Plynová chromatografie - Gas chromatography

Plynová chromatografie
Gaschromatograph.jpg
Plynový chromatograf se vzorkovačem nad prostorem
Akronym GC
Klasifikace Chromatografie
Analyty Organické
anorganické
Musí být těkavé
Jiné techniky
Příbuzný Chromatografie na tenké vrstvě
Vysoce účinná kapalinová chromatografie
Děleno Plynová chromatografie-hmotnostní spektrometrie

Plynová chromatografie ( GC ) je běžný typ chromatografie používané v analytické chemii pro separaci a analýzu sloučenin, které lze odpařovat bez rozkladu . Typická použití GC zahrnují testování čistoty konkrétní látky nebo oddělení různých složek směsi. V preparativní chromatografii lze GC použít k přípravě čistých sloučenin ze směsi.

Plynová chromatografie je někdy také známá jako chromatografie v plynné fázi (VPC) nebo přepážková chromatografie na plynné kapalině (GLPC). Tyto alternativní názvy, stejně jako jejich příslušné zkratky, se často používají ve vědecké literatuře.

Plynová chromatografie je proces separace sloučenin ve směsi vstřikováním plynného nebo kapalného vzorku do mobilní fáze, obvykle nazývané nosný plyn, a průchodem plynu stacionární fází. Mobilní fází je obvykle inertní plyn nebo nereaktivní plyn, jako je helium , argon , dusík nebo vodík . Stacionární fáze je mikroskopická vrstva viskózní kapaliny na povrchu pevných částic na inertním pevném nosiči uvnitř kusu skleněné nebo kovové trubice zvané kolona. Povrch pevných částic může v některých sloupcích také působit jako stacionární fáze. Skleněná nebo kovová kolona, ​​kterou prochází plynná fáze, je umístěna v peci, kde lze regulovat teplotu plynu a eluent vycházející z kolony je monitorován počítačovým detektorem.

Dějiny

Plynový chromatograf

Chromatografie pochází z roku 1903 podle práce ruského vědce Michaila Semenoviče Tswetta , který separoval rostlinné pigmenty pomocí kapalinové sloupcové chromatografie. Německá fyzikální chemička Erika Cremerová v roce 1947 spolu s rakouským postgraduálním studentem Fritzem Priorem vyvinuli teoretické základy GC a postavili první kapalinový plynový chromatograf, ale její práce byla považována za irelevantní a byla dlouhou dobu ignorována. Angličtí chemici Archer Martin a Richard Synge obdrželi v roce 1952 Nobelovu cenu za vynález přepážkové chromatografie ve čtyřicátých letech minulého století a položili základy plynové chromatografie. Popularita plynové chromatografie rychle vzrostla po vývoji plamenového ionizačního detektoru.

GC analýza

Plynový chromatograf je chemická analýza nástrojem pro oddělování chemických látek v komplexním vzorku. Plynový chromatograf se skládá z úzké průtokové trubice, známé jako kolona, ​​kterou vzorek prochází v proudu plynu (nosný plyn) různými rychlostmi v závislosti na jejich různých chemických a fyzikálních vlastnostech a interakci s konkrétními obložení nebo plnění kolony, nazývané „stacionární fáze“ . Když chemikálie opustí konec kolony, jsou detekovány a identifikovány elektronicky. Funkce stacionární fáze ve sloupci je oddělit různé komponenty, což způsobí, že každá z nich opustí kolonu v jinou dobu. Další parametry, které lze použít ke změně pořadí nebo doby retence, jsou průtok nosného plynu, délka kolony a teplota.

Schéma plynového chromatografu

Při analýze GC se známý objem plynného nebo kapalného analytu vstřikuje gumovým kotoučem do horkého, teplotně regulovaného portu připojeného ke koloně. Jak nosný plyn transportuje molekuly analytu kolonou, dochází k adsorpci molekul analytu buď na stěny kolony, nebo na výplňové materiály (stacionární fáze) v koloně, aby došlo k separaci. Protože každý typ molekuly má jinou rychlost progrese, různé složky směsi analytu se oddělují, jak postupují podél kolony a dosáhnou konce kolony v různých časech (retenční čas). Detektor se používá ke sledování času, kdy každá součástka dosáhne výstupu, a nakonec lze určit množství této složky. Látky jsou obecně identifikovány (kvalitativně) podle pořadí, v jakém se eluují ze sloupce, a podle retenčního času analytu v koloně.

