ガスクロマトグラフィーの動作原理

ガスクロマトグラフィーの動作原理

ガスクロマトグラフィーは、混合物を個々の成分に分離する実験技術です。サンプルの成分を識別し、定量化するために使用されます。サンプルが検出器を通過した後、クロマトグラムが記録されます。各ピークは、最初の混合サンプルとは異なる成分を表します。ピークが現れる時間は保持時間と呼ばれ、各成分の特性評価に使用でき、ピークのサイズ(ピークの高さまたは面積)は成分含有量の尺度です。

基本構造

ガスクロマトグラフの基本構造は、分析ユニットと表示ユニットの2つの部分で構成されています。前者には主にガス源と制御計量装置、サンプル供給装置、サーモスタットとカラムが含まれます。後者には、主に検出器と自動レコーダーが含まれます。カラムとキャリブレーターは、ガスクロマトグラフの中核コンポーネントです。

（1）空気圧システムガスクロマトグラフ内のガス経路は、キャリアガスが連続的に動作する閉回路システムです。ガス回路システム全体には、純粋なキャリアガス、優れた気密性、安定した流速、および正確な流量測定が必要です。

（2）注入システム注入は、気体または液体サンプルをカラムの上部に均一かつ定量的に添加することです。

（3）分離システムの中心となるのはカラムで、多成分サンプルを個々の成分に分離する役割を果たします。カラムは、充填カラムとキャピラリーカラムに分かれています。

（4）検出システム検出器の機能は、クロマトグラフィーカラムで分離されたサンプルの成分を、その特性と内容に応じて電気信号に変換することです。増幅後、それらはクロマトグラムとしてレコーダーによって記録されます。

（5）信号記録またはマイコンデータ処理システム近年、クロマトグラフィーデータプロセッサは主にクロマトグラフを使用しています。クロマトグラフィーデータプロセッサーは、記録されたクロマトグラムを印刷し、保持時間、測定成分の質量分率などの処理結果を同じ記録紙に印刷できます。

（6）温度制御システム カラム、検出器、ガス化チャンバーの温度を制御および測定するために使用されるのは、ガスクロマトグラフの重要な部分です。ガスクロマトグラフは、気固クロマトグラフと気液クロマトグラフの2つのカテゴリに分類されます。2種類のクロマトグラフは固定相が異なりますが、装置の構造は普遍的です。

動作原理

クロマトグラフは、最初にカラムを使用して混合物を分離し、次に検出器を使用して分離された成分を順次検出します。カラムは直径数ミリメートルで、固体の吸着剤または液体溶媒で満たされており、充填された吸着剤または溶媒は固定相と呼ばれます。固定相に対応して、移動相もあります。移動相は、サンプルと固定相の両方と反応しない気体で、一般に窒素または水素です。　分析するサンプルは、カラム上部の移動相に注入されます。移動相はサンプルをカラムに運ぶため、移動相はキャリアガスとも呼ばれます。分析中、キャリアガスは一定の流量でカラム内を連続的に流れます。サンプルは一度に1回のみ注入され、注入ごとに分析結果が得られます。 カラム内のサンプルの分離は、熱力学的特性の違いに基づいています。固定相とサンプル中の成分は、親和性が異なります(気体-固体クロマトグラフでは吸着力が異なり、気液クロマトグラフでは溶解度が異なります)。キャリアガスがサンプルとともにカラムを通過し続けると、親和性が高いということは、固定相がそれを引っ張る力が大きいことを意味するため、親和性の高い成分がカラム内をゆっくりと移動します。移動時に好感度が速くなる。 4つのカラムチューブは実際には1つであり、サンプル中の各成分の状態を異なる瞬間に示すために使用されます。サンプルは、A、B、およびC成分の混合物です。キャリアガスがそれらをカラムに持ち込んだとき、3つは完全に混合されました。一定期間後、キャリアガスがカラム内で一定の距離を移動した後、3つは分離し始めます。その後、3つが分離されます。

各成分について検出器から与えられる信号は、クロマトグラフィーピークと呼ばれる単一のピークとしてレコーダーに表示されます。クロマトグラフィーピークの最大値は定性分析の基礎であり、クロマトグラフィーピークがカバーする面積は対応する成分の含有量に依存するため、ピーク面積が定量分析の基礎となります。混合サンプルが注入された後、レコーダーによって記録された曲線はクロマトグラムと呼ばれます。クロマトグラムを分析して、定性分析と定量分析結果を取得します。

キャリアガスはキャリアガスシリンダーによって供給され、キャリアガス流量制御バルブを通過して流量を安定させ、ロータメーターを通過してサンプル気化チャンバーへの流量を検出します。サンプル気化器には、液体サンプルを気化させるための加熱コイルがあります。分析するサンプルがガスの場合、気化チャンバーを加熱する必要はありません。気化チャンバー自体が注入チャンバーであり、サンプルをキャリアガスに注入することができます。キャリアガスは、注入ポートから注入されたサンプルとともにカラムに入り、分離後に検出器に入り、その後ベントされます。検出器からの信号が増幅された後、サンプルのクロマトグラムがレコーダーによって記録されます。

ガスクロマトは、多成分混合物の分離および分析ツールです。移動相としてガスを使用し、フラッシング法を使用するカラムクロマトグラフィー技術です。多成分分析材料がカラムに入ると、カラム内の成分の気相と固定液相の間の分配係数が異なるため、カラム内の各成分の実行速度が異なります。カラムが長くなると、順番にカラムを離れ、検出器に入ります。検出後、電気信号に変換され、データ処理ステーションに送信されます。これで、測定物質の定性・定量分析は完了です。