Chromatografia gazowa (ang. Gas chromatography, GC) – jest szybką i skuteczną metodą rozdzielnia związków lotnych. Służy do identyfikacji i oznaczeń ilościowych złożonych mieszanin.

Chromatografia gazowa jest najczęściej stosowaną metodą do szybkiej analizy złożonych mieszanin związków chemicznych oraz oceny czystości tych związków, zarówno w przemyśle jak i w rozmaitych laboratoriach.

Chromatografię gazową stosuje się m.in. w:

Identyfikacja związków w tym lotnych substancji nieorganicznych i organicznych, ilościowego oznaczania składników w próbce, kontroli procesów technologicznych, fizykochemicznych powierzchni ciał stałych

przemyśle petrochemicznym - np. do oceny składu chemicznego produkowanej benzyny;

ochronie środowiska - do oceny stopnia zanieczyszczenia gleby, powietrza i wody;

kryminalistyce - np. do analizy źródła pochodzenia narkotyków na podstawie składu zawartych w nich zanieczyszczeń;

kontroli antydopingowej - gdzie GC-MS jest podstawową metodą wykrywania niedozwolonych substancji w krwi, pocie, moczu i ekstrakcie z włosów sportowców;

w przemyśle spożywczym - do badania składu surowców i produktów żywnościowych oraz do wykrywania zafałszowań żywności.

Zaletą chromatografii gazowej jest możliwość użycia bardzo niewielkiej ilości analizowanej substancji - od 0,01 µl do maksymalnie 100 µl.

W przypadku chromatografii gazowej, analizowana mieszanina jest najpierw przeprowadzana w fazę gazową w odparowywaczu stanowiącym kluczowy element układu nastrzykowego. Gdy analizowana próbka jest gazem - można ją podać na kolumnę z pominięciem odparowywacza. Następnie próbka jest porywana przez gaz nośny (zwykle hel lub wodór) i przechodzi przez długą kolumnę, gdzie następuje rozdział mieszaniny na poszczególne związki chemiczne. Na wyjściu znajduje się detektor, za pomocą którego wykrywa się i mierzy stężenie kolejnych składników mieszaniny w gazie nośnym. Rejestrowany jest chromatogram w formie tzw. „pików” o różnym wzajemnym położeniu, wysokości i kształcie. Czas przejścia danego związku chemicznego przez całą kolumnę jest nazywany czasem retencji, a wielkość piku jest zależna od ilości tego związku w próbce. Na czas retencji bardzo silny wpływ mają warunki przeprowadzania analizy, takie jak temperatura oraz szybkość przepływu gazu nośnego, wymuszanego przez ciśnienie podawane na szczyt kolumny.

Składniki próbki analizowane metodą chromatografii gazowej muszą być lotne i trwałe w temperaturze analizy. Najczęściej są to rozmaite mieszaniny gazów i roztwory zawierające lotne związki chemiczne.

Kolumy do GC

Kolumny z wypełnieniem i kolumny o przekroju otwartym.

Z wypełnieniem:

Analityczne

Mikropakowane

Preparatywne

O przekroju otwartym(kapilary wykonane ze szkła lub stopionego kwarcu):

Kolumny z warstwa porowatą na adsorbentu ściankach

Kolumny z naniesionym na ścianki nośnikiem nasyconym ciekłą fazą stacjonarną

Kolumny, których ścianki pokryto ciekłą fazą stacjonarną

Wypełnienie: adsorbenty węglowe,żele krzemionkowe,sita molekularne,polimery porowate.

Detektory w GC

Detektor jest elementem chromatografu rejestrującym skład wypływającego z kolumny gazu nośnego i pozwalający na jego analizę jakościową i ilościową

Podział na: detektory uniwersalne i specyficzne detektory nieniszczące i niszczące.

