NOWOCZESNE TECHNIKI BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ. Beata Grabowska, pok. 84A, Ip

Transkrypt

1 NOWOCZESNE TECHNIKI BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Beata Grabowska, pok. 84A, Ip

2 Chromatografia

3 Chromatografia Chromatografia gazowa jest jedną z metod rozdziału mieszanin jednorodnych. Umożliwia rozdział oraz jakościową i ilościową analizę substancji złożonych, które podczas przeprowadzania pomiaru mają postać cieczy lub gazów.

4 Chromatografia grec. chroma - barwa 1906 M. Cwiet (rosyjski botanik Warszawa) - rozdzielenie mieszaniny barwników w ekstrakcie roślinnym na kolumnie z węglanem wapnia (kredą) chromatografia kolumnowa (cieczowa) LC 1941 Martin i Synge - chromatografia bibułowa PC - NOBEL 1952 James i Martin chromatografia gazowa GC Michaił Cwiet ( ) 1956 Stahl chromatografia cienkowarstwowa TLC koniec lat 60-ych początek lat 80-ych Wysokosprawna chromatografia cieczowa HPLC Chromatografia wykluczania przestrzennego SEC

5 Metody chromatograficzne chromatografia cieczowa LC liquid chromato graphy bibułowa PC paper chromato graphy cienkowarswowa TLC thin layer chromatography -normalny układ faz (adsorpcyjna) -odwrócony układ faz (podziałowa) -wysokociśnieniowa HP-TLC (high perssure...) gazowa GC gas chromatography -adsorpcyjna (gazciało stałe) -podziałowa (gazciecz, GLC) wysokosprawnacieczowa HPLC high performance liquid chromatography -normalny układ faz (adsorpcyjna i podziałowa) -odwrócony układ faz (podziałowa) jonowymienna -wykluczania przestrzennego, żelowa SEC, GPC (size exclusion chromatography, gel permeation chromatography) fluidalna SFC

6 Metody chromatograficzne Podział ze względu na stan skupienia fazy stacjonarnej

7 Metody chromatograficzne Chromatografia klasyczna

8 Chromatografia Rozdzielana mieszanina Faza ruchoma Faza nieruchoma Schemat rozdzielania chromatograficznego mieszaniny 2-składnikowej

9 Chromatografia W chromatografii spotykamy dwa rodzaje faz: ruchomą i stacjonarną. Fazy ruchome: gaz nośny (chromatografia gazowa GC); ciecz (chromatografia cieczowa LC); fluid nadkrytyczny (chromatografia fluidalna). Fazy stacjonarne: ciało stałe (chromatografia adsorpcyjna); ciecz (chromatografia podziałowa).

10 Chromatografia Faza ruchoma Gazy nośne stosowane w GC: wodór azot argon hel ksenon mieszaniny gazów Warunki jakie musi spełniać faza ruchoma: obojętność w stosunku do składników próbki wymagania związane z rodzajem zastosowanego detektora bezpieczeństwo pracy dostępność i cena

11 Chromatografia Faza stacjonarna: Fazy stacjonarne zbudowane są z następujących grup związków: adsorbenty nieorganiczne (naturalne i syntetyczne zeolity, sadze grafityzowane) węglowodory silikony poliglikole estry ciekłe kryształy cyklodekstryny

12 Chromatografia Czas retencji (t R ) jest to czas, w którym substancja przechodzi przez kolumnę. Czas retencji przypisany jest pikowi odpowiadającemu danej substancji. Czas zatrzymania składnika jest miarą ilości czasu jaki substancja rozpuszczona spędza w kolumnie. Jest sumą czasu spędzonego w fazie stacjonarnej i w fazie ruchomej. Współczynnik retencji (k) jest inną miarą retencji. Jest to stosunek ilości czasu jaki substancja rozpuszczona spędza w fazie stacjonarnej i ruchomej (gaz nośny). KSZTAŁT PIKU Na początku profile substancji rozpuszczonej maja kształt symetrycznych pików, profile stężenia jednak ulegają w czasie zmianom i przybierają odpowiednio różne kształty: Pik gausowski ogonowanie Rozmycie przedniej części

