गैस क्रोमैटोग्राफी | Gas chromatography (GC) in Hindi

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Gas chromatography (GC) definition-

गैस क्रोमैटोग्राफी विशेषताओं के performance ने process गैस क्रोमैटोग्राफ को ऑनलाइन रासायनिक विश्लेषण उद्योग का कार्यक्षेत्र बना दिया है। Sample column के माध्यम से निष्क्रिय(inert), गैसीय mobile phase के प्रवाह द्वारा ले जाया जाता है। Column में ही एक liquid Stationary phase होता है जो एक inert solid की सतह पर सोख लिया जाता है। गैस क्रोमैटोग्राफी को कभी-कभी vapour phase chromatography या Gas-liquid partition chromatography भी कहा जाता है। एक process gas chromatography वाष्प या वाष्पशील liquid sample का analysis करती है और फिर व्यक्तिगत पहचान और माप के लिए samples में विभिन्न रासायनिक घटकों को अलग करती है। असतत पृथक्करण और घटकों की सकारात्मक पहचान और संरचना की माप प्रक्रिया गैस क्रोमैटोग्राफ को उपलब्ध कुछ analyzer प्रकारों में से एक होने में सक्षम बनाती है जो माप के दौरान cross interference की संभावना को कम करती है। यह analyzer को प्रत्येक analysis के दौरान कई रासायनिक यौगिकों को उन स्तरों तक मापने की अनुमति देता है जो PPM और यहां तक कि PPB स्तरों तक पहुंचते हैं।

Gas chromatography principle-

गैस क्रोमैटोग्राफी इस सिद्धांत पर आधारित है कि stationary phase के लिए high affinity वाले घटकों में लंबे समय तक Retention समय होता है क्योंकि उन्हें कॉलम से बाहर आने में अधिक समय लगता है। हालांकि, stationary phase के लिए high affinity वाले components का Retention time कम होता है क्योंकि वे mobile phase के साथ आगे बढ़ते हैं। mobile phase एक गैस है, ज्यादातर हीलियम, हाइड्रोजन जिसे कॉलम के माध्यम से sample pass किया जाता है। एक बार वाष्प अवस्था में परिवर्तित होने के बाद retention time निर्धारित करने के लिए sample एक डिटेक्टर के माध्यम से pass किया जाता है। components को अलग-अलग एकत्र किया जाता है क्योंकि वे अलग-अलग समय पर stationary phase से बाहर आते हैं। विभिन्न componenets को कॉलम के अंदर अलग किया जाता है। डिटेक्टर कॉलम से बाहर निकलने वाले components की मात्रा को मापता है। Unknown concentration वाले samples को मापने के लिए, known concentration का एक standard sample उपकरण में inject किया जाता है। calculation of concentration के लिए standard sample peak retention time (उपस्थिति समय) और क्षेत्र की तुलना test samples से की जाती है।

Gas chromatography diagram

गैस क्रोमैटोग्राफी की diagram चित्र में दिखाया गया है।

Carrier gas रासायनिक रूप से निष्क्रिय होनी चाहिए। आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली गैसों में नाइट्रोजन, हाइड्रोजन, हीलियम, आर्गन और कार्बन डाइऑक्साइड शामिल हैं। carrier gas का चुनाव अक्सर उपयोग किए जाने वाले डिटेक्टर के प्रकार पर निर्भर करता है। carrier gas system में पानी और अन्य अशुद्धियों को दूर करने के लिए एक molecular sieves भी होती है। क्रोमैटोग्राफिक कॉलम को कैरियर गैस प्रदान करना। impure and moisture column को नुकसान पहुंचा सकती है, डिटेक्टरों का खराब performance, trace analysis की मात्रा को adverse रूप से प्रभावित कर सकता है। flow regulator set में carrier pressure की आवश्यकता होती है । दो सामान्य प्रकार के column, पैक्ड और capillary (खुले ट्यूबलर के रूप में भी जाना जाता है) हैं। पैक्ड कॉलम में liquid stationary phase के साथ coated a finely divided, निष्क्रिय, ठोस support material (आमतौर पर डायटोमेसियस पृथ्वी पर आधारित) होती है। अधिकांश पैक्ड कॉलम 1.5 – 10 मीटर लंबाई के होते हैं और इनका आंतरिक व्यास 2 – 4 मिमी होता है। capillary columns में एक मिलीमीटर के कुछ दसवें हिस्से का आंतरिक व्यास होता है। वे दो प्रकारों में से एक हो सकते हैं; वॉल-कोटेड ओपन ट्यूबलर (WCOT) या सपोर्ट-कोटेड ओपन ट्यूबलर (SCOT)। वॉल-कोटेड कॉलम में एक केशिका ट्यूब होती है जिसकी दीवारें liquid stationary phase के साथ coated होती हैं। सपोर्ट-कोटेड कॉलम में, केशिका की आंतरिक दीवार को डायटोमेसियस अर्थ जैसी support material की एक पतली परत के साथ पंक्तिबद्ध किया जाता है, जिस पर stationary phase को सोख लिया गया है। इस भाग में, इसमें दो ओवन होते हैं जो कॉलम ओवन और isothermal ओवन होते हैं। temperature controller थर्मोस्टैट्स या अन्य तापमान सेंसर को मापकर constant तापमान रखता है। कॉलम ओवन और isothermal oven अलग-अलग तापमान होते हैं और कॉलम और isothermal ओवन दोनों के constant तापमान को बनाए रखते हैं। गैस क्रोमैटोग्राफी डिटेक्टर ज्यादातर communication display और रिमोट सिस्टम के लिए thermal conductivity detector का इस्तेमाल करते हैं।

