9.2.1 Praxe plynové chromatografie
Běžné plynové chromatografické zařízení se skládá ze systému nosného plynu, injektoru, plynové chromatografické kolony, detektoru a zpracování dat jednotka. Nosný plyn je obecně permanentní plyn s nízkou nebo zanedbatelnou adsorpční kapacitou, tj. Vodík, helium nebo dusík. Povaha nosného plynu může ovlivnit separační charakteristiky systému GC a může změnit citlivost detekce. Protože stabilita a reprodukovatelnost průtoku nosného plynu je předpokladem úspěšné analýzy plynovou chromatografií, mají značný vliv jak na účinnost separace, tak na kvantifikaci výsledků. Injektory dodávají vzorek do hlavy kolony GC. Injektory lze rozdělit do dvou hlavních skupin: vaporizéry a injektory na koloně. Odpařovací vstřikovače využívají vysoké teploty (100–300 ° C) k rychlé odpařování kapalného vzorku. K zavedení vzorku do termostatického injektoru se obvykle používá stříkačka. V tomto případě se vzorek rychle odpařuje, mísí se s nosným plynem a je transportován do kolony. Injektory na koloně ukládají vzorek přímo do kolony, aniž by se spoléhaly na odpařování vzorku a jeho následný transport do kolony. Oddělení těkavých sloučenin injektovaného vzorku se provádí ve sloupci GC.
Sloupce pro plynovou chromatografii lze rozdělit do dvou odlišných skupin; naplněné a kapilární kolony různých rozměrů (Spangler, 2001). Plněná kolona je tuhá kovová nebo skleněná kolona naplněná malými částicemi, které jsou často potaženy tenkou vrstvou vysokomolekulárního polymeru. Nejběžnější pevné nosiče jsou křemeliny, fluorované uhlovodíky, grafitované saze a skleněné kuličky. Asi 90% všech podpěr jsou různé druhy křemeliny. Stacionární kapalná fáze kolon GC musí splňovat následující požadavky: nízký tlak par, vysoká chemická stabilita a relativně nízká viskozita při teplotě analýzy; selektivita pro zkoumané složky vzorku; dobrá smáčivost jak pro povrch inertního nosiče, tak pro případně inertní stěnu kolony. Délka naplněné kolony je omezena na asi 3 m z důvodu vysokých tlaků, které jsou nutné k udržení průtoku nosného plynu na rychlostech nezbytných pro optimální výkon. Zabalené kolony mají oproti kapilárním kolonám několik výhod. Zabalené kolony mají 10 až 1 000krát větší kapacitu vzorku než kapilární kolony. Díky tomu jsou zabalené sloupce lepší pro analyt, kde je třeba analyzovat velké množství vzorku. Plněné kolony však mají o 25–50% méně teoretických desek na metr než kapilární kolony. Ve spojení s kratšími délkami plněných kolon (1–3 m oproti 10–60 m pro kapilární kolony) je celkový počet teoretických desek podstatně nižší než u kapilárních kolon.
Kapilára (nazývaná také otevřená) trubicový) je skleněná trubice nebo trubice z taveného křemene s velmi malým vnitřním průměrem (obvykle mezi 0,20–0,53 mm). Vnitřní povrch kapilární kolony je potažen tenkou vrstvou stacionární fáze, takže je stále možné, aby molekuly rozpuštěné látky přicházely do styku s vnitřními stěnami trubice. Většina stacionárních fází kapilárního sloupce je zesítěna a kovalentně navázána na povrch kondenzovaného oxidu křemičitého. Množství stacionární fáze v kapilárním sloupci se označuje jeho tloušťkou filmu, která je obvykle 0,1–5 μm. Retence sloučeniny je úměrná tloušťce filmu v kapilárních kolonách, retence se zvyšuje, jak se zvyšuje tloušťka filmu, a snižuje se, jak se snižuje tloušťka filmu. Výhodou kapilárních kolon je jejich velmi vysoká separační kapacita. To umožňuje rozlišení píku ve složitých vzorcích, které nejsou dostatečně odděleny zabalenými sloupci. Kvůli lepšímu separačnímu výkonu se kapilární kolony v plynové chromatografii používají častěji než kolony s náplní. Účinnost GC analýz lze výrazně zvýšit použitím techniky přepínání kolon (Samuel a Davis, 2002).
