9.2.1 Praksisen med gasskromatografi
Vanlig gasskromatografisk utstyr består av et bærergasssystem, injektor, gasskromatografisk kolonne, detektor og databehandling enhet. Bærergassen er generelt en permanent gass med lav eller ubetydelig adsorpsjonskapasitet, dvs. hydrogen, helium eller nitrogen. Bærergassens art kan påvirke separasjonskarakteristikkene til GC-systemet og kan endre følsomheten til deteksjonen. Ettersom stabiliteten og reproduserbarheten av bærergassstrømningshastigheten er en forutsetning for en vellykket gasskromatografisk analyse, påvirker de betydelig både separasjonseffektiviteten og kvantifisering av resultatene. Injektorer leverer prøven til hodet til GC-kolonnen. Injektorer kan klassifiseres i to hovedgrupper: fordampning og injektorer på kolonnen. Fordampningsinjektorer bruker høye temperaturer (100–300 oC) for å fordampe en væskeprøve raskt. Vanligvis brukes en sprøyte for å introdusere prøven i den termostaterte injektoren. I dette tilfellet fordamper prøven raskt, blandes med bærergassen og transporteres inn i kolonnen. Injektorer på kolonnen deponerer prøven direkte i kolonnen uten å stole på fordampning av prøven og dens påfølgende transport inn i kolonnen. Separasjon av flyktige forbindelser av den injiserte prøven utføres i GC-kolonnen.
Kolonner for gasskromatografi kan deles i to forskjellige grupper; pakkede og kapillære søyler i forskjellige dimensjoner (Spangler, 2001). En pakket kolonne er en stiv metall- eller glassøyle fylt med små partikler som ofte er belagt med et tynt lag av en polymer med høy molekylvekt. De vanligste faste støttene er kiselgur, fluorkarboner, grafisert karbon svart og glassperler. Omtrent 90% av alle støtter er forskjellige typer kiselgur. Den stasjonære væskefasen til GC-kolonner må oppfylle følgende krav: lavt damptrykk, høy kjemisk stabilitet og relativt lav viskositet ved analysetemperaturen; selektivitet for prøvekomponentene som undersøkes; god fuktighetskapasitet både for overflaten av den inerte støtten eller for den muligens inerte veggen av søylen. Lengden på en pakket kolonne er begrenset til ca. 3 m på grunn av det høye trykket som kreves for å opprettholde bærergassens strømningshastigheter ved hastigheter som er nødvendige for optimal ytelse. Pakede kolonner har flere fordeler i forhold til kapillær kolonner. Pakede kolonner har 10 til 1000 ganger større prøvekapasitet enn kapillærkolonner. Dette gjør pakkede kolonner overlegne for analytter der store mengder prøve må analyseres. Imidlertid har pakkede søyler 25–50% færre teoretiske plater per meter enn kapillærsøyler. Sammen med de kortere lengdene på pakkede kolonner (1-3 m mot 10–60 m for kapillærsøyler) er det totale antallet teoretiske plater vesentlig lavere enn kapillærsøylene.
En kapillær (også kalt åpen rørformet) kolonne er et glass eller smeltet silisiumdioksydrør med svært liten innvendig diameter (vanligvis mellom 0,20–0,53 mm). Den indre overflaten av en kapillær kolonne er belagt med et tynt lag av stasjonær fase, slik at det fremdeles er mulig for de oppløste molekylene å komme i kontakt med rørets indre vegger. De fleste stasjonære faser av kapillærsøylen er tverrbundet og bundet kovalent til den smeltede silisiumoverflaten. Mengden stasjonær fase i en kapillær kolonne er betegnet med filmtykkelsen, som vanligvis er 0,1-5 mikrometer. Sammensatt retensjon er proporsjonal med filmtykkelsen i kapillærsøyler, retensjonen øker når filmtykkelsen øker, og den avtar når filmtykkelsen avtar. Fordelen med kapillærsøyler er deres svært høye separasjonskapasitet. Dette tillater oppløsningen av topper i komplekse prøver som ikke er adskilt adskilt av pakkede kolonner. På grunn av bedre separasjonsytelse har kapillarsøyler blitt brukt oftere i gasskromatografi enn pakket kolonner. Effekten av GC-analyser kan forbedres markant ved å bruke en kolonnebrytningsteknikk (Samuel og Davis, 2002).
