ไขความลับ Gas Chromatography (GC)
Gas Chromatography (GC) หรือ โครมาโทกราฟีแบบแก๊ส เป็นหนึ่งในเทคนิคที่สำคัญสำหรับการแยกและวิเคราะห์สารเคมีในสารตัวอย่างที่ซับซ้อน โดยใช้เฟสแก๊สตัวพา (Mobile Phase) พาสารผ่านขั้นตอนต่างๆในเครื่องเพื่อให้เกิดการแยกชนิดของสาร และเฟสคงที่ (Stationary Phase) ในการใช้แยกสารผสมออกจากกันเพื่อให้สามารถระบุชนิดของสารและวิเคราะห์ปริมาณความเข้มข้นของสารตัวอย่างได้อย่างแม่นยำ
- Carrier Gas (แก๊สพา) แก๊สพาเป็นส่วนสำคัญที่ทำหน้าที่ขับเคลื่อนตัวอย่างผ่านระบบ GC และช่วยให้การวิเคราะห์มีประสิทธิภาพสูงสุด
หน้าที่หลัก : เป็น "ตัวพา" สารตัวอย่างเข้าสู่คอลัมน์ ช่วยให้สารที่ฉีดเข้าไปในระบบถูกส่งไปยังส่วนต่าง ๆ ของเครื่องอย่างราบรื่น
คุณสมบัติของ Carrier Gas ที่ดี : มีความบริสุทธิ์สูงเพื่อลดการปนเปื้อนในระบบ ไม่ทำปฏิกิริยากับตัวอย่าง, คอลัมน์, และ Detector
แก๊สที่นิยมใช้ : Helium: แก๊สพาที่ได้รับความนิยมสูงสุด เนื่องจากมีคุณสมบัติที่เฉื่อยทางเคมี
Nitrogen: ทางเลือกที่ประหยัดกว่า แต่มีข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพในบางกรณี
Hydrogen: มีความสามารถในการเคลื่อนที่สูง แต่ต้องการความระมัดระวังเรื่องความปลอดภัย - Injector (ระบบฉีดตัวอย่าง) ส่วนนี้เป็นจุดเริ่มต้นของการวิเคราะห์ โดยตัวอย่างจะถูกฉีดเข้าสู่ระบบผ่าน Injector
หน้าที่หลัก : นำตัวอย่างเข้าสู่เครื่อง GC หากสารตัวอย่างไม่ใช่แก๊ส (ได้เฉพาะของเหลว) จะต้องมีการทำให้สารตัวอย่างระเหยเป็นแก๊สอย่างสมบูรณ์จากตรงนี้เสียก่อน
การควบคุมอุณหภูมิ : ตัวอย่างของเหลวต้องถูกระเหยในห้องที่มีการควบคุมอุณหภูมิอย่างเหมาะสม เพื่อคงสถานะความเป็นแก๊สก่อนเข้าสู่คอลัมน์
โหมดการฉีดตัวอย่าง : Split Mode ใช้เมื่อความเข้มข้นของตัวอย่างสูง แบ่งบางส่วนทิ้งก่อนส่งเข้าสู่คอลัมน์
Splitless Mode ใช้สำหรับตัวอย่างที่มีความเข้มข้นต่ำ ส่งตัวอย่างทั้งหมดเข้าสู่คอลัมน์ - Column (คอลัมน์)* คอลัมน์เป็นหัวใจสำคัญของเครื่อง GC ซึ่งทำหน้าที่แยกสารต่าง ๆ ในตัวอย่าง
Column (คอลัมน์) ในบริบทของ Gas Chromatography (GC) หมายถึง ท่อหรือหลอดที่ใช้แยกสารผสมในตัวอย่าง โดยอาศัยปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารตัวอย่างกับ Stationary Phase (เฟสคงที่) ที่อยู่ในคอลัมน์
หน้าที่หลัก : แยกสารตัวอย่างออกจากกันโดยอาศัยความแตกต่างทางเคมีและฟิสิกส์ระหว่างสารกับเฟสคงที่ (Stationary Phase)
ประเภทของคอลัมน์ :
Packed Column : บรรจุวัสดุ Adsorbent ภายใน สามารถแยกสารที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่ออกจากกัน แยกสารที่มีขนาดแตกต่าง มีน้ำหนักมวลโมเลกุลที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนออกจากกันได้
Capillary Column : มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่เล็กมาก ใช้วิธีการเคลือบ Stationary Phase ที่ผิวด้านในแทนการใส่เม็ดเคลือบสาร มีประสิทธิภาพในการแยกสารสูงมาก สามารถแยกได้แม้สารที่มีมวลโมเกลกุลเท่ากัน และใช้ในงานที่ต้องการความแม่นยำสูง
Stationary Phase : เฟสคงที่เป็นตัวกำหนดว่าโมเลกุลของสารใดจะถูกยึดติดหรือปล่อยตัวเร็วกว่า อันมาจากประสิทธิภาพการเดือดของสารซึ่งส่งผลต่อ Retention Time โดยใช้หลักการสารเดียวกันจะมีความสามารถเหมือนกันที่เกิดจากผลกระทบต่อเฟสคงที่แบบเดียวกัน - Oven (เตาอบ) Oven ทำหน้าที่ควบคุมอุณหภูมิ เพื่อให้การแยกสารตัวอย่างในคอลัมน์มีประสิทธิภาพสูงสุด
หน้าที่หลัก : สร้างสภาวะอุณหภูมิที่เหมาะสมต่อการทำงานของคอลัมน์และเพิ่มความสามารถในการแยกสารที่มีจุดเดือดแตกต่างกัน
รูปแบบการควบคุมอุณหภูมิ :
