تحليل GC-MS

المقدمة

هناك عدد قليل من الطرق التحليلية التي تجمع بين طريقتين للتعرف وتنتج دقة فريدة. في السنوات الأخيرة، تم استخدام محلل GC-MS في البحوث الأكاديمية بهدف تحديد وتحليل المركبات الاصطناعية الجديدة في الكيمياء والبوليمر وتكنولوجيا النانو والتكنولوجيا الحيوية. سنحاول في هذه المقالة إرشادك لمعرفة المزيد عن هذه الطريقة…

المعرفة الأساسية لتحليل GC-MS

يعد تحليل GC-MS طريقة اختبار قوية تجمع بين خصائص الكروماتوغرافيا الغازية ومطيافية الكتلة لتحديد وقياس المواد المختلفة في العينة.
يتكون جهاز تحليل GC MASS من جزأين: الكروماتوغرافيا الغازية (GC) مطيافية الكتلة (MS). في هذه الطريقة، يتم تحديد مكونات الخليط في مطيافية الكتلة بعد فصلها بواسطة الكروماتوغرافيا الغازية.
تدخل العينة إلى الجهاز من خلال الكروماتوغرافيا الغازية، لذلك تكون العينات قادرة على إجراء تحليل GC-MS المتطايرة أثناء وجود ضغط بخار مرتفع ولا تتلف أو تتحلل بالحرارة.
يتم في هذا التحليل إدخال مكونات الخليط في غرفة التأين لمطياف الكتلة بعد فصلها بعمود كروماتوغرافي وتأين. بعد ذلك، يتم فصلها باستخدام محلل الكتلة بناء على نسبة الكتلة إلى الشحن (m/z).
يمكن الحصول على بيانات كمية ونوعية عن الوزن الجزيئي وهيكل المركبات من خلال تحليل GC MASS. هذا التحليل له العديد من التطبيقات والاستخدامات في مجالات الدراسات البيئية والكيميائية والصيدلانية والزراعية والطبية والقانونية وعلوم النانو.

تعليمات استخدام جهاز GC MASS

تتضمن العمل مع جهاز GC / MS باختصار هذه المراحل: البدء والمعايرة وإعدادات الجهاز والتحضير وكيفية حقن العينة واختيار طريقة التأين والمسح واختيار الطريقة وتنفيذها وكيفية استخراج الطيف والبحث المكتبي وجمع المعلومات.

بداية مضخة الفراغ

لبدء العمل بمطيافية الكتلة، يجب أولا تشغيل مضخة التفريغ الميكانيكية لتوفير الفراغ المطلوب. من ناحية أخرى، عندما نريد إيقاف تشغيل الماكينة، يجب تفريغ فراغ الآلة ثم إيقاف تشغيل المضخة لمنع الزيت من العودة إلى المضخة.

اختيار طريقة التأين

نقطة أخرى قبل البدء في العمل مع الجهاز هي اختيار طريقة التأين. في ما يلي هذه المقالة، سوف نقدم لكم طرق التأين. لكن، لا بأس أن تعرفوا أن طرق التأين الإلكتروني والكيميائية تستخدم عادة في المختبرات.

تُستخدم طريقة التأين الإلكتروني لتحديد تركيبة العينة، لكن التأين الكيميائي يساعد في تحديد الوزن الجزيئي للمركب.

يتم في التأين الإلكتروني الحصول على معلومات حول بنية التجزئة، والتي تُستخدم في تحديد المركب. من ناحية أخرى، تساعد طريقة التأين الكيميائي في تحديد الوزن الجزيئي للمركب وتعطي معلومات أقل حول تفتيت المركب. لاحظوا أن كل من هذه التقنيات تتطلب مصدر تأين مختلف يجب إعداده قبل إنشاء فراغ في الجهاز.

اختيار طريقة المسح

بعد اختيار طريقة التأين، حان الوقت لتحديد طريقة المسح. يمكن إجراء المسح بطريقتين. الطريقة الأولى هي المسح المتسلسل في نطاق الكتلة. على سبيل المثال، المسح في نطاق 50-550 amu.

