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Gaschromatographie im Detail

Mobile Phase in der GC - Gase und Fließgeschwindigkeit

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.

Die benötigten Gase werden üblicherweise Stahlgasflaschen entnommen. Verbreitet sind aber auch zentrale Gasversorgungsanlagen für Spezialgase in größeren Einrichtungen und Gasgeneratoren z.B. Wasserstoffgeneratoren.

Gase

Übliche Gase für die Gaschromatographie sind

  • Wasserstoff H2 (größte Empfindlichkeit im Wärmeleitfähigkeitsdetektor WLD1))
  • Helium He (größte Empfindlichkeit im Wärmeleitfähigkeitsdetektor WLD2))
  • Stickstoff N2 (weniger Diffusion, schmalere Peaks)
Abb.1
Stahlflaschen für Gase
Abb.2
Wasserstoff-Generator
Tab.1
Einsatzbereiche der verschiedenen Gase für die Gaschromatographie
TrägergasFormelzeichenAbkürzungen der DetektorenDetektorprinzip
Wasserstoff H2 WLDWärmeleitfähigkeit
Helium He WLD FID NPD WärmeleitfähigkeitFlammenionisation Thermoionisation
Stickstoff N2 ECD FID NPD ElektroneneinfangFlammenionisation Thermoionisation
Argon Ar FIDFlammenionisation
Argon + 5 % Methan Ar + 5 % CH4ECDElektroneneinfang
Kohlendioxid CO2 WLDWärmeleitfähigkeit

Anforderungen an die Gase und die entsprechenden Gasversorgungseinrichtungen:

  • hochreine Gase
  • sauerstofffrei (< 0,01ppm) (greift stationäre Phase an)
  • trocken (Wasser spaltet hydrolytisch die stationäre Phase)
  • kohlenwasserstofffrei (erhöhte Basislinienwerte im Detektor)
  • genau einstellbare Flüsse und Drücke (Voraussetzung für reproduzierbare Retentionszeiten)

Fließgeschwindigkeit:

Die Fließgeschwindigkeit des Trägergases bestimmt die Geschwindigkeit des Stofftransportes durch die Trennsäule. Dabei sind zwei Effekte gegenläufig (siehe van-Deemter-Gleichung):

  • Stoffaustausch-Effizienz: Bei niedrigen Flüssen ist die Effizienz des Stoffaustausches zwischen mobiler und stationärer Phase hoch. Dadurch kommen die unterschiedlichen Lagen der Verteilungsgleichgewichte der Analyten gut zur Wirkung und man erhält gute Trennungen.
  • Diffusion: Bei niedrigen Flüssen ist die Diffusion (durch das Bestreben zum Ausgleich von Konzentrationsunterschieden) stark. Dadurch entstehen breite Peaks im Chromatogramm.
Hinweis
Zwischen beiden Prozessen muss der Fluss optimiert werden mit folgendem Ziel: ausreichende Trennung bei schnellstmöglicher Analyse!

Übliche Fließgeschwindigkeiten: Kapillarsäulen 0,1-2 mLmin-1 gepackte Säulen 25-30 mLmin-1

Messung des Trägergasflusses:

  • mit Hilfe eines Seifenblasen-Flussmessers
  • mit Hilfe elektronischer Sensoren
  • über die Retentionszeit einer nicht wechselwirkenden bzw. leichtflüchtigen Verbindung z.B. Methan (Totzeit des Systems):
u = l t 0 v = π r 2 u u - mittlere lineare Trägergasgeschwindigkeit in  cm s-1 t 0 - Totzeit des Systems in  s l - Länge der Säule in  cm v - volumetrische Flussrate in  mLmin-1 r - Innenradius der Säule in  cm
1)WLD:
2)WLD:
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