GC-MS için Gerekli Malzemeler

GC-MS için Gerekli Malzemeler
 
1. Çalışma Basınçları
Birçok kütle spektrometresinde (10-6 – 10-5 torr) maksimum müsaade edilebilir çalışma basıncı ile gaz kromatograf kolonun (760 torr = 1 atm) çıkış basıncı birbirine uymaz. İyon optik bölgesinde, iyon hızlandırıcısında ve kütle analizinde basınç 10-5 torr’ dan daha yüksektir. Bunun nedeni de iyon yayılımı genişliğinin ve erimesinin azalmasıyla fazlasıyla artan iyon / molekül çarpışmalarıdır. Yüksek basıncın iyon kaynakları üzerindeki etkisiyle çözünme ve iyon miktarının büyük oranda farklı aletlerle pompalanmasında düşüş gösterir. İyon kaynağı ve kütle analizörü farklılaşmış pompalama sistemleri tarafından boşaltılmıştır (Şekil 1). bununla beraber çok az EI aracı farklılaştırılarak pompalanmıştır.

Şekil 1. İyon kaynağı içinden akan gaz için kanalların ve ağızların yaklaşık ölçüleri ve düzeni ile ilgili taslak. Ayrımcı (analiz edici) ve iyon kaynağına ek olarak iyon kaynağı ve gaz renk göstergesi ağzının ayrı olarak pompalandığına dikkat edilmelidir.

Modern araçlar GC-MS çalışmasına göre dizayn edilmiştir ve yüksek vakum kapasitesiyle çalışan sistem 2 cm3-atm/dk’ dan fazla akış oranına sahip bilinen gazların (Helyum yada Hidrojen) basıncıyla 10-5 torr basıncı koruyan iyon kaynağını birbirine uygun hale getirir veya basıncın zararlı etkilerini azaltır. Bu tek bir pompanın kapiler kolondan kütle spektrometresine baştan sona iletimi tamamlanmasına izin verir. Diğer aletler birçok taşıyıcı gazın hareketiyle moleküler ayıraçlar olarak kullanılır. Fakat birçok madde kütle spektrometresinden geçer.

GC-MS tekniği; ya GC yada MS arasında en uygun işleyiş durumunu ister. MS tekniğinde kütle spektrumunun analiti taradığı süre boyunca kısmi basınçtaki değişikliğin mümkün olan en az seviyede tutulması önemlidir. Maddenin kromatograftan kaçması durumunda analitin kısmi basıncı sabit kalmaz. Eğer değişim oranı çok fazla azalırsa MS tarama oranı uygun hale getirilir, kromatografik pikin genişlediği noktada ne kütle spektrumu anlaşılabilir ne de işaretlenmiş kromatografik pik bulunur.

En iyi kromatografik sonuçları darenli GC pikleri ile bulmak mümkündür. Buda kromatografik pik çözünürlüğünün berraklığı ile alakalıdır. GC-MS tekniğinde kolon çıkışındaki vakum kromatografik çözünürlüğe ters etki yapabilir. Kolondaki fışkırtmalı ayrıştırıcılar (jet seperator) ve direkt ara yüzey vakum etkisini üretir. Zar ayrıştırıcı yada açık-parçalı ara yüzey kullanarak atmosferik basınçtaki kolon çıkışını ayırabiliriz.

2. GC-MS Ara Yüzeylerinin Tipik Parametreleri
Örnek olarak GC-MS ayrıcında kapiler kolon ile dört kutuplu kütle spektrometresinin arasındaki EI ve CI’ nın hazırlanması verilebilir (Şekil 2). Kapiler kolon sol taraftaki gaz kromatografından kütle spektrometresi tarafından bloke edilmiş iyon kaynağı içindeki iyonizasyon odasına doğru akar.


Şekil 2. Bir miktar spektrometrenin iyonlaşma odası içine direk olarak kapiler boru ile verilen gaz kromatograf kolonunu bir örnek olarak gösteren inlet sistem kurumu taslağıdır.

Tipik bir 25 m x 0.25 mm ID birleşmiş silika kolonu iyonizasyon odasına 1 – 2 mL/dk (taşıyıcı gaz hızı 30 cm/sn) akış hızına izin veren kimyasal bağlı parçalı faz içerir. Kolon düzeni boyunca çıkabilecek sorunlardan sakınmak için tedbir alınmalıdır. Katışıksız maddeler montaj çatlağı ve feruldan geçerken kolonun sonunda absorbe edilebilir, kolon da maddeyi ferula doğru ittikten sonra birkaç milimetre yolunu kesmek iyi bir pratiktir.

Birleşmiş silika kolonu için kullanılan imal yöntemi hakkında araştırma yapmakta iyi bir pratiktir. Örneğin; gaz kromatograf konunun dışını organik kaplama gaz çıkışını 250 oC’ de vakum altında oluşturabilir.