يتم في الطريقة الثانية، والتي تسمى العرض الأيوني المحدد، استخدام الكتل الخاصة التي تتميز بها التركيبة التحليلية. لا تنس أن اختيار نوع الفحص يعتمد على نوع التكوين الخاص بك. غالبا ما يتم استخدام طريقة المسح المتسلسل بالنسبة للمركبات غير المعروفة والمخاليط المعقدة.

إذا كنا نبحث عن كميات صغيرة من مركبات معينة أو إذا كنا نبحث عن تغييرات في بنية المركب في نطاق زمني، فإن طريقة عرض الأيونات المحددة هي الأفضل.

المعايرة والضبط

بعد إجراء التحديدات أعلاه وتحديد برنامج درجة الحرارة، حان وقت المعايرة. يتم لمعايرة الجهاز استخدام مادة تحمل الأسماء التجارية PFTBA أو 43 FC  كغاز معايرة.

يتم عادة، قبل البدء في العمل مع الجهاز تنفيذ برنامج ضبط تلقائي يومي بحيث تتم معايرة وإعدادات الجهاز تلقائيا. إذا تم تنفيذ هذه الخطوة بنجاح، يكون الجهاز جاهزا لحقن العينة وبدء تحليل الكروماتوغرافيا الغازية (GC) وبعده مطيافية الكتلة (MS).

  ما الكروماتوغرافيا الغازية (GC)؟

الكروماتوغرافيا الغازية هي واحدة من أكثر تقنيات التحليل شمولا، وهو جهاز يحصل على معلومات متنوعة ومفيدة للغاية من كل مكون من مكونات الخليط. هذا، إذا تم استخدام جميع ميزات هذا الجهاز بشكل صحيح وبدراية!

كما أسلفنا، أنه لا يمكن تحليل جميع العينات بهذه الطريقة. يمكن – فقط – العينات التي لها خصائص معينة تحليلها بواسطة الكروماتوغرافيا الغازية. يجب أن تكون جميع مكونات العينة متقلبة تماما في نطاق درجة حرارة 400-350 درجة مئوية وأن يكون لها ضغط بخار كبير. هذا، وأنه لا تتلف مكونات العينة أو تتحلل مع الزيادة السريعة في درجة الحرارة بل تتبخر فقط.

أساس العمل لكروماتوغرافيا الغازية في تحليل GC MASS

تستند مبادئ الفصل بواسطة الكروماتوغرافيا الغازية في تحليل GC-MS على توزيع العينة بين مرحلتين. إحدى هذه المراحل عبارة عن ركيزة تحتوي على جزيئات ذات مساحة سطح كبيرة والتي تكون ساكنة تماما. المرحلة الأخرى هي الغاز الذي يمر عبر هذه الركيزة الثابت.

الكروماتوغرافيا الغازية – الصلب

إذا كان الطور الثابت صلبا، فإن العملية تسمى الكروماتوغرافيا الغازية – الصلب. تعتمد هذه الطريقة بشكل كبير على خصائص امتصاص السطح للمواد الموجودة في العمود لفصل العينات (خاصة الغازات). أهم المواد الصلبة في العمود هي هلام السيليكا والكحول الجزيئي والفحم.

الكروماتوغرافيا الغازية – السائل

إذا كانت المرحلة الثابتة سائلة في كروماتوغرافيا الغاز لتحليل GC-MS، فإنها تسمى كروماتوغرافيا الغاز – السائل. يستخدم هذا الكروماتوغرافيا على نطاق واسع في جميع مجالات العلوم، والتي يشار إليها عادة بالاسم المختصر الكروماتوغرافيا الغازية (Gas chromatography).

يتم في الكروماتوغرافيا الغازية-  السائل، إدخال مكونات العينة المراد فصلها في العمود باستخدام غاز خامل (الغاز الحامل).

يتم تقسيم المكونات في العينة بين الغاز الحامل والمذيب غير المتطاير (الطور الثابت) والذي يتم تثبيته على المادة الصلبة الداعمة. الجسم الصلب هو جسم صلب خامل ذو حجم معروف ومحدد.

يعمل المذيب غير النشط بشكل انتقائي على إبطاء حركة مكونات العينة بناء على معاملات التوزيع المختلفة. بطريقة تجعل كل واحد منهم ينشئ نطاقات منفصلة في الغاز الحامل. يغادر كل من هذه النطاقات العمود الكروماتوغرافي جنبا إلى جنب مع تدفق الغاز الحامل ويتم تسجيلها في المكشاف كدالة لوقت التسجيل.

