INSTRUMEN KIMIA 6

Cromatographi Gas

Aplikasi fungsi/kegunaan:
1. Memisahkan dan menganalisis senyawa yang dapat menguap tanpa dekomposisi
2. Pengujian kemurnian zat tertentu
3. memisahkan komponen yang berbeda dari campuran (jumlah relatif komponen tersebut juga dapat ditentukan)
4. Mengidentifikasi suatu senyawa
5. Mempersiapkan senyawa murni dari campuran
Suatu kromatograf gas adalah instrumen analisis kimia untuk memisahkan bahan kimia dalam sampel yang kompleks. Suatu gas kromatograf menggunakan flow-through tabung sempit yang dikenal sebagai kolom, melalui konstituen kimia yang berbeda dari suatu sampel lulus dalam aliran gas (carrier gas, fase mobile) dengan kecepatan yang berbeda tergantung pada berbagai kimia dan sifat fisik dan interaksi mereka dengan mengisi kolom tertentu, yang disebut fase stasioner. Sebagai bahan kimia keluar akhir kolom, mereka terdeteksi dan diidentifikasi secara elektronik. Fungsi fase stasioner dalam kolom ini adalah untuk memisahkan komponen yang berbeda, sehingga masing-masing untuk keluar dari kolom pada waktu yang berbeda (waktu retensi). Parameter lain yang dapat digunakan untuk mengubah urutan atau waktu dari retensi adalah laju aliran gas pembawa, dan suhu.
Dalam kromatografi gas, fase bergerak (atau "mobile phase") adalah pembawa gas, biasanya gas inert seperti helium atau gas yang tidak reaktif seperti nitrogen. Fase stasioner mikroskopis cairan atau lapisan polimer pada dukungan solid inert, dalam sepotong tabung kaca atau logam yang disebut kolom (sebuah penghormatan pada kolom fractionating digunakan dalam penyulingan). Alat yang digunakan untuk melakukan kromatografi gas disebut gas kromatograf (atau "aerograph", "gas pemisah").

Senyawa gas yang dianalisis berinteraksi dengan dinding kolom, yang dilapisi dengan berbagai fase stasioner. Hal ini menyebabkan setiap senyawa elute pada waktu yang berbeda, dikenal sebagai waktu retensi dari senyawa. Perbandingan retensi adalah apa yang memberikan kegunaan GC yang analitis.
Kromatografi gas pada prinsipnya mirip dengan kromatografi kolom (dan juga bentuk kromatografi yang lain, seperti HPLC, TLC), namun memiliki beberapa perbedaan. Pertama, proses memisahkan senyawa dalam campuran dilakukan antara fase diam cair dan gas fase bergerak, sedangkan pada kromatografi kolom fase stasioner yang solid dan bergerak fase cair. (Demikian nama lengkap dari prosedur adalah "kromatografi gas cair", mengacu pada mobile dan fase stasioner masing-masing.) Kedua, kolom yang melaluinya melewati fase gas terletak di oven dimana temperatur gas dapat dikendalikan, sedangkan kromatografi kolom (biasanya) tidak memiliki kontrol suhu tersebut. Ketiga, konsentrasi senyawa dalam fase gas adalah semata-mata fungsi dari tekanan uap gas.
Kromatografi gas juga sama dengan distilasi fraksional, karena kedua proses memisahkan komponen dari suatu campuran terutama didasarkan pada titik didih (atau tekanan uap) perbedaan. Namun, penyulingan fraksional biasanya digunakan untuk memisahkan komponen dari campuran dalam skala besar, sedangkan GC dapat digunakan pada skala yang lebih kecil (yaitu mikro).
