Gaschromatografie

Gaschromatografie (GC)

Die Gaschromatografie ist ein Trennverfahren für Stoffgemische, die gasförmig sind oder sich unzersetzt in die mobile Gasphase überführen lassen. Als stationäre Phase dient ein Feststoff oder eine flüssige Phase, die in spezielle GC-Säulen integriert sind.

Die gaschromatografische Trennung beginnt mit dem Einspritzen der Probe in den Injektor. Flüssige Proben werden dort verdampft und vom Trägergasstrom durch eine Trennsäule transportiert. Das Trägergas dient als mobile Phase. Dafür eignen sich z. B. He, N${}_2$, Ar, H${}_2$ und CO${}_2$. Die Trennung der Komponenten erfolgt hauptsächlich aufgrund ihrer unterschiedlichen Siedepunkte und ihrer Polarität. Man verwendet heute hauptsächlich leistungsfähige Kapillarsäulen für die Trennung der Gase. Kapillarsäulen sind 15 - 300 m lang und haben einen Innendurchmesser von nur 0,1 -1 mm. Sie bestehen aus flexiblem Material und sind aufgewickelt in die Geräte eingebaut. Sie sind innen mit einem sehr dünnen Film $(\mathrm{0,1}–5\mu \text{m})$ einer Trennflüssigkeit, z. B. Siliconöle oder Paraffine als stationäre Phase beschichtet. An solchen Säulen können sogar Isomere getrennt werden, deren Siedepunkte sehr dicht beieinanderliegen. Die Trennung beruht auf den unterschiedlich starken Wechselwirkungen der einzelnen Koponenten des Stoffgemisches mit der stationären Phase und dem Trägergas als mobile Phase. Dadurch bewegen sich die einzelnen Stoffe des Gemisches unterschiedlich schnell durch die Säule.

Auf diese Weise getrennt erreichen die einzelnen Substanzen nacheinander das Säulenende. Dort befindet sich ein Detektor, der z. B. durch Messung der Wärmeleitfähigkeit oder des UV-Spektrums die Änderungen der Zusammensetzung der mobilen Phase anzeigt und diese an eine Auswerteeinheit, in der Regel ein Computer, weitergibt. Die Zeit, die eine Substanz für die Wegstrecke vom Injektor bis zum Detektor benötigt, wird als Retentionszeit ($t_R$) bezeichnet. Sie ist umso länger, je besser die jeweilige Substanz mit der stationären Phase wechselwirkt. Aus der unterschiedlichen Retentionszeit der Komponenten ergibt sich ein Gaschromatogramm. Darin sieht man die vom Detektor gemessenen Signale für die einzelnen Komponenten der aufgetrennten Mischung. Diese Signale werden auch als Peaks bezeichnet. Anhand der Fläche unterhalb der Peaks kann man die Anteile der einzelnen Komponenten im ursprünglichen Probengemisch ermitteln.

Idealerweise sollten die Siedepunkte der zu analysierenden Stoffe zwischen 40 und 300 °C liegen. Viele schwerer flüchtige Verbindungen wandelt man in leichter flüchtige Derivate um, um sie mit der Methode gaschromatografisch zu untersuchen.

Anwendungsgebiete

Mithilfe der Kapillar-GC können in der Umweltanalytik Gemische aus mehr als 20 verschiedenen aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen (z. B. PCBs, PAKs) getrennt werden.
Die Anwendungsbreite der Gaschromatografie reicht von der organischen Elementaranalyse, wo die Anteile an ${\text{CO}}_{\text{2}}\text{, }{\text{H}}_{\text{2}}\text{O }\text{und }{\text{N}}_{\text{2}}$ in der Gasphase chromatografisch bestimmt werden, bis zur Analyse des Blutalkoholgehalts. Das Verfahren wird auch zur Blutuntersuchung bei akuten Vergiftungen verwendet, auch Drogen wie Cannabis oder Kokain lassen sich noch lange Zeit nach ihrer Konsumierung gaschromatografisch im Blut nachweisen.