Fyzické složky

Automatické vzorkovače

Autosampler poskytuje prostředky pro automatické zavedení vzorku do vstupů. Ruční vložení vzorku je možné, ale již není běžné. Automatické vkládání zajišťuje lepší reprodukovatelnost a optimalizaci času.

Autosampler pro kapalné nebo plynné vzorky na bázi mikrostříkačky
Autosampler pro kapalné nebo plynné vzorky na bázi mikrostříkačky

Existují různé druhy autosamplerů. Autosamplery lze klasifikovat podle kapacity vzorků (autoinjektory vs. autosamplery, kde autoinjektory dokážou zpracovat malý počet vzorků), podle robotických technologií (robot XYZ vs. rotující robot-nejběžnější) nebo podle analýzy:

  • Kapalina
  • Statický prostor nad hlavou pomocí technologie stříkaček
  • Dynamický prostor nad hlavou pomocí technologie přenosové linky
  • Mikroextrakce v pevné fázi (SPME)

Vstupy

Split/splitless vstup

Vstup do kolony (nebo injektor) poskytuje prostředky pro zavedení vzorku do kontinuálního toku nosného plynu. Vstup je kus hardwaru připevněný k hlavě sloupku.

Běžné typy vstupů jsou:

  • S/SL (split/splitless) vstřikovač; vzorek se zavádí do vyhřívané malé komory pomocí stříkačky přes přepážku - teplo usnadňuje odpařování vzorku a matrice vzorku. Nosný plyn pak buď zamete celý (splitless mód) nebo část (split mode) vzorku do kolony. V děleném režimu je část směsi vzorku a nosného plynu ve vstřikovací komoře odsávána děleným průduchem. Při práci se vzorky s vysokými koncentracemi analytu (> 0,1%) se dává přednost split injekci, zatímco splitless injekce je nejvhodnější pro stopovou analýzu s malým množstvím analytů (<0,01%). V režimu bez dělení se dělený ventil otevře po předem nastaveném čase, aby vyčistil těžší prvky, které by jinak kontaminovaly systém. Tento přednastavený čas (bez dělení) by měl být optimalizován. Kratší čas (např. 0,2 min) zajistí menší hluk, ale ztrátu odezvy, delší čas (2 minuty) zvýší odposlech, ale také signál.
  • Vstup na sloupec; vzorek se zde zavádí přímo do kolony celý bez tepla nebo při teplotě pod bodem varu rozpouštědla. Nízká teplota kondenzuje vzorek do úzké zóny. Sloupec a vstup lze poté zahřát a uvolnit vzorek do plynné fáze. To zajišťuje nejnižší možnou teplotu pro chromatografii a brání rozkladu vzorků nad jejich bod varu.
  • Injektor PTV; Tepelně naprogramované zavedení vzorku bylo poprvé popsáno Vogtem v roce 1979. Původně Vogt vyvinul techniku ​​jako metodu pro zavedení velkých objemů vzorků (až 250 µl) do kapilárního GC. Vogt zavedl vzorek do vložky kontrolovanou rychlostí vstřikování. Teplota vložky byla zvolena mírně pod bodem varu rozpouštědla. Nízkovroucí rozpouštědlo se kontinuálně odpařovalo a odvzdušňovalo dělenou linkou. Na základě této techniky vyvinul Poy naprogramovaný teplotní odpařovací injektor; PTV. Zavedením vzorku při nízké počáteční teplotě vložky by se dalo obejít mnoho nevýhod klasických technik vstřikování za tepla.
  • Vstup zdroje plynu nebo přepínací ventil plynu; plynné vzorky ve sběrných lahvích jsou připojeny k tomu, co je nejčastěji šestiportovým přepínacím ventilem. Tok nosného plynu není přerušen, zatímco vzorek může být expandován do dříve evakuované smyčky vzorku. Po přepnutí se obsah smyčky vzorku vloží do proudu nosného plynu.
  • Systém P/T (Purge-and-Trap); Inertní plyn je probubláván vodným vzorkem, což způsobuje, že jsou nerozpustné těkavé chemikálie odstraněny z matrice. Těkavé látky jsou při okolní teplotě „zachyceny“ na absorpční koloně (známé jako lapač nebo koncentrátor). Lapač se potom zahřívá a těkavé látky jsou směrovány do proudu nosného plynu. Prostřednictvím takového systému mohou být zavedeny vzorky vyžadující předkoncentraci nebo čištění, obvykle připojené k portu S/SL.

