9.2.1 A gázkromatográfia gyakorlata
A közös gázkromatográfiai berendezés hordozógáz rendszerből, injektorból, gázkromatográfiás oszlopból, detektorból és adatfeldolgozásból áll. Mértékegység. A vivőgáz általában állandó vagy alacsony vagy elhanyagolható adszorpciós kapacitású gáz, azaz hidrogén, hélium vagy nitrogén. A vivőgáz jellege befolyásolhatja a GC rendszer elválasztási jellemzőit, és módosíthatja a detektálás érzékenységét. Mivel a vivőgáz áramlási sebességének stabilitása és reprodukálhatósága a sikeres gázkromatográfiai elemzés előfeltétele, jelentősen befolyásolják mind az elválasztás hatékonyságát, mind az eredmények számszerűsítését. Az injektorok a mintát a GC oszlop fejéhez juttatják el. Az injektorok két fő csoportba sorolhatók: párologtató és oszlopon lévő injektorok. A párologtató injektorok magas hőmérsékletet (100–300 ° C) használnak a folyékony minta gyors elpárologtatására. Általában fecskendőt használnak a minta bevezetésére a termosztátos injektorba. Ebben az esetben a minta gyorsan elpárolog, összekeveredik a vivőgázzal, és az oszlopba szállítja. Az oszlopon lévő injektorok a mintát közvetlenül az oszlopba rakják le anélkül, hogy a minta elpárologtatására és az azt követő oszlopra történő szállításra támaszkodnának. Az injektált minta illékony vegyületeit a GC oszlopban választjuk el.
A gázkromatográfiás oszlopok két külön csoportra oszthatók; különféle méretű csomagolt és kapilláris oszlopok (Spangler, 2001). A töltött oszlop egy merev fém- vagy üvegoszlop, amely apró részecskékkel van megtöltve, amelyeket gyakran vékony, nagy molekulatömegű polimer bevonattal látnak el. A leggyakoribb szilárd hordozók a kovaföldek, a fluorozott szénhidrogének, a grafitizált korom és az üveggyöngyök. Az összes támasz kb. 90% -a különféle diatomaföld. A GC oszlopok álló folyadékfázisának meg kell felelnie a következő követelményeknek: alacsony gőznyomás, magas kémiai stabilitás és viszonylag alacsony viszkozitás az elemzési hőmérsékleten; szelektivitás a vizsgált minta komponensek vonatkozásában; jó nedvesedési képesség mind az inert tartó felületének, mind az oszlop esetleg inert falának szempontjából. A megtöltött oszlop hossza körülbelül 3 m-re korlátozódik a nagy nyomások miatt, amelyek szükségesek ahhoz, hogy a vivőgáz áramlási sebességét az optimális teljesítményhez szükséges sebességen tartsák. A csomagolt oszlopoknak számos előnye van a kapilláris oszlopokkal szemben. A csomagolt oszlopok 10-1000-szer nagyobb mintakapacitással rendelkeznek, mint a kapilláris oszlopok. Ez a csomagolt oszlopokat kiválóbbá teszi azoknál az analitoknál, ahol nagy mennyiségű mintát kell elemezni. A tömött oszlopokban azonban 25-50% -kal kevesebb az elméleti lemez méterenként, mint a kapilláris oszlopokban. A tömörített oszlopok rövidebb hosszaival együtt (1–3 m, szemben a kapilláris oszlopok esetében 10–60 m) az elméleti lemezek száma lényegesen alacsonyabb, mint a kapilláris oszlopoké.
Egy kapilláris (más néven nyitott) csöves) oszlop egy üveg vagy olvasztott szilícium-dioxid-cső, amelynek belső átmérője nagyon kicsi (általában 0,20–0,53 mm). A kapilláris oszlop belső felülete vékony állófázisú réteggel van bevonva, így továbbra is lehetséges, hogy az oldott molekula érintkezésbe kerüljön a cső belső falával. A legtöbb kapilláris oszlop állófázisa térhálós és kovalensen kötődik az egyesített szilícium-dioxid felületéhez. A kapilláris oszlopban lévő állófázis mennyiségét a film vastagsága jelöli, amely jellemzően 0,1-5 μm. A vegyület megtartása arányos a kapilláris oszlopok filmvastagságával, a visszatartás növekszik a film vastagságának növekedésével, és csökken a film vastagságának csökkenésével. A kapilláris oszlopok előnye nagyon nagy elválasztóképességük. Ez lehetővé teszi a csúcsok felbontását olyan komplex mintákban, amelyeket nem választanak el megfelelően a csomagolt oszlopok. A jobb elválasztási teljesítmény miatt a kapilláris oszlopokat gyakrabban használják a gázkromatográfiában, mint a töltött oszlopokat. A GC-analízisek hatékonyságát jelentősen növelhetjük oszlopváltási technikával (Samuel és Davis, 2002).