Uniwersalne:

Detektor cieplno-przewodnościowy (TCD) (Pozwala na detekcję zarówno związków organicznych, jak i nieorganicznych)

Detektor płomieniowo – jonizacyjny (FID) (jest jednym z najczulszych detektorów uniwersalnych. Wykrywa niemal wszystkie związki organiczne)

Detektor fotojonizacyjny (PID) (to zamiennik detektora płomieniowo-jonizacyjnego. Źródłem energii potrzebnej do rozpadu analizowanych składników na jony jest lampa ultrafioletowa)

Specyficzne:

Detektor wychwytu elektronów (ECD) (Stosowany do wykrywania śladowych ilości chlorowcopochodnych)

Detektor azotowo fosforowy (NPD) (stosowany do wykrywania śladowych ilości związków organicznych zawierających azot lub fosfor)

Detektor płomieniowo – fotometryczny (FPD) (stosowany do wykrywania śladów związków siarko organicznych)

Metoda GC-MS polega na połączeniu chromatografu gazowego ze spektrometrem mas. Jest stosowana zarówno do identyfikacji składników mieszanin związków organicznych jak i do

oznaczania ilościowego poszczególnych związków. Oznaczanie ilościowe metodą GC-MS stosuje się w tych przypadkach, gdy badana mieszanina składa się z wielu składników, zaś stężenie oznaczanego składnika jest niewielkie.

Metody kalibracji w chromatografii gazowej

a)      metoda kalibracji bezwzględnej (metoda wzorca zewnętrznego) – oznaczamy najczęściej jeden lub kilka składników próbki, a nie zajmujemy się np. udziałem wszystkich jej składników. W celu sporządzenia wykresu kalibracyjnego do kolumny dozuje się ściśle odmierzone, wzrastające objętości substancji wzorcowej, która jest substancją analizowaną. Każde dozowanie należy powtórzyć 3 razy, a następnie oblicza się średnią wartość wysokości piku h lub jego powierzchni A. Sporządza się krzywą kalibracyjną przedstawiającą zależność A (lub h) od stężenia substancji wzorcowej. Z krzywej można odczytać stężenie molowe oznaczanego składnika w badanej próbce.

b)     metoda wzorca wewnętrznego

·         wzorcem wewnętrznym jest substancja nieobecna w analizowanej próbce – odmierzoną ilość wzorca dodaje się do dokładnie znanej ilości próbki. Wzorcem wewnętrznym jest substancja, której pik występuje blisko piku lub pików oznaczanych składników.

·         wzorcem wewnętrznym jest analizowana substancja – oznaczanie polega na tym, że wykonuje się dwa chromatogramy. Najpierw analizowanego preparatu, a potem analizowanego preparatu z dodatkiem znanej ilości oznaczanego związku. Obydwa chromatogramy muszą być wykonane w tych samych warunkach

W metodzie wzorca zewnętrznego, analityk musi sporządzić wykres kalibracyjny (rysunek 1)

SPME - Mikroekstrakcja do fazy stacjonarnej (stałej) bezrozpuszczalnikowa metoda przygotowania próbek do analizy chromatograficznej. Metoda ta stanowi odmianę ekstrakcji do fazy stałej, w której sorbent nanoszony jest na cienkie włókno szklane lub kwarcowe umieszczone wewnątrz stalowej igły. Używa się cienkiego włókna ze stopionej krzemionki pokrytego odpowiednim materiałem sorpcyjnym, które przymocowane jest do tłoka . Czas przygotowania próbki 2-15min.

HS – HeadSpace (analiza fazy nadpowierzchniowej)

W przypadku autodozownika typu headspace do analizy pobierana jest próbka par znad powierzchni analizowanej substancji. Aby zachować powtarzalność wyników, próbkę termostatuje się w zamkniętej fiolce w ustalonej, określonej temperaturze przez ustalony, określony czas. W przypadku tego rodzaju dozownika aparaty są często pozbawione odparowywacza, gdyż nastrzykiwana próbka jest już od razu w formie gazowej.

Nastrzyk ciekły

Pobieramy do mikrostrzykawki próbkę o pojemności 1-10ul i szybkim wtłoczeniu cieczy do ogrzewanej komory dozownika po przebiciu igłą membrany z wykonanej zwykle z gumy silikonowej.

Należy zwrócić uwagę aby przy pobieraniu próbki nie gromadziły się w strzykawce pęcherzyki powietrza. Wykorzystuje się w tym przypadku podział analitu między wodę i niemieszający się z nią rozpuszczalnik organiczny