  أجزاء نظام الكروماتوغرافيا الغازية

  الغاز الحامل (الطور المتحرك)

يلعب في تحليل كروماتوغرافيا GC-MS، الطور المتحرك أو الغاز الحامل دور نقل العينة من العمود فقط. من الضروري أن يكون هذا الغاز الحامل خاملا وبلا أثر تماما للعينة والمذيب. كما يجب أن تكون عالية النقاء ومتوفرة ورخيصة وتتناسب مع مكشاف الجهاز.

تستخدم غازات الهيليوم والأرجون والنيتروجين والهيدروجين كغاز ناقل. لاحظ أن الغاز الحامل يجب أن يكون نقيا وخاليا من الرطوبة والأكسجين. نقاوة الغاز الحامل هي أهم ما يميزه لأن وجود أي شوائب في هذا الغاز يسبب الضجيج ويؤثر على حساسية ودقة الاختبار.

من الضروري الانتباه إلى نوع الغاز الحامل، لأن لها تأثير كبير على كفاءة العمود ووقت تحليل GC-MS. يقلل غاز الهيدروجين بوزنه الخفيف وسرعته العالية من كفاءة العمود ويقصر وقت التحليل.

من ناحية أخرى، يكون الغاز الحامل للنيتروجين أثقل ويزيد من كفاءة العمود. لكنه يزيد من وقت التحليل. لنقل أن غاز النيتروجين لديه أفضل كفاءة في الحجم الأمثل. بالطبع، أن غاز الهليوم أقل خطورة أيضا وله مردود جيد عند السرعات العالية. بشكل عام، لا يحظى الهيدروجين باهتمام كبير نظرا لقابليته للانفجار ومشاكل الصيانة.

مقياس الجريان أو الروتاميتر (Rotameter)

يجب أن يكون للغاز الحامل الذي يدخل عمود الآلة ضغط ومعدل تدفق معين وثابت. لإنشاء هذا الاستقرار، يمكن استخدام أدوات ملحقة مختلفة؛ أدوات مثل أجهزة التحكم في التدفق، ومنظمات الضغط، ومقاييس الدوران، وما إلى ذلك، والتي تُستخدم لضبط والتحكم في ضغط وسرعة تدفق الغاز الحامل.

يعد مقياس الدوران أحد الأدوات المهمة لقياس معدل تدفق السوائل والغازات. يجب أن يكون ضغط المدخل في محلل GC MASS أعلى من ضغط الغرفة بحوالي 10 إلى 50 psi. بالإضافة إلى ذلك، من الضروري أن يكون معدل تدفق الغاز الحامل 25-150 مليلترا على دقيقة في الأعمدة المعبأة و 0.1-25 مليلتر على دقيقة للأعمدة الشعرية. وتجدر الإشارة إلى أن معدل تدفق الغاز الحامل يعتمد على قطر العمود ونوع الغاز.

نظام حقن العينة (الحاقن)

يتم إدخال عينات تحليل GC-MS في العمود بواسطة نظام حقن العينة أو الحاقن (Injector). يتم تبخير العينة بعد دخول الحاقن، ويخلط مع الطور المتحرك، ثم يدخل في العمود للفصل.

من الأفضل إدخال العينة بحجم مناسب وفي شكل كتلة(plug)  من البخار إلى العمود. يؤدي الحقن البطيء والحجم غير المناسب للعينة إلى انتشارها في العمود والفصل غير الفعال. يمكن إجراء عملية الحقن يدويا باستخدام محاقن خاصة أو تلقائيا. تحتوي جميع أجهزة تحليل GC-MS الحديث على نظام حقن تلقائي للعينة (auto sampler).

أعمدة وأفون

يلعب عمود جهاز الكروماتوغرافيا الدور الرئيسي للفصل. عموما، يتم استخدام نوعين من الأعمدة في تحليل GC-MASS الأعمدة المعبأة (packed column) والأعمدة الشعرية (capillary column).

