HP-5890A Gaschromatograph

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HP-5890A Gaschromatograph

Vor ungefähr einem Monat habe ich mit einen gebrauchten HP-5890A GC mit einiges an Zubehör gekauft. Der GC hat ein S/SL Inlet und zwei Detektoren (FID und WLD), wobei der WLD defekt ist. Im Folgenden beschreibe ich den Aufbau des Gaschromatographen und die Probleme, denen ich im Zuge dessen begegnet bin.

1. Gasversorgung
Wasserstoff 3.0: Ich verwende Wasserstoff 3.0 (empfohlen 5.0) als Träger- und Brenngas. Basislinie ist stabil, eventuell kann aber Sauerstoff als enthaltene Verunreinigung die Säule zerstören. Dazu habe ich noch keine Erfahrungswerte. Die eingebaute Säule ist sehr alt und wurde unverschlossen gelagert, eventuell ist sie schon defekt, daher gehe ich dieses Risiko mal ein.

Stickstoff 4.0: Setze ich als Make Up Gas ein.

Druckluft: Anfangs wollte ich die Druckluft für den FID mit einem ölfreiem Kompressor bereitstellen. Da meine Luft standortbedingt ölhaltig ist, führte das zu sehr starkem Hintergrundrauschen. Inzwischen betreibe ich den FID mit synthetischer Luft (Alphagaz 1 „Air“ von Air Liduide).
Bis jetzt habe ich keine Notwenigkeit gesehen, Gasfilter einzubauen. Aber sobald ich das Signal mit einem Computer verarbeite und die durch den Integrator verursachte Ableseungenauigkeit umgehe, könnten Verunreinigungen im Gas als Peaks sichtbar werden und Filter notwendig machen.

Als Zubehör waren Reinstgasdruckminderer der Firma Air Liquide enthalten. Wie sich später herausstellte, waren die PTFE Dichtungen und O-Ringe ziemlich am Ende, was so zu signifikanten Undichtigkeiten führte. Diese wurden dann ausgetauscht, Ersatzteile sind leicht verfügbar.

Als Gasleitungen nehme ich 1/8“ Kupferrohre. Für Wasserstoff wird eigentlich Edelstahl empfohlen. Ich vermute, dass sich Edelstahlrohre nicht so leicht verbiegen lassen und dadurch die Bruchgefahr sinkt. Ich teste regelmäßig auf Dichtigkeit (Hält das System den Druck bei geschlossenem Flaschenventil?) – darum sollte das kein Problem darstellen.

Die Lecksuche ist sonst mit Seifenwasser sehr mühsam und stellt eine potenzielle Kontaminationsquelle dar. Deshalb habe ich mit einem elektronischen Gasdetektor die Wasserstoffanschlüsse und im Ofen den Säulenanschluss überprüft.

Der GC hat noch drei interne Druckminderer für die drei Gase (Wasserstoff, Druckluft, AUX). Da ich Wasserstoff als Träger- und Brenngas einsetze, brauche ich zwei verschiedene Druckeinstellungen. Ich habe daher vor dem internen Druckminderer ein T-Stück angebracht. An der Flasche stelle ich ca. 30 PSI ein, der FID-Druck wird mit dem internen Druckminderer auf 15 PSI geregelt und der Säulenvordruck lässt sich am Frontpanel auf ca. 1-20 PSI feinregulieren. Der Vorbesitzer hat eine ähnliche Konstruktion vorgenommen, allerdings mit Helium als AUX und Trägergas. Die Leitungen zum defekten WLD wurden entfernt.

2. Inlet
Im Inlet wurde der Liner, O-Ring und das Septum gewechselt. Es gibt fast unendlich viele Liner Modelle, ich verwende den im Bild gezeigten.

3. Säule
Es wurde eine mitgelieferte HP-20M Säule entsprechend des Handbuchs eingebaut. Diese war an den Enden nicht verschlossen und ist möglicherweise schon zerstört. Daher schien sie mir ideal zum Testen des Aufbaus.

Die Säule muss noch bei 200°C für 2h konditioniert werden, aber ich wollte davor alles mal getestet haben.