Dalam analisis GC, diketahui volume gas atau cairan analyte disuntikkan ke dalam "masuk" (kepala) dari kolom, biasanya menggunakan microsyringe (atau, serat microextraction fase padat, atau sumber gas sistem switching). Sebagai gas pembawa menyapu analyte molekul melalui kolom, gerakan ini dihambat oleh adsorpsi dari molekul analyte baik ke dinding atau ke kolom mengemasi bahan-bahan dalam kolom. Tingkat di mana molekul-molekul kemajuan sepanjang kolom tergantung pada kekuatan adsorpsi, yang pada gilirannya tergantung pada jenis molekul dan pada fase stasioner material. Karena setiap jenis molekul memiliki tingkat perkembangan yang berbeda, berbagai komponen dari campuran analyte dipisahkan sebagai kemajuan mereka sepanjang kolom dan mencapai akhir kolom pada waktu yang berbeda (waktu retensi). Sebuah detektor digunakan untuk memantau arus keluar dari kolom; demikian, waktu di mana masing-masing komponen mencapai outlet dan jumlah komponen yang dapat ditentukan. Umumnya, zat diidentifikasi (secara kualitatif) dengan urutan di mana mereka muncul (elute) dari kolom dan pada waktu retensi dari analyte dalam kolom.
Para autosampler menyediakan sarana untuk memperkenalkan sebuah sampel secara otomatis ke dalam sisi masuk. Manual penyisipan sampel Dimungkinkan tetapi tidak umum lagi. Penyisipan otomatis menyediakan reproduktifitas lebih baik dan waktu-optimasi.
Autosamplers dapat digolongkan dalam kaitannya dengan kapasitas sampel (auto-injector vs autosamplers, di mana auto-injector dapat bekerja sejumlah kecil sampel), untuk robot teknologi (robot XYZ vs berputar robot - yang paling umum), atau untuk analisis:
* Liquid
* Static kepala-ruang dengan teknologi jarum suntik
* Dynamic kepala-ruang dengan garis transfer teknologi
* Solid fase microextraction (SPME)
Autosampler produsen tradisional berbeda dari GC produsen dan produsen Saat ini tidak ada GC menawarkan rangkaian lengkap autosamplers. Secara historis, negara yang paling aktif dalam pengembangan teknologi autosampler adalah Amerika Serikat, Italia dan Swiss.
Inlet kolom (atau injector) menyediakan sarana untuk memperkenalkan sebuah sampel menjadi aliran kontinu carrier gas. Inlet adalah perangkat keras yang melekat pada kepala kolom.
* S / SL (Split / Splitless) injector; sampel dimasukkan ke dalam air panas ruangan kecil melalui jarum suntik melalui septum - memfasilitasi panas penguapan sampel dan sampel matriks. Gas pembawa maka baik menyapu keseluruhan (splitless mode) atau sebagian (split mode) dari sampel ke dalam kolom. Dalam modus split, bagian dari sampel / pembawa campuran gas di ruang injeksi habis melalui lubang angin yang terbelah. Split injeksi lebih disukai ketika bekerja dengan analyte sampel dengan konsentrasi tinggi (> 0,1%), sedangkan injeksi splitless paling cocok untuk analisis jejak dengan jumlah analytes rendah. (<0,01%)
*On-kolom inlet; sampel di sini diperkenalkan secara keseluruhan tanpa panas.
* PTV injector; Suhu sampel yang diprogram pengenalan ini pertama kali dideskripsikan oleh Vogt pada 1979. Vogt awalnya mengembangkan teknik sebagai metode untuk pengenalan volume sampel yang besar (hingga 250 μL) dalam kapiler GC. Vogt memperkenalkan sampel ke dalam kapal pada tingkat yang terkendali injeksi. Suhu dipilih kapal sedikit di bawah titik didih pelarut. Mendidih rendah terus menerus pelarut menguap dan vented melalui jalur perpecahan. Berdasarkan teknik ini, Poy mengembangkan Programmed Vaporising Suhu injector; PTV. Dengan memperkenalkan sampel pada suhu rendah liner awal banyak kerugian klasik teknik injeksi panas dapat dielakkan.