Volba nosného plynu (mobilní fáze) je důležitá. Vodík má rozsah průtoků, které jsou účinností srovnatelné s heliem. Hélium však může být účinnější a poskytovat nejlepší separaci, pokud jsou optimalizovány průtoky. Helium je nehořlavé a pracuje s větším počtem detektorů a starších přístrojů. Nejčastěji používaným nosným plynem je proto helium. Cena hélia však v posledních letech značně vzrostla, což způsobilo, že rostoucí počet chromatografů přešel na plynný vodík. Historické použití, spíše než racionální uvažování, může přispět k pokračujícímu preferenčnímu používání helia.

Detektory

Běžně používanými detektory jsou plamenový ionizační detektor (FID) a detektor tepelné vodivosti (TCD). Zatímco TCD jsou prospěšné v tom, že jsou nedestruktivní, jeho nízká mez detekce pro většinu analytů brání širokému použití. FID jsou citlivé především na uhlovodíky a jsou na ně citlivější než TCD. FID nemohou detekovat vodu nebo oxid uhličitý, což je činí ideálními pro analýzu organických analytů v životním prostředí. FID je dvakrát až třikrát citlivější na detekci analytu než TCD.

TCD se spoléhá na tepelnou vodivost hmoty procházející kolem tenkého drátu wolframu a rhenia, kterým prochází proud. V tomto uspořádání slouží helium nebo dusík jako nosný plyn kvůli jejich relativně vysoké tepelné vodivosti, která udržuje vlákno chladné a udržuje rovnoměrný odpor a elektrickou účinnost vlákna. Když se molekuly analytu eluují z kolony, smíchané s nosným plynem, tepelná vodivost klesá, zatímco dochází ke zvýšení teploty vlákna a odporu, což má za následek kolísání napětí, což nakonec způsobuje odezvu detektoru. Citlivost detektoru je úměrná proudu vlákna, zatímco je nepřímo úměrná okamžité teplotě prostředí tohoto detektoru a průtoku nosného plynu.

V plamenově ionizačním detektoru (FID) jsou elektrody umístěny v blízkosti plamene poháněného vodíkem / vzduchem poblíž výstupu z kolony, a když sloučeniny obsahující uhlík opustí kolonu, jsou plamenem pyrolyzovány. Tento detektor funguje pouze pro organické sloučeniny / sloučeniny obsahující uhlovodíky díky schopnosti uhlíků tvořit kationty a elektrony po pyrolýze, která generuje proud mezi elektrodami. Zvýšení proudu je přeloženo a je zobrazeno jako pík na chromatogramu. FID mají nízké detekční limity (několik pikogramů za sekundu), ale nejsou schopny generovat ionty z uhlíků obsahujících karbonyl . Mezi nosné plyny kompatibilní s FID patří helium, vodík, dusík a argon.

Alkalický plamenový detektor (AFD) nebo alkalický plamenový ionizační detektor (AFID) má vysokou citlivost na dusík a fosfor, podobně jako NPD. Ionty alkalických kovů jsou však dodávány s plynným vodíkem, nikoli s kuličkou nad plamenem. Z tohoto důvodu AFD netrpí „únavou“ NPD, ale poskytuje konstantní citlivost po dlouhou dobu. Kromě toho, pokud nejsou do plamene přidány alkalické ionty, AFD funguje jako standardní FID. Katalytické spalování detektor (CCD) měří hořlavé uhlovodíky a vodík. Výbojový ionizační detektor (DID) využívá k výrobě iontů vysokonapěťový elektrický výboj.

Polyoblouku Reaktor je doplněk do nových nebo stávajících nástrojů GC-FID, který převádí všechny organické sloučeniny s molekulami metanu před jejich detekce FID. Tuto techniku ​​lze použít ke zlepšení odezvy FID a umožnění detekce mnoha dalších sloučenin obsahujících uhlík. Kompletní přeměna sloučenin na metan a nyní ekvivalentní odezva v detektoru také eliminuje potřebu kalibrace a standardů, protože faktory odezvy jsou všechny ekvivalentní faktorům metanu. To umožňuje rychlou analýzu komplexních směsí, které obsahují molekuly tam, kde nejsou k dispozici standardy.

