Headspace GC örneklemesi, uçucu analitlerin numuneden ekstrakte edildiği ve sonra analiz için gaz kromatogri sistemine enjekte edildiği bir analiz tekniğidir. Uçucu numune bileşenleri, şişenin içinde numunenin üzerinde bulunan boşluktaki gaz fazına yayılır. Headspace GC, katı, sıvı ve gaz örneklerinde uçucu ve yarı uçucu organikleri kalitatif ve kantitatif olarak analiz etmek için kullanılır.
Özellikle doğrudan cihaza sıvı olarak verilemeyecek biyolojik veya çevre numuneleri için headspace yöntemi kullanılır. Bunun gibi, numunenin tamamının (yani kirli ve yoğun matrisli numuneler) GC cihazına enjekte edilmemesi gerektiği durumlarda numunelerin analizi için de iyi bir tekniktir. Headspace örneklemesi aynı zamanda, iz düzeyindeki analitlerin analizine de elverişlidir.
Tipik headspace analizi uygulanan örnek grupları şunlardır;
- Atıksu ve kontamine arazi örneklerinden “Uçucu Organik Bileşikler (VOC)”
- Ambalaj malzemeleri, tekstil, plastik ürünler ve ilaçta kalıntı solvent analizleri
- Kan alkolü ve toksikoloji taraması
- Yiyecek ve içeceklerden aroma bileşenleri
- Yağlardan tanısal gaz analizi
Headspace analizi şu durumlarda kullanışlıdır:
- İlgili analit, 290°C’nin altındaki sıcaklıklarda uçucuysa
- Örnek GC girişine enjekte edilmesi kolay olmayan çok yoğun veya kirletici katı, sıvı matrise sahipse
- Sıvı fazda numune hazırlığı zor ise.
Çalışma prensibi;
Uçucu analitlerin bulunduğu numune headspace vialine alınır, ağzı sızdırmaz bir şekilde kapatılır ve numunenin sabit bir sıcaklıkta ve belirli bir hacimde bir şişe içinde belirli bir süre boyunca ısıtılmasıyla numune içerisindeki uçucu bileşenler headspace viali içerişinde numunenin üzerinde kalan boşluğa yani gaz fazına alınır. Ardından GC enjektörü vial içerisindeki bu gaz fazından belirli hacimde numuneyi çekerek cihaza enjekte eder.
Headspace analizi bir denge tekniğidir ve analitlerin tümü headspace gaz hacmine dönüşmeyecektir. Burada ki dengeye Partisyon katsayısı (K değeri) denir. Bu nedenle, numune hazırlama işleminin tekrarlanabilirliği ısıtma, çalkalama hızı ve numune hacminin veya ağırlığının headspace gaz hacmine oranı ile optimum, tekrarlanabilir sonuçlar için kritik önem taşır.
Partisyon katsayısı (K değeri), headspace analizinin verimini doğrudan etkiler. K değeri ne kadar düşükse, analizin duyarlılığı o kadar yüksek olur. K değeri düşürmek için: numune sıcaklığı arttırılması veya numune matrisine inorganik tuzların eklenmesi yöntemleri uygulanabilir.
K değeri aşağıdaki gibi ifade edilir;
K=Cs/Cm
Cs= Sıvı fazda bulunan analitin miktarı
Cm= Gaz fazda bulunan analitin miktarı
Headspace analizin avantajları;
Headspace analizi normal enjeksiyonlara göre birçok avantaj sağlar.
- Basit numune hazırlığı
- Sıvılar, katılar ve kıvamlı numuneler gibi çeşitli matrisleri doğrudan analiz edebilme imkanı
- Gaz fazına geçen ve kolona enjekte edilen gaz numune, kolonunu daha az kirletir. Bu nedenle kolon ömrü uzamış olur.
- Yüksek hassasiyete sahiptir. İz analizler yapılabilir.
- Çözücü piki, geleneksel sıvı enjeksiyonlu GC tekniklerine kıyasla daha küçüktür veya yoktur.
Dikkat edilmesi gerekenler;
- Headspace analizinde bir denge söz konusudur. Bu nedenle sızdırmazlık oldukça önemlidir. Sızdırmazlık sağlamak amacıyla doğru kapak ve septa seçilmelidir.
- Tekrarlanabilirlik adına kapaklar her zaman eşit oranda sıkılmalıdır.
- Headspace sisteminde analitin gaz fazına geçmesi için ısıtma işleminde bekleme süresi oldukça önemlidir. Genellikle 15 dk olarak verilen bu süre metodunuz için optimize edilmeli ve bu sürelere her defasında tam riayet edilmelidir.
- Isıtma sıcaklığı partisyon katsayısını etkiler. Sıcaklık optimum değer için optimize edilmelidir.
Orhan ÇAKAN
Kaynaklar;
- chem-net.blogspot.com/2015/01/headspace-analysis-gas-chromatography.html
- youtube.com/watch?v=ik2GLhKkKeI
- slideshere.net/Analysys/headspace-analysis
- asciencedirect.com/topics/chemistry/headspace-gas-chromatography