در بخش اول این مقاله، كروماتوگرافي گازي، روش‌هاي آماده‌سازي نمونه، طيف‌سنجي جرمي، منابع يوني و روش‌هاي يونيزاسيون، تجزيه‌گرهاي جرمي و آشكارساز يون‌ها ارائه شد. در این بخش آشنايي با چگونگی كار با GC/MS، نمايش يون انتخاب‌شده(SIM)، پيك‌هاي ايزوتوپ، يون‌هاي فوق پايدار، يون‌هايي با بار چندگانه، تفسير طیف جرمي، شاخص بازداری، محاسبات كمي در GC/MS و كاربردهاي GC/MS به طور خلاصه مورد‌بحث قرار می‌گیرند.
این مقاله شامل سرفصل‌های زیر است:
1- آشنايي با چگونگی كار با GC/MS
2-1- پيك‌هاي ايزوتوپ
3-1- يون‌هاي فوق پايدار
4-1- يون‌هايي با بار چندگانه
2- تفسير طیف جرمي
1-2- شاخص بازداری
3- محاسبات كمي در GC/MS
4- كاربردهایGC/M
5- شبکه آزمایشگاهی فناوری راهبردی
6- نتیجه‌گیری
1- آشنايی با چگونگی كار با GC/MS
مراحل كار با دستگاه GC/MS به‌طور خلاصه شامل راه‌اندازی، كاليبراسيون و تنظيمات دستگاهی، آماده‌سازی و چگونگی تزريق نمونه، انتخاب روش يونيزاسيون و اسكن، انتخاب و اجرای روش، چگونگي استخراج يك طيف و جستجوی كتابخانه‌ای و جمع‌آوری اطلاعات است. برای شروع كار با طيف‌سنج جرمي، ابتدا بايد پمپ مكانيكي برای ايجاد خلآ را روشن كرد تا خلآ موردنياز در حد 3-10 تا 4-10 تور فراهم شود. برعكس، در هنگام خاموش كردن دستگاه، بايد خلآ دستگاه را تخليه كرده و سپس پمپ را خاموش نمود تا از برگشت روغن به داخل پمپ جلوگيری شود. نكته ديگر قبل از شروع كار با دستگاه، انتخاب روش يونيزاسيون است؛ همان‌طور كه قبلاً اشاره شد، روش‌های رايج در آزمايشگاه‌ها شامل روش يونيزاسيون الكترون و روش يونيزاسيون شيميايی است. روش يونيزاسيون الكترون، اطلاعاتی راجع به ساختار قطعه‌قطعه شدن مي‌دهد كه به شناسايي تركيب كمك مي‌كند اما روش يونيزاسيون شيميايي به تعين وزن مولكولي تركيب كمك مي‌كند و اطلاعات كمتری درباره قطعه‌قطعه شدن تركيب مي‌دهد. هركدام از اين روش‌ها نياز به منبع يونيزاسيون متفاوتی دارند كه قبل از ايجاد خلاء در دستگاه بايد راه‌اندازی شوند. لازم به ذكر است كه بیشتر كتابخانه‌های دستگاهی از قبيل NIST و WILY، براساس طيف‌سنج‌های جرمي چهارقطبی و قطاع مغناطيسي با منبع يونيزاسيون الكتروني 70 الكترون ولت به‌دست آمده‌اند.
قبل از تزريق نمونه، دو سر ستون كروماتوگرافی بايد به انژكتور و طيف‌سنج جرمی متصل شود و خلاء لازم با استفاده از پمپ به‌وجود آمده باشد. يك لاينر (محفظه شیشه‌ای) تميز مناسب در مسير انژكتور قرار گيرد. برنامه دمايی مناسب ستون مشخص شده و آماده‌سازی نمونه، قبل از تزريق انجام شود. طيف‌سنج جرمي كاليبره و تنظيم شود. به‌منظور کالیبراسیون دستگاه از ماده‌ای به نام پرفلوئوروتری‌بوتیل‌آمین (یا با نام‌های تجاری PFTBA یا FC43) به‌عنوان گاز کالیبراسیون استفاده می‌شود. به‌طور معمول، قبل از شروع كار با دستگاه، یک برنامه تنظیم خودکار روزانه اجرا مي‌شود که مراحل کالیبراسیون و تنظیمات دستگاه به‌طور خودکار انجام می‌گیرد. در صورتی که این مرحله با موفقیت انجام شود، دستگاه آماده تزریق نمونه است.
1-1- نمايش يون انتخاب شده (SIM)
نمايش يون انتخاب شده در واقع استفاده از دستگاه به‌گونه‌ای است كه تنها يون‌های جاری با جرم‌های انتخاب شده كه از مشخصات يك جزء خاص در پنجره زمان خروج هستند را ثبت نمايد. در اين روش، اسپكترومتر جرمي برای روبش كل گستره جرمی، زمان را از دست نداده و در m/zهای تعريف شده كه از مشخصات ويژه جزء مورد نظر است، با سرعتی بسيار بالاتر روبش را انجام مي‌دهد. اين روش اجازه مي‌دهد تا شناسايی كمی، با دقت در حد قسمت در بيليون (ppb) برای هر جزء مورد نظر انجام شود. در دستگاههای جديد، قابليت برنامه‌ريزی برای شناسايی يون‌های مختلف مربوط به اجزای مختلف نشان داده‌شده در پنجره زمان خروج، به‌طور هم‌زمان وجود دارد. مزيت اين روش، حساسيت بسيار بالا و شناسايی دقيق است [9].
