Schritte zur Gaschromatographie-Trennungsanalyse

Der Vorteil von Gaschromatographie ist, dass es Gemische aus mehreren Komponenten trennen und analysieren kann. Da es jedoch viele Substanzen gibt, die für die chromatographische Analyse verwendet werden können, können die Erscheinungszeiten der chromatographischen Peaks verschiedener Komponenten auf derselben stationären Phase gleich sein, sodass es schwierig ist, unbekannte Substanzen allein anhand chromatographischer Peaks zu charakterisieren. Bei einer unbekannten Probe müssen wir zunächst deren Quelle, Natur und analytischen Zweck verstehen; auf dieser Grundlage können wir eine vorläufige Schätzung der Stichprobe vornehmen; und dann eine bestimmte Methode verwenden, um eine qualitative Identifizierung auf der Grundlage bekannter reiner Substanzen oder relevanter chromatographischer qualitativer Referenzdaten durchzuführen. Bitte beachten Sie Folgendes:

1. Herkunft und Vorbehandlungsmethode der Proben

Proben, die direkt per GC analysiert werden können, sind in der Regel Gase oder Flüssigkeiten. Feste Proben sollten vor der Analyse in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst werden. Stellen Sie sicher, dass die Proben keine Komponenten (z. B. anorganische Salze) enthalten, die nicht durch GC analysiert werden können und die Komponenten der Chromatographiesäule beschädigen könnten. Wenn wir also eine unbekannte Probe erhalten, müssen wir die Quelle verstehen, um die möglicherweise in der Probe enthaltenen Komponenten und den Siedepunktbereich der Probe abzuschätzen. Wenn das Probensystem einfach ist und die Probenkomponenten verdampft werden können, kann diese direkt analysiert werden. Wenn die Probe Bestandteile enthält, die nicht direkt durch GC analysiert werden können, oder die Probenkonzentration zu niedrig ist, müssen notwendige Vorbehandlungen wie Adsorption, Analyse, Extraktion, Konzentration, Verdünnung, Reinigung, Derivatisierung und andere Methoden zur Verarbeitung der Probe durchgeführt werden.

2. Bestimmen Sie die Gerätekonfiguration

Die sogenannte Gerätekonfiguration bezieht sich darauf, welches Probeninjektionsgerät, welches Trägergas, welche Chromatographiesäule und welcher Detektor zur Probenanalyse verwendet werden.

Generell sollte zunächst der Meldertyp bestimmt werden. FID-Detektoren werden oft für Kohlenwasserstoffe gewählt, und ECD-Detektoren sind leicht für Substanzen zu wählen, die mehr elektronegative Gruppen (F, Cl usw.) und einen geringeren Kohlenwasserstoffgehalt enthalten; Wenn die Anforderungen an die Nachweisempfindlichkeit nicht hoch sind oder Nicht-Kohlenwasserstoff-Komponenten enthalten sind, können TCD-Detektoren gewählt werden; Für Proben, die Schwefel und Phosphor enthalten, können FPD-Detektoren gewählt werden.

Für flüssige Proben können Sie die Membrankissen-Injektionsmethode wählen, und für Gasproben können Sie ein Sechswegeventil oder die Adsorptions-Thermo-Desorptions-Injektionsmethode verwenden. Bei der allgemeinen Chromatographie wird nur die Membrankissen-Injektionsmethode konfiguriert, sodass Gasproben mithilfe der Adsorptions-Lösungsmittelanalyse-Membrankissen-Injektionsmethode analysiert werden können.

Wählen Sie geeignete Chromatographiesäulen entsprechend den Eigenschaften der zu testenden Komponenten aus und befolgen Sie im Allgemeinen die Regel der Ähnlichkeit und Kompatibilität. Wählen Sie eine unpolare Säule, wenn Sie unpolare Substanzen trennen, und wählen Sie eine polare Säule, wenn Sie polare Substanzen trennen. Nachdem die chromatographische Säule bestimmt wurde, wird die Arbeitstemperatur der chromatographischen Säule entsprechend dem Unterschied in den Verteilungskoeffizienten der zu testenden Komponenten in der Probe bestimmt. Für einfache Systeme wird die isotherme Methode und für die Analyse komplexer Systeme mit großen Unterschieden in den Verteilungskoeffizienten die programmierte Temperaturmethode verwendet.

Üblicherweise verwendete Trägergase sind Wasserstoff, Stickstoff, Helium usw. Wasserstoff und Helium haben kleine Molekulargewichte und werden häufig als Trägergase für die gepackte Säulenchromatographie verwendet; Stickstoff hat ein hohes Molekulargewicht und wird häufig als Trägergas für die Kapillargaschromatographie verwendet; Helium wird als Trägergas für die Gaschromatographie-Massenspektrometrie verwendet.

