روش های پیشرفته آزمایشگاهی در آنالیز آلاینده ها

روش های پیشرفته آزمایشگاهی در آنالیز آلاینده ها

Advanced Instrumental Methods of Analysis

فرمت: PPT تعداد صفحات: 145

فرمت: Pdf تعداد صفحات: 50

تهیه و تنظیم: دکتر سیمین ناصری

فهرست:

روش های کروماتوگرافی

• Gas Chromatography
• Liquid Chromatography
• Thin – layer Chromatography

روش های اسپکترومتری

• Atomic Spectrometry
• Mass Spectrometry
• Nuclear Magnetic Resonance

روش های الکتروشیمیایی

• Potentiometry
• Voltammetry
• Polarography

این مطلب بروزرسانی شد و فایل pdf «کاربرد روش های پیشرفته دستگاهی در آنالیز آلاینده ها» در 50 صفحه با موضوعات زیر پیوست شد.

• اندازه گیری نیترات با روش اسپکتروفتومتری
• اندازه گیری سدیم و پتاسیم به روش فلیم فتومتری
• اندازه گیری دیازینون با HPLC
• اندازه گیری تولوئن توسط دستگاه GC
• اندازه گیری روی توسط اسپکتروفتومتری جذب اتمی (شعله)
• اندازه گیری جیوه توسط اسپکتروفتومتری جذب اتمی (VGA)
• اندازه گیری سرب توسط اسپکتروفتومتری جذب اتمی (کوره)
• معرفی آزمایشگاه و تجهیزات موجود
• آموزش محلول سازی و نکات مهم در تهیه محلول ها و آنالیز داده ها
• آشنایی با دستگاه اسپکتروفتومتر و کار با دستگاه
• آشنایی با دستگاه فلیم فتومتر و کار با دستگاه
• آشنایی با دستگاه HPLC و آماده سازی محلول ها
• کار با با دستگاه HPLC
• آشنایی با دستگاه GC و آماده سازی محلول ها
• کار با با دستگاه GC
• آشنایی با دستگاه جذب اتمی و آماده سازی محلول ها
• کار با فلیم دستگاه جذب اتمی
• آشنایی با قسمت VGA دستگاه جذب اتمی و کار با این قسمت دستگاه
• آشنایی با قسمت کوره دستگاه جذب اتمی و کار با این قسمت دستگاه
• انجام آزمایش بر روی یکی از فلزات سنگین با روشهای دستگاهی مختلف و مقایسه روش ها
• انجام آزمایش بر روی یکی از فلزات سنگین با روشهای دستگاهی مختلف و مقایسه روش ها
• آشنایی با روش آنالیز داده ها و کنترل آنالیزهای انجام شده

CHROMATOGRAPHIC METHODS

Introduction:

هرگاه نمونه ای به صورت اجزاي مخلوط داشته باشیم و برای مطالعه روی آن لازم باشد که اجزاء آن نمونه جداسازی شوند، روشهای گوناگونی جهت انجام جداسازی قابل استفاده هستند:

فرایند جداشازی شامل:

• تقطیر Distillation
• کریستالیزاسیون Crystallization
• ترسیب Precipitation
• استخراج با حلال Solvent Extraction
• کروماتوگرافی Chromatography

امتیاز روش کروماتوگرافی آن است که در این روش، علاوه بر امکان جداسازی اجزاء یک مخلوط مایع یا گازی، می توان آنالیز کیفی و کمی را نیز انجام داد. به عبارت دیگر اجزاء نمونه را می توان  شناسایی و تعیین مقدار نمود.

Qualitative Analysis

Quantitative Analysis

تاریخچه کروماتوگرافی

روش کروماتوگرافی برای اولین بار در سال 1906 توسط یک دانشمند گیاهشناس روسی به نام Michail Tswett ابداع شد. این دانشمند تحقیقاتی را در زمینه انواع رنگدانه های (pigments) موجود در برگ های سبز گیاهان و دانه های گیاهی انجام می داد و  هدف او جدا کردن رنگدانه ها از یکدیگر بود.

Tswett در این تحقیق از یک ستون شیشه ای استفاده نمود؛ او ستون را از ذرات ریز کربنات کلسیم (Co3Ca) پر کرد و عصاره مواد رنگی را نیز در اتر حل نمود و یک محلول بدست آورد. سپس محلول را که حاوی مخلوط مواد رنگی بود، از بالا وارد ستون نمود.

