Eine sehr wichtige Form der Chromatographie stellt die Gaschromatographie dar. Mithilfe dieser Methode werden in jedem Fall gasförmige Stoffe analysiert und sogar getrennt. Dabei wirkt ein Trägergas als Transportmittel. Verschiedene Zusammensetzungen der Säulen im Inneren des Gaschromatographen sorgen dafür, dass die einzelnen Bestandteile des Gases adsorbiert werden. Das unterschiedliche Haftungsverhalten der Stoffe sorgt für die mögliche Trennung.
Die Gaschromatographie ist eine der wichtigsten Trennmethoden, die alltäglich im Labor verwendet werden.
Zum Schluss dieses Artikel findest du die wichtigsten Informationen noch einmal zusammengefasst. Damit lernst du am besten für deine nächste Prüfung.
Gaschromatographie – Aufbau und einfach erklärt
Eine Gaschromatographie ist eine Sonderform der Chromatographie. Auch hier wird mit den physikalischen Eigenschaften Löslichkeit und Adsorption gearbeitet. Wie allerdings auch schon bei einer Säulen-Chromatographie können die einzelnen Bestandteile effektiv voneinander getrennt werden.
Abbildung 1: Aufbau einer Gaschromatographie
Die Abbildung zeigt dir nun einen schematischen Aufbau einer solchen Gaschromatographie. Die Trennung erfolgt in der Kapillarsäule. Dabei handelt es sich meist um ein Rohr bestehend aus Glas, Kunststoff oder Metall. Getrennt werden in diesem Bereich meist Gase, aber auch leicht verdampfbare Flüssigkeiten oder Feststoffe.
Die stationäre Phase befindet sich in dieser Kapillarsäule. Häufig findet man hier ein feinkörniges Pulver, das mit einer nichtflüchtigen Flüssigkeit getränkt ist. Als mobile Phase wird ein Trägergas verwendet. Oftmals handelt es sich dabei um Wasserstoff oder Helium.
Wasserstoff ist leicht endzündbar. Beim Austritt des Gases aus der Kapillarsäule wird es entzündet. Die Veränderung der Flamme weist dann auf die entsprechenden Bestandteile hin, die dann mit dem Detektor registriert werden.
Helium hingegen leitet Wärme. Die Veränderung wird nun dadurch bemerkt, dass sich bei unterschiedlichen Gasen die Wärmeleitfähigkeit von Helium in eine bestimmte Richtung verändert. Auch diese werden mit dem Detektor aufgezeichnet.
Die Kapillarsäule wird häufig auch als Trennsäule bezeichnet, da sich die Stoffe in diesem Bereich voneinander trennen. Diese Trennung erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Wechselwirkungen zwischen der stationären Phase und den Bestandteilen der Probe. Die einzelnen Bestandteile werden adsorbiert und haften an dem Pulver der stationären Phase. In diesem Zustand kommt es unter anderem auch vor, dass sie absorbiert werden.
Eine Absorption steht in diesem Fall dafür, dass sich der gasförmige Stoff meist in der Flüssigkeit löst, in die das Pulver getränkt ist. Allerdings handelt es sich nur um eine vorübergehende Adsorption.
Aufgrund des unterschiedlichen Haftungsverhaltens lösen sich die Teilchen entsprechend wieder. Dadurch kommt es zu einem zeitversetzten Austritt aus der Säule, der dann analysiert werden kann.
Der Detektor wandelt die Veränderungen in ein elektrisches Signal um. Mithilfe eines Verstärkers gelangen sie zu einem Schreiber. Hier entsteht dann ein sogenanntes Chromatogramm. Auf diesem sind die entsprechenden Peaks zu sehen, die Veränderungen markieren. Als Peaks bezeichnet man die Ausschläge des Schreibers.
Abbildung 2: Beispiel eines Chromatogramms
Die vereinfachte Form eines solchen Chromatogramms zeigt dir die Abbildung. Die entsprechenden Peaks machen Aussagen über die Anteile in der Probe möglich. Es besteht schließlich eine Proportionalität zwischen der Fläche unter dem Peak und der vorhandenen Stoffmenge in der ursprünglichen Probe, vorausgesetzt die Wärmeleitfähigkeit aller Stoffe ist ungefähr gleich. Damit ergibt sich folgende Verhältnisgleichung:
Weiterhin lässt sich die Art des Stoffs mithilfe der charakteristischen Retentionszeit erkennen. Meist wird dabei der Reinstoff ebenfalls durch die Gaschromatographie gegeben, um unter gleichen Umständen ein Ergebnis zu zeigen. Anschließend werden die Peaks verglichen.
