Jolanta Jaroszewska-Manaj 1. i identyfikacji związków organicznych. Jolanta Jaroszewska-Manaj 2

Transkrypt

1 Jolanta Jaroszewska-Manaj 1 1 Chromatograficzne metody rozdzielania i identyfikacji związków organicznych Jolanta Jaroszewska-Manaj 2

2 Jolanta Jaroszewska-Manaj 3 Jolanta Jaroszewska-Manaj 4

3 Jolanta Jaroszewska-Manaj 5 Elementy układu chromatograficznego: substancja chromatografowana składniki rozdzielanej mieszaniny Jolanta Jaroszewska-Manaj 6

4 Jak przebiega proces chromatograficzny na przykładzie chromatografii adsorpcyjnej Jolanta Jaroszewska-Manaj 7 7 Jolanta Jaroszewska-Manaj 8 8

5 Elementy układu chromatograficznego wzajemnie ze sobą oddziałują! Jolanta Jaroszewska-Manaj 9 9 Rodzaje technik chromatograficznych Chromatografia planarna Fazę stacjonarną stanowi płaszczyzna. Chromatografia kolumnowa Faza stacjonarna umieszczona jest w rurce szklanej lub metalowej. 10 Jolanta Jaroszewska-Manaj 10

6 Jolanta Jaroszewska-Manaj Chromatografia cienkowarstwowa Rozdzielanie związków organicznych techniką TLC najprostsze, najszybsze, najtańsze faza stacjonarna adsorbent na płytce faza ruchoma roztwór rozwijający - eluent Analizę wykonuje się - na płaskiej powierzchni, - najczęściej pod ciśnieniem atmosferycznym, - w temperaturze pokojowej. (TLC thin Layer Chromatography) Jolanta Jaroszewska-Manaj 12

7 Nanoszenie roztworów substancji badanej W technice chromatografii cienkowarstwowej do nanoszenia na płytkę stosujemy rozpuszczalnik, w którym związek najlepiej się rozpuszcza. 13 Jolanta Jaroszewska-Manaj 13 Jolanta Jaroszewska-Manaj 14

8 Jolanta Jaroszewska-Manaj 15 Jolanta Jaroszewska-Manaj 16

9 Jolanta Jaroszewska-Manaj 17 Wywoływanie chromatogramów - Identyfikacja plamek barwnych związków; - Identyfikacja plamek związków fluoryzujących w świetle UV; - Stosowanie adsorbentów z indykatorem i identyfikacja plamek w świetle UV; - Wizualizacja związków z wiązaniami wielokrotnymi w parach jodu; - Spryskiwanie odczynnikami wywołującymi (np. ninhydryna, FeCl 3, itp); - Działanie manganianem (VII) potasu utlenianie plamek; - Działanie stężonym kwasem siarkowym rozkład związku w plamce; - Wypalanie płytek w wysokiej temperaturze; - Itp. Jolanta Jaroszewska-Manaj 18

10 Wizualizacja chromatogramów Jolanta Jaroszewska-Manaj 19 Jolanta Jaroszewska-Manaj 20

11 Współczynniki retencji Jolanta Jaroszewska-Manaj 21 Jolanta Jaroszewska-Manaj 22 22

12 Jolanta Jaroszewska-Manaj Chromatografia cienkowarstwowa 24 Jolanta Jaroszewska-Manaj 24

13 Chromatografia cienkowarstwowa 25 Jolanta Jaroszewska-Manaj 25 Powtarzalność wartości Rf skład eluentu aktywność adsorbentu wpływ temperatury (zmiany składu fazy ruchomej, zmiany rozpuszczalności substancji). kondycjonowanie komory - nasycenie komory parami eluentu; 26 Jolanta Jaroszewska-Manaj 26

14 Dobór warunków chromatografii cienkowarstwowej eluenty 27 Jolanta Jaroszewska-Manaj 27 Jolanta Jaroszewska-Manaj 28 28

