Hoofdstuk 2: Gaschromatografie
- Analyse van vluchtige verbindingen
- GLC = gas vloeistof = verdeling
- GSC = gas vast = adsorptie
1. Keuze draaggas
1. Chemische eigenschappen, inert
2. Prijs
3. Aard van detector
→ O-vrij: oxidatie vermijden
→ H20 vrij: hydrolyse vermijden
2. Injector
- directe injector: geïnjecteerd vloeistof staal eerst in verdampingsvlok waar het explosief verdampt
en door draaggas op kolom gebracht wordt.
Vb. grote monstercapaciteit = gepakte kolom
- split injector: verdampte monster in verdampingskamer gesplitst in deel da naar kolom gaat en
deel dat het systeem verlaat via splitter. Splitverhouding afh van monstercapaciteit
en kolom. Gasdebiet = splitflow, hoe hoger, hoe minder analiet op de kolom
Vb. capillaire kolom voor geconcentreerde en vervuilde kolom
- splitless injector: monster in hete injector geïnjecteerd terwijl splitter dicht is dus verdampte staal
bijna volledig op kolom. Na een tijd = splitless time, splitter geopend voor
aanwezig oplosmiddel weg te blazen via splitter, kolomoven is koud. Na openen
splitter wordt temperatuursprogramma gestart. Kolom warm en analyse begint.
Vb. sporenanalyse (beter dan direct want minder last van solvent of oplosmiddel)
- on-column injectie: monstervloeistof vanuit injectiespuit direct op kolom, injectiespuit reikt
kolom en is dus zeer fijn en fragiel.
Vb. kwantitatieve analyse en niet vervuilde monsters
- statische headspace: monster en oplosmiddel in een flesje, afgesloten door septum. Dan in
gethermostatiseerd waterbad verwarmt. Vluchtige stoffen wisselen uit en
deel van gasvormige headspace geïnjecteerd. Injectie vervuilt minder.
Wet van Henry: partiële gasdruk aan verbindingen in headspace evenredig
met molfractie ervan in oplossing.
P = HX
P = gasdruk boven vloeistof (atm)
H = constante van Henry (atm m3/mol)
X = evenwichtsconcentratie van gas opgelost in vloeistof (mol/m3)
Vb. bepaling ethanol in bloed, vluchtige organische stoffen in water
,- dynamische headspace: = purge and trap bepaalde hoeveelheid monster in speciaal purgeerflesje,
doorborreld met He. Vluchtige verbinding meegesleurd op adsorberend
kolom en vastgelegd. Door opwarmen van kolom worden verbinding
gedesorbeerd en vervolgens naar GC-toestel gevoerd.
Vb. vluchtige organische stoffen met hoge octanol/water partitiecoëfficiënt
3. Kolom
Hier gebeurt scheiding van monster
Gepakte kolom:
- Roestvrij staal of pyrex
- Lente: 1-3m
- Spiraal, recht, U-vorm
- Inwendige diameter: 0,125 mm tot 6 mm
- Partikels met SF of SF(vl) geadsorbeerd/gecoat op dragermateriaal (vast) = coated packing
- Dragermateriaal:
o Partikeldiameter tussen 150 – 250 micrometer (moeilijk bij <70)
o Diatomeeënaarde (celite, kiezelgoor), vergelijkbaar met silicagel maar minder silanol
(---SiOH)
o Voorbehandeling:
▪ NAW = non acid washed
▪ AW = acid washed
▪ AW-DMCS = AW + Me2SiCl2 = dimethylchloorsilaan
→ silanolgroepen masker, want vormen piekasymmetrie en staartvorming
Capillaire kolom:
- Metaal of gesmolten kwarts = fused silica
- Lengte: 5-100m, rondwikkelen
- Inwendige diameter: 0,1 – 0,53 mm
- SF geadsorbeerd als een laagje (film) op de binnenwand
- Interne diameter = Bore = < 1 mm
WCOT = wall-coated open tubular
- Vloeibare SF aan binnenwand van open kolom
PLOT = porous-layer open tubular
- Vaste SSF aan binnenwand van open kolom (alumina of silicagel)
SCOT = support-coated open tubular
- PLOT-kolom met vl SF. Vaste drager op binnenwand en hierop vl SF
,SS = gepakte kolom: aantal platen laag door Eddy diffusie
WCOT= capillaire kolom: hoger aantal platen, T sneller stijgen dan op een korte tijd, smallere
diameter geeft smallere pieken
SF:
- Hoogkokende vl (polymeer) met lage dampspanning bij bedrijfstemperatuur (ander bleeding)
- Lage viscositeit bij bedrijfstemperatuur (weerstand tegen massaoverdracht beperken)
- Chemisch inert en bestendig ij kolomtemperatuur
- Bedekkingsgraat in grootteorde 3-5%
- Scheiding dan verschil in verdelingscoëfficiënt tussen analyserende stoffen
Bleeding = als temperatuur verhoogt, neemt het signaal toe door bleeding SF: bij verdamping SF,
ontledingsproducten, of verontreiniging. Boven MOAT neemt signaal sterk toe.
