معرفی دستگاه کروماتوگرافی گازی Agilent 7890

دستگاه Agilent 7890 GC یکی از پیشرفته‌ترین و پرکاربردترین سیستم‌های کروماتوگرافی گازی در آزمایشگاه‌های شیمی و آنالیز مواد است. این دستگاه به دلیل طراحی با‌کیفیت، دقت بالا و انعطاف‌پذیری در پیکربندی، به طور گسترده‌ای برای آنالیز ترکیبات آلی فرار و نیمه‌فرار استفاده می‌شود. سری 7890 شامل مدل‌های 7890A و 7890B است که هر دو عملکرد بسیار دقیقی در جداسازی و تشخیص ترکیبات شیمیایی ارائه می‌دهند. این دستگاه با بهره‌گیری از کنترل الکترونیکی فشار گاز (EPC) پیشرفته و سیستم دقیق کنترل دمای آون، زمان‌های بازداری بسیار تکرارپذیر (کمتر از 0.008% تغییر) و سیگنال‌های پایدار را در آنالیزها تضمین می‌کند. در ادامه، به معرفی کامل قابلیت‌ها، اجزا، نحوه کار، نسخه‌های مختلف و نرم‌افزارهای مرتبط با دستگاه کروماتوگرافی گازی 7890 اجیلنت می‌پردازیم.

ویژگی‌های دستگاه GC مدل 7890 اجیلنت

دستگاه GC 7890 با تکیه بر طراحی نسل جدید، مجموعه‌ای از ویژگی‌های پیشرفته را برای بهبود کارایی و دقت آنالیز ارائه می‌کند:

• کنترل پنوماتیکی الکترونیکی دقیق (EPC): سری 7890 از نسل پنجم EPC بهره می‌برد که دقت بسیار بالایی در تنظیم جریان و فشار گازهای حامل و گازهای کمکی فراهم می‌کند. هر ماژول EPC متناسب با نوع ورودی یا دتکتور مربوطه، بازه کنترل بهینه‌ای دارد و در مجموع تا شش ماژول EPC (معادل کنترل 16 کانال گاز) در دستگاه قابل نصب است. نتیجه این فناوری، تکرارپذیری عالی زمان‌های بازداری و شکل پیک‌های متقارن در کروماتوگرام‌ها است.
• کنترل دمای آون پیشرفته: آون دستگاه 7890 قادر است دما را با دقت 0.1°C تنظیم کند و محدوده دمایی از ۴ درجه بالاتر از دمای محیط تا حداکثر 450°C را پوشش می‌دهد. نرخ افزایش دما تا 75°C در دقیقه و توانایی سرد شدن از 450°C به 50°C ظرف حدود 4 دقیقه از دیگر قابلیت‌های آن است. این کنترل دقیق دما باعث بهبود تفکیک ترکیبات و تکرارپذیری زمان بازداری می‌شود.
• فناوری مسیر جریانی موئینه (CFT): اجیلنت 7890 مجهز به فناوری Capillary Flow Technology است که امکان برقراری اتصالات بدون نشتی داخل آون را فراهم می‌کند. این فناوری قابلیت‌هایی مانند بک‌فلاش (بازگشت معکوس گاز) پس از خروج پیک‌های موردنظر از ستون، کروماتوگرافی گازی دومبعدی (GC×GC) و اتصال چندین ستون به هم (Deans Switch) را ممکن می‌سازد. به کمک بک‌فلاش خودکار می‌توان پس از آنالیز ترکیبات هدف، باقی‌مانده‌های با نقطه جوش بالا را از ستون خارج کرد و بدین ترتیب زمان‌های سیکل آنالیز را کاهش داد، آلودگی ستون و دتکتور را کمتر کرد و طول عمر ستون را افزایش داد.
• قفل‌کردن زمان بازداری (RTL): یکی دیگر از امکانات نرم‌افزاری/سخت‌افزاری این دستگاه، قابلیت Retention Time Locking است که کمک می‌کند زمان‌های بازداری یک ترکیب در شرایط مختلف (از یک ستون به ستون دیگر یا یک دستگاه به دستگاه دیگر) ثابت بماند. این ویژگی برای استانداردسازی روش‌ها در آزمایشگاه‌های مختلف و مقایسه بین‌دستگاهی بسیار مفید است.
• دتکتورهای پیشرفته با گستره دینامیکی بالا: دستگاه 7890 می‌تواند همزمان تا سه دتکتور داخلی را پشتیبانی کند (دتکتورهای جلو، عقب و کمکی). مدار الکترونیکی پیشرفته دتکتورها و مسیر دیجیتال سیگنال در این دستگاه باعث می‌شود پیک‌ها در تمام محدوده غلظتی دتکتور (مثلاً حدود $10^7$ برای FID) در یک بار تزریق قابل اندازه‌گیری باشند. به عنوان مثال، دتکتور FID خودتنظیر در این دستگاه می‌تواند غلظت‌های از سطح ppb تا درصد را در یک آنالیز کمّی کند بدون نیاز به تنظیم دستی دامنه سیگنال. همچنین دتکتور TCD تک‌فیلامانه به کار رفته نیاز به گاز مرجع جداگانه ندارد و بدون رانش سیگنال، خط پایه پایداری ارائه می‌دهد.
• انتخاب گسترده‌ای از دتکتورها و مدول‌ها: طیف وسیعی از دتکتورهای داخلی و خارجی قابل اتصال به GC 7890 هستند، از جمله FID (یونش شعله‌ای)، TCD (هدایت حرارتی)، NPD (آشکارساز انتخابی نیتروژن/فسفر)، FPD/FPD+ (آشکارساز فوتومتری شعله برای گوگرد/فسفر)، µECD (آشکارساز جذب الکترون میکرو برای ترکیبات هالوژنه)، SCD و NCD (دتکتورهای کمولومینسانس برای اندازه‌گیری گوگرد و نیتروژن). این دستگاه همچنین قابلیت اتصال به آشکارسازهای جرمی مختلف را دارد که در بخش‌های بعدی توضیح داده می‌شود.
• مسیر جریانی غیرفعال (Inert Flow Path): اجزای در تماس با نمونه (از محل تزریق تا دتکتور) در نسخه‌های جدید 7890 دارای پوشش‌ها و مواد خاصی هستند که از فعال‌شدن یا جذب شدن ترکیبات قطبی و حساس جلوگیری می‌کند. این مسیر جریان خنثی حساسیت دستگاه را برای آنالیت‌های فعال (مانند ترکیبات دارای گروه‌های عاملی قطبی) بالاتر می‌برد.
• ساختار منعطف و ماژولار: دستگاه 7890 را می‌توان بسته به نیاز کاربر پیکربندی کرد؛ دو محل نصب ورودی (اینلت) در جلو و عقب و سه محل نصب دتکتور وجود دارد. انواع مختلف اینلت (تزریق) شامل اسپلیت/اسپلیت‌لس با فشار تا 100 یا 150 psi، مولتی‌مد (MMI) یا مد چند‌منظوره قابل برنامه‌ریزی، Packed (پرشده برای ستون‌های پرشده)، Cool on-column (تزریق مستقیم به ستون)، PTV (تبخیر برنامه‌پذیر) و ولایتایلز اینترفیس برای نمونه‌های خیلی فرّار در دسترس هستند. چنین تنوعی امکان آنالیز انواع نمونه‌ها و روش‌های مختلف را فراهم می‌کند.
• قابلیت‌های صرفه‌جویی در مصرف گاز و ایمنی: با توجه به مشکلات تأمین گاز هلیوم، اجیلنت 7890 راهکارهایی برای کاهش مصرف هلیوم ارائه داده است از جمله ماژول صرفه‌جوی هلیوم که در زمان‌های بیکاری دستگاه، گاز حامل را از هلیوم به نیتروژن تغییر می‌دهد. همچنین مدول سنسور هیدروژن اختیاری، نشت گاز هیدروژن را به سرعت تشخیص داده و به طور خودکار جریان گاز را قطع می‌کند تا از تجمع خطرناک هیدروژن جلوگیری شود. این سنسور هوشمند هر لحظه وضعیت را پایش کرده و فقط هر شش ماه نیاز به کالیبره شدن دارد.
• قابلیت آون بزرگ برای شیرها (Large Valve Oven): یک محفظه آون بزرگ‌تر در 7890B موجود است که اجازه می‌دهد چندین شیر گازی (برای سوئیچ کردن جریان‌ها یا انجام روش‌های پیچیده مثل برش قلبی) داخل آن نصب شود. این ویژگی به ترکیب چند روش آنالیزی در یک دستگاه و تعمیر و نگهداری آسان‌تر کمک می‌کند.
• اتوماسیون و سرعت بیشتر: سیستم‌های خودکار متصل به 7890 (مانند نمونه‌بردار خودکار 7693 برای تزریق مایع یا هداسپیس اتوماتیک) موجب افزایش تکرارپذیری تزریق‌ها و بازدهی آزمایشگاه می‌شوند. همچنین طراحی بهینه دستگاه باعث سرد شدن سریع‌تر آون و آماده شدن مجدد دستگاه برای تزریق بعدی در زمان کوتاه‌تر می‌شود. ترکیب این عوامل با هم راندمان کلی آنالیزها را بالا می‌برد.

