Gasna hromatografija

GASNA HROMATOGRAFIJA
GH spada u najprimjenjljivije hromatografske metode, prije svega zbog viskoke
selektivnosti i osjetljivosti, koje su rezultat primjene dugih i visokoefikasnih kolona i
veoma osjetljivih detektora
GH ima prednost nad drugim hromatografskim metodama zbog gasovitog stanja
mobilne faze i uzorka; efikasnost odjeljivanja mnogo je veća kod GH jer se usled male
viskoznosti mobilne faze mogu upotrijebiti duže, a time i efikasnije hromatografske
kolone
GH mogu da se ispituju supstance koje su na sobnim T u parnom stanju, koje mogu da
isparavaju pri višim T ili se odgovarajućim reakcijama mogu prevesti u isparljiva
jedinjenja
 GH se upotrebljava za identifikaciju i određivanje svakog materijala koji ima
primjetan napon pare (od 1 do 1000 mm Hg) kod radne T kolone (-70 do +400ºC),
mnoge čvrste supstance analiziraju se prema karakterističnim produktima razgradnje
nastalih pirolizom
Analizirani sistem – gasovi i isparljiva organska jedinjenja (mnoge masne kiseline,
alkoholi, aldehidi, amini, estri, eteri, ketoni, ugljikovodonici, metalni kompleksi, aditivi,
degradacioni produkti polimera,....)

GASNA HROMATOGRAFIJA-OSNOVNI POJMOVI
Fizičko stanje mobilne faze: gas
Fizičko stanje stacionarne faze: čvrsto i tečno
Tehnika izvođenja: u koloni (isključivo)
Tehnika rada: isključivo eluiranje, konstantan protok gasa nosača kroz:
isparivač – kolona -detektor
Gasna hromatografija-podjela
Zavisno od prirode stacionarne faze (mehanizma na kojem se zasniva razdvajanje)
Adsorpciona gasna hromatografija (GSC) Podeona (particiona) gasna gromatografija (GLC)
Stacionarna faza: adsorbens (aktivni ugalj,
teflon, silikagel, zeolit, Al-oksid,...)
Stacionarna faza: tanak sloj tečnosti nanijet preko
poroznog čvrstog materijala (inertni nosač) ili
prekriva unutrašnji zid kolone
Mobilna faza: inertni gas
( He, Ar, N2, H2 )

GASNA HROMATOGRAFIJA-PRINCIP
1. Uzorak koji se analizira, unosi se najčešće pomoću injekcione šprice se u zagrijani injektor gdje istog
trenutka isparava (injektor mora biti zagrijan do temperature dovoljne za potpuno isparavanje uzorka)
2. Kako je kolona (koja se nalazi u posebnom termostatu) direktno povezana sa isparivačem, pare uzorka
nošene gasom nosačem odmah dospijevaju u nju
3. U hromatografskoj koloni (u kojoj se vrši razdvajanje supstnci na osnovu koefcijenta raspodjele ili
različitog adsorpcionog afiniteta prema stacionarnoj i mobilnoj fazi) pare komponenti uzorka putuju
različitom brzinom tako da se stvaraju odvojeni slojevi ili vrpce u koloni (koje su odijeljene zonama
čistog gasa nosača)
4. Gas nosač ispire iz kolone pojedine frakcije (komponente) odijeljene zonama čistog gasa nosača i
prolaze kroz detektor
5. U detektoru se komponente uzorka registruju (detektuju) kao električni signal čiji su inteziteti
proporcionalni njihovim koncentracijama u gasu nosaču

6. Signal iz detektora preko odgovarajućeg pojačivača se šalje pisaču i bilježi u funkciji vremena; kriva
zavisnosti jačine signala (u mV) od vremena naziva se gasni hromatogram
7. U uslovima kada je postignuto dobro razdvajanje svaki signal na gasnom hromatogramu odgovara
jednoj komponenti i okarakterisan je vremenom zadržavanja (retenciono vrijeme, tR odnosno retencionom
zapreminom, VR) i površinom
8. Retenciono vrijeme, tR pod datim radnim uslovima (T kolone, protok gasa nosača, dužina kolone,
količina tečne faze,...) karakteristično je za tu komponentu – kvalitativna analiza
9. istovremeno površina signala (površina pika ili površina zahvaćena pikom) neke komponente
proporcionalno je njegovoj koncentraciji