3. Açık-Parçalı Ara Yüzey
Açık-parçalı ara yüzey (Şekil 3), gaz kromatograf kolonu ile kütle spektrometresini arasında uygun bir iletişim gösterir. Kapilerin kurşunla kaplanması iyon kaynağına akışı sabitler. Temizlenmiş gaz ve gaz kromatograf kolonu akış oranına bağlı olarak, tüm yada tek bir dışarı akan damıtılmış madde iyon kaynağına girer. Açık-parçalı ara yüzey birçok çözücü ve dışarı akan maddenin temizlenmiş gazın sadece akış hızını arttıracak iyon kaynağında yolunu değiştirmesine sebep olur. Bununla beraber gaz kromatograf kolonunun kütle spektrometresini açmadan yada bir izolasyon valfını açmadan değişmesine sebep olur; açık-parçalı kapiler kolonun atmosferik basınca çıkmasıyla normal operasyonu sağlar.


Şekil 3. GC-MS için açık-parçalı ara yüzeyin şematik diyagramı. Gaz kromatograf sütununun sonu atmosferik basınçtadır. İyon kaynağına akış oranı kılcal giriş boyutları ile orantılıdır.

Basitçe çözücünün çıkması sırasında etkili bir alet kolonun yönünü vakum pompasına doğru çevirmek için kullanılabilir. Bu akıcı madde çeviricisi (vakum değiştirici) ısıtılabilir ve düşük ölü-hacimler vardır. Bu nedenle kromatografik çözünürlük etkilenmez. Aslında toplam iyon kromatogramının görüntüsü düzeltilmiştir. Çünkü çözücünün tortusu yada belirteç fazlası büyük oranda azalır. Çevirici kullanılmasının önerilmesinin uygun ve elverişli olması demek materyal miktarının sınırlandırılmış olarak (fazla belirteç, istenmeyen GC bileşenleri, uzun dönemli kolon akışı) iyon kaynağına girmesi sebebiyle iyon kaynağındaki kirlenme (bozunma) olmuş madde oranında düşüş olur.

4. Ayıraçlar
Ayıraçların (separatörler) üretilmesine 1960’ ta GC-MS paketlenmiş kolonla beraber akış oranı 20 – 60 mL/dk olarak kullanıldığı zaman ihtiyaç duyulmuştur. Esasen ayıraçlar gaz kromatografından akan maddelerin basıncını düşürür ve nihayet kütle spektrometresine girer; buda artık (arta kalan) taşıyıcı gazın içindeki analitin iyon kaynağına girerek analitin artması tamamlanır. Taşıyıcı gazın işleyişi ya dökülerek, akarak (efüzyon) ve difüzyon tipi ayıraçlarla yada zar ayıraçlarla direkt analitin üzerine işlenebilir. Efüzyon ayıraçları tamamen camdan imal edildikleri için etkisizdirler. Fakat yapısından dolayı çok narindir. Kolay kırılabilir ve komplikasyon oluşturabilir. Jet-orfis ayıraçlar ilk olarak metalden yapılmıştı. Sonunda camdan yapılmış şeklini aldı ve bir çok ticari GC-MS ara yüzeyinde zar ayıraç olarak kullanıldı.

5. Jet-Orfis Ayıraç
Bu ayıracın çalışma tarzı difüzyon prensibine dayanır. Şekil 4’ te gösterildiği gibi gaz kromatografından dışarı çıkan madde sol taraftan ibrik ağzı gibi bir pozisyon A’ daki gibi yayılır ve bitişik odacıktaki delikten iyon kaynağına doğru akar. A ve B noktaları arasından gaz oranda geçerek yayılır. Sağ ucundan yayılmış bileşenler diğerlerine oranla çok daha fazla dağılma kapasitesine sahiptir. Eğer materyallerin karışımı organik molekül kütlesi 400, Helyum kütlesi 4 gibi ise A noktasında ağız kısmına güç uygular. Helyum B odacığının sağ açısında difüzyon eğilimi oldukça yüksektir. Sonra molekül kütlesi 400 olur ve organik moleküllerin büyük oranla kütlesi 400 olarak kalır ve Helyum iyonu kaynağına girer. Böylece taşıyıcı gaza karşı bir düzenleme yapılır. Bunun anlamı maddenin çoğunluğu B odacığında difüzyon olur ve vakum pompasıyla yer değiştirir. Organik materyallerin çoğu iyon kaynağına akmayı tercih eder. Bu suretle çekici olmayan gazın artık maddeleri analit molekülleri içinde artış gösterir. Jet-orfis ayıraçları yapışkan, akıcı basınç alanı içinde çalışır. Moleküler basınç akışının tersine akıtılmış ayıraçlara ihtiyaç duyar. Yapışkan akışta bir delik yada ağızdan akış oranı toplam basıncın karesiyle orantılı akış olur. Jet-orfis ayıraçları akış oranını % 40’ lık verim oranıyla 40 mL/dk’ ya arttırır. Jet-orfis tıkanmaya eğilimlidir, genellikle gaz kromatografının parçalarının paketlenmesiyle tıkanır. Fakat ara sıra organik materyaller depolanır.


