O'zbekiston respublikasi oliy va o'rta maxsus ta'lim vazirligi farg‘ona Davlat Universiteti Magistratura bo’limi

13- mavzu: Xromotografik tahlil usullaridan foydalanish. Xromotografik bo’linish jarayoni mexanizmi
Ilmiy tadqiqotlarni samarasini oshirish maqsadida murakkab aralashmalarni aloxida moddalarga ajratishdan tashqari bir uskunada ularni kimyoviy tuzilishini xam o’rganish imkoniyatini beruvchi mukammal uskunalar xam yaratildi. Dastlab xromatograf uskunasiga UB-spektrofotometr ulanib birgalikda chiqarilib boshlangan. Ushbu spektroskopiya usuli imkoniyatlari biroz chegaralangan bo’lsada, o’ziga xos xromofor guruxlar tutgan moddalar uchun juda aniq malumot bera oladi. Demak, toza moddani qo’lda ushlamagan xolda uning kimyoviy tuzilishi to’g’risida aniq xulosalar qilish imkoniyati vujudga keladi.

Konbinatsiyalangan usullarning yana bir yutug’i shundan iboratki, xromatograf uskunasi sezgirligi juda baland bo’dgan boshqa uskuna bilan bir vaqtda ishlashidir. Juda keng tarqalgan va qo’llanilayotgan ushbu turdagi uskunulardan biri xromato-mass-spektrometr xisoblanadi. 1-bosqichda uskunaning bo’luvchi qismi aralashmani juda kam miqdordagi yakka moddalarga ajratib beradi. Keyingi bosqichlarda uskunada aloxida to’planayotgan moddalarning mass-spektri olinadi. Natijada 2 ta katta malumotga ega bo’linadi. 1. moddaning molekulyar massasi aniq bo’ladi; 2. moddaning elementar tarkibi aniqlanadi. Uchinchidan mass-spektrometrik fragmentlanish taxlili asosida kimyoviy brikma tuzilishi xaqida xulosa qilish mumkin bo’ladi. Zamonaviy xromato-mass-spektrometrlar xotirasida minglab malum moddalarning nomlari saqlanadi. Demak, o’rganilayotgan aralashma tarkibida o’rganilgan moddalar aniqlansa, uskunaning o’zi uni nomini va tuzilishini yozib beradi.

Xromato-mass-spektrometriya gaz xromatografiyasi va mass- spektrometriyaga asoslanadi. Gazli xromatografiyada tekshirilayotgan birikmalar sorbentli kolonkalar yoki yupqa qavat suyuqlikda ajratilishi va ajralgan moddalar kolonkadan chiqishi bilan uning detektirlanishi yuz bersa, mass-spektrometriyada umuman boshqa usul qo'llaniladi.

Xromatografiya usulida ajratilgan komponentlar yuqori vakuumga kiritilsa (u yerda molekulalar vakuumli bo‘shliqda erkin harakatlana oladi), ular elektronlar oqimi ta’sirida tarkibiy fragmentlar - ionlarga parchalanadi.

Ionian o‘z massasiga ko‘ra ajratilganda ionlar sonining massa bo‘yicha taqsimlanishi diagrammasi hosil bo‘ladi. Ushbu diagramma, yoki mass-spektr, insonning barmoq izlari kabi, moddaning noyob xususiyatidir.

Xromatografiyaning ajratuvchi xossasi va mass-spektrometriyaning imkoniyatlari birga har qanday ifloslovchi moddalarning murakkab aralashmalari komponentlarini ishonchli ideiitifikatsiyalash imkonini beradi. Bu aralashmalar have, suv, tuproq, ovqat qoldiqiari, krimina- listika yoki tibbiy tadqiqot obyektlari namunalari bo‘lishi mumkin.

Kompyuterlasiitirilgan xromato-mass-spektrometrlar yaratish borasidagi yutuqlar ancha salmoqlidir. 1975-yilda bunday asbob kosmik apparat yordamida Marsga 200 min. km masofaga yuborildi va u yerda organik hayot izlarini qidirib topish bo‘yicha 14 ta talililni amalga oshirdi. Aniqlash chegarasi 10“’ % ni tashkil qilishiga qaramay, hech qanday hayot izlari topilmadi.