2-1- پيك‌های ايزوتوپ
پيك‌های ايزوتوپ در آناليز GC/MS می‌توانند اطلاعات بسيار مفيدی را ارائه کنند. به‌طور معمول برای تفسير اطلاعات، روی يكي از پيك‌های مونوايزوتوپ تمركز می‌كنند. پيك مونوايزوتوپ پيكی با كمترين جرم در يك دسته ايزوتوپ بوده که شامل كمترين جرم ايزوتوپ از هر عنصر در يون است. در شكل (4)، دسته ایزوتوپ و پیک مونوایزوتوپ برای ترکیب C6H11Cl نشان داده شده‌است.
هر چند بدليل اينكه بيشتر عناصر حاوی كربن، دارای پيك‌های ايزوتوپ هستند، اما يون‌های مشاهده شده در طيف جرمی، ايزوتوپ‌هايی دارند كه عناصر آن‌ها را مشخص مي‌کنند. بنابراين، نسبت‌های مناسب ايزوتوپ می‌تواند اطلاعات خوبی در رابطه با ساختار عنصری تركيب مورد آناليز در اختيار قرار دهد [9].
3-1- يون‌های فوق پايدار
يون‌های فوق پايدار، اغلب حاصل تجزيه بعد از يك فرآيند آرايش مجدد هستند. دليل اين امر آن است كه تجزيه مستقيم، بسیار سريع، قبل از آن كه يون‌ها منبع يونش را ترك كنند، در حال روی دادن است [9].
4-1- يون‌هایی با بار چندگانه
برخی تركيبات نه تنها يون‌هايی با تك بار، بلكه يون‌هايی با بيش از يك بار مثبت توليد می‌كنند. در EI، اغلب زمانی كه يك آروماتيك با ساختار حلقوی تجزيه می‌شود، يون‌هایی با بار دوگانه مشاهده می‌شود. توجه نمایید كه برخی روش‌های يونيزاسيون مانند يونيزاسيون الكترواسپری، توزيعی از يون‌هايی توليد می‌کنند كه در تعداد بارشان متفاوت هستند. برای يون‌های با بار دوگانه، پيك مشاهده شده در m/z با مقدار نصف جرم يون، ظاهر خواهد شد. بنابراين، پيك ايزوتوپ 13C برای يونی با بار دوگانه با جرم 602 دالتون در 301/5m/z مشاهده خواهد شد [9].
2- تفسير طیف جرمی
روش‌های مختلفی برای تفسير طیف جرمي وجود دارد. غالباً با استفاده از دانش قبلي يا نتايج حاصل از جستجوی كتابخانه‌ای، طيف‌ها تفسير مي‌شوند. البته مواردی مانند تعيين محل يون مولكول و انتخاب نوع ساختار، از جمله مواردی هستند كه نياز به تخصص و محاسبات دقيق دارند. به‌عنوان مثال، در تعيين نوع ساختار، در نظر گرفتن مواردی مثل يون‌های مشخصه اجزاء، تعيين اجزاء از دست رفته با استفاده از يون مولكول و آزمون جستجوی كتابخانه‌ای بسيار مهم هستند. هر چند دستگاههای جديد امروزی مجهز به كتابخانه بوده و جستجوي كتابخانه‌ای را می‌توان به‌طور خودکار انجام داد؛ اما در برخي موارد، علی‌رغم وجود اين دستگاه‌ها، برای شناسايی دقيق و تعيين جرم اجزاء، نياز به تخصص كاربر و محاسبات دقيق است [9].
1-2- شاخص بازداری
اگر شرايط كروماتوگرافی ثابت نگه داشته شود، زمان خروج تركيبات، ثابت باقی می‌ماند. هر چند زمان خروج تركيبات در اثر استهلاك ستون و يا تحت تأثير ماتريس نمونه ممكن است تغيير کند، اما اگر زمان خروج نسبی مربوط به دو استاندارد كه هم‌زمان تزريق شده‌اند، اندازه‌گيری شود، تا حد زيادی اين مشكل رفع می‌شود. نخستين بار، سيستم شاخص بازداری توسط كواتز طراحی شد، لذا در اصطلاح رایج، به آن اندیس کواتز گفته می‌شود. در اين سيستم از تعدادی آلكان‌های نرمال به‌عنوان استاندارد استفاده می‌شود كه انديس كواتز آن‌ها از حاصل‌ضرب تعداد اتم‌های كربن در عدد 100 حاصل می‌شود. با داشتن انديس كواتز استانداردهايی كه به ترتيب قبل و بعد از نمونه خارج شده‌اند و با به‌دست آوردن انديس كواتز نمونه مجهول و سپس با مراجعه به مراجع، می‌توان نمونه مجهول را شناسايی نمود. معمولاً در شرايط ايزوترمال، از روش انديس كواتز لگاريتمی و در شرایط برنامه‌ريزی دمايی خطی، از انديس كواتز خطی يا اصلاح شده استفاده می‌شود که روابط و محاسبات آن‌ها به ترتیب در شکل‌های (5) و (6) آورده شده‌است.
