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Tutorial MenueChromatographieLerneinheit 4 von 9

Gaschromatographie im Detail

Der Säulenofen des Gaschromatographen - Temperaturprogramme

Der Säulentemperatur kommt in der Gaschromatographie eine entscheidende Rolle zu. Deshalb werden die Säulen in einem so genannten Säulenofen aufgehängt, der für bestimmte Temperaturen und Temperaturprogramme zu sorgen hat.

Anforderungen an den Säulenofen:

  • gute Temperaturkonstanz (0,1°C)
  • nur kleine Temperaturunterschiede an verschiedenen Stellen im Ofenraum (effektive Umluft)
  • genaue Temperaturmessung an geeigneter Stelle im Ofen
  • schnelle, automatische Abkühlung
  • unterschiedliche, reproduzierbare Aufheizraten (0,1 bis 50 °Cmin-1 im Bereich zwischen 50 und 450°C)
  • große Öffnung zur Handhabung von Säulen und zusätzlichem Gerät
Abb.1
Ofenraum eines GC
Abb.2
Kapillarsäule

Säulentemperatur

Die Temperatur in der Säule beeinflusst ganz wesentlich die Flüchtigkeit der Analyten. Somit hat sie direkten Einfluss auf die Analysenzeit und die Güte der Trennung. Dabei muss die Temperatur nicht über der Siedetemperatur der Analyten liegen. Auch Temperaturen mit 100°C unterhalb des Siedepunktes ergeben gute Trennungen, da der Dampfdruck auch unterhalb der Siedetemperatur stark mit der Temperatur ansteigt. Zusätzlich führt die Bewegung der mobilen Phase zu einer ständigen Störung des Verdampfungsgleichgewichtes.

Die gewählte Säulentemperatur hängt ab

  • vom Bereich der Dampfdrücke aller Analyten in der Mischung
  • von der Länge der Säule
  • von der maximal erduldeten Chromatogrammdauer
  • von der Menge der stationären Phase (absolut und relativ zum Gasvolumen)

Rund 80 % aller gaschromatographischen Trennungen werden mit einem Temperaturprogramm betrieben, nur noch wenige isotherm.

isotherme Chromatographie:

Eine feste Temperatur wird über die gesamte Analysenzeit konstant gehalten. Es sind gute Trennungen möglich, aber es entstehen lange Retentionszeiten und starke Peakverbreiterung für Verbindungen höherer Dampfdrücke in der Probe. Vorteilhaft ist das Entfallen eines Abkühlschrittes zwischen nachfolgenden Injektionen. Dadurch erhält man eine hohe Konstanz der chromatographischen Bedingungen und keine Wartezeiten.

Abb.3
Isotherme Trennung von Lampenöl bei 120°C
Abb.4
Einfluss der Säulenofentemperatur auf die Trennung zweier Verbindungen, gezeigt an der Auflösung R (wenn R ≥ 1,5 ist die Trennung ausreichend)

temperaturprogrammierte Chromatographie:

Mit einer oder mehreren verschiedenen Heizraten wird die Trennung der Analyten beschleunigt. Die Verweilzeit auch höher siedender Analyten in der Säule wird verkürzt (schmalere Peaks). Der Temperaturgradient ist an jedes analytische Problem anpassbar, muss aber - einmal gewählt - in allen Messungen desselben Problems denselben Temperaturverlauf aufweisen, damit die Retentionszeiten und Peakflächen auswertbar sind. Bei dieser Arbeitsweise müssen Wartezeiten für das Abkühlen des Säulenofens auf die Ausgangstemperatur einkalkuliert werden.

Abb.5
Trennung von Lampenöl mit Gradient

Die temperaturprogrammierte Chromatographie wird bei Umwelt- und Problemproben ausschließlich verwendet. Bei ihnen ist es oft notwendig, nach jeder Injektion die Säule auf bis zu 300°C aufzuheizen, um Ablagerungen aus den Proben von der Säule zu bekommen.

Die Optimierung des Gradienten ist ein Schritt, der über den Erfolg einer Trennung in der GC entscheidet. Durch verschiedene Temperaturen können gezielt Verteilungskoeffizienten und damit Kapazitätskoeffizienten beeinflusst werden. Der Gradientenverlauf ist meist linear oder zusammengesetzt linear, aber auch konkav oder konvex.

Abb.6
Verschiedene lineare Verläufe des Temperaturgradienten
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