GC Säulenkonfigurator

Die passende GC-Säule finden

Bei der Vielzahl an unterschiedlichen Optionen kann es schwierig sein, die am besten geeignete Säule für die jeweilige Analyse auszuwählen. Die Entscheidung fällt jedoch leichter, wenn bestimmte Fragen zur geplanten Trennung vorab geklärt werden. Im Folgenden haben wir einige nützliche Informationen zur Säulenauswahl zusammengestellt.

Überlegungen zur Methodenentwicklung in der GC

Wenn Sie zum ersten Mal eine Methode entwickeln, sollten Sie diese Säuleneigenschaften berücksichtigen, um die beste Säule für die Trennung zu bestimmen:

1. Säulenphase
2. Innendurchmesser
3. Filmdicke
4. Säulenlänge

1) Säulenphase

Bei der Gaschromatographie erfolgt die Trennung zweier Analyten aufgrund ihrer unterschiedlichen Wechselwirkung mit der stationären Phase, weshalb eine Phase gewählt werden muss, die den Eigenschaften der Probe entspricht. 

Unpolare Phasen trennen Verbindungen anhand ihrer Siedepunkte. Haben die Komponenten beispielsweise unterschiedliche Siedepunkte (mehr als 2 °C), wird eine unpolare Säule wie vielleicht die TG-1MS oder DB-1 / DB-5 empfohlen. Phasen mit mittlerer Polarität, wie DB-WAX oder DB-1701, kombinieren den Siedepunkt mit den selektiveren Wasserstoffbrücken- oder Dipolmoment-Wechselwirkungen und bieten somit eine höhere Selektivität. Unterscheiden sich die Produkte hauptsächlich in ihrer Polarität, ist eine polare Säule wie die TG-WaxMS ideal.

Im Allgemeinen sind unpolare Phasen thermisch stabiler als polare Phasen. Mit anderen Worten: je höher die Polarität der Säule, desto geringer ist ihre thermische Stabilität. Wählen Sie daher immer die am wenigsten polare Säule, die die Trennung durchführen kann.

2) Innendurchmesser

Die Wahl des Innendurchmessers wird häufig durch das Instrument oder die Nachweismethode bestimmt. Die meisten modernen GC-Geräte sind für die gängigen Säulengrößen geeignet. Der Innendurchmesser (ID) einer Säule ist umgekehrt proportional zu ihrem Trennvermögen. Mit einem größeren Innendurchmesser erhöht sich die Probenkapazität der Säule, aber Auflösung und Empfindlichkeit nehmen ab. Umgekehrt kann eine Säule mit kleinerem Innendurchmesser die Auflösung und Empfindlichkeit verbessern, allerdings mit dem Nachteil einer geringeren Probenkapazität und einem höheren Bedarf an Probenvorbereitung. Es ist daher ratsam, eine ähnliche Anwendung zu finden, die eine Trennung der gewünschten Komponenten ermöglicht, und diese als Richtwert zu nehmen.

Für Proben, die eine große Anzahl von Substanzen enthalten und eine hohe Auflösung erfordern, werden Säulen mit kleinem Innendurchmesser (0,20-0,25 mm) empfohlen. Für Proben mit einer großen Bandbreite an Konzentrationen sollten breitere Säulen verwendet werden, da diese größeren Durchmesser die Injektion einer größeren Probenmenge ermöglichen.

Säulen mit einem Innendurchmesser von 0,53 mm (Semikapillarsäulen) haben eine ähnliche Ladekapazität wie gepackte Säulen, jedoch mit besserer Auflösung, verbesserter chemischer Inertheit und kürzeren Analysezeiten.

Die Säulen mit 0,32-0,53 mm ID können entweder mit einem Standardinjektor (der für Kapillarsäulen verwendet wird) oder mit einem Injektor für gepackte Säulen verwendet werden, da sie mit hohen Flussraten arbeiten können. Für GC-MS-Systeme wird empfohlen, mit kleinen ID-Säulen (0,10 mm, 0,15 mm, 0,18 mm, 0,20 mm und 0,22 mm) zu arbeiten, um die Kapazität des MS-Vakuumsystems nicht zu überschreiten.

Mit Kapillarsäulen von 0,1 mm ID lassen sich hohe Plättchenzahlen erzeugen und die Analysezeit ohne Auflösungsverluste verkürzen. Die hohe Effizienz dieser Säulen (7000-10.000 Platten/Meter) ermöglicht die Auflösung komplexer Proben mit kürzeren Säulenlängen. Ihre Beladungskapazität ist jedoch ein limitierender Faktor. Um die beste Leistung mit diesen Säulen zu erzielen, müssen instrumentelle Faktoren (Injektor/Detektor) berücksichtigt werden.

