$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Газовая хроматография, или ГХ, — это метод, который используется для разделения, обнаружения и количественного определения небольших летучих соединений в газовой фазе.
При ГХ жидкие образцы испаряются, а затем переносятся инертным газом через длинную тонкую колонну. Аналиты разделяются на основе их химического сродства с помощью покрытия на внутренней стороне колонны.
Поскольку ГХ требует, чтобы аналиты испарялись до газовой фазы, прибор идеально подходит для летучих неполярных химических веществ массой менее 1000 дальтон. Для более крупных, водных или полярных молекул, которые трудно испаряются, жидкостная хроматография является полезной альтернативой. В этом видео будут представлены основы газовой хроматографии и проиллюстрированы шаги, необходимые для анализа химических веществ в образце неводной смеси с помощью газового хроматографа.
Инструмент GC состоит из пяти основных компонентов. Во-первых, для введения образца в прибор используется инъекционный порт. Далее нагревательная камера испаряет образец и смешивает его с инертным газом. Инертный газ, такой как гелий или азот, переносит испарившийся образец через систему. В совокупности газ-носитель и проба образуют подвижную фазу. Далее подвижная фаза поступает в нагретую колонну, разделяя аналиты по мере их прохождения. Наконец, детектор записывает газы, когда они выходят из колонки, или элюирования, и отправляет данные на компьютер для анализа. Самым ответственным компонентом инструмента является колонка. Колонна представляет собой капилляр со стационарной фазовой матрицей, покрывающей внутренние стенки. В качестве альтернативы колонки могут быть упакованы бусинами с матричным покрытием. Стационарная фаза обычно представляет собой модифицированный полидиметилсилоксан, который идеально подходит для разрешения неполярных молекул. Его разделительные свойства улучшаются путем добавления 5-10% фениловых, цианопропиловых или трифторпропиловых групп.
Аналиты с низким химическим сродством к стационарной фазе быстро перемещаются по колонне, в то время как молекулы с высоким сродством замедляются по мере адсорбции к стенкам колонок. Время, в течение которого соединение находится внутри столбца, называется временем его удержания, или Rt, и позволяет идентифицировать соединения. Детектор находится в конце колонки и регистрирует газы по мере их вымывания. Пламенно-ионизационное детектирование, или FID, широко используется, поскольку оно обнаруживает ионы углерода, что позволяет обнаруживать практически любые органические соединения. В FID аналиты сгорают в водородно-воздушном пламени при выходе из колонки, образуя ионы углерода, которые индуцируют ток в близлежащих электродах. Ток прямо пропорционален массе углерода, таким образом, можно определить концентрацию соединения. Конечным результатом является хроматограмма, которая представляет собой график зависимости сигнала FID от времени, показывающий каждый элюированный компонент при выходе из столбца. В идеале каждая вершина должна иметь симметричную, гауссову форму. Асимметричные особенности, такие как хвостовое покрытие пика и фронтирование пика, могут быть вызваны перегрузкой, проблемами с впрыском или наличием функциональных групп, которые прилипают к колонке, таких как карбоновые кислоты.
Теперь, когда мы обсудили принципы газовой хроматографии, давайте рассмотрим, как проводить и анализировать анализ газовой хроматографии в лаборатории.
Перед проведением эксперимента включите гелиевый газовый баллон. Откройте программное обеспечение на компьютере, затем запекайте колонку, чтобы удалить все потенциальные загрязнения. Установите духовку на высокую температуру, обычно 250 ? C или выше, и запекайте колонку не менее 30 минут.
Затем отрегулируйте настройки автосамплера. Установите количество промывок до и после прогона, чтобы очистить колонку между образцами.
Используйте объем образца 1 ? L и установите настройку коэффициента разделения, чтобы запрограммировать прибор на прием только части входного сигнала. Отрегулируйте расход газа-носителя и используйте установленные настройки или метод проб и ошибок, чтобы найти идеальное давление.
Теперь введите настройки температуры для эксперимента. Для изотермического прогона введите температуру и время разделения. В качестве альтернативы, для температурного градиента введите начальную температуру и время удержания, конечную температуру и время удержания, а также скорость нарастания в ? C в минуту
Установите время охлаждения колонны между прогонами для градиентного или изотермического прогона.
Наконец, установите частоту дискретизации и температуру детектора. Детектор всегда должен быть горячее, чем колонка, чтобы предотвратить образование конденсата. После того, как все настройки запрограммированы, сохраните файл методов.
Активируйте детектор, открыв клапан водородного бака, и подожгите пламя FID. Теперь прибор готов к анализу образцов.
Чтобы запустить образец на ГХ, сначала заполните флакон промывочным растворителем, таким как ацетонитрил или метанол. Подготовьте образец, обязательно используя стеклянные шприцы и стеклянные флаконы, так как остатки пластика могут загрязнить ГХ.
Теперь добавьте подготовленный образец во флакон с помощью пипетки. Заполните его не менее чем наполовину, чтобы шприц автосамплера был полностью погружен в воду. Затем загрузите промывочные флаконы и пробирки с образцами в штатив автосамплера. Перед запуском образца обнулите базовую линию хроматограммы в компьютерном программном обеспечении. Данные могут собираться как в виде одного прогона, так и с помощью пакетной таблицы для нескольких прогонов. Нажмите «старт», чтобы запустить образец.
В этом примере уровни кофеина и пальмитиновой кислоты в кофе были проанализированы с помощью ГХ с FID. Кофеин меньше и менее полярен, поэтому он меньше притягивается к колонке, и вымывается первым. Пальмитиновая кислота, имеющая длинный хвост алкановой цепи, позже элюируется из-за более высокого сродства к неподвижной фазе.
Поскольку размеры пиков пропорциональны массе углерода, концентрация каждого компонента может быть определена по соответствующей пиковой площади на хроматографе и сравнена со стандартами известных концентраций.
Также было изучено влияние температуры столба. В 200 ? C, сэмплы перемещались по столбцу в два раза быстрее, чем выборка при 180 °C. Обратите внимание, что в то время как высоты пиков изменяются, площадь под кривой остается постоянной.
ГХ является важным методом химического анализа и широко используется в научных, коммерческих и промышленных приложениях.
Из-за простоты ГХ химики регулярно используют его для контроля химических реакций и чистоты продукта. Реакции могут быть отобраны с течением времени, чтобы показать образование продукта и истощение реагентов. Хроматограф выявляет концентрацию продукта, а также наличие непреднамеренных или побочных продуктов.
ГХ обычно используется в тандеме с масс-спектрометрией, называемой GS-MS, для однозначной идентификации химических веществ в образцах или воздухе. Масс-спектрометрия, или МС, разделяет молекулы на основе их отношения массы к заряду и позволяет определить идентичность соединений. ГХ-МС является мощным инструментом, так как ГХ-МС сначала разделяет сложные смеси на отдельные компоненты, а ГХ-МС дает точную информацию о массе и химической идентификации.
ГХ обычно используется при мониторинге воздуха для обнаружения летучих органических соединений или ЛОС, которые могут образовываться в результате загрязнения окружающей среды, пестицидов и взрывчатых веществ. ГХ можно использовать для отслеживания и идентификации ЛОС как в помещении для анализа свободного пространства, так и на открытом воздухе для охраны труда.
Вы только что посмотрели введение JoVE в газовую хроматографию с FID. Теперь вы должны понять основные принципы газовой хроматографии и детектирования FID.
Спасибо за просмотр!
