Transcript GC (İndirme : 18)

GAZ KROMATOGRAFİSİ
Tanım:
 Gaz kromotografisi de, öteki kromatografi
dalları gibi bir karışımda bulunan maddeleri
ayırmaya yarar. Hareketli ve sabit olmak
üzere iki faz vardır ancak diğerlerinden farklı
olarak hareketli fazın görevi sadece
maddeleri taşımaktır. Yani diğer kromatografi
dallarında olduğu gibi ayrılması istenen
maddelerle hareketli faz arasında hiçbir
etkileşme olmaz.
 Sadece gazlar değil, düşük sıcaklıkta gaz
haline dönüşebilen sıvı ve katı tüm
maddelerin analizide bu metot ile yapılabilir.
 Yukarıdaki bilgilerden yola çıkarak GC’nin
faydaları aşağıdaki gibi sıralanabilir:
 1. Verilen bir numune içindeki uçucu
maddelerin sayısının ve miktarının tayin
edilmesi
 2. Bir maddenin saf olup olmadığının
araştırılması
 3. Yeni geliştirilen bir metodun ne derece
duyarlı olduğunun araştırılması
 Hareketli faz olarak kullanılan başlıca gazlar
He, Ne, Ar, N2 ve CO2’dir.
 Kolonların sabit fazı katı veya katı yüzeyine
kaplanmış (katıya emdirilmiş) bir sıvı olabilir.
Kullanılan kolon tiplerine göre gaz
kromatografisi 2’ye ayrılır:
 1. Sabit fazı katı olan gaz-katı kromatografisi
(GSC)
 2. Sabit fazı sıvı olan gaz-sıvı kromatografisi
(GLC)
1. Sabit fazı katı olan gaz-katı kromatografisi (GSC)
 Sabit fazı katı olan gaz-katı kromatografisi
prensip olarak zayıf adsorbsiyon prensibine
dayanır. Sabit faz olarak silikajel, alümina
(Al2O3), aktif kömür gibi maddeler kullanılır.
 Bu metotta elde edilen pikler kuyrukludur ve
bu pikleri birbirinden ayırmak zor olduğu için
genelde tercih edilmez. Kullanımı daha çok
küçük moleküllü maddelerin ayrılmaları
konusunda olur.
2. Sabit fazı sıvı olan gaz-sıvı kromatografisi (GLC)
 Sabit fazı sıvı olan gaz-sıvı kromatografisi en çok
kullanılan metottur. Bu kromatografide kolon çapı
0.3-0.5 mm olan kapiller kolonlar kullanılır. Bu
kolonlarda gözenekli bir katı faz üzerine µm
kalınlığında emdirilmiş büyük moleküllü özel bir sıvı
faz bulunur. Sıvı-katı kromatografisine “açık tüplü
kolon kromatografisi” de denir ve kolonlar 2’ye
ayrılır:
 A) Sabit fazı veya dolgu maddesi özel bir sıvı ile
kaplanmış olan kolonlar (SCOT) (support-coated
open tubuler columns)
 B) İç yüzeyi özel bir sıvı ile kaplanmış olan kolonlar
(WCOT) (wall coated open tubuler columns)
A) Sabit fazı veya dolgu maddesi özel bir sıvı ile kaplanmış olan
kolonlar (SCOT):
Dolgu maddesi veya destek maddesi olarak da adlandırılan gözenekli
katı maddenin yüzeyi gözenekleri de dahil üniform olarak özel bir sıvıyla
kaplanır.Hareketli olan basınçlı gaz (3 atm) fazı bu şekilde yüzeyi
kaplanmış olan gözenekli katı parçacıklar arasından kolayca geçebilir.
