GC-GCMS Uygulamaları

SU ANALİZLERİNDE
KROMATOGRAFİK
YÖNTEMLER
Sem A.Ş.
Taner TÜRKAN
İçmesuyu Elde Edilen veya Elde
Edilmesi Planlanan
Yüzeysel Suların Kalitesine Dair
Yönetmelik
Parametreler
31
Fenoller (fenol indeksi)
Para nitranilin 4
aminoantiprin
Tespit
Sınırı
0.0005
Hassasiyet
Doğruluk
±
±
0.0005
0.0005
(mg/l C6 H5OH)
33
Polisiklik aromatik
hidrokarbonlar (mg/l) (10)
Referans Ölçüm Metodu
-Moleküler absorpsiyon
spektrofotometrisi 4
aminoantipyrine metodu
Kap olarak
önerilen
materyaller
Cam
-Paranitraline metodu
0.001(6)
% 30
% 50
0.00004
% 50
% 50
-İnce tabaka kromotografisi ile
ayrıştırmadan sonra UV ‘de
flüoresans ölçümü
Aynı
konsantrasyondaki
altı
kontrol maddesinin karışımı ile
orantılı
olarak
mukayeseli
8
ölçüm( )
Cam yada
alüminyum
Cam yada
alüminyum
İçmesuyu Elde Edilen veya Elde
Edilmesi Planlanan
Yüzeysel Suların Kalitesine Dair
Yönetmelik
Parametreler
34
Toplam Pestisit(Parathion,
BHC,dieldrin)(mg/l) (10)
Tespit
Sınırı
0.0001
Hassasiyet
Doğruluk
±
±
%50
% 50
Referans Ölçüm Metodu
Kap olarak
önerilen
materyaller
-Uygun
solventler
ve
saflaştırma
yoluyla
ekstraksiyondan sonra gaz yada
sıvı kromotografisi
Karışımın
içindekilerin
belirlenmesi
Nicel Analiz(9)
Cam
Tehlikeli Maddelerin Su ve Çevresinde
Neden Olduğu
Kirliliğin Kontrolü Yönetmeliği
ÇOK TEHLİKELİ MADDELER VE BUNLARA AİT ÖZEL HÜKÜMLER
a) ÇOK TEHLİKELİ MADDELER LİSTESİ
1. Civa(Hg),
2. Kadmiyum (Cd),
3. Hekzoklorosiklohekzan (HCH),
4. Carbontetraklorür (CCI4),
5. DDT
6. Pentaklorofenol (PCP),
7. Aldrin
8. Dieldrin
9. Endrin
10. İsodrin
11. Hekzaklorbenzen (HCB),
12. Hekzaklorbutadin HCBD),
13.Triklormethan (cloroform),
14.1,2 Dikloretan (EDC),
15.Trikloretilen (TRI),
16.Perkloretilen (PER),
17.Triklorbenzen (TCB),
GAZ KROMATOGRAFİ TEMEL BİLGİLER
• Malzeme Buharlaşabilir olmalı
• Molekül yapısı sıcağa dayanabilir
olmalı, sıcaklıktan bozunmamalı
• Molekül ağırlığı < 400 amu olmalı
• Gaz fazda stabil olmalı ve taşıyıcı
gazlar ile reaksiyona girmemeli
• Analiz edilen diğer malzemeler ile
reaksiyona girmemeli
Gaz Kromatografi Genel Görünüm
GAZ FİLİTRELERİ
ELEKTROMETRE
Regülatörler
ENJEKSİYON
BLOĞU
Taşıyıcı gaz
Hidrojen
Hava
AKIŞ
KONTROLLERİ
KOLON
FIRIN
DETEKTÖR
BİLGİSAYAR
Enjeksiyon Sistemleri
•
•
•
•
•
•
Purge packed
( Dolgulu kolonlar için )
Split / Splitless
( Kapiler Kolonlar için )
Cool on-column
( Kapiler Kolonlar için )
PTV ( Programable Temparature Vaporization ) ( Kapiler Kolonlar için )
VI ( Volatile Interface )
( Kapiler Kolonlar için )
CIS ( Cooled Injection System )
( Kapiler Kolonlar için )
Enjeksiyon Bloğu Çalışma Sistemi
Septum
Septum
purge hattı
O-ring
Liner
Buharlaşma yeterli ısıl enerji ısıtıcı blok tarafından
örneğe transfer edildiğinde inert taşıyıcı gaz içinde
gerçekleşir. Gerçekte bu değişim blok içindeki
liner’ın sıcak yüzeylerinde oluşur.
