GASCHROMATOGRAPHIE - FH-Wels

GASCHROMATOGRAPHIE
Prinzip
Die Gaschromatographie ist eine spezielle Methode innerhalb der Chromatographie, bei der die mobile Phase aus einem
Gas besteht. Dieses Gas wird durch eine Säule geleitet, die mit bestimmten Materialien ausgekleidet (= stationäre Phase)
ist. Das Gas, das in der Gaschromatographie verwendet wird, muss inert sein. Im Normalfall wird Stickstoff oder
Helium bzw. Wasserstoff verwendet. Das Material der Säulen besteht entweder aus Metall oder aus mit Polyimid beschichtetem
Quarzglas (= Kapillarsäulen). Die zu untersuchenden Substanzen erreichen nacheinander das Säulenende
und werden durch einen Detektor mit Hilfe einer Auswerteeinheit als Peaks angezeigt. Die qualitative Auswertung
erfolgt über die Retentionszeit (entspricht dem R f-Wert bei der Dünnschichtchromatographie), die quantitative
Auswertung geschieht über die Flächenermittlung durch Integration.
Grundbedingung in der Gaschromatographie ist, dass sich die Substanz, die man untersuchen möchte, unzersetzt
verdampfen lässt, sofern sie nicht schon gasförmig vorliegt. Daher reichen die Anwendungsgebiete der Gaschromatographie
von der Analyse von Gasen bis hin zur Analyse nichtflüchtiger Stoffe nach Derivatisierung und nach definierter Pyrolyse,
wobei mit Kapillarsäulen die höchste Trennleistung erzielt wird.
Ein Gaschromatograph besteht im wesentlichem aus:
I njektor – hier wird die Probe eingespritzt, bis etwa 250°C aufheizbar
S äule – befindet sich im O f en, der präzise aufheizbar sein muss, wodurch eine schnelle und genaue Trennung erreicht
wird
D etektor – dieser misst die von der Säule kommenden Substanzen (z.B. Flammenionisations-, Wärmeleitfähigkeits-,
Elektroneneinfangdetektor, usw.)
Auswerteeinrichtung – Integrator, Comupter
Derivatiserung von Trigylceriden
Fette und fette Öle bestehen hauptsächlich aus Trigylceriden. Durch die gaschromatographische Analyse, der durch
Umesterung (Derivatisierung) aus den Triglyceriden gewonnenen Fettsäuremethylester, kann die qualitative
Zusammensetzung von pflanzlichen und tierischen Ölen und fetten Ölen ermittelt werden. Zur Identifizierung der
Fettsäuremethylester sind aber Vergleichssubstanzen notwendig. Anhand der einzelnen Retentionszeiten lassen sich die
einzelnen Fettsäuremethylester leicht zuordnen. Diese werden im Gaschromatograph mittels einer Kapillarsäule, einem
Flammenionisationsdetektor (FID) und im isothermen Betrieb getrennt. Als Trägergas wird Stickstoff verwendet.
Methode I:
2 g Fett oder Öl werden in einem 100 ml-Rundkolben mit 60 ml Methanol und 2 ml konzentrierter
Schwefelsäure versetzt und unter ständigem Rühren am Wasserbad eine Stunde unter Rückfluss erhitzt
(maximale Temperatur: 100°C!). Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird das entstandene
Reaktionsgemisch mit 50 ml Petroleumbenzin versetzt und in einen Scheidetrichter gebracht. Zu
diesem Gemisch werden vorsichtig – wegen der konzentrierten Schwefelsäure – 20 ml kaltes
destilliertes Wasser hinzugegeben (Schutzbrille!) und gut – mehrmaliges Entlüften des Scheidetrichters
vorausgesetzt – geschüttelt. Die untere, wässrige Phase wird abgetrennt und verworfen. Die im
Scheidetrichter verbliebene Petroleumphase wird nochmals mit 30 ml destilliertem Wasser, dann
zweimal mit je 20 ml gesättigter Natriumhydrogencarbonatlösung ausgeschüttelt (Vorsicht: CO 2-Ent-
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wicklung!). Es wird dann solange mit je 30 ml destilliertem Wasser ausgeschüttelt, bis die wässrige
Phase neutral reagiert (Überprüfung mit einem pH-Papier).
Nach dem Trocknen der Petroleumphase mit wasserfreiem Calciumchlorid und abfiltrieren letzteres
mittels Faltenfilter werden etwa 0,2 µl bis 0,5 µl in den vorbereiteten Gaschromatograph injiziert.
