Merhaba sevgili gelişen kariyerim okurları, bugün sizlere belki de çoğunuzun iş hayatında veya öğrenim hayatında karşısına çıkabilecek olan Gaz kromatografisi‘nden bahsedeceğim. Gaz kromatografisi nedir, gaz kromatografisi cihazının bölümleri nelerdir, gaz kromatografisi uygulama alanları nelerdir? Sorularının cevabını merak ediyorsanız yazımıza geçebiliriz!
İçindekiler
Kromatografi Nedir?
Kromatografi, bir karışımdaki maddelerin saf fraksiyonlar halinde ayrılmasını ve molekül yapılarının belirlenmesini sağlayan bir yöntemdir. Kromatografide karışımı oluşturan bileşenler, durgun faz ve hareketli faz arasında dağılır. Hareketli faz sayesinde durgun fazdan sürekli çözülen bileşenler, seçimli adsorbsiyon sayesinde farklılıklarına göre ayrı bölgelerde toplanır. Durgun ve hareketli olarak adlandırılan bu fazlar da katı, sıvı ve gaz gibi farklı fiziksel hallerde olabilirler.
Gaz Kromatografisi
Gaz kromatografisinde hareketsiz faz katı bir absorban ise gaz-katı kromatografisi, sıvı bir absorban ise gaz-sıvı kromatografisi olarak adlandırılır. En yaygın kullanılanı ise gaz-sıvı kromatografisidir. Gaz-sıvı kromatografisi uçucu bileşenlerin bozunmaya uğramadan ayrılması, tanımlanması ve kantitatif olarak belirlenmesi için uygulanan bir yöntemdir. Ayrılma işlemi, kullanılan kolona ve dedektöre bağlıdır. Kullanılan kolonlar genellikle cam, kapiler ve paslanmaz çelikten yapılmaktadır. Kullanılan dedektörler ise seçimli ve universal dedektörler olarak sınıflandırılır. Universal olanlar hemen hemen bütün maddelere cevap verirken seçimli olanlar sadece belirli maddelere karşılık verir.
KROMATOGRAM: Dedektör ile elde edilen elektrik sinyali ve zamanın bir fonksiyonu olarak tanımlanan kromatogram, ayırmanın sonuçları olarak da adlandırılabilir. Kromatogram üzerinde bulunan yükseltiler pik olarak adlandırılır ve her pik belirli bir bileşiği göstermektedir.
Gaz-sıvı kromatografisinde hareketsiz faz yüksek ısıda buharlaşmayan bir sıvıdır. Ayrıca sürükleyici gaz olarak adlandırabildiğimiz hareketli faz için helyum, argon ve azot gibi gazlar kullanılmaktadır. Kolon içerisinde belirli bir basınç ve sabit sürükleyici gaz akışı olmadan ayrım yapmak olanaksızdır. Belirli bir basınç ve gaz akışını ayarlamak için basınç regülatörü ve gaz akış ölçerleri kullanılabilmektedir. Sürükleyici gaz enjeksiyon kısmından geçtikten sonra analiz edilecek örnek bir şırınga yardımıyla cihaza enjekte edilir. Enjekte edilen karışım hemen buharlaşır ve sürükleyici gaz aracılığıyla kolona girer. Sürükleyici gaz ile sürüklenen karışımdaki bileşikler gaz ve sıvı fazlar arasında dağılır. Daha sonrasında bileşikler kolonu terk etmeye başlar. Kolonu terk eden bileşikler dedektör aracılığıyla sinyale dönüştürülerek kaydedicide kaydedilir. Örneğin kolona verilmesinden, sinyal bandının dedektörde belirlenmesine kadar geçen süre alıkonma zamanı ( tR) olarak adlandırılır. Kaydedicide elde edilen kromatogram üzerinde oluşan yükseltiler pik olarak adlandırılır ve pikler okunarak değerlendirmeler yapılır.
Gaz Kromatografi Cihazının Ana Kısımları
- Sürükleyici gaz, basınç ve akışın ayarlandığı kısım.
- Numune enjekte etme kısmı.
- Kolon kısmı.
- Isıtmanın gerçekleştiği fırın.
- Dedektör.
- Kaydetme kısmı.
Kolon Ayırma Verimi Neye Bağlıdır?