Gas chromatography detectors-

ऐसे कई डिटेक्टर हैं जिनका उपयोग गैस क्रोमैटोग्राफी में किया जा सकता है। विभिन्न डिटेक्टर विभिन्न प्रकार की selectivity देंगे।

Thermal conductivity detector (TCD)-

थर्मल कंडक्टिविटी डिटेक्टर (TCD) गैस क्रोमैटोग्राफी में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। ये detector carrier गैस की तापीय चालकता में छोटे बदलावों को महसूस करने के लिए गर्म धातु के फिलामेंट्स (या फ़्यूज्ड मेटल ऑक्साइड के कुछ अर्धचालकों से बने थर्मिस्टर्स) का उपयोग करते हैं। carrier gas की तापीय चालकता केवल अनिवार्य रूप से स्थिर संकेत देती है। Carrier gas में मिश्रण के विभिन्न घटकों के वाष्प की उपस्थिति धारा में उनके आयतन के अनुपात में तापीय चालकता में परिवर्तन का कारण बनती है। इससे फिलामेंट के प्रतिरोध में परिवर्तन होता है जिसे मापा जाता है। रिकॉर्डर जो इन परिवर्तनों को रिकॉर्ड करता है, एक automatic उपकरण से लैस होता है जो retention time के साथ एक ग्राफ शीट पर इन परिवर्तनों की परिमाण को ट्रैक करता है। थर्मल चालकता डिटेक्टर measuring गैस और carrier गैस के बीच थर्मल conductivity में अंतर का उपयोग करता है और detects concentration of measuring के रूप में ब्रिज सर्किट में generates unbalance voltage। तापीय चालकता डिटेक्टर (TCD) का मूल सिद्धांत जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, दो धाराएँ हैं, जिनमें से प्रत्येक में दो filament हैं। एक धारा केवल carrier गैस से गुजरती है और दूसरी column आउटलेट से जुड़ी होती है जो carrier के साथ मापी गई गैस को analysis के दौरान pass करने की अनुमति देती है। thermal conductivity detector का उपयोग अक्सर measuring gas (तरल) के component concentration को मापने के लिए किया जाता है।

Flame ionization detector-

FID इस घटना का उपयोग करता है कि measured component (हाइड्रोकार्बन) में कार्बन अणु गर्म हाइड्रोजन flame में आयनित होते हैं। यानी यह उस आयनीकरण धारा का पता लगाता है जो इलेक्ट्रोड के बीच प्रवाहित होती है जिसमें एक उच्च वोल्टेज लगाया जाता है। आयनीकरण धारा मापने वाले घटक की सांद्रता के समानुपाती होती है।

एफआईडी का उपयोग हाइड्रोकार्बन की कम सांद्रता वाली गैसों के घटक सांद्रता को मापने के लिए किया जाता है।

Flame photometric detector-

चूंकि सल्फर घटक युक्त sample गैस को एक अतिरिक्त हाइड्रोजन flame में ले जाया जाता है, सल्फर परमाणुओं वाला घटक उत्तेजित होता है। FPD उत्सर्जित प्रकाश की चमकदार तीव्रता का पता लगाता है जब यह उत्तेजित घटक गुणक फोटोट्यूब का उपयोग करके अपनी मूल स्थिति में लौटता है और इसे वोल्टेज में परिवर्तित करता है। यह वोल्टेज मापा गैस में सल्फर घटक की सांद्रता के समानुपाती होता है। एफपीडी सल्फर घटक पर 1 पीपीएम की high sensitivity के साथ माप सकता है और केवल सल्फर के लिए काम करता है।

