9.2.1 Udøvelse af gaskromatografi
Fælles gaskromatografisk udstyr består af et bærergassystem, injektor, gaskromatografisk søjle, detektor og databehandling enhed. Bærergassen er generelt en permanent gas med lav eller ubetydelig adsorptionskapacitet, dvs. hydrogen, helium eller nitrogen. Bærergassens beskaffenhed kan påvirke GC-systemets separationsegenskaber og kan ændre detektionsfølsomheden. Da stabiliteten og reproducerbarheden af bærergasstrømningshastigheden er en forudsætning for en vellykket gaskromatografisk analyse, påvirker de betydeligt både effektiviteten af adskillelse og kvantificering af resultater. Injektorer leverer prøven til hovedet af GC-kolonnen. Injektorer kan klassificeres i to hovedgrupper: fordampning og injektorer på søjlen. Fordampningsinjektorer bruger høje temperaturer (100–300 oC) til at fordampe en flydende prøve hurtigt. Normalt bruges en sprøjte til at indføre prøven i den termostaterede injektor. I dette tilfælde fordamper prøven hurtigt, blandes med bærergassen og transporteres ind i søjlen. Injektorer på søjlen deponerer prøven direkte i søjlen uden at stole på fordampning af prøven og dens efterfølgende transport ind i søjlen. Separation af flygtige forbindelser fra den injicerede prøve udføres i GC-søjlen.
Søjler til gaskromatografi kan opdeles i to forskellige grupper; pakkede og kapillære søjler i forskellige dimensioner (Spangler, 2001). En pakket søjle er en stiv metal- eller glaskolonne fyldt med små partikler, som ofte er overtrukket med et tyndt lag af en højmolekylær polymer. De mest almindelige faste understøtninger er kiselgur, fluorcarboner, grafiseret carbon black og glasperler. Omkring 90% af alle understøtninger er forskellige typer kiselgur. Den stationære væskefase i GC-søjler skal opfylde følgende krav: lavt damptryk, høj kemisk stabilitet og relativt lav viskositet ved analysetemperaturen; selektivitet for de prøvekomponenter, der undersøges god befugtningskapacitet både for overfladen af den inerte understøtning eller for den muligvis inerte væg af søjlen. Længden af en pakket søjle er begrænset til ca. 3 m på grund af de høje tryk, der kræves for at opretholde bærergasstrømningshastigheder ved hastigheder, der er nødvendige for optimal ydelse. Pakede søjler har flere fordele i forhold til kapillarsøjler. Pakede kolonner har 10 til 1.000 gange større prøvekapacitet end kapillærkolonner. Dette gør pakkede kolonner overlegne for analytter, hvor store mængder prøve skal analyseres. Imidlertid har pakkede søjler 25-50% færre teoretiske plader pr. Meter end kapillarsøjler. Kombineret med de kortere længder af pakkede søjler (1-3 m versus 10–60 m for kapillarsøjler) er det samlede antal teoretiske plader væsentligt lavere end kapillærsøjlernes.
En kapillær (også kaldet åben rørformet) søjle er et glas- eller kondenseret silica-rør med meget lille indre diameter (generelt mellem 0,20 og 0,53 mm). Den indre overflade af en kapillarsøjle er belagt med et tyndt lag af stationær fase, så det er stadig muligt for de opløste molekyler at komme i kontakt med de indre vægge af slangen. De fleste stationære faser af kapillarsøjler er tværbundet og bundet kovalent til den smeltede siliciumoverflade. Mængden af stationær fase i en kapillarsøjle betegnes med dens filmtykkelse, som typisk er 0,1-5 um. Forbindelsesretention er proportional med filmtykkelsen i kapillarsøjler, retention øges, når filmtykkelsen øges, og den falder, når filmtykkelsen falder. Fordelen ved kapillarsøjler er deres meget høje adskillelseskapacitet. Dette muliggør opløsning af toppe i komplekse prøver, der ikke adskilles adskilt af pakkede søjler. På grund af bedre separationsydelse er kapillarsøjler oftere blevet brugt til gaskromatografi end pakket søjler. Effektiviteten af GC-analyser kan forbedres markant ved hjælp af en søjleomskiftningsteknik (Samuel og Davis, 2002).