به طور خلاصه، Agilent 7890 با بهره‌گیری از فناوری‌های نوین در کنترل گاز و دما، دتکتورهای حساس و طیف وسیعی از تنظیمات، دستگاه بسیار قدرتمند و دقیقی برای انواع کاربردهای کروماتوگرافی گازی است. در بخش‌های بعدی به تفصیل اجزا و نحوه عملکرد دستگاه، تفاوت مدل‌های 7890A و 7890B، اتصال آن به طیف‌سنج جرمی و چگونگی کار با نرم‌افزارهای مرتبط خواهیم پرداخت.

تفاوت‌های مدل 7890A و 7890B اجیلنت

اجیلنت پس از موفقیت مدل 7890A، نسخه به‌روز شده 7890B را عرضه کرد که در ظاهر و اصول عملکرد شبیه مدل قبلی است اما قابلیتهای بیشتری دارد. هر دو مدل 7890A و 7890B از نظر کاربری و پیکربندی کلی مشابه هستند و روش‌های تنظیم‌شده روی 7890A را می‌توان مستقیماً بدون تغییر روی 7890B نیز اجرا و نتایج معادل به‌دست آورد. با این حال، مهم‌ترین تفاوت‌ها و ارتقاءهای 7890B نسبت به 7890A عبارت‌اند از:

• نسل جدید کنترل گاز و الکترونیک: 7890B به پنجمین نسل EPC (در مقایسه با نسل قبلی در 7890A) مجهز شده و طراحی مدارهای الکترونیکی دیجیتال آن بهبود یافته است. نتیجه این ارتقاء، پایداری بیشتر و عملکرد کروماتوگرافی بهتر در مدل B است که آن را به یکی از دقیق‌ترین و قابل اعتمادترین GCهای دنیا تبدیل کرده است.
• بهبود مشخصات دتکتورها: در مدل 7890B حساسیت و پایداری برخی دتکتورها ارتقاء یافته است. به عنوان مثال، دتکتور FPD+ (نسخه بهبودیافته آشکارساز فتومتری شعله) با سازگاری کامل در 7890B عرضه شد که در 7890A پشتیبانی نمی‌شد. همچنین عملکرد دتکتور µECD (میکروECD) بهبود یافته و امکان استفاده از آن به عنوان سومین دتکتور همزمان در 7890B فراهم شد، در حالی که 7890A چنین قابلیتی نداشت.
• انعطاف‌پذیری بیشتر در پیکربندی اینلت‌ها: در مدل 7890B می‌توان برای هر دو موقعیت ورودی (جلو و عقب) از اینلت مولتی‌مد (MMI) استفاده کرد، یعنی دو اینلت MMI همزمان روی یک دستگاه نصب شود. این ویژگی به خصوص برای آزمایشگاه‌هایی که نیاز به تزریق برنامه‌پذیر در هر دو موقعیت دارند مفید است. در مدل 7890A به دلیل محدودیت سخت‌افزاری، امکان پشتیبانی از دو MMI به صورت همزمان وجود نداشت.
• ارتباط یکپارچه‌تر با طیف‌سنج جرمی: یکی از پیشرفت‌های 7890B، یکپارچه‌سازی بهتر با سیستم‌های GC/MS اجیلنت است. به طور خاص، هنگامی که 7890B با طیف‌سنج جرمی سری 5977A GC/MSD کوپل شود، ارتباط مستقیم و هوشمند‌تری بین GC و MSD برقرار است که نتایجی چون کاهش زمان تهویه (Vent) دستگاه MSD پس از پایان آنالیز و همچنین ایمنی بیشتر در استفاده از گاز هیدروژن به عنوان حامل را به همراه دارد. این بدان معنی است که در نسخه B، GC می‌تواند وضعیت MSD را پایش و کنترل کند تا در صورت استفاده از هیدروژن، هنگام خاموشی یا توقف، MS به موقع تخلیه و ایمن شود.
• قابلیت‌های صرفه‌جویی و نگهداری پیشگیرانه: مدل 7890B دارای امکانات جدیدی مانند حالت آماده‌به‌کار (Sleep Mode) برای کاهش مصرف برق و گاز در زمان‌های بدون استفاده و بیدارباش خودکار (Wake Mode) برای آماده شدن سریع دستگاه قبل از شروع شیفت کاری است (قابلیت Resource Conservation). همچنین سیستم بازخورد نگهداری پیشگیرانه در 7890B بهبود یافته که از طریق شمارنده‌ها و لاگ‌های الکترونیکی، زمان تعویض قطعات مصرفی (مانند واشرها، سوزن‌ها، فیلترها) را به کاربر یادآوری می‌کند. در مدل 7890A این امکانات به صورت محدودتر وجود داشت.
• امکانات جانبی جدید: افزونه‌هایی مانند بارکد‌خوان اتوماتیک سینی ویال‌ها در 7890B پشتیبانی می‌شود که در 7890A موجود نبود. این بارکدخوان می‌تواند ویال‌های نمونه را شناسایی کرده و ردیابی نمونه‌ها را در توالی‌های آنالیز آسان‌تر کند.

به طور کلی، 7890B نسخه ارتقایافته‌ای است که قابلیت‌های افزوده‌ای برای بهبود کارایی، ایمنی و راحتی کاربر دارد، در حالی‌که بنیان سخت‌افزاری قدرتمند 7890A را حفظ کرده است. از دید کاربر، روش کار و تنظیمات کلی در هر دو مدل تقریباً یکسان است و تفاوت‌ها بیشتر در بهبودهای پشتیبانی و عملکرد درونی دستگاه نمود پیدا می‌کنند. بنابراین، افرادی که با مدل 7890A کار کرده‌اند، برای کار با 7890B نیاز به آموزش پیچیده‌ای نخواهند داشت و بالعکس، روش‌های کروماتوگرافی به سادگی بین این دو مدل قابل انتقال هستند.

اجزا و ساختار دستگاه Agilent 7890 GC

دستگاه GC 7890 دارای طراحی ماژولار و اجزای متعددی است که هر کدام وظیفه مشخصی در فرایند کروماتوگرافی گازی بر عهده دارند. آشنایی با این قطعات و عملکرد آن‌ها برای کاربری صحیح دستگاه و نگهداری آن ضروری است. در ادامه، مهم‌ترین اجزای این سیستم معرفی می‌گردند:

۱. بخش تزریق (Inlets)

اینلت یا ورودی دستگاه محلی است که نمونه در آن تبخیر و وارد جریان گاز حامل می‌شود تا به ستون منتقل گردد. دستگاه 7890 به طور معمول دو موقعیت اینلت (جلو و عقب) دارد که روی سقف آون تعبیه شده‌اند و به صورت Front Inlet و Back Inlet نامگذاری می‌شوند. هر اینلت قابل انتخاب است و بسته به نیاز آنالیز، انواع مختلفی از سیستم‌های تزریق را می‌توان در این جایگاه‌ها نصب کرد:

• اسپلیت/اسپلیت‌لس (Split/Splitless): رایج‌ترین اینلت برای ستون‌های مویین، که امکان تزریق نمونه با رقیق‌سازی (مد اسپلیت) یا به صورت تمام‌حجم (اسپلیت‌لس) را فراهم می‌کند. در حالت اسپلیت بخشی از نمونه بلافاصله از مسیر کنارگذر تخلیه می‌شود تا از بارگذاری بیش از حد ستون جلوگیری شود، در حالی که در حالت اسپلیت‌لس کل نمونه به ستون می‌رود تا حساسیت بالا برای آنالیت‌های کم‌غلظت حاصل شود.
• مولتی‌مد یا MMI: این اینلت (Multimode Inlet) نوعی انژکتور برنامه‌پذیر دما است که می‌تواند به صورت انعطاف‌پذیر در مدهای مختلف (اسپلیت، اسپلیت‌لس، تبخیر مرحله‌ای و غیره) عمل کند. MMI به کاربر اجازه می‌دهد برنامه دمایی دلخواهی را برای فرآیند تبخیر نمونه تنظیم کند و بنابراین برای نمونه‌های با حلال‌های پرحجم یا آنالیت‌های نیمه‌فرار بسیار کارآمد است.
• ورودی Packed (پرشده): ویژه ستون‌های پرشده (Packed Columns) با قطر بالا که بیشتر در کروماتوگرافی گازی کلاسیک استفاده می‌شوند. در این نوع اینلت، نمونه وارد یک محفظه پر شده از ذرات بی‌اثر (نظیر شیشه یا تفلون) می‌شود و تبخیر می‌گردد.
• تزریق مستقیم به ستون (Cool On-Column): در این روش، سوزن سرنگ مستقیماً داخل ابتدای ستون (واقع در آون) نمونه را تزریق می‌کند. این تکنیک از تبخیر آنی نمونه در اینلت جلوگیری کرده و برای نمونه‌های حساس به دما یا تجزیه‌شونده مناسب است زیرا نمونه به صورت مایع وارد ستون سرد می‌شود و سپس با برنامه گرمایش ستون تبخیر و جداسازی صورت می‌گیرد.
• PTV (تبخیر برنامه‌پذیر دمایی): این نوع اینلت شبیه MMI بوده و امکان افزایش تدریجی دما در محفظه تزریق را می‌دهد. مزیت آن جلوگیری از تبخیر ناگهانی حلال‌های سنگین و ورود کنترل‌شده نمونه به ستون است. PTV به کاربر اجازه می‌دهد حجم‌های نسبتاً بزرگ نمونه را طی چند مرحله تبخیر و بر روی ستون متمرکز کند.
• ولایتایلز اینترفیس (Volatiles Interface): این مد مخصوص نمونه‌های بسیار فرّار (نظیر گازها یا مایعات فرار) است و معمولاً با تجهیزاتی نظیر هداسپیس اتوماتیک یا سیستم‌های Purge & Trap بکار گرفته می‌شود. در این حالت مسیر تزریق بهینه شده تا کمترین افت سیگنال برای ترکیبات بسیار فرّار رخ دهد.

هنگام کار با اینلت‌ها، دما و فشار محفظه تزریق پارامترهای حیاتی هستند. معمولاً اینلت‌ها دارای گرمکن (هیتر) و کنترل دمای دیجیتال هستند تا تبخیر نمونه به طور کامل و یکنواخت انجام شود. همچنین فشار و جریان گاز حامل ورودی به اینلت توسط EPC با دقت کنترل می‌شود تا نرخ ورود نمونه به ستون ثابت بماند. بسته به نوع اینلت، ممکن است گازهای کمکی مانند گاز اسپلیت (برای رقیق‌سازی) یا گاز purge (برای شستشوی محفظه تزریق در حالت اسپلیت‌لس) نیز تنظیم گردد. همه این تنظیمات می‌توانند در روش (Method) دستگاه ذخیره و توسط نرم‌افزار یا پنل دستگاه اعمال شوند.

۲. ستون کروماتوگرافی و آون (Column & Oven)

ستون کروماتوگرافی قلب دستگاه GC است که عمل جداسازی ترکیبات را انجام می‌دهد. ستون‌های مویین (کاپیلاری) رایج‌ترین نوع مورد استفاده در 7890 هستند که طول آن‌ها معمولاً بین ۱۵ تا ۶۰ متر و قطر داخلی آن‌ها بین 0.25 تا 0.53 میلی‌متر است. ستون به شکل کلاف در داخل آون (فر) دستگاه قرار گرفته است. آون 7890 دارای قابلیت کنترل دمای بسیار دقیق و برنامه‌ریزی گرمایش/سردسازی است. وظایف و ویژگی‌های این بخش عبارت‌اند از:

• کنترل دمای ستون: آون دستگاه دمای ستون را بر اساس برنامه دمایی از پیش تنظیم‌شده (Temperature Program) تغییر می‌دهد. به عنوان مثال، ممکن است آنالیز با دمای آغازی 50°C شروع شود، سپس با نرخی مثلاً 10°C/min تا 250°C افزایش یابد و مدتی در این دما ثابت بماند. این برنامه‌ها بسته به ماهیت نمونه طراحی می‌شوند تا جدایش بهینه رخ دهد. 7890 قادر است چندین مرحله افزایش دما (Ramp) و مرحله ایست (Hold) را در یک روش پشتیبانی کند.
• دقت و یکنواختی دما: کنترل‌کننده دمای آون در 7890 از فناوری PID با دقت بالا بهره می‌برد و تغییرات لحظه‌ای دما را پایش و اصلاح می‌کند. یکنواختی دمای کل محیط آون تضمین شده است تا تمام طول ستون به صورت همگن گرم شود و پهنا و شکل پیک‌های کروماتوگرام بهبود یابد. همان‌طور که ذکر شد، محدوده دمایی آون از نزدیک دمای محیط تا 450°C است و سرعت‌های بالای گرمایش/سرد شدن، زمان انتظار بین آنالیزها را کاهش می‌دهد.
• ستون‌های کپیلاری و اتصال‌ها: ستون‌های موئینه داخل آون توسط نگهدارنده‌های ستونی آویزان یا ثابت می‌شوند تا از تماس با دیواره‌های داغ جلوگیری شود. دو سر ستون به وسیله فِرول‌ها (واشرهای مخروطی) و مهره ستون به خروجی اینلت و ورودی دتکتور متصل می‌گردند. اجیلنت 7890 به لطف CFT دارای اتصالات داخل آون است که کاملاً بدون نشتی بوده و در مقابل سیکل‌های متعدد گرمایش/سردشدن پایدارند. برخی از این اتصالات اجازه انجام کارهایی مانند انشعاب جریان به دو دتکتور یا اتصال پشت‌سرهم دو ستون (برای GC دو‌بعدی) را می‌دهند.
• بک‌فلاش ستون: یکی از قابلیت‌های ارزشمند که قبلاً به آن اشاره شد، امکان Backflush است. بدین صورت که پس از خروج ترکیبات هدف از ستون، جهت جریان گاز حامل عوض شده و باقی‌مانده اجزای سنگین و دیر خروج را از ابتدای ستون به سمت تزریق‌کننده به بیرون می‌راند. این عمل که توسط یک شیر و مسیر جریان جانبی انجام می‌شود، مانع ورود ترکیبات ناخواسته سنگین به دتکتور شده و زمان آماده‌سازی ستون برای تحلیل بعدی را کاهش می‌دهد (چرا که نیازی به شستشوی طولانی ستون تا آخرین پیک‌های غیرهدف نیست).

به طور خلاصه، ستون و آون در دستگاه 7890 با دقت بالا کنترل می‌شوند تا جداسازی ترکیبات با قدرت تفکیک و تکرارپذیری عالی انجام گیرد. کاربر باید همیشه از وضعیت سلامت ستون (مثلاً عدم نشتی در اتصالات، تمیز بودن داخل ستون و کافی بودن عمر فاز ساکن آن) اطمینان حاصل کند، زیرا کارکرد صحیح کل سیستم GC به عملکرد ستون وابسته است.

