Gas- und Flüssigkeitschromatographie: Unterschiede, Komponenten & Praxis

Chromatographie: GC und LC Grundlagen

1) Unterschied und Komponenten

1)

Der grundlegende Unterschied ist der Aggregatzustand der mobilen Phase. In der LC (Flüssigkeitschromatographie) ist die mobile Phase flüssig, in der GC (Gaschromatographie) gasförmig. Sie unterscheiden sich außerdem in Viskosität und in ihrer Fähigkeit, durch die stationäre Phase zu diffundieren.

Komponenten der GC:

• Trägergasversorgung
• Nanoreaktor (z. B. direkt an den Pellets)
• System zur Ventil- und Durchflussregelung / Durchflussmessung
• Probeneinführungssystem
• Temperaturregelung / Thermostat (Ofen)
• Säule
• Detektionssystem
• Mikroprozessor für Temperaturprogrammierung

Komponenten der LC:

• Lösungsmitteltank
• Hochdruckpumpe
• Einspritzsystem (Injektor)
• Detektor
• Kontinuierlicher Mikroprozessor / Steuerung

Verbesserungen im Betrieb umfassen beispielsweise die Unterdrückung von Pulsationen und die Temperaturkontrolle der Säule sowie die Regelung des Pumpenbetriebs (Durchflussregler, Manometer), um eine pulsationsfreie Injektion sicherzustellen. Weitere Elemente sind Lösungsmitteltanks mit verschiedenen Lösungsmitteln, elektronische Programmierung von Gradienten und der Einsatz einer oder mehrerer Pumpen für hohen oder niedrigen Druck sowie Fraktionssammler.

2) Stationäre Phase

2)

Die stationäre Phase ist fest (Adsorption) oder flüssig (Partition) und befindet sich in einer Säule, durch die die mobile Phase geleitet wird.

3) Bezug zu Punkt 1

3)

Das Gleiche wie unter Punkt 1.

4) Trägergas in der GC

4)

Das Trägergas bildet die mobile Phase in der GC. Seine Aufgabe ist es, die gelösten Substanzen durch die Säule zu transportieren, sodass die Trennung im chromatographischen System am Detektorausgang beobachtet werden kann. Trägergase müssen chemisch inert sein und dürfen weder mit der Säule noch mit den Bestandteilen des Gemisches reagieren.

Häufig verwendete Gase sind N2, He, H2 und Ar. Die Wahl des Trägergases hängt von der Art der Probe, der stationären Phase, dem Detektor und weiteren Aspekten ab (Kosten, Reinheit, Sicherheit).

• N2: preiswert, sicher und leicht verfügbar; hat jedoch eine geringe Wärmeleitfähigkeit.
• H2: hohe Wärmeleitfähigkeit, niedrige Viskosität und kostengünstig; kann aber mit bestimmten Analyten reagieren und ist bei der Sicherheit als Brenngas zu beachten.
• He: vereint Vorteile von N2 und H2 (gute Transporteigenschaften), ist jedoch teuer; He ist weniger dicht als H2 und kann sich daher auf Peakform und -symmetrie auswirken.
• Ar: relativ preiswert und einfach in der Reinigung; Einsatz abhängig von Detektor und Anwendung.

5) Einfluss der mobilen Phase auf Trennleistung

5)

Die in der GC verwendete mobile Phase (das Trägergas) beeinflusst die Dauer des chromatographischen Prozesses und die Auflösung über den Diffusionskoeffizienten der gelösten Substanz im Gas. Je geringer der Diffusionskoeffizient der Substanz, desto niedriger ist die optimale Strömungsgeschwindigkeit des Gases, was die Analysezeit erhöhen kann.

Die Säulenleistung hängt vom Trägergas ab, da die HETP (Höhe einer theoretischen Platte; auch AETP genannt) vom Diffusionskoeffizienten der Substanz in der mobilen Phase beeinflusst wird. Es ist wünschenswert, dass der Diffusionskoeffizient der Substanz im Trägergas relativ hoch ist, damit die HETP gering bleibt und die Effizienz steigt.

6) Probeneinführung: Flüssig, Gasförmig, Fest

6)

Flüssige Proben: Diese werden häufiger in der LC als in der GC verwendet. Für die Einführung in den Chromatographen werden unter anderem Rotationszellen und Injektionsnadeln eingesetzt.

Gasproben: Zwar gibt es spezielle Nadeln für die Injektion von Gasproben in der GC, bevorzugt werden jedoch spezielle Gasentnahmezellen (Probenahmezellen), die für die Entnahme und Überführung gasförmiger Proben in das System ausgelegt sind.

Feste Proben: Feste Proben werden meist in einem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst und dann wie flüssige Proben injiziert. Es gibt auch Systeme, bei denen die feste Probe in einer Glaskapillare eingeschlossen wird und diese Kapillare in das beheizte Injektionsblock eingeführt wird; die Kapsel wird dort durch mechanische Mittel geöffnet oder gebrochen.

7) Headspace-Technik

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Diese Technik wird allgemein auf Proben angewendet, die nicht direkt mit einer Spritze oder durch direkte Verbindungen eingeführt werden können, also auf nichtflüchtige oder schwer zu injizierende Proben. Bei der Headspace-Analyse werden die flüchtigen Bestandteile oder die Dampfphase einer flüssigen Probe analysiert, die im Gleichgewicht mit der Probe in einem geschlossenen Gefäß steht.

Diese Methode ist besonders nützlich zur Bestimmung von Spuren flüchtiger Substanzen in stark verdünnten oder schwer analysierbaren Proben mittels GC.