Czym jest chromatografia?

Zasada chromatografii gazowej

W chromatografii gazowej (GC) fazą ruchomą jest gaz nośny. Przenosi on wprowadzoną próbkę przez kolumnę zawierającą fazę stacjonarną. Składniki mieszaniny są zatrzymywane w kolumnie w różnym stopniu i opuszczają ją w różnym czasie.

Fazą stacjonarną może być stały adsorbent lub warstwa cieczy naniesiona na nośnik albo wewnętrzną powierzchnię kolumny. W pierwszym przypadku mówimy o chromatografii gaz–ciało stałe, w drugim o chromatografii gaz–ciecz.

Na rozdzielenie wpływają właściwości substancji, skład fazy stacjonarnej, temperatura kolumny oraz parametry przepływu gazu nośnego. Kolejność elucji składników i ich czasy retencji odnoszą się zatem do konkretnych warunków analizy.

GC stosuje się do gazów i związków, które można odparować bez rozkładu w warunkach analizy. Próbka wyjściowa nie musi być gazem: metoda służy również do badania cieczy i odpowiednio przygotowanych próbek innych typów. Niektóre związki przekształca się wcześniej w bardziej lotne i stabilniejsze termicznie pochodne. Taki etap przygotowania nazywa się derywatyzacją.

Jak działa chromatograf gazowy

Chromatograf gazowy obejmuje układ zasilania gazem nośnym, układ wprowadzania próbki, kolumnę umieszczoną w piecu, detektor oraz system rejestracji danych.

Analiza przebiega w kilku etapach.

1. Wprowadzenie próbki. Próbkę wprowadza się ręcznie, za pomocą autosamplera lub przez specjalistyczny układ dozowania. Sposób wprowadzania dobiera się z uwzględnieniem składu i stanu skupienia próbki.
2. Rozdzielenie składników. Gaz nośny przenosi próbkę przez kolumnę. Temperatura pieca może pozostawać stała lub zmieniać się według zadanego programu.
3. Detekcja. Detektor rejestruje substancje opuszczające kolumnę i przekształca odpowiedź w sygnał elektryczny.
4. Przetwarzanie danych. Oprogramowanie zapisuje chromatogram, wyznacza piki i oblicza wyniki zgodnie z ustaloną metodą.

Kolumna zapewnia rozdzielenie, a detektor rejestrację składników. Sam wybór czułego detektora nie rozwiązuje problemu niewystarczającego rozdzielenia substancji.

Co pokazuje chromatogram

Chromatogram przedstawia zmianę sygnału detektora w czasie. Gdy składnik opuszcza kolumnę, zwykle pojawia się pik. Jego położenie i wielkość wykorzystuje się w analizie jakościowej i ilościowej.

Czas retencji: jaką substancję wykryto

Czas retencji to przedział między wprowadzeniem próbki a osiągnięciem maksimum odpowiedniego piku. Porównuje się go z czasem retencji wzorca analizowanego w tych samych warunkach.

Zgodność czasów retencji pomaga zidentyfikować składnik, ale sama w sobie nie dowodzi jego tożsamości chemicznej. Różne substancje mogą opuszczać kolumnę jednocześnie. W razie potrzeby wykorzystuje się dodatkowe informacje, inną kolumnę lub detekcję za pomocą spektrometrii mas.

Pole powierzchni piku: ile substancji zawiera próbka

Pole powierzchni lub wysokość piku stanowi sygnał analityczny do oznaczenia ilościowego. Zawartość substancji oblicza się na podstawie zależności kalibracyjnej, która wiąże odpowiedź detektora ze znaną zawartością składnika.

W obliczeniach uwzględnia się przygotowanie próbki, rozcieńczenie, sposób dozowania i wymagania metody. Procentowego udziału pola powierzchni piku nie można automatycznie uznać za udział masowy lub objętościowy substancji: odpowiedź detektora może być różna dla poszczególnych składników.

Ograniczenia interpretacji

Jeden widoczny pik może obejmować kilka nierozdzielonych składników. Liczba pików nie zawsze jest więc równa liczbie substancji w próbce.

Brak piku również nie dowodzi nieobecności substancji. Jej zawartość może być niższa od granicy wykrywalności, wybrany detektor może na nią nie reagować, a przygotowanie próbki może nie zapewniać jej ekstrakcji lub zachowania.

