابلیت نصب دتکتورهای FID , TCD , ECD , NPD , FPD , SCD و NCD از ویژگی های بارز این سیستم ها می باشد.
این تکنیک برای جداسازی ترکیباتی با ویژگی های زیر مناسب است:
نوسانات بالا
پایداری حرارتی
وزن های مولکولی کم
هدف از کروماتوگرافی گازی

بیشتر بخوانید: کاربردهای کروماتوگرافی در پزشکی قانونی

هدف اصلی تکنیک کروماتوگرافی گازی جداسازی ترکیباتی است که دارای:

نوسانات بالا
وزن های مولکولی کم
پایداری حرارتی

کروماتوگرافی گازی چگونه کار می کند؟

در کروماتوگرافی گازی معمولاً از سه نوع گاز استفاده می شود:
گاز حامل : برای انتقال نمونه تزریق شده به ستون جداسازی مورد نیاز است. آنها همچنین مسئول انتقال بعدی اجزای جدا شده به آشکارساز هستند. نمونه های رایج: نیتروژن، هلیوم یا هیدروژن
گاز سوخت:  از شعله در آشکارساز یونیزاسیون شعله (FID) مانند هیدروژن پشتیبانی می کنند.
هوای صفر : هوای تصفیه شده هستند که نقش اکسیدان را برای پشتیبانی از احتراق شعله در آشکارساز بازی دارا می باشند. قبل از اینکه به سیستم کروماتوگرافی گازی هدایت شوند، سه مورد فوق به نسبت دلخواه با هم مخلوط می شوند.

انژکتور نمونه
انژکتور یک بلوک گرم است که در آن نمونه تزریق می شود. از طریق جریان گاز حامل، نمونه به طور خود به خود بخار شده و به ستون هدایت می شود.
با کمک یک سرنگ گاز تنگ، مخلوط های نمونه مایع تزریق می شوند، در حالی که با کمک دریچه های تزریق خودکار، مخلوط های گازی تزریق می شوند.

ستون
ستون با فاز ثابت پر می شود یا دیواره های آن با یک جاذب مایع پوشانده می شود. این کار برای جذب انتخابی و حفظ اجزای نمونه انجام می شود. ستون های بسته بندی شده و ستون های مویرگی از انواع دیگر محبوب تر هستند.

جزء یک ستون - فر
ستون توسط یک کوره ستونی محصور شده است که وظیفه حفظ دمای ثابت در طول عملیات همدما را انجام می دهد. هنگامی که برنامه ریزی دما مورد نیاز است، می توان این دما را به روشی کنترل شده برای به دست آوردن جداسازی موثر اجزای مخلوط دارای نوسانات مختلف افزایش داد.

آشکارساز
آشکارساز برای شناسایی و تعیین کمیت اجزاء استفاده می شود. در اینجا، نواحی پیک‌های منفرد ایجاد شده به غلظت آن‌ها مربوط می‌شود و زمان‌های ماندگاری نشان‌دهنده هویت آن‌ها است.
مثال‌های رایج در این زمینه آشکارساز یونیزاسیون شعله، آشکارساز هدایت حرارتی (TCD) و آشکارساز جذب الکترون (ECD) می توانند استفاده شوند.

سیستم داده
این مجموعه ای از نرم افزارهای اختصاصی است که کنترل بسیاری از پارامترهای عملیاتی مهم مانند توالی تزریق، سیکل های شستشو، کنترل بیش از حد دما، نرخ جریان گازها، طول موج آشکارساز و غیره را فراهم می کند. به طور همزمان، ایستگاه داده پارامترها را محاسبه و نمایش می دهد.

آنالیز کروماتوگرافی گازی
این مورد  از زمان تزریق نمونه به ستون ( t 0 ) تا رسیدن به آشکارساز محاسبه می شود. هر پیک آنالیت دارای زمان ماندگاری است که از راس پیک اندازه گیری می شود، درست مانند  tR .

محور Y - پاسخ آشکارساز
پاسخ آشکارساز، پاسخ اندازه گیری شده پیک آنالیت را در آشکارساز نشان می دهد. خط مبنا در اینجا نشان دهنده سیگنال دریافتی از آشکارساز است که در آن هیچ آنالیتی از ستون شسته نمی شود یا زیر حد تشخیص است. در شرایطی که خط پایه بالاتر از حد معمول باشد، به عنوان نشانه ای از مشکل یا نشانه ای برای بررسی تعمیر و نگهداری در نظر گرفته می شود. اندازه گیری هایی مانند عرض در خط مبنا، عرض در نصف ارتفاع، مساحت و ارتفاع کل را می توان از قله خارج کرد. برای حساسیت بهتر و وضوح بهتر، قله های باریک تر و تیزتر مورد نظر است. دقت اندازه گیری ها تحت تأثیر تعداد کل نقاط داده موجود در یک پیک است.

