Doel van de proef
- Het principe van een gaschromatograaf beschrijven.
- Een piekchromatogram van standaardoplossingen opstellen en interpreteren.
- Een onbekend staal meten.
Werking van de gaschromatograaf
- De stationaire fase bevindt zich in een lange buis (de kolom) en bestaat uit een weinig vluchtige vloeistof die door een poreuze, korrelvormige drager in de kolom wordt vastgehouden.
- De mobiele fase is een inert gas, bijvoorbeeld waterstof of stikstof, onoplosbaar inde stationaire fase.
- Het gas (draaggas) stroomt continu door de kolom.
- Het te onderzoeken monster wordt in dit draaggas geïnjecteerd en verdampt en wordt vervolgens met het draaggas naar de kolom gevoerd die zich op een bepaalde temperatuur bevindt.
- In de kolom wordt het mengsel gescheiden in diverse componenten.
- Een goed in de stationaire fase oplosbare component gaat minder snel door de kolom dan een minder goed oplosbare component.
- Na enige tijd komen één voor één de componenten uit de kolom en worden gedetecteerd.
- Vervolgens wordt de detectie weergegeven in een piekchromatogram.
Theoretische achtergrond
Monster
Het monster bevat het te analyseren staal. Het monster is meestal een mengsel van twee of meer componenten. Het wordt met behulp van een injectiespuit in de injectiepoort ingespoten. De ingespoten hoeveelheid bij vloeistoffen is tussen de 0,1 en de 10 µl.
Zowel de monstercomponenten als de standaardmonsters moeten aan volgende eisen voldoen:
Draaggas
Het draaggas transporteert de ingespoten oplossing nadat ze verdampt is. De meeste gebruikte draaggassen zijn stikstof, waterstof en helium. De keuze hangt voornamelijk af van het detectiesysteem dat wordt gebruikt, maar ook factoren als viscositeit, graad van zuiverheid en veiligheid kunnen deze keuze beïnvloeden. Het grote voordeel van stikstof is dat dit gas inert en relatief goedkoop is.
Het monster bevat het te analyseren staal. Het monster is meestal een mengsel van twee of meer componenten. Het wordt met behulp van een injectiespuit in de injectiepoort ingespoten. De ingespoten hoeveelheid bij vloeistoffen is tussen de 0,1 en de 10 µl.
Zowel de monstercomponenten als de standaardmonsters moeten aan volgende eisen voldoen:
- Ze mogen bij de heersende temperatuur niet uit elkaar vallen.
- Ze mogen niet met elkaar of met het materiaal in de kolom reageren.
Draaggas
Het draaggas transporteert de ingespoten oplossing nadat ze verdampt is. De meeste gebruikte draaggassen zijn stikstof, waterstof en helium. De keuze hangt voornamelijk af van het detectiesysteem dat wordt gebruikt, maar ook factoren als viscositeit, graad van zuiverheid en veiligheid kunnen deze keuze beïnvloeden. Het grote voordeel van stikstof is dat dit gas inert en relatief goedkoop is.
Kolom
De kolom kan onder andere gemaakt zijn van koper, roestvrij staal of glas. De lengte kan variëren tussen 0,1 en 50 m. Afhankelijk van de lengte is de kolom U-vormig of spiraalvormig. Een kolom voorzien van een drager is vrijwel nooit langer dan 10 m. Men spreekt van capillaire kolommen als de inwendige diameter kleiner dan 1 mm is. |
Drager
De metalen kolommen worden gevuld met een drager waarop de stationaire fase is aangebracht.
Eisen die aan de drager worden gesteld:
Stationaire fase
De stationaire fase moet een verbinding zijn die bruikbaar is voor een groot temperatuurstraject en niet uit elkaar valt. Tussen de te bepalen componenten moet uiteraard verschil in adsorptie bestaan ten opzichte van de stationaire fase. De keuze wordt vooral bepaald door de eigenschappen van de componenten in het te analyseren mengsel ten opzichte van de stationaire fase: polariteit, dampspanning, oplosbaarheid.
Kolomtemperatuur
De temperatuur van de kolom wordt onder andere bepaald door:
De kookpunten van de componenten in het mengsel. De temperatuur moet ongeveer gelijk zijn aan het kookpunt van de hoogst kokende component.
Detectoren
Een detector is een zeer gevoelig meetinstrument, waarmee veranderingen in de samenstelling van het uit de kolom komende gas wordt gemeten.
De werking van detectoren berust op de omzetting van een fysische eigenschap van het gas in een elektrisch signaal, bijvoorbeeld warmtegeleiding of elektrische geleiding na ionisatie.