H₂S, COS, CS₂
Mercaptans
Thiophenes

Electron capture detector-

एक इलेक्ट्रॉन कैप्चर डिटेक्टर (ECD) एक sample में amounts of chemical compounds का पता लगाने के लिए गैस क्रोमैटोग्राफी में उपयोग किया जाने वाला उपकरण है। आमतौर पर, इसमें 10 मिली-क्यूरी निकल (Ni-63) धातु की पन्नी होती है। गैस क्रोमैटोग्राफी का उपयोग analytical रसायन विज्ञान में यौगिकों को अलग करने और उनका analysis करने के लिए किया जाता है जिन्हें बिना decomposition के वाष्पीकृत किया जा सकता है। गैस क्रोमैटोग्राफी में प्रयुक्त ECD हैलोजन यौगिकों जैसे इलेक्ट्रॉन-अवशोषित नमूनों का पता लगाता है। निकेल (Ni-63), एक रेडियोधर्मी बीटा उत्सर्जक, एक ECD का एक component है। बीटा कण एक गैस को आयनित करते हैं जिससे ECD circuitry में एक बैकग्राउंड करंट प्रवाहित होता है। यदि एक sample कुछ negative इलेक्ट्रॉन आयनों (आयनीकरण इलेक्ट्रॉन कैप्चर नामक एक प्रक्रिया) को अवशोषित करता है, तो करंट कम हो जाता है। इसलिए वर्तमान उतार-चढ़ाव नमूना घटकों की उपस्थिति का सुझाव देते हैं। ईसीडी का सबसे बड़ा अनुप्रयोग हलोजनयुक्त यौगिकों के analysis में है, जिससे प्रति ट्रिलियन केवल एक भाग के स्तर पर कीटनाशकों और क्लोरोफ्लोरोकार्बन जैसे यौगिकों का पता लगाना संभव हो जाता है।

Example of gas chromatography-

गैस क्रोमैटोग्राफी के कुछ उदाहरण दिए गए हैं जिनका उपयोग उद्योगों में निगरानी और गुणवत्ता नियंत्रण के लिए और चिकित्सा क्षेत्र में भी निगरानी के लिए किया जाता है।

Petrochemical :- Ethylene, polypropylene , polythylene, butadine , alcohol, vinyl chloride
Petroleum refining:- distillation point analysis ,sulfur recovery, FCC.
Identification of performance-inducing drug in athlete’s urine.
Separation and quantification of a solid drug in soil and water samples

Gas chromatography applications-

निम्नलिखित कुछ महत्वपूर्ण गैस क्रोमैटोग्राफी अनुप्रयोग दिए गए हैं।

इस तकनीक का उपयोग विभिन्न samples में विभिन्न रसायनों की calculation of concentration के लिए किया जाता है।
इसका उपयोग वायु प्रदूषकों, तेल रिसाव और अन्य नमूनों के analysis में किया जाता है।
गैस क्रोमैटोग्राफी का उपयोग फोरेंसिक विज्ञान में अपराध स्थल में पाए जाने वाले विभिन्न जैविक samples की पहचान और मात्रा निर्धारित करने के लिए भी किया जा सकता है।

Advantage of Gas chromatography –

गैस क्रोमैटोग्राफी का प्रमुख लाभ इसकी high sensitivity, resolution and separation ability है, जो इसे वाष्पशील यौगिकों की एक विस्तृत श्रृंखला को अलग करने की अनुमति देता है।
इसका उपयोग advanced mass spectrometer (MS) द्वारा आयनों के द्रव्यमान-से-प्रभारी अनुपात को निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।
यह विभिन्न प्रकार के डिटेक्टरों और इंजेक्टरों के साथ आता है जिनका उपयोग विभिन्न फार्मास्यूटिकल्स के साथ-साथ अन्य अनुप्रयोगों के लिए भी किया जा सकता है।
गैस क्रोमैटोग्राफी अन्य क्रोमैटोग्राफी तकनीकों की तुलना में बहुत तेजी से प्रक्रिया के samples का analysis कर सकती है।
यह seperation का एक strong way है जो बेहतर signal-to-noise ratio देता है।
यह इंजेक्शन लगाने के लिए केवल बहुत कम मात्रा में samples लेता है, और इसके डिटेक्टर बेहद संवेदनशील होते हैं, जिससे यह बेहद कम concentration (एनजी-पीजी) का पता लगा सकता है।
अणु की आवश्यकता के अनुसार कई व्यास और लंबाई में विभिन्न प्रकार के जीसी कॉलम उपलब्ध हैं।
गैस क्रोमैटोग्राफी easy, automatic है, और इसमें डेटा का त्वरित analysis शामिल है जो तुलनात्मक रूप से उच्च Precision, accuracy and reproducibility करने योग्य परिणाम देता है।

Disadvantage of Gas chromatography-

गैस क्रोमैटोग्राफी का प्रमुख नुकसान यह है कि गैस क्रोमैटोग्राफी का उपयोग करके केवल वाष्पशील और थर्मली स्थिर यौगिकों को अलग किया जा सकता है।
गैस क्रोमैटोग्राफी में प्रयुक्त डिटेक्टर एमएस (मास स्पेक्ट्रोमीटर) को छोड़कर विनाशकारी हैं।
एचपीएलसी या टीएलसी में चयनात्मकता भी बेहतर है क्योंकि mobile phase को आसानी से बदला जा सकता है। गैस क्रोमैटोग्राफी में, आप केवल कॉलम और ओवन के तापमान को संशोधित कर सकते हैं, लेकिन आप mobile phase को नहीं बदल सकते क्योंकि इसमें carrier gas (हीलियम, नाइट्रोजन) का निरंतर प्रवाह होता है।
चूंकि हाइड्रोजन गैस, जो आग की लपटों के लिए प्रयोग की जाती है, अत्यधिक ज्वलनशील होती है, इसका उपयोग करते समय सावधानी बरतनी चाहिए।

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