3- محاسبات كمی در GC/MS
روش‌های مختلفي برای محاسبات كمی در GC/MS مورد استفاده قرار می‌گيرند. از جمله می‌توان روش سطح زير منحنی، روش فاكتور پاسخ نسبی و روش استاندارد داخلی را نام برد. در روش سطح زير منحنی با تقسيم سطح زير منحنی هر جزء به سطح كل اجزاء، درصد سطح هر جزء را به‌طور تقريبی، درصد وزني از آن جزء در نظر می‌گيرند. در روش فاكتور پاسخ نسبی، ابتدا مخلوطی از استاندارد اجزاء نمونه تهيه می‌شود، به‌طوری كه غلظت اين استانداردها به‌طور تقريبی مشابه غلظت اجزاء در نمونه است. سپس يكي از اجزاء به‌عنوان مرجع در نظر گرفته شده و فاكتور پاسخ نسبی آن معادل 1 در نظر گرفته می‌شود و با استفاده از رابطه (2) فاكتور پاسخ نسبی هر جزء به‌دست آمده و با استفاده از رابطه (3) درصد وزنی هر يك از اجزاء نمونه تعيين می‌شود. در روش سوم كه در واقع بسيار دقيق است، مقدار مشخصی از يك استاندارد با غلظت مشخص به مقدار مشخصي از نمونه اضافه شده و به همين ترتيب همان مقدار به ظرف ديگری از نمونه با وزن ديگر اضافه می‌شود. به‌طور معمول حداقل سه وزن بايد در نظر گرفته شود. سپس منحنی نسبت وزنی نمونهها به استاندارد (Wn/Wis) در مقابل نسبت سطح زیر پیک نمونهها به استاندارد (An/Ais) همانند شکل (7) رسم شده و برای يك نمونه مجهول محاسبات انجام می‌شود [9].
رابطه (2) 
رابطه (3) 
آناليز GC/MS در زمينه‌های بسياری قابل استفاده است. از جمله در شناسايی آلاينده‌های زيست‌محيطي مانند تعيين تركيبات كلروفنل در آب و خاك، هيدروكربن‌های آروماتيك چند حلقه‌ای، ديوكسين‌ها و دی‌بنزوفوران‌ها را نام برد. همچنين در آناليز تركيباتی مثل آروماتيك‌ها، اسيدهای چرب، استرها و الكل‌ها، آلدئيدها و ترپن‌ها در صنايع غذايی، نوشابه‌ها و اسانس‌ها بسيار كاربرد دارد. يكی ديگر از كاربردهای GC/MS، استفاده از اطلاعات حاصل از اين آناليز در حل و فصل مسائل حقوقی و دادگاهی است. به‌عنوان مثال، در آناليز تركيبات باقيمانده آتش‌سوزی‌ها و يا استفاده در آزمايشگاه‌های ضددوپينگ در مسابقات ورزشي. در علم گیاهان دارویی و کشاورزی برای بررسی روغن‌های فرار (اسانس‌ها)، اسیدهای گیاهی، برخی آلکالوئیدها (تریاک، تنباکو، شوکران و مشتقات تروپان)، برخی رزین‌ها، ترکیبات استروئیدی و اندازه‌گیری باقی‌مانده حشره‌کش‌ها روی غلات، مورد استفاده قرار می‌گیرد. نمونه‌ای از کروماتوگرام حاصل از دستگاه GC/MS در شکل (8) نشان داده شده‌است [11].
5- شبکه آزمایشگاهی فناوری راهبردی
| نام دستگاه |
| کروماتوگراف گازی |
| دستگاه کروماتوگراف گازی-طیف سنج جرمی |
6- نتیجه‌گیری
همان‌طور که ملاحظه شد، دستگاه GC/MS روش بسیار پیشرفته‌ای است که قابل مقایسه با دیگر روش‌های جدید تجزیه نیست و تنها می‌توان روش GC-MS/MS را قابل رقابت با آن دانست. این دستگاه طیف وسیعی از کاربردها اعم از تحقیقاتی، کنترل کیفی و کاربردهای صنعتی را پوشش می‌دهد. این سیستم به دلیل قابلیت انجام آزمون‌ها به‌طور خودکار و تسریع در کار، به همراه نتایج تکرارپذیر و همچنین کارآمدی در صنایع مختلف، در پیشرفت علم و فناوری نقش بسیار مؤثری داشته است. در آینده با چشم‌اندازهای بهتری به این روش تحلیلی چند منظوره، پرداخته خواهد شد.
منابـــع و مراجــــع
