Хроматографията е техника за разделяне на химични вещества, при която се разчита на разликите в режима на разпределяне между течащата подвижна фаза и стационарната фаза за разделяне на компонентите в сместа.
Пробата се придвижва чрез движещия се газов поток през тръба, уплътнена със ситно раздробени твърди частици или може да бъде покрита с тънък пласт от течност. Благодарение на своята простота, чувствителност и ефективност при разделяне на компонентите на смесите, газовата хроматография е един от най-важните инструменти в областта на химията. Тя е широко използвана за количествен и качествен анализ на смеси, за пречистване на съединения и за определяне на такива термохимични константи, както загряване на разтвор и изпарение, парно налягане и коефициенти на активност. Газовата хроматография се използва също и за автоматично наблюдение на индустриалните процеси : газовите потоци се анализират периодично и се реагира ръчно или автоматично , за да се противодейства на нежелани вариации.
Извършват се бързо много рутинни анализи в околната среда и други области. Например, много страни имат фиксирани точки за мониторинг за непрекъснато измерване на нивата на емисиите например на азотен диоксид, въглероден диоксид и въглероден оксид. Газовата хроматография се използва също така при анализ на фармацевтични продукти, алкохол в кръвта, етерични масла и хранителни продукти.
Методът се състои от, първо, въвеждане на сместа за изпитване или пробата в поток от инертен газ, обикновено хелий или аргон, който действа като преносител. Течните проби се превръщат в пара, преди да се инжектират в пренасящия поток. Газовият поток е преминал през колоната с пълнеж, през която компонентите на пробата се движат при скорости, повлияни от степента на взаимодействие на всяка съставна част със стационарната енергонезависима фаза. Веществата, които имат по-голямо взаимодействие със стационарната фаза, се забавят в по-голяма степен и следователно, се отделят от тези с по-малко взаимодействие. Тъй като компонентите се елуират от колоната, тяхното количество може да бъде определено чрез детектора и / или те да бъдат събрани за по-нататъшен анализ.
Има два вида газова хроматография: газоадсорбционна хроматография (GSC) и газово-течна хроматография (GLC). Газоадсорбционната хроматография се основава на твърдата стационарна фаза, при която задържането на анализираното вещество е следствие от физическа адсорбция. Газово-течната хроматография се използва за отделяне на йони или молекули, разтворени в разтворител. Ако разтворът на пробата е в контакт с втора твърда или течна фаза, различните разтворени вещества ще взаимодействат с другата фаза в различна степен, поради различия в адсорбцията, йонообмена, разделянето или размера. Тези различия дават възможност компонентите на сместа да бъдат разделени един от друг, за да се определи времето за преминаване на разтворените вещества през колоната.
Газова хроматография – газ -носител
Изборът на газ -носител зависи от вида на използвания детектор и на компонентите, които трябва да бъдат определени. Газовете-носители за хроматографията трябва да бъдат с висока чистота и химически инертни спрямо пробата, например хелий(He), аргон(Ar), азот(N2), въглероден диоксид (CO2) и водород (H2). Системата на газа-носител може да съдържа молекулярно сито за отстраняване на вода или други примеси.
Система за инжектиране на пробата
Най-често срещаните системи за инжектиране за въвеждане на газовите проби са дозиращ газов клапан и инжектиране със спринцовка. .
Директно инжектиране със спринцовка
И газовите, и течните проби могат да бъдат инжектирани със спринцовка. В най-простата форма пробата първо се инжектира в нагрята камера, където се превръща в пара, преди да бъде пренесена в колоната. Когато се използват колони с пълнеж, първата част от колоната често служи като инжекционна камера, отделно нагрята до необходимата температура. При капилярните колони се използва отделна инжекционна камера, от която само малка част от превърнатата в пара/ газ проба се пренася в колоната, така нареченото инжектиране на пробата с разделяне на потока. Това се прави, за да не се претоварва колоната по отношение на обема на пробата.