الأعمدة المملوءة

هذه الأعمدة أقدم ومصنوعة من أنابيب معدنية أو زجاجية. تعتبر الأعمدة الفولاذية أكثر مقاومة، ولكن يجب أن تملأ من قبل الشركة المصنعة. في المقابل، تتميز الأعمدة النحاسية بالمرونة وسهولة التعبئة وسهولة الالتفاف. ولكن، قد تحدث بعض التفاعلات غير المرغوب فيها في التحليل بسبب تكوين أكسيد النحاس في جدار العمود.

على الرغم من أن الأعمدة الزجاجية هشة، إلا أنه من السهل اكتشاف فقاعات الهواء فيها، وذلك بسبب شفافيتها. يتراوح طول الأعمدة المملوءة عادة ما بين 2 إلى 3 أمتار وقطرها الداخلي من 2 إلى 4 مم. يجب أن تكون مواد التعبئة لهذه الأعمدة جسيمات كروية وموحدة ذات قوة جيدة، وذات سطح محدد ومناسب ومحايدة في درجات الحرارة العالية.

الأعمدة الشعرية

هذه الأعمدة على شكل أنابيب مفتوحة، مصنوعة من زجاج الكوارتز أو الفلزية. يتم وضع المرحلة الثابتة على شكل طبقة رقيقة على الجدار الداخلي لهذا العمود. يتراوح طول هذه الأعمدة من 15 إلى 50 مترا ويتراوح قطرها الداخلي من ۰٫۱۵ إلى ۰٫۵۵ ميكرومتر. تقسم هذه الأعمدة نفسها إلى فئتين عامتين:

• الأنبوب المفتوح مع جدار الأندود (Wall coated open tubular, WCOT): السطح الداخلي للعمود مغطى بطبقة رقيقة جدا من الطور الثابت. إنها مصنوعة من السيليكا التي تحتوي على كميات صغيرة من أكاسيد المعادن. طلاء بوليميد مرن تماما ويمكن تحويله بسهولة إلى حلزوني أو حلقة.
• الأنبوب المفتوح مع داعم الأندود (Wall coated open tubular, WCOT): يتم في هذه الأعمدة، تغطية الجدار الداخلي للأنبوب بطبقة رقيقة من المواد الحافظة مثل التراب الدياتومي (بسماكة حوالي 30 ميكرومتر) ثم يتم وضع المرحلة الثابتة عليها.

الطور الثابت

إذا كنت تبحث عن عملية فصل جيدة ذات كفاءة جيدة، فإن اختيار المادة المناسبة للمرحلة الثابتة مهم جدا. لاحظ أن الطور الثابت يجب أن تكون خاملة كيميائيا ولها استقرار حراري جيد.

بالنسبة للمراحل الثابتة السائلة، يجب أن تكون نقطة الغليان على الأقل 100 درجة فوق الحد الأقصى لدرجة الحرارة العملية للعمود. عادة ما تكون الأطوار الثابتة الشائعة مصنوعة من بولي سيلوكسان أو بولي إثيلين جليكول، والتي لها ثبات حراري يصل إلى 350 درجة مئوية.

متحكم درجة الحرارة

تتحكم أدوات التحكم لدرجة الحرارة في تحليل GC-MS في درجة الحرارة بطريقتين، متساوي الحرارة (درجة حرارة مفردة) ومتدرج أو مبرمج (programming)، تكون في الوضع المتساوي الحرارة، درجة الحرارة ثابتة أثناء التحليل. غالبا يستخدم هذا الوضع عندما يكون هناك مادة واحدة فقط لتحديدها أو عندما يكون هناك العديد من المواد التي تكون درجة حرارة غليانها قريبة من بعضها البعض.

ستختلف درجة حرارة العمود بشكل مستمر أو تدريجي أثناء التحليل في التحكم درجة حرارة التدرج. يستخدم هذا الوضع عندما تحتوي المكونات الموجودة في العينة على نطاق واسع من نقاط الغليان.

المكشاف (دتکتور)

تحديد جميع المكونات الكيميائية للعينة المحقونة في العمود هي المهمة الرئيسة للمكشاف في كروماتوغرافيا الغاز. يستجيب الكاشف كهربائيا لوجود كل عنصر في الغاز الحامل التي تصل إلى المكشاف.

إذا كان المكشاف من شأنه يعطي استجابة قوية لجميع أنواع العينات، فهو مكشاف عام (universal) وإذا كان يتفاعل فقط مع مجموعات أو مركبات خاصة، فهو كاشف انتقائي (Selective).

