9.2.1 Kaasukromatografian käytäntö
Yleiset kaasukromatografiset laitteet koostuvat kantajakaasujärjestelmästä, injektorista, kaasukromatografiapylväästä, detektorista ja tietojenkäsittelystä yksikkö. Kantokaasu on yleensä pysyvä kaasu, jolla on pieni tai olematon adsorptiokyky, ts. Vety, helium tai typpi. Kantokaasun luonne voi vaikuttaa GC-järjestelmän erotusominaisuuksiin ja voi muuttaa ilmaisun herkkyyttä. Koska kantajakaasun virtausnopeuden vakaus ja toistettavuus on edellytys onnistuneelle kaasukromatografiselle analyysille, ne vaikuttavat merkittävästi sekä erottamisen tehokkuuteen että tulosten kvantifiointiin. Injektorit toimittavat näytteen GC-kolonnin päähän. Injektorit voidaan luokitella kahteen pääryhmään: höyrystys- ja pylvässuuttimet. Höyrystysinjektorit käyttävät korkeita lämpötiloja (100–300 oC) nestemäisen näytteen höyrystämiseen nopeasti. Tavallisesti ruiskua käytetään näytteen viemiseen termostaattiseen injektoriin. Tässä tapauksessa näyte höyrystyy nopeasti, sekoittuu kantajakaasun kanssa ja kuljetetaan kolonniin. Kolonnissa olevat injektorit sijoittavat näytteen suoraan pylvääseen luottamatta näytteen höyrystymiseen ja sen myöhempään kuljettamiseen pylvääseen. Injektoidun näytteen haihtuvien yhdisteiden erotus suoritetaan GC-kolonnissa.
Kaasukromatografiapylväät voidaan jakaa kahteen erilliseen ryhmään; erikokoiset pakatut ja kapillaaripylväät (Spangler, 2001). Pakattu kolonni on jäykkä metalli- tai lasipylväs, joka on täytetty pienillä hiukkasilla, jotka usein päällystetään ohuella kerroksella suuren molekyylipainon omaavaa polymeeriä. Yleisimpiä kiinteitä kantajia ovat piimaa, fluorihiilivedyt, grafitoitu hiilimusta ja lasihelmet. Noin 90% kaikista tuista on erityyppisiä piimaa. GC-kolonnien paikallaan olevan nestefaasin on täytettävä seuraavat vaatimukset: matala höyrynpaine, korkea kemiallinen stabiilisuus ja suhteellisen pieni viskositeetti analyysilämpötilassa; selektiivisyys tutkittavien näytekomponenttien suhteen; hyvä kostutuskapasiteetti sekä inertin tuen pinnalle että pylvään mahdollisesti inertille seinälle. Pakatun pylvään pituus on rajoitettu noin 3 m: iin johtuen korkeista paineista, joita tarvitaan kantajakaasun virtausnopeuksien ylläpitämiseksi optimaalisen suorituskyvyn kannalta välttämättömillä nopeuksilla. Pakatuilla pylväillä on useita etuja kapillaaripylväisiin nähden. Pakattujen pylväiden näytekapasiteetti on 10–1000 kertaa suurempi kuin kapillaaripylväillä. Tämä tekee pakatuista pylväistä parempia analyyttien kohdalla, joissa on tarpeen analysoida suuria määriä näytettä. Pakatuissa pylväissä on kuitenkin 25–50% vähemmän teoreettisia levyjä metriä kohden kuin kapillaaripylväissä. Yhdessä lyhyempien pakattujen pylväiden pituuksien kanssa (1–3 m vs. 10–60 m kapillaaripylväissä), teoreettisten levyjen kokonaismäärä on huomattavasti pienempi kuin kapillaaripylväiden.
Kapillaari (jota kutsutaan myös avoimeksi) putkimainen) pylväs on lasi- tai sulatettu piidioksidiputki, jonka sisähalkaisija on hyvin pieni (yleensä välillä 0,20–0,53 mm). Kapillaaripylvään sisäpinta on päällystetty ohuella kiinteän faasin kerroksella, joten liuenneiden molekyylien on silti mahdollista joutua kosketukseen letkun sisäseinien kanssa. Suurin osa kapillaaripylvään paikallaan olevista faaseista on silloitettu ja sitoutunut kovalenttisesti sulatetun piidioksidin pintaan. Kapillaaripylvään paikallaan olevan vaiheen määrää merkitään sen kalvopaksuudella, joka on tyypillisesti 0,1-5 μm. Yhdisteen retentio on verrannollinen kalvopaksuuteen kapillaaripylväissä, retentio kasvaa kalvon paksuuden kasvaessa ja se pienenee kalvon paksuuden pienentyessä. Kapillaaripylväiden etuna on niiden erittäin suuri erotuskyky. Tämä mahdollistaa piikkien erottamisen monimutkaisissa näytteissä, joita ei ole erotettu riittävästi pakatuilla pylväillä. Paremman erotustehon vuoksi kapillaaripylväitä on käytetty useammin kaasukromatografiassa kuin pakattuja pylväitä. GC-analyysien tehokkuutta voidaan parantaa huomattavasti käyttämällä pylväänvaihtotekniikkaa (Samuel ja Davis, 2002).