13 Chromatografia Ilość poszczególnej substancji zasorbowanej przez fazę stacjonarną zależy od stężenia w fazie ruchomej. Stosunek pomiędzy ilością zasorbowaną a stężeniem w fazie ruchomej, przy stałej temperaturze, nazywany jest izoterma sorpcji. Izoterma sorpcji a kształt piku Rysunki przedstawiają przebieg izotermy gdy stosunek pomiędzy stężeniem badanej substancji w fazie stacjonarnej (Cs) i stężeniem substancji rozpuszczonej w fazie ruchomej (Cm) jest liniowy. Stosunek Cs / Cm określa nachylenie krzywej. C s K = C S C m Stężenie w kolumnie C m Izoterma sorpcji Dystans wzdłuż kolumny Rozdział składników w kolumnie

14 Mechanizm rozdziału chromatograficznego Współczynnik podziału (stała podziału): K = C C faza ruc homa faza stacjonarna Model układu chromatograficznego złożony jest z szeregu półek, na których osiągany jest stan równowagi. Transport substancji wzdłuż układu odbywa się w fazie ruchomej Przykład dla K =

15 Mechanizm rozdziału chromatograficznego K=1 krok 5 krok 20 krok 50 krok 100 K=4 krok 5 krok 20 krok 50 krok półka półka K=2 krok 5 krok 20 krok 50 krok 100 K=10 krok 5 krok 20 krok 50 krok półka półka

16 Chromatografia Zależność sprawności kolumny od prędkości przepływu fazy ruchomej niejednorodne procesy przepływu (dyfuzja wirowa) dyfuzja osiowa (większe znaczenie w chromatografii gazowej) brak równowagi w wyniku oporów przenoszenia masy (powolna dyfuzja w ziarnach, może być też adsorpcja desorpcja na powierzchni) B H = A + + Cv v wysokość półki teoretycznej prędkość przepływu, ml/min. sprawność kolumny

17 Chromatografia cieczowa

18 Techniki chromatografii cieczowej (LC) kolumnowa wysokosprawna (HPLC) planarna (TLC, PC) fluidalna (SFC) adsorpcyjna (LAC) krytyczna (LCCC) wykluczania przestrzennego, żelowa (SEC, GPC) odwrotna, inwersyjna (ISEC)

19 Chromatografia cieczowa Wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC) jest uniwersalna technika analityczna, stosowana głównie do separacji wieloskładnikowych próbek, zwłaszcza zawieraja cych nielotne, takzė wielkocza steczkowe zwia zki chemiczne, takie jak białka czy kwasy nukleinowe. W chromatografii cieczowej faza stacjonarna, nieruchoma jest zwykle porowate wypełnienie a faza ruchoma (eluentem) ciecz. HPLC rózṅi sie od klasycznej chromatografii cieczowej wysokim cisńieniem fazy ruchomej koniecznym do uzyskania przepływu tej fazy przez kolumne chromatograficzna.

20 Chromatografia cieczowa We wczesnych latach 70-tych komercyjnie dostępne były kolumny wypełnione nieporowatym, o nieregularnych kształtach żelem krzemianowym o wymiarach około 40 μm. Ich sprawność była delikatnie mówiąc niska przy 1 metrze złoża liczba półek teoretycznych wynosiła około W latach 80-tych znane już były popularne obecnie kolumny z żelem krzemionkowym ze sferycznym, porowatym ziarnem, o średnicy 5 μm. Charakteryzuje się ono przyzwoitą sprawnością wynoszącą około półek teoretycznych przy długości kolumny 150 mm.

21 Chromatografia cieczowa Chromatograf cieczowy (HPLC, SEC) zespół pryzmatów detektor spektrofotometryczny UV detektor refraktometryczny źródło światła czujnik czujnik celka pomiarowa lampa deuterowa kolumna I kolumna II zlewki eluent filtr płuczka ultradźwiękowa zespół pomp zawór odpowietrzający piec pętla dozująca zawór dozujący

22 Chromatografia cieczowa Detektory w chromatografii HPLC UV-VIS spektrofotometr UV-VIS, dość uniwersalny, dobra czułość, szeroki zakres liniowości, możliwość pracy przy różnej długości fali DAD jw. z matrycą diodową, jednoczesny pomiar w całym spektrum RID refraktometr różnicowy, najbardziej uniwersalny, mała czułość, wrażliwy na zmiany parametrów eluentu PMDE elektrochemiczny, duża selektywność i czułość TEA chemiluminescencyjny, selektywny na nitrozwiązki CI-MS spektrometr mas z jonizacją chemiczną TSP-MS spektrometr mas z odparowaniem rozpuszczalnika DVD wiskozymetr różnicowy pomiar lepkości stosowany w SEC LALLS detektor rozpraszania światła do pomiaru masy cząsteczkowej w SEC