Plamenový fotometrický detektor (FPD) používá fotonásobič k detekci spektrálních čar sloučenin, které jsou spáleny v plameni. Sloučeniny eluující z kolony jsou přeneseny do plamene poháněného vodíkem, který excituje specifické prvky v molekulách a excitované prvky (P, S, Halogeny, Některé kovy) vyzařují světlo specifických charakteristických vlnových délek. Vyzařované světlo je filtrováno a detekováno fotonásobičem. Zejména emise fosforu se pohybují kolem 510–536 nm a emise síry jsou při 394 nm. S detektorem atomové emise (AED) vstupuje vzorek eluovaný ze sloupce do komory, která je napájena mikrovlnami, které indukují plazmu. Plazma způsobí rozklad vzorku analytu a určité prvky generují spektra atomových emisí. Spektra atomových emisí jsou difrakována difrakční mřížkou a detekována řadou fotonásobičů nebo fotodiod.

Detektor elektronového záchytu (ECD) používá k měření stupně zachycení elektronů zdroj radioaktivních beta částic (elektronů). ECD se používají k detekci molekul obsahujících elektronegativní / stahující prvky a funkční skupiny jako halogeny, karbonylové, nitrilové, nitroskupiny a organokovové. V tomto typu detektoru se jako nosný plyn mobilní fáze používá buď dusík, nebo 5% metan v argonu. Nosný plyn prochází mezi dvěma elektrodami umístěnými na konci kolony a v sousedství katody (záporné elektrody) se nachází radioaktivní fólie, například 63Ni. Radioaktivní fólie vyzařuje beta částici (elektron), která se srazí s nosným plynem a ionizuje za vzniku více iontů, což vede k proudu. Když jsou molekuly analytu s elektronegativními / odtahujícími se prvky nebo funkčními skupinami zachyceny elektrony, což má za následek pokles proudu generující odezvu detektoru.

Detektor dusíku a fosforu (NPD), forma termionického detektoru, kde dusík a fosfor mění pracovní funkci na speciálně potaženém korálku a měří se výsledný proud.

Suchý detektor elektrolytické vodivosti (DELCD) používá k měření chlorovaných sloučenin vzduchovou fázi a vysokou teplotu (v. Coulsen).

Hmotnostní spektrometr (MS), také nazývaný GC-MS ; vysoce účinný a citlivý, dokonce i v malém množství vzorku. Tento detektor lze použít k identifikaci analytů v chromatogramech podle jejich hmotnostního spektra. Některé GC-MS jsou připojeny k NMR spektrometru, který funguje jako záložní detektor. Tato kombinace je známá jako GC-MS-NMR . Některé GC-MS-NMR jsou připojeny k infračervenému spektrofotometru, který funguje jako záložní detektor. Tato kombinace je známá jako GC-MS-NMR-IR. Je však třeba zdůraznit, že je to velmi vzácné, protože většinu potřebných analýz lze uzavřít čistě GC-MS.

Vakuový ultrafialový (VUV) představuje nejnovější vývoj v detektorech plynové chromatografie. Většina chemických druhů absorbuje a má jedinečné průřezy absorpce plynné fáze v monitorovaném rozsahu vlnových délek VUV přibližně 120–240 nm. Pokud jsou pro analyty známy absorpční průřezy, detektor VUV je schopen bez chemických interferencí absolutně určit (bez kalibrace) počet molekul přítomných v průtokové kyvetě.

Olfaktometrický detektor , také nazývaný GC-O, používá k analýze pachové aktivity sloučenin lidský hodnotitel. U pachového portu nebo čichacího portu lze hodnotit kvalitu zápachu, intenzitu zápachu a dobu trvání pachové aktivity sloučeniny.

Mezi další detektory patří Hallův elektrolytický vodivostní detektor (ElCD), heliumionizační detektor (HID), infračervený detektor (IRD), fotoionizační detektor (PID), pulzní ionizační detektor (PDD) a termionický ionizační detektor (TID).

Metody

Tento obrázek nahoře ukazuje interiér plynového chromatografu GeoStrata Technologies Eclipse, který běží nepřetržitě ve tříminutových cyklech. K přepnutí testovacího plynu do smyčky vzorku slouží dva ventily. Po naplnění smyčky vzorku testovacím plynem se ventily opět přepnou působením tlaku nosného plynu na smyčku vzorku a protlačením vzorku kolonou pro oddělení.