Dolgulu açık tüplü kolonlar, yüzeyi sıvıyla kaplanmış gözenekli bir dolgu
maddesiyle doldurulmuş kolonlardır. Böyle maddeler genellikle diatome
toprağından imal edilirler. Diatome toprağı kille karıştırılıp pişirilir. Pişirilen
madde ezilir ve elenir. Elenen maddelerin 20-40 µm çapında ve yuvarlak
olmaları istenir. Bu şekilde hazırlanmış olan katı maddeler kromosorp P
ve W veya Celite, Dicalite gibi adlar altında satılır. Bunlara destek
maddeleri de denir.
B) İç yüzeyi özel bir sıvı ile kaplanmış olan kolonlar (WCOT):
Kolonun iç yüzeyi yaklaşık 30 µm kalınlığında bir sıvı film ile kaplanır.
Yapılma ve kullanım kolaylığı vardır, ancak performans olarak SCOT
kolonlar kadar iyi değillerdir. Açık tüplü kolonlar (WCOT), içleri boş olan
kolonlardır. Kolonların iç yüzeyleri büyükçe moleküllü özel bir sıvı ile
kaplanır. Bu kolonlar bakır, alüminyum, paslanmaz çelik ve camdan
yapılmaktadır. Son yıllarda eritilmiş silikadan imal edilen kolonlar (FSOT
kolonlar) piyasada bulunmaktadır.Bu kolonların iç çapları 250-300 µm
arasında değişmektedir.
A+B+Gaz
1
3
4
A
Zaman
2
B
A
B
A
Şekil 1. Gaz kromatografisi A ve B gazlarının kolonda zamanla ayrılmaları
 Şekil 1:Bir karışımda A ve B maddeleri olsun.
1. A+B maddeleri sürükleyici bir gazla kolona
girerler.
2. Zamana bağlı olarak pikleri birbirinden az çok
ayrılır.
3. Pikler birbirinden iyice ayrılır ve B gazı
dedektöre yaklaşır.
4. A gazı nerdeyse kolonu terkedip, dedektöre
yaklaşır.
Dedektör numunededeki gaz sayısı kadar pik verir.
Dedektörden B sinyali önce, A sinyali ise sonra
çıkar.
Gaz kromatografi cihazının kısımları:
 GC 6 kısımdan oluşur:
1. Taşıyıcı gaz sistemi, silindir kısmı
2. Numune enjekte etme kısmı
3. Isıtma kısmı
4. Ayırma kolonu
5. Dedektör
6. Yazıcı
Taşıyıcı gaz sistemi, silindir kısmı:
Taşıyıcı gaz olarak kimyaca inert helyum, argon,
karbon dioksit, azot gibi gazlar kullanılır. Gaz
kromatoğrafisinin kesinliği, kullanılan taşıyıcı,
sürükleyici gazın akış hızının ve basıncının
ayarlanmasına bağlıdır. Dakikada 150 ml’ye kadar gaz
verilebilir ve cihazdaki gazın basıncı 0.70-3.30 atm
arasında değişir.
Taşıyıcı gazın kuruluğu kolon performansına etki eden en
önemli faktörlerdendir. Taşıyıcı gazda bulunan eser
miktardaki su kolon sabit fazını giderek bozar.
Oksijende kolon sabit fazını parçalayan en önemli
faktörlerdendir. Bu nedenle polar bir kolonun ömrünü
uzatmak için kolonu ısıtmadan önce kolondan 5 dakika
süreyle taşıyıcı gaz geçirmek yararlıdır.
Taşıyıcı gazı rutubetten ve kompresör pompasından
gelebilecek hidrokarbonlardan temizlemek için bütün
gaz hatlarına birer filtre takılmalıdır.
Son olarak da gaz kaçağı olup olmadığı kontrol edilmelidir.
Numune enjekte etme kısmı ve Isıtma kısmı :
Gaz kromatografisine örnek ya elle ya da otosampler
dediğimiz parça mevcutsa otomatik olarak
mikroşırıngalar yardımıyla silisli kauçuktan yapılmış
bir tıpadan (septum) metal bir buharlaştırma
hücresine (ısıtma kısmı) enjekte edilirler. Hücre
sıcak olduğu için sıvı buharlaşır ve taşıyıcı gaz ile
kolona sürüklenir. Hücre enjekte edilen örneğin
kaynama noktasından 50oC fazla olmalıdır.