23 Chromatografia cieczowa Fazy stacjonarne w HPLC OH Si HO O O O Si Si O OH Si O OH Si O Si OH O C 18 H 37 O O O O Si polarna (normal phase NP) podstawowy eluent: n-heksan, cykloheksan modyfikatory: 2-propanol, chloroform, dichlorometan, THF Si O OH niepolarna (reverse phase RP) podstawowy eluent: woda modyfikatory: metanol, acetonitryl, THF, bufory, sole

24 Chromatografia cieczowa Cechy dobrego eluentu: nie powinien działać szkodliwie na rozdzielane związki i wypełnienie kolumn; powinien dobrze rozpuszczać analizowaną mieszaninę i umożliwiać detekcję jej składników; powinien charakteryzować się dużą czystością; mała lepkość w temperaturze pomiaru przy detekcji spektrofotometrycznej przezroczystość w badanym zakresie UV wysoka higroskopijność eluentu może powodować zmianę jego właściwości przed analizą powinien być odgazowany ponieważ pęcherzyki gazu mogą przeszkadzać przy detekcji i spowodować spadek sprawności kolumny rozpuszczalniki niskowrzące mają tendencję do tworzenia pęcherzyków w kolumnie i detektorze

25 Chromatografia cieczowa Odgazowanie ogrzewanie eluentu do temperatury zbliżonej do jego temperatury wrzenia - zmniejszenie rozpuszczalności gazów ultradźwięki - fala podłużna rozprzestrzeniając się w ośrodku powoduje jego drgania i lokalne zmiany ciśnienia - obniżenie ciśnienia powoduje wydzielenie gazów, ponowne ich rozpuszczenie przy wzroście ciśnienia jest znacznie wolniejsze, co pozwala im opuścić roztwór przedmuchiwanie gazem obojętnym - najlepsze wyniki daje He

26 Chromatografia gazowa

27 Chromatografia gazowa Schemat chromatografii gazowej Gaz nośny Gaz nośny blok regulacji gazów, 2 termostat kolumny, 3 kolumna, 4 dozownik, 5 detektor

28 Chromatografia gazowa Schemat linii gazu nośnego w GC butla ze sprężonym gazem, 2 zawór redukcyjny, 3 filtry, 4 regulator przepływu gazu, 5 wskaźnik ciśnienia gazu, 6 dozownik, 7 kolumna, 8 detektor, 9 wylot gazu nośnego

29 Chromatografia gazowa Dozownik Próbkę można dozować do GC w postaci: -gazowej zawór dozujący (pętla dozownicza) lub strzykawka; -ciekłej mikrostrzykawka (1-10 μl).

30 Chromatografia gazowa Kolumny: pakowane; kapilarne (70%). Materiał z którego wykonano kolumnę: metalowe (stal, miedź, aluminium), szklane, Kwarcowe. Kolumny różnią się także: rodzajem i sposobem wypełnienia, długością, średnicą wewnętrzną, grubością filmu, stopniem usieciowana.

31 Chromatografia gazowa Kolumny średnica wewnętrzna Średnica wewnętrzna Rozdzielczość Szybkość rozdziału Pojemność sorpcyjna 100 μm Bardzo wysoka Bardzo wysoka Dostateczna 250 μm 320 μm Wysoka Wysoka Wysoka 530 μm Dostateczna Wysoka Bardzo wysoka

32 Chromatografia gazowa Kolumny Ważnymi parametrami, które charakteryzują fazy stacjonarne to: zakres temperatur pracy, polarność. Substancje polarne rozdzielamy na polarnej fazie stacjonarnej. Substancje niepolarne rozdzielamy na niepolarnej fazie stacjonarnej. Na fazach stacjonarnych niepolarnych substancje niepolarne są eluowane z kolumny w kolejności ich temperatur wrzenia (ich lotności). Wypełnienie stałe Faza ciekła 0,25 mm Kolumna pakowania Kolumna kapilarna

