Injektion von Proben
4.1. Injektionsvolumen der Probe
Die Richtlinien für Probeninjektionsvolumen sind wie folgt: Ist das Injektionsvolumen zu groß, wird die Peakform verzerrt oder der Injektionsport verschmutzt, was zu Problemen führen kann.
Flüssigproben werden beim Einspritzen in die Säule gasförmig. Flüssigkeit 1 µL → (Verdampfung) → Gas, Volumen: Einige Hundert bis 1000 µL
→ Bei Kapillaranalysen ist es wichtig, wie die Probe effizient in die Säule injiziert werden kann.
Verdampfungsvolumen von Flüssigproben
Verdampfungsvolumina verschiedener Lösungsmittel bei einer Injektionstemperatur von 250 °C und einem Druck von 140 kPa:
| Lösungsmittel | Injektionsvolumen (µL) | |
|---|---|---|
| 1 | 2 | |
| Isooctan | 110 | 220 |
| N-Hexan | 140 | 280 |
| Toluol | 170 | 340 |
| Ethylacetat | 185 | 370 |
| Aceton | 245 | 490 |
| Dichlormethan | 285 | 570 |
| Schwefelkohlenstoff | 300 | 600 |
| Acetonitril | 350 | 700 |
| Methanol | 450 | 900 |
| Wasser | 1010 | 2020 |
4.2. Probeninjektionsmethoden
Für die Kapillaranalyse stehen verschiedene Probeninjektionsmethoden zur Verfügung.
Heiße Injektion
- Split: Ein Großteil der Probe wird entfernt, nur ein Teil wird in die Säule injiziert.
- Splitless: Keine Aufteilung, aber nur für 1 bis 2 Minuten nach der Injektion.
- Totalvolumen-Injektion (Direktinjektion): Es gibt keinen Aufteilmechanismus.
Kalte Injektion
- Cold On-Column Injection (OCI)
- Programmierbare Temperatur-Verdampfung (PTV)
Referenzinformation
Richtlinien für geeignete Proben, Injektionsvolumina und Säulen für jede Injektionsmethode:
Diese Tabelle zeigt die Standard-Probeninjektionsvolumina und Säulen für jede Injektionsmethode.
| Injektionsmethode | Heiße Injektion | Kalte Injektion | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Split | Splitless | Totalvolumen | Cold On-Column Injection | Programmierbare Temperatur-Verdampfung | |
| Flüssigprobe | Ja | Ja | Ja | Ja | Ja |
| Gasprobe | Ja | －*1 | Ja | － | － |
| Injektionsvolumen | Flüssigprobe: max. 2 µL Gasprobe: max. 1 mL |
max. 2 µL | Flüssigprobe: max. 2 µL Gasprobe: max. 0,5 mL |
0,5 bis 2 µL | 1 bis 8 µL |
| Säule | Keine Begrenzung für I.D. oder Länge | I.D. mindestens 0,25 mm | Wide-Bore-Säulen mit einem I.D. zwischen 0,45 und 0,53 mm |
Wide-Bore-Säulen mit einem I.D. von 0,53 mm × 30 m |
Keine Begrenzung für I.D. oder Länge |
*1: Wenn ein zusätzlicher Niedertemperatur-Ofenregler installiert ist und die Anfangstemperatur der Säule auf 0 °C oder weniger gesenkt werden kann, können einige Komponenten auch mit der Splitless-Methode analysiert werden.
Spritzen
Für die Injektion von Proben in ein GC-Gerät wird für Flüssigproben eine Mikrospritze und für Gasproben eine gasdichte Spritze verwendet.
4.3. Split-Injektionsmethode
Die Split-Injektionsmethode ist die am weitesten verbreitete Injektionsmethode für die Kapillaranalyse. Der optimale Säulendurchfluss (mittlere lineare Geschwindigkeit) für die Trennung kann eingestellt werden, wodurch eine Analyse mit besonders hoher Trennleistung möglich ist. Sie kann in einem weiten Konzentrationsbereich von mittleren bis hohen Konzentrationen durchgeführt werden und ist für Proben mit relativ hoher Konzentration geeignet.
Ein Teil des Trägergases strömt in die Septumspüllinie, um die am unteren Ende des Septums austretenden Komponenten zu entfernen. Der Rest strömt in den Liner des Probeninjektionssystems. Ein Teil davon verzweigt sich in die Säule, der Rest fließt zu zur Split-Linie (Split). Bei dieser Injektionsmethode wird der Großteil der Probe ausgeschlossen. Nur ein Teil wird in die Säule injiziert. Aus diesem Grund ist sie für Spurenanalysen nicht geeignet.
Schematische Darstellung
Beispiel mit einem Split-Verhältnis von 49
- Ist das Split-Verhältnis gering, kann sich der Peak am Injektionsport ungewollt verbreitern, was die Trennung verringert.
- Da nur ein Teil der injizierten Probe in die Säule gelangt, muss der verdampfte Probenanteil einheitlich sein.
→ Platzieren Sie unbedingt Silikawolle im Glas-Liner. Je nach Probe variieren Sie Menge und Position der Wolle oder des Füllmaterials im Liner.
4.4. Splitless-Injektionsmethode
Diese Methode wird für Proben mit niedriger Konzentration verwendet, die eine höhere Empfindlichkeit erfordern als die Split-Methode.