GH

ŠEMA GASNOG HROMATOGRAFA
ŠEMA GASNOG HROMATOGRAFA
OSNOVNI DIJELOVI:
1. Izvor gasa nosača sa uređajem za redukciju,
regulaciju i mjerenje pritiska i protoka gasa
nosača-boca s gasom nosačem
2. Sistem za unošenje uzorka (injektor)
3. Hromatografska kolona u termostatu (sobne <
T < 300ºC)
4. Detektor
5. Sistem za registrovanje signala iz detektora
1
2
3
4
5

Osnovni dijelovi gasnog hromatografa
Osnovni dio Funkcija
Boca sa gasom nosačem (boca sa komprimovanim
gasom)+ uređaj za redukciju, regulaciju i mjerenje
protoka gasa nosača
Izvor gasa nosača; regulacija p i protoka gasa nosača
Injektorski sistem (injektor) Za unošenje uzorka u kolonu
Hromatografska kolona Za razdvajanje komponenata smješe
Termostat (injektor, hromatografska kolona,
detektor)
Za održavanje konstantne temperature
Detektor Detektuje kompnente smješe istim onim redosledom
kojim one napuštaju kolonu; na promjenu
koncentracije reaguje srazmjernim naponskim ili
strujnim signalom
Sistem za registrovanje signala iz detektora (pisač
ili kompjuter)
Za dobijanje trajnog dokumenta-hromatograma;
registrovanje pojavljivanja svake od kompnenete

GAS NOSAČ – (He, Ar, N2, H2)
 Hemijski čist i inertan (da ne dođe do reakcije sa stacionarnom fazom i
komponentama smjese) i dovoljne gustine da se difuzija u gasnoj fazi smanji;
 Nalaze se u čeličnim bocama zapremine 40 l pod pritiskom 150 bara; redukcija
pritiska-membranski redukcioni ventil na kojem se pomicanjem membrane pomoću
zavrtnja , definiše iznos redukcije;
 Izbor zavisi od prirode analizirane supstance i detektora, a nije za zanemariti i dobava
i cijena gasa koji mora biti izuzetne čistoće (npr. He uz detektor termičke
provodljivosti, N2 uz plsmenojonizacioni detektor,...)
 Važna regulacija p i protoka gasa nosača, jer od njih zavise tR komponenti .

INJEKTOR (INJEKCIONI BLOK)
 Za unošenje uzorka (gas ili tečnost)
 uzorak mora biti što manji i mora se unijeti odjednom, tečni uzorci se unose
mikrolitarskim špricevima (2-10 μl) a gasni uzorci – posebnim ventilima
 Cio injekcioni blok zagrijan na T koja omogućava momentalno isparavanje
 Uzorci u gasnom stanju uvode se strujom gasa nosača u hromatografsku kolonu
 Količina uzorka zavisi od:
- kapaciteta kolone i ne smije zauzimati više od 1% dužine kolone, u protivnom dolazi do
znatnog smanjenja efektivnog dijela kolone i razvlačenja pikova
- dimenzija, punjenja i vrste kolone
punjene kolone: 0,5-5 ml (gas), 0,1-50 μl (tečnost)
kapilarne: manje (zbog male količine stacionarne faze)
- vrste detektora: jonizacioni (≤ 0,5 μl)
katarometri (≤ 10 μl)

KOLONE
 Najvažniji dio gasnog hromatografa
 Pripremaju se iz: metalnih, staklenih ili plastičnih cijevi u koji se stavlja odgovarajući
adsorbens ili porozni nosač na koji je nanijeta tečna stacionarna faza ili je tečna
stacionarna faza nanijeta kao tanak sloj na unutrašnji zid kolone; dimenzije cijevi za
hromatografske kolone zavisi o tome da li služe za pripremu: preparativnih i analitičkih
ili punjenih i kapilarnih;
 Oblik kolona zavisi o prostoru u termostatu. Obično su spiralno savijene, a mogu biti i
dugačke višestruko savijene U-cijevi
 Podjela kolona na:
- preparativne
- analitičke
ili prema načinu pripreme i prečnika kolone na:
- punjene i
- kapilarne
 Veza između kolone i injektora ostvaruje
se preko ferula.
Mogu biti:grafitne, metalne ili polimerne.