Tato metoda je souhrn podmínek, ve kterých GC funguje pro danou analýzu. Vývoj metody je proces určování, jaké podmínky jsou adekvátní a/nebo ideální pro požadovanou analýzu.

Podmínky, které lze měnit, aby vyhovovaly požadované analýze, zahrnují vstupní teplotu, teplotu detektoru, teplotu a teplotní program kolony, průtok nosného plynu a nosného plynu, stacionární fázi kolony, průměr a délku, typ vstupu a průtok, velikost vzorku a vstřikování technika. V závislosti na detektoru (detektorech) (viz níže) nainstalovaných na GC může existovat řada podmínek detektoru, které lze také měnit. Některé GC také obsahují ventily, které mohou změnit trasu toku vzorku a nosiče. Načasování otevírání a zavírání těchto ventilů může být důležité pro vývoj metody.

Výběr nosného plynu a průtoky

Mezi typické nosné plyny patří helium , dusík , argon a vodík . Který plyn použít je obvykle určen použitým detektorem, například DID vyžaduje jako nosný plyn helium. Při analýze plynových vzorků je nosič také vybrán na základě matrice vzorku, například při analýze směsi v argonu je upřednostňován argonový nosič, protože argon ve vzorku se nezobrazuje na chromatogramu. Výběr dopravce může ovlivnit také bezpečnost a dostupnost.

Čistotu nosného plynu také často určuje detektor, i když významná role může také hrát potřebná úroveň citlivosti. Obvykle se používají čistoty 99,995% nebo vyšší. Nejběžnější stupně čistoty požadované moderními přístroji pro většinu citlivostí jsou 5,0 stupně nebo 99,999% čisté, což znamená, že v nosném plynu je celkem 10 ppm nečistot, které by mohly ovlivnit výsledky. Nejvyšší stupně čistoty při běžném používání jsou stupně 6,0, ale potřeba detekce na velmi nízkých úrovních v některých forenzních a environmentálních aplikacích vedla k potřebě nosných plynů o čistotě 7,0 a ty jsou nyní komerčně dostupné. Obchodní názvy pro typické čistoty zahrnují „nulový stupeň“, „stupeň s velmi vysokou čistotou (UHP)“, „4,5 stupně“ a „5,0 stupně“.

Lineární rychlost nosného plynu ovlivňuje analýzu stejným způsobem jako teplota (viz výše). Čím vyšší je lineární rychlost, tím rychlejší je analýza, ale tím menší je oddělení mezi analyty. Volba lineární rychlosti je tedy stejný kompromis mezi úrovní oddělení a délkou analýzy jako výběr teploty kolony. Lineární rychlost bude realizována pomocí průtokového množství nosného plynu s ohledem na vnitřní průměr kolony.

U GC vyrobených před devadesátými léty byl průtok nosiče řízen nepřímo řízením vstupního tlaku nosiče nebo „tlaku hlavy kolony“. Skutečný průtok byl měřen na výstupu z kolony nebo detektoru pomocí elektronického průtokoměru nebo bublinového průtokoměru a mohl by to být zapojený, časově náročný a frustrující proces. Během běhu nebylo možné měnit nastavení tlaku, a proto byl průtok během analýzy v podstatě konstantní. Vztah mezi průtokem a vstupním tlakem se vypočítá podle Poiseuilleovy rovnice pro stlačitelná média .

Mnoho moderních GC však elektronicky měří průtok a elektronicky řídí tlak nosného plynu a nastavuje průtok. V důsledku toho lze během běhu upravit nosné tlaky a průtoky a vytvářet programy tlak/průtok podobné teplotním programům.

Stacionární výběr sloučeniny

Polarita rozpuštěné látky je rozhodující pro výběr stacionární sloučeniny, která v optimálním případě by měly podobné polarity, jako rozpuštěné látky. Běžnými stacionárními fázemi v otevřených tubulárních kolonách jsou kyanopropylfenyl dimethyl polysiloxan, karbowax polyethylenglykol, biscyanopropyl kyanopropylphenyl polysiloxan a difenyl dimethyl polysiloxan. Pro plné sloupce je k dispozici více možností.

