JoVE Logo

Sign In

כרומטוגרפיה של גז (GC) עם גילוי יינון להבה

Overview

מקור: המעבדה של ד"ר .B ג'יל וטון - אוניברסיטת וירג'יניה

כרומטוגרפיה גז (GC) משמשת להפרדת ולזיהוי תרכובות משקל מולקולריות קטנות בשלב הגז. המדגם הוא גז או נוזל שמאודה ביציאת ההזרקה. בדרך כלל, התרכובות שנותחו הן פחות מ 1,000 Da, כי קשה לאדות תרכובות גדולות יותר. GC פופולרי עבור ניטור סביבתי ויישומים תעשייתיים כי זה מאוד אמין והוא יכול להיות מופעל כמעט ברציפות. GC משמש בדרך כלל ביישומים שבהם מולקולות קטנות ונדיפות מזוהות ועם פתרונות לא מימיים. כרומטוגרפיה נוזלית פופולרית יותר למדידות בדגימות מימיות וניתן להשתמש בה כדי לחקור מולקולות גדולות יותר, מכיוון שהמולקולות אינן צריכות להתאדות. GC הוא מועדף עבור מולקולות לא קוטביות בעוד LC נפוץ יותר להפרדת ניתוחי קוטב.

השלב הנייד לכרומטוגרפיה של גז הוא גז נושא, בדרך כלל הליום בגלל משקלו המולקולרי הנמוך והיותו אדיש מבחינה כימית. הלחץ מופעל והשלב הנייד מעביר את הניתוח דרך העמודה. ההפרדה מתבצעת באמצעות עמודה מצופה בשלב נייח. עמודים נימיים צינוריים פתוחים הם העמודים הפופולריים ביותר ויש להם את השלב הנייח מצופה על הקירות של נימי. שלבים נייחים הם לעתים קרובות נגזרות של polydimethylsiloxane, עם 5-10% של הקבוצות פונקציונלי כדי לכוון את ההפרדה. קבוצות פונקציונליות אופייניות הן פניל, ציאנופרופיל, או קבוצות טריפלואורופרופיל. עמודות נימיות הן בדרך כלל 5-50 מ '. לעמודות צרות יותר יש רזולוציה גבוהה יותר אך דורשות לחצים גבוהים יותר. ניתן להשתמש בעמודות ארוזות גם כאשר השלב הנייח מצופה על חרוזים ארוזים בעמודה. העמודות הארוזות קצרות יותר, 1-5 מ'. נימים צינוריים פתוחים מועדפים בדרך כלל מכיוון שהם מאפשרים יעילות גבוהה יותר, ניתוחים מהירים יותר, ויש להם יכולות גבוהות יותר.

זיהוי יינון להבה (FID) הוא גלאי כללי טוב עבור תרכובות אורגניות ב- GC המזהה את כמות הפחמן במדגם. לאחר הטור, דגימות נשרפות בלהבת אוויר מימן חמה. יונים פחמנית מיוצרים על ידי הבעירה. בעוד היעילות הכוללת של התהליך נמוכה (רק 1 מתוך10 5 יונים פחמן לייצר יון בלהבה) הכמות הכוללת של יונים היא פרופורציונלית ישירות לכמות הפחמן במדגם. אלקטרודות משמשות למדידת הזרם מהיונים. FID הוא גלאי הרסני, כמו המדגם כולו הוא pyrolyzed. FID אינו מושפע גזים ומים לא דליקים.

Principles

שיווי המשקל לכרומטוגרפיה של הגז מתחלק, ורכיבי המדגם יחלקו(כלומר תחלק) בין שני השלבים: השלב הנייח והשלב הנייד. תרכובות שיש להן זיקה רבה יותר לשלב הנייח מבלות יותר זמן בעמודה ובכך חומקות מאוחר יותר ויש להן זמן שימור ארוך יותר (tR)מאשר דגימות שיש להן זיקה גבוהה יותר לשלב הנייד. הזיקה לשלב הנייח מונעת בעיקר על ידי אינטראקציות בין-מולקולריות וניתן לבחור את הקוטביות של השלב הנייח כדי למקסם אינטראקציות ובכך את ההפרדה. פסגות אידיאליות הן הפצות גאוסיות וסימטריות, בגלל האופי האקראי של אינטראקציות הניתוח עם העמודה. תכונות שיא אסימטריות, כגון חזית שיא או מעקב, יכולות להיות עקב עומס יתר על העמוד, בעיות הזרקה או נוכחות של קבוצות פונקציונליות סופגות כגון חומצות קרבוקסיליות.