Verandering van fysische eigenschappen resulteert in verandering van signaal, meestal een elektrische stroom. Deze stroom wordt verzwakt of versterkt en vervolgens door een computer geregistreerd.
Een goede detector is onder andere gevoelig, lineair en heeft een grote responsiesnelheid.
Enkele typen detectoren zijn: De katharometer of warmtegeleidingcel, de vlamionisatiedetector (FID), de electron capture detector (ECD). Wij maken gebruik van de FID.
De metalen kolommen worden gevuld met een drager waarop de stationaire fase is aangebracht.
Eisen die aan de drager worden gesteld:
- Chemisch en fysisch inert
- Gelijke grootte van de deeltjes.
- Grote temperatuurverschillen kunnen weerstaan.
Stationaire fase
De stationaire fase moet een verbinding zijn die bruikbaar is voor een groot temperatuurstraject en niet uit elkaar valt. Tussen de te bepalen componenten moet uiteraard verschil in adsorptie bestaan ten opzichte van de stationaire fase. De keuze wordt vooral bepaald door de eigenschappen van de componenten in het te analyseren mengsel ten opzichte van de stationaire fase: polariteit, dampspanning, oplosbaarheid.
Kolomtemperatuur
De temperatuur van de kolom wordt onder andere bepaald door:
De kookpunten van de componenten in het mengsel. De temperatuur moet ongeveer gelijk zijn aan het kookpunt van de hoogst kokende component.
Detectoren
Een detector is een zeer gevoelig meetinstrument, waarmee veranderingen in de samenstelling van het uit de kolom komende gas wordt gemeten.
De werking van detectoren berust op de omzetting van een fysische eigenschap van het gas in een elektrisch signaal, bijvoorbeeld warmtegeleiding of elektrische geleiding na ionisatie.
Verandering van fysische eigenschappen resulteert in verandering van signaal, meestal een elektrische stroom. Deze stroom wordt verzwakt of versterkt en vervolgens door een computer geregistreerd.
Een goede detector is onder andere gevoelig, lineair en heeft een grote responsiesnelheid.
Enkele typen detectoren zijn: De katharometer of warmtegeleidingcel, de vlamionisatiedetector (FID), de electron capture detector (ECD). Wij maken gebruik van de FID.
Vlamionisatiedetector (FID)
In deze detector, ook genoemd FID (flame ionisation detector), wordt het uit de kolom komende draaggas (stikstofgas) gemengd met waterstof en vervolgens verbrand met lucht of zuurstof. In de verbrandingsruimte bevinden zich twee elektroden, die op een spanningsbron van 100-300 V zijn aangesloten. De ene elektrode is meestal de brander, de andere is in de vlam geplaatst. In de brander komen drie gassen samen: het draaggas (stikstofgas), waterstof en lucht. In een zuivere waterstofvlam is de ionenconcentratie uiterst gering, waardoor de stroomsterkte eveneens zeer laag is. Bevat het draaggas echter een koolstofverbinding, dan zal ten gevolge van verbranding van deze verbinding hiervan een klein gedeelte worden geïoniseerd. De ionenconcentratie in de vlam neemt toe en dus eveneens de stroomsterkte. De stroomsterkte is evenredig met de hoeveelheid te bepalen component die per tijdseenheid in de vlam komt. De stroomsterkte is echter zo gering dat versterking nodig is alvorens het chromatogram door de computer kan worden geregistreerd. |
Kwalitatieve analyse
Dit kijken welke stoffen er in het mengsel zitten, niet hoeveel van elke stof. De plaats van de top van de piek karakteristiek voor de desbetreffende component. Dit noemt men de retentietijd.
Kwantitatieve analyse
Hier gaat men kijken hoeveel van een bepaalde component aanwezig is in het mengsel.
Het oppervlak van een piek is een maat voor de hoeveelheid van de bij die piek behorende component. Het oppervlak van een piek wordt bepaald met de integratiemethode m.b.v. de computer.
Na bepaling van de piekoppervlakken kan de samenstelling van het mengsel worden bepaald.
Hiervoor wordt er gebruikt gemaakt van de interne standaardmethode.
Bij deze veel toegepaste methode wordt aan toenemende hoeveelheden te bepalen component een constante bekende hoeveelheid interne standaard toegevoegd. Van alle standaarden en onbekenden wordt de verhouding van de piekoppervlakken (ethanol/propanol) bepaald. De verhouding van de piekoppervlakken (component/standaard) wordt grafisch uitgezet tegen (volume %) de te bepalen component. Uit deze grafiek en de verhouding van de piekoppervlakken (monster/standaard) kan vervolgens het gehalte van de component worden afgelezen.