CHROMATOGRAFIA CHROMATOGRAFIA GAZOWA

Transkrypt

1 CHROMATOGRAFIA CHROMATOGRAFIA GAZOWA

2 CHROMATOGRAFIA GAZOWA Chromatografia jest fizycznym sposobem rozdzielania gdzie rozdzielane składniki rozłożone są między dwiema fazami, Z których: jedna jest nieruchoma (faza stacjonarna), druga (faza ruchoma) przemieszcza się w założonym kierunku. W chromatografii gazowej fazą ruchomą jest gaz

3 Kolumny

4

5 Złoża chiralne Faza stacjonarna Porapak (kopolimer DVB + etylo-winylo benzen) Chromosorb (nieorganiczne) Polisiloksany (mono- lub mieszane) Carbowax (PEG) Skwalan (naturalny alkan, C30H62)

6 Schemat ogólny aparatu GC

7 Aparat GC (chromatograf)

8 Zalety i wady chromatografii GC Zalety chromatografii gazowej Szybka analiza (minuty) Efektywna i zapewniająca wysoką rozdzielczość Wrażliwa, zdolna do wykrywania ppm (nierzadko ppb) Nieinwazyjna, umożliwiający łączenie on-line (np. z detektorem mas: GC-MS) Umożliwia bardzo dokładną analizę ilościową Wymaga małej ilości próbki (typowo μl) Wiarygodne i stosunkowo proste Niedroga WADY Ograniczone do lotnych próbek Nie nadaje się do próbek termicznie labilnych Trudny w zastosowaniu do dużych próbek preparatywnych Wymaga spektroskopii, zwykle spektroskopii masowej, do identyfikacji analizowanego sygnału (lub wzorca)

9 Kluczowe równania K c = A S A M K c = k β β = V M V S i β = r c 2d f, gdzie d f = grubość filmu (r c >>d f ), k = współczynnik retencji k = (W A) S (W A ) M [k jest miarą jak mocno substancja wiąże się z fazą stacjonarną]

10 Kluczowe równania, ale :, z czego: i stąd: V R i V M mogą być mierzone bezpośrednio z chromatogramu V R to objętość gazu od nastrzyku do szczytu piku (maksimum masy) albo ilość gazu potrzebna do elucji analitu; V M to objętość gazu do elucji składnika nie związanego Inny sposób opisujący zachowanie substancji kontakcie z fazą stałą: μ μ = R, gdzie μ = L t R (oznacza prędkość z jaką substancja rozpuszczona przemieszcza się przez kolumnę) i μ = L t M, stąd: R = V M V R i dalej: R = 1 (1+k)

11 Typowy chromatogram column: SLB-5ms, 30 m x 0.25 mm I.D., 0.25 μm (28471-U) oven: 50 C, 3 C/min to 300 C inj. temp.: 220 C detector: FID, 300 C carrier gas: helium, 30 cm/sec detector: 1 μl, 100:1 split sample: Peppermint oil diluted 1:10 in n-hexane

12 TF = b a Skuteczność podziałów/kształt piku

13 Skuteczność podziału/zdolność złoża N = t R σ = 16 t R w b 2 = 5.54 ( t R w h 2 N = L H H = σ2 t R

14 Skuteczność podziału/zakłócenia przepływu H = A + B μ + Cμ A - dyfuzja wirowa = 2λd p B dyfuzja podłużna = 2γD G C opóźnienie przepływu przez transfer masy C = 8 π 2 2 k (1 + k) d L D L

15 Skuteczność podziałów α = t R(2) t R(1) = k 2 k 1 = V R(2) V R(1) = K 2 K 1 [współczynnik podziału >>1]

16 Dwa anality-rozdział

17 Rozdział/zależność od warunków Rs~ L -temperatura -rodzaj złoża

18 Rozdział/zależność od warunków

19 Chromatogram

20 Detekcja sygnału Detektory (rodzaje) FID (płomeniowo-jonizacyjny, ogólnego zastosowania [ale nie woda]) TCD (katarometr, thermal-conductivity detector, ogólnego zastosowania NIEINWAZYJNY) ECD (electron-capture detector, halogenki) Inne Jonizacyjne (NPD, AFID, TID, PID, DID, HID) Emisyjne Elektrochemiczne Inne, a wśród nich: Detektory mas FTIR

21 FID i TCD konstrukcja FID TCD

22 GC zastosowania GC-MS jakościowa Analiza GC GC-FTIR ilościowa Metoda wzorca wewnętrznego

23 GC-analiza jakościowa MS, FTIR, NMR.

24 MS GC-MS

25 GC-MS

26 GC-analiza ilościowa Normalizacja powierzchni Analiza normalizacyjna powierzchni ze współczynnikiem odpowiedzi Metoda wzorca zewnętrznego Metoda wzorca wewnętrznego Metoda dodatku wzorca

27 GC-normalizacja pola Pole X % = A X A i i 100% Wszystkie składniki mieszaniny muszą być rozdzielone i opuścić kolumnę Wszystkie składniki mieszaniny muszą być oznaczone (odpowiedź detektora pozytywna) Wszystkie składniki mieszaniny muszą dawać tą samą odpowiedź w stosunku do masy

28 GC-normalizacja pola + współczynnik odpowiedzi X % = A X f X i A i f i 100% MIESZANINA: etanol (pole: 5.0), heksan (9.0), benzen (4.0), octan etylu (7.0) Etanol x f(etanol) = 5x0.64 = 3.20 Pole znormalizowane (x fi-tego składnika) = Zaw. Etanolu (%) = [3.20/18.15]x100 = 17.6%

29 Metoda wzorca wewnętrznego Dodatek substancji do analizowanej próbki, która musi spełniać następujące warunki: Powinna eluować w pobliżu interesującego składnika Nie może za niego nachodzić (idealnie rozdzielona Rs>1) Musi być podobna chemicznie do analizowanej substancji (podobna odpowiedź detektora), ale NIE MOŻE być identyczna z jakimkolwiek składnikiem mieszaniny Nie może reagować z żadnym składnikiem badanej mieszaniny Musi być łatwo dostępna jako związek o wysokiej czystości

30 Metoda wzorca wewnętrznego FID: sygnał ~ ilość atomów węgla h a = a a c a h w = a w c w h a = a ac a h w POMIAR a w c w, jeśli f = a a a w to: h a h w = c a c w x f Roztwór wzorcowy znanych stężeniach ca i cw; mierzymy wysokość piku obu składników Z równań wyznaczamy wartość f Do próbki o nieznanej zawrtości ca dodajemy znaną ilość wzorca (np. w 1ml). Po skończonym pomiarze wyznaczamy wysokość sygnałów i ze wzoru wyznaczamy nieznaną wartość

31 Literatura i źródła Basic Gas Chromatography, Second Edition, by Harold M. McNair and James M. Miller; Copyright 2009 John Wiley & Sons, Inc. Materiały promocyjne producentów