15 Jolanta Jaroszewska-Manaj Jolanta Jaroszewska-Manaj 30 30

16 Jolanta Jaroszewska-Manaj Jolanta Jaroszewska-Manaj 32 32

17 Dobór warunków chromatografii cienkowarstwowej adsorbenty 33 Jolanta Jaroszewska-Manaj 33 Aktywność adsorbentów Podział adsorbentów względem mocy: S : sacharoza, celuloza skrobia talk, węglan sodu Ś : węglan wapnia tlenek magnezu (nieaktywowany) S : silikażel tlenek glinu tlenek magnezu (aktywowany) węgiel aktywowany 34 Jolanta Jaroszewska-Manaj 34

18 Podział adsorbentów względem polarności: Polarne: SiO 2, Al 2 O 3 Słabo polarne: MgO, CaCO 3 Niepolarne: węgiel aktywowany, talk 35 Jolanta Jaroszewska-Manaj 35 Podział adsorbentów względem charakteru chemicznego: Kwasowe: SiO 2 Zasadowe:... Amfoteryczne:... Obojętne: węgiel aktywowany 36 Jolanta Jaroszewska-Manaj 36

19 Typy oddziaływań adsorbentów I Typ brak na powierzchni grup aktywnych lub jonów oddziałują niespecyficznie z adsorbatem (węgle aktywowane) II Typ występują centra aktywne z ładunkami dodatnimi np. kwasowe grupy hydroksylowe (żel krzemionkowy) III Typ występują lokalne koncentracje ładunków ujemnych np. ujemnie naładowane atomy tlenu itp.(tlenek glinu zasadowy) 37 Jolanta Jaroszewska-Manaj 37 Adsorpcja oddziaływania międzycząsteczkowe: Oddziaływania dipol dipol między cząsteczkami mającymi trwały moment dipolowy Oddziaływania dipol dipol indukowany między cząsteczkami dipolowymi i takimi, w których dipol indukuje się poprzez sąsiednie cząsteczki Oddziaływania związane z tworzeniem wiązań wodorowych wodór atom elektroujemny (tlen, azot, chlorowiec) 38 Jolanta Jaroszewska-Manaj 38

20 Żel krzemionkowy 39 Jolanta Jaroszewska-Manaj 39 Przykłady Najczęściej używany adsorbent żel krzemionkowy SiO 2 nh 2 O Centra adsorpcyjne: grupy silanolowe i siloksanowe 40 Jolanta Jaroszewska-Manaj 40

21 Modyfikacje żelu krzemionkowego 41 Jolanta Jaroszewska-Manaj 41 Modyfikacje żelu krzemionkowego 42 Jolanta Jaroszewska-Manaj 42

22 Tlenek glinu 43 Jolanta Jaroszewska-Manaj 43 Jolanta Jaroszewska-Manaj 44 44

23 Jolanta Jaroszewska-Manaj Podział adsorbentów względem zastosowania: Adsorbent Tlenek glinowy zasadowy Przykłady zastosowania aminy, węglowodory, alkaloidy, zasady heterocykliczne; Tlenek glinowy obojętny aminy, amidy, alkaloidy, glikozydy; Tlenek glinowy kwasowy barwniki, związki kwasowe; Żel krzemionkowy Celuloza aminy, kwasy karboksylowe, amidy, węglowodory, inne związki obojętne kwasy nukleinowe, sole, barwniki 46 Jolanta Jaroszewska-Manaj 46

24 Jolanta Jaroszewska-Manaj Dobór warunków. Rodzaje TLC: Z fazą normalną, faza stacjonarna polarna (np. żel krzemionkowy), faza ruchoma mniej polarna niż faza stacjonarna (rozpuszczalnik organiczny lub mieszanina rozpuszczalników) Z fazą odwróconą faza stacjonarna niepolarna (np. krzemionka związana z długim łańcuchem reszty organicznej), faza ruchoma polarna (mieszanina wody i rozpuszczalnika organicznego) 48 Jolanta Jaroszewska-Manaj 48