Şekil 4. GC-MS’ e ait Jet-orfis ayıracının şematik diyagramı.

6. Zar Ayıraç
Zar ayıraçlar organik analitlerle iş görmeyi tercih ederler. Şekil 5’ te gösterildiği gibi silikon elastomerden yapılan ince zar gaz kromatografla kütle spektrometresinin arasında yer alır. Kromatograftan dışarı akan madde direkt bu gazın üzerine gelir. Zar, gaz akışından, çözdüğü ve erittiği organik bileşenlerle organikleşmeye başlar. Bu şu anda zar-girişli MS’ lerde (MIMS) kullanılıyor.

Şekil 5. Separatör perdesinin şematik diyagramı: Elastomer perdenin yüzey alanı yaklaşık 1 mm2’ dir.

Taşıyıcı (etkisiz) gazlar, Helyum, Argon yada Hidrojen gibi organik gazlarda çözünmeyenler, böylece ayıraç çapının dışına çıkar (yük boşaltır). Bu organik bileşenler elastomerde çözünerek hızla emilir ve ince zardan iyon kaynağına geçer. Bu yolla ayıraç organik materyallerin zardaki geçitten karşıya yaklaşık 100 faktörle genişleyerek geçmesini tercih eder.

7. Ara Yüzeydeki Materyallerin Süredurumu
Buhar fazı analizi süresince sıcak metal yüzeye uzun süreli maruz kalması hassas bileşiklerin steroidler, prostaglandinler, şekerler v.s. gibi indirgenmesine sebep olur. Bunun yanı sıra gaz kromatograf kolonu silanize cam ve lekesiz çelik formundadır ve etkisiz yüzeyle hemen hemen aynıdır. Fakat bakır hassas maddeler üzerinde sağlığa zararlı bir etkiye sahiptir. Genel olarak lekesiz çelik oldukça zararsız görünür. Özellikle de silanize edildiğinde. Genel kural “şüphen varsa silanize et” gibi görünsün. Bütün mekanik bileşenler silanize edilir. Bütün maddeler aletler arasında ilerlerken maddelerle karşılaşır.

Gaz kromatograf ara yüzey derecesi serbest kolesterol deneylerinde kullanılır. Değerlendirme kolesterol dehidrasyonunun uzunluğuna bağlıdır ve bu yöntem aktif yüzeylere hassastır. Tesirsiz şartlar altında serbest kolesterolün kütle spektrometresindeki M-18 piki moleküler pikten daha geniş olduğu zaman reaktif yüzey işaretlenir. Fales et. al. parça-giriş sisteminin ara yüzeyinin testinde kullanılan pirolidin olarak tanımlanır. Bu durumda ara yüzeyde aktif yüzeyin bulunması ile pirolidin kolay dehidrojenasyona girer.

Ara yüzeyin yapısında kullanılan maddelerin düzenlenmesi dışarı akan maddenin iyon kaynağının iç yüzeyi ile temas etmesi önemlidir. Kapiler kolonun ucu iyonizasyon çemberinin içine direkt olarak girmez. Çünkü ara yüzey 200 – 280 oC’ de muhafaza edilmeye devam eder. Bakır, pirinç (madeni) lekesiz çelik metal yüzeyi reaktif etmeye çekinir. Bu yüzeydeki aktif bölgeler analitteki kimyasal modifikasyonu katalize edebilir. Bazı ara yüzeylerde cam-çizgi lekesiz çelik tüpü kullanılır. Bunun yanı sıra bu materyalin kolay kırılan yapısı nedeniyle bazı zorluklarla karşılaşılabilir.

8. Zemin / Kanama
GC-MS işleyişindeki kolon kanaması sadece ana çizgideki can sıkıcı bir yükseliş değildir. Geleneksel GC tespitini “bucking” voltajıyla dengeleyebilir. Gaz kromatografın likit fazından gelen buhar veya bölüm yada her ikisi iyon kaynağına girer. Bu noktada iyonizasyon ve parçalanmaya girer. Bunun için kütle spektrometresinin her bir gözden geçirilmesi sırasında karakteristik parçalanmalar bulunur. GC zemin spektrumu madde karışımının küçük bileşenlerinin kütle spektrumunu tanıyıp onunla karışabilir hassasiyeti sınırlandırır. Eğer mümkünse örneğin birkaç katı enjekte edilebilir. Bundan dolayı spektrumdaki örnek bileşenler göreceli olarak artar. Gaz kromatografın zemin spektrumunda belirlenmiş ısıda sabit bir bolluk olur. GC-MS çalışmasında işe yarar bilgisayar kullanımlarından biri, büyük hacimdeki verilerin saklanmasında kullanılabilir. Eksiltilmiş zemin spektrumundan verilen taramayla net kütle spektrumunun veri yöntemi bulunur.

