Gaasikromatograafia

Gaasikromatograafia (GC) on kromatograafia meetod lenduvate ühendite segu lahutamiseks paljukordse sorptsiooni ja desorptsiooni tingimustes.

Gaasikromatograafias kasutatakse kandegaasi (H₂, N₂, He, Ar) voolu ainete segu kromatograafilisest täidiskolonnist või kapillaarkolonnist läbivoolutamiseks. Lahutatav proov viiakse aurustisse ja sealt edasi kolonni gaasilisel kujul kandegaasi vooluga. Seega sel meetodil saab lahutada aineid, mis aurustuvad ilma lagunemiseta. Gaasikromatograafilisi meetodeid rakendatakse põhiliselt analüütilistel, harvem preparatiivsetel eesmärkidel. Vastavaid seadmeid nimetatakse gaasikromatograafideks. Kõrvaloleval joonisel on lihtsustatult toodud gaasikromatograafilise seadme skeem. Kromatograafilise kolonni väljundis registreeritakse detektori signaal, mis on proportsionaalne komponendi kontsentratsiooniga. Signaal töödeldakse registraatoris ja tulemus esitatakse tavaliselt komponentide kontsentratsiooni ajalisele muutusele vastavate piikidena – seda tulemust nimetatakse kromatogrammiks.

Kõige tõhusamateks ja enimkasutatavateks on osutunud gaasi-vedelikukromatograafia (GLC) meetodid (tihti nimetatakse neid lihtsustatult gaasikromatograafiaks), kus ainete eraldamine toimub pikas klaasist või kvartsist kapillaarkolonnis (siseläbimõõduga mõni kümnendik millimeetrit ja pikkusega 10–50 m), mille sisepind on kaetud sobiva vedeliku (statsionaarne faas) õhukese kihiga. Selleks võivad olla mitmesuguse polaarsusega raskltlenduvad termiliselt püsivad vedelikud, nagu polüsiloksaanid, polünitriilid, polüalkoholid jt. Gaasi-vedelikukromatograafia on üks jaotuskromatograafia meetod – komponentide lahutumine toimub nende erineva vedelikus ja gaasis jaotumise alusel. Kromatografeerimise optimeerimiseks kasutatakse vajadusel lahutustsükli käigus kolonni temperatuuri või kandegaasi rõhu või kulu muutmist vastavalt etteantud ajalisele programmile. Gaasikromatograafias võib osutuda vajalikuks aine polaarsuse, lenduvuse või stabiilsuse muutmine derivatiseerimisega.

Teatud valdkondades, näiteks anorgaaniliste gaaside analüüs, kasutatakse vedelikuga imprigneerimata tahket statsionaarset faasi (Al₂O₃, tseoliit, polümeer). Nimetatakse seda gaasi-tahkekromatograafiaks (GSC). Siin tahke liikumatu faasi osakesed adsorbeerivad proovi komponente erinevalt.

Gaasikromatograafia meenutab fraktsioneerivat destillatsiooni, sest mõlemad protsessid eraldavad komponente nende segust: ühel juhul ainete paljukordse sorptsiooni ja desorptsiooni tingimustes ning teisel juhul paljukordse aurustumise ja kondensatsiooni tingimustes. Erinevus seisneb selles, et fraktsioneerivat destillatsiooni kasutatakse ainete eraldamiseks suures koguses, aga gaasikromatograafiat kasutatakse palju väiksemate koguste korral.

Ajalugu

Kromatograafia ajalugu algab aastast 1903, vene teadlase Mihhail Tsveti tööst. Saksa doktorant Fritz Prior töötas 1947 välja gaasikromatograafia tahketel materjalidel. Archer John Porter Martin, kes pälvis Nobeli auhinna oma osa eest vedeliku-vedelikukromatograafia (1941) ja paberkromatograafia (1944) väljatöötamisel, pani aluse gaasikromatograafia arengule ja hiljem ka gaasi-vedelikukromatograafiale (1950).

Eestis alustati gaasikromatograafiaalast uurimistööd ja hakati välja töötama vastavat aparatuuri 1960. aastatel TA Keemia Instituudis (Olaf Eiseni juhtimisel). Analüütilisi ja preparatiivseid kromatograafe konstrueeriti ja valmistati TA Spetsiaalses Konstrueerimisbüroos ja Võru Gaasianalüsaatorite Tehases.

Proovi sisestamine

Vastavalt vajadusele on kasutusel erinevad proovi kolonni sisestamise viisid.

Gaasikromatograafias on analüüsitavad proovid enamasti suhteliselt kergesti lenduvad vedelikud. Need viiakse mikrosüstlaga aurustisse, kust kandegaas proovi aurud läbi kolonni kannab.
Gaasiliste proovide korral kasutatakse gaasidosaatoreid.
Jagajaga või ilma jagajata (split/splitless) sisestus. Esimesel juhul jõuab ainult väike osa proovist kolonni ja enamus suunatakse kambrist välja jääkidesse. Teisel juhul juhitakse kogu proov kolonni.
Otse kolonni (on-column) sisestus. Kogu proov süstitakse otse kolonni, kusjuures termostaadi temperatuur on madal ja proovi komponendid kondenseeruvad kolonni alguses. Edasi temperatuuri tõstetakse ja proov aurustub ning kantakse läbi kolonni. Nii saab analüüsida ebastabiilseid aineid, mis kõrge temperatuuri toimel lagunevad.
Aurufaasi sisestus. Seda kasutatakse komplekse proovi korral selles esinevate lenduvate ühendite analüüsiks: ainult lenduvad ühendid jõuavad proovi kohal olevasse aurufaasi, mille osak süstitakse kolonni.
Tahke faasi mikroekstraktsioon (SPME). Kasutatakse polümeeriga kaetud 1 cm pikkust kvartsklaasist fiibrit, mis asub spetsiaalses süstlanõelas.

Gaasikromatograaf-massispektromeeter

Gaasikromatograaf-massispektromeeter (GC-MS) väljastab iga kromatograafiliselt lahutunud komponendi massispektri. Seda meetodit rakendatakse siis, kui teiste meetoditega on komponente identifitseerida raske.

Kolonnist väljuvaid komponente pommitatakse ioonkiirega, mille toimel laguneb aine erineva massiga ioonideks, s.t ainele iseloomulikeks fragmentideks. Fragmentide koguspektri ehk massispektri järgi komponent identifitseeritakse.

Vaata ka