cieczowa z elucją wsteczną eluentu w

Transkrypt

1 Wielokolumnowa ortogonalna chromatografia cieczowa z elucją wsteczną eluentu w kolumnie (MC-HPLC-EBF) - nowy sposób rozwiązania ogólnego problemu elucji -- M. Kamiński Politechnika Gdańska, Wydział Chemiczny, Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej, Zespół Technik Rozdzielania i Analityki Technicznej, Gdańsk, ul. Narutowicza 11/12; markamin@pg.gda.pl Poznań, czerwiec, 2011 Organizacja prezentacji Grupy zadań rozdzielczych w praktyce analit. i preparat. Techniki i układy rozdzielcze najważniejsze poznane Pojęcie, dotychczas stosowane sposoby rozwiązań ogólnego problemu elucji Zasady nowego podejścia w zakresie: -- ROZDZIELANIA, w tym, dla przygotowania próbki / wsadu -- Identyfikacji, oznaczania, otrzymywania wszystkich składników i grup składników Uzasadnienie celowości nowego podejścia przykłady Wnioski końcowe "Wielokolumnowa ortogonalna... - MC HPLC-EBF 1

2 Grupy zadań rozdzielczych w chromatografii -- GC, LC, SFC -- (z punktu widzenia stopnia złożoności problemu rozdzielczego oraz stopnia zmienności polarności / hydrofobowości / rozpuszczalności składników rozdzielanych mieszanin) Trzy grupy -- prezentacja dotyczy drugiej, a szczególnie - trzeciej -- łatwe i o niewielkim stopniu trudności : leki gotowe przem. farmaceut., produkty syntezy chemicznej, chemikalia, paliwa gazowe, polimery syntetyczne w celu określenia polidyspersyjności, -- rutynowe stosowanie chromatografii -- --średnio trudne : skład mieszaniny zdeterminowany genetycznie skład mieszaniny zdeterminowany genetycznie ekstrakty roślinne, krew, osocze oraz produkty wieloetapowej syntezy chemicznej, niektóre produkty bio-syntezy, benzyny, -- trudne i bardzo trudne : ropa naftowa, jej frakcje ciekle i stałe, produkty ropopochodne, w tym, paliwa płynne powyżej benzyn, produkty z destylacji węgla, drewna, po-pirolityczne, tłuszcze i lipidy, osady denne, zwłaszcza z portów i po-ściekowe, brzeczki fermentacyjne, gleby żyzne. Ogólny problem elucji - trudne i bardzo trudne problemy rozdzielcze, gdy -- przedmiotem jest rozdzielanie skomplikowanych mieszanin i, jednocześnie, składniki mieszaniny różnią się znacznie polarnością / hydrofobowością (frakcje i produkty z ropy naftowej, destylacji węgla, ekstrakty roślinne, płyny fizjologiczne, materiały po-pirolityczne pirolityczne, osady denne portowe i przemysłowe, gleby bogate,. 2

3 Techniki i układy rozdzielcze do dyspozycji RP, NP, HILIC, GPC/SFC, IExC: AX / CX, ZI-Ex Ex, I-Excl, Lex, HIC, AC, ==================================== G-L, G-S, L-L, L, L-S, SF-S, SF-L + Ogromny zbiór faz stacjonarnych, w przypadku każdej z technik, a szczególnie liczny w LC Stosowane sposoby rozwiązań ogólnego problemu elucji -- elucja gradientowa - lub / i - skokowa (programowanie składu eluentu - LC,temperatury - GC, program ciśnienia i temperatury SFC ) -- łączenie kolumn o różnych fazach stacjonarnych -- mieszane fazy stacjonarne w kolumnie 3

