در آزمایشگاه‌های آنالیز روغن کارکرده، کروماتوگرافی گازی (GC) به‌طور فزاینده‌ای به عنوان روشی کلیدی برای تعیین دقیق غلظت برخی آلاینده‌ها – به‌ویژه سوخت و گلیکول – در نمونه‌های روغن مصرف‌شده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در آنالیز روغن ترانسفورماتور، این تکنیک برای تعیین غلظت گازهای محلول در نمونه روغن به کار می‌رود. این داده‌ها همراه با سایر روش‌های آنالیز گاز، برای ارزیابی عیوب و تخلیه‌های الکتریکی در ترانسفورماتورها یا تجهیزات عایق‌بندی‌شده با روغن استفاده می‌شوند.
کروماتوگرافی گازی یکی از پرکاربردترین روش‌ها در شیمی تجزیه نوین است. اساس کار آن بر جداسازی مخلوط‌های پیچیده مولکولی بر مبنای خواصی چون قطبیت و نقطه جوش است. این تکنیک ابزاری ایده‌آل برای بررسی نمونه‌های گازی و مایع حاوی صدها یا حتی هزاران ترکیب مولکولی بوده و امکان شناسایی گونه‌های مولکولی و تعیین غلظت آن‌ها را فراهم می‌سازد.
گونه‌شناسی مولکولی با کروماتوگرافی گازی
کروماتوگرافی گازی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شود:
-
کروماتوگرافی گاز–مایع (GLC)
-
کروماتوگرافی گاز–جامد (GSC)
در هر دو حالت، اساس کار بر جداسازی اجزای یک نمونه گازی با استفاده از یک فاز ساکن است. در GLC این فاز یک مایع استاندارد و در GSC یک جامد استاندارد می‌باشد.
اکثر استانداردهای آزمون برای آنالیز هیدروکربن‌ها مبتنی بر GLC هستند؛ از این‌رو تمرکز اصلی در این متن بر این روش خواهد بود، اگرچه اصول پایه برای هر دو روش یکسان است.
کروماتوگرافی گاز–مایع
در GLC، جداسازی اجزای نمونه گازی (فاز متحرک) بر اساس برهم‌کنش آن با یک مایع استاندارد (فاز ساکن) انجام می‌شود. فاز ساکن می‌تواند قطبی یا غیرقطبی باشد که یا به دیواره ستون مویین (Capillary Column) پوشش داده می‌شود یا روی یک ماده بی‌اثر تثبیت و در ستون کروماتوگرافی بسته‌بندی می‌شود.
اجزای دستگاه کروماتوگرافی گازی
یک دستگاه GC معمولاً شامل اجزای زیر است:
-
گاز حامل بی‌اثر (اغلب هلیوم، نیتروژن یا هیدروژن)
-
ستون کروماتوگرافی پوشش داده‌شده با فاز ساکن مناسب
-
آون (Oven) با قابلیت کنترل دقیق دما
-
دتکتور (Detector) برای آشکارسازی ترکیبات خروجی از ستون
مکانیزم کار به این صورت است که مولکول‌ها در گاز حامل حرکت کرده و هم‌زمان میان فاز گاز و مایع توزیع می‌شوند. ترکیباتی با حلالیت بیشتر در فاز مایع دیرتر خارج شده و در زمان طولانی‌تری آشکارسازی می‌شوند.
آشکارسازی (Detectors) – یونش شعله‌ای (FID)
رایج‌ترین آشکارساز در GC، دتکتور یونش شعله‌ای (FID) است. در این روش نمونه خروجی وارد شعله هیدروژن شده و یونیزه می‌شود. شار یون ایجاد شده متناسب با غلظت ترکیب است و مساحت زیر پیک در کروماتوگرام بیانگر مقدار آن ترکیب خواهد بود.
علاوه بر FID، آشکارسازهایی چون FTIR و طیف‌سنج جرمی (MS) نیز متداول هستند.
کاربرد GC در آنالیز روغن‌های کارکرده
-
بررسی رقیق‌شدن روغن موتور با سوخت (ASTM D3524 برای دیزل و ASTM D3525 برای بنزین)
-
رقیق‌شدن روغن با سوخت موجب کاهش شدید ویسکوزیته و از بین رفتن فیلم روانکار در دماهای عملیاتی می‌شود.
-
به دلیل شباهت شیمیایی زیاد سوخت و روغن، آزمون‌های مرسوم قادر به تشخیص دقیق آن نیستند.
-
GC دقیق‌ترین روش برای اندازه‌گیری درصد سوخت در روغن موتور است.
-
-
تشخیص اتیلن گلیکول ناشی از نشتی مایع خنک‌کننده (ASTM D4291)
-
ابتدا گلیکول به دلیل قطبیت بالا با آب استخراج شده و سپس به ستون GC تزریق می‌شود.
-
پیک مربوطه در کروماتوگرام امکان محاسبه دقیق درصد حجمی گلیکول را فراهم می‌کند.
-
-
بررسی ترک‌خوردگی حرارتی سیالات انتقال حرارت (ASTM D2887 – شبیه‌سازی تقطیر)
-
ترک‌خوردگی سبب تشکیل مولکول‌های کوچک‌تر با نقاط جوش پایین‌تر می‌شود.
-
GC با برنامه‌ریزی دمایی ستون، امکان شبیه‌سازی فرآیند تقطیر و تعیین محدوده نقطه جوش را دارد.
-
-
اندازه‌گیری گازهای محلول در روغن کمپرسورها
-
مشابه آنالیز گاز محلول در روغن ترانسفورماتور، GC برای شناسایی و تعیین غلظت گازهای فرآیندی در روغن کمپرسور کاربرد دارد.
-
-
شناسایی آلاینده‌های ناشناخته
-
در صورت وجود آلودگی با بوی غیرمعمول یا تغییر رنگ، GC برای جداسازی گونه‌های مولکولی استفاده می‌شود.
-
با اتصال ستون GC به FTIR یا MS، ماهیت دقیق آلاینده ناشناخته مشخص می‌گردد.
-
جمع‌بندی و نتیجه گیری
کروماتوگرافی گازی روشی استراتژیک، دقیق و غیرقابل جایگزین برای آنالیز روغن‌های کارکرده محسوب می‌شود. این تکنیک نه تنها برای اندازه‌گیری آلاینده‌های شناخته‌شده‌ای چون سوخت، گلیکول و گازهای محلول، بلکه برای تشخیص مشکلاتی نظیر ترک‌خوردگی حرارتی یا شناسایی آلاینده‌های ناشناخته نیز کاربرد دارد. با وجود قابلیت‌های گسترده، GC هنوز ابزاری کمتر استفاده‌شده در حوزه آنالیز روغن‌های صنعتی است، در حالی که می‌تواند ارزش تشخیصی و پایشی بسیار بالایی ارائه دهد.
اطلاعات این مقاله برگرفته از این منبع می‌باشد.