ב- GC, הטמפרטורה מותאמת כדי לשנות את שיווי המשקל ובכך את זמני ההתחמקות. הפרדות ב- GC מבוססות על תנודתיות מכיוון שחומרי נקודת רתיחה גבוהים יותר עשויים להתעבה על עמוד אם הטמפרטורה נמוכה, ולכן הם אינם מנוטרלים או לוקחים זמן רב לחמוק. הפרדות איזותרמיות מבוצעות בטמפרטורה אחת או הפרדות הדרגתיות מבוצעות כאשר הטמפרטורה עולה במהלך ההפרדה. רמפות טמפרטורה מאפשרות להפריד בין תרכובות נקודת רתיחה נמוכות וגבוהות באותה הפרדה.

הקריאה המיוצרת על ידי GC היא כרומטוגרמה שנותנת את האות לאורך זמן. פסגות נצפות עבור כל תרכובת במדגם. עבור כל פסגה, ניתן לחשב גובה שיא ואזור שיא. אזור שיא משמש בדרך כלל כדי להפוך עקומות כיול ולחשב ריכוזים של דגימות לא ידועים. מספר הלוחות התיאורטיים (N) מחושב מכל שיא כדי לתת מידה של יעילות עמודה. משוואה מעשית למדידת N היא N = 16(tR/ W)2 כאשר tR הוא זמן השמירה של הניתוח ו- W הוא רוחב תחתית הפסגה. N משמש להשוואה בין הפרדות בעמודות שונות.

גלאי היוננות של הלהבות רגיש למסה. לפיכך, כמות האות היא פרופורציונלית למסת הפחמן במדגם, ולא למספר המולים. תרכובות עם יותר פחמן לתת אותות גדולים יותר. שריפת פחמן מייצרת יונים אשר מזוהים כזרם. FID הוא אחד הגלאים הכלליים הרגישים ביותר עבור GC עם מגבלה של זיהוי בטווח picogram. התגובה היא ליניארית על פני שבעה סדרי גודל, נותן לו טווח ליניארי גדול.

Procedure

1. אתחול ה- GC

  1. הפעל את גז ואוויר נושאת הליום ולהתאים את מדי הלחץ על המכשיר.
  2. הפעל את תנור העמודים לטמפרטורה גבוהה (בדרך כלל 250 °C (250 °C) ומעלה) כדי לאפות בעמודה. אל תחרוג מהטמפרטורה המרבית של העמודה. זה יסיר את כל המזהמים. תן לו לאפות לפחות 30 דקות לפני הפעלת מדגם.

2. יצירת קובץ שיטות

  1. בתוכנה השולטת במכשיר, הזן את כל הערכים הרצויים עבור קובץ שיטות. תחילה, הגדר את הגדרות הדגימה האוטומטית. הגדר את מספר השטיפות לפני ההפעלה, השטיפות לאחר הריצה ושטיפה עם דגימה. שטיפות אלה מנקות את העמודה בין דוגמאות שונות.
  2. הכמות המוזרקת היא בדרך כלל 1 μL. יחס פיצול מוגדר בדרך כלל מכיוון שהזרקת כל המדגם עלולה להעמיס על העמודה. אם יחס הפיצול הוא 100:1, משמעות הדבר היא כי עבור כל חלק אחד כי הוא מוזרק לתוך המכשיר 100 חלקים הולך לפסולת.
  3. הזן את פרמטרי הפאזה הניידים. קצב הזרימה נשלט על ידי קבוצת הלחץ. קצבי זרימה מהירים יותר מובילים להפרדות צבע מהירות יותר, אך יש פחות זמן לנתח אינטראקציה עם העמודה.
  4. הזן את תכנות הטמפרטורה. לריצה איזותרמית, הזן את טמפרטורת ההפרדה ולאחר מכן זמן להפרדה. לקבלת בחינה הדרגתית, הזינו את טמפרטורת ההתחלה והחזקו את זמן ההמתנה, את טמפרטורת הסיום ואת זמן ההמתנה ואת מהירות הרמפה ב- °C/min. נקבע גם זמן שיווי משקל המאפשר לעמודה להתקרר בחזרה לטמפרטורה המקורית בין ריצות.
  5. הזן את פרמטרי הגלאי. טמפרטורת גלאי וקצב דגימה יוכנסו. הגלאי חייב תמיד להיות בטמפרטורה גבוהה יותר מטמפרטורת העמוד כך שאין עיבוי ניתוח בגלאי.
  6. שמור את קובץ השיטות. ייתכן שיהיה צורך גם להוריד את הפרמטרים כך שהם ייקראו על-ידי ה- GC.