Herstellung der Vergleichslöungen:
In 10 ml Petroleumbenzin werden von den zu erwartenden Fettsäuremethylester je 20 µl gelöst. Diese
Lösung unbedingt gut beschriftet im Kühlschrank aufbewahren.
Standard 1: in 10 ml Lösungsmittel je 20 µl Laurinsäure-, Myristinsäure-, Palmitinsäure- und Stearinsäuremethylester
lösen
Standard 2: in 10 ml Lösungsmittel je 20 µl Palmitinsäure-, Ölsäure-, Linolsäure- und Linolensäuremethylester
lösen
Auswertung:
Zur Identifizierung der Fettsäuremethylester werden etwa 0,2 µl Probelösung mit 0,2 µl Vergleichslösung
gleichzeitig in den Gaschromatographen injiziert und die erhaltenen Peaks verglichen.
Methode II:
Etwa 4 g Fett werden in einen 100 ml-Rundkolben bzw. 100 ml-Erlenmeyerkolben eingewogen und
mit 40 ml Methanol sowie mit 0,5 ml 1 molarer methanolischen Kalilauge versetzt und unter Rückfluß
zirka 5 bis 10 Minuten erhitzt. Um Siedeverzüge zu vermeiden sollten Siedesteine zugefügt werden,
ausgenommen es wird ein Magnetrührer (mit Magnetrührstäbchen) verwendet. Die entstandene
Lösung sollte klar werden.
Das entstandene Gemisch wird unter fließendem Wasser abgekühlt und in einen Scheidetrichter
übergeführt (vorher Schlifffett entfernen!). Der Kolben wird sorgfältig mit 20 ml Heptan gespült, das
dann in den Scheidetrichter gegeben wird. Anschließend werden 40 ml destilliertes Wasser zugesetzt
und gut geschüttelt. Die Ester sammeln sich in der oberen Heptanphase. Die wässrige untere Phase
wird nochmals mit 20 ml Heptan ausgeschüttelt. Die beiden Heptanextrakte werden vereinigt und
zweimal mit 20 ml destilliertem Wasser im Scheidetrichter ausgeschüttelt. Anschließend wird die
Heptanphase über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Nach dem Abfiltrieren des Natriumsulfates
mittels eines Faltenfilters und Trichters werden etwa 0,2 µl bis 0,5 µl dieser Heptanlösung in den
vorbereiteten Gaschromatograph injiziert.
Herstellung der Vergleichslöungen:
In 10 ml Heptan werden von den zu erwartenden Fettsäuremethylester je 20 µl gelöst. Diese Lösung
unbedingt gut beschriftet im Kühlschrank aufbewahren.
Standard 1: in 10 ml Lösungsmittel je 20 µl Laurinsäure-, Myristinsäure-, Palmitinsäure- und Stearinsäuremethylester
lösen
Standard 2: in 10 ml Lösungsmittel je 20 µl Palmitinsäure-, Ölsäure-, Linolsäure- und Linolensäuremethylester
lösen
Auswertung:
Zur Identifizierung der Fettsäuremethylester werden etwa 0,2 µl Probelösung mit 0,2 µl Vergleichslösung
gleichzeitig in den Gaschromatographen injiziert und die erhaltenen Peaks verglichen.
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Protokoll:
Protokollnummer – Datum – Titel – Kurzfassung und Durchführung – tabellarische
Zusammenfassung der Ergebnisse - Literatur
Geräte:
100 ml oder 250 ml-Rundkolben, 100 ml oder 250 ml Erlenmeyerkolben mit Schliff, 250 ml-Scheidetrichter,
Faltenfilter, Trichter, Stative, Trichterhalter, Ultraschallbad, Waagen, 5 ml-Messpipette,
Magnetrührer, Magnetkerne, Heizhauben, Rückflusskühler, 50 ml Messzylinder, Schliffklammern,
Kolbenhubpipetten inklusive Zubehör, Gaschromatograph, 1 µl-Spritzen (Hamilton), … Schutzbrille,
… Geschirrtuch, Küchenrolle
Chemikalien:
Methanol (Menge in das Giftbuch eintragen!), konz. Schwefelsäure, Petroleumbenzin (40-60°C),
Natriumhydrogencarbonatlösung gesättigt, pH-Papier, Faltenfilter, 1 molare methanolische Kalilauge,
Heptan, Natriumsulfat wasserfrei, Calciumchlorid gekörnt wasserfrei, Fettsäuremethylester
Literatur:
Dipl.-Ing. Dr. Peter Koppensteiner †, HTL Wels
Organische Technologie, 1996 - Wolfgang Heindl, HTL Wels
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