## Kolommen

De kolom zorgt voor de scheiding in de gasgromatograaf. Grofweg zijn er twee typen kolommen.

- De gepakte kolom
- De capillaire kolom.

### De gepaktekolom

De gepakte kolom is een buis met een diameter van 0,32 - 0,64 cm met een lengte van 0,65 - 3,0 m. Gezien de lengte zijn deze kolommen spiraalvormig zodat ze in de kolomoven van de gaschromatograaf geplaatst kunnen worden. In de gepakte kolom zit fijn verdeeld pakkingsmateriaal dat voor de scheiding van de componenten zorgt. Het scheidend vermogen is lager dan een capilaire kolom maar het op te brengen volume kan vele malen groter zijn. In de moderne chromatografie worden nauwelijks nog gepakte kolommen gebruikt. Deze module zal meer ingaan op de capillaire kolommen.

### De capillaire kolom

De capillaire kolom is veel dunner en langer dan de gepakte kolom. Het is een holle buis met lengtes van 25-60 m. Deze hollebuis wordt gecoat met een materiaal dat voor de vertraging zorgt. De kolommen hebben verschillende diameters met verschillende filmdikte van vertragend materiaal. De keuze van het type kolom (diameter, lengte en filmdikte en coating) hangt af van de chromatografische toepassing. Er zijn een bepaalde selectiecriteria die gehanteerd kunnen worden om een educated quess te maken in welk type kolom in theorie geschikt is. Het is een belangrijke keuze die als beoefenaar van de chromatochrafie gemaakt moet worden indien er sprake is van het aanschaffen van een nieuwe kolom. In de volgende paragrafen worden deze selectiecriteria besproken.

#### Selectiecriteria kolom.

Als beginnend beoefenaar van de chromatografie kan het lastig zijn in de keuze kolommen die er te koop zijn. Deze paragraaf helpt de keuze te verantwoorden. in bepaalde gevallen is de keuze al gemaakt doordat de bepaling aan een bepaalde standaard moet voldoen. In dat geval kan er gecheked worden of deze kolom voldoet.

##### Stationaire fase

De belangrijkste selectie die je als chemisch analist moet maken is de stationaire fase van de kolom. Dit hangt vooral af van de polariteit van de te bepalen stoffen. Bij hoog polaire stoffen zoals alcoholen zal een andere stationaire fase gekozen worden dan wanneer stoffen sterk apolair. Er zijn verschillende stationaire fases deze worden weergegeven in afbeelding 3. (PerkinElmer, 2023)

Afbeelding 3: Illustratie van stofeigenschappen met de bijbehorende stationaire fase

De stationairefase van een kolom neemt door het gebruik langzaam in kwaliteit af. Het kan zelfs zo zijn dat naar verloop van tijd de stationere fase loslaat van de kolom. Dit is als gevolg van thermische of chemische degradatie van het polymeer. De stationaire fase komt dan in de detector terecht. Vooral bij hogere temperaturen (>250) wordt dit fenomeen zichtbaar in het chromatogram. Dit fenomeen wordt het bloeden van de kolom genoemd. In het engels "column bleeding". Het bloeden van de kolom treedt accuut op wanneer de maximale temperatuur van een kolom wordt overschreden of wanneer het dragergas zuurstof vevat. De maximale temperatuur is opgenomen in de bijlsluiter van de kolom. Zuurstof in de kolom is te voorkomen door een dragergas van goede kwaliteit te gebruiken. (Balonnen helium van de action is een slecht idee). Uiteraard moeten alle aansluitingen lekdicht zijn. Verder moeten aggresieve chemicalien vermeden worden. Uiteindelijk treedt bij elke kolom uiteindelijk "column bleeding" op. (PerkinElmer, 2023)

##### Kolomlengte

in veel gevallen volstaat een kolom van 30 meter. De meeste analisten kiezen hiervoor. Een langere kolom van bijvoorbeeld 60 meter zorgt voor een betere scheiding van de componeten omdat het aantal theoretische schotels wordt verdubbeld. Het is helaas niet zo dat een dubbele lengte van de kolom zorgt voor een dubbele resolutie. De resolutie neemt everenedig toe met de wortel van de lengte. Een ander nadeel van het verlengen van een kolom is dat door difussie de piek van dezelfde component met dezelfde belading breder wordt. In afbeelding 4 wordt dit geillustreerd (PerkinElmer, 2023).

Afbeelding 4: Illistratie en overzicht van de gevolgen van het verhogen van de kolomlengte

In het algemeen geldt hoe korter de kolom hoe korter de runtijd en hoe scherper de pieken. Dit komt de LOD en de LOQ ook ten goede. Neemt niet weg dat een langere kolom soms nodig is om een bepaalde gewenste resolutie te halen. Aangezien kolommen niet goedkoop zijn en de lengte mede bepalend is voor de prijs zijn er technische en financiele argumenten om een zo kort mogelijke kolom te kiezen.