ISITICI BLOK
= Taşıyıcı gaz
= Örnek molekülleri
= Solvent molekülleri
Ferrül
Kolon
Örnek Enjeksiyon Teknikleri
 Split Injeksiyon.
Örnek ısıtılır, buharlaşır ve sadece küçük bir oranı analiz amacı ile
kolona geçer. Bu teknik derişik örneklerde kullanılır .
 Splitless Injeksiyon.
Örnek ısıtılır, buharlaşır ve örneğin 95% den fazlası kolona analiz
için geçer. Bu teknik seyreltik örneklerde kullanılır.
Örnek Enjeksiyon Teknikleri
 Programmed temperature vaporization (PTV).
Yüksek hacimde örnek soğuk enjeksiyon bloğuna enjekte edilir,
sonra enjeksiyon bloğu solventin buharlaşacağı seviyeye ısıtılır ve
solvent vent hattından dışarı atılır. Blok ısıtılarak analitin
buharlaşması ve kolona transferi sağlanır. Bu teknik temiz
örneklerde kullanılarak zaman ve iş kaybına neden olan örnek
zenginleştirme gereğini ortadan kaldırır.
 Cool on-column Injection.
Örnek direk olarak soğuk enjeksiyon bloğunda kapiler kolon içine
enjekte edilir. Bu teknik kompleks örneklerde yüksek molekül
ağırlıklı ve ısıdan bozunan maddelerin yüksek hassasiyetli miktarsal
analizlerinde kullanılır. Uçucu olmayan maddeler içeren örnekler bu
teknikte problem oluşturur.
Ayırım ve Temel ilkeler
Kolon yüzey kaplaması
Gaz
Taşıyıcı
Faz
Örnek
Sabit
Faz
Kromatografik Ayırım Modeli
Maddelerin ayırımı
Akış
A
B
C
D
Gaz Sıvı Kromatografi (GLC)
Ayrıcı Dolgu
Dolgulu kolon
Taşıyıcı gaz
Katı destek
Sıvı Faz
Kapiler kolon
Sıvı Faz
Kolon Tiplerinin Karşılaştırması
Kolon test numunesi
Packed Column Analysis:
5% OV101
on 80/100 Chromosorb
Capillary: MegaBore
30m X 0.53mm X .88m
Conventional:
30m X 0.32mm X .25m
Kolon Sıcaklık Çalışmaları
 Izo termal:
– Fırın sıcaklığı analiz boyunca sabit sıcaklıkta tutulur.
– Geç çıkan malzemelerde yüksek pik genişlemesi görülür.
 Sıcaklık Programlaması:
– Analiz edilen malzemelerin geniş kaynama sıcaklığı aralığında olması
(>100°).
– Analiz süresi kısalır ve daha düzgün pik yapıları elde edilir.
– Artan kolon kanaması baseline kaymalarına neden olur.
– Çok kademeli program yapılabilir.
Kolon Sıcaklığı Çalışması
Isothermal
Temperature Programmed
Çıkış zamanı – Fırın Sıcaklığı
o
A. 30 C.
1
2
o
B. 40 C.
1
2
o
C. 50 C.
1
2
o
D. 60 C.
12
Frompg. 58 - BASIC GAS CHROMATOGRAPHY by A.M. McNair & E.J. Bonelli, VARIAN
Sabit basınç Modu
1.0
.8
.6
.4
.2
AKIŞ (mL/min)
AKIŞ (mL/min)
Elektronik Basınç Kontrolü
1.0
Sabit akış modu
.8
.6
.4
.2
0.92 mL/min
50 100 150 200 250 300
SICAKLIK
BASINÇ (psi)
50 100 150 200 250 300
SICAKLIK
10
8
6
10
8
6
4
2
50 100 150 200 250 300
HETP (mm)
SICAKLIK
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
.8
.6
.4
.2
1



2
3
AKIŞ
4
5
Sabit Basınç (Constant Pressure)
Sabit Akış (Constant Flow)
Basınç – Akış Programlama
– Basınç – akış değişikliği kullanıcı tarafından programlanır.
– Başlangıç programı sonrasında sabit akışa geçilebilir.
DEDEKTÖRLER
Detektör Tipleri
Kısa Açıklama
TCD
Filament sıcaklığı analitin taşıyıcı gaz içinde bulunması durumunda
yükselir, böylece filament rezistansı artar.
