GAZ KROMATOGRAFİSİ

içindekiler Amaç Kromatokrafi-GC tanımı GC Avantaj ve Dezavantajları Kullanım Alanları GC’de Bileşik Ayırımı GC’nin Ana Kısımları GC’nin Teorisi Sonuç Kaynaklar Sakarya Üniversitesi-2011

Amaç GC cihazının işleyişi hakkında bilgi sağlama, kullanımının avantaj ve dezavantajlarının anlatılması Sakarya Üniversitesi-2011

Gaz Kromatokrafisi Kromatografi, bir karışımdaki iki ya da daha fazla bileşenin, hareketli (taşıyıcı) bir faz yardımıyla, sabit (durgun) bir faz arasından değişik hızlarda hareket etmeleri esasına dayanır. Kromatografik yöntemlerle, kimyasal ve fiziksel özellikleri birbirine çok yakın bileşenlerden oluşan karışımları, tümüyle, kolayca ve kısa sürede ayırmak olanaklıdır. Bir karışımda gaz halinde bulunan veya kolayca buharlaştırılabilen bileşenlerin birbirinden ayrılması amacıyla gaz kromatografisi yöntemi kullanılır. Bu yöntemde ayrılma, bileşenlerin farklı katı yüzeylerdeki farklı adsorpsiyon ilgilerine göre gerçekleşir. Sakarya Üniversitesi-2011

GAZ KROMATOKRAFİSİNDE FAZLAR Sabit Faz Hareketli Faz Yarıçapı küçük uzun bir boru içine yerleştirilmiş geniş yüzeyli (gözenekli)bir maddeden meydana getirilen sabit faz (kolon). Bu fazın görevi sürükleyici etkisi maddeleri taşımaktır. Bu amaçla kullanılan başlıca gazlar He,Ne,Ar,N2 gibi inert gazlardır. Sakarya Üniversitesi-2011

Gaz Kromatokrafisinin Avantaj ve Dezavantajlari GC’nin en büyük dezavantajı numunelerin belli bir uçuculuğa sahip olma zorunluluğudur. Kompleks karışımlar için, GC, analizden önce ekstraksiyon ve türevlendirme gibi ön işlemler gerekebilir. Kolon sıcaklığında bozunan maddeler için uygun değildir. Yüksek molekül ağırlıklı maddelerle çalışılmamaktadır. Hız: Çok hızlı ayırma yöntemlerinden biridir. Hassasiyet:Oldukça kompleks karışımları ayırabilme ve çok küçük miktarları tespit edebilme yeteneğine sahiptir. Doğruluk: Gaz Kromatografisi doğru ve tekrarlanabilir analiz sonuçları veren analitik cihazlardan bir tanesidir. Sakarya Üniversitesi-2011

Kullanim Alanlari Kantitatif analiz: Gaz kromatografinin en yaygın kullanım alanı kantitatif tayinlerdir.Bir kromatografik  pikin altındaki alan mevcut maddenin miktarına bağlıdır. Kalitatif analiz:Tecrübelere dayanılarak pikin çıkış zamanında hangi maddeye ait olduğu tespit eldir. Preparatif ayırmalar:Analitik ayırmalarda genellikle mikrogram mertebesinde numunelerle çalışılır. Preparatif kolonlar kullanılarak, miligram veya daha büyük miktarlardaki maddeleri ayırmak mümkündür. Sakarya Üniversitesi-2011

Gaz Kromatokrafisi türleri Gaz Kromatografisi Kromatografisi(GLC) Gaz-sıvı Kromatografisi(GSC) Gaz-katı Sakarya Üniversitesi-2011

Gaz Kromatokrafisi Türleri Sabit fazı katı olan gaz-katı kromatografisi zayıf(fiziksel) adsorpsiyon olaylarına dayanır.Bu metodla elde edilen pikler genelde kuyruklu olup birbirinden ayrılmaları güç olduğu için gaz-katı kromatografisi fazla kullanılmaz.Sabit faz olarak silikajel,alümina(Al2O3),aktif kömür gibi maddeler kullanılır.Bu kromatografi dalında ayrılacak maddeler üzerinde sadece katı faz etkili olur. Sabit fazı sıvı olan gaz-sıvı kromatografisi daha çok kullanılır.Bunlarda kullanılan kolonlar 0.3-0.5 mm çapındadır.Bu nedenle bu kromatografi dalında kullanılan kolonlara kapiler kolonlar denir.Böyle kolonlarda gözenekli bir katı faz üzerine emdirilmiş büyük moleküllü özel bir sıvı bulunur.Bu fazın kalınlığı bir kaç µm kadardır. Sakarya Üniversitesi-2011