۳. آشکارسازها (Detectors)

دتکتور یا آشکارساز وظیفه تشخیص و اندازه‌گیری ترکیبات جداشده توسط ستون را بر عهده دارد. وقتی هر ترکیب از ستون خارج می‌شود، وارد دتکتور شده و سیگنالی متناسب با غلظت آن ایجاد می‌کند که در نهایت به صورت پیک بر روی کروماتوگرام ظاهر می‌شود. دستگاه Agilent 7890 بسته به پیکربندی می‌تواند چندین نوع دتکتور را به طور همزمان به کار گیرد. سه محل برای دتکتورهای داخلی (جلو، عقب، کمکی) وجود دارد و علاوه بر آن، دتکتورهای خارجی نظیر طیف‌سنج جرمی نیز قابل اتصال هستند. در اینجا مهم‌ترین دتکتورهای قابل استفاده با 7890 معرفی می‌شوند:

• FID (Flame Ionization Detector): متداول‌ترین دتکتور برای ترکیبات آلی که بر اساس یونش در شعله هیدروژن/هوا کار می‌کند. هر ترکیب آلی خروجی از ستون در شعله می‌سوزد و یون‌های حاصل جریان ضعیفی بین دو الکترود ایجاد می‌کنند که توسط الکترومتر اندازه‌گیری می‌شود. FID دارای حساسیت بالا برای ترکیبات هیدروکربنی (در حد ppb) است و گستره دینامیکی وسیعی (~$10^7$) دارد. در 7890، FID از نوع خودکار با تنظیم رنج خودکار (auto-ranging) است که امکان اندازه‌گیری غلظت‌های بسیار کم و زیاد را در یک تزریق بدون خروج از اشباع فراهم می‌کند.
• TCD (Thermal Conductivity Detector): یک دتکتور همه‌منظوره که تغییر رسانایی حرارتی گاز خروجی از ستون را نسبت به گاز حامل خالص می‌سنجد. TCD بر روی یک پل گرمایی کار می‌کند و هر ترکیب که از ستون بیاید باعث عدم تعادل پل می‌شود و سیگنال الکتریکی تولید می‌کند. مزیت TCD این است که برای همه ترکیبات (چه آلی و چه معدنی) پاسخ می‌دهد، اما حساسیت آن پایین‌تر از FID است. در 7890، طراحی TCD به صورت تک فیلامانه و بی‌نیاز از گاز مرجع است و یک خط پایه پایدار و قابل اعتماد ارائه می‌کند.
• ECD (Electron Capture Detector): دتکتوری بسیار حساس مخصوص ترکیبات الکترون‌دوست (به ویژه هالوژن‌دارها مانند کلردارها و ترکیبات نیترو) است. منبع رادیواکتیو (نیکل-63) در ECD الکترون‌های پرانرژی منتشر می‌کند که توسط گاز حامل (معمولاً نیتروژن یا آرگون-متان) جریان ثابتی ایجاد می‌کنند. حضور مولکول‌های الکترون‌گیرنده این جریان را کاهش می‌دهد و دستگاه این کاهش را به عنوان سیگنال ثبت می‌کند. µECD موجود در 7890 از نوع ریز بهبودیافته است که حساسیت فوق‌العاده‌ای (تا حد pg یا کمتر) دارد و به دلیل کوچک بودن حجم آن، پاسخ سریعتری نیز نشان می‌دهد.
• NPD (Nitrogen-Phosphorus Detector): نوعی FID اصلاح‌شده است که به کمک یک مهره سرامیکی آلایش‌یافته با روبیدیوم، به صورت انتخابی ترکیبات حاوی نیتروژن و فسفر را با حساسیت زیاد آشکارسازی می‌کند. این دتکتور برای تحلیل ترکیباتی نظیر آفت‌کش‌های فسفره یا ترکیبات دارویی حاوی نیتروژن بسیار کاربرد دارد.
• FPD/FPD+ (Flame Photometric Detector): این دتکتور نیز از یک شعله برای برانگیختن ترکیبات گوگرددار و فسفر‌دار استفاده می‌کند. اتم‌های گوگرد و فسفر در شعله نوری منتشر می‌کنند که توسط فتوMultiplier تیوب آشکار می‌شود. FPD استاندارد به طور جداگانه در دو مد برای S و P به کار می‌رود، ولی FPD+ طراحی جدیدتری است که حساسیت بالاتر و قابلیت اندازه‌گیری همزمان گوگرد و فسفر با یک آشکارساز را داراست (دارای دو فتودیود مجزا). 7890B به طور کامل با FPD+ سازگار است.
• SCD/NCD (Sulfur/Nitrogen Chemiluminescence Detectors): این دتکتورها بر پایه واکنش شیمیایی ترکیبات گوگردی یا نیتروژنی با یک معرف اکسیدکننده و تولید نور (کمولومینسانس) عمل می‌کنند. مثلاً در SCD، گوگرد پس از احتراق به $SO$ تبدیل و سپس با ازن واکنش داده و نور مرئی گسیل می‌کند که اندازه‌گیری می‌شود. مزیت SCD/NCD حساسیت بسیار بالا (ppb و پایین‌تر) و پاسخ دهی هم‌وزنی (Equimolar) است، به این معنی که برای ترکیبات مختلف گوگرددار تقریباً پاسخ یکسان به ازای هر اتم گوگرد ارائه می‌دهد.
• MSD (Mass Selective Detector – Single Quadrupole MS): یکی از قدرتمندترین دتکتورهای قابل اتصال به GC، طیف‌سنج جرمی تک‌چهارقطبی سری 5975/5977 اجیلنت است. این دتکتور، مولکول‌های خروجی از ستون را یونیزه کرده و بر اساس نسبت جرم به بار جدا می‌کند و شدت هر یون را اندازه‌ می‌گیرد. مزیت GC/MS شناسایی قطعی ترکیبات بر اساس طیف جرمی آنهاست. 7890A معمولاً با مدل‌های MSD سری 5975 (مانند 5975C) کوپل می‌شد و 7890B با سری 5977A/B جدیدتر ترکیب می‌شود. این مجموعه به طور یکپارچه کار کرده و داده‌های کروماتوگرافی و طیف جرمی را همزمان ضبط می‌کند.
• تریپل کوادروپل MS (Triple Quad GC/MS): در این سیستم، GC 7890 به یک طیف‌سنج جرمی سه‌گانه چهارقطبی (مانند سری 7000 اجیلنت) متصل می‌شود. سه کوادروپل به ترتیب به عنوان فیلتر جرمی اول، سل برخورد (برای شکستن یون‌ها) و فیلتر جرمی دوم عمل می‌کنند. این ترکیب امکان انجام آنالیزهای MS/MS با حساسیت و گزینش‌پذیری بسیار بالا را فراهم می‌کند که برای شناسایی در ماتریس‌های پیچیده یا رسیدن به حد تشخیص‌های فوق‌العاده پایین ضروری است. GC-7890B به طور کامل قادر به پشتیبانی و کنترل یک تریپل کواد MS متصل است.
• GC/Q-TOF (Time-of-Flight MS): در این پیکربندی، 7890 به یک طیف‌سنج جرمی پرواززمانی چهارقطبی-توپ (Quadrupole-Time of Flight) مانند Agilent 7200 متصل می‌شود. این سیستم دقت جرمی بالا (High Resolution MS) و قدرت تعیین فرمول مولکولی ترکیبات را ارائه می‌دهد. GC×GC-QTOF به ویژه برای اسکرینینگ غیرهدفمند آلاینده‌ها یا شناسایی ترکیبات ناشناخته در نمونه‌های پیچیده کاربرد دارد.
• Ion Trap MS: هرچند کمتر رایج در سیستم‌های جدید اجیلنت، اما امکان اتصال 7890B به طیف‌سنج جرمی تله‌یونی (مانند Agilent 240 Ion Trap) نیز وجود دارد. Ion Trap نوعی آنالایزر جرمی است که یون‌ها را در یک میدان نوسانی به دام انداخته و بر اساس رزنانس از تله خارج می‌کند. ترکیب 7890B با Ion Trap MS توان تحلیلی بالایی در هر دو مد EI و CI (یونش شیمیایی) فراهم می‌آورد و برای برخی کاربردهای خاص مفید است.

همان‌طور که مشاهده می‌شود، تنوع دتکتورهای قابل استفاده با GC 7890 بسیار زیاد است و کاربر می‌تواند بسته به نوع نمونه و حد تشخیص موردنیاز، پیکربندی مناسب را انتخاب کند. سیگنال تولید شده توسط هر دتکتور به دیتاسیستم (نرم‌افزار کروماتوگرافی) ارسال شده و به صورت یک کروماتوگرام (و در صورت MS، یک طیف جرمی برای هر پیک) ثبت می‌شود. در دستگاه 7890، سیستم الکترونیکی دیجیتال جدید امکان جمع‌آوری چهار سیگنال همزمان را فراهم می‌کند؛ مثلاً اگر دو دتکتور FID و µECD و یک MSD متصل باشند، داده هر سه به طور موازی ضبط خواهد شد.