FID
Alev içinde yanan maddenin ürettiği iyonlar akım değişikliğine neden olur.
ECD
Elektro negatif madde dedektörden geçerken düşük enerjili termal iyonları
yakalar, hücre içinde akım düşmesine neden olurlar.
NPD
Nitrogen ve phosphor’lu maddeler Alkali metal tuzu buharı ile
zenginleştirilmiş alevde akımın yükselmesine neden olurlar.
FPD
Sülfür ve Fosfor iceren maddeler alev içinde yanarken kimyasal ışıma
oluştururlar ve selektif dalga boyunda bu ışıma ölçülür.
ELCD
Halojenler, sülfür, veya azotlu maddeler özel reaksiyon hücresinde
reaksiyon gazı ile karıştırılırlar. Oluşan ürün daha sonra uygun bir sıvı ile
karıştırılarak elektrik geçirgen bir sıvı elde edilir.
Detektör Tipleri
Kısa Açıklama
PID
Helyum İyonizasyon dedektör
MSD
Kütle Dedektör
IRD
İnfrared Dedektör
AED
Atomik Emiston Dedektör
GC Detektörleri karşılaştırması.
TCD
FID
ECD
AED
PID
NPD
(N)
IRD
NPD (P)
FPD (S)
MSD
(SCAN)
(X)
ELCD
ELCD
10-15
fg
ppt
(SIM)
(S or N)
10-12
pg
ppb
1 ppm =
10-9
ng
ppm
1 ng
1 mL
10-6
mg
10-3
mg
percent
ppthousand
=
1 mg
Liter
1m L
=
Liter
Elektron Yakalayıcı Dedektör
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e
e e
e
e
= SAMPLE
e
The electrons emitted from the nickel plating
set up a background current at the anode.
= ELECTRON
e
-
e
e
-
= IONIZED
e
CARRIER
GAS
All (-) species are attracted to the anode.
The relative velocities are:
sample molecule - 1
carrier gas - 10
electron - 100
ANODE
e
Elektron Yakalayıcı Dedektör
Bağıl Cevap Verme Katsayıları
Hydrocarbons
1
Esters, ethers
10
Alcohols, ketones, mono-Cl, F,
amines
100
Mono-Br, di-Cl, F
1,000
Anhydrides, tri-Cl
10,000
Mono-I, di-Br, poly Cl, F
Di-I, tri-Br, poly Cl, F
100,000
1,000,000
50 fg Organoklorlu pestisidler
30 m X 250 mm id, 0.25 mm HP-5MS
Column:
Oven:
80°C (2 min) to 190°C @ 25°C/min to 280°C
@ 5°C/min to 300°C (2 min) @ 25°C/min
Carrier:
Helium, 23.9 psi, flow 2.2 mL/min
Injection:
1 mL splitless
Detector:
330°C, makeup gas: nitrogen, constant column
plus makeup flow
Sample:
EPA Method CLP pesticides (HP p/n 8500-5876)
20—40 ppb
*
*
2
8
*
*
1
3
4* *
1
0
5
*
1
2
9
678
1
4
13
50—100 ppt
* 12 *
11
*
10
* Impurity/interference
1
6
1
8
2
0
2
2
2
4
2
6
min
50 fg PCBs
20
*
19
18
*
1 *2
3 4 5
*
6 7
8
11
10 12-15
9
*
16
50 ppt
17
20 ppb
1
0
1
2
1
4
1
6
1
8
mi
n
FID Dedektör
FID Detector
Assembly
Hava
Giriş
Kapiler kolon
Sonu
(1-2 mm from Top of Jet)
Jet
H2 Giriş
+
Make-Up
Kolonun bitiş tarafı
CHO
CO
2
+
H0
2
H0
2
CHO +
CO
2
+
CHO
+
CHO
CO
 FID tahribatlıdır,
 Alevde oluşturulan Katyonlar sinyal
oluşturmak üzere sayılır.
 Düşük oksidasyon seviyeli karbon
içeren maddeler daha yüksek sinyaller
oluşturur.
 Yoğunluk ( Kütle ) hassas’dır.
+
CHO
2
H0
2
H0
2
H
2
H
H
H
H
H
H
CH
H
2
CH
2
CH
2
CH
CH
2
CH
2
2
4
4
H
4
4
H
4
H
4
H
2
2
2
Kolon
2
Jet
2
FID yanıtı olmayan veya
çok az olan maddeler
Rare Gasses
NH3
CS2
Nitrogen Oxides
H2
COS
Silicon Halides
CO
O2
H2O
CO2
N2
Perhalogenated cpds
HCOH
HCOOH
FID Yanıtı
10
Relative
Response
(by wt.)