For å oppnå effektiv og pålitelig separasjon må gasskromatografikolonnen termostateres ved konstant temperatur (isotermisk separasjonsmodus) eller den kan modifiseres i henhold til et forhåndsbestemt temperaturprogram (temperaturgradient). Anvendelsen av en temperaturgradient øker effektiviteten av separasjonen sterkt (Davis et al., 2000). Siden kolonnetemperaturen er en av de mest avgjørende parametrene i GC-analyse, er den nøyaktige reguleringen av største betydning. Detektorer samhandler med de oppløste molekylene når de kommer ut av kolonnen. Denne interaksjonen blir konvertert til et elektrisk signal som sendes til en opptaks- eller datalagringsenhet. Deretter opprettes et kromatogram som er et plot av signalets intensitet versus forløpt tid.De primære egenskapene til detektorer er den laveste mengden av en detekterbar forbindelse (følsomhet), og hvilken forbindelse i samme mengde gir den sterkeste detektorresponsen (selektivitet).
Mange forskjellige detektorer (flammeionisering = FID , nitrogen-fosfor = NPD, flammefotometrisk = FPD, elektronfanging = ECD, varmeledningsevne = TCD, atomemisjon = AED, elektrolytisk ledningsevne = ELCD, kjemiluminescens, etc.) er utviklet for sensitiv og selektiv påvisning og kvantifisering av prøven komponenter. FID bruker en hydrogenstrøm blandet med bærergassen. Blandingen antennes, analyttene brennes og ionene som dannes under forbrenningsprosessen samles i en sylindrisk elektrode med en høy spenning som påføres mellom flammenes stråle og elektroden. Den resulterende strømmen forsterkes og oppdages. NPD ligner FID i sin design. Den inneholder rubidium- eller cesiumperler inne i en varmeapparat nær hydrogenstrålen. De delvis forbrenne nitrogen- og fosformolekylene adsorberer på overflaten av perlen og reduserer utslipp av elektroner som øker strømmen. FPD oppdager spesielt svovel- og fosforforbindelser. Analyter blir brent i flammen. På grunn av eksitasjonen i flammen, sendes det ut lys ved 392 (svovel) og 526 (fosfor) nm. Et filter velger bølgelengdene som når et fotomultiplikatorrør.
ECD benytter en lavenergi β-strålekilde for produksjon av elektroner og ioner. Elektronfangende molekyler (halogenerte forbindelser) som kommer inn i detektoren reduserer elektronstrømmen som kan forsterkes og registreres. TCD reagerer på endringer i termisk ledningsevne og spesifikk varme ved hjelp av en filament under strøm plassert i transportgassstrømmen. Endringer i termisk ledningsevne og / eller spesifikk varme av den nåværende gassen forårsaket av analyttene endrer potensialet over filamentet. AED er egnet for påvisning av utvalgte atomer eller grupper av atomer, ELCD kan brukes spesielt for påvisning av Cl-, N- eller S-holdige analytter. En kjemiluminescensdetektor brukes hovedsakelig for påvisning av svovelforbindelser. I løpet av de siste tiårene har GC-metoder kombinert med forskjellige massespektrometriske (MS) deteksjonssystemer funnet økende anvendelse i GC-analyser.
MS-deteksjon er basert på fenomenet at ioner eller molekyler kan ioniseres i høyt vakuum som produserer ytterligere ladede arter. Disse artene kan skilles og deres relative overflod (deres massespektrum) er karakteristisk for den opprinnelige analytten. Et massespektrometer må generere ioniske arter og skille dem og oppdage dem. Ionegenerering kan oppnås ved elektronpåvirkning (EI) og kjemisk ionisering (CI). I EI-metoden utføres fragmentering og ladning av analytter ved å produsere kollisjoner mellom dem og elektronene generert fra et varmt filament.
CI-teknikken benytter en reagensgass som ammoniakk eller metan ionisert av en elektronstråle. Den ioniserte gassen reagerer med analyttene som danner relativt stabile ion-molekylkomplekser. Siden de hyppigst forekommende kompleksene er enkle addukter som + eller +, kan molekylmassen til analytter lett beregnes. Andre bærbare bindestrekede GC-instrumenter er også utviklet for feltapplikasjoner (Arnold et al., 2000). De nåværende trendene innen GC-instrumentering og metodikk er nylig gjennomgått av Yashin og Yashin, (2001).