25 Chromatografia zjawiska Związki rozpuszczają się w fazie ruchomej i wędrują wraz z nią. Ruch ten może być spowalniany przez fazę stacjonarną na skutek: adsorpcji chromatografia adsorpcyjna rozpuszczania związku w fazie stacjonarnej chromatografia podziałowa oddziaływań jonowych chromatografia jonowymienna dyfundowania cząstek określonej wielkości do żelu chromatografia żelowa, sitowa tworzenia kompleksów chromatografia powinowactwa 49 Jolanta Jaroszewska-Manaj 49 Chromatografia klasyfikacja metod Stan skupienia fazy ruchomej Stan skupienia fazy stacjonarnej Typ chromatografii Ciecz Ciało stałe Cieczowa, LSC Ciecz Ciecz Cieczowa, LLC Gaz Ciało stałe Gazowa, GSC Gaz Ciecz Gazowa, GLC 50 Jolanta Jaroszewska-Manaj 50

26 Chromatografia klasyfikacja metod Technika wykonania Typ chromatografii Planarna a) Cienkowarstwowa TLC b) Bibułowa PC Kolumnowa a) Cieczowa LC b) Gazowa GC c) Wysokosprawna, cieczowa HPLC TLC Thin-layer chromatography ; PC - Paper chromatography LC Liquid chromatography; GC Gas chromatography ; HPLC High-performance liquid chromatography; 51 Jolanta Jaroszewska-Manaj 51 Wymogi względem rozpuszczalników stosowanych jako eluenty mają odpowiednie właściwości chemiczne (polarność), są dostępne, niedrogie, są czyste, są nie reaktywne (względem adsorbentu i adsorbatu), odznaczają się średnią lotnością, niezbyt niską t. wrzenia, odznaczają się odpowiednią lepkością i niezbyt wysoką t. wrzenia. 52 Jolanta Jaroszewska-Manaj 52

27 Jolanta Jaroszewska-Manaj Siła adsorpcji związków organicznych 54 Jolanta Jaroszewska-Manaj 54

28 Jolanta Jaroszewska-Manaj Przykład chromatografii cienkowarstwowej 56 Jolanta Jaroszewska-Manaj 56

29 Budowa chromatografowanych związków Adsorbenty polarne mały wpływ wielkości cząsteczki silniejsza adsorpcja związków aromatycznych i heterocyklicznych obecność długich łańcuchów alkilowych zmniejsza adsorpcję izomery orto, meta i para wykazują różną adsorpcję - wpływ momentu dipolowego Możliwość rozdzielania izomerów cis i trans - wpływ budowy geometrycznej 57 Jolanta Jaroszewska-Manaj 57 Budowa chromatografowanych związków Adsorbenty niepolarne: adsorpcja w dużym stopniu zależy od wielkości cząsteczki ze wzrostem masy cząsteczkowej rośnie, (np.: na sadzach grafitowanych maksimum adsorpcji dla masy cząsteczkowej Da, powyżej tej wartości adsorpcja maleje) adsorpcja węglowodorów maleje w szeregu: aromatyczne > parafiny > cykloparafiny 58 Jolanta Jaroszewska-Manaj 58

30 Zależność: Związek adsorbent eluent 59 Jolanta Jaroszewska-Manaj 59 Zależność: Związek adsorbent eluent 60 Jolanta Jaroszewska-Manaj 60

31 Jolanta Jaroszewska-Manaj Jolanta Jaroszewska-Manaj 62 62

32 Jolanta Jaroszewska-Manaj Cieczowa chromatografia kolumnowa 64 Jolanta Jaroszewska-Manaj 64

33 Jolanta Jaroszewska-Manaj Nanoszenie roztworów substancji badanej W technice chromatografii kolumnowej na kolumnę nanosimy mieszaninę związków w jak najmniej polarnym rozpuszczalniku. 66 Jolanta Jaroszewska-Manaj 66

34 Gdy rozdzielamy mieszaninę związków bezbarwnych 67 Jolanta Jaroszewska-Manaj 67 Jolanta Jaroszewska-Manaj 68 68

35 Jolanta Jaroszewska-Manaj Jolanta Jaroszewska-Manaj 70 70

36 Jolanta Jaroszewska-Manaj CHROMATOGRAFIA GAZOWA GC adsorpcyjna podziałowa faza stacjonarna c. stałe ciecz faza ruchoma gaz gaz zjawiska adsorpcja podział gaz nośny tylko transportuje substancję, nie oddziałuje z nią 72 Jolanta Jaroszewska-Manaj 72