Im Zusammenhang der Kapillaranalyse handelt es sich um eine relativ eingeschränkte Analysemethode bezüglich der einsetzbaren Komponenten, daher wird sie hauptsächlich für Spurenanalysen (einige Dutzend ppm oder weniger) verwendet.
Die Zeit vom Injizieren der Probe bis zum Öffnen der Split-Line wird als Samplingzeit (Splitless-Zeit) bezeichnet. Proben, die nicht innerhalb dieser Zeit injiziert werden, werden entfernt.
Das in die Säule injizierte Probenvolumen wird durch eine Formel bestimmt: Säulendurchfluss × Zeit. (Dies ist unabhängig vom Split-Verhältnis.)
Eine Peakverbreiterung kann vermieden werden, indem während der Samplingzeit die Säulentemperatur unter dem Siedepunkt der Probe gehalten wird.
Schematische Darstellung
Beispiel mit einem Split-Verhältnis von 49
- Eine Septumspüllinie ist erforderlich, um die Auswirkungen von Probenrückständen und vom Septum stammenden Verbindungen zu verringern.
- Eine programmierte Temperaturanalyse ist unerlässlich.
- Die Methode ist nicht geeignet für Gasproben, Lösungsmittelproben mit niedrigem Siedepunkt oder Bestandteile, die nahe am Lösungsmittel eluieren.
- Die Methode ist schwer auf Komponenten anzuwenden, die schneller eluieren als das Lösungsmittel.
4.5. Totalvolumen-Injektionsmethode
Bei der Totalvolumen-Injektionsmethode kann die gesamte Probe in die Säule injiziert werden.
Bei dieser Methode wird ein Injektionsport mit einer Wide-Bore-Säule mit einem Innendurchmesser von mindestens 0,45 mm verbunden. Wie bei der Analyse mit gepackten Säulen wird nahezu die gesamte injizierte Probe in die Säule eingeführt. Es gibt zwei Arten: Bei der einen wird die Analyse durchgeführt, indem ein WBC-(Wide Bore Capillary Column)-Adapter am Probeninjektionssystem für gepackte Säulen angebracht wird. Bei der anderen erfolgt die Analyse über einen speziellen Injektionsport für Totalvolumen-Injektionen.
Schematische Darstellung
- Wenn Sie den WBC-Adapter verwenden, stellen Sie den Trägergasdurchfluss auf 8 bis 10 mL/min ein. Ist der Säulendurchfluss zu gering, dauert es zu lange, bis die injizierte Probe in die Säule gelangt, was die Trennung verringern kann.
4.6. Cold On-Column Injection (OCI)-Methode
Dies ist eine hochpräzise Analysemethode mit sehr guter Flächenwiederholbarkeit. Es handelt sich um die GC-Analysemethode mit der geringsten Pyrolyse der Probe. Sie ist für Proben mit niedrigen Konzentrationen von der zu messenden Komponente geeignet. (Einsetzbar für Proben mit Konzentrationen von etwa 200 ppm oder weniger pro zu analysierender Komponente.)
Bei dieser Injektionsmethode wird die Probenlösung direkt injiziert, indem die Spitze der Mikrospritzenadel direkt in die Kapillarsäule eingeführt wird, während die Temperatur des Injektionsports unterhalb des Siedepunkts des Lösungsmittels gehalten wird. Danach können die Komponenten durch Erhöhung der Temperatur im Injektionsport und in der Säule direkt und schonend innerhalb der Kapillarsäule verdampft werden. Die Spitze der Kapillarsäule entspricht dabei einer Injektionseinheit.
Schematische Darstellung
- Da die Probe direkt in die Säule injiziert wird, neigt die Säule dazu, zu verschmutzen. Eine regelmäßige Wartung ist erforderlich.
4.7. Programmierbare Temperatur-Verdampfung (PTV)
Bei dieser Injektionsmethode wird der Port beim Injizieren der Probe auf eine Temperatur unterhalb des Siedepunkts des Lösungsmittels eingestellt. Nach der Injektion wird der Injektionsport schnell erhitzt, wodurch die Probe verdampft. Veränderungen in der Zusammensetzung (Diskriminierung) durch Erhitzen von Stoffen, die an der Spitze der Spritzennadel verbleiben, sind minimal. Daher eignet sich diese Methode besonders für die Analyse von thermisch instabilen Verbindungen (die zu Zersetzung neigen).
Im Gegensatz zur OCI-Analyse wird ein Glas-Liner verwendet, und die Methode kann sowohl für Split- als auch für Splitless-Analysen eingesetzt werden, sodass sie für Proben mit niedriger und hoher Konzentration geeignet ist. Bei dieser Analysemethode wird die Säule auch bei vielen relativ nichtflüchtigen Komponenten nicht stark verschmutzt. Große Injektionsvolumina (LVI) können durchgeführt werden, wenn eine GC-Anlage mit elektronischem Durchflussregler (AFC) zur Steuerung des Trägergasflusses verwendet wird.
Schematische Darstellung
- Eine programmierte Temperaturanalyse ist erforderlich.
- Die Anfangstemperatur der Säule sollte unter dem Siedepunkt des injizierten Lösungsmittels eingestellt werden (etwa identisch mit der Anfangstemperatur für PTV).