* Gas sumber beralih inlet atau gas katup; gas sampel dalam botol koleksi yang terhubung ke apa yang paling sering enam-port switching katup. Aliran gas pembawa tidak terganggu sementara sampel dapat diperluas menjadi sampel dievakuasi sebelumnya loop. Setelah beralih, isi loop sampel dimasukkan ke dalam aliran gas pembawa.
* P/T (Purge-dan-Trap) sistem; Sebuah gas inert adalah menggelegak melalui sampel berair menyebabkan bahan kimia yang mudah menguap tidak larut akan dibersihkan dari matriks. Para volatiles adalah 'terperangkap' pada kolom penyerap (dikenal sebagai perangkap atau konsentrator) pada suhu ambien. Perangkap kemudian dipanaskan dan volatiles diarahkan ke aliran gas pembawa. Sampel memerlukan preconcentration atau pemurnian dapat diperkenalkan melalui sistem seperti ini, biasanya dihubungkan dengan S / SL pelabuhan.
* SPME (fase padat microextraction) menawarkan nyaman, biaya rendah alternatif P / T sistem dengan fleksibilitas dari penggunaan jarum suntik dan sederhana dari S / SL pelabuhan.

Dua jenis kolom yang digunakan di GC:
* Packed kolom 1,5-10 m panjang dan memiliki diameter internal dari 2 - 4 mm. Selang biasanya terbuat dari stainless steel atau kaca dan berisi kemasan halus yang terpisah, inert, padat bahan pendukung (mis. diatomaceous bumi) yang dilapisi dengan cairan atau padat fase diam. Sifat dari bahan lapisan menentukan jenis bahan apa yang akan adsorbed paling kuat. Jadi banyak kolom yang tersedia yang dirancang untuk memisahkan jenis senyawa tertentu.
* Kolom kapiler memiliki diameter internal yang sangat kecil, di urutan beberapa sepersepuluh milimeter, dan panjang antara 25-60 meter adalah umum. Dinding kolom bagian dalam dilapisi dengan bahan aktif (WCOT kolom), beberapa kolom yang semu padat diisi dengan berbagai paralel micropores (PLOT kolom). Sebagian besar kolom kapiler terbuat dari melebur-silika dengan polyimide lapisan luar. Kolom ini fleksibel, sehingga kolom yang sangat panjang dapat luka ke kumparan kecil.
* Perkembangan dicari di mana fase diam tidak kompatibel mengarah pada solusi geometris paralel kolom dalam satu kolom. Di antara perkembangan baru ini adalah:
o internal microFAST dipanaskan kolom, di mana dua kolom, internal kawat pemanas dan sensor suhu digabungkan dalam kolom yang sama sarungnya (microFAST);
o Micropacked kolom (1/16 "OD) adalah kolom-kolom dalam kolom penuh di mana kolom luar angkasa memiliki kemasan yang berbeda dari kolom dalam ruang, sehingga memberikan perilaku pemisahan dua kolom dalam satu. Mereka dapat dengan mudah masuk ke sisi masuk dan detektor dari instrumen kolom kapiler.
Suhu-ketergantungan adsorpsi molekuler dan tingkat kemajuan sepanjang kolom membutuhkan kontrol yang cermat dari temperatur kolom ke dalam beberapa persepuluh gelar untuk ketelitian kerja. Mengurangi suhu menghasilkan tingkat terbesar pemisahan, tetapi dapat mengakibatkan sangat panjang elution kali. Untuk beberapa kasus suhu ramped baik terus menerus atau dalam langkah-langkah untuk memberikan pemisahan yang diinginkan. Hal ini disebut sebagai program suhu. Kontrol tekanan elektronik juga dapat digunakan untuk memodifikasi laju aliran selama analisis, membantu dalam jangka waktu yang lebih cepat sekaligus menjaga tingkat pemisahan dapat diterima.