Typy vstupů a průtoky

Volba typu vstupu a techniky vstřikování závisí na tom, zda je vzorek v kapalné, plynné, adsorbované nebo pevné formě, a na tom, zda je přítomna matrice rozpouštědla, která musí být odpařena. Pokud jsou podmínky dobře známy, mohou být rozpuštěné vzorky zavedeny přímo na kolonu pomocí injektoru COC; pokud má být matrice rozpouštědla odpařena a částečně odstraněna, použije se injektor S/SL (nejběžnější injekční technika); plynné vzorky (např. vzduchové lahve) se obvykle vstřikují pomocí systému přepínacího ventilu plynu; adsorbované vzorky (např. na adsorpční zkumavky) se zavádějí buď pomocí externího (online nebo off-line) desorpčního zařízení, jako je systém proplachování a zachycování, nebo se desorbují v injektoru (aplikace SPME).

Velikost vzorku a injekční technika

Injekce vzorku

Pravidlo deseti v plynové chromatografii

Skutečná chromatografická analýza začíná zavedením vzorku na kolonu. Vývoj kapilární plynové chromatografie vedl k mnoha praktickým problémům s injekční technikou. Technika injektáže na kolonu, často používaná u plněných kolon, není obvykle u kapilárních koloen možná. V systému vstřikování v kapilárním plynovém chromatografu by vstřikované množství nemělo přetížit kolonu a šířka vstřikované zátky by měla být malá ve srovnání s roztažením v důsledku chromatografického procesu. Nedodržení tohoto posledního požadavku sníží schopnost separace kolony. Obecně platí, že vstřikovaný objem, V inj a objem detekční buňky, V det , by měl být asi 1/10 objemu obsazeného částí vzorku obsahujícího požadované molekuly (analyty), když opouštějí sloupec.

Některé obecné požadavky, které by dobrá injekční technika měla splňovat, jsou, že by mělo být možné dosáhnout optimální separační účinnosti kolony, měla by umožňovat přesné a reprodukovatelné injekce malých množství reprezentativních vzorků, měla by indukovat žádnou změnu složení vzorku, neměla by vykazují diskriminaci na základě rozdílů v bodu varu, polarity, koncentrace nebo tepelné/katalytické stability a měla by být použitelná pro stopovou analýzu i pro neředěné vzorky.

Existuje však řada problémů spojených s používáním injekčních stříkaček. I ty nejlepší stříkačky tvrdí o přesnosti pouze 3%a v nekvalifikovaných rukou jsou chyby mnohem větší. Jehla může odříznout malé kousky gumy ze septa, když do ní vstřikuje vzorek. Mohou zablokovat jehlu a zabránit plnění stříkačky při příštím použití. Možná není zřejmé, že se to stalo. Část gumy se může zachytit v kaučuku a uvolnit při následných injekcích. To může vést k vrcholům duchů na chromatogramu. Může dojít k selektivní ztrátě těkavějších složek vzorku odpařením ze špičky jehly.

Výběr sloupců

Volba kolony závisí na vzorku a aktivním měřeném. Hlavním chemickým atributem při výběru kolony je polarita směsi, ale funkční skupiny mohou při výběru kolony hrát velkou roli. Polarita vzorku se musí přesně shodovat s polaritou stacionární fáze kolony, aby se zvýšilo rozlišení a oddělení a zároveň se zkrátila doba běhu. Oddělení a doba běhu závisí také na tloušťce filmu (stacionární fáze), průměru kolony a délce kolony.

Teplota kolony a teplotní program

Pec pro plynovou chromatografii, otevřená pro zobrazení kapilární kolony

Sloupce v GC jsou uloženy v peci, jejíž teplota je přesně regulována elektronicky. (Při diskusi o „teplotě kolony“ analytik technicky odkazuje na teplotu kolonové pece. Rozdíl však není důležitý a v tomto článku nebude následně proveden.)

Rychlost, kterou vzorek prochází kolonou, je přímo úměrná teplotě kolony. Čím vyšší je teplota kolony, tím rychleji se vzorek kolonou pohybuje. Čím rychleji se však vzorek kolonou pohybuje, tím méně interaguje se stacionární fází a tím méně se oddělují analyty.

Obecně je teplota kolony zvolena tak, aby byla kompromisem mezi délkou analýzy a úrovní separace.

Metoda, která po celou analýzu udržuje kolonu na stejné teplotě, se nazývá „izotermická“. Většina metod však během analýzy zvyšuje teplotu kolony, počáteční teplotu, rychlost nárůstu teploty (teplotní „rampa“) a konečnou teplotu nazýváme teplotní program.

Teplotní program umožňuje, aby se analyty, které se eluují na počátku analýzy, adekvátně oddělily, a zkrátil se tak čas potřebný k průchodu analytů s pozdní elucí kolonou.