Bir kolonun ayırmadaki verimi teorik plaka eşdeğer yüksekliği (TPEY) olarak ifade edilir. TPEY, sürükleyici gaz akış hızına, kolon sıcaklığına, kolon dolgu maddesine ve kolon uzunluğuna bağlıdır. Bu değer ne kadar küçük olursa kolon o kadar verimlidir ve bir o kadar iyi ayrım yapar. Ayrıca sabit fazlı kolonların kullanılması sabit fazda kütle transferinin azalmasına sebep olduğu için, kolon ayırma verimini arttırmaktadır.
Teorik plaka eşitliğinden yararlanarak bir kolon için TPEY aşağıdaki gibi hesaplanır.
TPEY= L/n
n= 16 (tR/Δt)2
- L: Kolon uzunluğu
- n: Kolondaki teorik plaka sayısı
- tR: Alıkonma zamanı
- Δt: Bileşenin bant genişliği
Hızlı Gaz Kromatografisi
Laboratuvar işletme maliyetlerini azaltma ihtiyacıyla birlikte kısa sürede daha fazla örnek çıktısı almak için yüksek-hızlı gaz kromatografisi uygulamaları dikkat çekmektedir.
Aşağıdaki yolları takip etmek suretiyle daha hızlı gaz kromatografisi (GC) ayrımı elde edilebilmektedir.
✎ Azaltılmış kolon uzunluğu (↓L): Kolon uzunluğunun azaltılması , GC analiz süresini azaltmak için çok basit bir yoldur. Uygulamada tüm hızlı GC analizleri kısa kolonlarla ( genellikle ≤ 10 m) gerçekleştirilmektedir.
✎ Düşürülmüş alıkonma faktörü (↓k) için:
- İzotermal sıcaklığı arttırma,
- Daha hızlı bir sıcaklık programlaması,
- Seçiciliği geliştirmek için farklı sabit faz kullanmak,
- Sabit fazın daha ince film kalınlığına sahip olması gibi faktörlere dikkat edilmelidir.
✎ Arttırılmış taşıyıcı gaz hızı (↑u): Optimum taşıyıcı gaz hızından daha yüksek hızların kullanılması. Optimum taşıyıcı gaz hızının arttırılması için de taşıyıcı gaz olarak hidrojen kullanımıyla birlikte vakum çıkış işlemi uygulanması.
✎ Küçük çaplı kolon kullanılması: Daha hızlı gaz kromatografisi için bir diğer ilgi çekici yoldur. Ancak daha yüksek örnek hacimlerini cihaza verme zorluğu ve daha düşük örnek kapasitesi, birçok analizde küçük çaplı kolon kullanımını sınırlandırmaktadır.
✎ İnce film kalınlığına sahip sabit fazlı kolonların kullanımı: Bu kolonların kullanımı kapasite (alıkonma) faktörünün azalmasıyla sonuçlanmakta ve böylece daha hızlı GC analizi gerçekleşmektedir.
Gaz Kromatografisi Uygulama Alanları
Çoğu karmaşık örneği bile kolayca bileşenlerine ayırabildiği ve doğru sonuçlar verdiği için birçok alanda tercih edilen gaz kromatografisi, fazla örnek gerektirmeyişi ve duyarlılığının yüksek olması gibi birçok avantajından dolayı farmakoloji, gıda, adli tıp, kimya, genetik ve biyokimya gibi birçok uygulama alanına sahiptir.
Gıda Analizlerinde Gaz Kromatografisi Uygulamaları
Gıda analizlerinde gaz kromatografisi, yarı uçucu bileşiklerin birçok grubu için önemli ayırma tekniklerinden biridir. Geniş bir yelpazede bulunan dedektörler sayesinde GC’nin yüksek ayırma gücü GC’yi, tahıl ve gıda ürünleri gibi karmaşık matrikslerde var olabilecek çeşitli bileşenlerin belirlenmesinde önemli bir araç haline getirmektedir. Gıda analizi uygulamalarında optimal GC’nin seçimi kullanılan yönteme, maliyetine, hızına ve diğer bazı faktörlerin performans özellikleri için gereken gereksinimlere bağlıdır diyebiliriz. Ayrıca çeşitli gıda bileşeni grupları için geçerli olan GC yöntemleri değişkenlik göstermektedir.
Gıda analizlerinde GC’nin gelecekteki kullanım alanları göz önünde bulundurulduğunda öngörülen ana eğilim, kütle analizörü çeşitlerini kullanan MSD yaklaşımının geleneksel dedeksiyonların yerini almasıdır.
Referanslar:
- Ötleş, S. (Ed) (2019). Enstrümental gıda analizleri el kitabı. İzmir: Sidas Medya Ltd. Şti.
Konsantrasyonu Arttırmak İçin 5 Yöntem
