Chromatografia z eluentem w stanie nadkrytycznym (SFC)

Transkrypt

1 Chromatografia z eluentem w stanie nadkrytycznym (SFC) dr inż. Grzegorz Boczkaj Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej WCHEM PG grzegorz.boczkaj@gmail.com 1

2 Płyn w stanie nadkrytycznym Substancja w warunkach T i P powyżej wartości punktu krytycznego Ma pośrednie właściwości pomiędzy stanem gazowym (b. dobra dyfuzja) i ciekłym (zdolność rozpuszczania) Blisko punktu krytycznego małe zmiany w P lub T powodują duże zmiany w gęstości 2

3 Chromatografia z eluentem w stanie nadkrytycznym (ang. Supercritical Fluid Chromatography SFC) Właściwości Gas SCF Ciecz Gęstość (g/cm 3 ) (0.6-2) x Współczynnik dyfuzji (1-4) x (0.2-2) x 10-5 (cm 2 /s) Lepkość (g cm -1 s -1 ) (1-4) x 10-4 (1-3) x 10-4 (0.2-3) x 10-2 Kombinacja pożądanych cech GC i HPLC Stosowana do związków: Silnie polarnych Wysokocząsteczkowych Zbyt labilnych termicznie dla GC Nie wykrywanych z zastosowaniem detektorów do HPLC 3

4 Wartości punkty krytycznego niektórych substancji używanych jako eluenty i modyfikatory eluentu w SFC Fluid Critical Temperature (K) Critical Pressure (bar) Carbon dioxide Ethane Ethylene Propane Propylene Trimethoflurane Chlorotrifluoromethane Trichloromethane Ammonia Water Cyclohexane n-pentane Toluene

5 Schemat aparatury

6

7

8

9 Metody dozowania Dozowanie z pętlą Niskie wartości ciśnienia pompy nadawy potrzebne do napełnienia pętli Głównie do zastosowań w opracowaniu nowych metod i parametrów elucji Dozowanie w linii (in-line) Elastyczna zmiana objętości dozowanej Wysokociśnieniowe pompy potrzebne do dozowania Dozowana mieszanina jest rozpuszczana w strumieniu eluentu Dozowanie do kolumny (on-column) Pozwala na bezpośrednie dozowania mieszaniny do kolumny Nie ma potrzeby rozcieńczania 9 9

10 Fazy stacjonarne Część z faz stacjonarnych stosowanych w GC i HPLC z pewnymi modyfikacjami Żel krzemionkowy i tlenek glinu Przydatny do rozdzielania związków niepolarnych Może mieć miejsce nie odwaracalna/bardzo silna adsorpcja niektórych związków polarnych Żel krzemionkowy modyfikowany: Oktyl, oktadecyl, cyjanoalkil, aminoalkil, Potrzebne są organiczne modyfikatory w celu wyeluowania niektórych składników Szeroko stosowane fazy silikonowe Polisiloxany stabilne, elastyczne wiązanie Si--O pozwala na dobrą dyfuzję. Podstawione grupami funkcyjnymi dla zapewnienia selektywnych oddziaływań z analitami Polimetylosiloxany wzrost sprawności przy rozdzielaniu związków o podobnej polarności 10 Cyjanopropylo polisiloxany przydatne do rozdzielania związków z grupą COOH

11 Faza ruchoma CO 2 niska T c, niska toksyczność, niepalny N 2 O duży stopień nieidealności, pozwala na uzyskiwanie wysokich gęstości przy sprężaniu Eter dietylowy/izopropylowy rozdzielanie związków wielopierścieniowych i polimerów Węglowodory - umiarkowane zastosowanie w SFC n-pentan rozdzielanie oligomerów Zw. Flourowęglowodorowe niskiet c, zapewniają unikalną selektywność 11 11

12

13

14

15 Faza ruchoma Mieszanina płynów: płyn podstawowy + modyfikator Dodatek polarnego organicznego modyfikatora: Zwiększa rozpuszczalność polarnych składników Zmniejsza objętość retencji Eliminuje silne oddziaływania adsorpcyjne fazy stacjonarnej i rozdzielanych związków k i α zmieniają się z typem modyfikatora i stężeniem Należy zapewnić, aby płyny w warunkach procesu całkowicie się ze sobą mieszały! 15

16 Chromatogramy SFC rozdzielania barwników azowych obrazujący wpływ modyfikatora w CO 2 (A) 6% (mol) węglanu propylenu, (B) 6mol% N,Ndimetyloacetamidu, w porównaniu z C) bez modyfikatora. Warunki: 25-cm x 4.6mm i.d. kolumna pakowana, diol ;60 C; 370 atm; (420 nm).

