دستگاه GC-MS از دو قسمت GC(گاز کروماتوگرافی) و MS(طیف سنجی جرمی) تشکیل شده است. در اين دستگاه GC و Mass از هم جدا نمي باشند و وارد كردن نمونه به دستگاه Mass از طريق GC مي باشد، بنابراين در اين دستگاه، فقط از نمونه هايي مي توانيم طيف جرمی تهيه كنيم كه بتوانيم به GC تزريق نمائيم، پس به طور عمده اين دستگاه براي شناسايي و تعيين مقدار فراكسيونهاي موادی است که حالت فرار دارند(مانند اسانسهای گیاهی که نقطه جوش پایینی دارند) و یا بواسطه ترکیب با برخی واکنشگرها و یا حلالهای خاص، امکان فرار بودن را می یابند.

در دستگاه GC-MS اجزاي يک مخلوط به ترتيب توسط يک ستون کروماتوگرافي از هم جدا مي‌شوند و پس از حذف گاز حاصل، وارد منبع يونش طيف سنج جرمي مي‌گردند و سپس، بواسطه تولید میدانهای الکتریکی پر قدرت، اقدام به شناسایی کمی و کیفی اجزای مخلوط بر اساس نسبت بار الکتریکی به جرم آنها می گردد.

براي آناليز ترکيب و پايداري در فاز محلول می توان از MS استفاده کرد. به عنوان مثال براي تعيين ساختار ترکيبات شاخه‌اي نانومقياس با ابعاد 1/5nm مي‌توان از روش طيف‌سنج جرمي با تکنيک يونش الکترواسپري (ESI) استفاده کرد.

برتري عمده اين روش نسبت به ساير روش‌ها، سریع بودن پاسخ‌دهي مي‌باشد(شناسایی اجزای مخلوط ظرف کمتر از90 ثانیه پس از ورود مخلوط بداخل دستگاه انجام می شود)، همچنین حتی در صورت در اختیار داشتن مقادیر بسیار اندکی از یک مخلوط (در حد پیکوگرم= (10^-12 gr ، می توان به دقت، اقدام به شناسایی نوع و مقادیر اجزای تشکیل دهنده آن نمود.
مهمترين مزیت اين روش نسبت به ساير روش‌ها از قبيل TEM، XRD، UV-Vis، IR، اسپکتروسکپي رامان و TGA اين است كه براي تعيين ترکيبات به طور مستقيم از روش‌هاي فوق نمي‌توان استفاده کرد. اما از روش MS مي‌توان استفاده نمود.

شناسايي دستگاه GC-Mass

مشابه دستگاه GC است. تنها تفاوت آن با GC معمولی اين است كه در اين دستگاه دتكتور مربوطه دتکتور Mass است .تفاوتهاي ديگر آن عبارتند از

1- از ستون موئينه (كاپيلري) استفاده مي كنيم. نوع ستون به اسم تجارتي DB-5 است. از نظر پلاريته ستون داراي پلاريته متوسطي است. طولش m30است و براي كارهاي عمومي استفاده مي شود از آنجا كه عوض كردن ستون زياد ساده نمي باشد. سعي مي كنيم ستوني را انتخاب كنيم كه نمونه هاي زيادي را با آن تعيين كنيم.
2- احتياج به حجم نمونه خيلي كمي براي تزريق داريم. معمولا 0.1 ميكروليتر حجم تزريق است، گاهي همين ml0.1 هم براي تزريق به اين دستگاه زياد است پس از سيستمي كه براي رقيق كردن نمونه است و split يا spliless نام دارد استفاده مي كنيم. Split يعني چند شاخه شدن يعنی نمونه ای که به دستگاه تزريق می کنيم عدد split را به دستگاه می دهيم .مثلا100،نمونه به همان مقدار تقسيم شده و يكي از آن قسمتها وارد دستگاه مي شود.

گاهي نمونه خالص، خيلي غليظ است و حتي با طريق split خط پايه خوبي ندارد. پس اين نمونه ها را رقيق مي كنيم (معمولا با متانل) مجبوريم ml 0.2-0.1 از نمونه را تزريق كنيم، چون حجم حلال زياد و حجم نمونه كم است كه در اينجا به مقدار زياد حلال به دستگاه مي رسد كه ممكن است فشار زیادی به دستگاه وارد کند، بنابراين به اندازه R_t حلال به دستگاه delay (تاخير) مي دهيم تا فيلاماندستگاه پس از خروج حلال روشن شود، كه متانل بعد از 2 دقيقه مي آيد، يعني دستگاه 2 دقيقه طیف جرم نمی گیرد.