37 Jolanta Jaroszewska-Manaj Jolanta Jaroszewska-Manaj 74 74

38 Jolanta Jaroszewska-Manaj Jolanta Jaroszewska-Manaj 76 76

39 Jolanta Jaroszewska-Manaj Wielkości charakteryzujące rozdział Współczynnik retencji k = liczba moli substancji w fazie stacjonarnej liczba moli substancji w fazie ruchomej k = t R t t 0 =, t R t 0 0 t R zredukowany czas retencji t 0 zerowy czas retencji 78 Jolanta Jaroszewska-Manaj 78

40 Wielkości charakteryzujące rozdział Czas retencji określa czas od wprowadzenia substancji do chwili pojawienia się maksimum stężenia t L * (1+ k) R = u L długość kolumny, k współczynnik podziału u prędkość przepływu gazu nośnego 79 Jolanta Jaroszewska-Manaj 79 Wielkości charakteryzujące rozdział t R1 t R2 Współczynnik selektywności t R1 t R2, t R2 k 2 α =, = t k R1 1 t R zredukowany czas retencji, k współczynnik podziału 80 Jolanta Jaroszewska-Manaj 80

41 Jolanta Jaroszewska-Manaj Jolanta Jaroszewska-Manaj 82 82

42 Wielkości retencyjne Zredukowany czas retencji (t R ) jest charakterystyczny dla substancji w określonym układzie chromatograficznym Na różnych kolumnach substancja wykazuje różną retencję (t R ) t R zależy jeszcze od: Rodzaju i ilości ciekłej fazy stacjonarnej Średnicy kolumny Temperatury kolumny (wahań temperatury w trakcie pomiaru) Prędkości przepływu gazu nośnego Objętości wolnej przestrzeni w aparaturze Innych czynników 83 Jolanta Jaroszewska-Manaj 83 Jolanta Jaroszewska-Manaj 84 84

43 Jolanta Jaroszewska-Manaj Dobór warunków analizy Gazy nośne dobór Gazy nośne: wodór, azot, argon, hel, itp.; rodzaj gazu ma mały wpływ na rozdział; Wybór zależy od: rodzaju detektora, dostępności, czystości gazu, ceny; Przygotowanie: wygrzewanie w wysokiej temperaturze, oczyszczanie (osuszanie, odtlenianie) Regulacja natężenia przepływu powtarzalność pomiarów 86 Jolanta Jaroszewska-Manaj 86

44 Wypełnienia do chromatografii adsorpcyjnej GC: Wymagania: Powierzchnia jednorodna o jednakowej aktywności. Przygotowanie: Aktywacja przez wygrzewanie w wysokiej temperaturze Rodzaje adsorbentów: Nieorganiczne żele krzemionkowe; Polimerowe polarne i niepolarne; Węglowe grafityzowane sadze - 87 Jolanta Jaroszewska-Manaj 87 Wypełnienia do chromatografii podziałowej GC: Stacjonarna faza ciekła na nośniku Nośniki silikażele, Ciekłe fazy stacjonarne gęste, oleiste, mało lotne ciecze; Wymagania odporność termiczna, odporność na działanie gazu nośnego, nieaktywność względem badanych substancji 88 Jolanta Jaroszewska-Manaj 88

45 Stacjonarne fazy niepolarne: długołańcuchowe alkany Stacjonarne fazy średnio polarne: żywice, oleje silikonowe Stacjonarne fazy polarne: poliglikole, poliestry 89 Jolanta Jaroszewska-Manaj 89 Jolanta Jaroszewska-Manaj 90 90

46 Jolanta Jaroszewska-Manaj Jolanta Jaroszewska-Manaj 92 92

47 Wpływ temperatury kolumny na rozdział chromatograficzny Dobór temperatury kolumny zależy od: temperatur wrzenia (lotności) rozdzielanych związków, rodzaju wypełnienia; 93 Jolanta Jaroszewska-Manaj 93 Wpływ temperatury kolumny na rozdział chromatograficzny Chromatografia podziałowa (ciekła faza stacjonarna) Temperatura kolumny niższa od t.wrzenia składników Chromatografia adsorpcyjna (stała faza stacjonarna) Temperatura kolumny wyższa od t.wrzenia składników 94 Jolanta Jaroszewska-Manaj 94