KAPILARNE KOLONE - izrađuju se od kapilarnih cijevi; unutrašnji prečnik 0,2-0,8 mm
unutrašnjost prekrivena tankim filmom tečne stacionarne faze (obično 0,2-1,0 μm debljine);
imaju mali pad pritiska pa se mogu praviti jako duge (10-100 m pa i više) tako da mogu imati
i nekoliko stotina hiljada teorijskih tavana; imaju mali kapacitet; polimerni materijali;
termostabilne; fabrički pravljene;
PUNJENE KOLONE -lakše se proizvode, jeftinije, duže traju, imaju veći kapacitet.
Dužina 1-20 m; unutrašnji prečnik 2-4 mm (u preparativne svrhe 10 cm i više); dobro
punjene kolone imaju nekoliko desetina hiljada teorijskih tavana;

DETEKTOR
Detektor- svaki uređaj koji na osnovu neke fizičke ili hemijske osobine
izeluirane supstance (supstance koja izlazi iz hromatografske kolone nakon odijeljenja)
registruje njeno prisustvo u gasu nosaču
Detekcija se može vršiti mjerenjima koja se zasnivaju na: toplotnoj provodljivosti,
radioaktivnoj i plamenoj jonizaciji, hemijskim reakcijama, IR i UV spektrometriji,
spektrometriji masa, nuklearnoj-magnetnoj rezonanciji,...
Prednost imaju oni uređaji koji najbolje zadovoljavaju zahtijevima:
-u pogledu osjetljivosti prema što većem broju odjeljivanih supstanci
- koji brzo i reproduktivno reaguju i daju linearan odgovor
-uz to su jednostavni, robustni i jeftini
-mogu se upotrebljavati u veoma širokom temperaturnom području
-nisku granicu detekcije
Detektori u gasnoj hromatografiji:
1. Detektor termičke provodljivosti
2. Plameno-jonizacioni detektor
3. Detektor apsorpcije elektrona (jonizacija radioaktivnim zračenjem)

1. KATAROMETRI (ćelija za toplotnu provodljivost ili detektor termičke provodljivosti))
-Mjeri razliku u toplotnoj provodljivosti čistog gasa nosača i gasa nosača koji izlazi iz kolone i koji
sadrži komponente uzorka tj. mjeri se promjena toplotne provodljivosti gasa nosača kad se u njemu
pojavi komponenta-nastala struja srazmjerna c kompnente
-Kroz kanal jedne ćelije protiče čist gas nosač (referentna ćelija), a kroz drugu ćeliju gas nosač nakon
izlaska iz hromatografske kolone (mjerna ćelija)
-Razlika u toplotnoj provodljivosti indicira se promjenom električnog otpora zagrijane platinske žice u
struji gasa (kao osjetni element služi zagrijani otporni termometri od platine ili volframa)
-Nedestruktivan i male osjetljivosti (~2-5 μg/ml)

2. PLAMENO-JONIZACIONI DETEKTOR
-Sastoji se iz plamenika u kojem sagorjeva vodonik u
prostoru gdje je osiguran dovoljan pristup vazduha.
-Plamenik je smješten između dvije suprotno
naelektrisane elektrode, od kojih jedna može biti sam
plamenik dok druga elektroda okružuje plamen (tzv.
sabirna elektroda). Gas iz hromatografske kolone se
kontinuirano uvodi u plamen.
-Organski spojevi koje gas nosi iz kolone jonizuju na
visokoj temperaturi plamena dajući jone koji se
skupljaju na odgovarajućoj elektrodi a rezultujuća
jonizaciona struja se pojačava i mjeri. Nastala
jonizaciona struja odgovara količini (koncentraciji)
komponente.
-Detektuje samo organska jedinjenja a ne: He, O2, N2,
CO, CO2, H2O, SO2,...
-Osjetljivost-vrlo visoka (10-12
g), destruktivan

3. ELEKTRON-APSORBUJUĆI DETEKTOR ili detektor na bazi zahvata e-
-sastoji se iz dvije elektrode pod naponom, od kojih je jedna presvučena radioaktivnim materijalom koji
emituje β-zrake
-kada gas-nosač donese neku komponentu koja ima sklonsot da zahvata e- (β-zracima), smanjuje se
provodljivost i jačina struje koja teče između elektroda
-vrlo osjetljiv na jedinjenja koja sadrže: kiseonik, sumpor, fosfor, halogenide, nitro-grupe; slabo osjetljiv
na etere i uglikovodonike, stoga se koristi za analizu: insekticida, pesticida i alkil-olova u benzinu.
-osjetljivost detektora ( g) jednostavan i jeftin;
-gas-nosač mora biti potpuno suv jer je detektor
osjetljiv na vlagu
13
10−
≈