8
6
4
2
H
H
C
H
OH
H
Methanol
H
C
H
H
C
H
Ethanol
H
OH
H
C
H
H
C
H
H
C
H
C
H
OH
H
Butanol
Yanıt karbon-hidrojen bağlarının çokluğuna oranlıdır.
Kütle Spektrometresi
İyon Kaynagı
Kütle
Analizör
Detektör
Quadrupoles
*
Quadrupoles
Örnek
Giriş
İyon Oluşturma
ve Yönlendirme
İyon ayırımı ve
özgünleştirilmesi
İyon deteksiyonu
Ve yükseltilmesi
Vakum Odacıgı
Yüksek Vakum Pompası
Vakum Sistemi
Mekanik pompa
Atmosfer
Çıkışı
Kuadrupole Kütle Spektrometre
( + ) HIGH PASS FILTER
( - ) LOW PASS FILTER
Kütle Spektrum
57
108
OH
9500
9000
9500
8500
9000
8000
8500
7500
8000
7000
7500
CH3
7000
6500
6500
6000
6000
5500
5500
5000
OH
5000
79
4500
4500
4000
4000
3500
3500
3000
90
3000
39
2500
82
27
2500
51
67
44
2000
27
1500
71
53
2000
1500
63
100
1000
1000
500
500
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
GCMSMS (GC-Kütle-Kütle Spektrometrisi)
GC/MS/MS
Çarpışma Gazı(N2 )
İyon Kaynağı
1. Kuadropol
Çarpışma
Hücresi
2. Kuadropol
Dedektör
MS/MS?
Multiple Reaction Monitoring (MRM
EI: many ions from the source
Modu)
EI-MS/MS
Product 2
Product 1
Q1 SIM
isolate precursor
before CID
Product 3
CID + Q2 SIM
GC-MS den daha seçici
EI-MS/MS
EI-SIM
interference
analyte
Product 2
Product 1
interference
Product 3
unit mass resolution
Precursor
Ion
GC/MS SIM
100 fg HCB
MS SIM
GC/MS/MS QQQ MRM
MS/MS MRM
S/N: 116:1
RMS
EI 100fg HCB in “DIRTY”
Matrix
SIM - MRM HCB
MS/MS: 283.8:213.9
Single MS: SIM 283.8
100 fg HCB Temiz Matriks
S/N=26:1 RMS
S/N=37:1 RMS
Dizel içerisinde 300 fg HCB
S/N=6:1 RMS
S/N=86:1 RMS
SIM (5973) vs MRM : Isodrin 3.2 pg
SIM target
m/z 193
RMS S/N 27:1
*
m/z 193 -> 123
RMS S/N 131:1
Numune Örnekleme Teknikleri
HEADSPACE ÖRNEKLEME
HeadSpace
 Gaz Kromatoğrafi Cihazında, ürünlerin üzerinde kalan uçucu madde
miktarlarının tayini için örnek hazırlama ünitesi olarak HeadSpace cihazı
kullanılır.
HeadSpace Cihazında;
 örnek hazırlama aşaması minimumdur veya hiç yoktur,
 sıvı, katı, çamur, pasta gibi matrixlerde kolayca çalışılabilir,
 sıvı enjeksyondan çok daha hassastır,
 solvent piki küçüktür veya hiç yoktur,
 kolon ömrü uzundur.
HeadSpace GCMS
HeadSpace Uygulamaları








Su, toprak, çamur içerisindeki uçucu maddeler,
Aroma, koku analizleri,
İlaç üzerindeki kalıntı solvent miktarı,
Kanda-biyolojik sıvılarda alkol ve solvent tayini,
Polimer içerisinde monomer kalıntısı,
Steril malzemelerde etilen oksit miktarı
Baskı mürekkeplerinde-ambalaj kağıtlarında Kalıntı solvent miktarı,
Trafo yağlarında gaz analizleri (TOGA)
Headspace Örnekleme Tekniği
• Örnek üzerindeki temiz buhar alınarak
analiz edilir.
• Çok çeşitli örnek tipleri analiz edilebilir.
• Örnek hazırlama minimumdur.
Uçucular için Headspace örnekleme
•
Örneği şişeye koy ve ağzını sıkıca kapat
•
Örneği sabit süre ile sabit sıcaklıkta ısıt.
