Gaschromatographie

Antwort D ist korrekt

Bei der Gas-fest-Chromatographie wird als mobile Phase ein Inertgas (z.B. Helium oder Stickstoff) verwendet, es ist also nur ein Träger und hat keine Wechselwirkung mit dem Analyten. Dementsprechend spielt auch der pH-Wert des Trägergases eine Rolle. Das Trägergas sollte wasserfrei sein, damit es zu keiner hydrolytischen Spaltung in der stationären Phase kommt. ¹

Antwort C ist korrekt

Im Flammenionisationsdetektor befindet sich eine Knallgasflamme, die notwendigen Ionen zur Detektion werden also nur bei Verbrennung von organischen Kohlenwasserstoffgruppen erzeugt. Deshalb spricht er nur auf organische bzw. oxidierbare Substanzen an. Der Wärmeleitfähigkeitsdetektor misst die Wärmeleitfähigkeit und ist nur konzentrationsabhängig. Massenselektive Detektoren sprechen auf Ionen an, dafür werden Substanzen zuvor ionisiert. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Probe oxidierbar ist. Der thermionische Detektor hat zwar einen ähnlichen Aufbau wie der Flammenionisationsdetektor, kann aber nur Stoffe detektieren, die Phosphor oder Stickstoff enthalten. Auch der Elektroneneinfangdetektor ist konzentrationsabhängig und ist selekiv für elektronegative Teilchen (z.B. Halogene). ^{2 3}

Antwort A ist korrekt. In der homologen Reihe nimmt die Elutionszeit mit steigender Kettenlänge zu und mit Stärke der Verzweigung ab. Dementsprechend eluiert b als kleinstes Molekül als erstes und c als zweites. Verbindung a hat eine stärkere Verzweigung als d, weshalb a früher eluiert. ⁵

Antwort B ist korrekt

Der On-Column-Injektor ist kein warmes, sondern ein kaltes Verfahren. Bei der Head-Space-Analyse kann nur der Ethanolgehalt der gasförmigen Phase bestimmt werden und nicht automatisch der Gehalt der ganzen Probe. Mit dem Gehalt in der gasförmigen Phase kann dann eine Kalibriergerade erstellt werden und mittels der Standardadditionsmethode gerechnet werden. Probenschleifen stellen ein automatisches Injektionsverfahren dar, deshalb können genaue Volumina eingestellt werden und immer wieder injiziert werden. ⁶

Antwort B ist korrekt

Gepackte Säulen können in der Gas-fest-Chromatographie mit feinkörnigen Adsorbentien wie Kieselgel oder Ruß gefüllt sein. In der Gas-flüssig-Chromatographie wird eine Trennflüssigkeit als stationäre Phase auf auf die Feststoffe gebracht. ^{7 8}

Einzelne Substanzen können im Chromatogramm der Kapillarsäule wesentlich genauer identifiziert werden. Beim Chromatogramm der gepackten Säule lassen sich nur Stoffgruppen eindeutig trennen. In Kapillarsäulen ist die Trenneffizienz wesentlich höher, dies hat 2 Gründe. Zum einen ist das Druckgefälle innerhalb der Kapillare niedriger, da sich das Trägermaterial nur am Rand befindet. Zum anderen können Kapillarsäulen zur Erhöhung der Trenneffizienz weit verlängert werden (je länger, desto effizienter und genauer). ¹¹

Einige Beispiele: Ätherische Öle, Lösungsmittel, Arzneistoffe, Stoffwechselprodukte und chirale Stoffe (Enantiomerenreinheit). ¹²

1. Grund: Hohe Polarität des Stoffes. Abhilfe kann hier die Derivatisierung mittels Methylierung schaffen. 2. Grund: Geringe Verdampfbarkeit des Stoffes bzw. Zersetzung des Stoffes beim Verdampfen. Abhilfe kann hier die Silylierung oder Acylierung schaffen. ¹³

Hier muss die "100% Methode" verwendet werden. Dazu addiert man alle Peakflächen miteinander und berechnet dann lediglich den prozentualen Anteil einer Substanz. Hier erklärt am Bsp von Aceton:
⚠ $54792+70078+24763+5439+49612=204684$
Das ist die Fläche unter allen Peaks zusammen. Für den Massengehalt von Aceton muss man jetzt nur noch ⚠ $54792:204684=0,2676906842$ berechnen. Der Massengehalt ist also ca