يجب أن يكون المكشاف المثالي مستقرا وله دقة وموثوقية وتكرار جيدة مع وجود حساسية مناسبة. تعتبر الخصائص مثل حد الكشف (Detection limit) والمدى الخطي (Linearity range) للمكشاف مهمة جدا لتحليل GC-MS.

 أنواع أجهزة الكشف في الكروماتوغرافيا الغازية هي:

1. المكشاف (FID, Flame Ionization Detector): يمكن استخدامه للكشف عن المركبات الكربونية (أكثر أنواع الكاشفات شيوعا في كروماتوغرافيا الغاز).
2. المكشاف (NPD, Nitrogen Phosphorous Detector): يمكن استخدامه للكشف عن مركبات النيتروجين والفوسفور.
3. المكشاف (ECD, Electron Capture detector): لتحليل المركبات الهالوجينية.
4. مكشاف مطيافية الكتلة (Mass Spectrometer): لكشف العينات المجهولة.
5. مكشاف (TDC, Thermal conductivity Detector): للكشف عن جميع المركبات العضوية وغير العضوية.

النماذج الأولية للكروماتوغرافيا الغازية

يمكن استخدام تحليل GC MASS فقط للعينات الغازية أو العينات التي يمكن أن تتبخر. يجب أن تتمتع هذه العينات بثبات حراري حتى لا تتلف عند تسخينها.

عموما، يتضمن تحضير العينة للكروماتوغرافيا الغازية طرقا تفصل بين المركبات المتطايرة وشبه المتطايرة. كما أنها تمنع دخول المركبات الأيونية والأنواع ذات الوزن الجزيئي العالي في الخليط الذي يتم حقنه في الجهاز. في هذا الجزء من المقالة، سوف نقدم هذه الأساليب.

  طرق التقطير

تستخدم طريقة التحضير هذه، الاختلاف في الخصائص الفيزيائية والكيميائية (نفس المتطايرة أو ضغط البخار). تعتبر المنتجات التي يتم الحصول عليها من التقطير، بعد التجفيف، مع إضافة كبريتات الصوديوم، عبارة عن مخاليط متطايرة مناسبة لتحليل GC/MS.

طرق الاستخراج

في هذه الطرق، يعتمد الفصل على الاختلاف في قابلية ذوبان المادة التحليلية.

يتم في المذيب، إجراء الاختلاف في الامتصاص أو الانتزاز على مواد مثل المواد الصلبة التي يسهل اختراقها مثل الكربون المنشط، وهلام السيليكا، والألومينا، والجزيئي أو على البوليمرات المسامية مثل بولي دايميثيل سيلوكسان، وتيناكس، وكروموزوب، والراتنجات الاصطناعية.

طرق الفضاء العلوي (Head Space)

يتم تنفيذ تقنية Head Space بطريقتين: ثابت (يدوي) وديناميكي (آلة). توضع في الطريقة الاستاتيكا، العينة التي يمكن أن تكون سائلة أو صلبة أو لزجة، أو مصفوفات مائية، أو نباتات، وما إلى ذلك، في حاوية مناسبة بغطاء حاجز، ثم يتم وضعها عند درجة حرارة معينة في وقت معين.
خلال هذا الوقت، تكون المساحة العلوية للحاوية مشبعة بأبخرة من المكونات المتطايرة للعينة، ثم يتم حقن الطور الغازي في الجهاز عن طريق محقنة خاصة.
وكذلك، طريقة الجهازي على هذا المنوال، إلا أنه علاوة على معلمات درجة الحرارة والوقت، تخضع العينة أيضا لضغط الهيليوم المتحكم فيه. يؤدي هذا الضغط إلى توازن أفضل في الطور الغازي وسرعة أعلى للعملية. في هذه الطريقة، يتم توجيه الطور الغازي مباشرة إلى كروماتوجراف الغاز.

تُستخدم طرق Head Space لتحديد بقايا المذيبات العضوية المختلفة في الأدوية وأشباه الموصلات والطلاء والبوليمر والمركبات المتطايرة للنباتات، وأيضا بعض التحقيقات القانونية مثل تحديد نسبة الكحول في الدم والأنسجة.

