11.12 : الكروماتوغرافيا الغازية: أنواع الأعمدة ومواد الأطوار الثابتة

تعتمد كروماتوغرافيا الغاز على مواد الأطوار الثابتة لفصل وتحليل المكونات في العينة. هناك نوعان رئيسيان من مواد الأطوار الثابتة: السائلة والصلبة. مواد الأطوار الثابتة السائلة هي سوائل غير متطايرة ومستقرة حرارياً وخاملة كيميائياً مطلية على العمود. مواد الأطوار الثابتة الصلبة هي جزيئات من مادة ممتزة، مثل هلام السيليكا أو المناخل الجزيئية.

لكي تظل مادة العينة على العمود لمدة كافية من الوقت، يجب أن تُظهر مستوى معين من التوافق (أو الذوبان) مع مادة الطور الثابت. ويستند هذا إلى مفهوم أن المواد ذات الأقطاب المتشابهة تميل إلى الذوبان في بعضها البعض، وهو مفهوم يمكن تلخيصه على أنه "المثل يُذيب مثله". يشير مصطلح "المثل" في هذا السياق إلى التشابه في الأقطاب بين مادة العينة والسائل الثابت. تقيس قطبية الجزيء، والتي يشار إليها بعزم ثنائي القطب، المجال الكهربائي الناتج عن فصل الشحنة داخل الجزيء. تشمل المواد القطبية للاطوار الثابتة مجموعات وظيفية مثل CN وCO وOH. مواد الاطوار الثابتة القائمة على الهيدروكربونات والسيلوكسانات ثنائية الألكيل تعتبر مواد غير قطبية، في حين تتميز مواد الاطوار القائمة على البوليستر بقطبيتها العالية. تشتمل مواد العينات القطبية عادةً على مواد مثل الكحولات والأحماض والأمينات، في حين قد تشمل المواد المذابة ذات القطبية المتوسطة الإيثرات والكيتونات والألدهيدات. تندرج الهيدروكربونات المشبعة ضمن الفئة الغير قطبية. بشكل عام، يجب أن تتوافق قطبية مادة الطور الثابت مع قطبية مكونات العينة. عندما يكون هناك توافق جيد، فإن التسلسل الذي يتم به تحلل ​​المواد يعتمد عادةً على نقاط غليان المواد المتحللة.

تُستخدم الأعمدة الشعرية أو الأعمدة الأنبوبية المفتوحة بشكل شائع لكفاءتها في الكروماتوغرافيا الغازية. تأتي هذه الأعمدة بثلاثة أنواع: الأعمدة الأنبوبية المفتوحة مطلية بالحائط (WCOT) حيث يتم طلاء مادة الطور الثابت السائل على الجدار الداخلي للعمود. تتمتع هذه الأعمدة باستيعاب عالي للعينات وتعطي دقة عالية، مما يجعلها مثالية لفصل المخاليط المعقدة. الأعمدة الأنبوبية المفتوحة المبطنة بالدعامة (SCOT) لها طبقة من التبطين الصلب مطلية بمادة الطور الثابت السائل، والذي يتم ربطه بعد ذلك بالجدار الداخلي للعمود. يوفر هذا التصميم استقرارًا وكفاءة اكبر مقارنة بأعمدة WCOT. تُستخدم الأعمدة الأنبوبية المفتوحة ذات الطبقة المسامية (PLOT) في الكروماتوغرافيا الغازية الصلبة ولها جزيئات من مادة الطور ثابت الصلبة مطلية على الجدار الداخلي للعمود. تتمتع هذه الأعمدة بمساحة سطح عالية وتحتفظ بمادة العينة عن طريق الامتزاز، مما يؤدي إلى معاملات توزيع كبيرة وفعالة. ومع ذلك، فإن عملية الامتزاز غير الخطية تؤدي إلى انحناء شديد لقمم التحلل، لذلك تُستخدم أعمدة PLOT بشكل أساسي للغازات الدائمة والجزيئات القطبية الصغيرة التي لا يتم الاحتفاظ بها بواسطة الأعمدة الغازية-السائلة. يوفر تصميم الأعمدة الأنبوبية المفتوحة أو الشعرية معدلات اسرع لتدفق غاز ودقة أعلى، مما يجعلها مثالية لتحليل المخاليط المعقدة. ومع ذلك، فإن لديها استيعاب اقل لمادة العينة وهي أكثرعرضة للتسريب من العمود. في هذه العملية، يتفكك البوليمر الذي يشكل مادة الطور الثابت للعمود ويتحلل لاحقًا جنبًا إلى جنب مع مادة العينة، مما قد يؤدي الى تلوث العينة.

توفر الأعمدة المحشوة التي تحتوي على جسيمات دعم صلبة استيعاب اكبر لمادة العينة ، مما يجعلها أكثر فائدة في تحليل العينات ذات الاحجام الاكبر من الأعمدة الأنبوبية المفتوحة. ومع ذلك، فهي ذات دقة أقل وأوقات تحليل أطول بسبب المعدل البطئ لتدفق الغاز الناتج عن جزيئات الدعم الصلبة. يمكن أن يتسبب الداعم الصلب في اتساع القمة والانحناء، مما يقلل من كفاءة الفصل.