Enjekte edilen numune miktarı 0.2-10µl’dir.
Gaz numuneler için bu miktar 0.001 µl’dir.
Katı numuneler ise ya gaz haline yada çözelti haline
getirilip, alete enjekte edilir yada çok küçük ve ince
cidarlı bir ampul vasıtasıyla cihaza yerleştirilir.
Ampul dışarıdan yapılacak bir darbeyle numune
yuvasında kırılır ve numune gaz akışıyla kolona,
oradan da dedektöre sürüklenir.
 Dikkat edilecek hususlar:
 Enjektör her seferinde septumu delerek geçtiği
için septum zamanla aşınır ve gaz kaçırmaya
başlar. Septum bu durumda yenilenmelidir.
 Her enjeksiyonda kromatogram üzerinde sabit
bir yerde görülen pik septumdaki degradasyona
uğrayabilen maddelerden kaynaklanabilir.
Bunlara ghost=hayalet pik denir. Bu durumda da
degradasyona uğrayabilecek maddeler çeşitli
işlemlerden geçirilerek septumdan
uzaklaştırılmalıdır.
 Her örnek enjeksiyonundan sonra enjektör
uygun çözücü ile iyice temizlenmelidir.
Ayırma kolonu:
 Daha öncede söylendiği gibi kolonlar;
 A) Sabit fazı veya dolgu maddesi özel bir sıvı ile
kaplanmış olan kolonlar (SCOT)
 B) İç yüzeyi özel bir sıvı ile kaplanmış olan
kolonlar (WCOT)olarak 2 çeşittir.
 Kolon uzunlukları 2-100 m arasında değişir.
Başlıca yapıldığı maddeler:
 1. Paslanmaz çelik
 2. Saf bakır
 3. Alimünyum
 4. Teflon
 5. Cam
 6. Eritilmiş silica
 Kolonlar termostatlı bir hücreye yerleştirilir.
 Bunun içinde kolonlar çapları 10-30 cm arasında değişen
kangallar haline getirilir.
 Kolon sıcaklığı çok önemlidir. Kolon sıcaklığı ±0.1°C
düzeyinde sabit tutulur. Bunu sağlamak içinde kolon
termostatlı bir etüv içine yerleştirilir. Kolon sıcaklığı
çalışılan numune ve istenen ayırma derecesine göre
değişir. Genel olarak sıvı numunelerde, kaynama
sıcaklığının az üstünde sabit tutulur. Bu şekilde kontrol
altında tutulan numunelerde elüe edilme süresi 2-30
dakika arasındadır.
 Kaynama aralığı geniş olan yani kaynama noktaları farklı
birden fazla bileşeni içeren numunelerde, sıcaklık
programlaması (Gradient, kademeli) yapılarak piklerin
daha iyi ayrılıp belirgin hale gelmesi sağlanır.
 Başlangıç sıcaklığı numunede bulunan en
düşük kaynama noktasına sahip bileşenin
kaynama noktasının az üzerinde alınır. En
yüksek sıcaklık ise örneğin bileşenlerine
ve kolona zarar vermeyecek şekilde
seçilmelidir.
 ÖRNEK SICAKLIK PROĞRAMI
(Gradient, kademeli): Başlangıçtaki fırın
sıcaklığı 80 oC olup, 4 oC/dk oranında
artışla 120 oC’ye, 10 oC/dk oranında artışla
120 oC’den 200 oC’ye artırılmış ve 30
dakika bu sıcaklıkta tutulmuştur.
Dedektörler ve Yazıcılar:
GC’de kullanılacak olan bir dedektör, kolondan gelen taşıyıcı
gaz içinde bulunan binde birkaç oranındaki maddeleri
tespit edebilmelidir. Bir gazın pikinin dedektörden geçme
zamanı bir saniye kadar olmalıdır.
Dedektörde bulunması gereken özellikler:
a) Analitlere geniş bir konsantrasyon aralığında aynı şekilde
cevap verebilmeli
b) Tekrarlanabilir sonuçlar vermeli
c) Dayanıklı olmalı
d) Oda sıcaklığından 500oC’a kadar olan sıcaklıklarda
çalışabilmeli
e) Cevap verme zamanı çok kısa olmalı, akış hızından
etkilenmemeli
f) Kullanımı kolay, güvenirliği kesin olmalı
g) Yeterli hassaslıkta olmalı
Gaz kromatografisinde kullanılan dedektör çeşitleri:
1. Termal iletkenlik dedektörü (TCD)
2. -Işını dedektörleri
3. Alev iyonizasyon dedektörleri (FID)
4. Termiyonik dedektörler (TID)
5. Elektron yakalama dedektörleri (ECD)
6. Alev fotometrik dedektörler (FPD)
Termal iletkenlik Detektörleri:
Çeşitli gazların ısıyı değişik oranlarda iletmesi
esasına dayanır. Böyle dedektörlerde sabit bir
akımla ısıtılmış volfram bir telden yararlanılır.
β-ışını Detektörleri:
Stronsiyum ve ya tritiyum kullanılır. Taşıyıcı argon
gazı bu maddeler üzerinden geçirilerek uyarılır.
Uyarılan argon atomları çarpışma sonucu
yanında bulunan başka cinsten atomları
iyonlaştırır. İyonlaşan atomların yükü özel bir
düzenekle sinyallere çevrilir. İyonlaşan atomların
sayısı ne kadar çoksa, sinyaller o kadar büyük
olur.
Alev iyonizasyon detektörleri (FID):
Kolondan gelen tür, birlikte hidrojen ve havayla
karıştırılır. Bundan sonra hidrojenle ve hava
karışımı elektrik kıvılcımı ile yakılır. Oluşan
sıcaklıkta organik maddelerin büyük çoğunluğu
iyon ve elektron verir. Böylece alev ortamı
iletken hale gelir.
Termiyonik Detektörler (TID)
Alev iyonizasyon detektörlerinin yapısına benzer,
kolondan çıkan gaz karışımı bir de hidrojenle
karıştırılır ve ince uçlu bir bek alevine
gönderilerek yakılır.
Elektron Yakalama Detektörleri (ECD)
Kolondan çıkan gaz karışımı nikel-63 veya
tritiyum gibi bir β-ışını yayıcısı üzerinden
geçirilir. Bu esnada özellikle de azot ihtiva
eden bileşiklerde büyük oranda iyonlaşma
olur.
Alev fotometrik Detektörleri (FPD)
Özellikle hava ve suda pestisitlerin tespit ve
tayinlerinde kullanılır.
Gaz kromatografisi ve Headspace aparatı:
 Headspace direk numunenin kendisinin
konulduğu bir otoörnekleyici (autosampler)’dir.
GC cihazlarına bağlanacak şekilde imal
edilmektedir (GC- Headspace).
 *Numune katı yada çözelti halinde alete enjekte
edilemiyorsa,
 *bileşenler numunelerde az miktarda ve
herhangi bir seperasyon veya ekstraksiyon
aşaması ile ayrılıp elde edilemeyecekse
numuneler direk headspace aparatının numune
kabına yerleştirilir ve uygulanan yüksek sıcaklık
ile bileşenler buharlaştırılır ve kolonda gaz
yardımı ile dedektöre sürüklenerek ayrımları
yapılır ve belirlenir. Örn: Direk peynir kullanılarak
aroma maddelerinin belirlenmesi
 GAZ KROMATOGRAFİSİ TERİMLERİ:
Alıkonma zamanı (tR): Bir maddenin gaz
kromatografisi cihazına enjekte edildikten
sonra dedektörde sinyalinin (pikinin),
görünmesine kadar geçen zamana denir.