در Mass احتياج داريم كه مقادير ميكروگرم از نمونه را تحت شرايط خلا بخار نموده و از آن طيف بگيريم . پس نياز به خلا داريم كه توسط توربوپمپ Turbo pump خلا mmHg ^7-10 ايجاد مي شود. دو طريق عمده براي يونيزاسيون نمونه داريم:

1- طريقه Electron Ionization الكترون يونيزاسيون (EI): كه انرژي حدود ^ev 70 به جسم اعمال مي شود. مقدار شكست ها خيلي زياد است، پس اطلاعات راجع به ساختمان شيميائي جسم بيشتر مي شود. تنها اشكال آن نديدن پيك يون ملكولي در برخي اوقات است.

2- روش chemical Ionization يونيزاسيون شيميايي (C.I): از گاز متان، ايزوبوتان، آمونياك براي شكستن جسم استفاده مي كنيم كه طريق نرم تري است ولي يون ملكولي را مي بينيم.ما به روش EI كار مي كنيم.

در شروع كار با دستگاه بايدتشکیل خلا را چك كنيم كه به ميزان قابل قبولي رسيده باشد به خاطر اينكه وجود آب پیک (18)، ازت (28)، اكسيژن (32) را ایجاد می کنند.با این حال معمولا وقتي طيف Mass مي گيريم به آن برنامه مي دهيم كه از mass 40 به بالا را بگيرد.

لازم است كه ماهي يكبار كاليبراسيون را براي دستگاه انجام مي دهيم، يعني از يك جسم استاندارد طيف Mass بگيريم و ببنيم آيا مطابقت دارد يا نه؟ استاندارد:

پرفلوروتري بوتيل آمين كه در داخل خود دستگاه در داخل يك شيشه كوچك تعبيه شده اين جسم داراي پيك هاي شارپي در نواحي به خصوصي هست، اگر دستگاه بتواند اين پيك ها را پيدا كند، در آن صورت اعلام مي دارد كه آيا دستگاه كاليبره هست يا نه.

مزيت ديگر اين دستگاه:

امكان جستجو در كتابخانه (Library) دستگاه هست، بعد از گرفتن طيف مي توان در كتابخانه دستگاه رفته و search يا جستجو نمود. براي هر گروه از مواد، كتابخانه جداگانه اي وجود دارد. دستگاه 10 كانديد را پيشنهاد مي كند.

فاكتور P (purity) درصد احتمال صحت كانديداها را نشان مي دهد كه اگر بالاتر از 80% (اعداد بالاتر از 800) باشد، قابل قيول است.

اگر فاكتور P از 800 به بالا بود، به معني اين است كه جسم با احتمال بيش از 80% همان كانديد است. فرض كنيم پيك جسمي از 3 فراكشن C,B,A تشكيل شده باشد. اين دستگاه ضمن اينكه كروماتوگرام را به ما مي دهد، طيف Mass را نيز به ما مي دهد. يعني از هر جزء (Fragment) طيف Mass گرفته مي شود.

تنها محدوديت اين دستگاه اين است كه چون سيستم وارد كننده نمونه به دستگاه GC, Mass است. پس در واقع تنها موادي را مي توان با GC شناسائي نمود كه فرار باشند يا از آنها بتوان مواد فرار (توسط مواد مشتق ساز مواد فرار) تهيه كرد. مواد مشتق ساز عبارتند از:

مشتقات سيليس (تري ميتل سيلان) كه با جسم ايجاد مشتقات فرار قابل تزريق به GC را مي نمايند.

قسمتهای مختلف دستگاه:

1- مخزن هليم: He با خلوص بسيار بالا

2- injector: فلوي گاز حامل را روي Psi 12 تنطيم مي كنيم. در قسمت split flow . ميزان رقيق شدن نمونه را تعيين مي كنيم، يعني نمونه با گاز حامل تقسيم به نسبت مي شود و تنها به نسبت 1به عدد تقسيم وارد ستون مي گردد. ممكن است قسمت GC با يك دتكتور FID به عنوان يك بخش مستقل استفاده شود.

3- ستون: از نوع كاپيلري طول: 30m نوع DB-5

بعد از مدتي ستون كثيف مي شود كه بايد آن را مجددا احياء (رژنره) كنيم، براي اين كار مدتي ستون را در دماي ° 215-200 قرار مي دهيم تا اشغالها بسوزد. پس از چند بار با اين روش هم ديگر نمي توان ستون را احياء مجدد نمود، و بايد cm 20 اول ستون را قطع نمود، چرا كه اغلب اشغالها در cm 20 اول ستون هستند.

4- detector: دتکتور همان دستگاه Mass می باشد.

5- Recorder

6- براي قسمت Mass احتياج به پمپ براي ايجاد خلا داريم

براي كار با دستگاه :

ابتدا وارد بخش Instrumental control مي شويم كه در اينجا ميزان آب و هوا را مشاهده مي كنيم. سپس calibration Mass انجام مي شود كه پيكهاي استاندارد پيدا شده و منحني استاندارد رسم مي شود. اگر در هر بخش اشكالي ايجاد شود، در بخش Diagnostics اشكال را پيدا مي كنيم.