A hatékony és megbízható elválasztás érdekében a gázkromatográfiás oszlopot állandó hőmérsékleten kell termosztálni. (izotermikus elválasztási mód), vagy módosítható egy előre meghatározott hőmérsékleti program (hőmérsékleti gradiens) szerint. A hőmérsékleti gradiens alkalmazása nagymértékben növeli az elválasztás hatékonyságát (Davis et al., 2000). Mivel az oszlop hőmérséklete az egyik legmeghatározóbb paraméter a GC elemzésben, a pontos szabályozás kiemelkedő fontosságú. A detektorok kölcsönhatásba lépnek az oldott molekulákkal, amikor kilépnek az oszlopból. Ezt az interakciót elektromos jellé alakítják, amelyet egy rögzítő vagy adattároló eszközre továbbítanak. Ezután létrehoznak egy kromatogramot, amely a jel intenzitásának és az eltelt időnek a diagramja.A detektorok elsődleges jellemzői a legkisebb detektálható vegyületmennyiség (érzékenység), és melyik vegyület azonos mennyiségben produkálja a legerősebb detektorválaszt (szelektivitás).
Sokféle detektor (lángionizáció = FID) , nitrogén-foszfor = NPD, láng fotometriai = FPD, elektron befogás = ECD, hővezető képesség = TCD, atomemisszió = AED, elektrolitikus vezetőképesség = ELCD, kemilumineszcencia stb.) fejlesztették ki a minta érzékeny és szelektív detektálására és mennyiségi meghatározására alkatrészek. A FID a vivőgázzal kevert hidrogénáramot használ. Az elegyet meggyújtják, az analitokat megégetik, és az égési folyamat során képződött ionokat hengeres elektródába gyűjtik, nagy feszültséggel a lángfúvóka és az elektróda között. A kapott áramot felerősítik és detektálják. Az NPD kialakításában hasonló a FID-hez. Rubidium- vagy céziumgyöngyöket tartalmaz a melegítőtekercs belsejében a hidrogénsugár közelében. A részben égett nitrogén- és foszformolekulák adszorbeálódnak a gyöngy felületén, csökkentve az elektronkibocsátást, ami növeli az áramot. Az FPD kimondja a kén- és foszforvegyületeket. Az analitákat a lángban elégetik. A láng gerjesztése miatt a fény 392 (kén) és 526 (foszfor) nm-en vált ki. Egy szűrő választja ki a fényszorzó csőbe jutó hullámhosszakat.
Az ECD alacsony energiájú β-sugárforrást alkalmaz az elektronok és ionok előállításához. A detektorba kerülő elektron befogó molekulák (halogénezett vegyületek) csökkentik az amplifikálható és regisztrálható elektronáramot. A TCD reagál a hővezetőképesség és a fajlagos hő változásaira a vivőgáz áramában elhelyezett áram alatti izzószál segítségével. Az analitok által okozott változások az áramgáz hővezetési tényezőjében és / vagy fajlagos hőjében módosítják az izzószál potenciálját. Az AED alkalmas kiválasztott atomok vagy atomcsoportok kimutatására, az ELCD speciálisan alkalmazható Cl, N vagy S tartalmú analitok kimutatására. Kemilumineszcencia detektort főleg kénvegyületek kimutatására alkalmaznak. Az elmúlt évtizedekben a GC-módszerek és a különféle tömegspektrometriai (MS) detektáló rendszerek kombinációja egyre növekvő alkalmazhatóságot mutatott a GC-elemzésekben. további feltöltött fajok. Ezek a fajok elkülöníthetők, és relatív bőségük (tömegspektrumuk) jellemző az eredeti analitra. A tömegspektrométernek ionos fajokat kell létrehoznia, majd elválasztani és detektálni őket. Az ionképződést elektronütéses (EI) és kémiai ionizációs (CI) technikákkal lehet elérni. Az EI módszerben az analitok töredezettségét és töltését úgy hajtják végre, hogy ütközéseket eredményeznek közöttük és a forró szálból keletkező elektronok között. Az ionizált gáz reagál az analitákkal, viszonylag stabil ion-molekula komplexeket képezve. Mivel a leggyakrabban előforduló komplexek egyszerű adduktok, például + vagy +, az analitok molekulatömege könnyen kiszámítható. Más hordozható elválasztott GC eszközöket is kifejlesztettek a terepi alkalmazásokhoz (Arnold et al., 2000). A GC műszerezésének és módszertanának jelenlegi tendenciáit Yashin és Yashin (2001) nemrégiben áttekintette.