ガスクロマトグラフィー (GC) は、分解せずに気化できる化合物を分離および分析するために使用される分析技術です。ガス相での分離を実現するために、異なる化合物間の揮発性と分子相互作用を利用します。一般的な GC システムは、固定相 (カラム内に充填またはコーティングされている)、キャリア ガス、サンプルの注入ポート、検出器、およびデータ収集システムで構成されます。カラムを通過する化合物の移動速度の違いにより、化合物を分離し、その後識別することができます。
分離の原理
ガスクロマトグラフィーにおける分離は、(
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)移動性ガス キャリア相とカラム内の不活性支持体にコーティングされた固定液相との間の分配平衡に基づいています。化合物の混合物が注入ポートに注入されると、それらは気化され、キャリア ガスの流れによってカラムに沿って移動します。揮発性と極性の程度が異なるため、化合物ごとに固定相での溶解度が異なります。溶解度の高い化合物は固定液膜に深く浸透し、カラムを通過するのに時間がかかりますが、溶解度の低い化合物は固定相と相互作用する時間が短くなります。これにより、カラムの端から異なる保持時間で溶出する明確なバンドとして化合物が分離されます。
分離に影響するパラメータ
GC の分解能は、キャリア ガスの流量、カラムの寸法、固定相の極性と厚さなどのパラメータによって影響を受けます。流量が高いほど分析時間は短くなりますが、分解能は低下します。カラムが長くて内径が狭いほど分離効率は向上しますが、分析時間は長くなります。極性固定相は非極性固定相よりも極性分析物を保持しますが、非極性種の分離を低下させる可能性があります。固定相の膜が厚いほど分離は強化されますが、分析時間は長くなります。これらのパラメータを慎重に最適化することが、効果的な分離に不可欠です。
ガス クロマトグラフィーの用途
GC は、その高い効率、感度、再現性により、幅広い分野で使用されています。石油化学分析では、炭化水素混合物の分離によく使用されています。環境分析では、GC を使用して、空気、水、土壌サンプルに含まれる揮発性有機化合物と農薬の定性および定量分析を行います。食品分析では、食用油、飲料、香料などに含まれる不純物、防腐剤、芳香化合物の検出に GC が欠かせません。製薬および法医学研究所では、薬物含有量均一性試験、薬物不純物プロファイリング、体液の毒物分析に GC 技術を活用しています。その他の用途には、精油の特性評価、香料分析、香水、香料、その他の複雑な揮発性混合物の分析などがあります。
ガスクロマトグラフィーの検出技術
GC 検出器は、分離された化学情報を検出可能な分析信号に変換するために使用されます。よく使用される検出器には、次のものがあります。
- 炎イオン化検出器 (FID): ほとんどの有機化合物を検出するための汎用検出器。水素と空気の炎による溶出化合物のイオン化に基づいています。感度は高いですが、炭素と水素の結合がない化合物は検出できません。
- 熱伝導率検出器 (TCD): キャリアガスに対する分析対象物の熱伝導率の変化を測定します。感度は非常に高いが、FID よりも選択性は低い。窒素およびリン含有化合物に有効。
- 電子捕獲検出器 (ECD): ハロカーボンや農薬などの電子吸収化合物に選択的。感度はピコグラム レベルだが、適用範囲は限られている。
- 窒素リン検出器: 窒素/リン含有化合物に感度が高い。アミノ酸分析、肥料、石油製品に使用。
- 質量分析計 (MS) 検出器: 質量フラグメント パターンを介して分子構造を識別。選択性と精度は高いが、運用コストが高い。GC-MS などの他の分離技術と併用されることが多い。
サンプル準備技術
正確な GC 分析には、適切なサンプル準備が不可欠です。一般的な準備技術には次のものがあります:
- 液液抽出: 分析対象物を 2 つの混ざらない液相 (通常は有機溶媒と水) に分離します。マトリックス干渉を除去して、よりクリーンな抽出物を得ます。
- 固相抽出: シリカ、C18、陽イオン/陰イオン交換樹脂などの吸着剤を使用して、複雑なマトリックスから分析対象物を抽出し、濃縮します。
- ヘッドスペースサンプリング: マトリックス自体ではなくサンプルのヘッドスペースから直接揮発性分析対象物を分析します。マトリックスの完全性が損なわれるのを防ぎます。食品/飲料/香料の分析に使用されます。
- 誘導体化: 官能基を化学的に修飾して、極性の非揮発性分析対象物の熱安定性と揮発性を高め、GC で検出できるようにします。プレカラムまたはポストカラムで実行されます。
ガスクロマトグラフィーの進歩
継続的な研究により、多次元 GC 技術、高速 GC システム、包括的な GCxGC などの革新が生まれ、感度と解像度が向上した複雑なサンプル マトリックスを処理できるようになりました。GC を MS、NMR、または赤外線分光法と組み合わせると、補完的な構造的および定量的な洞察が得られます。小型のマイクロ流体 GC チップは、ポータブルで低コストの分析を可能にします。カラム技術の進歩とロボットによる自動化により、GC アプリケーションは新たな領域に拡大しています。全体として、GC は堅牢で信頼性の高い分析技術であり、複数の業界と研究分野で幅広く使用されています。
ガスクロマトグラフィーに関する詳細情報(
| https://logcla.com/blogs/368092/Understanding-Gas-Chromatography-An-Essential-Tool-for-Chemical-Separations |
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