سپس در بخش analysis موارد زير تعيين مي شود:

نام فايل مشخص مي شود. 1- Data file

پارامترهايي مثل: دما، زمان و... مشخص مي شود 2-GC Method

مشخصات فوق مي تواند توسط فرد تعيين شود (با Edit) و يا پيش فرضهاي دستگاه پذيرفته شود با فشار دادن كليد C، مي توان كروماتوگرام تركيب را بدست آورد و با كليد F₁ از هر محل دلخواه كروماتوگرام به طيف Mass را بدست آورد.

همچنين در بخش Chrome analysis مي توان كروماتوگرام ماده را مشاهده كرد، بخشي از آن را بزرگ كرد و از هر قسمت دلخواه طيف Massرا بدست آورد.

پس از رسم طيف Mass با فشار دادن كليد L وارد كتابخانه (Library) دستگاه مي شويم كه
مي توان در اين بخش تركيب را در كتابخانه موردنظر (مثلا Libraryترپنوئيدها، و ...) جستجو Search نمود. همانطور كه گفته شد فقط انتخابهايي كه purity بالاتر از 800 قابل قبول مي باشد.

در نهايت خاموش كردن دستگاه را مي توان بصورت دستي (manual) انجام داد يا از قسمت shut down استفاده نمود كه انجام مراحل خاموش كردن دستگاه، چند ساعت طول مي كشد

اساس كار با دستگاه:

به ازاي تعداد فراكسيونهاي موجود در اساس در كروماتوگرام پيك ظاهر مي شود. در كروماتوگرام محور Xها مشخص كننده R_t و محور yها تعيين كننده شدت پيك هاست، طوري كه با اندازه گيري AUC مي توانيم تعيين مقدار كنيم و نيز با R_t شناسايي كيفي انجام مي دهيم.

تفاوت اين دستگاه با GC اينست كه در اينجا از هر فراكسيون در دستگاه Mass طيف جرم گرفته مي شود. در اين طيف هاي جرم پيك ها تك شاخه ايست. فراواني Base peak ، 100% است و بلندترين پيك انتهايي پيك يون مولكولي مي باشد. بعد از انتخاب پيك مربوط به هر فراكسيون در طيف كروماتوگرام تعيين (scan number)، دستگاه طيف جرم مربوط به آن را رسم كرده سپس طيف جرم را به كتابخانه دستگاه برده و برحسب درصد انطباق براي هر طيف 10 تا كانديدا مي دهد.

در اين دستگاه GC و Mass از هم جدا نمي شود و طرز وارد كردن نمونه به دستگاه Mass از طريق GC مي باشد، بنابراين در اين دستگاه، فقط از نمونه هايي مي توانيم طيف جرم تهيه كنيم كه بتوانيم به GC تزريق نمائيم. پس به طور عمده اين دستگاه براي شناسايي و تعيين مقدار فراكسيونهاي اسانس هاست كه مواد فرار هستند.

ستون دستگاه GC از نوع لوله موئينه است زيرا بايد حجم نمونه كم باشد تا طيف جرمي خوبي به دست آيد. براي كاهش حجم نمونه چند كار انجام مي شود: يك راه رقيق كردن اسانس با حلال (معمولا متانول) است و يا مي توان به جاي تزريق، فقط سرسوزن را به اسانس آغشته نمود. اما بازهم گاه مشاهده مي شود كه تنها با رقيق كردن، پيك ها از صفحه بيرون مي زند.

به همين منظور در دستگاه سيستم Split طراحي شده كه اين سيستم آنچه را كه از طريق injector وارد دستگاه مي شود، تقسيم مي كند و يك قسمت را وارد ستون كرده و بقيه را از پشت دستگاه خارج مي كند كه براساس ميزان فلويي كه ما براي دستگاه مشخص مي كنيم اين تقسيم صورت مي گيرد كه حداكثر آن معمولا 300/1 است.

براي شروع كار با دستگاه روش كار با دستگاه، بايد مطمئن شويم كه در دستگاه خلا برقرار شده زيرا بايد طيف جرم را در خلا بگيريم. سپس بايد دستگاه را كاليبره كنيم. به اين منظور از ماده پرفلوئورو تري بوتيل آمين استفاده مي كنيم.

دستگاه اين ماده را با FC-43 مي شناسد. اين تركيب داراي 6 پيك مشخص است و اگر اين پيك ها سرجايشان بودند يعني دستگاه درست كار مي كند. اين ماده را ما به دستگاه تزريق نمي كنيم، بلكه به دستگاه برنامه اي مي دهيم تا براساس اين ماده كاليبره شود، يعني قبل از شروع هر كاري وقتي مطمئن شديم خلا برقرار شده يك برنامه به دستگاه مي دهيم تا از استاندارد استفاده كند.