 INERTNI NOSAČ – služi kao podloga (nosač) na koju se nanosi sloj selektivne
tečnosti - stacinarna faza
Ne smije:
-reagovati sa tečnom fazom ili uzorkom ni na povišenim T
-pokazivati adsorptivnu moć prema uzorku
Mora biti:
-velika SP (do 20 m²/g), male, jednake porozne čestice-homogenije punjenje; što
homogenije punjenje jer je direktno proporcionalno visini HETP
-termički i hemijski stabilan
-mehanički otporan
-količina selektivne tečnosti koja se nanosi 0,5-30%
-koristi se: silikagel, aktivni ugalj, dijatomejska zemlja, glina, zeolit, staklo, pijesak,.....
Inertni nosač: dijatomejska zemlja-sitnozrnasti laki i porozni prah; sastoji se od 70-90%
amorfnog SiO2, 3-7% vode i male količine organskih primjesa. Nastao od skeleta uginulih
algi, jednoćelijskih vodenih biljaka mikroskopske veličine. Materijal se mrvi do željene
veličine uz zagrijavanje. Komercijalno ime GHROMOSORB

TEČNA STACIONARNA FAZA
Prednost podeone nad adsorpcionom gasnom hromatografijom
-veći izbor tečnih faza nego što ima adsorbenasa
-dobro definisan kvalitet i velika čistoća tečnih faza
-mogućnost promjene sadžaja tečne faze
-konstantan koeficijent raspodjele
-nedostatak tečne stacionarne faze-isparljivost , onemogućava rad na višim T (krvarenje kolone)
-većina tečnih stacionarnih faza na sobnim T čvrste ili u vidu viskozne tečnosti, dok su potpuno tečne na
T hromatografisanja
mora biti:
-Selektivnost- sposobnost da se razdvoje jedinjenja, u velikoj mjeri vezana za njenu polarnost, pravilo
sličnosti (polarnost tečne stacionarne faze bira se prema polarnosti kompnenti)
-Dobar rastvarač- za sve komponente uzorka, ako je ovaj uslov ispunjen odjeljivanje će biti dobro, čak
i ako ostali uslovi nisu ispunjeni; ako je topljivost slaba komponente uzorka se brzo eluiraju, pa izlaze iz
kolone neodjeljene;
-Mala isparljivost- napon pare kod radne T treba biti 0,01-0,1 mm Hg
-Termički stabilna i kod povišenih T
-Hemijski inertna prema komponentama smjese
Poželjno – tanak film tečne stacionarne faze – HETP niži – odjeljivanje bolje
- količina selektivne tečnosti 0,5-30% (ako je >30% HETP naglo raste)

ČVRSTA STACIONARNA FAZA - ADSORBENSI
Visoku vrijednost SP-visoku poroznost, odjeljivanje bolje ako je veća poroznost i SP
upotrebljenog adsorbensa;
-kolone punjene adsorbensom imaju veliku primjenu kod odjeljivanja gasova (O2, N2,
CO,...).
Nedostaci:
-u gasnoj adsorpcionoj hromatografiji vezani su za teškoće pripreme i standardizacije
adsorbensa; proces pripreme nije reproducibilan pa se aktivnost površine razlikuje i kod
uzoraka pripremljenih na isti način;
Koristi se: aktivni ugalj,silikagel, zeoliti, Al-oksid,umrežani polistireni (trg. Porapak,
Polypak,...),...

EFIKASNOST RAZDVAJANJA U GASNOJ HROMATOGRAFIJI ZAVISI OD:
 Dimenzije kolone -utiču na razdvajanje; razdvajanje zavisi od dužine i širine kolone;
duža i uža-razdvajanje bolje; jako duge kolone-dovode do pada pritiska a time i protoka
duž kolone-loše razdvajanje,pikovi razvučeni
 Punjenje kolone (silikagel, zeolit, aktivni ugalj, Al-oksid,....), treba da je što homogenije
(utiče na kretanje molekula odjeljivane supstance u različito orijentisanim prostorima
između zrana punjenja)
 Temperatura kolone (50-300ºC): utiče na selektivnost jer K zavisi od T
T↑, K↓, (povećava se difuzija u tečnoj fazi, smanjuje se vrijeme zadržavanja)-pikovi su
simetrični i oštri,ali je malo rastojanje između pikova
T↓, VR↑, (dobijaju se razvučeni pikovi)
OPTIMALNA T KOLONE – približno jednaka vrelištu odjeljivane komponente
 Protoka mobilne faze (gasa nosača)