Gaz Kromatokrafisinde Bileşiklerin ayirimi Bir karışımda A ve B maddeleri olsun. Bunlar sabit faza kadar sürükleyici gazla taşınırlar, 1 halinde gazlar sabit faza (kolona) girerler, 2 halinde (zamanla) pikleri birbirlerinden az çok ayrılır, 3 halinde pikler birbirinden ayrılır ve B gazı detektöre yaklaşır, 4. halinde ise A gazı da neredeyse kolonu terk eder ve detektöre girer. Detektör taşınan gazların sayısı kadar sinyal verir. Detektörde B sinyali önce,A sinyali ise sonra çıkar. Sakarya Üniversitesi-2011

Gaz Kromatokrafisinde Bileşiklerin ayirimi Gaz kromatografisinde taban çizgisiyle sinyaller arasında kalan alanlar söz konusu gazların hacim oranlarına eşittir. Gaz kromatografisinde şartlar sabit tutularak çeşitli maddelerin piklerini ihtiva eden tablolar yapılır ve bunlardan yararlanılarak bilinmeyen numuneler içindeki türler kalitatif olarak analiz edilir . Sakarya Üniversitesi-2011

Gaz Kromatokrafisinde Bileşiklerin ayirimi Sakarya Üniversitesi-2011

Gaz Kromatokrafisi Cihazi Şekilde GC nin basit bir yapısı verilmiştir. Numune, enjektör ile verildildiği zaman taşıyıcı gaz (hidrojen) numuneyi önüne katarak ayrıştırma kolonuna yükler. Fiziksel özelliklerine göre ayrılan bileşenler detektör tarafından algılanır.Sonuçlar bir rekorder yada bilgisayar ekranına kaydedilir. Sakarya Üniversitesi-2011

Gaz Kromatokrafisinin Ana kisimlari 3.Isıtma kısmı 4.Ayırma kolonu 5.Dedektör 6.Yazıcı kısmı 1.Taşıyıcı gaz sistemi 2.Numune enjekte etme kısmı Sakarya Üniversitesi-2011

1)Taşiyici Gaz Sistemi Görevi; Buharlaşmış maddeleri kolona taşımaktır. İçinde basınçlı taşıyıcı gaz bulunan silindirden regülatör yardımı ile basınç düşürülerek, sabit akış hızında gaz kolon sistemine gönderilir. Uygun bir taşıyıcı gaz; a)Ayrılacak bileşik ve durucu fazla reaksiyona girmemeli,  b)Gaz difüzyonunu en düşük düzeyde tutabilmeli, c)Saf, kolay bulunabilir ve ucuz olmalı, d)Kullanılan dedektörlere uygun olmalıdır Sakarya Üniversitesi-2011

1)Taşiyici Gaz Sistemi Taşıyıcı gaz olarak He,Ar,N2 gibi inert gazlar kullanılır.Bu gazlardan hangisinin kullanılacağı cihazdaki dedektöre bağlıdır. Sakarya Üniversitesi-2011

2.Numune Enjekte Etme Kismi Analiz edilecek sıvı örnekler, az bir miktarda bir mikro şırınga yardımıyla cihazın giriş kısmına verilir. Şırınganın iğnesi septum adı verilen kalın lastik bir diskin içinden geçirilir. İğne çıkarıldığında ise, lastik eski haline dönüp deliği kapatır. Kolon verimliliğini arttırmak amacıyla örnekler uygun hacimlerde uygulanmalıdır. Aşırı büyük numunelerin yavaş bir şekilde sisteme verilmesi takdirde oluşan bantlar genişler ve iyi bir ayırım sağlanamaz. Sakarya Üniversitesi-2011