طرق التحلل الحراري

في هذه الطريقة، تخضع العينات التي لا يمكن استخلاصها للحرارة المباشرة. تؤدي الزيادة المفاجئة في درجة الحرارة إلى تكسر الهيكل وإطلاق جزيئات أصغر والتي يتم توجيهها مباشرة إلى الجهاز. لهذه التقنية استخدامات عديدة، خاصة في تحديد المونومرات في مركبات البوليمر.

نتائج الكروماتوغرافيا الغازية في تحليل GC-MS

كما أسلفنا، يتم لإجراء تحليل كروماتوجرافي، أولا حقن محلول من العينة المرغوبة (سائل أو غاز) في الغرفة الساخنة للحاقن باستخدام محقنة دقيقة (لعينة سائلة) أو حقنة غازية (لعينة غازية). تتبخر مكونات العينة بسرعة عند ملامستها لدرجة الحرارة العالية للحاقن.

بعد ذلك، يتم مع تدفق الغاز الحامل توجيههم إلى العمود الموجود داخل الوعاء بدرجة حرارة قابلة للتعديل. يتفاعل كل مكون من مكونات العينة بشكل منفصل مع المرحلة الثابتة داخل العمود. تختلف سرعة حركة المكونات على طول العمود نظرا للاختلاف في مقدار تفاعل كل مكون مع العمود.
تعتمد كمية ونوع التفاعل لكل مكون مع المرحلة الثابتة وعلى هذا، إن سرعة حركته، بالإضافة إلى الطبيعة الجوهرية والتركيب الكيميائي للأنواع، تعتمد على نوع المرحلة الثابتة ومعدل تدفق الغاز الحامل ودرجة حرارة الفرن.

تحدث بعد مغادرة أي جزء من العمود ووصوله إلى المكشاف، إشارة كهربائية تتناسب شدتها مع كمية هذا الجزء. يتم إرسال الإشارة الكهربائية المتولدة إلى آلة الرسم الكروماتوغرافيا وتحسب النتائج، ويتم الحصول على النتيجة النهائية في شكل مخطط كروماتوجرافي.

مخطط الكروماتوجرام هو رسم بياني يتم فيه رسم استجابات المكشاف لمكونات العينة وفقا للوقت الذي تغادر فيه المكونات العمود (وقت الحمل). يحتوي كل مخطط كروماتوغرافي على عدة قمم، تنتمي كل قمة إلى مكون واحد من العينة.

ما مطيافية الكتلة (MS)؟

مطيافية الكتلة هو عملية قائمة على التحليل تحصل على معلومات كمية ونوعية مفيدة حول الوزن والتركيب الجزيئي للمركبات العضوية وغير العضوية. يمكن التحليل الكمي لمزيج الغازات أو السوائل، وفي بعض الحالات، المواد الصلبة من خلال مطيافية الكتلة.

غالبا ما تكون العلاقات الرياضية المتعلقة بالتحليل الكمي معقدة، بحيث يتم استخدام البرنامج عادة لإكمال التحليل. تسمح هذه الطريقة بالتحليل الكمي بتركيزات على مستوى ppb. أصبح باحثو الكيمياء التحليلية مهتمين جدا بها بسبب السرعة العالية والموثوقية لطريقة مطيافية الكتلة.

 أساس العمل لمطيافية الكتلة

أساس طريقة مطياف الكتلة في تحليل GC MASS هو عملية تأين الجزيء. أي أن معظم استخدامه يتأثر بعملية التأين. قد يكون لعملية التأين طرق مختلفة؛ طرق مثل إنقاص أو زيادة الإلكترونات، البروتون أو نزع البروتونات، زيادة أو إنقاص الألفة النووية أو المحب للإلكترون، تكوين العنقودي، وغيرها.

كل هذه الأساليب مستهلكة للطاقة. يتم توفير هذه الطاقة عن طريق الإلكترونات والفوتونات والذرات والأيونات المتسارعة أو الحرارية المتسارعة باستخدام مجال إلكتروستاتيكي كبير أو اصطدام إلكتروني.

مصادر أيوني لمطيافية الكتلة في تحليل GC-MS

تصنف مصادر الأيونات إلى مجموعتين: مصادر الطور الغازي ومصادر الانتزاز. تشمل مصادر الطور الغازي مصادر اصطدام الإلكترون، والتأين الكيميائي، والتأين الميداني، والتأين البصري. في هذه الطرق، يتم تبخير العينة أولا ثم تأينها.

