GASKROMATOGRAFI: HUR DET FUNGERAR, TYPER, DELAR, ANVÄNDNING - KEMI - 2026

Den gaskromatografi (GC) är en instrumental analytisk teknik för separering och analys av komponenter i en blandning. Det är också känt som gas-vätske-fördelningskromatografi, vilket, som kommer att ses senare, är det mest lämpliga att hänvisa till denna teknik.

På många områden i det vetenskapliga livet är det ett oundgängligt verktyg i laboratoriestudier, eftersom det är en mikroskopisk version av ett destillationstorn som kan ge resultat av hög kvalitet.

Källa: Gabriel Bolívar

Som namnet antyder använder det gaser i utvecklingen av dess funktioner; mer exakt är de den mobila fasen som bär blandningens komponenter.

Denna bärgas, som i de flesta fall är helium, reser genom det inre av en kromatografisk kolonn, samtidigt som samtliga komponenter slutar separera.

Andra bärargaser som används för detta ändamål är kväve, väte, argon och metan. Valet av dessa beror på analysen och detektorn som är kopplad till systemet. Inom organisk kemi är en av huvuddetektorerna masspektrofotometer (MS); därför förvärvar tekniken CG / EM-nomenklaturen.

Således separeras inte bara alla komponenter i blandningen, utan deras molekylmassa är kända och därifrån deras identifiering och kvantifiering.

Alla prover innehåller sina egna matriser, och eftersom kromatografi kan "klargöra" det för studier har det varit ett ovärderligt hjälpmedel för att utveckla och utveckla analysmetoder. Och dessutom, tillsammans med multivariatverktyg, skulle dess omfattning kunna höjas till otänkta nivåer.

Hur fungerar gaskromatografi?

Hur fungerar den här tekniken? Den mobila fasen, vars maximala sammansättning är den för bärgasen, drar provet genom kromatografiska kolonnens inre. Vätskeprovet måste förångas, och för att säkerställa detta måste dess komponenter ha höga ångtryck.

Således utgör bärgasen och det gasformiga provet, flyktigt från den ursprungliga vätskeblandningen, den mobila fasen. Men vad är den stationära fasen?

Svaret beror på vilken typ av kolumn teamet arbetar med eller kräver analysen. och i själva verket definierar denna stationära fas typen av CG som beaktas.

Separation

Den centrala bilden representerar på ett enkelt sätt operationen för separering av komponenterna i en kolumn i CG.

Bärgasgasmolekylerna utelämnades för att inte förväxlas med de i det förångade provet. Varje färg motsvarar en annan molekyl.

Den stationära fasen, även om det verkar vara de orange sfärerna, är faktiskt en tunn film med vätska som väter inre väggar i kolonnen.

Varje molekyl kommer att lösa upp eller distribueras på olika sätt i nämnda vätska; de som interagerar mest med det finns kvar och de som inte gör det går snabbare.

Följaktligen sker separationen av molekylerna, vilket visas av de färgade prickarna. Det sägs då att de lila prickarna eller molekylerna kommer att undgå först, medan de blå kommer ut sist.

Annat sätt att säga ovanstående är detta: den molekyl som undslipper första har den kortaste retentionstiden (T _R ).

Sålunda kan man identifiera dessa molekyler är genom direkt jämförelse av deras T _R . Kolonnens effektivitet är direkt proportionell mot dess förmåga att separera molekyler med liknande affiniteter för den stationära fasen.

Upptäckt

När separationen är klar som visas på bilden, kommer punkterna att undgå och kommer att upptäckas. För detta måste detektorn vara känslig för störningar eller fysiska eller kemiska förändringar orsakade av dessa molekyler; och efter detta kommer den att svara med en signal som förstärks och representeras genom ett kromatogram.

Det är sedan i kromatogrammen där signalerna, deras former och höjder som funktion av tiden kan analyseras. Exemplet med de färgade prickar bör ge upphov till fyra signaler: en för de lila molekyler, en för de gröna, en för senap färgade sådana, och en sista signal, med en högre T _R , för de blå.

Anta att kolonnen är dålig och inte kan skilja de blåaktig och senapsfärgade molekylerna ordentligt. Vad skulle hända? I detta fall skulle inte fyra elueringsband erhållas utan tre, eftersom de två sista överlappar varandra.

Detta kan också hända om kromatografin utförs vid för hög temperatur. Varför? Eftersom ju högre temperaturen är, desto högre migrationshastighet för gasformiga molekyler och desto lägre är deras löslighet; och därför dess interaktioner med den stationära fasen.

typer

Det finns väsentligen två typer av gaskromatografi: CGS och CGL.

CGS

CGS är förkortningen för Gas-Solid Chromatography. Det kännetecknas av att ha en fast stationär fas istället för en flytande.

Det fasta materialet måste ha porer med en diameter som styrs av var molekylerna kvarhålls när de vandrar genom kolonnen. Detta fasta ämne är vanligtvis molekylsiktar, som zeoliter.