۴. سیستم کنترل گاز و پنوماتیک

گازهای حامل و سوخت و اکسیدکننده: برای عملکرد GC، معمولاً چند نوع گاز مورد نیاز است. گاز حامل وظیفه حمل نمونه از طریق ستون را دارد که می‌تواند هلیوم، نیتروژن یا هیدروژن باشد. هلیوم رایج‌ترین گاز حامل به دلیل بی‌اثر و غیرقابل اشتعال بودن است، اما به دلیل هزینه و کمبود، امروزه برخی آزمایشگاه‌ها به نیتروژن یا هیدروژن روی آورده‌اند. دستگاه 7890 به خوبی قادر به کار با هر سه گاز است و حتی دارای ویژگی‌های خاص برای صرفه‌جویی در هلیوم و ایمنی استفاده از هیدروژن (مانند سنسور نشت هیدروژن) می‌باشد. به جز گاز حامل، بسته به نوع دتکتور ممکن است گازهای دیگری نیز نیاز باشد؛ مثلاً برای FID به گاز سوخت (هیدروژن) و گاز اکسیدکننده (هوا) نیاز داریم، یا برای ECD از گاز Make-up (آرگون-متان) استفاده می‌شود.

کنترلرهای فشار و جریان (EPC): همان‌طور که اشاره شد، 7890 مجهز به کنترلرهای الکترونیکی پنوماتیک در هر بخش گاز است. برای هر اینلت و هر دتکتور، ماژول EPC مربوطه می‌تواند فشار یا جریان گاز را با دقت تنظیم کند. کاربر به راحتی می‌تواند از طریق نرم‌افزار یا صفحه‌کلید دستگاه، مقدار فشار یا جریان موردنظر (مثلاً 10 psi برای ستون، یا 30 mL/min برای گاز اسپلیت) را وارد کند و سیستم EPC با استفاده از سنسورها و شیرهای کنترلی دقیق، آن مقدار را ثابت نگه می‌دارد. واکنش سریع این ماژول‌ها موجب می‌شود حتی در صورت تغییرات دبی ناشی از برنامه دمایی آون (که ویسکوزیته گاز حامل را تغییر می‌دهد) یا تغییرات جزئی فشار منبع گاز، جریان عبوری از ستون تقریباً ثابت بماند. این امر نقش کلیدی در تکرارپذیری زمان بازداری ایفا می‌کند.

گاز‌Saver و حالت‌های صرفه‌جویی: ویژگی Gas Saver یکی از قابلیت‌های تنظیمات اینلت در نرم‌افزار است که به طور خاص برای صرفه‌جویی در مصرف هیدروژن یا هلیوم طراحی شده. مثلاً کاربر می‌تواند تنظیم کند که 2 دقیقه پس از تزریق، جریان اسپلیت به طور خودکار از 100 mL/min به 20 mL/min کاهش یابد، چرا که در زمان پس از تزریق دیگر نیازی به purge بالا نیست. همچنین در حالت آماده‌به‌کار (Standby or Sleep Mode) دستگاه می‌تواند دبی‌های گاز و دمای اجزا را کاهش دهد تا در مصرف گاز و برق صرفه‌جویی شود. این موارد خصوصاً زمانی ارزشمند است که دستگاه ساعات زیادی بیکار باشد یا شب‌ها روشن بماند؛ با این تنظیمات عمر سیل‌ها و فیلامان‌ها و… نیز افزایش می‌یابد.

۵. پانل جلویی و سیستم کنترلی دستگاه

دستگاه Agilent 7890 دارای یک صفحه نمایش LCD و دکمه‌های کنترلی در قسمت جلو است که به کمک آنها می‌توان تنظیمات اولیه را اعمال و وضعیت دستگاه را مشاهده کرد. این پنل کنترلی شامل موارد زیر است:

• نمایشگر (Display): یک نمایشگر گرافیکی کوچک که دماها (مثل دمای آون، اینلت‌ها، دتکتورها)، فشارها و وضعیت قسمت‌های مختلف را نشان می‌دهد. همچنین پیام‌های دستگاه (آماده بودن، خطاها، هشدارها) در این صفحه دیده می‌شود. منوهای تنظیمات از طریق همین نمایشگر قابل پیمایش هستند.
• کلیدها (Keypad): معمولاً شامل دکمه‌های عددی، کلیدهای جهت (فلش‌ها)، کلیدهای عملکردی (مثلاً برای انتخاب اینلت، دتکتور، روش، استارت/استاپ و غیره) و یک کلید Enter و Cancel است. از طریق این دکمه‌ها کاربر می‌تواند مستقیماً روی خود دستگاه، روش را مشاهده یا ویرایش کند، یک ران را شروع یا متوقف کند، یا عملیات نگهداری مثل تنظیم فشار گاز یا کالیبراسیون را انجام دهد. برای مثال، با فشردن دکمه‌های مربوطه می‌توان جریان گاز و دمای اینلت‌ها را تغییر داد یا چک کرد، یا از منوی Options به کالیبراسیون حسگرهای فشار پرداخت.
• نشانگرهای وضعیت: معمولاً LEDهای کوچکی روی پنل وجود دارد که وضعیت‌های مهم را با رنگ‌های مختلف نشان می‌دهند (برای مثال چراغ آماده (Ready)، چراغ خطا، وضعیت شعله FID و غیره). این نشانگرها کمک می‌کنند از دور هم بتوان دید که آیا دستگاه آماده تزریق است، آیا خطایی رخ داده، یا شعله FID روشن است یا خاموش.

نکته مهم این است که اکثر کاربران حرفه‌ای GC ترجیح می‌دهند تنظیمات را از طریق نرم‌افزار کنترل در کامپیوتر انجام دهند و دستگاه 7890 معمولاً تحت کنترل یک نرم‌افزار دیتاسیستم کار می‌کند. با این حال، آشنایی با پنل دستگاه ضروری است زیرا در برخی مواقع (مثل قطع ارتباط کامپیوتر یا انجام تست‌های سریع) می‌توان مستقیماً از طریق پنل، کارهایی را انجام داد. همچنین در هنگام راه‌اندازی اولیه و عیب‌یابی، پنل دستگاه اطلاعات فوری خوبی فراهم می‌کند (مثلاً نمایش پیغام Leak در صورت نشت گاز یا Not Ready بودن یک بخش).

۶. سیستم نمونه‌بردار خودکار (Autosampler)

اکثر دستگاه‌های GC امروزی از جمله Agilent 7890 همراه با سامپلر خودکار مایع (ALS) ارائه می‌شوند که وظیفه تزریق خودکار نمونه‌ها را برعهده دارد. نمونه‌بردار خودکار مدل 7693A اجیلنت معمول‌ترین گزینه برای سری 7890 است. این دستگاه شامل یک سینی ویال‌ها (معمولاً 16 یا 150 ویالی) و یک بازوی تزریق روباتیک است که می‌تواند سرنگ را به ترتیب به هر ویال برده و حجم معینی نمونه کشیده و در زمان مناسب به اینلت تزریق کند. مزایای استفاده از Autosampler عبارت‌اند از:

• افزایش دقت و تکرارپذیری تزریق: تزریق دستی توسط اپراتور ممکن است دارای خطاهای انسانی (در زمان‌بندی یا حجم تزریق) باشد. سامپلر خودکار با سرعت و زمان‌بندی یکنواخت، خطای تزریق را به حداقل می‌رساند و نتیجتاً سطح زیر پیک‌ها و زمان‌های بازداری دقیق‌تر و تکرارپذیرتری به دست می‌آید.
• امکان اجرای توالی (Sequence) نمونه‌ها: با Autosampler می‌توان لیستی از نمونه‌ها را پیکربندی کرد تا یکی پس از دیگری تزریق و آنالیز شوند، حتی در زمان‌های غیراداری. این برای افزایش توان عملیاتی آزمایشگاه ضروری است. دستگاه 7890 قادر است پس از هر تزریق صبر کند تا دتکتور آماده شود و سپس سامپلر خودکار تزریق بعدی را انجام دهد.
• انجام مراحل آماده‌سازی روی ویال‌ها: برخی سامپلرها قابلیت‌هایی نظیر افزودن حلال، رقیق‌سازی یا حرارت‌دهی ویال نمونه قبل از تزریق را دارند. هرچند 7693A عمدتاً برای تزریق مستقیم طراحی شده، اما امکان مثلاً شیک کردن ویال یا انکوباسیون حرارتی را نیز داراست که می‌تواند در روش‌های خاص مفید باشد.

علاوه بر سامپلر مایع، هداسپیس اتوماتیک (برای آنالیز ترکیبات فرار در ماتریس‌های مایع یا جامد) و سمپلر Purge & Trap (برای استخراج و تزریق ترکیبات آلی فرار از آب) نیز به GC 7890 متصل می‌شوند. تمامی این ماژول‌ها از طریق نرم‌افزار کنترل مرکزی فرمان می‌گیرند و به صورت هماهنگ با GC کار می‌کنند. مثلا در یک آنالیز هداسپیس، نرم‌افزار زمان‌بندی می‌کند که شیشه‌ها در انکوباتور گرم شوند و در زمان معین نمونه گازی به GC تزریق شود و سپس GC برنامه دمایی خود را اجرا نماید.