4 Zasady postępowania - nowe podejście -- MD-HPLC HPLC/GC/ /GC/SFC EBF EBF albo nd nd-hplc/gc/ /GC/SFC BF - rozdzielanie w zakresie wszystkich składników / grup składników badanej mieszaniny z elucją gradientową tylko w zakresie niezbędnego minimum =================================================================================================== -- kilka detektorów połączonych równolegle, w tym, UV-VIS_DADVIS_DAD i RID (ostatni w przypadku elucji izokratycznej, lub w warunkach BF) -- wykorzystanie metodyki Synoviec a, z zast. wzorca wewnętrznego -- rozwiązywania układów równań z wieloma niewiadomymi -- wyznaczenia indeksów retencji względnej składników i gruop składników dla dokonania rozdzielenia, identyfikacji i oznaczenia lub otrzymania frakcji wszystkich składników i/lub grup składników mieszaniny w jednej operacji rozdzielania Uzasadnienie celowości nowego podejścia + przykłady i wnioski -- elucja izokratyczna : maksymalizacja selektywności (poza przypadkiem (poza przypadkiem rozdzielania peptydów i białek wtedy elucja gradientowa jest niezbędna!) -- stosowanie EBF : stabilność aktywności sorpcyjnej kolumn, ale przede wszystkim: wyodrębnianie grup / substancji o retencji w zakresie rozsądnych wartości k "Wielowymiarowa ortogonalna... - MD HPLC-EBF 4

5 Uzasadnienie celowości nowego podejścia + przykłady i wnioski cd -- MD (nd) : maksymalizacja pojemności systemu rozdzielczego względem pików ( liczba składników mieszaniny, które można rozdzielić teoretycznie ) nd I n Np., -- gdy I = 100, n=1 L.P. = gdy I = 100, n=2 L.P. = gdy I = 100, n=3 L.P. = cd. Literatura metodyki normatywne i badania badania wykorzystania przepływu zwrotnego w LC, w GC.. [1] Norma IP 391:95 95, Petroleum Product Determination of aromatic hydrocarbon types in middle distillations High performance liquid chromatography method with refractive index detection; [2] Norma PN-EN 12916: , Petroleum Product - Determination of aromatic hydrocarbon types in middle distillations High performance liquid chromatography method with refractive index detection; [3] ASTM D 6379, Standard Test Method for Determination of Aromatic Hydrocarbon Types in Aviation Fuels and Petroleum Distillates High Performance Liquid Chromatography Method with Refractive Index Detection; [4] R. Kartanowicz, A. Przyjazny, M. Kamiński, Application of high-performance liquid chromatography with ultraviolet diode array detection and refractive index detection to the determination of class composition and the analysis of gasoline, J. Chromatogr. A 1029 (2004) 77; [5] M. Kamiński, E. Gilgenast, A. Przyjazny, G. Romanik, Procedure for and results of simultaneous determination of aromatic hydrocarbons and fatty acids methyl esters in diesel fuels by high performance liquid chromatography, J. Chromatogr. A 1122 (2006) 153; [6] R. Kartanowicz, E. Gilgenast, M. Kamiński, Group-type analysis of middle distillates by test method IP-391/EN-12916/ASTM D 6379 in terms of resolution and selectivity of chromatographic columns, Chem Anal. (Warsaw) 52 (2007) 265; [7] M. Kamiński, Simple test for determination of the degree of distortion of the liquid-phase flow profile in columns for preparative liquid chromatography, J. Chromatogr. A 589 (1992) 61. 5

6 The schema of arrangement of the simplest group type NP- HPLC apparatus for an analysis of fractions and products up to 360 o C TBP EN or ASTM D-6476 using one eluent (n-heptane or n-hexan) and with application of the reverse flow of the eluent in HPLC column Rozdzielanie grupowe benzyn NP-HPLC, a przepływ zwrotny Low volatile petroleum fractions and products - vacuum distillates and eluentu their reffining w kolumnie products, vacuum - EBF resudue (BF) and uproszczenie vacuum residue analityki extracts - new grouop - type separation and group type determination procedures UV 260 nm RID and UV-VIS DAD RID "Wielowymiarowa ortogonalna... - MD HPLC-EBF 6

