Wie funktioniert Gaschromatographie?

Die Gaschromatographie, auch bekannt als GC, ist eine analytische Methode, die zur Trennung und Analyse von Verbindungen in einem Gemisch verwendet wird. Das Verfahren kombiniert Adsorptions- und Verteilungschromatographie. Gaschromatographie eignet sich für Analyten, die gasförmig sind oder ohne Zersetzung verdampft werden können. Als mobile Phase wird ein Inertgas wie Stickstoff oder Helium verwendet. Auch Wasserstoff kann benutzt werden. (Da Wasserstoff aber nicht inert und zudem brennbar ist, müssen hier spezielle Maßnahmen getroffen werden.) Das Trägergas durchläuft eine lange, feine Kapillarsäule. Die Säule, die meist aus Quarzglas besteht, ist mit einer stationären Phase ausgekleidet, welche die Trennung maßgeblich beeinflusst.  Die Säule wird zudem um einen Drahtkäfig gewickelt, so dass auch Säulen mit großer Länge (bis zu 200 m) in einem temperierten Ofen untergebracht werden können. 

Einzelne Komponenten der Probe verbleiben abhängig von ihren Eigenschaften unterschiedlich lange auf der stationären Phase auf der Innenseite der Säule, bevor sie am Ende von einem Detektor nachgewiesen werden. Hier erfolgt die Erkennung der Analyten. Die Daten können mittels eines Chromatogramms grafisch dargestellt und ausgewertet werden. Durch das Aufheizen des Säulenofens während eines Chromatographielaufs geschieht die Trennung der Verbindungen. Diese trennen sich anhand des Dampfdrucks in Kombination mit den Wechselwirkungen der Verbindungen mit der stationären Phase. 
Die Stärke dieser Wechselwirkungen wird durch die Struktur und die funktionellen Gruppen der chemischen Komponenten bestimmt. Polare Trennphasen können zum Beispiel polare Wechselwirkungen, wie Wasserstoffbrückenbindungen oder Donor-Akzeptor-Bindungen, aufweisen und eignen sich daher auch für die Trennung von polaren Verbindungen.  

Durch eine Derivatisierung können auch schwer verdampfbare Analyten in die Gasphase überführt werden, wodurch diese erst der GC-Technik zugänglich werden. 

Zusätzlich zur Säule und dem Detektor besteht ein Gaschromatograph aus einem Injektor, in welchem die flüssige Probe verdampft wird. Die Probe wird also in den Injektor injiziert, verdampft und durch das Trägergas in die Trennsäule weitergeleitet. Diese befindet sich wiederum in einem Ofen, der temperiert ist. Am Ausgang der Säule erkennt der Detektor die Verbindungen, die das System verlassen, und erzeugt für sie elektronische Signale. Diese Signale werden verarbeitet und als „Peaks“ im Chromatogramm aufgezeichnet für die spätere Auswertung. Die Dauer einer Trennung eines Gemisches kann je nach Applikation kürzer oder länger sein. 

Aufbau eines GC´s: 1 Trägergas, 2 Injektor, 3 Ofen mit Kapillarsäule, 4 Detektor (FID), 5 Chromatogramm

Für unterschiedliche Applikation werden unterschiedliche Detektoren, Injektoren und Kapillarsäulen genutzt.  

Gängige Injektoren sind:

• Split/Splitless-Injektoren (SPL), dieser Injektortyp ist der gebräuchlichste und universellste in der GC.
• On-Column-Injektionen (OCI)., der OCI eignet sich hervorragend für die Analyse von sehr hoch-siedende Analyten.  
• Kaltaufgabesysteme (PTV), eignet sich für die Probenaufgabe von thermolabilen Komponenten. 
• Festphasenmikroextraktion (SPME), mit dem SPME-Verfahren können spezielle Analyten stark angereichert und damit die Nachweisgrenze verbessert werden. 
• Headspace-Probengeber, eignet sich für die Analyse von flüchtigen Komponenten in flüssigen und festen Proben. 
• Purge & Trap-Systeme, hierbei werden flüchtige Komponenten in flüssigen Proben stark aufkonzentriert. 
• Pyrolysator, durch die hohen Temperaturen ohne Sauerstoffatmosphäre werden langkettige Proben (Polymere) gecrackt und können per GC analysiert werden. 

Wichtige Kenngrößen der Trennsäulen sind:

• der Säulendurchmesser
• die Säulenlänge
• welche stationäre Phase 
• Polarität der stationären Phase

Folgende Detektoren werden eingesetzt:

• Flammenionisationsdetektor (FID), allgemein für die Quantifizierung organischer Verbindungen, ist der am meisten verbreitete Detektor in der Gaschromatographie 
• Wärmeleitfähigkeitsdetektor (WLD o. engl. TCD), gut geeignet für Permanentgase 
• Flammenphotometrischer Detektor (FPD), elementspezifisch 
• Schwefel-Chemilumineszenz-Detektor (SCD) 
• Elektroneneinfangdetektor (ECD), für halogenierte organische Verbindungen 
• Massenspektrometer, massenselektiver Detektor (MS oder MSD)
• Ionen-Mobilitäts-Spektrometer (IMS) für flüchtige organische Verbindungen 
• Geruchsdetektor (menschliche Nase) interessant für die Aroma- und Fehlaromenanalyse 

Welche Gaschromatographen bieten wir an?