داستانی از یک کارآگاه نامرئی که همهچیز را بو میکشد!
شما تا به حال فکر کردهاید که چطور دانشمندان میفهمند داخل یک قطره عطر دقیقاً چه موادی هست؟ یا چطور میفهمند بنزینی که در باک ماشین میریزید واقعاً استاندارد است یا نه؟ یا حتی چطور میتوانند در یک نفس هوا، چند ده نوع آلاینده سرطانزا را پیدا کنند؟ جواب همه این سؤالها یک دستگاه جادویی است به نام کروماتوگرافی گازی یا به اختصار دستگاه GC.
کروماتوگرافی گازی دقیقاً چیست؟
به زبان خیلی ساده: کروماتوگرافی گازی (GC) مثل یک «تفکیککننده فوقدقیق مولکولی» است که میتواند صدها ماده مختلف را که با چشم غیرمسلح کاملاً شبیه هم به نظر میرسند، از هم جدا کند و بگوید هر کدام چه هستند و چقدر از آنها وجود دارد؛ حتی اگر مقدارشان یک در میلیارد یا یک در تریلیون باشد!
داستان واقعی یک قطره خون و یک قهرمان به نام GC
سال ۲۰۱۶ در المپیک ریو، یک ورزشکار روس به خاطر دوپینگ محروم شد. ماده ممنوعهای که در خونش پیدا کرده بودند فقط ۴۵ فمتوگرم (یعنی ۰٫۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۴۵ گرم!) بود. این مقدار آنقدر کم است که اگر کل خون بدن انسان را بگیریم، این ماده فقط به اندازه وزن یک ویروس داخل کل خون بود! فقط دستگاه GC-MS (کروماتوگرافی گازی متصل به طیفسنج جرمی) توانست این مقدار ناچیز را پیدا کند و عدالت را رقم بزند.
دستگاه GC چطور کار میکند؟
فرض کنید یک لوله خیلی خیلی باریک و بلند (۳۰ تا ۶۰ متر طول) دارید که مثل مارپیچ داخل یک جعبه کوچک پیچیده شده. داخل این لوله یک لایه خیلی نازک از ماده چسبناک مخصوص (مثل عسل خیلی رقیق) کشیده شده. حالا شما نمونهتان (مثلاً چند قطره بنزین، عطر، آب رودخانه یا حتی نفس یک بیمار) را با سرنگ تزریق میکنید. دستگاه ناگهان آن را تا ۳۰۰ درجه داغ میکند تا همه چیز به بخار تبدیل شود. بعد یک گاز تمیز (هلیوم یا هیدروژن) مثل باد شدید، این بخارها را داخل لوله میفرستد.
حالا جادو شروع میشود:
- مولکولهای کوچک و سبک سریعتر حرکت میکنند و زودتر بیرون میآیند.
- مولکولهای بزرگ و سنگین بیشتر به دیواره لوله میچسبند و دیرتر میرسند. در انتهای لوله یک حسگر فوقحساس نشسته که هر مولکول را که میرسد فریاد میزند: «من رسیدم!» و یک قله روی نمودار رسم میکند. به این نمودار میگویند کروماتوگرام؛ مثل اثر انگشت هر نمونه!
انواع دتکتورها؛ چشمها و بینیهای مختلف دستگاه
- FID → متخصص ترکیبات آلی (بنزین، الکل، روغنها)
- ECD → عاشق کلر و مواد آفتکش
- MS (طیفسنج جرمی) → کارآگاه واقعی؛ نه تنها میگوید ماده کی رسید، بلکه دقیقاً میگوید چه ساختاری دارد (مثل اسکنر سهبعدی مولکول)
- Olfactometry → یک دماغ انسانی واقعی در کنار دستگاه وصل میکنند تا همزمان که ماده بیرون میآید، انسان هم بوی آن را توصیف کند! (برای ساخت عطر و طعم غذا استفاده میشود)
کاربردهای باورنکردنی کروماتوگرافی گازی در زندگی روزمره ما
- غذا و نوشیدنی
- مطمئن میشویم عسل طبیعی است یا شکر سوخته به آن اضافه کردهاند
- بوی خوش قهوه، شکلات و چای را دقیقاً کپی میکنند
- مقدار الکل در آبجو بدون الکل را چک میکنند
- محیط زیست
- آلودگی بنزن در هوای تهران را اندازه میگیرند
- سم دیوکسین در شیر مادر را پیدا میکنند (حتی در حد یک قاشق شکر در یک استخر المپیک!)
- پزشکی و قانونی
- تشخیص مسمومیت با مونوکسید کربن
- پیدا کردن مواد مخدر در مو (تا ۶ ماه قبل!)
- شناسایی مادهای که در یک قتل استفاده شده
- نفت، گاز و پالایشگاه
- ترکیب دقیق بنزین، گازوئیل و گاز مایع را لحظهای مشخص میکنند
- جلوی تقلب در بنزین را میگیرند
- عطر، آرایشی و بهداشتی
- فرمول عطرهای گرانقیمت مثل Creed Aventus یا Chanel No.5 را دقیقاً کپی میکنند!
دستگاههای GC امروزی چقدر باهوش و پیشرفته شدهاند؟
امروز دیگر دستگاه GC فقط یک جعبه فلزی با چند لوله و دتکتور نیست؛ یک آزمایشگاه کامل هوشمند است که خودش فکر میکند!
- دمای ستون را ثانیه به ثانیه و با دقت ۰٫۰۰۱ درجه تنظیم میکند تا حتی نزدیکترین ترکیبات هم از هم جدا شوند
- در یک آنالیز معمولی میتواند ۳۰۰ تا ۶۰۰ ترکیب مختلف را در کمتر از ۱۵–۳۰ دقیقه شناسایی و اندازهگیری کند
- مصرف گاز حامل (هلیوم) در مدلهای جدید تا ۹۰٪ کاهش پیدا کرده و خیلی از دستگاهها الان با هیدروژن یا نیتروژن هم کار میکنند (هم ارزانتر است هم هلیوم را هدر نمیدهد)
- از راه دور با تبلت یا موبایل کنترل میشود؛ یعنی میتوانید در خانه بنشینید و ببینید آنالیز آزمایشگاه تمام شده یا نه
- تکرارپذیری و صحت نتایجش آنقدر بالاست که اختلاف بین ۱۰۰۰ بار تزریق یک نمونه معمولاً کمتر از ۰٫۱٪ است؛ یعنی نتایجش قابل اعتمادتر از خیلی از انسانهاست!
آخرین حرف…
کروماتوگرافی گازی دیگر یک دستگاه لوکس نیست؛ یک ضرورت برای هر آزمایشگاهی است که میخواهد نتایجش در سطح استانداردهای جهانی باشد؛ چه دانشجوی دکترا باشید، چه کارخانه تولید مواد غذایی، دارو، عطر یا پتروشیمی داشته باشید، چه مسئول کنترل کیفیت محیط زیست یا آزمایشگاه باشید.
پاسخ ها