7 Korzyści ze stosowania przepływu zwrotnego EBF, a także - wielokanałowej detekcji (kilku detektorów koniecznie połączonych równolegle) na przykładzie - modyfikacji procedury wg normy EN-12916, oznaczania zawartości węglowodorów aromatycznych Możliwość - tak oznaczenia składu grupowego, jak i identyfikacji niektórych grup i składników mieszaniny na podstawie widm - złożonej przynajmniej z 1000 zw. chemicznych dzięki zastosowaniu dodatkowo, oprócz RID - detektora UV-DAD - dodatkowe informacje o analizowanym materiale,, także o technol. prod. Zapewnienie stabilności wartości czasu retencji z dokładnością xx.xx min, dzięki stosowaniu EBF utrzymywanie sorbentu w czystości i aktywności RID np. o obecności i zawartości 7

8 olephines pirenes ON 150 ON UV-VIS DD chrysenes Styren UV-VIS / DAD ON 500 "Wielowymiarowa ortogonalna... - MD HPLC-EBF 8

9 EN the column is to selective ON RID Celowość wykorzystywania jednocześnie - - przepływu zwrotnego eluentu w kolumnie oraz EN the column has optimal selectivity "Wielowymiarowa ortogonalna... - MD HPLC-EBF wielokolumnowego - ortogonalnego rozdzielania wieloskładnikowych mieszanin w badaniu materiałów o nieznanej, ogromnej liczbie składników Chromatogramy oleju napędowego: A zastosowano kolumnę Spherisorb S5 NH2 spełniającą wymagania normy, ale o niekorzystnej selektywności, i w konsekwencji nie przydatną do wykonywania oznaczeń, B zastosowano kolumnę spełniającą wymagania normy i o poprawnej selektywności grupowej (Spherisorb S3 NH2 szarża produkcyjna sprzed kilku lat). Warunki rozdzielania i detekcji zgodne z normą IP-391-EN BF czas przełączania zaworu elucji wstecznej wyznaczony zgodnie z formułą podaną w normie. 9

10 Należy zapewnić : MD (nd) -- możliwości dozowania próbki / wsadu do dowolnej kolumny układu -- przeprowadzenia dowolnej frakcji z dowolnej kolumny do dowolnej innej, albo do systemu detekcji -- wykonania przepływu zwrotnego eluentu w dowolnej kolumnie -- wprowadzenia frakcji z przepływu zwrotnego z dowolnej kolumny do dowolnej innej kolumny, albo do systemu detekcji (nd I n ) Ilustracja: badanie składu grupowego szczególnie trudnych do rozdzielania, nisko-lotnych produktów naftowych i możliwości wydzielenia określonych grup węglowodorów tego typu do dalszych badań 10

11 Multi-column separation arrangement 1 Multi-column separation arrangement 2 "Wielowymiarowa ortogonalna... - MD HPLC-EBF 11

12 Chromatogramy det. UV-VIS_DAD, otrzymane w wyniku rozdzielenia grupowego oleju bazowego SAE 10 (A,C) oraz frakcji A (B,D) z destylacji próżniowej ropy naftowej z wykorzystaniem układu wielokolumnowego. Układ kolumn: (A,B) Lichrospher CN oraz dwie połączone w szereg kolumny Lichrospher NH2-KH2PO4 oraz (C,D) Lichrospher CN oraz dwie połączone w szereg kolumny SiO2-Cu(NH3)2. Eluent: n-heksan, przepływ: 1 ml/min, temperatura: 20 o C, detektor. Zakresy elucji: O olefiny, ma węglowodory monoaromatyczne, da węglowodory diaromatyczne, pa węglowodory poliaromatyczne -- odwzorowanie poziomicowe absorpcji światła. Group-type separation of base oil SAE 10 using the multicolumn arrangement and CN+NH2+Cu(NH3) x columns and reverse flow of the eluent and UV-VIS/DADVIS/DAD detection technique Probably thousands of compounds in each group pa 12