MOAT = maximum allowable operating temperature: T waarbij een fase ontleedt/verdampt
Keuze SF:
- Affiniteit voor SF bepaald door interactie van de verbinding met SF
- Affiniteit voor MF bepaald door dampspanning
- Combo = selectiviteit, geen gewenste selectiviteit dan andere SF
a. Koolwaterstof ruggengraat –(CH2)n- apolair squalaan, apiezon
b. Silicone ruggengraat van apolair tot matig polair, door polariteit op Si, CP hoog = polair
c. Polyether ruggengraat meer polair polyethyleenglycol
d. Polyester ruggengraat -R’-CO-O-R-O- polair C2/C4 ethyleenglycoladipaat
C2-O-C2/C2 diethyleenglycosuccinaat
Organische verbinding polair (carbonzuren, hydroxyl- of aminogroepen), apolair (KWS)
Maximale retentie voor combinatie van polaire/apolaire verbindingen met polaire/apolaire SF
Minimale retentie voor combinatie van polaire/apolaire verbindingen met apolaire/polaire SF
➔ Selectiviteit SF komt overeen met polariteit
Apolaire kolom weinig affiniteit voor klassieke organische functies = lage selectiviteit
Apolair kolom: scheiding op basis van kookpunt
Polair kolom: scheiding op basis van polariteit
Apolaire kolom = squalaan: van laag naar hoop KP
Polaire kolom = PEG: van hoog naar laag KP
BZ + fenyl = pi-interacties
Ethanol + PEG = H-bruggen
Hogere T = snellere detectie
Isotherm = begin veel te veel detectie → dus T ifv tijd veranderen
, 4. Detectoren
Spikes: scherpe uitwijkingen, niet te maken met monster = verwaarloosbaar
Wander: sprongen
Drift: basislijn gaat naar onder/boven, geeft slecht beeld over de uitstulpingen
- Vlamionistaiedector (FID): kolomeffluent verbrand in een H2/O2 vlam. Organische stof aanwezig,
omgezet in ionen: CH + O → CHO+ + e- . Elektrisch geleidend vermogen
neemt toe, dus ook stroomsterkte kan gemeten worden. Stroomsterkte
evenredig met hoeveelheid te bepalen component die in vlam komt.
Universele detector.
- Katarometer (TCD): thermal conductivity detector. Meting warmte-geleidbaarheid van een gas.
Meet verschil in weerstand van een weerstandsdraadje ten gevolge van
temperatuursveranderingen.
Universeel, niet-destructieve en niet-speciefieke
- Elektronenvangstdetector (ECD): draaggas, N of Ar, geïoniseerd i.a.v radioactieve bron en
elektrische geleidbaarheid wordt gemeten. Elektronegatieve
organische verbindingen (halogeen, carbonyl) vangen elektronen
en verlagen deze geleidbaarheid.
Niet universeel, selectief, gevoelig (chloorbevattende pesticiden)
- Vlamfotometrische detector (FPD): Voor zwavel, fosfor en halogeenverbindingen. FID met zawel- of
fosforfilter en een fotomultiplicatorbuis. Componenten die uit
de kolom komen, verbrand in de vlam. Ontstaat zwavel S2 of
fosfor (HPO) moleculeresten in een aangeslagen toestand.
Terugkeer naar grondtoestand, uitzenden van licht
(chemiluminiscentie), na filteren versterkt door fotomuliplicator
- Stikstof-fosfor detector (NPD): = thermo-ionisatie detector (TID). Detector voor N, P, Cl, Br en I.
gemodificeerd FID dus destructieve detector. Thermo-ionisatiebron
ioniseert dan aangetrokken door collectorelektrode en detectie.
FID TCD ECD FPD NPD
Thermische Warmtegeleidbaarheid Vermindering Chemiluminiscentie Ionisatie door
dissociatie in comp. Tov referentie achtergrond door aangeslagen thermo
ionisatie elektronenstroom molecuulresten ionisatiebron
door ionisatie van
comp.