3. Bestimmen Sie die anfänglichen Betriebsbedingungen

Wenn die Probe fertig ist und die Gerätekonfiguration festgelegt ist, kann mit der Probetrennung begonnen werden. Zu diesem Zeitpunkt müssen die anfänglichen Trennbedingungen bestimmt werden, zu denen hauptsächlich das Injektionsvolumen, die Injektionsöffnungstemperatur, die Detektortemperatur, die Säulentemperatur und die Trägergasdurchflussrate gehören. Das Injektionsvolumen wird anhand der Probenkonzentration, der Säulenkapazität und der Detektorempfindlichkeit bestimmt. Wenn die Probenkonzentration 10 mg/ml nicht überschreitet, beträgt das Injektionsvolumen der gepackten Säule normalerweise 1–5 µL, während bei einer Kapillarsäule bei einem Teilungsverhältnis von 50:1 das Injektionsvolumen im Allgemeinen 2 µL nicht überschreitet. Die Temperatur der Injektionsöffnung wird hauptsächlich durch den Siedepunktbereich der Probe bestimmt, außerdem muss die Betriebstemperatur der Chromatographiesäule berücksichtigt werden. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, an der Einspritzöffnung eine höhere Temperatur zu haben, im Allgemeinen nahe am Siedepunkt der Komponente mit dem höchsten Siedepunkt in der Probe, jedoch niedriger als die Temperatur, bei der sich leicht zersetzen lässt.

4. Optimierung der Trennbedingungen

Ziel der Optimierung der Trennbedingungen ist es, in kürzester Analysezeit die gewünschten Trennergebnisse zu erzielen. Wenn der Zweck der Basislinientrennung nicht durch Änderung der Säulentemperatur und der Trägergasdurchflussrate erreicht werden kann, sollte eine längere Chromatographiesäule oder sogar eine Chromatographiesäule mit einer anderen stationären Phase ersetzt werden, da bei der GC die Chromatographiesäule der Schlüssel zum Erfolg der Trennung ist.

5. Qualitative Identifizierung

Die sogenannte qualitative Identifizierung dient der Bestimmung der Zuordnung chromatographischer Peaks. Bei einfachen Proben können diese durch Referenzmaterialien charakterisiert werden. Das heißt, unter den gleichen chromatographischen Bedingungen werden die Standardprobe und die tatsächliche Probe getrennt injiziert und anhand des Retentionswerts bestimmt, welcher Peak im Chromatogramm die zu analysierende Komponente ist. Es ist zu beachten, dass verschiedene Verbindungen möglicherweise denselben Retentionswert auf derselben Säule aufweisen. Daher reicht es nicht aus, nur einen Retentionswert für die qualitative Bestimmung unbekannter Proben zu verwenden. Die qualitative Methode des Retentionsindex mit zwei oder mehreren Säulen ist in der GC zuverlässiger, da die Wahrscheinlichkeit, dass verschiedene Verbindungen denselben Retentionswert auf verschiedenen Säulen haben, viel geringer ist. Gaschromatographie-Massenspektrometrie kann verwendet werden, wenn die Bedingungen dies zulassen.

6. Quantitative Analyse

Es muss festgelegt werden, mit welcher quantitativen Methode der Gehalt der zu prüfenden Komponente bestimmt werden soll. Häufig verwendete chromatographische quantitative Methoden sind nichts anderes als die prozentuale Methode der Peakfläche (Peakhöhe), die Normalisierungsmethode, die Methode des internen Standards, die Methode des externen Standards und die Standardadditionsmethode (auch Überlagerungsmethode genannt). Die prozentuale Methode der Peakfläche (Peakhöhe) ist die einfachste, aber auch die ungenaueste. Die Methode ist nur optional, wenn die Probe aus Homologen besteht oder nur der groben Quantifizierung dient. Im Vergleich dazu weist die interne Standardmethode die höchste quantitative Genauigkeit auf, da sie mithilfe des Antwortwerts relativ zum Standard (interner Standard genannt) quantifiziert, der der Standardprobe bzw. der unbekannten Probe hinzugefügt wird, sodass Fehler aufgrund von Schwankungen der Betriebsbedingungen (einschließlich Injektionsvolumen) ausgeglichen werden können. Bei der Standardadditionsmethode wird ein Standard der zu testenden Substanz quantitativ zu einer unbekannten Probe hinzugefügt und anschließend eine quantitative Berechnung basierend auf der Zunahme der Peakfläche (oder Peakhöhe) durchgeführt. Der Probenvorbereitungsprozess ähnelt der Methode mit internem Standard, das Berechnungsprinzip ist jedoch vollständig von der Methode mit externem Standard abgeleitet. Die Genauigkeit der gesetzlichen Standardadditionsmenge sollte zwischen der internen Standardmethode und der externen Standardmethode liegen.

7. Methodenüberprüfung

Die sogenannte Methodenverifizierung soll die Praktikabilität und Zuverlässigkeit der entwickelten Methode nachweisen. Die Praktikabilität bezieht sich im Allgemeinen darauf, ob alle verwendeten Instrumentenkonfigurationen als Waren erworben werden können, ob die Probenverarbeitungsmethode einfach und leicht zu bedienen ist, ob die Analysezeit angemessen ist und ob die Analysekosten für Kollegen akzeptabel sind. Zur Zuverlässigkeit gehören der lineare Quantifizierungsbereich, die Nachweisgrenze, die Methodenwiederherstellung, die Wiederholbarkeit, die Reproduzierbarkeit und die Genauigkeit.