נוסח השאלה המקורי: שמתי לב שבמכשירים מסוימים שפעולתם מתבצעת ע"י לחץ של גז, הגז מגיע אליהם בצורה סלילית באמצעות שפופרת סלילית רציתי לדעת מה הסיבה לכך.
חבל שלא ציינת בשאלתך לאיזה 'מכשירים שפעולתם מתבצעת ע"י לחץ של גז' אתה מתכוון. אם התכוונת למכשירים 'פניאומטים', כלומר מכשירים שמקור האנרגיה שלהם הוא אוויר דחוס בלחץ גבוה (למשל 'פטיש אוויר' שמשמש לחציבה, או אקדח לריסוס צבע), אין חשיבות מהותית לדרך בה מגיע האוויר למכשיר, וסביר להניח שצינור הגז המזין נמצא בצורה סלילית רק כדי שיאוכסן בצורה מסודרת – שתאפשר הארכה במידת הצורך (כמו צינור להשקיית גינה שנוהגים לשמור מגולגל), אבל באותה מידה המכשירים הללו פועלים באותו אופן גם אם הצינור המזין אותם קצר (וישר).
אבל – אם התכוונת למכשירים לאנליזה כימית, לצורה הגלילית שמאפשרת שימוש בצינור ארוך מאוד בלי שיתפוס נפח חיצוני גדול – אכן יש חשיבות מהותית לפעילות המכשיר, מכשירים עם צינור קצר (וישר) פשוט לא יעבדו כמו שצריך.
נסביר:
נניח שאני רוצה לדעת מאיזה תערובת של חומרים מורכב הבושם החדש של חברה שלי, באמצעות ריחרוח אפשר אולי לזהות כמה ריחות דומיננטים, אבל קשה לזהות את כל החומרים המרכיבים את הבושם, ודרושה אנליזה כימית. הבעיה – הראשונה והעיקרית בזיהוי החומרים היא שהם נמצאים בתערובת, ולכן קשה מאוד לזהותם, בייחוד כאשר מדובר בתערובת המכילה מספר גדול של חומרים: כל בדיקה שאערוך לזיהוי (כמו בדיקת מסה, בליעה של אור באורכי גל שונים וכולי, ראו שיטות לזיהוי חומרים בקישורים בתחתית התשובה) תיתן לי 'תערובת' של תוצאות חסרת משמעות. הבעיה קיימת בכל תערובת – למשל כאשר ארצה לדעת ריכוז של חומר מסויים בדם שמורכב ממאות רבות של חומרים שונים. ולכן – השלב הראשון בזיהוי הוא הפרדה של התערובת למרכיביה הבודדים.
שיטת ההפרדה הנפוצה וחזקה ביותר בשימוש היום היא 'כרומטוגרפיה' – השם ניתן לה משום שהשימוש הראשון שלה היה להפריד תערובת של צבעים (כרומה = צבע, גרפיה – תרשים) מצמח. דוגמא של כרומטוגרפיה אפשר לראות בסדרת התמונות המתחלפת הבאה, בה בוצעה כרומטוגרפיה לטוש בצבע שחור (רואים כי הצבע השחור מורכב בעצם מתערובת של לפחות 4 צבעים שונים):
(1).gif)
בכרומטוגרפיה – החומרים שרוצים להפריד מומסים בתוך חומר שמסוגל לנוע ('פאזה נעה') – כלומר בתוך נוזל או גז, ומוזרמים (או מוספגים) על גבי 'קולונה' (=עמודה) של פאזה נייחת (למשל: נייר בריסטול כמו בתמונה למעלה, צינור מלא אבקת גיר כמו בתמונה למטה
הפרדת תערובת חומרים (אדום וכחול) על ידי הזרמתם על פני קולונת עמודה. כל חומר יוצא מהקולונה בזמן אחר. תמונה באדיבות ויקיפדיה
או – במקרה של שימוש בגז, בתוך צינור שדפנותיו מצופות בחומר כלשהו בעל תכונות הפרדה: תחמוצת של מתכת, או איזה חומר אורגני כלשהו, תלוי בגזים שרוצים להפריד).
עקרון הפעולה של הכרומטוגרפיה: בין מולקולות שונות ישנם כוחות משיכה חשמליים, מה שגורם למולקולות שונות להידבק אחת לשנייה לפעמים, לרגע קצר. באופן כזה, גם המולקולות שאותם אנחנו רוצים להפריד, נדבקות לרגע קצר למולקולות שבפאזה הנייחת (שלא נעה) תוך כדי כך שהן זורמות על פניה. כיוון שהפאזה הנייחת לא נעה – נוצר עיכוב בזמן שלוקח למולקולות לזרום על גבי הקולונה. ככל שהמולקולות נדבקות יותר חזק (=כוחות משיכה גדולים יותר) כך העיכוב יותר גדול.
ההפרדה נוצרת על ידי כך שלמולקולות שונות זו מזו – יש כוחות משיכה שונים עם הפאזה הנייחת, מה שגורם לעיכוב שונה למולקולות שונות ובסופו של דבר מהירות המעבר של המולקולות על פני הפאזה הנייחת שונה, וכל מולקולה 'יוצאת' מהקולונה בזמן אחר, כפי שניתן לראות בתמונה למעלה. הבעייה היא שלפעמים ההבדל בעיכוב הוא זעיר ביותר, למשל: מולקולה אחת נדבקת לפאזה הנייחת למשך 1 שנייה, ומולקולה אחרת נדבקת ל 1.000001 שנייה (שנייה ומיליונית השנייה), כדי להפריד כאלה חומרים דרושים הרבה הרבה חזרות של הידבקויות ושיחרורים של המולקולות, בדוגמא שנתנו – מיליון הידבקויות יצליחו ליצור הבדל של שנייה בזמן היציאה בין 2 המולקולות, הבדל אותו אפשר כבר למדוד בקלות. הדרך היחידה ליצור הרבה מחזורים של הדבקויות הוא על ידי שימוש בקולונה ארוכה מאוד (כמה עשרות מטרים) וכיוון שלא רוצים שגודל מכשיר האנליזה יהיה באורך בניין רב קומות משתמשים בקולונה מסולסלת לסליל, כפי שניתן לראות בתרשים הבא של מכשיר 'גז כרומטוגרף':
תרשים של מכשיר גז כרומטוגרף, עוּבַּד מתוך ויקיפדיה
לאחר הפרדת החומרים – כבר קל לזהות אותם באמצאות גלאים שונים.
רוב מכשירי האנליזה הכימית (למשל לבדיקת זיהום מים ואוויר, ריכוז של חומרים בתוך מזון, בדיקות כימיה דם, בדיקות רעלים, בדיקות שתן וסמים וכו) מבוצעים היום בשיטת הכרומטוגרפיה, שמשתמשת בקולונות ארוכות ומסולסלות.