Kütle spektrumundaki kolon-kanama pikleri bazı yönlerde kullanılabilir. Örneğin; silikon GC fazının taranması sonucu kütle-yük (m/z) oranları 207, 281 ve 355 görülebilir pikler olarak bulunur. Daha çok tamamlanmış arka zemin spektrumu bilinen GC fazlarında gösterilmiştir. Zemin pikleri kütle-yük (m/z) oranı 207 siloksan polimerin indirgenmiş termal üründen çıkan M-15 iyonunu tanımlar ki Şekil 6’ da gösterilmektedir. Kolon kanama daha fazla indirgenmiştir. Fakat kimyasal bağlı sabit fazdan fark edilmeye devam eder.

Kalan kanama kütle spektrometresi üzerinde zararlı bir etkiye sahip olabilir. Nispeten buharlaşmayan fazından iyon kaynaklarının buharla devamlı banyosu uygun olmayan iyon odaklarına ve bazı durumlarda elektrik bozulmaları yada yüksüzlüğe neden olan iyon optiklerinin hemen hemen tüm kritik bileşenlerini kirletir. Bu problemler yardımcı ısıtıcıların olmadığı yada 150 oC ve daha düşük soğuklukta işletilen iyon kaynaklarında daha sık oluşur. Çünkü durgun fazdaki buhar basıncı kontaminasyon oranı yüksek sıcaklıktaki GC uygulamalarının devamlılık oranını arttıracak gaz kromatograf kolonu ile ilişkili bir iyon kaynağının sıcaklığının bir fonksiyonudur.


Şekil 6.

Eğer kolon kütle spektrometre ile ilişkili iken umulan işleme sıcaklığının üzerinde ise iyon kaynaklarının kontaminasyonu belki de özel bir problemdir. Kimyasal bağlı durgun fazın başlaması kolon kanamasının neden olduğu bu problemlerin çoğunu minimize etmeye yardımcı olur.

Gaz kromatograf kolonunun düşük basınçtaki vakum borusu yada ayırıcı ile elde edilen iyon kaynakları ile ilişkili. Açık tabular kolonların düşük basınçtaki bir çalışmadan anlaşılır ki normal gaz kromatograf kolonunun işletilmesinin sonuçlarından bu sapma kromatografik etkide anlam kaybı göstermez.

9. GC-MS Datanın Kalitatif ve Kantitatif Değerleri
Yerini tutan tarama numaralarıyla ardışık taramalardan tekrar oluşturulunca toplam iyon akımı kromatogramı verilen tanımlı bileşiklerde en önemli taramaların seçiminde araştırmacıya yardım eder. Taramalar harita çıkartmak yada diğer metotlar için maksimum zirveden yada tekrar oluşturulan profilden seçilebilecek olan bir işaret numarasına sahiptirler.

Eğer GC-MS tarafından değişik bileşenlerin bir kantitatif değeri biliniyorsa, en iyisi örneği iki kez analiz etmektir: ilki GC tarafından geleneksel ateş-iyonizasyon detektörü (FID) ile ve sonraki GC-MS tarafından. Tekrar oluşan toplam iyon-akım-kromatogramı geleneksel bir gaz kromatografına benzer. Tekrar oluşan profildeki nispi zirve bölgeleri örneğin kompozisyonunu vermeyebilir. Kaydedilen bu metotlarda bir çok karışmış kantitatif eğilim vardır. İlki, eğer bu fışkırtma boşluğu seperatörü kullanılırsa, düşük moleküler ağırlığının bileşenleri yüksek moleküler ağırlığının bileşenlerine ilişkin tüketilecektir. İkincisi, elektron artışı bileşikten bileşiğe değişen toplam iyon ışımasındaki m/z yayılımına hassastır.

Finalde, her bileşik farklı iyonizasyon ortamına ve şartlarına karşın kendi karakteristiğine sahiptir. Alternatif olarak bir akım çatlağı; bir kimyasal atık parçasının FID ile kantitatif olarak diğer parçasının GC-MS ile eş zamanlı analiz edilmesi gibi gaz kromatograf kolonunun çıkışında yerine koyulabilir. Bu yaklaşım eş zamanlı araştırılan kantitatif ve kalitatif bilgilerindeki uygulamalar için en uygun olanıdır.