Aby se dosáhlo účinné a spolehlivé separace, musí se plynová chromatografická kolona termostatovat při konstantní teplotě (režim izotermické separace) nebo jej lze upravit podle předem stanoveného teplotního programu (teplotní gradient). Aplikace teplotního gradientu výrazně zvyšuje účinnost separace (Davis et al., 2000). Protože teplota kolony je jedním z rozhodujících parametrů v GC analýze, má její přesná regulace zásadní význam. Detektory interagují s molekulami rozpuštěné látky při výstupu z kolony. Tato interakce se převede na elektrický signál, který se odešle do záznamového zařízení nebo zařízení pro ukládání dat. Poté se vytvoří chromatogram, který je grafem intenzity signálu v závislosti na uplynulém čase.Primární charakteristikou detektorů je nejnižší množství sloučeniny, které je detekovatelné (citlivost) a která sloučenina ve stejném množství produkuje nejsilnější odezvu detektoru (selektivitu).
Mnoho různých detektorů (ionizace plamenem = FID , dusík-fosfor = NPD, fotometrický plamen = FPD, elektronový záchyt = ECD, tepelná vodivost = TCD, atomová emise = AED, elektrolytická vodivost = ELCD, chemiluminiscence atd.) byly vyvinuty pro citlivou a selektivní detekci a kvantifikaci vzorku komponenty. FID používá proud vodíku smíchaný s nosným plynem. Směs se zapálí, analyty se spálí a ionty vytvořené během procesu hoření se shromažďují ve válcové elektrodě při vysokém napětí aplikovaném mezi paprskem plamene a elektrodou. Výsledný proud je zesílen a detekován. NPD je svým designem podobný FID. Obsahuje kuličky rubidia nebo cesia uvnitř topné spirály poblíž vodíkového paprsku. Částečně spálené molekuly dusíku a fosforu se adsorbují na povrchu kuličky a snižují emise elektronů, což zvyšuje proud. FPD speciálně detekuje sloučeniny síry a fosforu. Analyty se spalují v plameni. Díky excitaci v plameni je světlo emitováno při 392 (síra) a 526 (fosfor) nm. Filtr vybírá vlnové délky dosahující fotonásobičovou trubici.
ECD využívá k produkci elektronů a iontů nízkoenergetický β-paprskový zdroj. Molekuly zachycující elektrony (halogenované sloučeniny) vstupující do detektoru snižují elektronový proud, který může být zesílen a registrován. TCD reaguje na změny tepelné vodivosti a měrného tepla pomocí vlákna pod proudem umístěného v proudu nosného plynu. Změny tepelné vodivosti a / nebo měrného tepla aktuálního plynu způsobené analyty mění potenciál napříč vláknem. AED je vhodný pro detekci vybraných atomů nebo skupin atomů, ELCD lze speciálně použít pro detekci analytů obsahujících Cl, N nebo S. Chemiluminiscenční detektor se používá hlavně pro detekci sloučenin síry. V posledních desetiletích našly metody GC v kombinaci s různými systémy detekce hmotnostní spektrometrií (MS) rostoucí uplatnění v analýzách GC.
Detekce MS je založena na jevu, že ionty nebo molekuly mohou být ionizovány ve vysokém vakuu další účtované druhy. Tyto druhy lze oddělit a jejich relativní početnost (jejich hmotnostní spektrum) je charakteristická pro původní analyt. Hmotnostní spektrometr musí generovat iontové druhy, poté je oddělit a detekovat. Generování iontů lze dosáhnout technikami elektronového nárazu (EI) a chemické ionizace (CI). V metodě EI se fragmentace a náboj analytů provádí srážkami mezi nimi a elektrony generovanými z horkého vlákna.
Technika CI využívá reagenční plyn, jako je amoniak nebo metan ionizovaný elektronovým paprskem. Ionizovaný plyn reaguje s analyty a vytváří relativně stabilní komplexy iontů a molekul. Protože nejčastěji se vyskytujícími komplexy jsou jednoduché adukty jako + nebo +, lze snadno vypočítat molekulovou hmotnost analytů. Pro polní aplikace byly také vyvinuty další přenosné pomlčkové GC přístroje (Arnold et al., 2000). Současné trendy v přístrojové technice a metodikách GC byly nedávno přezkoumány Yashinem a Yashinem, (2001).