ガスクロマトグラフィーの検出法の違いや特徴

ガスクロマトグラフィーを行う上で「検出器」の理解は欠かせません。分離した化合物を検出器で検出しなければ何の情報も得られないからです。化合物によって適切な検出器を利用することが重要です。

検出器とは？
各検出器の特徴

検出器とは？

ガスクロマトグラフィーにはたくさんの検出法があり、その検出方法によって得手不得手があります。

測定したい試料がすでにわかっている場合はその物質に合わせた検出法を選択します。わからない場合は汎用性の高い検出法を使用したり、分子構造の予想を立てて検出方法を選択します。

検出方法には汎用的な検出方法と選択的な検出方法があります。選択的な検出方法のほうが感度が高い傾向があります。

検出法	検出できる物質	最小検出量/pg	汎用・選択
熱伝導度検出器 (TCD)	キャリアガス以外	1000	汎用
水素炎イオン化検出器 (FID)	有機化合物全般	50	汎用
ヘリウムイオン化検出器(HID)	He以外	10	汎用
光イオン化検出器 (PID)	無機・有機化合物一般(特に不飽和系)	50	汎用
電子捕獲型検出器 (ECD)	有機ハロゲン化合物、ニトロ化合物、有機金属	0.1	選択
炎光光度検出器 (FPD)	硫黄・リン・スズ化合物	10	選択
窒素・リン検出器 (NPD)	窒素・リン化合物	1	選択
電気伝導度検出器 (ELCD)	ハロゲン、硫黄、窒素化合物	5	選択
表面イオン化検出器 (SID)	第3級アミン	0.5	選択
酸化・還元化学発光検出器 (RCD)	窒素、酸素、硫黄化合物	100	選択
酸素感応FID(O-FID)	酸素化合物	100	選択
GC/MS	キャリアガス以外	10	汎用

検出方法は上記の検出方法一つだけではなく、複数の検出方法を組み合わせて利用することによって多くの情報が得られやすいです。特にMSは構造決定に重要な検出方法の一つです。

MSと他の汎用検出方法(FIDやTCD)を組み合わせたり、汎用検出方法と選択的検出方法(FPDやECDなど)を組み合わせることで成分の推定ができます。

同じ条件で測定した物質の保持時間をもとに同じ物質かどうか推定できます。比較する場合は機器や条件によってばらつきがでるので注意が必要です。推定した化合物を持っていれば同時に打ち込むことも有用です。

ピーク面積を計算することによって定量することも可能です。方法はHPLCなどと同様です。検量線を用いる方法や標準物質を使って校正します。化合物によって同じ濃度でもピーク面積は異なるので注意します。

各検出器の特徴

水素炎イオン化検出法　(FID)

水素炎イオン化検出法　(FID)は定量可能な分子範囲が広い汎用的な検出方法です。主に有機化合物の検出に利用されます。選択性が悪いのが欠点です。

キャリアガスはヘリウムや窒素が使用されます。

原理は水素と空気からなる炎に燃える有機化合物が入ってくるとたくさんのイオンが発生して電流が流れるようになってこの電流を測定することで検出します。

このような原理から有機化合物の検出には向いていますが、燃焼しない無機ガスは検出できません。また、破壊的検出法なのでガスは回収できません。感度はTCDよりも高いです。

検出できないのは、ホルムアルデヒド、ギ酸、希ガス、水素、酸素、窒素、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、水、アンモニア、一酸化窒素、二酸化窒素、硫化水素、二酸化硫黄、硫化カルボニル、二硫化炭素、四塩化珪素、トリクロロシラン、四弗化ケイ素

ヘテロ原子が結合していると感度が低下します。

熱伝導度検出器 (TCD)

熱伝導度検出器 (TCD)はFIDと並んでよく利用される汎用性の高い検出法の一つでキャリアガスを除く化合物を全て検出することができます。キャリアガスは熱伝導道の大きい水素やヘリウムを使います。高い直線性を持っています(10⁴)。TCDはキャリアガスの流速や種類による影響を受けやすいので注意します。

感度は低めです。非破壊的検出法なので回収できます。

直線性 (Linearity)

分析機器から得られた値をプロットした時に一次関数のような直線が得られることが理想ですが、現実的には理想の値からはずれます。直線性の高さは真の値に対する確度の高さを意味します。

原理は、加熱された素子にキャリアガスと異なる熱伝導度を持った試料が入ってくると温度が変化してその変化を電気信号として記録します。TCDではキャリアガスの熱伝導度が大きく試料が小さいため、素子の温度が上昇します。

こめやん