Zamonaviy kompyuterlar bilan jihozlangan xromato-mass- spektrometrlar atrof-muhitda ko'plab zaharli moddalarni aniqlash va ularning kelib chiqishini o'rganish imkoniyatini beradi. Bu jamiyat- ning sanoatlashuviga bevosita bog‘liq. Xlorlangan dioksin sinfiga tegishli o‘ta zaharli kimyoviy moddalarning kelib tushish manbaHi va aylanish yo‘llarining aniqlanishi bu boradigi yutuqlarning yaqqol misolidir. Tibbiyot sohasida GX/MS usuli insonning ko'pgina kasalliklari va metobolizmini buzilishini aniqlash va yaxshiroq tushu- nishga yordam beradi. Ushbu usul kimyoviy qurolni yo‘q qilishda uni identifikatsiyalashda, chiqindilarni yoquvchi zavodlarda ajraladi- gan moddalarda o‘ta zaharli kimyoviy birikmalarni aniqlashda, turli avariyalarda atrof-muhitning ifloslanish darajasini o'rganishda, favqu- lodda ekologik vaziyat bilan bog'liq hakamlik masalalarini hal qilishda muhim ahamiyatga ega.

Gaz xromatograf kabi, mass-spektrometr ham nisbatan murakkab bo‘lmagan asbobdir, ulaming har bin yordamida olinadigan analitik ma’lumotlar esa sodda va foydalanish uchun qulay. Bu ikkala asbob to‘g‘ridan-to‘g‘ri yagona xromato-mass-spektrometrik tizimga birlash- tirilganda, bunday asbobning analitik imkoniyatlari ko‘p marotaba ortadi.

Xromato-mass-spektrometriyaning asosiy elementiari - gaz xro- matografi, mass-speirtrometr, va kompyuter. Uning tuzilishi 14-rasmda keltirilgan. Tekshirilayotgan aralashma xromatografning bug‘lantiruv- chisi (1) ga kiritiladi, u yerdan bug* ko'rinishida tushuvchi gaz bilan birga bosim ostida xromatografik kolonkaga tusiiadi, u yerda ajralish sodir boiadi.

14-rasm. Gaz xromatogran tizimi - xromato - mass - spektrometrni blok sxemasi va prinsipial qurilmasi.

1 - gaz xromatografi; 2 - separator; 3 - kirish tizimi; ishni gaz xromatografi yoki separatorli yoki separatorsiz kiritish balioni bilan ta’minlaydi; 4 - namunaning ionlar manbayiga to‘g‘ri kirishi;

5 - ionizatsiya qismidagi bosim: kimyoviy ionizatsiya diafragmenli manometr bilan alohida o'lchanadi; 6 - namunani qizdirish baloni;

7 - lonlar manbayi; 8 - mass-analizator; 9 - detektor; 10 - ionlar qismidagi bosim: kimyoviy ionizatsiya va elektron zarbali ionizatsiya uchun alohidali ionizatsiya manometri bilan o'lchaniladi; 11 - analizator qismidagi bosim: alohida ionizatsion manometr bilan o‘lchaniIadi (10-4 Pa / 10-6 mm. sim.ust. atrofida; 12 - gazlar-reagentlar; 13 - ionlar manbayining vakuum tizimi; 14 - nasos; 15 - mass-analizatorining vakuum tizimi.

Наr bir komponent kolonkadan tashuvchi gaz oqimida molekular separator (2) ga tushadi, u yerda oqimdan tashuvchi gazning asosiy qismi haydaladi. Bunda bosim (odatda atm. bosimi) mass-spektro- metrdagi ishchi bosimpcha pasayadi (IQ-^-lO-^ Pa). Molekular separatorlaming ta’sir prinsipi tashuvchi gaz va tekshirilayotgan modda molekulalarining turii harakatchanligiga, yoki ularning yarim o‘tkazuv- chi membrana orqali turli o'tkazuvchanligiga asoslangan.

Separatordan keyin modda mass-spektrometrning ion manbayi (7) ga kelib tushadi. lonlashish tezlashuvchan elektronlar, bir jinsli bo'imagan elektr maydoni yoki gaz-reagentning ionlari bilan amalga oshiriladi. lonlashishda vakuumdagi rnolekulalar turli massadagi harak- teristik ionlar guruhini tashkil qiladi. Hosil bo‘lgan ionlar mass analiza- tori (8) bilan ajratiladi va ion toki intensivligining ionlar massasiga bog‘liqligini qayd qiluvchi detektor (9) ga tushadi. Bunda hosil bo‘lgan ionlar soni mass-spektrometrga kelib tushayotgan modda miqdoriga proporsional.