Gaz Kromatografisi – Kütle Spektroskopisi

Gaz Kromatografisi – Kütle Spektroskopisi
 
Gaz kromatografisi – kütle spektroskopisi (GC-MS) iki mikro analitiksel tekniğin birleşimidir; GC bir arama yöntemidir ve MS bir tanımlama tekniğidir. Bu kombinasyon birçok avantaj sağlar. İlk olarak kompleks bir karışımdaki bileşenleri birbirinden ayırır. Şöyle ki, her bileşiğin nitel analizi için kütlelerin bulunmasında, ikinci olarak ise aynı bileşik içerisindeki kütlelerin miktarları üzerine bilgi edinmemizi sağlar. 1 pmol analitten (moleküler ağırlık karakteristiksel parçalar yada kimyasal parmak izleri gibi tanımlama işlemi için esas olarak kullanılan maddeler) daha azı kullanılarak GC-MS yöntemiyle tam bir kütle ayrışımı sağlanır.

GC-MS kombinasyonu; her bir tekniğin tek başına uygulanması nedeniyle kesin olarak karşılaşılan eksikliklerin yada sınırlandırılmışlığın üstesinden gelir. Örneğin; saf olmayan (katışık) bir maddeyi analiz etmek için yalnızca MS yöntemi kullanılırsa, ilave edilmiş kütle ayrışımı ile iki yada daha fazla bileşik bulunabilir. Sonuç eğer tercüme edilemez değilse bile şaşırtıcı olabilir. Diğer yandan, katışık bir maddenin GC-MS ile analizi halinde analitteki saflığı bozan bileşenler ayrılır ve her bir bileşenin kütle spektrumu bulunur. Sadece GC’ nin kullanımı da şüpheli sonuçlara yol açabilir. Hatırlatma indeksindeki çeşitli bileşen örneklerinin tanımlanmasına dayanılarak yapıldığı için bazı belirsizlikler vardır.

GC’ ye Giriş
GC analizinin bir özeti Şekil 1’ de gösterilmiştir. Örnek diyagramın sol tarafında gösterilmiştir. Bu karışımda A ve B maddesi X çözücüsüyle çözünmüştür. Örnek solüsyon gaz kromatografına enjekte edildiğinde buharlaşır. Hareketli faz buhar kolon boyunca taşınır ve bölmelere ayrılır. Hareketli faz organik sabit faz başlayana kadar devam eder. Hareketli faz boyunca tesirsiz gaz örnekteki bileşenleri kolon boyunca hareket ettirir. X çözücüsü sabit fazla çok az etkileşimdedir ve kolondan çıkan ilk bileşendir. A ve B çözünenleri X çözücüsü gibi sütunun içinden geçerek hareket eder. B sabit fazla A’ dan daha fazla etkileşim halindedir. Böylece B kolonda A’ dan daha uzun süre tutulur. Sonuç itibarıyla A kolonda B’ den önce ortaya çıkar ve A’ nın tutulma zamanı B’ den daha kısadır. Sütunun sonundaki detektörler (algılayıcılar) elektriksel tepki üretirler. Taşıyıcı gaz eklendiğinde organik madde onun içinden geçer. Detektör tepkilerinin zamana göre kaydı sonucu bir kromatogram oluşur (Şekil 1.3). GC-MS kullanıldığı taktirde kütle spektrometresindeki iyon kaynağından saf bileşenler kolonda ayrılır.


Şekil 1. Gaz kromatografının kavramsal operasyonel özellikleri alaşım B – A’ ya göre durgunluk aşaması ile daha fazla etkileşir. Bu yüzden B’ nin saklama zamanı A’ ya göre daha uzundur.

Şekil 2’ de tipik bir gaz kromatografisinin özellikleri gösterilmektedir. Tutulamayan bileşikler için zaman gereklidir (yukarıda sözü geçen çözücü) ve o bileşik kolondan geçerken, t0; t0 kolonun hacmiyle orantılıdır. Tutulma zamanı, tRA, A’ nın kolondan geçerken harcadığı süredir. Düzenlenmiş tutulma zamanı, tıRA, tRA ve t0 arasındaki farktır (tıRA = tRA – t0) ve A maddesi ile sabit faz arasındaki etkileşim miktarının belirtisidir.

Gaz kromatografındaki dikey eksen detektörün tepkilerini simgeler. Bu tepkinin büyüklüğü bulunan maddenin miktarıyla orantılıdır. Yatay eksen ise tutulma zamanını gösterir ki verilen bileşiğin niteliksel özelliklerini bulmada kullanılabilir.


Şekil 2. Gaz kromatogram formatı, GC’ deki data kaydı.