Organisch CH Universeel Elektronegatief S, P en halogeen N, P en
halogeen
GC-MS: gekoppelde techniek = hyphenation
- MS = scheiden van ionen op basis van massa/ladingverhouding (m/z): piek bij die verhouding
- Kwantitatieve en zeer selectieve GC detectie
- Structuuropheldering van uit de kolom eluerende, gescheiden componenten
Via moleculair ion of fragmentatie
- Meest ideale GC-detector door hoge selectiviteit
- Analyse van vluchtige verbindingen
- GLC = gas vloeistof = verdeling
- GSC = gas vast = adsorptie
1. Keuze draaggas
1. Chemische eigenschappen, inert
2. Prijs
3. Aard van detector
→ O-vrij: oxidatie vermijden
→ H20 vrij: hydrolyse vermijden
2. Injector
- directe injector: geïnjecteerd vloeistof staal eerst in verdampingsvlok waar het explosief verdampt
en door draaggas op kolom gebracht wordt.
Vb. grote monstercapaciteit = gepakte kolom
- split injector: verdampte monster in verdampingskamer gesplitst in deel da naar kolom gaat en
deel dat het systeem verlaat via splitter. Splitverhouding afh van monstercapaciteit
en kolom. Gasdebiet = splitflow, hoe hoger, hoe minder analiet op de kolom
Vb. capillaire kolom voor geconcentreerde en vervuilde kolom
- splitless injector: monster in hete injector geïnjecteerd terwijl splitter dicht is dus verdampte staal
bijna volledig op kolom. Na een tijd = splitless time, splitter geopend voor
aanwezig oplosmiddel weg te blazen via splitter, kolomoven is koud. Na openen
splitter wordt temperatuursprogramma gestart. Kolom warm en analyse begint.
Vb. sporenanalyse (beter dan direct want minder last van solvent of oplosmiddel)
- on-column injectie: monstervloeistof vanuit injectiespuit direct op kolom, injectiespuit reikt
kolom en is dus zeer fijn en fragiel.
Vb. kwantitatieve analyse en niet vervuilde monsters
- statische headspace: monster en oplosmiddel in een flesje, afgesloten door septum. Dan in
gethermostatiseerd waterbad verwarmt. Vluchtige stoffen wisselen uit en
deel van gasvormige headspace geïnjecteerd. Injectie vervuilt minder.
Wet van Henry: partiële gasdruk aan verbindingen in headspace evenredig
met molfractie ervan in oplossing.
P = HX
P = gasdruk boven vloeistof (atm)
H = constante van Henry (atm m3/mol)
X = evenwichtsconcentratie van gas opgelost in vloeistof (mol/m3)
Vb. bepaling ethanol in bloed, vluchtige organische stoffen in water
,- dynamische headspace: = purge and trap bepaalde hoeveelheid monster in speciaal purgeerflesje,
doorborreld met He. Vluchtige verbinding meegesleurd op adsorberend
kolom en vastgelegd. Door opwarmen van kolom worden verbinding
gedesorbeerd en vervolgens naar GC-toestel gevoerd.
Vb. vluchtige organische stoffen met hoge octanol/water partitiecoëfficiënt
3. Kolom
Hier gebeurt scheiding van monster
Gepakte kolom:
- Roestvrij staal of pyrex
- Lente: 1-3m
- Spiraal, recht, U-vorm
- Inwendige diameter: 0,125 mm tot 6 mm
- Partikels met SF of SF(vl) geadsorbeerd/gecoat op dragermateriaal (vast) = coated packing
- Dragermateriaal:
o Partikeldiameter tussen 150 – 250 micrometer (moeilijk bij <70)
o Diatomeeënaarde (celite, kiezelgoor), vergelijkbaar met silicagel maar minder silanol
(---SiOH)
o Voorbehandeling:
▪ NAW = non acid washed
▪ AW = acid washed
▪ AW-DMCS = AW + Me2SiCl2 = dimethylchloorsilaan
→ silanolgroepen masker, want vormen piekasymmetrie en staartvorming
Capillaire kolom:
- Metaal of gesmolten kwarts = fused silica
- Lengte: 5-100m, rondwikkelen
- Inwendige diameter: 0,1 – 0,53 mm
- SF geadsorbeerd als een laagje (film) op de binnenwand
- Interne diameter = Bore = < 1 mm
WCOT = wall-coated open tubular
- Vloeibare SF aan binnenwand van open kolom
PLOT = porous-layer open tubular
- Vaste SSF aan binnenwand van open kolom (alumina of silicagel)
SCOT = support-coated open tubular
- PLOT-kolom met vl SF. Vaste drager op binnenwand en hierop vl SF
,SS = gepakte kolom: aantal platen laag door Eddy diffusie
WCOT= capillaire kolom: hoger aantal platen, T sneller stijgen dan op een korte tijd, smallere
diameter geeft smallere pieken
SF:
- Hoogkokende vl (polymeer) met lage dampspanning bij bedrijfstemperatuur (ander bleeding)
- Lage viscositeit bij bedrijfstemperatuur (weerstand tegen massaoverdracht beperken)
- Chemisch inert en bestendig ij kolomtemperatuur
- Bedekkingsgraat in grootteorde 3-5%
- Scheiding dan verschil in verdelingscoëfficiënt tussen analyserende stoffen
Bleeding = als temperatuur verhoogt, neemt het signaal toe door bleeding SF: bij verdamping SF,
ontledingsproducten, of verontreiniging. Boven MOAT neemt signaal sterk toe.