Det används för mycket specifika molekyler, eftersom CGS i allmänhet står inför flera experimentella komplikationer; till exempel kan det fasta ämnet irreversibelt bibehålla en av molekylerna och fullständigt förändra kromatogrammens form och deras analytiska värde.

CGL

CGL är gas-flytande kromatografi. Det är denna typ av gaskromatografi som täcker det stora flertalet av alla applikationer och är därför den mer användbara av de två typerna.

Faktum är att CGL är synonymt med gaskromatografi, även om det inte anges vilken man talar om. Nedan nämns endast denna typ av CG.

Delar av en gaskromatograf

Källa: Ingen maskinläsbar författare tillhandahålls. Dz antog (baserat på upphovsrättsanspråk). , via Wikimedia Commons

Ett förenklat schema av delarna i en gaskromatograf visas i bilden ovan. Observera att trycket och flödet för bärgasgasströmmen kan regleras, liksom temperaturen på ugnen som värmer kolonnen.

Från denna bild kan du sammanfatta CG. En ström av He flödar från cylindern, som beroende på detektorn, den ena delen är riktad mot den och den andra riktas till injektorn.

En mikrospruta placeras i injektorn med vilken en volym av prov i storleken av ul frigörs omedelbart (inte gradvis).

Värmen från ugnen och injektorn måste vara tillräckligt hög för att omedelbart avdunsta provet; såvida inte ett gasformigt prov injiceras direkt.

Temperaturen kan emellertid inte heller vara för hög eftersom den kan avdunsta vätskan i kolonnen, som fungerar som en stationär fas.

Kolonnen är packad som en spiral, även om den också kan vara U-formad. Efter att provet har kört hela kolonnens längd når den detektorn, vars signaler förstärks, varigenom kromatogrammen erhålls.

Kolumn

På marknaden finns det en oändlighet av kataloger med flera alternativ för kromatografiska kolumner. Valet av dessa beror på polariteten hos komponenterna som ska separeras och analyseras; om provet är apolärt kommer en kolonn med en stationär fas som är minst polär att väljas.

Kolumnerna kan vara av den packade eller kapillära typen. Kolumnen i den centrala bilden är kapillär eftersom den stationära fasen täcker dess inre diameter men inte hela den inre av den.

I den förpackade kolonnen har hela interiören fyllts med ett fast ämne som vanligtvis är eldstoftdamm eller kiselgur.

Dess yttre material består av antingen koppar, rostfritt stål eller till och med glas eller plast. Var och en har sina särdrag: dess användningsmetod, längd, de komponenter som den bäst klarar att separera, optimal arbetstemperatur, den inre diametern, procentandelen stationär fas adsorberad på det fasta underlaget, etc.

Detektor

Om kolonnen och ugnen är hjärtat i GC (antingen CGS eller CGL), är detektorn dess hjärna. Om detektorn inte fungerar, är det ingen mening med att separera provets komponenter, eftersom du inte vet vad de är. En bra detektor måste vara känslig för närvaron av analyt och svara på de flesta komponenter.

En av de mest använda är värmeledningsförmåga (TCD), den kommer att svara på alla komponenter, men inte med samma effektivitet som andra detektorer utformade för en specifik uppsättning analytter.

Till exempel är flamjonisationsdetektorn (FID) avsedd för prover av kolväten eller andra organiska molekyler.

tillämpningar

-Gaskromatograf kan inte saknas i ett kriminaltekniskt eller kriminellt utredningslaboratorium.

-I läkemedelsindustrin används det som ett kvalitetsanalysverktyg för att leta efter föroreningar i partierna av tillverkade läkemedel.

-Hjälper att upptäcka och kvantifiera läkemedelsprover, eller tillåter analys för att kontrollera om en idrottare dopades.

-Det används för att analysera mängden halogenerade föreningar i vattenkällor. På samma sätt kan nivån på föroreningar med bekämpningsmedel bestämmas från jord.

-Analysera fettsyraprofilen för prover av olika ursprung, vare sig det är grönsaker eller djur.

- Omvandla biomolekyler till flyktiga derivat, de kan studeras med denna teknik. Således kan halten av alkoholer, fetter, kolhydrater, aminosyror, enzymer och nukleinsyror studeras.

referenser

1. Day, R., & Underwood, A. (1986). Kvantitativ analytisk kemi. Gas-vätskekromatografi. (Femte upplagan). PEARSON Prentice Hall.
2. Carey F. (2008). Organisk kemi. (Sjätte upplagan). Mc Graw Hill, p577-578.
3. Skoog DA & West DM (1986). Instrumental analys. (Andra upplagan). Inter.
4. Wikipedia. (2018). Gaskromatografi. Återställd från: en.wikipedia.org
5. Thet K. & Woo N. (30 juni 2018). Gaskromatografi. Kemi LibreTexts. Återställd från: chem.libretexts.org
6. Sheffield Hallam University. (Sf). Gaskromatografi. Återställdes från: instruction.shu.ac.uk