پس از مدتی مشاهده نمود که این ترکیبات هر یک منطقه خاصی  را در ستون اشغال کرده اند و نواحی با رنگ های مختلف در ستون ظاهر شدند.

Tswett در بررسی نواحی مختلف ایجاد شده متوجه شد که در هر یک از آنها، یک ترکیب رنگی خالص وجود دارد که از بقیه اجزاء جدا شده است. وی دلیل این جداسازی را اختلاف در نیروهای جذب سطحی اجزاء مخلوط روی کربنات کلسیم عنوان نمود که منجر به پیشروی آنها با سرعت های متفاوت در طول ستون شده است.

Tswett روش ابداعی خود را کروماتوگرافی نامید:

• رنگ Chromatos
• رنگ نگاری Chromatography

این روش در زمان Tswett چندان موردتوجه قرار نگرفت و پس از مرگ او در بوته فراموشی باقی ماند. بعدها در سال 1930 از این روش در آنالیز محصولات طبیعی استفاده شد و ترکیبات رنگی متعددی مانند کاروتین Carotene با این روش شناسایی شدند.

از حدود سال 1940، کاربرد این روش در جداسازی ترکیبات غیر رنگی نیز آغاز شد و Martin و Synge سیستم های جدیدی از کروماتوگرافی را ابداع نمودند و در نهایت در سال 1952 به همین دلیل جایزه نوبل را دریافت کردند.

کاربردها:

روشهای کروماتوگرافی امروزه در تمام شاخه های علوم در زمینه های شیمیایی و بیوشیمیایی کاربرد دارند:

• صنایع نفت و پتروشیمی
• محیط زیست (آلاینده های آب، فاضلاب، هوا، خاک)
• صنایع شیمیایی مختلف – صنایع لبنی و …

دلیل دامنه بسیار وسیع کاربرد روش های کروماتوگرافی، قدرت جداسازی بسیار، سادگی و سرعت عمل است. کروماتوگرافی به ویژه در مورد جداسازی مخلوط هایی که اجزاء آن هم خانواده و از نظر خواص به هم نزدیک هستند و با سایر روش ها امکان جداسازی انها فراهم نیست، مورد استفاده قرار می گیرد.

Sample (mixture of solutes) ⇒ Chromatography ⇒ Separation ⇒ Qual. Analysis ⇒ Quant. Analysis

اصول کوماتوگرافی:

در تمام روش های متنوع کروماتوگرافی، 2 فاز قابل تشخیص هستند:

• فاز ساکن Stationary Phase
• فاز متحرک Mobile Phase

فاز ساکن معمولاً دارای سطح نسبتا بزرگ در واحد حجم است. فاز متحرک از داخل (یا از روی) فاز ساکن عبور داده می شود و با آن تماس پیدا می کند.

در عمل، نمونه مورد نظر (که هدف جداسازی اجزاء آن است) همراه با جریانی از یک سیّال (که مجموعاً فاز متحرک را تشکیل می دهند)، از روی فاز ساکن عبور داده می شود و اجزاء نمونه بر اساس اختلاف در سرعت حرکت و پیشروی، از یکدیگر جدا می شوند و نهایتاً با اختلاف زمانی از سیستم خارج می شوند.

طبقه بندی کروماتوگرافی

گاز کروماتوگرافی HPLC

طبقه بندی بر اساس نوع فاز متحرک و ساکن:

1. Mobile Phase
   • (Liquid: Carrier liquid – liquid Chromatography (LC
   • (Gas: Carrier gas – Gas Chromatography (GC
2. Stationary Phase
   • Solid
   • Liquid

طبقه بندی بر اساس نحوه قرار گرفتن فاز ساکن

1. کروماتوگرافی ستونی (Column Chromatography)
2. کروماتوگرافی صفحه ای (Planar Chromatography)

در کروماتوگرافی ستونی:

فاز ساکن در داخل یک ستون ریخته می شود. اگر فاز ساکن جامد باشد، به صورت ذرات ریز است و اگر مایع باشد، آن را باید به نحو مناسب روی یک جامد، ساکن و بیحرکت نمود. در هر دو حالت، ستون از فاز ساکن (packing – آکنه) پر می شود و سپس نمونه به همراه سیال حامل از داخل ستون عبور داده می شود.

در کروماتوگرافی صفحه ای: فاز ساکن یک صفحه مسطح را تشکیل می دهد.