MOAT = maximum allowable operating temperature: T waarbij een fase ontleedt/verdampt
Keuze SF:
- Affiniteit voor SF bepaald door interactie van de verbinding met SF
- Affiniteit voor MF bepaald door dampspanning
- Combo = selectiviteit, geen gewenste selectiviteit dan andere SF
a. Koolwaterstof ruggengraat –(CH2)n- apolair squalaan, apiezon
b. Silicone ruggengraat van apolair tot matig polair, door polariteit op Si, CP hoog = polair
c. Polyether ruggengraat meer polair polyethyleenglycol
d. Polyester ruggengraat -R’-CO-O-R-O- polair C2/C4 ethyleenglycoladipaat
C2-O-C2/C2 diethyleenglycosuccinaat
Organische verbinding polair (carbonzuren, hydroxyl- of aminogroepen), apolair (KWS)
Maximale retentie voor combinatie van polaire/apolaire verbindingen met polaire/apolaire SF
Minimale retentie voor combinatie van polaire/apolaire verbindingen met apolaire/polaire SF
➔ Selectiviteit SF komt overeen met polariteit
Apolaire kolom weinig affiniteit voor klassieke organische functies = lage selectiviteit
Apolair kolom: scheiding op basis van kookpunt
Polair kolom: scheiding op basis van polariteit
Apolaire kolom = squalaan: van laag naar hoop KP
Polaire kolom = PEG: van hoog naar laag KP
BZ + fenyl = pi-interacties
Ethanol + PEG = H-bruggen
Hogere T = snellere detectie
Isotherm = begin veel te veel detectie → dus T ifv tijd veranderen
, 4. Detectoren
Spikes: scherpe uitwijkingen, niet te maken met monster = verwaarloosbaar
Wander: sprongen
Drift: basislijn gaat naar onder/boven, geeft slecht beeld over de uitstulpingen
- Vlamionistaiedector (FID): kolomeffluent verbrand in een H2/O2 vlam. Organische stof aanwezig,
omgezet in ionen: CH + O → CHO+ + e- . Elektrisch geleidend vermogen
neemt toe, dus ook stroomsterkte kan gemeten worden. Stroomsterkte
evenredig met hoeveelheid te bepalen component die in vlam komt.
Universele detector.
- Katarometer (TCD): thermal conductivity detector. Meting warmte-geleidbaarheid van een gas.
Meet verschil in weerstand van een weerstandsdraadje ten gevolge van
temperatuursveranderingen.
Universeel, niet-destructieve en niet-speciefieke
- Elektronenvangstdetector (ECD): draaggas, N of Ar, geïoniseerd i.a.v radioactieve bron en
elektrische geleidbaarheid wordt gemeten. Elektronegatieve
organische verbindingen (halogeen, carbonyl) vangen elektronen
en verlagen deze geleidbaarheid.
Niet universeel, selectief, gevoelig (chloorbevattende pesticiden)
- Vlamfotometrische detector (FPD): Voor zwavel, fosfor en halogeenverbindingen. FID met zawel- of
fosforfilter en een fotomultiplicatorbuis. Componenten die uit
de kolom komen, verbrand in de vlam. Ontstaat zwavel S2 of
fosfor (HPO) moleculeresten in een aangeslagen toestand.
Terugkeer naar grondtoestand, uitzenden van licht
(chemiluminiscentie), na filteren versterkt door fotomuliplicator
- Stikstof-fosfor detector (NPD): = thermo-ionisatie detector (TID). Detector voor N, P, Cl, Br en I.
gemodificeerd FID dus destructieve detector. Thermo-ionisatiebron
ioniseert dan aangetrokken door collectorelektrode en detectie.
FID TCD ECD FPD NPD
Thermische Warmtegeleidbaarheid Vermindering Chemiluminiscentie Ionisatie door
dissociatie in comp. Tov referentie achtergrond door aangeslagen thermo
ionisatie elektronenstroom molecuulresten ionisatiebron
door ionisatie van
comp.
Organisch CH Universeel Elektronegatief S, P en halogeen N, P en
halogeen
GC-MS: gekoppelde techniek = hyphenation
- MS = scheiden van ionen op basis van massa/ladingverhouding (m/z): piek bij die verhouding
- Kwantitatieve en zeer selectieve GC detectie
- Structuuropheldering van uit de kolom eluerende, gescheiden componenten
Via moleculair ion of fragmentatie
- Meest ideale GC-detector door hoge selectiviteit