48 Wpływ temperatury kolumny na rozdział chromatograficzny Chromatografia izotermiczna Temperatury składników różnią się 20 o 30 o C stała temperatura kolumny 95 Jolanta Jaroszewska-Manaj 95 Wpływ temperatury kolumny na rozdział chromatograficzny Ogólna zasada: Zbytnie podwyższenie temperatury pogarsza rozdział (niektóre składniki nie ulegną rozdziałowi dają jeden pik); Zbytnie obniżenie temperatury powoduje poszerzenie i niesymetryczność pików ogonowanie pików, (rozmycie pików spowoduje niewykrycie małych ilości związku). 96 Jolanta Jaroszewska-Manaj 96

49 Wpływ temperatury kolumny na rozdział chromatograficzny ,2,3, temperatura za wysoka temperatura za niska 97 Jolanta Jaroszewska-Manaj 97 Programowanie temperatury kolumny 98 Jolanta Jaroszewska-Manaj 98

50 a) b) c) 20s 40s 60s d) Zadanie Metodą chromatografii gazowej analizowano następującą mieszaninę. Temperatury wrzenia tych związków zawierają się w granicach O C. 1. kwas propionowy, 2. cyklopentanol 3. kwas akrylowy, 4. Acetyloaceton Analizę prowadzono na kolumnie polarnej, zmieniając temperaturę kolumny: 40 O C, 80 O C, 100 O C, 150 O C. 10min Wskaż najlepszy chromatogram w jakiej temperaturze prowadzono tę analizę. Dopasuj pasma do każdego związku. 99 Jolanta Jaroszewska-Manaj 99 Chromatografia jonowymienna Różnice w powinowactwie chemicznym składników rozdzielanej mieszaniny do złoża jonowymiennego - obdarzonego ładunkiem. Właściwości wymieniaczy jonowych: nierozpuszczalne w wodzie, odporne chemicznie, ziarna muszą wykazywać formę kulistą. 100 Jolanta Jaroszewska-Manaj 100

51 Chromatografia jonowymienna Rodzaje wymieniaczy jonowych Anionity - wymieniają aniony Kationity - wymieniają kationy Amfolity - wymieniają oba rodzaje jonów w zależności od ph Jony bipolarne - wymieniają i aniony i kationy 101 Jolanta Jaroszewska-Manaj 101 Budowa złoża jonowymiennego A) szkielet polimerowy B) grupy funkcyjne związane z organicznym szkieletem C) przeciwjony 102 Jolanta Jaroszewska-Manaj 102

52 Budowa złoża jonowymiennego Szkielet polimerowy żywice jonowymienne lub modyfikowane celulozy. Grupy funkcyjne związane z organicznym szkieletem grupy funkcyjne kationitów mają charakter kwasowy np.: -SO 3 H, -COOH, -PhOH; grupy funkcyjne anionitów mają charakter zasadowy np.: -NH 2, -NHR, -NR Jolanta Jaroszewska-Manaj 103 Chromatografia jonowymienna Przeciwjony - biorą udział w wymianie mają przeciwny ładunek do grupy funkcyjnej. np. przeciwjony w kationitach: H +, Na +, K + itp. przeciwjony w anionitach: OH, Cl, NO 3, CH 3 COO itp. 104 Jolanta Jaroszewska-Manaj 104

53 Chromatografia jonowymienna 105 Jolanta Jaroszewska-Manaj 105 Chromatografia jonowymienna Powinowactwo jonów rośnie ze wzrostem ładunku elektrycznego jonu dla jonów o jednakowym ładunku, powinowactwo wzrasta ze wzrostem masy jonu 106 Jolanta Jaroszewska-Manaj 106

54 Jolanta Jaroszewska-Manaj Jolanta Jaroszewska-Manaj