3) Isitma Kismi Kullanılan cihazlarda, kolondan önce örnek maddesinin buharlaştırılması için bir bölme veya katı örneklerin gaz halindeki ürünlere dönüştürülmesi için bir ısıtma bölmesi vardır. Ayrılmanın kesin olarak aynı şekilde tekrarlanabilmesi için üç kısmın sıcaklığının ayrı ayrı kontrol edilmesi gereklidir. Bunlar; 1)Enjeksiyon kısmının sıcaklığı, 2)Kolon sıcaklığı, 3)Dedektör sıcaklığı Sakarya Üniversitesi-2011

4) Gaz Kromatokrafi Kolonlari Sistemin en önemli kısmıdır. Ayırma işlemi burada gerçekleşir. Ayırma işleminin başarılı olması, büyük ölçüde uygun kolon seçimine bağlıdır. Kolonlar, bakırdan, alüminyumdan, paslanmaz çelikten,camdan veya teflondan olabilir. En çok kullanılan paslanmaz çelikten olan kolonlardır. Kolonların şekli, u-şeklinde veya spiral şeklinde olabilir. Sakarya Üniversitesi-2011

4) Gaz Kromatokrafi Kolonlari Dolgulu Kolonlar Kılcal Kolonlar Sakarya Üniversitesi-2011

4) Gaz Kromatokrafi Kolonlari Dolgulu Kolonlar; Daha büyük miktardaki ayrımları gerçekleştirebilirler. Daha çok preparatif çalışmalarda kullanılırlar. Kapiler Kolonlar; Genellikle silika ve türevlerinden yapılırlar. İç çapları 0,25-0,53 mm , uzunlukları 15-60 metredir. Kaplama film kalınlıkları ise 1 mikrondur. Etkinlikleri dolgulu kolonlara göre daha fazladır. Sakarya Üniversitesi-2011

Örneğin Kolona Verilmesi Ayrılacak bileşikler, kolon girişine bir seferde verilir. Gazlar gaz kaçırmayan şırınga veya özel gaz muslukları kullanılarak,sıvılar şırınga kullanılarak, katılar önce inert bir çözücüde çözülüp sonra şırınga kullanılarak sisteme verilir. Genel olarak, kullanılan kolonun çapına göre verilebilecek sıvı miktarları aşağıdaki gibidir. Sakarya Üniversitesi-2011

5) Dedektörler Bir GC detektör , kolondan gelen taşıyıcı gaz içinde bulunan binde birkaç oranındaki yabancı bir gazı tespit eden araçtır. Bir gazın pikinin detektörden geçme zamanı en fazla bir saniye kadardır. Sakarya Üniversitesi-2011

5) Dedektörler Bir detektörde aranan başlıca özellikler şunlardır: a)Duyarlılığı yüksek olmalıdır. b)Duyarlılığı geniş bir konsantrasyon aralığında olmalıdır. c)Her çeşit bileşiğe duyarlı olmalıdır. d)Gaz akış hızı ve sıcaklık değişimlerinden etkilenmemelidir. e)Sağlam olmalıdır. Sakarya Üniversitesi-2011

5) Dedektörler Bütün bu koşulları sağlayan ideal bir dedektör yoktur,ancak verileri şartlara yaklaşanlar vardır. Bunlar; 1)Isı iletken Dedektörler(TCD) 2)Alev iyonlaştırma Dedektörü(FID) 3)Elektron Yakalama Dedektörü(Çok az miktarda dedekte edilebilir.) 4) Alev Fotometrik Dedektör(FDP) Sakarya Üniversitesi-2011

Isi iletken dedektörler (TCD) En çok kullanılan dedektörlerdendir. Çeşitli gazların ısıyı değişik oranlarda iletmesi esasına dayanır. Konsantrasyon değişimine duyarlıdır. Böyle bir dedektörde sabit bir akımla ısıtılmış volfram bir telden yararlanılır. Taşıyıcı ve dedektör gazları aynı olmalıdır. Genellikle Helyum kullanılmakla birlikte Hidrojen, Argon,Azot ve Metan gibi gazlarda kullanılır. Sakarya Üniversitesi-2011

Alev iyonlaştirma dedektörü(FID) Yüksek hassasiyeti ve kararlılığından dolayı en çok kullanılan dedektördür. Kütle akış hızına duyarlıdır. Kolondan çıkan organik maddeler Hidrojen alevinde yakılarak iyonlaştırılır ve meydana gelen pozitif iyonlar dedektörde akım değişimine neden olur. Oluşan akım birim zamanda alevden geçen karbon miktarı ile doğru orantılıdır. C-H bağı içeren tüm bileşiklere duyarlı iken sadece kükürt bileşikleri,su,amonyak ve azot oksitlerine karşı duyarsızdır. Sakarya Üniversitesi-2011