تشمل مصادر الانتزاز طرقا مثل: انتزاز المجال، وانتزاز الليزر، والقصف الذري السريع، وانتزاز البلازما، وقياس الطيف الكتلي الأيوني الثانوي، وتأين انتزاز الليزر بمساعدة المصفوفة. في هذه الطرق، يتم تحويل العينة في الحالة الصلبة أو السائلة مباشرة إلى أيونات غازية. تتمثل ميزة مصادر الانتزاز في أنها قابلة للتطبيق على العينات الحرارية غير المتطايرة وغير المستقرة.

مكونات أجهزة مطيافية الكتلة

 مضخات التفريغ MS

هذه المضخات قادرة على توفير فراغ عالي جدا يبلغ حوالي 6-10 تور لمطيافية الكتلة. هذه الفجوة ضرورية للغاية؛ لأنه في حالة عدم وجود فراغ، فإن الإلكترونات والأيونات التي تشكلت بسبب الاصطدام بجزيئات الهواء في المحلل تضيع ولا تصل إلى المكشاف.

غرفة التأين

يتم قصف الجزيئات في غرفة التأين بالإلكترونات. تتسبب الطاقة المنقولة إلى الجزيئات عن طريق القصف الإلكتروني في تأينها. أيضا، تظهر أنواع أيونية مختلفة.

قد تحتوي هذه الأيونات على شحنة واحدة أو شحنة متعددة أو شحنة موجبة أو سالبة. يتم تسريع الأيونات المتولدة باستخدام مجال كهربائي. بعد ذلك، يمرون عبر محلل الكتلة ويتم فصلهم بناء على نسبة الكتلة إلى الشحنة (m/z)، ثم ينتقلون إلى المعرّف.

محلل الكتلة

يتم في هذه المحللات، فصل الأيونات بناء على نسبة الكتلة إلى الشحنة. قد يكون لمحلل الكتلة في تحليل GC-MASS أنواع مختلفة. يتم اعتمادا على نوع المحلل، تقسيم مطيافية الكتلة إلى عدة مجموعات.

يجب أن يكون محلل الكتلة المثالي قادرا على اكتشاف الاختلافات الصغيرة جدا في الكتلة. وكذلك، لازم أن يكون لديها إمكانية تمرير عدد مقبول من الأيونات لتحويلها إلى تيارات قابلة للقياس.

يتم التعبير عن قدرة مطيافية الكتلة لتحليل GC MASS على التمييز بين الكتل من خلال قوة الفصل الخاصة به. تعتمد قوة الفصل المطلوبة في مطيافية الكتلة أيضا إلى حد كبير على تطبيقه. عادة، يتوفر مطيافية الكتلة مع نطاق قوة الفصل تتراوح من 500 إلى 500000.

تفسير الطيف الكتلي

هناك تقنيات مختلفة لتفسير وتحليل الطيف الكتلي. عادة ما يتم تفسير هذه الأطياف باستخدام المعرفة الخلفية أو نتائج عمليات البحث في المكتبة. بالطبع، أن أشياء مثل تحديد موقع الأيون الجزيئي واختيار نوع الهيكل هي من بين الأشياء التي تتطلب خبرة وحسابات دقيقة.

على سبيل المثال، في تحديد نوع الهيكل، من المهم جدا الانتباه إلى نقاط مثل الأيونات المميزة للمكونات، وتحديد المكونات المدمرة باستخدام الأيونات الجزيئية، وحتى القدرة على إجراء اختبار بحث في المكتبة.

ولكن، لاحظوا أن الأجهزة الحديثة اليوم مزودة بمكتبة. أي، يمكن إجراء البحث في المكتبة تلقائيا بواسطة محللات GC-MS. ولكن هناك في بعض الحالات، ولتحديد كتلة المكونات وتحديدها بدقة، الحاجة إلى خبرة وتجربة المستخدم والحسابات الدقيقة ضرورية.