در مرحله بعد بايد متدهاي GC و Mass را مشخص كنيم.

متدي كه براي GC انتخاب مي كنيم ESS است. اين متد تركيبي ازمتد ايزوترمال به مدت min 10 و بعد پروگراميك است كه در آن دماي شروع و اتمام كار مشخص است. در متدي كه براي Mass انتخاب مي كنيم Mass range مشخص مي شود كه معمولا اين محدود را از 40 تا 300 مي گيريم. زيرا در محدوده كمتر از 40 پيك نداريم و نيز در اين جا مزاحمت هايي هم وجود دارد.

در متد Mass يك مدت زمان تاخير (delay time) هم در نظر مي گيريم، در اين مدت فقط حلال (متانول) از دستگاه خارج مي شود و طيف جرم آنرا نمي گيريم بنابراين در دو دقيقه اول پيكي رسم نمي شود. علت اين كار اينست كه تعداد مولكول هاي متانول نسبت به جرم ماده نمونه زياد است كه اگر طيف جرم آن را بگيريم فشار زيادي به دستگاه مي آيد.

در متد Mass روش گرفتن طيف جرم (Ionization mode) را هم مشخص مي كنيم. به طور كلي دو روش وجود دارد EI(Electron Ionization) و CI(Chemical Ionization) كه ما در اين جا از روش EI استفاده مي كنيم.شکسته شدن به روش EI شديدتر از CI است و در اين روش طيف هاي بيشتري مشاهده مي شود زيرا شكست ها بيشتر است و ممكن است يون مولكولي مشاهده نشود.

ستون دستگاه با اسم تجارتي DB-5، داراي پلاريته متوسط بوده و در آن از گاز هليوم به عنوان حامل استفاده مي شود. (در اينجا از گاز ازت براي شكستن خلا استفاده مي كنيم). اگر ببنيم كيفيت ستون كاهش يافته (به علت چسبيدن ماده به آن كارايي كم شده باشد) 10-20 سانتي متر اول ستون را قطع مي كنيم. ستون از يك طرف به سيستم تزريق و از طرف ديگر به دتكتور وصل است. مي توان تا 300 فلواسپليت داشته باشيم. آنچه به ستون تزريق مي شود با گاز حامل مخلوط شده و بعد تقسيم مي شود.

در قسمت Instrumental control بايد چك كنيم كه در قسمت خلا آب و هوا نباشد بعد وارد قسمت آناليز شده و متدهاي مورد نظر را به دستگاه download مي كنيم. سپس بايد منتظر بمانيم تا دستگاه GC گرم و آماده شود. وقتي چراغ GC روشن شد آماده تزريق خواهد بود. در اينجا مدت تزريق 70 دقيقه طول مي كشد. هر چه طيف جرم را با غلظت كمتر بگيريم.

طيف بهتري خواهيم داشت مثلا اگر فراكسيون A در بين دقيقه هاي 3تا5 بيرون آمده در هر ثاينه آن يك طيف جرم گرفته مي شود و معمولا طيف جرم از راس پيك با ابتدا و انتهاي پيك متفاوت است زيرا در قسمت راس غلظت فراكسيونها بيشتر است. غلظت بيشتر باعث شلوغ شدن طيف جرم مي شود. بنابراين از طيف هاي جرم پاي پيك يعني با scan number پائين تر براي بردن به كتابخانه استفاده مي كنيم.

در دستگاه كتابخانه هاي مختلفي براي جستجو وجود دارد كه كتابخانه ترپن ها بهترين كتابخانه براي جستجوي اسانس هاست. (البته كتابخانه هاي بزرگ ديگري هم وجود دارد).گاه نتايج بسيار متنوعي با جستجو در كتابخانه هاي مختلف مشاهده مي شود.

معيار قبول كردن كانديداها فاكتور purity مي باشد كه حداكثر آن 1000 است و نشاندهنده انطباق 100% مي باشد. معيار قبولي كانديدا purity برابر 800 را انطباق 80% است. و معمولا سه كانديداي اول اهميت بيشتري دارند يادداشت مي شوند.

***آموزش کار با دستگاه های آزمایشگاهی رشته گیاهان دارویی

این کتاب به معرفی اجزا،آموزش کار،موارد ایمنی،کالیبراسیون،روش کار و... با دستگاه های آزمایشگاهی مرتبط با رشته گیاهان دارویی میپردازد

***پاورپوینت آشنایی و آموزش کروماتوگرافی گازی

پاورپوینت کامل فارسی با موضوع کروماتوگرافی گازی  یا Gas Chromatography در 103 اسلاید به همراه تصاویر اختصاصی و حرفه ای