Detektory stosowane w chromatografii gazowej

Detektor dobiera się do oznaczanych substancji, ich oczekiwanej zawartości, składu próbki oraz wymagań metody analitycznej.

Detektor płomieniowo-jonizacyjny — FID

FID rejestruje jony powstające, gdy substancje organiczne trafiają do płomienia wodorowo-powietrznego. Jest szeroko stosowany do analizy węglowodorów, rozpuszczalników i wielu innych związków organicznych.

Odpowiedź zależy od budowy chemicznej substancji. Analiza ilościowa wymaga więc odpowiedniej kalibracji; jednakowe ilości różnych związków nie muszą dawać jednakowego sygnału.

Detektor przewodności cieplnej — TCD

TCD rejestruje zmianę przewodności cieplnej strumienia względem gazu nośnego. Stosuje się go między innymi do analizy gazów trwałych i procesowych.

Odpowiedź zależy od różnicy przewodności cieplnej oznaczanego składnika i gazu nośnego. Dobór gazu nośnego jest zatem częścią opracowania metody. Detektor nie niszczy próbki.

Detektor wychwytu elektronów — ECD

ECD rejestruje związki zdolne do wychwytywania elektronów. Stosuje się go do oznaczania wielu substancji zawierających halogeny, w tym niektórych pestycydów i zanieczyszczeń chloroorganicznych.

Wysoka czułość wobec określonych grup związków nie oznacza uniwersalności: przydatność detektora ocenia się dla konkretnych substancji i warunków analizy.

Detektor spektrometrii mas — MS

W układzie chromatografii gazowej sprzężonej ze spektrometrią mas, czyli GC–MS, rozdzielone składniki trafiają do spektrometru mas. Rejestruje on jony według stosunku ich masy do ładunku i tworzy widma mas.

Widma mas wykorzystuje się do identyfikacji substancji, między innymi przez porównanie z bibliotekami widm i wzorcami. Zgodność z widmem bibliotecznym ocenia się wraz z innymi informacjami analitycznymi, a nie traktuje jako bezwarunkowe potwierdzenie.

GC–MS służy również do analizy ilościowej. W analizie ukierunkowanej można stosować tryb monitorowania wybranych jonów — SIM. Jego przydatność ocenia się zgodnie z wymaganiami konkretnego zadania.

Zastosowania chromatografii gazowej

Chromatografię gazową wykorzystuje się do badania gazów, paliw i produktów naftowych, rozpuszczalników, żywności oraz próbek środowiskowych. GC–MS stosuje się także w badaniach farmaceutycznych, toksykologicznych i naukowych.

W zależności od metody analiza pozwala określić główny skład mieszaniny, kontrolować zanieczyszczenia, porównywać partie produktów lub badać nieznane składniki.

Możliwość zastosowania metody ustala się dla konkretnej próbki i listy oznaczanych substancji. Jedna konfiguracja aparatu nie zapewnia takich samych możliwości we wszystkich wymienionych zadaniach.

Jak dobrać konfigurację do laboratorium

Dobór wyposażenia rozpoczyna się od opisu analizy. Do omówienia konfiguracji przygotuj:

• listę oznaczanych substancji;
• opis próbki i jej głównego składu;
• oczekiwany zakres stężeń;
• stosowaną metodę analityczną lub specyfikację techniczną;
• wymagania dotyczące granic wykrywalności i oznaczalności;
• przewidywaną liczbę analiz oraz wymagany poziom automatyzacji.

Na tej podstawie dobiera się układ dozowania, kolumnę, detektor i sposób przygotowania próbek. Jednocześnie ocenia się wymagania dotyczące zasilania gazami, stanowiska pracy i kwalifikacji personelu.

Od wyboru aparatu do pracy według metody

Uzyskanie wiarygodnych wyników zależy od całej procedury analitycznej: od pobrania i przygotowania próbki po kalibrację, przetwarzanie danych oraz kontrolę jakości pomiarów.

Konfigurację aparatu warto zatem omawiać wraz z wdrożeniem metody, szkoleniem personelu, konserwacją i dalszym wsparciem technicznym.

Aby omówić urządzenia międzynarodowej marki NeoCHROM, prześlij do Neochrom metodę analityczną lub opis zadania.

Chromatografy i wyposażenie: info@neochrom.biz.
Kontakty do firmy i przedstawicieli: dane firmy i kontakty.