Tehokkaan ja luotettavan erotuksen saavuttamiseksi kaasukromatografiapylväs on termostoitava vakiolämpötilassa. (isoterminen erotustila) tai sitä voidaan muokata ennalta määrätyn lämpötilaohjelman (lämpötilagradientti) mukaisesti. Lämpötilagradientin käyttö lisää suuresti erottamisen tehokkuutta (Davis et ai., 2000). Koska pylvään lämpötila on yksi ratkaisevimmista parametreista GC-analyysissä, sen tarkka säätö on ensiarvoisen tärkeää. Detektorit ovat vuorovaikutuksessa liuenneiden molekyylien kanssa, kun ne poistuvat pylväästä. Tämä vuorovaikutus muunnetaan sähköiseksi signaaliksi, joka lähetetään tallennus- tai tallennuslaitteelle. Sitten luodaan kromatogrammi, joka on kuvaajan signaalin voimakkuudesta kuluneeseen aikaan verrattuna.Ilmaisimien ensisijaiset ominaisuudet ovat pienin havaittavan yhdisteen määrä (herkkyys) ja mikä yhdiste tuottaa samalla määrällä voimakkaimman detektorivasteen (selektiivisyys).
Monet erilaiset ilmaisimet (liekki-ionisaatio = FID , typpi-fosfori = NPD, liekin fotometrinen = FPD, elektronin talteenotto = ECD, lämmönjohtavuus = TCD, atomipäästöt = AED, elektrolyyttinen johtavuus = ELCD, kemiluminesenssi jne.) on kehitetty näytteen herkkään ja valikoivaan havaitsemiseen ja kvantifiointiin. komponentit. FID käyttää vetyvirtaa sekoitettuna kantajakaasuun. Seos sytytetään, analyytit poltetaan ja palamisprosessin aikana muodostuneet ionit kerätään sylinterimäiseen elektrodiin korkealla jännitteellä liekinsuihkun ja elektrodin väliin. Tuloksena oleva virta vahvistetaan ja havaitaan. NPD on rakenteeltaan samanlainen kuin FID. Se sisältää rubidium- tai cesiumhelmiä lämmityspatterin sisällä lähellä vetysuihkua. Osittain palaneet typpi- ja fosforimolekyylit adsorboituvat helmen pinnalle vähentäen elektronien emissiota, mikä lisää virtaa. FPD havaitsee erityisesti rikki- ja fosforiyhdisteet. Analyytit poltetaan liekissä. Liekissä olevan herätteen vuoksi valo säteilee 392 (rikki) ja 526 (fosfori) nm: ssä. Suodatin valitsee aaltopituudet, jotka saavuttavat valokerroinputken.
ECD käyttää pienenergistä β-säteilylähdettä elektronien ja ionien tuottamiseksi. Detektoriin saapuvat elektronin sieppaavat molekyylit (halogenoidut yhdisteet) vähentävät elektronivirtaa, joka voidaan vahvistaa ja rekisteröidä. TCD reagoi lämmönjohtavuuden ja ominaislämmön muutoksiin käyttämällä hehkulankaa kantokaasuvirtaan sijoitetun virran alla. Analyyttien aiheuttamat muutokset nykyisen kaasun lämmönjohtavuudessa ja / tai ominaislämmössä muuttavat hehkulangan potentiaalia. AED soveltuu valittujen atomien tai atomiryhmien havaitsemiseen, ELCD: tä voidaan käyttää erityisesti Cl: n, N: n tai S: n sisältävien analyyttien havaitsemiseen. Kemiluminesenssi-ilmaisinta käytetään pääasiassa rikkiyhdisteiden havaitsemiseen. Viime vuosikymmenien aikana GC-menetelmät yhdistettynä erilaisiin massaspektrometrisiin (MS) ilmaisujärjestelmiin ovat löytäneet kasvavaa sovellusta GC-analyyseissä.
MS-havaitseminen perustuu siihen ilmiöön, että ioneja tai molekyylejä voidaan ionisoida korkean tyhjiön tuotannossa. ylimääräisiä veloitettuja lajeja. Nämä lajit voidaan erottaa ja niiden suhteellinen runsaus (massaspektri) on ominaista alkuperäiselle analyytille. Massaspektrometrin on tuotettava ionilajeja, sitten erotettava ja havaittava ne. Ionin muodostuminen voidaan saavuttaa elektroni-iskulla (EI) ja kemiallisella ionisaatiolla (CI). EI-menetelmässä analyyttien pirstoutuminen ja varaus suoritetaan tuottamalla törmäyksiä niiden ja kuumasta filamentista muodostuvien elektronien välille.
CI-tekniikassa käytetään reagenssikaasua, kuten ammoniakkia tai metaania, joka ionisoidaan elektronisuihulla. Ionisoitu kaasu reagoi analyyttien kanssa muodostaen suhteellisen stabiileja ionimolekyylikomplekseja. Koska yleisimmin esiintyvät kompleksit ovat yksinkertaisia addukteja, kuten + tai +, analyyttien molekyylipaino voidaan helposti laskea. Myös muita kannettavia tavutettuja GC-instrumentteja on kehitetty kenttäsovelluksia varten (Arnold et al., 2000). Yashin ja Yashin (2001) ovat hiljattain tarkastelleet GC-instrumentoinnin ja -menetelmien tämänhetkisiä suuntauksia.