3. איסוף נתוני GC

  1. הפעל את גז המימן ולוודא מד הלחץ מוגדר כראוי. תדליק את הלהבה של ה-FID.
  2. על מתלה autosampler, למלא את בישול לשטוף עם ממס לשטוף, כמו acetonitrile או מתנול. תוודא שמיקן הפסולת ריק.
  3. הכן את הדגימה. אם יש סיכוי לחלקיקים במדגם, סנן את המדגם. מכיוון שניתן לראות לעתים שאריות פלסטיק עם GC, השתמש רק במזרקי זכוכית ובבקבוקוני זכוכית כדי להכין את הדגימה שלך.
  4. מלא את הקרבון לפחות באמצע הדרך עם מדגם כך מזרק autosampler מובטח להרים את המדגם. בקבוקונים של דוגמייה אוטומטית הם בדרך כלל 2 מ"ל, אך אם נפח הדגימה מוגבל, תוספות בקבוקון זמינות כדי להפחית את נפח הדגימה הדרוש.
  5. טען את ה- vials לדוגמה לתוך מתלה הדגימה האוטומטית. עקוב אחר המיקום שבו נמצאת כל דגימה.
  6. לפני ההפעלה, אפס את קו הבסיס של מקליט התרשים בתוכנת המחשב.
  7. ניתן לאסוף קבצים כהפעלה יחידה או באמצעות טבלת אצווה עבור ריצות מרובות. הקפד לציין את מספר הטלפון הערוך הנכון עבור המדגם. לחץ על כפתור "התחל" ובצע קובץ.
  8. הנתונים מנותחים בדרך כלל באמצעות תוכנה. פרמטרים שניתן למדוד כוללים זמן שמירה, גובה שיא, אזור שיא ומספר לוחות תיאורטיים.

4. תוצאות: ניתוח GC של דגימות קפה

  1. בדוגמה זו, ניתוח GC-FID בוצע עבור קפאין וחומצה פלמיטית, שתי תרכובות שנמצאו בקפה. הקפאין פחות קוטבי מהחומצה הפלמית, שיש לה זנב אלקין ארוך שרשרת. לכן, הקפאין נשמר פחות ומתחמק תחילה מהטור הלא קוטבי של 95% דימתילפוליסילוקסן ו-5% פניל-ארילן(איור 1).
  2. מהכרומטוגרמה, ניתן לחשב את אזורי השיא. אזורי השיא הם פרופורציונליים למסת הפחמן העוברת דרך הגלאי וניתן להשתמש בהם כדי ליצור עקומת כיול של תגובת מכשיר לעומת ריכוז. באיור 1, אזור השיא הוא 27,315 קפאין ו-18,852 חומצה פלמיטית.
  3. מדד של יעילות עמודה הוא N, מספר הלוחות התיאורטיים. N ניתן לחשב מתוך הכרומטוגרמה עבור כל שיא. עבור איור 1, N הוא 283,000 עבור קפאין ו 261,000 עבור חומצה פלמיטית.
  4. איור 2 מראה את השפעת הטמפרטורה על הפרדות איזותרמיות. שתי הפרדות הן על אותו קפאין ודגימת חומצה פלמיטית. הראשון הוא ב 180 °C (50 °F) והשני ב 200 °C (50 °F). זמני השמירה קטנים בהרבה לריצה בטמפרטורה גבוהה יותר.

Figure 1
איור 1. ניתוח GC-FID של קפאין ודגימות חומצה פלמיטית. תקן הקפאין 5 mM מתחמק תחילה, ואחריו דגימת חומצה פלמיטית של 1 מ"מ. רמפה הטמפרטורה הייתה 0.1 דקות ב 150 °C (50 °F) ואחריו רמפה ב 10 ° C / דקה עד 220 °C (5 °F) שבו הטמפרטורה הוחזקה במשך 5 דקות.