• فاز ساکن از جنس کاغذ متخلخل خاص است: Paper Chromatography
• فاز ساکن به صورت ذرات ریز جامد است که بر روی یک صفحه شیشه ای به صورت لایه ای با ضخامت بسیار کم mm) 0.3-0.2) پوشش داده شده است: کروماتوگرافی لایه نازک Thin – Layer Chromatography سپس نمونه به همراه سیال حامل از روی آن عبور داده می شود.

طبقه بندی بر اساس مکانیزم جداسازی:

بر این اساس روش های کروماتوگرافی زیر قابل تشخیص هستند:

1. مکانیزم جذب سطحی (Adsorption Chromatography) عامل جداشدن اجزاء، اختلاف در جذب سطحی آنها روی فاز ساکن است.
2. مکانیزم تقسیم (Partition Chromatography): عامل جداشدن اجزاء، اختلاف در حلالیت آنها در فاز ساکن است.
3. مکانیزم رانده شدن (Exclusion Chromatography): عامل جداشدن اجزاء، اختلاف در اندازه ملکولی آنها است.
4. مکانیزم تبادل یونی (Ion Exchange Chromatography): عامل جداشدن اجزاء، اختلاف در بار الکتریکی آنها است.

مکانیزم های فوق با تکنیک های مختلفی قابل انجام هستند، ولی متداول ترین آنها تکنیک شویندگی (Elution) است: در این تکنیک، نمونه در سیال مناسب وارد شده و سپس وارد ستون می شود.

Sample: a+b

Fluid: سیال حامل

ستون نیز از فاز ساکن مناسب پر شده است. به عنوان مثال فاز ساکن می تواند یک جسم جاذب سطحی مانند کربن فعال باشد.

اجزاء نمونه پس از ورود به ستون، بر اساس اختلاف در خاصیت جذب سطحی روی جسم جاذب، از یکدیگر جدا می شوند. (ماده شوینده یا فاز حامل نیز به صورتی انتخاب می شود که شدت جذب سطحی آن بسیار پایین باشد). بنابراین اجزاء نمونه پس از ورود به داخل ستون بر اساس این خاصیت بین دو فاز ساکن و متحرک تقسیم می شوند:

جزیی که میزان و سرعت جذب سطحی آن روی فاز ساکن کمتر است، طول ستون را سریعتر طی می کند و زودتر از ستون خارج می شود.

اگر در انتهای ستون دتکتور مناسبی وجود داشته باشد. خروج هر یک از اجزاء نمونه توسط آن مشخص می شود.

مسیر ورود و خروج آنالیت به صورت شماتیک در دستگاه کروماتوگرافی

1. همان ستون کروماتوگرافی است که در داخل آن جداسازی اجزاء نمونه بر اساس اختلاف در خواص مختلف از یکدیگر جدا می شوند. نتیجه آن وارد آشکار ساز می شود.
2. Detector (آشکار ساز) وسیله ای است که حضور اجزاء را تشخیص داده و آنها را اندازه گیری می کند. در آشکار ساز، Signal ورودی به Signal الکتریکی تبدیل می شود.
3. Signal خروجی از (2) معمولاً بسیار ضعیف است، لذا در قسمت (3) که معمولاً یک تقویت کننده (Amplificator) است، Signal تقویت می شود.
4. Signal نهایی روی صفحه مونیتور یا روی کاغذ ثبت می شود.

نتیجه خروجی دستگاه کروماتوگراف را Chromatogram می نامند. روی کروماتوگرام، برای هر جزء خروجی یک Peak رسم می شود که با استفاده از آنها می توان آنالیز کمّی و کیفی را انجام داد.

ادامه مطلب را با دانلود فایل پاورپوینت مشاهده کنید.

حتما بخوانید:

⇐ نمونه برداری و آنالیز آلاینده های خروجی دودکش

⇐ روش شناسایی سنجش آلاینده های هوا در محیط های مختلف

⇐ وسایل اندازه گیری قرائت مستقیم آلاینده های شیمیایی

⇐ شناسایی خطرات آلاینده های شیمیایی محیط کار

References:

• شیمی تجزیه دستگاهی (Carry Douglas Skoog & James) ترجمه: ژیلا آزاد و همکاران – مرکز نشر دانشگاهی – 1382
• روش های نوین تجزیه دستگاهی سلیمان افشاری پور – دانشگاه علوم پزشکی اصفهان – 1372