۷. سیستم داده و رایانه (Data System)

دستگاه GC 7890 به تنهایی توانایی ثبت و پردازش داده‌ها را ندارد، بلکه نیازمند یک دیتاسیستم نرم‌افزاری است که معمولاً روی رایانه نصب می‌شود. این نرم‌افزار نقش کنترل‌کننده دستگاه و نیز آنالیزکننده داده‌ها را ایفا می‌کند. اجیلنت برای GCهای خود نرم‌افزارهای اختصاصی ارائه می‌دهد که در طول زمان تحول یافته‌اند:

• نرم‌افزار OpenLAB CDS (ChemStation Edition): این نرم‌افزار نسخه تکامل‌یافته ChemStation کلاسیک اجیلنت است که برای کنترل کروماتوگرافی (GC و LC) استفاده می‌شود. در زمان عرضه 7890B، نسخه جدید OpenLAB CDS بسیار سریع‌تر و کاربرپسندتر شد به طوری که به ادعای اجیلنت، تا 40 برابر سرعت پردازش بالاتر رفته و ابزارهای گرافیکی جدید (گزارش‌دهی هوشمند) اضافه شده‌اند. OpenLAB ChemStation محیطی آشنا برای کاربران قدیمی دارد اما امکانات مدرن‌تری مانند گزارش‌دهی Drag & Drop، ذخیره داده متمرکز و کنترل از راه دور را فراهم کرده است. از طریق این نرم‌افزار می‌توان تمامی پارامترهای GC 7890 (دماها، فشارها، دتکتورها، توالی تزریق، زمان‌های توقف و شروع و…) را تنظیم کرد، روش‌ها را ذخیره یا بازیابی نمود و در نهایت کروماتوگرام‌های حاصل را پردازش و گزارش کرد.
• نرم‌افزار MassHunter یا MSD ChemStation (برای GC/MS): هنگامی که GC 7890 با یک طیف‌سنج جرمی کوپل شود، معمولاً از نرم‌افزار متفاوتی برای کنترل سیستم استفاده می‌گردد. اجیلنت دو گزینه ارائه داده است: MassHunter که پلتفرم جدیدتر و پیشرفته‌تر آنالیز جرمی است، و MSD ChemStation که نرم‌افزار سنتی و شناخته‌شده برای GC/MS تک‌ربع بوده است. کاربران می‌توانند بسته به ترجیح و سابقه خود، یکی را انتخاب کنند. هر دو نرم‌افزار قابلیت کنترل کامل GC 7890 و MS متصل به آن را دارند. MassHunter برای سیستم‌های سه‌گانه و Q-TOF ضروری است، در حالی که برای GC/MS تک‌ربع می‌توان از ChemStation کلاسیک نیز استفاده کرد. در هر صورت، کنترل مشترک دستگاه GC و MS از طریق یک رابط یکپارچه انجام می‌شود تا کاربر نیازی به تعامل جداگانه با هر کدام نداشته باشد.
• نرم‌افزارهای تحلیلی دیگر: GC 7890 همچنین می‌تواند توسط نرم‌افزارهای شخص ثالث (مثلاً Empower شرکت Waters یا Chromeleon شرکت Thermo) در صورت داشتن درایور مناسب، کنترل شود. اما در عمل اغلب آزمایشگاه‌ها از همان نرم‌افزارهای اجیلنت بهره می‌گیرند چرا که به طور تخصصی برای تجهیزات Agilent بهینه شده‌اند.

وظایف اصلی نرم‌افزار دیتاسیستم عبارت‌اند از: طراحی و ویرایش متد آنالیز (روش شامل همه تنظیمات دمایی و گازی GC و در صورت GC/MS تنظیمات MS مانند انرژی یونش و اسکن جرمی)، تعیین توالی تزریق‌ها (فهرست نمونه‌ها و استانداردها، حجم تزریق، محل ویال، نام فایل خروجی)، کنترل و پایش زنده دستگاه (نمایش دما/فشار لحظه‌ای، اعلام آمادگی یا خطاها)، ثبت داده‌های کروماتوگرام و طیف و در نهایت آنالیز داده‌ها (شامل پردازش کروماتوگرام، تصحیح خط پایه، انتساب پیک‌ها به ترکیبات، محاسبه غلظت بر اساس کالیبراسیون و تهیه گزارش نهایی). برای کاربران تازه‌کار، یادگیری نرم‌افزار بخش مهمی از کار با GC است؛ نرم‌افزار ChemStation/OpenLAB اجیلنت دارای بخش‌های مختلفی از جمله Acquisition (برای کنترل دستگاه و جمع‌آوری داده) و Data Analysis (برای پردازش پس از ران) است و رابط کاربری گرافیکی آن انجام بسیاری از امور را ساده کرده است.

در کنار نرم‌افزار اصلی، اجیلنت ابزارهای نرم‌افزاری دیگری نیز ارائه می‌دهد؛ مثلاً Method Translation Tool برای تبدیل روش‌های GC به یکدیگر (تغییر پارامترها برای ستون یا گاز متفاوت)، یا Gas Calculator برای محاسبه نرخ جریان و افت فشار در ستون و …. این ابزارها به ویژه در بهینه‌سازی شرایط آنالیز و استفاده بهینه از منابع مفید هستند.

نحوه عملکرد و انجام آنالیز با دستگاه GC 7890

در این بخش مراحل انجام یک آنالیز کروماتوگرافی گازی پیشرفته با دستگاه Agilent 7890 را از شروع تا دریافت نتیجه شرح می‌دهیم. فرض بر این است که دستگاه به درستی نصب و راه‌اندازی شده، ستون مناسب و دتکتور مورد نیاز نصب شده‌اند و نرم‌افزار کنترلی آماده به کار است. مراحل کلی به صورت زیر است:

۱. آماده‌سازی اولیه دستگاه:
قبل از شروع آنالیز، اپراتور باید اطمینان حاصل کند که دستگاه و ملحقات در وضعیت Ready (آماده به کار) هستند. این شامل موارد زیر است:

• بررسی گازها: فشار کپسول‌های گاز حامل (هلیوم/نیتروژن/هیدروژن) و گازهای جانبی (هیدروژن سوخت، هوای فشرده) بررسی شود و تنظیم‌کننده‌های فشار (رگولاتورها) در محدوده صحیح باشند. هیچ نشتی در اتصالات گاز نباید وجود داشته باشد (می‌توان با محلول آب و صابون یا دتکتور نشت‌یاب این را چک کرد).
• وضعیت اجزا: مطمئن شوید ستون به درستی وصل و شرایط‌دهی (Conditioning) شده است (اغلب ستون‌های نو را طبق دستورالعمل باید مدتی در دمای بالا و جریان گاز حامل شستشو داد). دتکتورها آماده باشند؛ مثلاً شعله FID روشن، دمای دتکتور SCD به حد کار رسیده و پایدار شده باشد. نرم‌افزار معمولاً برای هر بخش وضعیت Ready یا Not Ready را نشان می‌دهد. در صورت Not Ready بودن، باید صبر کرد یا مشکل را رفع نمود.
• دمای اولیه آون و اینلت‌ها: اگر روش خاصی مدنظر است، ابتدا Method مناسب را در نرم‌افزار بارگذاری کنید تا دستگاه به دماها و شرایط اولیه تنظیم شود. در غیر این صورت می‌توان به صورت دستی هم دمای آون را روی مقدار شروع (مثلاً 40°C) تنظیم کرد و اینلت‌ها/دتکتورها را نیز به دمای کارشان رساند. صبر کنید تا همه دماها به مقدار مطلوب برسند و پایدار شوند (نشانگر Ready ظاهر گردد).