استخدامات تحليل GC-MS

 الطب والصيدلة

هناك العديد من الأمراض الأيضية الموروثة التي يمكن اكتشافها في العصر الراهن في اختبار فحص الولادة باستخدام أجهزة تحليل GC-MS. هذا التحليل لديه القدرة على اكتشاف المركبات التي تسبب اضطرابات التمثيل الغذائي والوراثي بتركيزات منخفضة في البول والدم والمصل.

يستخدم في صناعة المستحضرات الصيدلانية، تحليل الكروماتوغرافيا الغازية على نطاق واسع في أقسام البحث والإنتاج ومراقبة الجودة وضمان جودة الأدوية. عادة يستخدم جهاز تحليل GC-MS لاكتشاف الشوائب في الأدوية الاصطناعية الجديدة في الكيمياء الطبية والتكنولوجيا الحيوية الصيدلانية.

علم الإجرام

إحدى استخدامات المهمة لتحليل GC MASS هو في مجال الطب الشرعي وعلم الجريمة. استخدامات مثل التحليل والتحقيق في العينات المشبوهة المكتشفة في مشهد الجريمة، والتحقيق في البقايا الناتجة عن الحرائق، والكشف عن المنشطات في أجساد الرياضيين من خلال اختبارات البول، وكذلك العثور على السموم والمنشطات في العينات البيولوجية للمشتبه بهم والضحايا، وما إلى ذلك.

تحديد مركبات الزيت العطري

الزيوت عبارة عن سوائل تحتوي على مركبات متطايرة وعطرية وعديمة اللون من أصل كحولي وغيره. الزيت العطري هو محلول كحولي أو مستخلص بزيت طيار. يعد تحليل الزيوت العطرية والمواد النباتية العطرية الأخرى عن طريق تحليل GC MASS أمرا شائعا جدا.

يتم تحديد وتحليل المركبات المهمة مثل الجيرانيول والمنثول والسانتالول ومركبات الألدهيد مثل مركب الفانيلين وما إلى ذلك من خلال هذا التحليل.

البحوث البيئية

جهاز تحليل GC-MS هو أداة فعالة وبأسعار معقولة لتحديد وقياس الملوثات العضوية في البيئة مثل الفينولات والكلوروفينول، والهيدروكربونات الأروماتية متعددة الحلقات PAHs، والبنزين الخالي من الرصاص، والديوكسينات، وثنائي بنزوفيوران، ومبيدات الآفات ومبيدات الأعشاب الموجودة في الهواء والماء والتربة.

تحليل الهيدروكربونات في البتروكيماويات

يستخدم جهاز GC-MS لتحديد مجموعة واسعة من البتروكيماويات والوقود ومخاليط الهيدروكربونات مثل البنزين والكيروسين والديزل وأنواع زيوت المحركات مثل الديزل الحيوي والشمع والزيوت غير المشبعة.

أيضا، يتم في قطاع الطاقة والوقود، استخدام الكروماتوغرافيا الغازية – اسبكترومتر الكتلة لتحليل المركبات العطرية، والكبريت، والشوائب في البولي بروبلين، والكبريت في الميثان، وتحليل الغاز الطبيعي، و 1 و 3 بوتادين، والإثيلين، والديزل، والبنزين الخالي من الرصاص، والبولي إثيلين.

صناعات الأغذية والمشروبات

يستخدم تحليل الكروماتوغرافيا الغازية – مطيافية الكتلة على نطاق واسع لتحليل الإسترات والأحماض الدهنية والكحول والألدهيدات في الطعام. هذا التحليل فعال للغاية للكشف عن ملوثات الطعام، واكتشاف الغش في الزيوت مثل زيت الزيتون، وزيت الخزامى، وتحديد كمية الزيوت الأساسية المضافة، والمنثول، والمستخلصات، وزبدة ثلاثي الغليسريد، وبقايا السموم الزراعية.

الاستنتاج

تحليل GC/MS هو أسلوب جديد وموثوق لا يمكن مقارنته بطرق التحليل الجديدة الأخرى من حيث جودة النتائج. يغطي هذا الجهاز مجموعة واسعة من التطبيقات بما في ذلك البحث ومراقبة الجودة والتطبيقات الصناعية. لقد لعب هذا النظام دورا مهما في تطوير تقنية عصرنا نظرا لقدرته على إجراء الاختبارات تلقائيا بسرعة عالية ونتائج موثوقة.

جمیع التحلیلات