4. Detektor
Mit dem FID ergaben sich mehrere Probleme:

1) FID zündet, aber geht nach einiger Zeit aus. Hier war die Düse verstopft und musste gereinigt werden. Agilent stellt dafür eine Schritt-für-Schritt Anleitung zur Verfügung, aber im Endeffekt kommt alles bis auf den Kamin ins Ultraschallbad und wird dann mit dest. Wasser und reinem Methanol gespült. Anschließend wird er für 3h bei 300°C ausgeheizt.
2) Niedrige Sensitivität. Um optimal zu funktionieren, muss der FID sehr viel Luft (400 mL/min) zugeführt bekommen. Aus mir bis jetzt unklaren Gründen, wurde die Flamme beim langsamen aufdrehen der Luftzufuhr ausgelöscht. Daher drehe ich jetzt Luft + Wasserstoff auf und zünde dann.
3) Hohes Hintergrundrauschen. Das ließ sich durch den Einsatz von synthetischer Luft beheben.

5. Signal
Das Signal wird analog ausgegeben und vom Integrator aufgezeichnet. Auch wenn das sehr amüsant ist, dem Integrator beim Schreiben zuzusehen, hat eine digitale Signalverarbeitung große Vorteile. Das ließe sich über eine andere Platine realisieren und hätte ich noch vor, einstweilen muss der Integrator reichen. Da mein GC Modell keine elektronische Druckregelung besitzt, wäre die Computersteuerung auf Chromatogramm zeichnen (und evtl. Temperaturzonen einstellen) begrenzt.

Erste Messung
Zuerst wurde ein Blank Run ohne Probe gemacht. Einstellungen waren: 45°C/200°C/250°C Ofen (isotherm)/Inlet/Detektor bei 10 PSI Säulenvordruck und 6 min. Messzeit:

Dann wurde als Probe 1 µL Feuerzeuggas unter denselben Bedingungen gemessen (Splitverhältnis kann ich leider nicht quantitativ angeben, da mit ein Flowmeter fehlt):

Weitere Messungen und Erfahrungen folgen .

[CD-ROM-LAUFWERK]

Sehr cool!
Vielleicht könnte man den WLD noch reparieren? Was ist denn dort das Problem?

[EDTA]

Das Filament vom WLD ist durchgebrannt (wie eine Messung des Widerstands gezeigt hat).

Leider kann man das Filament nicht einfach wechseln, sondern muss den gesamten Detektor mit Ventilen am Frontpanel ersetzen. Das geht zwar theoretisch, ist aber kostspielig und für mich nicht vorrangig. Ich komme mit dem FID erstmal gut zurecht.

[Glaskocher]

Diese Geräte waren vor dreißig Jahren bewährter Stand der Technik. Von der Hardware sind sie ziemlich robust und zuverlässig. Seither hat sich hauptsächlich die elektronische Ansteuerung des Flusses und die digitale Signalverarbeitung weiter entwickelt. Als "Laborjunkie", um eben mal schnell 'ne Umsatzkontrolle zu schießen sind sie eine große Hilfe. Man kann bei Destillationen sehr gut den Verlauf verfolgen und staunt manchmal über das bunte Spektrum an bisher ungesehenen Nebenkomponenten. Man sollte aber auf eine saubere Probenvorbereitung achten, um die Säule vor vermeidbarem Verschleiß zu schützen.

Die recht polare Carbowachs-Säule verzögert polare Substanzen stärker als Unpolare. Man muß sich dabei an die Eigenheiten der Säule mit Testmischungen heran tasten, um die Chromatogramme besser interpretieren zu können. Der Klassiker sind homologe Reihen an Alkanen, Alkoholen, Estern, Ketonen... Zusätzlich sind Mischungen mit ähnlicher Siedetemperatur und unterschiedlicher Polarität interessant. Mit derartigen Mischungen wurde in den Bayer-Laboren regelmäßig ein "Polaritätstest" gefahren, um den Zustand der Säule aufgrund der relativen Lage der Signale zueinander beurteilen zu können. Die Lage ist für jeden Säulentyp bei vergleichbarem Temperaturprogramm charakteristisch. Wenn die Säulenoberfläche silyliert wurde oder höhere Polyole darauf liegen verschieben sich die Lagen zueinander.

[EDTA]

Gestern habe ich so eine homologe Reihe an Alkoholen (Methanol bis Pentanol getrennt):

Leider konnte ich Methanol/Ethanol nicht gänzlich auflösen, aber ansonsten bin ich ganz zufrieden. Das Peak Tailing versuche ich noch in den Griff zu bekommen (ich hab da den Verdacht, der Liner könnte aktiv geworden sein).

Um das gezeigte Chromatogramm richtig zu interpretieren (gut, es war die Reihenfolge irgendwie absehbar), habe ich die Alkohole mit derselben Methode einzeln analysiert und anhand der Retentionszeiten die Peaks zugeordnet.