Alıkonma hacmi (VR): Bir maddenin
sinyalinin dedektörde meydana
çıkmasına kadar harcanan taşıyıcı gazın
hacmine, alıkonma hacmi denir.
Alıkonma faktörü (Rf): Ayrımı yapılacak
gazın kolon içindeki hızının, taşıyıcı
gazın kolon içindeki hızına oranıdır.
GAZ KROMATOGRAFİSİNDE ÖRNEK
HAZIRLAMA:
 GC bilindiği gibi gaz veya gaz haline
dönüştürülen maddelerin analizlerinde
kullanılır.
 Yağ asitleri, steroidler, bir çok ilaçlar, aminler,
fenoller gibi polar bileşiklerin veya
polifonksiyonel grupları kuyruklu pike sebep
olan bileşiklerin çeşitli kimyasal maddelerle
reaksiyona sokularak buharlaştırılabilir forma
sokulması işlemine “türevlendirme” denir.
Gaz kromatografide, polar fonksiyonlu
grupların uygun reaktifler (özellikle aktif
hidrojen atomları) ile türevlerinin alınması
işlemi genellikle avantajlıdır.
 Türev oluşturmanın yararları:
 Polar bileşiği daha az polar yapar
 Kantitatif analizde dedektörün duyarlı olacağı




bileşik elde edilir (daha düşük tanımlama
limitlerini sağlar)
Yüksek molekül ağırlığına sahip bileşiklerin
uçuculuğunu artırır
Separasyon etkinliğini düzeltir
Analizde daha az örnek ekstraktına ihtiyaç
duyulur
Sıcaklığa dayanıklı bileşikler verir (daha iyi
termal stabilite )
GAZ KROMATOGRAFİSİNDE KALİTATİF ANALİZ:
 Kalitatif tayinlerde gaz kromatografisinde
ayrılan maddelerin alıkonma zamanları ve
alıkonma hacimlerinden yararlanarak,
şüphelenilen bir maddenin numune de var
olup olmadığı belirlenir. Metodun değerini
artırmak için
 -Şüphelenen bileşenin standardı ya alete
enjekte edilerek alıkonma zamanı
belirlenebilir yada
 -kolondan çıkan fraksiyonlar MS, IR gibi
cihazlare gönderilerek tanımlanabilir.
GAZ KROMATOGRAFİSİNDE KANTİTATİF ANALİZ:
 Kantitatif analizler, analizi yapılacak
maddenin belirlenecek bileşenine ait
standardın farklı konsantrasyonlarda bir seri
konsantrasyonu hazırlanıp, kromatografik
metotlarla pik alanlarının ölçülmesi
prensibine dayalı olarak yapılır.
 Modern kromatografi cihazlarına elektronik
integratör ilave edilmiştir ve böyle bir
integratör pik alanını kolayca hesaplayıp
gösterebilir.
 İşlem basamakları:
1. Örnekte belirlenecek olan A, B, C vb….
maddelerine ait standartların ayrı ayrı farklı
konsantrasyonda çözeltileri (ppm) hazırlanır.
2. Her bir maddeye ait konsantrasyonlara ayrı ayrı
kromatografik metot uygulanır ve pik alanları
bulunur.
3. Grafik üzerinde x eksenine konsantrasyonlar, y
eksenine ise pik alanı yerleştirilerek standartlara
ait y=ax+b olan denklemler ve kalibrasyon
grafikleri oluşturulur.
4. Aynı kromatografik metotla örneğimizin alıkonma
zamanları ve pik alanları (y) belirlenir ve
Her bileşene ait denklemde yerine konularak
kantitatif hesaplamalar yapılır.