Alev iyonlaştirma dedektörü(FID) Sakarya Üniversitesi-2011

Alev iyonlaştirma dedektörü(FID) Sakarya Üniversitesi-2011

Elektron Yakalama Dedektörü(ECD) Sinyal artışı yerine sinyal kaybını ölçer. Taşıyıcı gaz (genellikle azot) radyoaktif bir ortamdan geçerken iyonize olur. Hassasiyeti halojenli bileşikler ve azotlu bileşiklere karşı yüksek, alkollere ve hidrokarbonlara karşı düşüktür. Dezavantajları; linearitenin dar olması, kullanım için izin gerekli olması ve taşıyıcı gazın ultra saf olması gerekliliğidir. Sakarya Üniversitesi-2011

Elektron Yakalama Dedektörü(ECD) Sakarya Üniversitesi-2011

Kaydetme (Rekorder, integratör) Detektörde algılanan akımın elektriksel sinyale çevrildikten sonra hesaplamaların rahatlıkla yapılabilmesi için bir ölçekli şeritli kağıda kaydedildiği cihazlardır. Pik çıkışları rekorderden alınır ve alan boyları bulunduktan sonra faktörle çarpılarak hesaplama yapılır. İntegratör ise hem rekorder hem de alan ve boylar ile faktörlere göre hesabı kendi yapan daha komplike kaydedicidir. Sakarya Üniversitesi-2011

Gaz Kromatokrafisi Teorisi Alıkonma Zamanı: Bir maddenin gaz kromatografisi cihazına enjekte edildikten sonra dedektörde sinyalinin(pikinin) görünmesine kadar geçen zamana alıkonma zamanı denir ve tR ile gösterilir. Aynı zamanda, çıkış zamanı olarak da adlandırılır. Bu zaman, taşıyıcı gazın hızına ve maddenin dağılım katsayısına bağlıdır. Sakarya Üniversitesi-2011

Gaz Kromatokrafisi Teorisi Bir maddenin dağılma katsayısı, Kc: Kc=Sabit fazdaki Konsantrasyon / Mobil Fazdaki Konsantrasyon Kc ne kadar büyükse, moleküllerin ortalama hızı o kadar küçüktür. Sıfırdan büyük Kc değerine sahip olan bir madde, kolon içerisinde mutlaka alıkonacaktır. Sakarya Üniversitesi-2011

Gaz Kromatokrafisinde Rezolüsyon Kavrami Kromatografinin amacı karışımdaki bileşimleri ayırmaktır. Rezolüsyon(Rs) kavramı bu amacın ne derecede gerçekleştiğinin bir ölçütüdür. Teorik tanım olarak piklerin retensiyon zamanları arasındaki farkın ortalama pik genişliğine oranıdır. Sakarya Üniversitesi-2011

Gaz Kromatokrafisinde Rezolüsyon Kavrami Sakarya Üniversitesi-2011  Rezolüsyon arttıkça analizde doğruluk artar. Rezolüsyonun küçük olması ayırmanın yeterli olmadığının bir göstergesidir.

Sonuç GC cihazı oldukça basit bir mekanizmaya sahip, hızlı ve hassas bir yöntem olarak görülmektedir. Ancak çalıştırılması esnasında kolon tipine uygun taşıyıcı gaz seçimi yapılmasına ve numunelerin belli uçuculuk özelliklerinde, belli miktar ve basınçta verilmesine özen gösterilmesi gerekmektedir. Sakarya Üniversitesi-2011

Teşekkürler… Sakarya Üniversitesi-2011

Kaynaklar http://hiq.linde- gas.com/international/web/lg/spg/like35lgspg.nsf/ docbyalias/downl_information Gaz kromatokrafisi, Eda Açıkgöz, Mustafa Kemal Üniversitesi, 2011 http://www.shsu.edu/~chm_tgc/sounds/sound.htm l Gaz kromatokrafisi, Serkan Aydoğan Sakarya Üniversitesi-2011