Figure 2

איור 2. ניתוח GC-FID של ריצות איזותרמיות של דגימת קפה צלוי כהה. השוואה של GC-FID פועלת ב 180 °C (50 °F) ו 200 °C (50 °F) עבור מדגם קפה צלוי כהה. הפסגות חומקות הרבה יותר מהר עם טמפרטורת 200 מעלות צלזיוס.

Application and Summary

GC משמש עבור מגוון רחב של יישומים תעשייתיים. לדוגמה, הוא משמש כדי לבדוק את הטוהר של מוצר כימי מסונתז. GC פופולרי גם ביישומים סביבתיים. GC משמש לזיהוי חומרי הדברה, פחמימנים פוליארומטיים ופתלטים. רוב היישומים באיכות האוויר משתמשים ב- GC-FID לניטור מזהמים סביבתיים. GC משמש גם לניתוח מרחב הראש, שבו הנדיפים המתאדים מנוזל נאספים ונמדדים. זה שימושי עבור תעשיות הקוסמטיקה והמזון והמשקאות. GC משמש גם עבור יישומים משפטיים, כגון גילוי סמים של התעללות או חומרי נפץ. בנוסף, GC שימושי בתעשיית הנפט למדידת פחמימנים. היישומים הנרחבים הופכים את GC למיליארד דולר בשנה בשוק העולמי.

איור 3 מראה דוגמה לאופן שבו GC יכול לשמש בתעשיית המזון. איור 3 מציג כרומטוגרפיה של וניל מלאכותי (שחור) ווניל אמיתי (אדום). GC יכול לשמש כדי לזהות את המדגם האמיתי, אשר מכיל שיא גדול עבור ונילין אבל אינו מכיל פסגה שנייה עבור אתילבנילין.

Figure 3

איור 3. כרום GC-FID של דגימות וניל. הן חיקוי והן וניל אמיתי מראים פסגות גדולות ב 4.7 דקות בשל ונילין, המרכיב העיקרי של וניל. עם זאת, וניל חיקוי יש גם שיא גדול ב 5.3 דקות, אשר בשל אתילבנילין, תרכובת לא קיים בכמויות גדולות וניל אמיתי.

Tags

Gas ChromatographyFlame Ionization DetectionGC TechniqueVolatile CompoundsGas PhaseLiquid SamplesInert GasColumn CoatingAnalytes SeparationNonpolar ChemicalsMass Less Than 1000 DaltonsVaporizationLiquid ChromatographyInjection PortHeating ChamberInert Gas CarrierMobile PhaseHeated ColumnAnalyte DetectionElutionDetectorComputer Analysis

Skip to...

0:00

Overview

1:06

Principles of Gas Chromatography

3:54

Instrument Initialization

5:37

Running the GC

6:32

Representative Results: Quantification of Caffeine and Palmitic Acid in Coffee

7:28

Applications

8:59

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

כרומטוגרפיה של גז (GC) עם גילוי יינון להבה

Analytical Chemistry

283.1K Views

article

הכנה לדוגמה לאפיון אנליטי

Analytical Chemistry

85.3K Views

article

תקנים פנימיים

Analytical Chemistry

205.4K Views

article

שיטת התוספת הסטנדרטית

Analytical Chemistry

320.9K Views

article

עקומות כיול

Analytical Chemistry

798.8K Views

article

ספקטרוסקופיה אולטרה סגולה (UV-Vis)

Analytical Chemistry

625.4K Views

article

רמאן ספקטרוסקופיה לניתוח כימי

Analytical Chemistry

51.4K Views

article

פלואורסצנטיות של קרני רנטגן (XRF)

Analytical Chemistry

25.9K Views

article

כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים (HPLC)

Analytical Chemistry

386.1K Views

article

כרומטוגרפיה של חילופי יונג

Analytical Chemistry

265.2K Views

article

אלקטרופורזה נימית (CE)

Analytical Chemistry

94.6K Views

article

מבוא לספקטרומטריית מסה

Analytical Chemistry

112.9K Views

article

סריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים (SEM)

Analytical Chemistry

87.7K Views

article

מדידות אלקטרוכימיות של זרזים נתמכים באמצעות פוטנציוסטט /גלוונוסטאט

Analytical Chemistry

51.8K Views

article

וולטמטריה מחזורית (קורות)

Analytical Chemistry

126.0K Views

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved