Teil 2: Trennverfahren · Kapitel 10 · GC, Detektoren und Probenaufgabe

GC, Detektoren und Probenaufgabe

Wann GC?

GC passt zu flüchtigen, thermisch stabilen Stoffen. Nur ein Teil organischer Substanzen ist direkt GC-tauglich; viele polare, große oder thermolabile Bioanalyten brauchen HPLC oder Derivatisierung.

Typische GC-Anwendungen:

• Aromastoffe, ätherische Öle;
• Rückstände organohalogenierter Stoffe;
• Lösungsmittel, Alkohol im Blut;
• PAK und Umweltanalytik;
• Sprengstoff-/Kampfstoffspuren mit geeigneter Kopplung.

GC und HPLC unterscheiden sich zentral: In der GC dient das Trägergas fast nur dem Transport. Die Selektivität kommt überwiegend von Flüchtigkeit, Temperatur und stationärer Phase.

Säulen Und Trägergas

Kapillarsäulen sind in der analytischen GC Standard:

• 0,1-0,53 mm Innendurchmesser;
• 15-100 m Länge;
• stationäre Phase als dünner Flüssigkeitsfilm an der Innenwand;
• hohe Trennleistung, aber geringe Probenkapazität.

Gepackte Säulen vertragen mehr Probe, haben aber geringere Trennleistung und höheren Strömungswiderstand.

Trägergase:

Hohe Gasreinheit ist wichtig: Wasser hydrolysiert stationäre Phasen, Sauerstoff oxidiert stationäre Phasen und Analyten.

Temperatur

Die Säulentemperatur muss nicht über dem Siedepunkt liegen. Entscheidend ist der Dampfdruck bei der Säulentemperatur. Ein Temperaturprogramm wird genutzt, um frühe Komponenten noch zu trennen und späte Komponenten nicht ewig auf der Säule zu halten.

Eine steigende Temperatur:

• erhöht Flüchtigkeit;
• verkürzt Retentionszeiten;
• reduziert späte Peakverbreiterung;
• kann aber Selektivität verändern oder thermolabile Stoffe schädigen.

Injektion

Bei Kapillarsäulen ist die Probenkapazität klein. Split-Injektion teilt den Gasstrom, sodass nur ein kleiner Teil auf die Säule gelangt. Das verhindert Überladung und Fronting.

Problem: Diskriminierung. Komponenten werden nicht immer proportional in die Säule überführt. Schwersieder verdampfen langsamer; Leichtsieder können stärker über den Split-Ausgang verloren gehen. Für quantitative Analysen muss das berücksichtigt werden.

Splitless-Injektion eignet sich für Spurenanalytik. Das Splitventil bleibt zunächst geschlossen, Analyten werden am kühlen Säulenanfang fokussiert. Nachteil: längere Injektionszeit kann Peaks verbreitern.

On-column-Injektion kann thermischen Stress und Diskriminierung reduzieren, indem direkt in die kalte Säule injiziert wird.

Headspace

Headspace-Analytik nutzt den Gasraum über einer Probe. Die Probe wird dicht verschlossen, temperiert und nach Gleichgewichtseinstellung wird Gasphase injiziert.

Vorteile:

• kaum Probenvorbereitung;
• weniger Matrixeintrag;
• automatisierbar;
• gute Reproduzierbarkeit bei gleichen Bedingungen.

Multiple Headspace Extraction eignet sich für feste oder schwer lösliche Proben. Die gleiche Probe wird mehrfach temperiert/injiziert; die Peakflächen nehmen ab. Aus der Abklingreihe kann die Gesamtmenge abgeschätzt werden.

Detektoren

FID ist stoffstromabhängig und destruktiv. WLD ist konzentrationsabhängig und zerstörungsfrei, aber weniger empfindlich. ECD ist sehr empfindlich, aber selektiv für elektronegative Substanzen.

Qualitative Absicherung

Retentionszeit allein ist nicht spezifisch. Ohne Spektroskopie/MS kann man einen Befund zusätzlich absichern durch:

• zweite Säule anderer Polarität;
• Paralleldetektion mit zwei Detektoren, z.B. FID und ECD;
• Spiken mit authentischem Standard;
• Heart-cut/live-Schaltung: Zielzeitfenster auf zweite Säule umlenken.

Kovats-Indizes stabilisieren Identifikation gegenüber schwankenden absoluten Retentionszeiten, indem Retention relativ zu linearen Alkanen angegeben wird.