Modern GC-MS metodunda çok ince bir tüp gibi kolonlar kullanılır ve bunlar açık tüpsü kolonlar diye adlandırılır. Bu tip kolonlar çok dar çaplı (100 – 750 µm) camdan, erimiş silika, tesirsiz metal (örnek; nikel) yada Silicasteel®’ den yapılır. Bu tüpler çeşitli boylarda olabilir (2 – 60 m yada daha fazla). Kolonların etrafı kaynama noktası yüksek bir sıvıyla kaplanır. Bu da sabit faza yardımcı olur. Unutulmaması gereken çok önemli bir hususta kolon sıcaklığındaki değişimin hiçbir zaman sabit fazdaki sıvının katıya dönüşmesine izin verecek kadar düşmemesi gerektiğidir. Sabit faz genellikle bir organosiloksan polimeridir. Dolayısıyla birçok metil grubu fonksiyonel gruplara karışır ve sabit faza çeşitli tipteki bileşikleri ayırma özelliği sağlar.

İç çapları 320 µm yada daha az olan kolonlar da en uygun akış oranı dakikada 2 mL yada daha azdır. Bu kolonlar direkt olarak kütle spektroskopisinin içine sokulur. Geniş çaplı kolonlar (530 µm ve 750 µm) 2 mL/dk’ dan daha yüksek akış oranına sahiptir ve iki cisim arasındaki ortak yüzey aracı bulundurmalılar. Gözenekli tabakalı açık tüplü (PLOT) kolonların polimerik materyalli fiberleri vardır. Al2O3 yada duvarlarında moleküler elek bağları vardır. Bunlar özel karışımları ayırmak için kullanılır. Örneğin; moleküler elekli PLOT kolonların kullanımı sürekli aynı kolon gazların (O2, N2, CO, H2O gibi) ayrıştırılmasında kullanılır.

Sarmalanmış kolonlar 3 mm ve 6 mm’ lik iç çapa sahiptirler. Bazen 12 mm kadar geniş olabilirler. Uzunluğu 1 m ile 3 m arasında değişir. Bazen 15 m’ ye kadar çıkabilir. Katı bir desteğin üzerine tüplüklü kolonların dış yapısında kullanılan sabit faz kaynama noktası yüksek sıvılarla katı destek (örnek; diatomaceos earth) kaplanır. Toplam ağırlığın % 1 – 10’ u genellikle likit kısımdan oluşur. Daha sonra bu katı madde kolonun içine paketlenir ve kolonun sabit fazı başlar.

Açık tüplü kolonlar ve destek kaplı açık tüplü (SCOT) kolonlar birbirine benzer. SCOT kolonlar sabit fazın “whiskers” halindeyken destek geçici olarak kolonların dış yüzeyinden çekilir. Kolonun ortası açılır. Uygun kolon performansı, taşıyıcı gazın akış oranına, kolonun çapına ve sabit fazın tabakasının kalınlığına bağlıdır. Kromatografik kolonun randımanı yüksek ekivalent teorik tabakası (HETP) terimleriyle adlandırılır. Bu da kolon uzunluğunca sabit fazla hareketli faz arasında analitlerin parçalanması, ayrılmasındaki eşitliğin başarılması demektir. Kısa segmentli (HETP) kolonlar bu eşitliği sağlamakta daha fazla randımana sahiptirler. Tipik bir taşıyıcı gaz akış oranı fonksiyonuna sahip olan HETP grafiği Şekil 3’ te gösterilmiştir. He ve H2 haricinde gaz kromatografi kolonunun işlemesinde randımanı yüksek olan başka maddeler de vardır. Fakat bunların (He, H2) GC-MS vakum sisteminde pompalanması daha kolaydır.


Şekil 3. HETP ile GC’ deki taşıyıcı akış oranı arasındaki van Deemter ilişkisinin tipik alanları.

GC-MS metodunda kolon, kolon performansının değişmesine sebep olan bir vakum kaynağı ile birleştirilmiş olup 1 atm basınç altında çalışan FID gibi GC detektörüne benzer bir kullanımı vardır. Kolonun çıkış ucundaki vakumun etkisiyle tutulma zamanı değişir ve kromatografik pikin en genişliği artar.

Sık sık bileşiklerin % 10’ luk yada daha az payları yada karışımdaki maddelerin bir kısmı izolasyon yada pürifikasyon prosedürlerinden (örnek; sıvı-sıvı yada katı-sıvı yada ikisi de) daha uzun ömürlü olabilir. Yeterli bir pürifikasyon (ön arıtma) ve dirayvatizasyon (kökenine inme)’ dan sonra GC son arıtma evresi olarak bir çok bileşenin eriyerek kütle spektrometresindeki analizlerde zamanında ve teker teker görünmesini sağlar. Kromatografi ve kütle spektrometresinin bir özelliği de farklı basınçlarda çalışabilir olmak olsa da yeterli derecede buharlaşabilen maddeler buhar fazı analitiksel GC teknikleriyle analiz edilebilir. Bunun yanında elektron çarpışma iyonizasyonu (EI) yada kimyasal iyonizasyon (CI) MS analizleri yapılması uygundur. Bundan başka madde miktarı iki araç tarafından da yaklaşık olarak aynı oranda kullanılır. GC girişi belki de kütle spektrometresinin duyarlılığının en uygun ve randımanlı şekilde çalışmasını sağlar.