##### interne diameter kolom

Veel voorkomende interne diameters uit de categorie capillaire kolommen zijn 0,25 en 0,32 mm. De interne diameter gaat een competitie aan met de maximale kolomcapaciteit en het theoretisch schotegetal. Hoe lager de interne diameter hoe groter het theoretisch schotelgetal en visaversa. Het dus aan de analist om af te wegen wat de voordelen zijn van een nauwere kolom ten opzichte van een bredere.Zie hiervoor afbeelding 5 (PerkinElmer, 2023). Over het algemeen geldt, dat wanneer er een mengsel met veel componenten geanaliseerd moet worden, kiest voor een kolom met een kleine interne diameter.

Afbeelding 5: een overzicht van de gevolgen van het verhogen van de interne diameter van de kolom.

##### Filmdikte

De dikte van de laag stationaire fase in de kolom wordt filmdikte genoemd. Er zijn twee gangbare filmdiktes 0,25 µm en 0,53 µm waarbij de 0,25 µm het meest gangbaar is maar de meest ideale filmdingte hangt af van de applicatie of fase.

In afbeelding 6 (PerkinElmer,2023) worden de analiet moleculen als blauwe bolletjes weergegeven. De moleculen zijn verdeeld over de stationaire en de mobile fase, zowel met een 0.25 μm en 1.00 μm filmdikte. Omdat de massatransport alleen op het grensvlak van de mobile en stationaire fase plaats kan vinden zal een dikkere filmlaag, met een kleinere oppervlak/volume verhouding, resulteren in een hoger theoretisch schotelgetal en een lagere efficientie. Vluchtige stoffen met een lage retentie op een 0.25 μm kolom kunnen een goede reslolutie krijgen op een kolom met een grotere filmdikte.

Afbeelding 6: De blauwe bolletjes geven analiet moleculen weer. De filmlaag is de vertragende factor. Verder wordt er een overzicht gegeven van de voor- en de nadelen van het verhogen van de filmdikte.

#### Longidutinale diffusie

De B term in de van deemtervergelijking is de longidutidinale diffusie coefficiënt. Longidutinale diffusie is diffusie die optreedt door concentratieverschil in de omgeving. Als voorbeeld: Een beker vol met stilstaand water waarin een zeer kleine hoeveelheid inkt in wordt gedruppeld. De inkt zal zich, zonder te roeren, gelijkmatig over het water verdelen. Dit gebeurt ook in een GC kolom. Door het concentratieverschil zal de analiet zich gelijkmatig over de kolom verdelen mat als gevolg dat er uiteindelijk geen detectie meer mogelijk is. Vooral bij lange verblijftijden in de kolom treedt dit verschijnsel op. Video 2 toont een animatie van longitudinale diffusie in een gepakte kolom, in een capillaire kolom treedt dit verschijnsel ook op.

Video 2: Animatie van longitudinale diffusie in een gepakte kolom (treedt ook op in een capillaire kolom)

### Van Deemter vergelijking

De efficiëntie van een kolom wordt beïnvloed door een groot aantal variabelen. Voor het beschrijven van het verband tussen deze variabelen en de schotelhoogte zijn verschillende vergelijkingen ontwikkeld. Een hiervan is de Van Deemter vergelijking die geschikt is voor gepakte en capillaire GC kolommen. Een schotelhoogtevergelijking geeft het verband aan tussen de schotelhoogte en de lineaire gassnelheid. Men noemt dit de H-u curve (Zie figuur 7.) Verhoging van de lineaire gassnelheid leidt aanvankelijk tot een sterke vermindering van de schotelhoogte. Na het bereiken van een minimale waarde neemt de schotelhoogteweer toe. (Interscience, 2023). Hoe hoger de schotelhoogte hoe meer piekverbreding er ontstaat. De van Deemter vergelijking wordt weergegeven in formule 1.

(1)

Bij een minimale schotelhoogte wordt er gesproken van een grote kolom efficientie. Het streven is dus naar een zo laag mogelijke schotelhoogte. Als de van Deemter curve bekend is dan kan de optimale kolomflow afgelezen worden. In de bijsluiter van een nieuwe kolom wordt de optimale flow van de kolom gegeven.

Afbeelding 7: H-u curve.

### Eddy Diffusie

De A term van de van deemtervergelijking is de Eddy diffusiecoefficiënt. Eddy diffusie veroorzaakt piekverbreding doordat moleculen van het analiet een verschillende weglengte aflegt door de pakking in de kolom. Zie video 1. Eddy diffusie treedt alleen op in gepakte kolommen. In capillaire colommen is de A term gelijk aan 0.

Video 1: Animatie van Eddy diffusie

#### Transportweerstand

De C term in de van Deemter vergelijking is de transportweerstand. De transportweerstand wordt bepaald door de interactie van de analieten met het kolommateriaal. Hoe hoger de transportweerstand hoe hoger de retentietijd. De C term wordt in de van Deemter vergelijking vermedigvuldigd met de gasstroomsnelheid. Naarmate deze toeneemt zal de C term er mede voor zorgen dat de schotelhoogte toeneemt en daardoor ook de piekverbredeing.