Pilihan gas pembawa (fasa bergerak) adalah penting, dengan hidrogen menjadi yang paling efisien dan memberikan pemisahan terbaik. Namun, helium memiliki kisaran yang lebih besar yang flowrates dibandingkan dengan hidrogen dalam efisiensi, dengan keuntungan tambahan yang helium tidak mudah terbakar, dan bekerja dengan sejumlah besar detektor. Oleh karena itu, helium merupakan gas carrier paling umum digunakan.
Sejumlah detektor digunakan dalam kromatografi gas. Yang paling umum adalah detektor ionisasi nyala (FID) dan detektor konduktivitas termal (TCD). Keduanya peka terhadap berbagai komponen, dan keduanya bekerja di berbagai konsentrasi. Sementara TCDs pada dasarnya universal dan dapat digunakan untuk mendeteksi komponen apapun selain gas pembawa (selama sebagai konduktivitas termal yang berbeda dari gas pembawa, pada suhu detektor), jumlah besar terutama peka hidrokarbon, dan lebih sensitif untuk mereka daripada TCD. Namun, sebuah FID tidak dapat mendeteksi air. Kedua Detektor juga cukup kuat. Sejak TCD adalah non-destruktif, dapat dioperasikan dalam seri sebelum FID (destruktif), sehingga memberikan deteksi melengkapi analytes yang sama.
Detektor lain sensitif hanya untuk jenis zat tertentu, atau bekerja dengan baik hanya dalam kisaran sempit konsentrasi. Mereka termasuk:
* Discharge ionisasi detektor (DID), yang menggunakan tegangan tinggi pengeluaran muatan listrik untuk menghasilkan ion.
* Menangkap detektor elektron (ECD), yang menggunakan radioaktif Beta partikel (elektron) sumber untuk mengukur tingkat pengambilan elektron.
* Api fotometrik detektor (fpd)
* Detektor ionisasi nyala (FID)
* Hall detektor konduktivitas elektrolitik (ElCD)
* Helium ionisasi detektor (HID)
* Nitrogen Phosphorus Detector (NPD)
* Detektor selektif massa (MSD)
* Foto-detektor ionisasi (PID)
* Berdenyut discharge detektor ionisasi (PDD)
* Energi panas (konduktivitas) penganalisa/detektor (TEA / TCD)
Beberapa gas chromatographs terhubung ke spektrometer massa yang bertindak sebagai detektor. Kombinasi ini dikenal sebagai GC-MS. Beberapa GC-MS tersambung ke spektrometer NMR yang berfungsi sebagai cadangan detektor. Kombinasi ini dikenal sebagai GC-MS-NMR. Beberapa GC-MS-NMR tersambung ke spektrofotometer inframerah yang berfungsi sebagai cadangan detektor. Kombinasi ini dikenal sebagai GC-MS-NMR-IR. Harus, bagaimanapun, ditekankan ini sangat jarang terjadi karena sebagian besar analisis diperlukan dapat disimpulkan melalui murni GC-MS.
Metode adalah kumpulan kondisi di mana beroperasi GC untuk analisis tertentu. Metode pembangunan adalah proses penentuan kondisi apa yang cukup dan/atau ideal untuk analisis yang diperlukan. Kondisi yang dapat bervariasi untuk mengakomodasi analisis yang diperlukan termasuk suhu inlet, temperatur detektor, temperatur dan suhu kolom program, pembawa gas dan laju aliran gas pembawa, kolom's diam fase, diameter dan panjang, inlet tipe dan laju aliran, ukuran sampel dan injeksi teknik. Tergantung pada detektor (s) (lihat di bawah) diinstal pada GC, mungkin ada sejumlah detektor kondisi yang juga dapat bervariasi. Beberapa GCS juga termasuk katup yang dapat mengubah rute sampel dan pembawa aliran. Timing pembukaan dan penutupan katup tersebut dapat menjadi metode penting untuk pembangunan.
