Bei der Gaschromatographie trennt man gasförmige Gemische auf. Dazu wird das Substanzgemisch zunächst verdampft und zusammen mit einem Trägergas (Helium oder Stickstoff) durch ein dünnes, langes Rohr geleitet. Letzteres enthält die stationäre Phase.
Die stationäre Phase ist meist flüssig, aber auch fest. Flüssig bedeutet hier aber, dass es sich um einen Flüssigkeitsfilm im Innern einer Säule mit äußerst geringem Durchmesser handelt (Kapillarsäulen) oder um eine feste Phase wie Kieselgel, die mit einer schwer verdampfbaren Flüssigkeit wie einem polymeren Alkohol getränkt ist.

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Bild 1: Links: Glassäule, 5 m lang; rechts: Kapillarsäule, 25 m lang (Fotos: Daggi)

Die bewegliche (mobile) Phase ist wie das zu trennende Substanzgemisch ebenfalls gasförmig. Das Laufmittel heißt bei der GC Trägergas oder Spülgas.

Bild 2: Blick in den Ofen eines Gaschromatographen mit eingebauter Kapillarsäule
(Foto: Daggi)

Funktion eines Gaschromatographen
Die für die Gaschromatographie benötigte Apparatur ist der Gaschromatograph.

Zunächst injiziert man das zu trennende Gemisch mit einer Dosiernadel in den Einspritzblock. Darin wird das Gemisch erhitzt, um es zu verdampfen.
Das Trägergas wird aus einer Gasdruckflasche durch die Einspritzkammer geleitet, reißt das dampfförmige Substanzgemisch mit und gelangt in die Trennsäule mit der stationären Phase.
Beim Durchströmen der Säule lösen sich die einzelnen Komponenten des Gemisches entsprechend ihrer physikalischen Eigenschaften (bestimmend ist die Polarität) mehr oder weniger gut in der stationären Phase und werden von dieser entsprechend stark zurückgehalten.
Die mobile Phase - der Gasstrom - sorgt für den Austausch und trägt die einzelnen Substanzen des Gemischs mehr oder weniger rasch vorwärts.
Nach Verlassen der Trennsäule strömt das Trägergas über einen Detektor ins Freie.
Der Detektor erzeugt beim Durchströmen der einzelnen Stoffe ein elektrisches Signal. Dieses Signal wird verstärkt, in ein Spannungssignal umgewandelt und über einen Schreiber in einem Gaschromatogramm aufgezeichnet.

Wichtig für die Funktion eines GC ist, dass die Substanzen beim Durchmarsch durch die Säule stets gasförmig bleiben. Deshalb heizt man bei schwerverdampfbaren Stoffen nicht nur den Einspritzblock, sondern auch die Säule. Den Säulenofen zeigt das obere Bild.
Da aber auch die Adsorption bzw. Desorption temperaturabhängig sind, kann man die Trennung noch durch ein variables Temperaturprogramm fördern.

Die Gaschromatographie macht es möglich, auch kleine Probemengen von Gasen zu analysieren. Sie wird deshalb besonders viel in der Umweltanalytik eingesetzt. Heute übliche Gaschromatographen (GC) haben einen Massespektrographen (MS) angeschlossen. Mit dem MS kann man sofort auf die Massen und auf den Aufbau der Moleküle schließen. Man spricht hier von GC-MS-Kopplung.

Mit Hilfe eines Prozess-Gaschromatographen werden chemische Prozesse in Firmen laufend überwacht.

Gaschromatographen sind sehr teuer und für Schulen nicht immer erschwinglich. Jedoch kann man sich einen eigenen einfachen Gaschromatographen bauen, der nur wenige Euros kostet, einen so genannten Low-Cost-Gaschromatographen. Wie man einen solchen Gaschromatographen baut und was man mit diesem alles für Versuche machen kann, beschreibt Franz Kappenberg [5]. Wir haben seinen "Low-Cost-Gaschromatographen" nachgebaut und das Gerät für sehr brauchbar befunden.

Bild 3: Low-Cost-Gaschromatograph
(Foto: Steffi)

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Literatur