Когато в пробата има само незначителни количества, може да се използва така нареченото инжектиране директно в колоната за капилярна газова хроматография. Течните проби се инжектират директно в колоната със спринцовка. След това се оставя разтворителят да се изпари и се извършва концентрация на компонентите на пробата. Ако пробата е под формата на газ, концентрацията се постига чрез така нареченото крио фокусиране. Компонентите на пробата се концентрират и отделят от матрицата чрез кондензация в студен капан преди хроматографското разделяне.
Инжектиране с клапан/ контур за вземане на проби
Инжекцията с контур се използва често при контролиране на процеси, където пробите в газово или течно състояние текат непрекъснато през контур за вземане на проби. Контурът за вземане на проби се пълни, в изключено положение, с инжекция или с автоматична помпа. След това контурът се свързва последователно с колоната и пробата се прехвърля чрез подвижната фаза. Понякога е необходима и концентрация.
Газова хроматография -пламъчно-йонизационен детектор (FID)
Пламъчно-йонизационният детектор (FID) се състои от водороден/въздушен пламък и колекторна пластина. Изтичащият от колоната за газова хроматография поток минава през пламъка, който разгражда органичните молекули и се образуват йони. Йоните се събират върху електрод под напрежение и произвеждат електрически сигнал. FID е изключително чувствителен, с голям динамичен диапазон. Единственият му недостатък е, че разрушава пробата.
Пламъчно-йонизационните детектори се използват за откриване на въглеводороди (HC), като метан (CH4), етан (C2H6), ацетилен (C2H2) и др.
Пробата за анализ се смесва със специално гориво- водород (H2), водород плюс хелий (He) или водород плюс азот (N2). Йоните и електроните, образувани в пламъка, влизат в електронната празнина, намаляват съпротивлението на празнината и по този начин дават възможност на потока да премине във външната верига. Потокът е пропорционален на скоростта на йонната формация, която зависи от концентрацията на въглеводород в газовете, открива се с подходящ електромер и се показва на аналоговия изход.
FID дава бързо, точно и постоянно четене на общата концентрация на въглеводородите за много ниски нива, от рода на части от милиарда.
Газова хроматография – Пламъчно- фотометричен детектор
Пламъчно-фотометричният детектор (FPD) дава възможност за прецизни и селективни измервания на летливи серни и фосфорни съединения. Принципът за откриване е формиране на възбудени серни (S2*) и HPO* видове в редуциращ пламък. Тръбата на фотоумножителя измерва характерните хемилуминесцентни емисии от тези видове. Оптичният филтър може да бъде сменян, за да може фотоумножителят да регистрира светлина от 394 Nm за измерване на сяра или от 526 Nm при измерване на фосфор. Детекторната реакция на фосфора е линейна, докато формата на реакция на сярата зависи от нейната концентрация.
Обикновено за газ-носител се използва азот (N2).
Газова хроматография – детектор за улавяне на електрони (ECD)
Детекторът за улавяне на електрони (ECD) се използва обикновено при изпитвания, свързани с опазване на околната среда, за откриване на полихлорирани бифенили(PCB’s), хлорорганични пестициди, хербициди и различни халогенирани въглеводороди.
С детектора за улавяне на електрони се използва бета -емитер от рода на радиоактивен тритий или 63Ni за йонизиране на газа- носител. Бързите бета-частици, генерирани от радиоактивния източник, се сблъскват с молекулите на газ-носителя или на добавяния газ. При ударната йонизация се образуват бавно движещи се електрони, които генерират достъпен за измерване и стабилен ток. Ако GC потокът съдържа органични молекули с електроотрицателни функционални групи, като например халогенни, фосфорни и азотни групи, електроните ще бъдат уловени и токът ще бъде намален. В сравнение със сигнала без компонентите на пробата, намаляването на електронния поток е пропорционално на количеството на компонентите на електрофилната проба.
Детекторите за улавяне на електрони са 1000 пъти по-чувствителни от пламъчно-йонизационните детектори и са първите детектори, които могат да измерват компоненти на нива части на милиард (ppb) и части на трилион (ppt). Именно тази чувствителност прави детекторите за улавяне на електрони най-добри за измервания, свързани с околната среда.