EFIKASNOST RAZDVAJANJA U GASNOJ HROMATOGRAFIJI ZAVISI OD:
Tip kolone vs. odijeljivanje
Punjena kolona:
-slabije odijeljivanje
-manje pikova
-manje tavana
Kapilarne kolone:
-potrebno manje uzorka
-bolje odijeljivanje
-više pikova
-brža analiza

Karakteristike hromatograma
Hromatogram – grafički prikaz (zapis) hromatografskog razdvajanja; kriva zavisnosti jačine signala
(u mV) od vremena (s, min,...)
Pik – svaki signal na hromatogramu odgovara jednoj komponenti
Površina pika (površina signala ) proporcionalna je koncentraciji komponente – kvantitativna analiza
Retenciono vrijeme (tR) i retencina zapremina (VR) – pri datim radnim uslovima (T kolone, protok
gasa nosača, dužina kolone, količina tečne faze,...) karakteristično je za tu komponentu – kvalitativna
analiza
Veličina mjernog signala (OD) u
funkciji vremena zadržavanja komponente
smješe u koloni
Veličina mjernog signala (OD) u funkciji
zapremine mobilne faze koja je potrebna
da eluira komponente iz kolone

Mrtvo vrijeme (tm) - vrijeme od unošenja uzorka do pojave maksimuma pika mobilne faze (ili:
vrijeme potrebno da kroz istu kolonu prođu molekuli mobilne faze)
Retenciono vrijeme (korigovano i nekorigovano)
-nekorigovano – rastojanje od starta do pika date komponente; retenciono vrijeme tR je vrijeme
potrebno da komponenta prođe kroz kolonu dužine L, a mjeri se od trenutka ulaska komponente u
kolonu do pojave maksimuma njenog pika
-korigovano (= tR – tm)rastojanje od pika prazne zapremine do pika date komponente

Retenciona zapremina (korigovana i nekorigovana)
- Vm je zapremina mobilne faze potrebna da se kroz istu kolonu eluira neka inertna komponenta
(“mrtva zapremina”)
- nekorigovana - neke komponente jeste zapremina mobilne faze potrebna za eluiranje komponente
do pojave maksimuma njenog pika, VR (ili: zapremin zadržavanja mobilne faze ili retenciona
zapremina)
-korigovana (= VR –Vm) - zapremina od pika prazne zapremine do pika date komponente

Kvalitativna analiza (identifikacija, šta je to?)
- Retenciono vrijeme, tR
- Retenciona zapremina, VR
Kvantitativna analiza (količina komponente)-površina ispod signala (pika)
predstavlja količinu koju komponenta ima u smjesi
Površina ispod pika se mjeri:
-automatski (elektronski integrator)
-računski, približno (P=a x (h/2))
-širina pika –oznaka W ili a (=) s, min, h, μl, ml, l; mjeri se između
tačaka u kojima su tangente povučene u tačkama infleksije pika;
sijeku se sa baznom linijom

PRIMJENA GH
 Gasovi (plemeniti, atmosferski (N2, H2, CO,...), korozivni (Cl2, Br2,...), ugljikovodonici (C2-C5),
gasovi u metalima (<0,002%)
 Lako isparljiva organska jedinjenja: petrolej i njegovi derivati, estri, eteri, merkaptani,
kiseline, alkoholi, fenoli, ketoni, amini, piridini,...
 Laboratorija- 1 ml krvi (% rastvorljivosti O2, N2, CO2 i CO), alkohol
 Toksikologija- isparljivi otrovi (metanol, etanol, izopropanol, aceton i acetaladehid)
 Klinička hemija- praćenje terapijskih doza lijekova
 Forenzika-analiza tjelesnih tečnosti (prisustvo ilegalnih supstanci)
- krv i vlakna (produkti namjernih paljenja)
-lako zapaljive tečnosti
 Ograničenje: gasovi i isparljiva organska jedinjenja malih molnih masa

-vrlo osjetljiva metoda (~10-15
g)
-Brza
-potrebne male količine uzorka (≤10 μl)
-mogućnost povezivanja sa MS
NEDOSTACI
-ispitivana jedinjenja moraju biti isparljiva
-organska jedinjenja (M ≤ 500)
-visoke T kolone (> 300ºC) pospješuju isparavanje ali dolazi do
degradacije
PREDNOSTI

GC hromatogram komercijalno dostupnog uzorka gasa

Gasna hromatografija

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Destaque

Destaque (20)

Gasna hromatografija