Wie bereits erwähnt, lassen sich mit dieser Methode nicht nur Gase trennen. Auch Flüssigkeiten und Feststoffe können getrennt werden. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass sie unzersetzt verdampfbar sind. Nur dann kann der Stoff problemlos untersucht werden.
Gaschromatographie – Besonderheit
Zuerst einmal ist an dieser Stelle zu erwähnen, dass sich mit dieser Methode die Stoffe tatsächlich trennen lassen, sodass sie auch weiterführend analysiert werden können. Das ist im Gegenteil bei einer Papier-Chromatographie zum Beispiel nicht der Fall.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Gaschromatographie sehr schnell arbeitet. Somit ist eine rasche quantitative, aber eben auch qualitative Analyse von teilweise sehr komplexen Gemischen möglich. Die entsprechenden Ergebnisse werden in den meisten Fällen grafisch dargestellt dank der Kopplung mit einem Detektor.
Allerdings besitzt diese Methode einen großen Nachteil gegenüber der Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographie. Bei einer Gaschromatographie können nun gasförmige oder leicht verdampfbare Stoffe analysiert werden.
Gaschromatographie – Anwendungsbeispiele
Aufgrund der hohen Empfindlichkeit ist die Gaschromatographie eine der häufigsten Anwendungen in der Analytik im Labor. Teilweise können Mengen im Bereich von 1g nachgewiesen werden. Häufig erfolgt anschließend eine Kopplung mit einer Massenspektrometrie, wodurch im Anschluss eine Strukturanalyse erfolgt.
Die quantitative Analyse ist häufig komplizierter, da Vergleichsmessungen gemacht werden müssen. Da ist es meist einfacher, andere Methoden anzuwenden, doch in geringem Rahmen ist dies auch durch eine Gaschromatographie im Labor möglich.
Weitere Anwendungsbereiche sind:
- Analytik von Agrarprodukten auf Herbizide
- Fleischprodukte auf Hormone
- Untersuchung von Arzneimittel, von Aromen und ätherischen Ölen, von Kohlenhydraten, von Erdölkomponenten
- forensische Chemie
- Dopingtests
- Luft- und Meerwasseruntersuchungen in der Umweltanalytik
Tatsächlich ist die Flüssigkeit/Gaschromatographie gekoppelt mit der Massenspektrometrie die wichtigste Analyseform im Sportbereich, um Doping nachzuweisen. Dabei gibt es ausgewählte Zentren in Deutschland, die von der World Anti-Doping Agency (WADA) akkreditiert wurden, um als Institutionen diese Dopingtests sicher durchzuführen.
Mit diesem Wissen bist du nun bestens vorbereitet. Als Wiederholung und auch für dich zum Lernen haben wir die wichtigsten Informationen noch einmal kurz zusammengefasst.
Gaschromatographie – Alles Wichtige auf einen Blick
- Bei einer Gaschromatographie werden die Stoffe aktiv durch Adsorption und Löslichkeit voneinander getrennt. Die Trennung selbst erfolgt in einer Kapillarsäule, die mit einem Pulver gefüllt ist.
- Das Pulver wirkt als stationäre Phase. Die mobile Phase ist ein Gas, zum Beispiel Helium oder Wasserstoff.
- Aufgrund der Adsorption treten die einzelnen Stoffe nacheinander aus der Säule. Die Veränderungen werden von einem Detektor wahrgenommen und mit einem Schreiber aufgezeichnet. Es entsteht ein Chromatogramm.
- Anhand der Chromatogramme im Vergleich zwischen Probe und Reinstoffen lassen sich Aussagen über Qualität und Quantität treffen.
- Die Besonderheit der Gaschromatographie liegt in der schnellen Analyse von teilweise sehr komplexen Gemischen. Daher wird diese Methode vorrangig im Labor angewendet.
- Die weitere Anwendung liegt vor allen in den Bereichen Agrarwissenschaften, Arzneimittel, Forensik, aber auch Doping.
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