۲. تنظیم روش (Method) آنالیز:
یک روش GC شامل کلیه تنظیمات لازم برای اجرای آنالیز است. اگر از قبل روش بهینه‌ای دارید، آن را در نرم‌افزار Load کنید. در غیر اینصورت یا برای روش جدید:

• در نرم‌افزار به بخش Method Editor بروید.
• قسمت تزریق: نوع اینلت را انتخاب کنید (که باید مطابق سخت‌افزار نصب‌شده باشد، مثلاً Front Inlet: Split/Splitless). سپس پارامترهای آن را تنظیم نمایید: دمای اینلت (مثلاً 250°C)، مد تزریق (Split یا Splitless)، فشار یا جریان ستون (نرم‌افزار معمولاً اجازه می‌دهد یکی را تعیین کنید و دیگری را بر اساس مشخصات ستون محاسبه می‌کند)، نسبت اسپلیت (مثلاً 20:1 اگر مد Split باشد)، زمان purge-on (اگر Splitless است، تعیین کنید چه زمانی پس از تزریق purge valve باز شود). همچنین حجم تزریق را که توسط Autosampler انجام می‌شود (مثلاً 1 میکرولیتر) مشخص کنید.
• قسمت ستون (Column): اطلاعات ستون نصب‌شده را وارد یا بررسی کنید: طول ستون (مثلاً 30 m)، قطر داخلی (مثلاً 0.25 mm) و ضخامت فاز ساکن (مثلاً 0.25 µm). این اطلاعات برای محاسبات زمان بازداری و فشار به کار می‌روند. سپس برنامه دمایی آون را تعریف کنید: دمای اولیه، زمان نگه‌داری در آن، نرخ افزایش دما و دماهای بعدی… تا دمای نهایی و زمان نهایی. همچنین می‌توانید پس‌دمش (Post-run) را تعیین کنید (مثلاً بعد از پایان برنامه، آون به 50°C برگردد تا برای نمونه بعدی آماده شود).
• قسمت دتکتورها: دتکتورهای مورد استفاده را فعال کنید (مثلاً Front Detector: FID). پارامترهای دتکتور را تنظیم نمایید؛ برای FID: دمای دتکتور (مثلاً 280°C)، جریان گاز هیدروژن (مثلاً 30 mL/min)، جریان هوا (400 mL/min)، جریان make-up (مثلاً 25 mL/min نیتروژن). برای دتکتورهای دیگر نیز پارامترهای مربوطه (مثلاً ولتاژ فوتومولتی‌پلایر برای ECD یا پارامترهای یونش برای MSD) را تنظیم کنید. نرم‌افزار Agilent 7890 معمولاً گازهای لازم برای هر دتکتور را به صورت پیش‌فرض پیشنهاد می‌دهد که کاربر می‌تواند آن‌ها را تغییر دهد.
• سایر تنظیمات: زمان تأخیر داده‌برداری (مثلاً شروع جمع‌آوری سیگنال چند ثانیه پس از تزریق تا پیک حلال دیده نشود)، زمان توقف خودکار (Run Time) که معمولاً تا کمی بعد از خروج آخرین پیک مهم انتخاب می‌شود. همچنین اگر از ویژگی‌هایی نظیر بک‌فلاش استفاده می‌کنید، زمان و شرایط فعال شدن آن را در بخش مربوطه وارد کنید.

پس از تنظیم همه موارد، روش را ذخیره کنید. اکنون دستگاه بر اساس این تنظیمات آماده اجراست (دماها و جریان‌ها تنظیم شده و نشانگر Ready روشن است).

۳. آماده‌سازی نمونه‌ها و ترتیب تزریق:
در حالی که دستگاه به شرایط روش رسیده، اپراتور باید نمونه‌ها را آماده کند. بسته به نوع آنالیز:

• اگر از Autosampler استفاده می‌شود، ویال‌های نمونه‌ها را به همراه ویال‌های محلول‌های کالیبراسیون یا استاندارد در جایگاه‌های مخصوص قرار دهید. هر ویال باید درپوش و سپتوم مناسب داشته باشد تا سرنگ بتواند از آن نمونه‌برداری کند.
• در نرم‌افزار، بخش Sequence یا Worklist را باز کنید. لیست نمونه‌ها را ایجاد کنید: برای هر ردیف می‌توانید نام نمونه، موقعیت ویال (مثلاً Tray 1, Vial 5)، روش مورد استفاده (همان که تنظیم کردید یا دیگری)، حجم تزریق، و نوع نمونه (Unknown, Standard, Blank …) را تعیین کنید. ترتیب منطقی مثلاً این است که ابتدا یک بلنک (حلال خالی) تزریق شود، سپس استانداردهای کالیبراسیون از غلظت پایین به بالا، و بعد نمونه‌های ناشناخته.
• اگر تزریق دستی انجام می‌دهید (بدون Autosampler)، تنها یک ردیف در نرم‌افزار تنظیم کنید یا از حالت Single Run استفاده کنید. در زمان شروع Run، نرم‌افزار به شما پیام می‌دهد که نمونه را تزریق کرده و دکمه Start روی دستگاه را فشار دهید. شما باید با یک سرنگ دقیقاً در زمان اعلام‌شده، حجم موردنظر (مثلاً 1 µL) را به سرعت به اینلت تزریق کنید و بلافاصله دکمه Start (یا Send) را بزنید تا داده‌برداری آغاز شود. هماهنگی در این روش دستی اهمیت زیادی دارد.

۴. اجرای آنالیز (Start Run):
حال همه چیز برای اجرا آماده است. در نرم‌افزار Sequence را شروع (Run) کنید. اگر Autosampler در کار است، بازوی رباتیک به ترتیب به سراغ ویال‌ها می‌رود، نمونه را می‌کشد و تزریق می‌کند. با هر تزریق، نرم‌افزار به طور خودکار دیتا اکوئیزی션 را آغاز می‌کند: کروماتوگرام به صورت لحظه‌ای در صفحه ظاهر می‌شود. اپراتور می‌تواند مشاهده کند که پیک‌ها در حال خروج هستند یا هنوز در زمان‌بندی مشخص (مثلاً پیک حلال، پیک استاندارد داخلی و…). در طی ران، دخالتی نیاز نیست جز اینکه نظارت کنید همه چیز روان پیش می‌رود (مثلاً فشار ستون پایدار است، شعله FID خاموش نشده و غیره؛ این موارد معمولاً اگر مشکلی پیش بیاید نرم‌افزار آلارم می‌دهد).

برای هر نمونه، پس از پایان زمان ران (Run Time تعیین شده)، نرم‌افزار به طور خودکار داده‌برداری را متوقف کرده و فایل دیتای مربوط به آن نمونه را ذخیره می‌کند. اگر پرهیتر اتوسمپلر نیاز به شستشو داشته باشد، بین نمونه‌ها انجام می‌شود (مثلاً شستشوی سرنگ با حلال). همچنین اگر روش بین نمونه‌ها تغییر کند (مثلاً روش دمایی متفاوت برای بخش بعدی) دستگاه تنظیمات جدید را اعمال کرده و صبر می‌کند Ready شود، سپس تزریق بعدی انجام خواهد شد.

۵. پایش زنده و کنترل کیفی حین اجرا:
در هنگام اجرای سکونس، کاربر می‌تواند هر لحظه وضعیت دستگاه را در پنجره نرم‌افزار ببیند: دمای فعلی آون و برنامه (نمودار پروفایل دما)، دمای اینلت و دتکتورها، فشار ستون، نرخ جریان، وضعیت Ready/Not Ready هر بخش، زمان سپری شده از ران و زمان باقیمانده. همچنین کروماتوگرام در حال ظهور نمایان است. اگر چیزی غیرعادی بود (مثلاً مشاهده پیک‌های ناخواسته در بلنک، یا دیده نشدن پیک استانداردها)، کاربر ممکن است تصمیم بگیرد سیکونس را متوقف کند و مشکل را برطرف نماید. در غیر اینصورت، اجازه می‌دهد تمام نمونه‌ها طبق برنامه یکی پس از دیگری تحلیل شوند.

