Gaschromatographie in 5 Schritten

Die Gaschromatographie ist ein Verfahren der chemischen Analyse, bei der Substanzen in ihre Bestandteile aufgetrennt und identifiziert werden. Lesen Sie in unserem Beitrag alles über den Aufbau und den Ablauf der Gaschromatographie und entdecken Sie unsere beispielhafte Auswertung.

Bei der Gaschromatographie (kurz: GC) handelt es sich um ein Verfahren zur chemischen Analyse. Hierbei sollen Gemische bestehend aus mehreren Substanzen in ihre Bestandteile aufgetrennt und identifiziert werden. Dies wird durch die unterschiedlichen Siedepunkte der enthaltenen Stoffe ermöglicht, bei denen sie von einem flüssigen oder festen in einen gasförmigen Aggregatzustand übergehen.

In diesem Artikel möchten wir den Aufbau des Gaschromatographen und den Gaschromatographie-Ablauf erklären. Zudem wird beispielhaft aufgezeigt, wie sich ein Gaschromatogramm auswerten lässt.

Gaschromatographie-Aufbau: Das ist das Prinzip

Der generelle Aufbau eines Gaschromatographs sieht folgendermaßen aus:

• Gasflaschen
• Injektor
• Trennsäule innerhalb eines Säulenofens
• Detektor
• Einheit zur Auswertung

Gaschromatographie-Ablauf

Der Ablauf der Gaschromatographie wirkt auf dem ersten Blick komplex, lässt sich jedoch übersichtlich in mehrere Schritte unterteilen. Nachfolgend finden Sie die gesamte Gaschromatographie einfach erklärt

1.      Gasförmiges Ausgangsgemisch

Eine Gaschromatographie ist im Grunde nur möglich, wenn das Ausgangsgemisch gasförmig ist oder sich in einen gasförmigen Zustand überführen lässt, ohne es zu zersetzen. Handelt es sich um ein festes und nicht um ein flüssiges Gemisch, muss dieses zunächst mithilfe eines Lösungsmittels aufgelöst werden. Mit einer Injektionsspritze wird der Analyt in den Injektor gespritzt. Die Injektionskammer wird beheizt und erreicht Temperaturen bis zu 450 °C. Dadurch wird der Analyt komplett in die Gasphase überführt. Mobile Phase der Gaschromatographie trifft auf die stationäre Phase der GC

2.      Mobile Phase der Gaschromatographie trifft auf die stationäre Phase der GC

Das Gemisch bzw. der Analyt befindet sich nun in der bewegten oder mobilen Phase der Gaschromatographie. Ein konstanter Gasstrom schleust bzw. presst die bereits gasförmigen Substanzen durch eine Trennsäule mit einem vordefinierten Innendurchmesser, die sich innerhalb eines Säulenofens befindet.

Als Trägergas wird häufig Wasserstoff, Helium oder Stickstoff genutzt, weil diese kaum eine Wechselwirkung mit dem Stoffgemisch aufweisen. Die Säule muss 10 bis 200 Meter lang sein. Sie bestand früher zumeist aus Metall. Mittlerweile verwendet man allerdings häufiger ein bruchsichereres, mit Polyimid beschichtetes Quarzglas. Die Säule ist von innen ebenfalls mit einer zähflüssigen, nichtflüchtigen Substanz beschichtet, was wiederum als stationäre Phase des GC bezeichnet wird.

3.      Adsorption und Nettoretentionszeit

Die verschiedenen, im Analyten enthaltenen Bestandteile oder Moleküle besitzen eine unterschiedlich starke Wechselwirkung oder Anziehungskraft zur stationären Phase. Sie verbringen unterschiedlich viel Zeit in der adsorbierten und gasförmigen Phase. Diese Adsorption hängt von den spezifischen Eigenschaften bzw. der Polarität der jeweiligen Stoffe und der Beschichtung ab. Die Moleküle können allerdings nur in der Gasphase wandern. Dies führt dazu, dass die verschiedenen Stoffe unterschiedlich viel Zeit benötigen, um die Säule zu passieren und am anderen Ende anzukommen. Dieser Zeitraum wird auch als Nettoretentionszeit bezeichnet.

4.      Detektion und Retentionszeit

Der gesamte Zeitraum zwischen der Injektion und der Detektion – also der Zeitmessung – wird Retentionszeit genannt. Die Länge der Säule, die Säulentemperatur und die stationäre Phase gehören zu den entscheidenden Faktoren, die die Retentionszeit beeinflussen. Mit einem anschließenden Vergleich mit bereits bekannten Standardwerten lässt sich schließlich feststellen, welche Inhaltsstoffe das Stoffgemisch enthält.

Es gibt universelle Detektoren, die alle enthaltenen Moleküle ermitteln – hierzu zählen beispielsweise die Wärmeleitfähigkeitsdetektoren. Es gibt aber auch Detektoren, die auf bestimmte zu analysierende Stoffe spezialisiert sind, um spezifische Verbindungen zu erfassen – hierzu gehört beispielsweise der Flammenphotometrische Detektor.

5.      Gaschromatogramm auswerten am Beispiel eines Flammenionisationsdetektors

Meistens wird ein universeller Flammenionisationsdetektor (Kurz: FID) für die GC-Auswertung verwendet. Eine heiße Wasserstoffflamme ionisiert hierbei die Bestandteile, die beim Detektor ankommen und teilt sie in positiv geladene (Kationen) und negativ geladene Ionen (Elektronen) auf. Ein elektrisches Feld, erzeugt durch zwei Kondensatorplatten, fängt die Elektronen auf. Die Berührung zwischen Elektronen und Kondensator erzeugt einen kurzen Strom, den wiederum der Detektor erkennt und schließlich in einem Gaschromatogramm erfassen kann.

Darin wird einerseits die Anwesenheit der Moleküle aufgezeichnet, welche Aufschluss zur Retentionszeit, also der Zeitraum von der Injektion bis zum Detektor, gibt. Die Intensität zeigt andererseits die etwaige Menge der Probe im Detektor zu einem bestimmten Zeitpunkt durch einen Peak an. Am häufigsten wird als Bauform des Detektors der Flammenionisationsdetektor (FID) aus einer sehr heißen Wasserstoffflamme, welche die Bestandteile der Probe ionisieren. Diese Ionen können vom Detektor erfasst werden.

Wenn Sie ein Gaschromatogramm auswerten, können Sie die Bestandteile des Ausgangsstoffes analysieren, welche als einzelne Peaks im Chromatogramm erscheinen. Anhand der Intensität und Fläche der Peaks lässt sich der Mengengehalt der individuellen Inhaltsstoffe feststellen. Zur eindeutigen Identifikation der Bestandteile existieren mittlerweile effektivere Messwerkzeuge, z. B. das Koppeln des Gaschromatographen an ein Massenspektrometer.

Nun wissen Sie, wie Sie mithilfe eines Gaschromatographen unbekannte Probengemische analysieren können.

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