13 Group-type separation of base oil SAE 10 use of multicolumn arrangement no 1: CN+NH2+Cu(NH3)2 columns, reverse eluent flow, UV and RI detector Jeszcze jedna propozycja : -- zasada oznaczania zawartości składników lub grup składników względem reprezentantów tychże na przykładzie składu grupowego mineralnych olejów bazowych 1 - Cyclohexane 2 o-xylene 3 1-CH3 Naphtalene 4. Phenantrene 13

14 Wnioski końcowe Konsekwentne stosowanie przedstawionych zasad postępowania rozdzielczego i detekcyjnego, zapewnia: - Możliwość rozdzielenia, identyfikacji, oznaczenia składu oraz otrzymania frakcji ekstraktów roślinnych, płynów fizjologicznych, lipidów i tłuszczów wszystkich składników powyżej LOD / LOQ - podczas jednej operacji rozdzielania Przykład chromatogramu NP-HPLC HPLC-UV-DAD w odwzorowaniu poziomicowym oraz widm UV i chromatogramów dla kilku dług.fali - Asfalt Drogowy 35/50 po usunięciu asfaltenów. Wykon. z zastosowaniem dwóch szeregowo połączonych kolumn - N=ok. 40 tys., eluent n- heksan, w=1.5 ml/min, temp. pok. EBF - po elucji piku pirenu w tych samych warunkach. - W przypadku frakcji z destylacji próżniowej ropy naftowej, czy smół powęglowych, ciężkich olejów opałowych, czy średnio i nisko-lotnych frakcji pirolizatów, olejowych frakcji osadów dennych, a nawet, dla materiałów tak trudnych do rozdzielenia, jak mineralne rafinowane oleje bazowe, umożliwia oznaczenie pełnego składu grupowego z podziałem na P+N/O/A1/A2/A3+/R/ +/R/Asf oraz w skali preparatywnej - otrzymanie odpowiednich frakcji do dalszych badań - 14

15 Wnioski końcowe c.d. Opracowane zasady i metodyki obliczania składu mieszanin -- skorygowana o stosowanie wzorca wewnętrznego metodyka Synowiec a, -- rozwiązywanie równań z wieloma niewiadomymi z danych dla kilku chromatogramów tej samej mieszaniny otrzymanych w różnych warunkach rozdzielania i detekcji, a także dla różnych długości fali światła UV-VISVIS -- stosowanie widm UV-VIS_DAD, indeksów retencji względnej do identyfikacji składników i grup składników Powinno doprowadzić do otrzymania robota chromatograficznego PTNoR Polskie Towarzystwo Nauk o Rozdzielaniu zaprasza do : włączenia się do Komitetu Założycielskiego wstępowania do współpracy markamin@pg.gda.pl 15

16 POSTĘPY CHROMATOGRAFII I INNYCH TECHNIK I TECHNOLOGII ROZDZIELANIA Czasopismo poświęcone wszystkim działom nauk o rozdzielaniu i analizie w przepływie Akademię Podlaską Praca zbiorowa pod redakcją Bronisława K. Głoda od kolejnego numeru pod nazwą CAMERA SEPARATORIA Zaprasza do publikowania prac dotyczących szeroko rozumianego rozdzielania III-cie Podlaskie Spotkanie Chromatograficzne Reymontówka Kotuń/Chlewiska września 2011 Komitet Naukowy: Tadeusz Dzido- Lublin; Bronisław K. Głód Siedlce; Marian Kamiński Gdańsk, Piotr Słomkiewicz - Kielce, Andrzej Stołyhwo Warszawa, Monika E. Waksmundzka-Hajnos - Lublin; Paweł Zarzycki Koszalin Komitet Organizacyjny: Bronisław K. Głód; Iwona Kiersztyn; Anna Lamert; Paweł Piszcz; Paweł Wantusiak URL: psc1@onet.eu "Wielowymiarowa ortogonalna... - MD HPLC-EBF 16

17 Dziękuję za uwagę -- do zobaczenia na REYMONTÓWCE "Wielowymiarowa ortogonalna... - MD HPLC-EBF 17