3) Filmdicke

Die Filmdicke der GC-Säule hat Einfluss auf Retention, Auflösung, Säulenbluten, Inertheit und Kapazität. Eine Erhöhung der Filmdicke erhöht die Probenkapazität der Säule und verlangsamt die Elution der Peaks, was bei der Analyse flüchtiger Verbindungen von Vorteil sein kann. 

Ein dickerer Film verringert auch die Gefahr einer Überladung der Säule und verbessert so die Auflösung. Allerdings kann ein dickerer Film auch empfindlicher auf Degradation reagieren. Dieselbe Komponente eluiert auf einem dicken Film bei einer höheren Temperatur als auf einem dünnen Film. Verbindungen mit hohen Siedepunkten oder hohem Molekulargewicht sollten mit einem dünnen Film analysiert werden, um die Auflösung zu verbessern und unnötig lange Analysezeiten zu vermeiden.

Ein weiterer wesentlicher Faktor ist das Phasenverhältnis, das auf der Grundlage des Innendurchmessers und der Filmdicke berechnet werden kann. Das Phasenverhältnis wird berücksichtigt, zum einen um die besten Abmessungen für eine Anwendung zu bestimmen, zum anderen wenn eine Analyse von einer Säule mit einem bestimmten Innendurchmesser auf eine andere übertragen werden soll, ohne die Methode wesentlich zu ändern.

Eine Filmdicke von 0,25-0,32 µm ist die Standarddicke, die einen Kompromiss zwischen Kapazität und Auflösung und für die Injektion von Proben mit einem breiten Volatilitätsbereich ermöglicht.

Dicke Filme erhöhen die Retention der flüchtigsten Komponenten, während dünne Filme eine schnellere Elution bei niedrigeren Temperaturen bewirken. In der Regel müssen dünne Filme (0,1 µm) für Verbindungen mit hohem Molekulargewicht wie Rilyceride, Antioxidantien usw. verwendet werden, die Elutionstemperaturen von über 300 °C aufweisen.

Für niedrig siedende Substanzen müssen dicke Filme verwendet werden. Insbesondere werden 3-5 µm dicke Filme zur Abtrennung von Lösungsmitteln, Gasen und sehr flüchtigen Substanzen bei Raumtemperatur oder darunter verwendet. Wenn die Dicke der stationären Phase zunimmt, nimmt die thermische Stabilität ab. Daher ist der Bleed-Wert höher, was die maximale Betriebstemperatur der Säule einschränken kann.

4) Säulenlänge

Eine größere Säulenlänge führt zu einer höheren Effizienz und Auflösung, aber es handelt sich nicht um eine lineare Beziehung. Die Auflösung ist proportional zur Quadratwurzel der Säulenlänge, so dass eine Verdoppelung der Säulenlänge die Auflösung um etwa 40 % erhöht. Mit der Verlängerung der Säulenlänge erhöht sich jedoch auch die Retentionszeit. Doppelte Säulenlänge, doppelte Analysezeit. Im Allgemeinen wird empfohlen, die kürzeste Säule zu verwenden, mit der die gewünschte Trennung durchgeführt werden kann.

• Für den Beginn der Methodenentwicklung sind GC-Säulen mit einer Länge von 25 - 30 Meter geeignet. Dies ermöglicht eine hohe Effizienz bei relativ kurzen Analysezeiten.
• 10 - 15 Meter lange GC-Säulen bieten sich an für Proben, die sehr wenige oder leicht trennbare Analyten enthalten. Bei sehr kleinen Durchmessern werden kürzere Säulen verwendet, um den Vordruck zu reduzieren.
• 50 - 60 Meter lange GC-Säulen sollten nur dort eingesetzt werden, wo eine Auflösung mit anderen Mitteln nicht möglich ist (kleinerer Durchmesser, andere stationäre Phase, Änderung der Säulentemperatur). Sie sind aber bestens geeignet für komplexe Proben, die viele Substanzen enthalten. Lange GC-Säulen benötigen eine lange Analysenzeit und verursachen höhere Kosten.

Weitere Überlegungen zur GC-Säulenauswahl

Grundsätzlich ist es hilfreich zu wissen, dass 95 % aller verwendeten GC-Säulen entweder Säulen vom Typ AS-1, AS-5 oder AS1-Wax sind. Eine gute Ausgangssäule ist besipielsweise eine 30m x 0,25mm ID, 5% Phenylsäule mit einer Filmdicke von 0,25μm, wie beispielsweise die TG-5MS. Hierbei handelt es sich um eine unpolare Säule, die vorwiegend nach dem Siedepunkt trennt, aber auch einige polare Eigenschaften aufweist.