Ini gambar di atas menunjukkan interior sebuah Eclipse Technologies GeoStrata Gas kromatograf yang berjalan terus-menerus dalam tiga menit siklus. Dua katup digunakan untuk mengaktifkan pengujian sampel gas ke loop. Setelah mengisi lingkaran dengan pengujian sampel gas, katup diaktifkan lagi menerapkan tekanan gas pembawa ke loop dan memaksa sampel sampel melalui Kolom untuk perpisahan.
Khas pembawa gas termasuk helium, nitrogen, argon, hidrogen dan udara. Gas yang digunakan biasanya ditentukan oleh detektor yang digunakan, misalnya, memerlukan DID helium sebagai gas pembawa. Ketika menganalisis sampel gas Namun, kadang-kadang pembawa dipilih berdasarkan sampel matriks, misalnya, ketika menganalisis campuran di argon, sebuah carrier argon lebih disukai, karena argon dalam sampel tidak muncul pada kromatogram. Keselamatan dan ketersediaan juga dapat mempengaruhi pilihan operator, misalnya, hidrogen yang mudah terbakar, dan helium kemurnian tinggi bisa sulit diperoleh di beberapa wilayah di dunia. (Lihat: Helium - kejadian dan produksi.) Kemurnian gas pengangkut juga sering ditentukan oleh detektor, meskipun tingkat kepekaan yang dibutuhkan juga dapat memainkan peranan penting. Biasanya, purities dari 99,995% atau lebih tinggi digunakan. Nama dagang untuk purities khas termasuk "Nol Grade," "Ultra-High Purity (UHP) Grade," "4,5 Grade" dan "5,0 Grade."
Aliran gas pembawa mempengaruhi tingkat analisis dalam cara yang sama seperti suhu (lihat di atas). Semakin tinggi laju aliran analisis yang lebih cepat, tetapi semakin rendah pemisahan antara analytes. Memilih laju aliran yang sama karena itu kompromi antara tingkat pemisahan dan analisis panjang memilih temperatur kolom.
Dengan GCS dibuat sebelum tahun 1990-an, laju aliran pembawa dikendalikan secara tidak langsung dengan mengontrol tekanan inlet kapal induk, atau "tekanan kepala kolom." Laju aliran yang sebenarnya adalah diukur pada kolom outlet atau detektor dengan flow meter elektronik, atau aliran gelembung meter, dan dapat menjadi terlibat, memakan waktu lama, dan proses frustrasi. Pengaturan tekanan tidak dapat bervariasi selama berjalan, dan dengan demikian pada dasarnya aliran konstan selama analisis. Hubungan antara laju aliran dan tekanan inlet dihitung dengan persamaan Poiseuille untuk kompresibel cairan.
Banyak GCS modern Namun, elektronik mengukur laju aliran, dan elektronik mengontrol tekanan gas pembawa untuk mengatur laju aliran. Akibatnya, pembawa tekanan dan laju aliran dapat disesuaikan selama menjalankan, menciptakan tekanan/aliran program sejenis program suhu. Inlet pilihan tipe dan tergantung pada teknik injeksi jika sampel adalah dalam bentuk cair, gas, adsorbed, atau bentuk padat, dan apakah pelarut hadir matriks yang harus menguap. Sampel terlarut dapat diperkenalkan secara langsung ke kolom melalui injector COC, jika kondisi sangat terkenal, jika sebuah matriks pelarut harus menguap dan sebagian dihapus, S/SL injector digunakan (teknik injeksi yang paling umum); gas sampel (misalnya, udara silinder) biasanya disuntikkan dengan menggunakan gas beralih sistem katup; adsorbed sampel (misalnya, pada adsorben tabung) diperkenalkan baik menggunakan eksternal (on-line atau off-line) aparat desorption seperti pembersihan-dan-sistem perangkap , atau desorbed di S/SL injector (SPME aplikasi).