•
GC sistemine tekrarlanabilir miktarda gaz
örneği aktar.
Headspace Örnekleme metodu
Standby
He
Loop
Vent
Pressurization
He
Loop
Vent
Neophyte
Headspace Örnekleme metodu
Venting
He
Loop
Vent
Injection
He
Loop
Vent
Neophyte
Headspace çok hassas olabilir !
1-3 uL
1-3
mL
eğer Cgas = Cliquid
Headspace örnekleme sıvı
örneklemeden 500 kat hassas
olabilir.
Endüstriyel Alkol Analizi
3
4
13,14
5 8
2
1
0
2
11
9 10
12
6
17
4
17
16
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
18
Methanol
Ethanol
Ether
Acetone
i-Propanol
Acetonitrile
Methylene chloride
t-butanol
Hexane
Propanol
Methylethylketone
6
21
20
8
10
Ethylacetate
Tetrahydrofuran
S-Butanol
Chloroform
Cyclohexane
Benzene
Heptane
Trichloroethylene
1,4-Dioxane
Pyridine
Toluene
22
19
15
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
12
14
min
Kanda Alkol
Chromatogram of 0.1 g/ 100mL
Standard
Acetaldehyde
pA
50
45
n-propanol
40
2.2 min
Acetone
35
30
25
20
Methanol
Ethanol
i-propanol
n-butanol
15
10
0.5
1
1.5
2
2.5
min
Su içerisinde 20 ppb Standard (FID)
1
3
2
4
7
1. Methanol
2. 1,1-dichloroethane
3. 2,2-dichloropropane &
bromochloromethane
4. 1,1,1-trichloroethane
5. Carbon tetrachloride
6. Dibromomethane
7. Tetrachloroethene
5
6
1
2
3
4
5
6
7
Purge & Trap Konsantrator
 Su, atık su, çamur ve katı maddelerde uçucu organik maddeleri (Volatile Organic
Compounds – VOC) analiz etmekte kullanılan Purge&Trap cihazı düşük dedeksiyon
limitlerinde analizler yapabilmektedir.
 EPA 8020, 8240, 502.2, 601, 602, 624 ve 525 gibi metotlarla çalışma olanağı sağlar.
Sistem parametreleri GC veya GCMSD ile birlikte bilgisayardan kontrol edilebilir.
 Otomatik olarak pH, köpük kontrolü ve köpük kırma özelliği vardır.
VOC ANALİZ SİSTEMİ
DETECTOR
VENT
PURGE
GAS
GC
CARRIER
T
R
A
P
GC
PURGE STATE
DRAIN
DETECTOR
GC
CARRIER
T
R
A
P
PURGE
GAS
GC
DESORPTION & DRAIN
PURGE
GAS
TO TRAP
TO TRAP
PURGE
GAS
TRAP
Specified in EPA Methods
OV1
PURGE
FLOW
TENAX
VOLATILES &
SEMIVOLATILES
PURGE
FLOW
PURGE
FLOW
PURGE
FLOW
TENAX
SILICA GEL
GASES
SILICA GEL
TENAX
CHARCOAL
FREON 12
CHARCOAL
SILICA GEL
TENAX
DESORB
FLOW
DESORB
FLOW
DESORB
FLOW
DESORB
FLOW
VOC Analiz Teknikleri Karşılaştırma
 Direk Enjeksiyon Yüksek ppb
Yüksek ppm
 Statik HS
20 ppb
düşük ppm
 Purge and Trap
10 ppt
200 ppb
Purge and Trap Uygulamaları
 İçme Suyu
 Düşük VOC seviyeli atık su
 Düşük VOC seviyeli toprak veya çamur
GAZ KROMATOGRAFİ SU ANALİZ PARAMETRELERİ
Fosforlu
NPD Dedektör
veya GCMS
Pestisitler
Klorlu
EPA 8081A
ECD Dedektör
PCB
TS2627-ISO6468
ECD Dedektör
PAH ve
Benzo (a)
Piren
EPA 8270D
GCMS
EPA 524.4
EPA 8260
Purge and Trap
GCMS
ISO 9377-2
GC-FID
VOC
Mineral Yağ ve
Türevleri
Benzen,
1,2 Diklorethan
Epikloridin
Tetrakloreten
Trikloreten
Trihalometanlar
Vinil Klorür
AGıLENT GCMSMS KLORLU PESTİSİTLER
Sorularınız?
Teşekkürler