1. Ana enjeksiyon tipleri

GC-MS metodundaki içeri alma sistemi çok önemlidir ve bu enjeksiyon bölümü olarak adlandırılır. Tamamlanmış GC-MS sisteminin sık sık gözden geçirilmesi ve bu sistemin kullanımının yorumlanması ve tanımı önemlidir. Kapiler GC metodundaki enjeksiyon teknikleri yanlış kullanıldığında çarpıcı olarak sonuçları nitel ve nicel oranlarda etkileyebilir.

Kapiler GC kolonlarına maddeyi sokmak için kullanılan parçalı enjeksiyon klasik bir yaklaşımdır. Sıvı maddeler ısıtılmış bir cam tüp içinde buharlaştırılır. Çözücü ve çözünen maddelerin buharı birleşmiş bir şekilde kapiler kolonun içine girer. Buharlaştırılmış enjeksiyonda ekseriyetle maddeler (buhar) enjektörden kolondaki parçalı deliğe akar. Eriyen maddenin parçalı banda ilk yerleştirilmesinin sağlanmasında parçalı enjeksiyon tekniği kusursuz bir araçtır ve küçük maddeleri içeri almak için çok etkili bir yoldur. Fakat 0.1 – 1 µL hacimli şırıngalarla elle uygulamak hiç de güvenilir değildir. Parçaların oran dizilimleri 20:1’ den 500:1’ e kadar yükselebilir. Parçalı enjeksiyon kullanılırken analit konsantrasyonu yüksek tutulmalıdır; bu yüksek duyarlılıkta bir teknik değildir.

Parçasız enjeksiyon ise maddenin hepsinin yada en azından büyük çoğunluğunun kolona aktarıldığı bir araçtır. Genellikle GC enjektörleri hem parçalı hem de parçasız operasyonlara uygun olarak dizayn edilmiştir. Parçasız operasyonu boyunca çıkış kapağı tutulur. Dolayısıyla buharlaştırılmış maddeler taşıyıcı fazında enjeksiyon hacminde büyük bir alan kaplamasıyla birlikte kolonun üzerine bir güç uygular. Bu metotta gerilimin artması saniyeler alabilir. Bu prosesin sonlarına doğru parçalı buharlaşma kuvvetinin düzenlenmesi için % 90 yada daha fazla örnek materyal içeriye girdikten sonra tekrar açılır. Bu parçasız enjeksiyon yöntemi oldukça düşük konsantrasyonda analite ihtiyaç duyar.

Kolon üzeri (on-column) enjeksiyon yöntemi ise tüm solüsyon şırıngadan direkt kolonun girişine yada kolon öncesindeki kaplanmamış bölgeye koyulur. Bu yöntem boyunca taşıyıcı gaz şırıngadan gelen sıvıyı tüp duvar üzerindeki tabakaya (filme) tekrar dağıtır. Bu şekilde olan enjeksiyon GC kolonları için en güvenilir ve tekrarlanabilir madde enjekte yöntemidir. Kolondaki sıvı maddenin yüzeyindeki bölümden çözünen maddenin buharının oluştuğu gerçeği tekrarlanabilirliği kanıtlar. Hem parçalı hem de parçasız kolon enjeksiyonu yapılabilir, uygulanabilir. Genellikle kolon üzeri enjeksiyonu soğuk enjektörle yapılır. Enjektörün sıcaklığı ilk buharlaşan çözücüye göre programlanır. Sonrakiler analitlerin buharlaşmasına göre. Soğuk parçalı enjeksiyon modelinde madde 100 µL’ den daha fazla temin edilebilir. Bundan dolayı detekte limiti oldukça düşüktür.

2. Enjeksiyon hususları ve şırınga yönetimi
Enjeksiyon yapılması gerekliliği konusunda pek çok düşünce vardır. En güvenilir yol aynı hacmi tekrar tekrar sağlayabilen bir yöntem olan sandviç yöntemidir.