17 Detektory Możliwość zastosowania detektorów do GC i LC po pewnych modyfikacjach -LC: UV, FT-IR, FLD, LLSD, MS -GC : FID, NPD, ECD, PID, FPD 17

18 Dławienie przepływu na wylocie z kolumny/detektora (restryktory)

19 SFC vs GC vs HPLC 19

20 Zalety SFC Zapewnia szybkie rozdzielanie przy niskim udziale organicznych rozpuszczalników (niektóre aplikacje wykorzystują czyste CO 2 ) Technika przyjazna środowisku (Zielona Chemia) Szybszy proces rozdzielania poprzez obniżenie oporów wymiany masy w kolumnie Wysoka rozdzielczość przy niskich temperaturach Niska lepkość Wysokie wartości współczynnika dyfuzji 20

21 Wady SFC Wciąż stosunkowo nowa technika chromatograficzna potrzeba rozwoju w następujących obszarach : Nowe metody Aparatura Konstrukcja pomp Metodologia dozowania Wysokie ciśnienia, niekiedy także temperatury Długi czas potrzebny na oczyszczenie układu 21

22 Zastosowania SFC Paliwa pochodzenia roślinnego i węglowodory Agro-chemikalia Leki Polimery Substancje wybuchowe Lipidy Węglowodany Żywność i substancje zapachowe Produkty naturalne Chelaty metali i związki organo-metaliczne Enancjomery 22

23 Analityka pestycydów GC vs SFC GC: Chrysene 15m x 0,2mm Kolumna kapilarna grubość filmu 0,15 um Program temp. 40 do 200 C l0 C/min i 4 C/min 200 C do 240 C SFC: 10m x 0,05mm Kolumna kapilarna grubość filmu 0,15 um CO C Program gęstości: 0,5 (10min) później do 0,70g/mL, przy 0,005g/mL GC 23 SFC

24 Leki Chromatogramy SFC (a) ekstraktu z czystej krwi (b) ekstraktu z krwi pacjenta któremu podawano fenobarbital. Warunki: 10-m x 5Oum ID, kolumna kapilarna, PDMS; CO 2 ; 120 C; program gęstości 0,25-0,75 g/ml przy O.O6g,/mL/min. Piki: 1 - wzorzec wewnętrzny, 2 -fenobarbital.

25 Oligosacharydy glukozy Chromatogram SFC sililowanej Maltryny 100. Warunki: 10-m x 50um ID kolumna kapilarna, poli(5% fenylo) metylosiloksan; CO 2 ; 89 C; DetektorFID.

26 Ubichinony Chromatogram SFC ubichinonów pochodzących z Legionello pnemophila. Warunki:25 cm x 4.6-mm i.d., kolumna pakowana, sorbent RP18, 3-μm; 1.5% methanol w CO 2 ; średnie ciśnienie 232 atm; średnia gęstość fazy ruchomej 0.87 g/ml, FID. Identyfikacja ubichinonów: (1) Q-8, (2) Q-9, (3) Q-11, (4) Q-12, (5) Q-13.

27 Rozdzielanie mieszanin racemicznych Chromatogram SFC racematu 3,3-dimetylo-1,2-butanodiolu Warunki: Kolumna kapilarna 20-m x 5Oμm kopolimerowa faza stacjonarna cykloheksylodiamidopolisiloksanowa (β = 0,20 μm); CO 2, 50 C; gęstość: 0,18 do 0,57 g/ml przez 46 minut; FID.

28 Produkty naturalne Oznaczanie zawartości cholesterolu w tranie Wykryto dwie substancje eluowane w programie gęstości 0,40-0,42 g/ml 28

29

30

31 Odzysk CO 2 (a) redukcja ciśnienia (b) destylacja wysokociśnieniowa

32 Odzysk CO 2 Absorpcja wysokociśnieniowa

33 Literatura M. Perrut. Supercritical Fluid Applications: Industrial Developments and Economic Issues. Ind. Eng. Chem. Res., 39, 12, 2000 J. W. King. Applications of Capillary Supercritical Fluid Chromatography- Supercritical Fluid Extractions to Natural Products. Journal of Chromatographic Science, 28, 1990 W. Majewski, E. Valery, O. Ludemann-Hombourger. Principle and Applications of Supercritical Fluid Chromatography. Journal of Liquid Chromatography & Related Technologies, 28, , 2005 H. S. Bhatt, G. F. Patel, N. V. Vekariya1, S. K. Jadav. Super critical fluid chromatography-an overview. Journal of Pharmacy Research, 2(10), , 2009 J. W. King, H. H. Hill, M. L. Lee. Analytical Supercritical Fluid Chromatography and Extraction. Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 39, No. 12,

34 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ 34