 26.8%

Alle Weiteren Ergebnisse:

 Acetaldehyd = 34.2%
 Formaldehyd = 12.1%
 Ethanol = 2.6%
 Benzol = 24.2%

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Im Folgenden werden einige Beispiele genannt. Es kann ein Temperaturgradient eingeführt werden. Dieser kann so eingestellt werden, dass die Retentionszeit kürzer oder länger wird und Peaks schmaler werden. In Kombination damit kann auch die Länge der Säule angepasst werden, um eine bessere Auflösung bei der Trennung zu erhalten. Bei ähnlichen Siedepunkten kann die Polarität der stationären Phase verändert werden. So können die Substanzen nicht nur nach ihren Siedepunkten, sondern auch nach ihrer Polarität getrennt werden. Sollte bei den Peaks starkes Tailing zu sehen sein, kann man die Injektionsmenge verringern, da die Säule in der GC sehr schnell überladen ist, was zu Tailing führt. ¹⁵

Zur Kalibrierung eines Systems kann man die Standardadditionsmethode verwenden. Hierbei vermisst man Standards unterschiedlicher Konzentrationen und erstellt aus den erhaltenen Werten Kalibriergeraden. Mit diesen kann man dann genaue Aussagen über den Gehalt der Probe treffen, wenn die Werte der Probe im Bereich der Kalibriergeraden liegen. Kalibrieren ist notwendig, um den internen Fehler des Systems auszugleichen und somit eine möglichst genaue Aussage zu treffen, die nicht durch das System verfälscht wird. ^{16 17}

Zur Lösung dieser Aufgabe muss zunächst eine Kalibriergerade aus den einzelnen Standards gebildet werden. Einfachheitshalber liegen alle Messwerte aus der Tabelle genau auf einer Geraden, also spielt es keine Rolle, welche Werte man zur Regression benutzt. Als Beispiel wird im Folgenden die Funktionsgleichung für die Kalibiriergeraden von Aceton erstellt:
⚠ $y=mx+b$
Zunächst werden 2 Gleichungen mit jeweils 2 Unbekannten erstellt. Der Y-Wert ist hierbei jeweils die Peakfläche und der X-Wert die Konzentration. Im Falle von Aceton also:
⚠ $I: 11681,64 = m \cdot 0,2+b$
⚠ $II: 31175,94 = m \cdot 0,5+b$
Dieses Gleichungsystem wird nun gelöst. Hierfür wird Gleichung I nach b umgestellt und in II eingesetzt. Wir erhalten also
⚠ $31175,94=0,5m + 11681,64-0,2m$
Diese Gleichung muss nun nach m umgestellt und aufgelöst werden. Das Ergebnis ist m=64981. Nun wird der Y-Achsenabschnitt bestimmt. Hierzu nehmen wir den 3, in den anderen beiden Gleichungen noch nicht benutzten, Teil der Tabelle. Wir setzen alle bekannten Werte in die Gleichung y=mx+b ein und erhaten so:
⚠ $63666,44=64981\cdot1,0+b$
Diese Gleichung nach b umstellen und auflösen. So erhalten wir am Ende folgende Kalibriergeradengleichung für Aceton:

 f(x)Aceton=64981x-1314,56

Die anderen Kalibriergeraden werden auf die gleiche Weise berechnet. Die Ergebnisse lauten:

 f(x)Acetaldehyd=84193x-1753
 f(x)Formaldehyd=46134x+793
 f(x)Ethanol=11714x+157
 f(x)Benzol=57149x-954,76

Zur Berechnung der Stoffmengenkonzentration in der Probe muss lediglich die Peakfläche der Probenmessung mit der Geradengleichung der jeweiligen Substanz gleichgesetzt werden und nach X aufgelöst werden. Dies wird wieder am Besipiel von Aceton gezeigt:
⚠ $54792=64981x-1314,56 | +1314,56$
⚠ $56106,56=6491x | :64981$
⚠ $x=0,8634302335$
In der Probe sind also ca 0,86 mol/L Aceton enthalten. Die Ergebnisse für die anderen Rechnungen lauten:

 cAcetaldehyd= 0,8531706912 mol/L
 cFormaldehyd= 0,5195734166 mol/L
 cEthanol= 0,4509134369 mol/L
 cBenzol= 0,8848231815 mol/L

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