11.12 : Chromatografia gazowa: rodzaje kolumn i fazy stacjonarne

Chromatografia gazowa (GC) opiera się na fazach stacjonarnych w celu rozdzielenia i analizy składników w próbce. Istnieją dwa główne rodzaje faz stacjonarnych: ciekła i stała. Ciekłe fazy stacjonarne to nielotne, termicznie stabilne i chemicznie obojętne ciecze pokryte na kolumnie. Stałe fazy stacjonarne to cząstki materiału adsorbującego, takiego jak żel krzemionkowy lub sita molekularne.

Aby analit pozostał na kolumnie przez wystarczająco długi czas, musi wykazywać pewien poziom zgodności (lub rozpuszczalności) z fazą stacjonarną. Opiera się to na koncepcji, że substancje o podobnych polaryzacjach mają tendencję do rozpuszczania się w sobie nawzajem, co można podsumować jako „podobne rozpuszcza podobne”. Termin „podobne” w tym kontekście odnosi się do podobieństwa polaryzacji między analitem a unieruchomioną cieczą. Polarność cząsteczki, która jest wskazywana przez jej moment dipolowy, mierzy pole elektryczne generowane przez rozdzielenie ładunków w cząsteczce. Polarne fazy stacjonarne obejmują grupy funkcyjne, takie jak CN, CO i OH. Fazy stacjonarne na bazie węglowodorów i siloksany dialkilowe są uważane za niepolarne, podczas gdy fazy poliestrowe charakteryzują się wysoką polarnością. Anality polarne obejmują zazwyczaj substancje takie jak alkohole, kwasy i aminy, podczas gdy substancje rozpuszczone o średniej polarności mogą obejmować etery, ketony i aldehydy. Węglowodory nasycone należą do kategorii niepolarnych. Zasadniczo polarność fazy stacjonarnej powinna być zgodna z polarnością składników próbki. Gdy istnieje dobre dopasowanie, kolejność eluowania substancji zwykle zależy od temperatury wrzenia eluentów.

Kolumny kapilarne lub kolumny rurowe otwarte są powszechnie stosowane ze względu na ich wydajność w chromatografii gazowej. Kolumny te występują w trzech typach: Kolumny rurowe otwarte z powłoką ścienną (WCOT) mają fazę stacjonarną cieczy pokrytą na wewnętrznej ścianie kolumny. Kolumny te mają dużą pojemność próbki i zapewniają wysoką rozdzielczość, co czyni je idealnymi do rozdzielania złożonych mieszanin. Kolumny rurowe z powłoką nośną (SCOT) mają warstwę stałego podłoża pokrytą ciekłą fazą stacjonarną, która jest następnie łączona z wewnętrzną ścianą kolumny. Taka konstrukcja zapewnia zwiększoną stabilność i wydajność w porównaniu z kolumnami WCOT. Kolumny rurowe z porowatą warstwą (PLOT) są używane w chromatografii gazowo-stałej i mają cząstki stałej fazy stacjonarnej powlekane na wewnętrznej ścianie kolumny. Kolumny te mają dużą powierzchnię i zatrzymują anality poprzez adsorpcję, co skutkuje dużymi współczynnikami dystrybucji i wydajnością. Jednak nieliniowy proces adsorpcji powoduje poważne ogonowanie pików elucji, więc kolumny PLOT są używane głównie do gazów trwałych i małych cząsteczek polarnych, które nie są zatrzymywane przez kolumny gazowo-cieczowe. Konstrukcja otwartych kolumn rurowych lub kapilarnych zapewnia szybsze prędkości przepływu gazu i wyższą rozdzielczość, co czyni je idealnymi do analizy złożonych mieszanin. Mają jednak mniejszą pojemność próbki i są bardziej podatne na krwawienie kolumny. W tym procesie polimer tworzący fazę stacjonarną kolumny ulega degradacji i jest następnie eluowany wraz z analitami próbki, które mogą zanieczyścić próbkę.

Kolumny wypełnione zawierające cząstki stałego nośnika oferują większą pojemność próbki, co czyni je bardziej pomocnymi w analizie większych rozmiarów próbek niż kolumny rurowe otwarte. Mają jednak niższą rozdzielczość i dłuższy czas analizy ze względu na wolniejszy przepływ gazu spowodowany przez cząstki stałego nośnika. Stały nośnik może powodować poszerzanie się piku i ogonowanie, zmniejszając wydajność separacji.