انواع کروماتوگرافی گازی

دو نوع کروماتوگرافی گازی وجود دارد که به آنها طبقه بندی می شود
کروماتوگرافی GLC یا گاز مایع
کروماتوگرافی GSC یا گاز جامد

در هر دو روش از مایع یا جامد به عنوان فاز ساکن استفاده می شود، در حالی که از گاز به عنوان فاز متحرک استفاده می شود. در کروماتوگرافی گازی جامد، احتباس آنالیت ها به دلیل جذب فیزیکی است. از سوی دیگر، کروماتوگرافی گازی مایع، یون ها یا مولکول هایی را که در یک حلال حل شده اند جدا می کند.
وقتی محلول نمونه با فاز جامد یا مایع دوم تماس پیدا می کند، املاح شروع به تعامل با فازهای دیگر می کند. با توجه به نرخ های مختلف جذب، تبادل یونی، پارتیشن بندی یا اندازه، برهم کنش متفاوت خواهد بود و این چیزی است که جداسازی اجزای مخلوط را از یکدیگر امکان پذیر می کند. این تفاوت ها باعث می شود که مخلوط نمونه با سرعت های متفاوتی از ستون عبور کند و ترکیبات را بتوان جدا کرد.
کروماتوگراف گازی مانند هر ابزار تحلیلی دیگری از دستگاهی با چندین دستگیره و شماره گیری به یکی با صفحه کلید ساده مبتنی بر ریزپردازنده برای کنترل پارامترهای عملیاتی تبدیل شده است.
این ساده سازی باعث سهولت کار و صرفه جویی در زمان شده است. درک اجزای اصلی به حداکثر استفاده از قابلیت های سیستم کمک می کند.

ابعاد کروماتوگرافی گازی

یک مثال رایج در این مورد، آنالیز گازوئیل است که شامل شناسایی آنالیت های ردیابی در ماتریس های پیچیده، مانند نمونه های غذا یا نمونه های محیطی است.
تجزیه و تحلیل را می توان بدون وضوح کامل کروماتوگرافی از طریق وضوح طیفی انجام داد، جایی که MS با GC خط فاصله است. با این حال، این روش می‌تواند در شرایطی موفق باشد که پیک‌های coeluting طیف‌های متفاوتی داشته باشند.
در جایی که اکثر قله ها از طریق یک ستون جدا می شوند و سپس چند گروه از پیک های کولوتینگ بریده می شوند و به یک ستون جدید متشکل از فازهای ثابت و گزینش پذیری متفاوت منتقل می شوند، کار قلب برش خوب است. اگر نمونه‌ها با هم‌شویش‌های مکرر پیچیده باشند، از کروماتوگرافی دو بعدی استفاده خواهد شد.

کاربردهای کروماتوگرافی گازی

صنعت داروسازی
پژوهش
پزشکی و قانونی
پایش محیطی هم در داخل آزمایشگاه ها و هم در آب های طبیعی
پالایش نفت و پتروشیمی
روغن های خوراکی
طعم‌ها، نوشیدنی‌ها و صنایع غذایی
صنعت عطرسازی
پلیمرها و پلاستیک ها
آفت کش ها

محدودیت ها

کروماتوگرافی گازی می تواند ترکیبات فرار هلیوم/هیدروژن را تنها زمانی تجزیه و تحلیل کند که وزن مولکولی آنها در حدود 1250 U باشد. در مورد ترکیباتی که از نظر حرارتی حساس هستند، قرار گرفتن در معرض دمای بالا در GC می تواند آنها را تخریب نماید.
برای به حداقل رساندن آن می توان از تکنیک های تزریق سرد و دماهای پایین استفاده کرد. برای جلوگیری از گم شدن یا گیرکردن آنالیت های قطبی در GC، سیستم باید به خوبی نگهداری شود و آنالیت ها باید مشتق شوند.

بیشتر بخوانید: کمومتریکس تجزیه ای

یکی از مشکلات عمده کروماتوگرافی گازی نشت است. از آنجایی که فاز متحرک گازی است که در سیستم جریان دارد، ممکن است نشتی رخ دهد. بنابراین، اطمینان از نصب صحیح قطعات و مواد مصرفی و بررسی منظم سیستم از نظر نشتی بسیار مهم است.
مشکل دیگر فعالیت آنالیت های قطبی بیشتر، به ویژه آنهایی که در سطوح کمیاب هستند، است. مسائلی مانند جذب غیرقابل برگشت یا تجزیه واکنش دهنده نیز می تواند به دلیل تجمع کثیفی در سیستم و گروه های سیلانول روی لایه ها و ستون های شیشه ای رخ دهد.
بیشتر مشکلات در ناحیه ورودی که نمونه تزریق، انتقال و تبخیر به ستون GC می شود دیده می شود. از این رو، اطمینان از نگهداری مناسب ورودی و استفاده از مواد مصرفی صحیح ضروری است.

کروماتوگرافی مایع (LC)

یکی از متداول ترین روش های جداسازی و شناسایی ترکیبات مولکولی، تکنیک کروماتوگرافی مایع می باشد. در سال 1953 جان پرتر و ریچارد لارنس جایزه نوبل را بخاطر اختراع پیکربندی کروماتوگرافی (Invention of Partition Chromatography) دریافت کردند، سالها بعد با تلاش و تمرکز جهت بهبود پمپ ها، سمپلرها و اشکارساز ها توانستند مدل تجاری با دقت و جداسازی سریع را به بازار عرضه کنند.
از معتبر ترین کمپانی های سازنده دستگاه کروماتوگراف مایع که بیشتر سهم بازار را دراختیار دارند برند واترز (Waters) با 32 درصد سهم، اجیلنت (Agilent) با 30 درصد و شیمادزو (Shimadzu) با 20 درصد سهم از بازار پیشرو در فروش دستگاههای کروماتوگرافی می باشند. بیشترین میزان فروش در بازار هدف در صنایع متعلق به صنایع داروسازی (pharmaceutical) با بیش 55 درصد و صنایع متفرقه من جمله غذایی ، پتروشیمی، نفت و گاز ، زیست محیطی با 32 درصد در مرتبه بعدی و مراکز دانشگاهی و تحقیقاتی با 14 درصد در رده های بعدی می باشد.