Mass-spektrometrga o'rnatilgan detektor (9) yordamida va ion toki 0‘zgarishiga ta’sirchan bo'lgan xromatogramma yoziladi. Shunday qilib, mass-spektrometr xromatografning (1) detektori bo‘lib xizmat qiladi. Xromatogramma yozuvi bilan bir vaqtda xromatografik pikning bar qanday nuqtasida mass-spektr ham qayd qilinishi mumkin, u komponentning tuzilishini aniqlashi, ya’ni uni identifikatsiya qilish imkonini beradi.

Butun dunyo bo‘yicha turli xromato-mass-spektrometrlarning 10 ga yaqin modeli ishlab chiqariladi va ular atrof-muhit ifloslovchilarini tahlil qilishga mo'ljallangan bo‘lib, tegishli qo‘shimchalar bilan jihozlangan. Xromato-mass-spektrometriya shahar havosida oson uchuvchi organik birikmalarni aniqlash va identifikatsiyalashning eng muhim usulidir.

Sanoat mintaqalaridagi shaharlar havosiga xos ifloslantiruvchi- lar - aromatik uglevodorodlar, aldegidlar, xlorli uglevodorodlar bo'lib, ular havoga asosan avtotransport gazlari orqali kelib tushadi. Aytish joizki, havoning ifloslanish darajasi shahardagi avtomobillar soniga bevosita bog'liq va ob-havo sharoitlariga qarab keskin o'zgarishi mumkin.

Masalan, issiq va shamolsiz kunda havodagi ifioslovchi modda- larning konsentratsiyasi boshqa ob-havo sharoitiga nisbatan 10-20 marta ko‘p bo'lishi mumkin.

Tahlilning umumiy sxemasi 15-rasmda berilgan. Faol ko‘mir va magniy silikati bilan patronda kriogen tuzoq (2) tozalangan tashuvchi gaz xromato-mass-spektrometr (3) ning termodesorberiga (elektr pe- chi) kelib tushadi, bu yerga sorbentli (faol ko‘mir, silikagel tenakslar, xromosorblar, sferokarblar va b.) konsentratsion trubka joylashtiriladi (4) trabkada sorbent bilan absorbsiyalangan moddalar tashuvchi gaz (geliy yoki azot) toki bilan siqib chiqariladi, shu bilan bir vaqtda trubka 150-250 °C gacha qizdiriladi.

15-rasm. GX/MSning umumiy sxemasi.

1 - Patron. 2 - Kriogen tutgich. 3 — Xromato-mass-spektrometr.

4- Konsentrasion trubka. 5—Kapiilyar. 6—Kapillarii kolonka.

7- Gaz xromatografi. 8~ Mass-tanlovchan detertor.

9-Yozib oluvchi qurilma (rekorder). 70—Integrator.

Desorbsiyalangan qo‘shimchalar suyuq azot bilan sovutiladi, po‘lat kapillar (5) orqali tutiladi. U yerda ularbug‘dan suyuqlikka aylanadi. Keyin sovutilgan idish (Dyuar idishi) issiq suvli (90-95°C) idishga almashtiriladi. Bunda tuzoqda konsentratsiyalangan moddalar bug‘la- nib ketadi va bug‘ ko'rinishida tashuvchi gaz bilan birga mass-selektiv detektorli (8) gazli xromatografning (7) kapillarli kolonkasiga kelib tushadi. Olingan axborot (xromatogramma) rekorder (9) tomonidan yozib olmadi va mass-spektrlar kutubxonasiga ega kompyuter yorda- mida xromato-mass-spektrometr va integratorda (gazli xromatograf)da qayta ishlanadi.

Xromato-mass-spektrometriya usuli sanoat korxonalari chiqin- dilari, zavod va fabrikalar ishchi zonasi havosi, gazli ajratmalar tarkibi- dagi polimer materialli toksik uchuvchan organik birikmalarni aniq- lashda, kosmik apparatlar atmosferasidagi zaharli qo‘shimchalar tarkibini tahlil qilishda qo‘llaniladi.