Redukce a analýza dat

Kvalitativní analýza

Chromatografická data jsou obecně prezentována jako graf odezvy detektoru (osa y) proti retenčnímu času (osa x), který se nazývá chromatogram. To poskytuje spektrum píků pro vzorek představující analyty přítomné ve vzorku eluovaném ze sloupce v různých časech. Retenční čas lze použít k identifikaci analytů, pokud jsou podmínky metody konstantní. Také vzor píků bude pro vzorek za konstantních podmínek konstantní a může identifikovat složité směsi analytů. Ve většině moderních aplikací je však GC připojen k hmotnostnímu spektrometru nebo podobnému detektoru, který je schopen identifikovat analyty reprezentované píky.

Kvantitativní analýza

Plocha pod píkem je úměrná množství analytu přítomného na chromatogramu. Výpočtem plochy píku pomocí matematické funkce integrace lze určit koncentraci analytu v původním vzorku. Koncentraci lze vypočítat pomocí kalibrační křivky vytvořené nalezením odezvy pro sérii koncentrací analytu nebo stanovením faktoru relativní odezvy analytu. Faktor relativní odezvy je očekávaný poměr analytu k vnitřnímu standardu (nebo externímu standardu ) a vypočítá se tak, že se zjistí odezva známého množství analytu a konstantního množství vnitřního standardu (chemikálie přidaná do vzorku při konstantě koncentrace, se zřetelným retenčním časem k analytu).

Ve většině moderních systémů GC-MS se počítačový software používá ke kreslení a integraci píků a přiřazování MS spektra ke knihovním spektrům.

Aplikace

Obecně lze látky, které se odpařují při teplotě nižší než 300 ° C (a proto jsou do této teploty stabilní), měřit kvantitativně. Rovněž se požaduje, aby vzorky neobsahovaly sůl ; neměly by obsahovat ionty . Lze měřit velmi malá množství látky, ale často se požaduje, aby byl vzorek změřen ve srovnání se vzorkem obsahujícím čistou podezřelou látku známou jako referenční standard .

Aby byly hodnoty smysluplnější, lze použít různé teplotní programy; například k rozlišení mezi látkami, které se během procesu GC chovají podobně.

Profesionálové pracující s GC analyzují obsah chemického produktu, například při zajišťování kvality výrobků v chemickém průmyslu; nebo měření chemikálií v půdě, vzduchu nebo vodě, jako jsou půdní plyny . GC je velmi přesný, pokud je používán správně a může měřit pikomoly látky v 1 ml kapalného vzorku nebo koncentrace v miliardách částic v plynných vzorcích.

V praktických kurzech na vysokých školách se studenti někdy seznámí s GC studiem obsahu levandulového oleje nebo měřením ethylenu, který vylučují rostliny Nicotiana benthamiana po umělém poranění listů. Tyto GC analyzují uhlovodíky (C2-C40+). V typickém experimentu se naplněná kolona používá k oddělení lehkých plynů, které jsou poté detekovány pomocí TCD . Tyto uhlovodíky jsou odděleny za použití kapilární kolony a detekován pomocí FID . Komplikací při analýzách lehkých plynů, které zahrnují H 2, je, že He, který je nejběžnějším a nejcitlivějším inertním nosičem (citlivost je úměrná molekulové hmotnosti), má téměř identickou tepelnou vodivost s vodíkem (jde o rozdíl v tepelné vodivosti mezi dvěma samostatné vlákna v uspořádání typu Wheatstone Bridge, které ukazuje, kdy byla součást eluována). Z tohoto důvodu jsou běžné duální přístroje TCD používané se samostatným kanálem pro vodík, který jako nosič používá dusík. Argon se často používá při analýze chemických reakcí v plynné fázi, jako je syntéza FT, takže lze použít spíše jeden nosný plyn než dva oddělené. Citlivost je snížena, ale je to kompromis pro jednoduchost dodávky plynu.

Plynová chromatografie se hojně používá ve forenzní vědě . Rozmanité disciplíny, jako je identifikace a kvantifikace dávky pevných drog (forma před konzumací), vyšetřování žhářství, analýza čipů na laku a toxikologické případy, využívají GC k identifikaci a kvantifikaci různých biologických vzorků a důkazů z místa činu.

Viz také

Reference

externí odkazy

Média související s plynovou chromatografií na Wikimedia Commons