Isothermal ควบคุมอุณหภูมิของคอลัมน์ให้อยู่ที่ค่าเดียวตลอดการวิเคราะห์เหมาะสำหรับสารตัวอย่างที่มีช่วงจุดเดือดแคบ หรือมีคุณสมบัติคล้ายกันใช้แยกสารที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกันในตัวอย่างที่ไม่ซับซ้อนให้การวิเคราะห์ที่มีความแม่นยำและทำซ้ำได้ดี
Temperature Programming ควบคุมอุณหภูมิของคอลัมน์ให้เพิ่มขึ้นทีละขั้นหรือต่อเนื่องตามโปรแกรมที่กำหนดเหมาะสำหรับสารตัวอย่างที่มีช่วงจุดเดือดกว้างหรือมีองค์ประกอบหลากหลายใช้แยกสารตัวอย่างที่มีองค์ประกอบหลายชนิดหรือมีช่วงจุดเดือดกว้าง เพิ่มประสิทธิภาพในการแยกสารและลดเวลาการวิเคราะห์ สามารถวิเคราะห์สารตัวอย่างที่ซับซ้อนได้ดี ลดเวลาการวิเคราะห์เมื่อเทียบกับ isothermal สำหรับตัวอย่างที่หลากหลาย - Detector (เครื่องตรวจจับ) Detector เป็นส่วนที่ตรวจจับสารที่แยกออกจากคอลัมน์ และแปลงข้อมูลเป็นสัญญาณไฟฟ้า
หน้าที่หลัก : ตรวจจับโมเลกุลของสารที่ถูกแยกและส่งข้อมูลไปยัง Data System เพื่อสร้างกราฟ Chromatogram
ประเภทของ Detector ที่นิยม :
Flame Ionization Detector (FID): ตรวจจับสารอินทรีย์ (Organic compounds) โดยการเผาไหม้ในเปลวไฟไฮโดรเจน, มีความไวสูงสำหรับสารประกอบคาร์บอน-ไฮโดรเจน, ไม่ตอบสนองต่อสารอนินทรีย์ เช่น น้ำและไนโตรเจนเหมาะสำหรับการวิเคราะห์ตัวอย่างทางปิโตรเลียมและสารเคมีทั่วไป
Thermal Conductivity Detector (TCD) : ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความนำความร้อนใช้กับสารได้หลากหลายทั้งสารอินทรีย์และอนินทรีย์ แต่ความไวต่ำกว่า FID - Data System (ระบบซอฟต์แวร์) Data System เป็นส่วนที่เชื่อมโยงระหว่างเครื่องมือและการวิเคราะห์
หน้าที่หลัก : รับสัญญาณจาก Detector และแปลงเป็น Chromatogramและช่วยให้ผู้วิเคราะห์สามารถตีความข้อมูลได้ เช่น Retention Time และความเข้มข้นของสาร
ความสามารถเพิ่มเติม : สามารถวิเคราะห์พื้นที่ใต้พีค (Peak Area) เพื่อหาปริมาณสารและบันทึกและส่งออกผลลัพธ์ในรูปแบบดิจิทัล
กระบวนการทำงานของ Gas Chromatography
การฉีดตัวอย่าง (Sample Injection) :
ตัวอย่างในรูปของเหลวหรือแก๊สจะถูกฉีดเข้าสู่ Injector
ตัวอย่างของเหลวจะระเหยกลายเป็นแก๊สทันที
การพาสารผ่านคอลัมน์ (Sample Transport) :
Carrier Gas พาสารเข้าสู่คอลัมน์
สารผสมจะถูกแยกด้วย Stationary Phase
การแยกสาร (Separation) :
สารที่มีปฏิกิริยากับ Stationary Phase ต่างกัน จะถูกปลดปล่อยในเวลาที่ต่างกัน (Retention Time)
การตรวจจับและบันทึกผล (Detection) :
สารที่แยกออกมาถูกตรวจจับโดย Detector และสร้างกราฟ Chromatogram แสดง Peak ของสารแต่ละชนิด
การวิเคราะห์ผลลัพธ์ด้วย Chromatogram เป็นกราฟแสดงความเข้มของสัญญาณ (แกน Y) กับเวลา (แกน X)
ตำแหน่งของพีค: บ่งบอกชนิดของสาร (จาก Retention Time)
ความสูงหรือพื้นที่ใต้พีค: บอกปริมาณของสาร
ข้อดีของ Gas Chromatography
ความไวสูง สามารถตรวจจับสารในความเข้มข้นต่ำ (เช่น ระดับ ppm)
ใช้เวลาแยกสารสั้น
วิเคราะห์สารผสมที่ซับซ้อนได้ดี
การใช้งาน Gas Chromatography
การวิเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย
การตรวจวัดสารเคมีในสิ่งแวดล้อม
การวิเคราะห์ในอุตสาหกรรมยาและปิโตรเลียม
การตรวจวัดสารในกระบวนการกลั่น
Gas Chromatography เป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้ในหลายอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมเคมี การแพทย์ และการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ ด้วยความสามารถในการแยกสารได้อย่างละเอียด แม่นยำ และรวดเร็ว ผู้ใช้ควรศึกษาวิธีการใช้งานและเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับงานเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด!
ปรึกษาผู้เชี่ยวชาญอย่างเรา หากต้องการคำแนะนำเพิ่มเติมในการใช้ Gas Chromatography ในการวิเคราะห์ของคุณ!