۶. تحلیل داده‌ها و تفسیر نتیجه:
پس از اتمام ران هر نمونه (یا می‌توان منتظر ماند تا کل توالی تمام شود)، نوبت آنالیز کروماتوگرام‌ها است. در نرم‌افزار Data Analysis، فایل دیتای مربوطه را باز کنید. معمولاً اگر قبلاً یک روش پردازش تعریف کرده باشید، نرم‌افزار به طور خودکار پیک‌ها را شناسایی کرده و کمّی‌سازی را انجام می‌دهد. کارهایی که در این مرحله صورت می‌گیرد:

• شناسایی پیک‌ها: نرم‌افزار برای هر پیک در کروماتوگرام زمان بازداری (RT) را اندازه می‌گیرد. اگر از استانداردهای کالیبراسیون استفاده شده، براساس تطابق RT با جدول ترکیبات استاندارد، نام هر پیک (مثلاً بنزن، تولوئن…) تعیین می‌شود. در GC/MS، علاوه بر RT از طیف جرمی هم برای تأیید هویت استفاده می‌شود (از طریق جستجو در کتابخانه طیف مانند NIST).
• پرداخت سیگنال: ممکن است نیاز باشد خط پایه کروماتوگرام تنظیم یا تصحیح شود، پیک‌های همپوشان به صورت جداگانه انتگراسیون شوند یا پیک‌های نویز نادیده گرفته شوند. نرم‌افزار ChemStation/OpenLAB ابزارهای گرافیکی خوبی برای اصلاح دستی انتگراسیون و تعیین شروع/پایان پیک‌ها دارد.
• کالیبراسیون و کمّی‌سازی: اگر آنالیز کمّی است، باید منحنی کالیبراسیون بر اساس تزریق‌های استاندارد ساخته شود. نرم‌افزار از پاسخ پیک‌های استاندارد (ارتفاع یا سطح زیر پیک) در برابر غلظت‌های معلوم، منحنی رسم کرده و معادله خط (یا منحنی) کالیبراسیون را محاسبه می‌کند. سپس برای نمونه‌های مجهول، با اعمال ضریب رقت و وزن نمونه، غلظت هر ترکیب را بر حسب واحد مورد نظر (مثلاً ppm یا mg/L) گزارش می‌کند.
• گزارش‌دهی: در پایان، کاربر می‌تواند یک گزارش شامل جدول نتایج (غلظت‌ها، خطای نسبی، فاکتورهای پاسخ)، کروماتوگرام‌ها و توضیحات را تولید کند. در OpenLAB امکان طراحی قالب گزارش دلخواه (Report Template) وجود دارد که می‌تواند شامل لوگوی آزمایشگاه، نمودارهای مقایسه‌ای، جداول آماری و … باشد.

پس از اتمام تحلیل، نتایج باید مورد بازبینی قرار گیرند: مثلاً آیا درصد خطی بودن کالیبراسیون قابل قبول است؟ آیا پیک‌های کنترل کیفیت در محدوده مجاز قرار دارند؟ در صورت تأیید، می‌توان داده‌ها را تأیید نهایی و صادر کرد.

۷. اقدامات پس از پایان آنالیز:
وقتی کار آنالیزها تمام شد، بهتر است دستگاه به درستی به حالت آماده‌به‌کار برگردد:

• اگر قرار است مدت قابل توجهی استفاده نشود، می‌توان دماهای آون و اینلت‌ها را پایین آورد تا دستگاه در حالت صرفه‌جویی انرژی قرار گیرد و سایش قطعات کمتر شود. برای طولانی‌مدت حتی می‌توان شعله FID را خاموش کرد و جریان گازهای حامل را کاهش داد (Sleep mode).
• ستون را در صورت نیاز Condition کنید. مثلاً اگر نمونه‌های آلوده داشته‌اید، می‌توانید آون را تا دمای بالای ستون (مثلاً 20 درجه کمتر از بالاترین دمای مجاز ستون) گرم کنید و مدتی نگه دارید تا آلودگی‌ها از ستون خارج شوند.
• تهویه (Vent) دستگاه GC/MS: اگر از طیف‌سنج جرمی استفاده کرده‌اید و نیاز است آن را خاموش کنید یا ستون را عوض کنید، باید روند ونت کردن به آرامی انجام شود (کاهش دمای منابع یونش و سپس باز کردن خلأ). نرم‌افزار MassHunter یا ChemStation گزینه Vent را دارد که به صورت کنترل‌شده پمپ توربو را خاموش و محفظه MS را به فشار اتمسفر می‌رساند. این مرحله باید طبق دستورالعمل انجام شود تا به سیستم خلأ MS آسیبی نرسد.

با انجام این مراحل، چرخه یک آنالیز GC کامل می‌شود. مستندسازی هر مرحله (مثل زمان کالیبراسیون، تعویض قطعه، مشکلات پیش‌آمده و راه‌حل‌ها) نیز برای GLP و QA اهمیت دارد.

نحوه تعویض و نگهداری ستون در دستگاه 7890 GC

یکی از بخش‌های مهم کار با GC، نصب، تعویض و نگهداری ستون کروماتوگرافی است. نصب نادرست ستون می‌تواند منجر به نشت گاز، پهن‌شدگی پیک‌ها یا آسیب به دتکتور (خصوصاً در GC/MS) شود؛ لذا این کار باید با دقت و مطابق دستورالعمل انجام گیرد. در ادامه نکات کلیدی درباره «باز کردن و بستن ستون» و مواردی که کاربر باید مدنظر داشته باشد آورده شده است:

• شرایط ایمن قبل از شروع: همیشه پیش از باز کردن ستون، اطمینان حاصل کنید که دمای آون و اینلت‌ها خنک شده‌اند (برای جلوگیری از سوختگی). اگر GC به MS متصل است، MS باید ونت شده و به فشار محیط رسیده باشد قبل از جدا کردن ستون؛ در غیر این صورت، ناگهان هوا به داخل MS کشیده می‌شود و می‌تواند به منبع یونش و دیتکتور ضربه بزند. همچنین گاز حامل را می‌توان در حین کار جریان اندکی داد تا از ورود هوا به ستون جلوگیری کند.
• باز کردن ستون قدیمی: پیچ‌های اتصال‌دهنده ستون به اینلت و دتکتور (یا MS) را با استفاده از آچار مخصوص به آرامی باز کنید. این پیچ‌ها معمولاً مهره‌های ستون (column nut) هستند که روی هر کدام یک فرول (Ferrule) قرار دارد. هنگام شل کردن، ستون را با دست دیگر نگه دارید تا ناگهان نچرخد یا خم نشود. پس از باز شدن، ستون را به دقت از محفظه اینلت و دتکتور بیرون بکشید. انتهای ستون ممکن است هنوز داغ باشد یا دارای لبه تیز (بر اثر بریدن قبلی) باشد؛ مراقب باشید انگشتان را زخمی نکنید. ستون قدیمی را می‌توان به دور با قطر بزرگ‌تر جمع کرد و در فویل آلومینیوم پیچید تا در صورت تمایل برای استفاده بعدی تمیز بماند.
• برش و آماده‌سازی ستون جدید: ستون جدید را از جعبه‌اش خارج کرده و به آرامی باز کنید (معمولاً به صورت کویل پیچیده است، آن را باز نکنید که شکل دایره‌ای‌اش به هم بخورد). ابتدا باید دو سر ستون نو را ببرید چون اغلب سر ستون‌ها کمی آسیب‌دیده یا غیرفعال هستند. با یک کاتر سرامیکی یا الماسی مخصوص ستون، حدود 1 سانتی‌متر از سر ستون را جدا کنید تا انتهایی کاملاً تمیز و دایره‌ای داشته باشید. هنگام بریدن، ستون را خیلی فشار ندهید و پس از یک دور چرخاندن کاتر، سریع بشکنید تا مقطع صاف حاصل شود. هرگز انتهای ستون را با دست لمس نکنید یا آلوده نکنید.
• قرار دادن فرول و مهره: روی هر انتهای ستون یک فرول مناسب قرار دهید. فرول‌ها انواع متفاوت (گرافیتی، Vespel یا ترکیبی) دارند و سایز آن‌ها باید مطابق قطر ستون باشد (مثلاً فرول 0.5 mm برای ستون 0.25 mm ID). فرول را به صورتی روی ستون بیندازید که قسمت مخروطی آن به سمت بیرون انتهای ستون باشد (تا درون جا پیچ محکم بنشیند). سپس مهره ستون را هم از ستون رد کنید. توجه: فرول باید لق روی ستون باشد و حدود 4-5 میلی‌متر از انتهای ستون بیرون بماند تا هنگام محکم شدن، ستون تا نزدیکی انتهای نازل اینلت برسد.

نصب ستون به اینلت: ابتدا انتهای ستون را چند میلی‌متر داخل پورت اینلت کنید (اگر اسپلیت/لس است، تا نزدیکی انتهای نازل اسپلیت، و اگر MMI یا PTV است طبق دستور خاص آن). عمق فروبردن معمولاً مهم است؛ برای اینلت‌های مختلف، راهنماها مقداری را توصیه می‌کنند (مثلاً 4 تا 6 میلی‌متر بالاتر از انتهای نازل). مهره ستون را با دست بگیرید و فرول را به آرامی داخل رزوه اینلت ببرید و چند رزوه با دست سفت کنید. سپس با آچار مناسب حدود ۱/۴ تا ۱/۲ دور دیگر سفت کنید. بیش از حد سفت نکنید چون باعث له‌شدن فرول و شکستگی