[Glaskocher]

Man sieht in den Chromatogrammen (auch im Thread Reinigung von Baumarkt-Aceton) immer einen Anstieg der Basislienie über die Zeit. Dieser wird durch das sogenannte "Säulenbluten" verursacht. Dabei werden bei erhöhter Betriebstemperatur kleine Mengen des Säulenbelages mit ausgetragen und erzeugen im Detektor ebenfalls ein Signal. Dadurch vermindert sich das Rückhaltevermögen der Säule und die Peaks kommen in späteren Messungen tendenziell bei leicht früherer Retentionszeit. Das ist allerdings erst nach mehreren hundert Läufen bemerkbar. Zusätzlich kann auch noch sehr hoch siedendes Probenmaterial über längere Zeit mit ausgespült werden, was einen gewissen Signaluntergrund oder flache breite Peaks in Folgeläufen erzeugt.

Man hat oft bei Substanzen, die fast mit Totzeit kommen, Probleme mit der Trennung. Das Tailing ist bei polaren Substanzen ein allgemeines Übel. Das kenne ich auch von einer Silicongummi-Säule. Bei DMSO hatte ich mal über fast ZEHN Minuten ein detektierbares Signal im MS-Detektor, obwohl ich die Probe ziemlich verdünnt injeziert hatte. Die Substanz desorbierte recht langsam und bildete die einzelnen Segmente der Heizkurve ab. Als Lösemittel für Leichtsiederanalysen war DMSO dadurch ausgeschieden.

[EDTA]

Das obere Temperaturlimit sind 220°C bei der Säule. Die gezeigten Chromatogramme wurden alle bei 190°C bis 200°C Endtemperatur gemacht.
Für eine 30 Jahre alte, an der Luft gelagerte, mit Wasserstoff 3.0 betriebene Säule, nah an ihrem Limit, bin ich - was Säulenbluten betrifft - eigentlich positiv überrascht. Ich habe Schlimmeres erwartet.

[Calciumcitrat]

Vielleicht habe ich es überlesen, aber wie injizierst du? Trailing könnte auch auf eine Überladung der Säule hindeuten. Hier könnte eine Festphasenmikroextraktion oder/und ein Splitinjektor (1:10 oder so) helfen.

[EDTA]

Bei den Alkoholen habe ich 1 µL des Dampfraums über der Mischung mittels Splitinjektion injiziert. Aber das Splitverhältnis kann ich leider nicht quantitativ angeben, weil ich noch keine Möglichkeit habe, Flussraten zu messen. Kommt noch...

[Glaskocher]

Der Klassiker zum Messen von Flussraten ist eine Art "Blasenpipette". Man hat ein kalibriertes Glasrohr mit zwei Eingängen am unteren Ende. Der untere Eingang wird mit einem größeren Gummiball verschlossen, der Seifenlauge enthält. An den seitlichen Eingang wird der Gasauslass angeschlossen und dann von unten die Seifenlauge hoch gedrückt, bis sich Blasen bilden. Die Blasen steigen im Rohr auf und laufen an zwei Markierungen vorbei. Aus der Laufzeit einer Blase und dem Volumen zwischen den Marken läßt sich der Fluß errechnen. Damit die Blasen auch bis oben laufen muß das Rogr innen mit Seifenlauge benetzt sein, es kann also etwas dauern, bis man messen kann. Ein solches Gerät läßt sich auch aus "Bordmitteln" zusammenbauen, wenn man es mit der Einwegspritze oder Vollpipette auslitert.


1µl Gasphase ist eine recht unhandliche Menge. Um flüssige Proben injezieren zu können braucht man also eine ca. 1000-fache Verdünnung. Das geht entweder über den Split oder über eine Vorverdünnung mit inertem Lösemittel. Man kann auch versuchen, den Verstärkungsfaktor zu senken. Diese Maßnahmen erfordern noch etwas Fummelei, aber es lohnt sich.

[EDTA]

Das mit dem Split war das richtige Stichwort.

Ich habe zwei Messungen von Ethanol gemacht (0,1 µL), einmal splitless und einmal mit max. Splitverhältnis. Es tritt nun kein Tailing mehr auf, die Signale überladen nicht die Integrator-Kapazität. Aber bis das wieder alle Signale sichtbar sind und die Parameter gut eingestellt sind, ist das in der Tat etwas Fummelei.