Analyysimenetelmät 2.5. Kaasukromatografia

Etusivu > Analyysimenetelmät > 2.5. Kaasukromatografia

2.5. Kaasukromatografia

Peruskäsitteet
Periaate
Liikkuvana faasina on kolonnin läpi virtaava inertti kaasu ja paikallaan pysyvänä faasina on kolonnin pinnassa oleva nestemäinen aine. Haihtuvat yhdisteet kulkevat liikkuvan faasin eli kantajakaasun mukana kullekin yhdisteelle tunnusomaisella nopeudella. Erityisellä ilmaisimella eli detektorilla yhdisteet saadaan näkyviin ”piikkeinä” kaasukromatogrammissa.

Sovellukset
Laajasti käytetty menetelmä lähinnä helposti haihtuvien orgaanisten aineiden analytiikassa. Tutkittavassa näytteessä voi olla jopa satoja eri orgaanisia yhdisteitä ja ne pystytään erottamaan kaasukromatogrammista. Soveltuu näytteille, joissa injektoitavassa näytemäärässä on vähintään nanogrammaluokkaa oleva määrä tutkittavaa yhdistettä. Soveltuu sekä kvalitatiiviseen että kvantitatiiviseen analytiikkaan.

Rajoitukset
Tutkittavan yhdisteen pitää olla haihtuva ja se ei saa hajota alle 400 ºC:n lämpötilassa. Yleisimmin käytetyt detektorit eivät ole selektiivisiä.

Kaasukromatografia

Kaasukromatografia (GC, gas chromatography) on analyysimenetelmä, joka soveltuu haihtuvien yhdisteiden erotteluun, tunnistamiseen ja kvantitatiiviseen määrittämiseen. Liikkuvana faasina toimii inertti kaasu, jonka avulla tutkittavat komponentit kulkeutuvat kolonnin läpi. Paikallaan pysyvä eli stationaarifaasi on neste lukuun ottamatta joitakin erikoistapauksia, jolloin se on kiinteä aine. Kuvassa 1 on esitetty kaasukromatografialaitteisto. Kantokaasuna käytetään tavallisesti typpeä, vetyä, heliumia tai argonia. Näyte syötetään sopivaan liuottimeen liuotettuna laitteiston injektiokammioon, jossa se höyrystyy 200 - 300 °C:n lämpötilassa. Höyrystyneet komponentit kulkeutuvat kantokaasun mukana kolonniin. Kolonnissa komponentit liikkuvat erilaisilla nopeuksilla riippuen niiden haihtuvuudesta ja vuorovaikutuksista kolonnin sisäpinnalla olevan nestefaasikerroksen kanssa. Kuljettuaan kolonnin läpi komponentit saapuvat vuorollaan detektorille, joka havaitsee yhdisteet tuottaen niistä signaalin. Signaalit näkyvät piikkeinä kromatogrammissa. Yhdisteiden tunnistaminen perustuu retentioaikaan, joka on kullekin yhdisteelle ominainen aika.

Kuva 1. Kaasukromatografialaitteisto. Kantajakaasu johdetaan kaasupullosta paineenalennusventtiilin kautta injektoriin. Näyte syötetään injektoriin, josta se kulkeutuu kolonniin. Kolonnin päässä on detektori, joka havaitsee kolonnissa erottuneet komponentit. Detektorin signaali vahvistetaan ja johdetaan integraattorille.

Injektori
Nestemäinen näyte ruiskutetaan mikrolitraruiskulla injektoriin, jonka lämpötila on korkeampi kuin näyteseoksen komponenttien kiehumispisteet. Injektorissa seos höyrystyy välittömästi ja kantokaasu huuhtoo höyrystyneen näytteen kolonniin.

Kolonnit
Erotuskyvyltään tehokkaimpia ovat lasikapillaarikolonnit. Kolonnin lämpötila pidetään vakiona tai sitä nostetaan tietyn lämpötilaohjelman mukaisesti. Lämpötila voidaan tavallisesti nostaa noin 400 celsiusasteeseen. Kolonnin nestefaasina voi olla vaikeasti haihtuva parafiini, silikoniöljy, dialkyylisulfaatti tai polyetyleeniglykoli. Komponenttien tehokas erottuminen edellyttää muun muassa sitä, että näytteen sisältämät komponentit liukenevat riittävästi paikallaan pysyvään faasiin.

Detektorit
Kaasukromatografiassa yleisimmin käytetty detektori on liekki-ionisaatiodetektori (FID, flame ionization detector). FID tuottaa signaalin kaikista hiiltä ja mielellään myös vetyä sisältävistä yhdisteistä. Elektronin sieppausdetektori (ECD, electron capture detector) on myös erittäin herkkä eli se pystyy havaitsemaan hyvin pieniä ainemääriä. Molemmat edellä mainitut detektorit ovat hyvin selektiivisiä eli valikoivia. Kaasukromatografin detektorit voivat perustua myös jonkin kantokaasu-höyrypilven fysikaalisen ominaisuuden, kuten lämmönjohtokyky, sähkönjohtokyky tai tiheys, muutoksen mittaamiseen. Näistä käytetyin on lämmönjohtokykydetektori (TCD, thermal conductivity detector). Taulukossa 1 on esitetty kaasukromatografiassa käytettyjen detektorien ominaisuuksia.

Taulukko 1. Eräiden kaasukromatografiassa käytettyjen detektorien ominaisuuksia

Detektori	Selektiivisyys	Herkkyysalue	Lineaarinen dynaaminen alue
Lämmönjohtokykydetektori, TCD	Yhdisteet, joilla eri lämmönjohtokyky kuin kantajakaasulla	5–100 ng 10 ppm–100 %	10⁶
Liekki-ionisaatiodetektori, FID	Ilma/H₂-liekissä ionisoituvat yhdisteet	10–100 pg 10 ppb–99 %	10⁷
Elektroninsieppausdetektori, ECD	Elektronegatiiviset yhdisteet	0,05–1 pg 50 ppt–1 ppm	10⁴
Liekkifotometrinen detektori, FPD	P, S	10–100 pg 10 ppb–100 ppm	10⁴
Typpifosforidetektori, NPD	N, P	0,1–10 pg 100 ppt–0,1 %	10⁴
FTIR-detektori	Molekulaariset vibraatiot	Vaihdeltavissa	10³
MS-detektori		Vaihdeltavissa	10⁵

Lisätietoa Internetistä
http://www.separationsnow.com/basehtml/SepH/1,1353,2-14-8-0-0-online_book_dets-0-44537,00.html
http://www.uga.edu/srel/AACES/GCtutorial/page10.html
http://www.shsu.edu/~chm_tgc/sounds/sound.html
http://www.shsu.edu/~chemistry/primers/primers.html
http://elchem.kaist.ac.kr/vt/chem-ed/analytic/ac-meths.htm#spectroscopy

Etusivu > Analyysimenetelmät > 2.5. Kaasukromatografia

Edellinen | Seuraava