zum Directory-modus

Chromatographie - kompakt

Das Prinzip der Gaschromatographie

Definition
Die Gaschromatographie (GC) ist eine analytische Trennmethode, bei der die mobile Phase gasförmig ist. Die Analyten gehen mit der stationären Phase Wechselwirkungen nach dem Prinzip der Verteilung (stationäre Phase ist ein Flüssigkeitsfilm) oder Adsorption (stationäre Phase ist ein Feststoff) ein.

Anforderung an die Probe

  • vollständig und unzersetzt verdampfbar innerhalb eines technisch begrenzten Temperaturbereiches

Aufbau eines Gaschromatographen allgemein

Abb.

Mobile Phase - Gase

Das Trägergas dient zum Transport der Probe durch die Säule. Im Gegensatz zur HPLC ändert sich das Elutionsverhalten der Stoffe bei geänderter mobiler Phase (Trägergasart) fast überhaupt nicht, dagegen aber stark mit der Fließgeschwindigkeit des Gases.

Übliche Gase für die Gaschromatographie sind hochreiner, trockener Wasserstoff, Helium oder Stickstoff.Übliche Fließgeschwindigkeiten: Kapillarsäulen 0,1-2 mLmin-1 gepackte Säulen 25-30 mLmin-1

Stationäre Phase - Säulen

Bitte Flash aktivieren.

Abb.1
Substituierte Siloxane als Filmmaterial in Kapillarsäulen

Die einzelnen Strukturen können durch Anklicken der Namen dargestellt werden. Polyethylenglycol ist stark polar und eignet sich für die Auftrennung polarer Analyten.

In der Gaschromatographie befindet sich die stationäre Phase entweder in gepackten Säulen oder in Kapillarsäulen. Sie kann ein Flüssigkeitsfilm sein oder ein Feststoff. Gepackte Säulen spielen in der analytischen Chromatographie nur noch eine untergeordnete Rolle. Für präparative Trennungen wird der Vorteil der großen Menge an stationärer Phase in der Säule genutzt.

Die Kapillarsäulen haben sich in der analytischen Praxis durchgesetzt, da sie vor allem eine sehr große Trennleistung bei geringem Gasverbrauch und sehr kleiner Probenmenge aufweisen.

Die Polarität der stationären Phase sollte der des Analyten entsprechen. Ist dies der Fall, werden die Verbindungen der Probe nach ihren Siedepunkten aufgetrennt. Für viele spezielle Anwendungen gibt es viele verschiedene stationäre Phasen. Als stationäre Phasen werden in der Kapillar-GC heute vorrangig Polymere, wie Polysiloxane und substituierte Polysiloxane, verwendet. Die Substitution der Methyl-Gruppen (Dimethylpolysiloxan ist die unpolarste Phase) erzeugt stationäre Phasen mit höherer Polarität.

Säulenofen - 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. 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.

Bei der temperaturprogrammierten Arbeitsweise wird nicht bei einer festen Temperatur die Trennung erzielt, sondern 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.

GC-Detektoren

Ist die qualitative Zusammensetzung einer Probe bereits bekannt, haben sich für die quantitative Analyse einige Standarddetektoren durchgesetzt, die in der folgenden Tabelle aufgeführt sind.

Tab.1
häufig eingesetzte Detektoren in der GC
SinnbildDetektorspezifisch fürkleinste noch nachweisbare Menge (für ein Signal-Rausch-Verhältnis von 2)
Wärmeleitfähigkeits-Detektor (WLD)universell 500 pg mL-1
Flammenionisations-Detektor (FID)oxidierbare Kohlenstoffverbindungen 3 - 5 pg
Elektroneneinfang-Detektor (electron capture detector) (ECD)halogenhaltige Verbindungen 0,05 - 1 pg mL-1
Stickstoff-Phosphor-Detektor (NPD) bzw. (FID-NP)N- oder P-haltige Substanzen 0,01 - 0,1 pg

Bei unbekannten Proben, oft wechselnden Problemstellungen und stark schwankenden Konzentrationsbereichen hat sich die Kopplung der Gaschromatographie an ein Massenspektrometer oder einen massensensitiven Detektor durchgesetzt. Über Bibliotheken der Massenspektren ist somit auch eine Identifizierung unbekannter Probenbestandteile möglich.

Seite 5 von 7