For at opnå effektiv og pålidelig adskillelse skal gaskromatografisk søjle termostateres ved en konstant temperatur (isotermisk separationsfunktion) eller den kan modificeres i henhold til et forudbestemt temperaturprogram (temperaturgradient). Anvendelsen af en temperaturgradient øger i høj grad effektiviteten af separationen (Davis et al., 2000). Da søjletemperaturen er en af de mest afgørende parametre i GC-analyse, er dens nøjagtige regulering af altafgørende betydning. Detektorer interagerer med de opløste molekyler, når de forlader søjlen. Denne interaktion omdannes til et elektrisk signal, der sendes til en optage- eller datalagringsenhed. Derefter oprettes et kromatogram, som er et plot af signalets intensitet i forhold til forløbet tid.De primære egenskaber ved detektorer er den laveste mængde af en detekterbar forbindelse (følsomhed), og hvilken forbindelse i samme mængde producerer det stærkeste detektorrespons (selektivitet).
Mange forskellige detektorer (flammeionisering = FID , nitrogen-fosfor = NPD, flammefotometrisk = FPD, elektronindfangning = ECD, varmeledningsevne = TCD, atomemission = AED, elektrolytisk ledningsevne = ELCD, kemiluminescens osv.) er udviklet til følsom og selektiv påvisning og kvantificering af prøven komponenter. FID bruger en brintstrøm blandet med bærergassen. Blandingen antændes, analytterne brændes, og de ioner, der dannes under forbrændingsprocessen, opsamles i en cylindrisk elektrode ved en høj spænding, der påføres mellem flammens stråle og elektroden. Den resulterende strøm forstærkes og detekteres. NPD ligner FID i sit design. Den indeholder rubidium- eller cæsiumperler inde i en varmelegeme tæt på hydrogenstrålen. De delvist forbrændte nitrogen- og fosformolekyler adsorberer på overfladen af perlen, hvilket reducerer emissionen af elektroner, hvilket øger strømmen. FPD detekterer specielt svovl- og fosforforbindelser. Analyser brændes i flammen. På grund af excitationen i flammen udsendes lys ved 392 (svovl) og 526 (fosfor) nm. Et filter vælger bølgelængderne, der når et fotomultiplikatorrør.
ECD anvender en β-strålekilde med lav energi til produktion af elektroner og ioner. Elektronindfangende molekyler (halogenerede forbindelser), der kommer ind i detektoren, reducerer elektronstrømmen, som kan forstærkes og registreres. TCD reagerer på ændringer i varmeledningsevne og specifik varme ved hjælp af en glødetråd under strøm placeret i transportgasstrømmen. Ændringer i varmeledningsevnen og / eller den specifikke varme af den aktuelle gas forårsaget af analytterne ændrer potentialet over filamentet. AED er velegnet til påvisning af udvalgte atomer eller grupper af atomer, ELCD kan specielt anvendes til påvisning af Cl-, N- eller S-holdige analytter. En kemiluminescensdetektor anvendes hovedsageligt til påvisning af svovlforbindelser. I de sidste årtier har GC-metoder kombineret med forskellige massespektrometriske (MS) påvisningssystemer fundet stigende anvendelse i GC-analyser.
MS-detektion er baseret på fænomenet, at ioner eller molekyler kan ioniseres i et højvakuum, der producerer yderligere ladede arter. Disse arter kan adskilles, og deres relative overflod (deres massespektrum) er karakteristisk for den oprindelige analyt. Et massespektrometer skal generere ioniske arter og derefter adskille og detektere dem. Generering af ioner kan opnås ved hjælp af elektronpåvirkningsteknikker (EI) og kemisk ionisering (CI). I EI-metoden udføres fragmenteringen og ladningen af analytter ved at producere kollisioner mellem dem og elektronerne genereret fra et varmt filament.
CI-teknikken anvender en reagensgas såsom ammoniak eller methan ioniseret af en elektronstråle. Den ioniserede gas reagerer med analytterne, der danner relativt stabile ionmolekylekomplekser. Da de hyppigst forekommende komplekser er enkle addukter, såsom + eller +, kan analyternes molekylvægt let beregnes. Andre bærbare bindestregte GC-instrumenter er også blevet udviklet til feltapplikationer (Arnold et al., 2000). De nuværende tendenser inden for GC-instrumentering og -metoder er for nylig blevet gennemgået af Yashin og Yashin, (2001).