Şırınga uygun bir çözücüyle temizlenirken (şırınganın iğnesinin içindeyken çözücü hala), şırınganın pompası şırıngaya az bir miktar hava girişi oluncaya kadar yukarı çekilir. Şırınga tüpünde görülecek şekilde hava çekilir. Sonra boş iğne örnek madde içine yerleştirilir. Şırınganın pompası arzu edilen madde hacmi boyunca çekilir. İğne örnek maddeye daldırıldığında, eğer 0.5 µL işaretliyse, istenen hacim 1.0 µL ise 1.5 µL işaretine kadar şırınga doldurulacak demektir. Sonra şırınga iğnesi hareket ettirilir. Ve yeni bir hava başlığı şırıngaya çekilir. Örnek maddeden hemen sonra olacak şekilde hava boşluğu şırıngada görülebilir olmalı. Sandviç yönteminin tamamlanmış hali; saf çözücü, hava, analit solüsyonu ve tekrar havadan oluşur. Şekil 4’ te gösterildiği gibidir. Enjeksiyon yapılırken hava boşluğu ve kısımlara ayrılma, erken buharlaşmadan dolayı iğne hala enjektördeyken ve şırınganın pompası itilmeden, oluşmayabilir. Çözücü ile madde arasındaki hava boşluğu karşıma riskini minimuma indirir ve iğnede madde kalmasını önlemeye yardımcı olur. Sonda bulunan bir miktar çözücü iğneyi herhangi bir madde solüsyonu kaldıysa temizler. Sandviç enjeksiyon tekniği çok modern GC otoörnekler metodunda kullanmaya elverişlidir.


Şekil 4. Örnek şırınga için sandviç tekniğinin şematik gösterimi. Örnek çözümün elikatı iki hava baloncuğu ile sıkıştırılır, saf çözücü de cila olarak bunu izler.

Unutulmaması gereken diğer önemli durum; maddenin tipi, çeşididir. Bu hangi enjeksiyon linerin yada kolon öncesi metodunun kullanılması mı gerektiğinin belirlenmesine yardımcı olur. Sandviç tekniği kullanılmadığında şırıngadaki pompa yavaşça hareket ettirilir. Bir miktar sıvı iğnenin ucunda alısı kalabilir. Sıcak enjeksiyon hacminde ve burada buharlaştırmak için çok uçucu bileşenler tercih edilebilir. Bununla beraber yüksek kaynama noktası olan maddeler solüsyonun içinde asılı bir damla olarak kalabilir ve bazıları seçilmiş hacimden enjeksiyon girişinden geri alınabilir. Bu yöntem yüksek kaynama noktası olan bileşenler için negatif bir etki yapabilir.

GC-MS analizlerinde enjeksiyon hızı sonuçların bulunmasında çok önemli bir faktördür. Şırınga pompasının maddeyi iğneye pompalayana kadar geçirdiği süre yada madde girdikten sonra iğnede kaldığı süre ve diğer faktörler sonuçların kalitesini etkileyebilir. Parçalı enjeksiyon mümkün olduğu kadar hızlı yapılabilir, bu bölünmeyi uzak tutabilir ve yüksek kaynama noktası olan bileşenlerin gereğinden fazla kaybına yol açabilir. Hızlı enjeksiyon teknikleri paketlenmiş kolonlarla sağlanabilir. Sıcak kolon üzerine enjeksiyon ve parçasız enjeksiyonları maddenin şırıngaya geri dönmesinden çekinilerek yavaşça yapılmalı. Sonuç itibarıyla düşük kaynama noktalı bileşenlerin kaybı olacaktır. Modern otoörnekler enjeksiyon hızı kontrolünü teklif eder.

Kapiler GC kolonlarında parçalı enjeksiyon yöntemi en kaliteli sonucu verir. Çünkü kolonun başında maddenin depolandığı ayrı bir hacim vardır, analitler ayrı bantlara ayrıştırılır, sonuçlar kromatografik uçlarda en iyi şekilde çözünmüşlerdir. Parçasız ve kolon üzeri teknikleri çözünen maddenin ilk kolon üzerine nispeten geniş segmentler olarak yayılmasına neden olur. Bu ayrışma eksikliği, kromatogramdaki uçların geniş olmasını ve düşük randımanlı ayrışmaya sebep olur.

Gaz Kromatografisi – Kütle Spektroskopisi (GC-MS) Cihazı

Gaz Kromatografisi – Kütle Spektroskopisi (GC-MS) Cihazı
 
Marka / Model: Shimadzu GC-MS QP 5050A

Menşei: Japonya

Özellikleri
· Otomatik enjeksiyon sistemi.
· 229119 adet farklı kimyasal maddenin kütle spektrumunun bulunduğu WILEY kütüphanesine sahip.
· Elektron impakt (EI) iyonlaşma tekniğine sahip.

Kullanıldığı Alanlar
· Tekstil mamulü üzerinde bulunan yasaklı arilaminlere parçalanabilen boya analizlerinde,
· Pestisit analizlerinde,
· PCP, Toksafen ve PCB analizlerinde,
· Hava Kalitesi ve Kontrolü Yönetmeliğine göre baca gazı emisyon ölçümlerinde,
· Diğer uçucu organik maddelerin analizlerinde,

kullanılmaktadır.