33 Chromatografia gazowa Fazy stacjonarne w chromatografii gazowej 100% methylsilicon poly(dimethylsiloxane) O CH 3 Si O CH 3 Si O CH 3 Si O CH 3 Si O CH 3 Si O CH 3 Si O CH 3 Si phenyl Si cyanopropyl CH 3 CH 3 CH 3 trifluoropropyl CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 N-2-methylpropionyl- -L-valin-t-butylamid Si Si Si vinyl CH 2 Si CH CH 2 CH 2 CH 2 CN F CH CH CH 2 F F O CH 3 C CH CH 3 CH 3 CH 2 CH N H H C C O H N CH 3 CH 3 C CH 3 polyethylenglycol O CH 2 CH 2 O CH 2 CH2 O CH 2 CH 2 O CH 2 CH2 O CH 2 NO 2 O polyethylenglycol-2-nitroterephtalate C O O CH 2 CH 2 O O CH 2 CH2 O C O

34 Chromatografia gazowa Detektory stosowane w GC Detektory stężeniowe reagują na zmianę stężenia próbki oznaczanej w jednostce czasu i wymagające w związku z tym bardzo precyzyjnego ustalenia szybkości przepływu gazu nośnego przez detektor (TCD). Detektory masowe ich odpowiedz jest proporcjonalna do całkowitej masy komponentu eluowanego z kolumny i są niewrażliwe na wahania szybkości przepływu gazu nośnego (FID). Detektory cechują następujące parametry: Selektywność działanie selektywne w odniesieniu do jednej lub kilku grup związków np.: ECD, FPD (uniwersalne TCD, FID) Czułość najmniejsza ilość substancji wywołująca sygnał dwukrotnie większy od poziomu szumów układu. Liniowość detektora wyrażana stosunkiem największego sygnału do najmniejszego, odczytana z krzywej zależności wskazań detektora od wielkości próbki, w zakresie jej prostoliniowego przebiegu.

35 Chromatografia gazowa Detektory w chromatografii gazowej TCD termokonduktometryczny pomiar zmiany przewodności drutu umieszczonego w strumieniu gazu nośnego uniwersalny, ale mała czułość FID płomieniowo-jonizacyjny pomiar prądu jonizacji wykrywa związki spalające się w płomieniu (nie wykrywa np. wody), mała czułość ECD wychwytu elektronów zawiera źródło radioaktywne selektywny wobec związków zawierających ugrupowania łatwo polaryzowalne, jak chlorowce lub grupy nitrowe, wysoka czułość, mały zakres liniowości NPD, FTD azotowo-fosforowy, płomieniowo-termojonowy zawiera sól alkaliczną (Rb lub Cs), której obecność ułatwia jonizację związków azotu i fosforu, duża czułość na związki zawierające N lub P FPD płomieniowo-fotometryczny rejestruje światło o charakterystycznej długości fali, emitowane przez związki siarki i fosforu TEA pirolityczno-chemiluminescencyjny selektywny detektor NO MS spektrometr mas

36 Chromatografia gazowa Metody sprzężone UWAGA! Warunki zapewniające skuteczność sprzężenia innych metod analitycznych z GC: 1. Dopasowanie warunków ciśnienia i temperatury gazu opuszczającego kolumnę do tych, które są wymagane w komorze pomiarowej spektrometru; 2. Próg wykrywalności metody spektroskopowej musi być niższy od stężenia analizowanej substancji w gazie nośnym; 3. Urządzenie pośrednie sprzęgające z chromatograf ze spektrometrem musi być tak skonstruowane, aby nie następowało zbytnie rozmycie pasma chromatograficznego; 4. Czas rejestrowania widma każdego składnika nie może przekraczać czasu jego elucji z kolumny chromatograficznej.

37 Chromatografia gazowa Analiza Chromatografia gazowa należy do najdoskonalszych metod rozdzielania lotnych substancji, jednak jej możliwości w zakresie określania struktury lub identyfikacji związków chemicznych bez przeprowadzania dodatkowych badań innymi technikami analitycznymi są dość ograniczone. UWAGI Tylko w nielicznych przypadkach analiza chromatograficzna może być przeprowadzona w temperaturze otoczenia. W większości zastosowań proces chromatograficzny wymaga podwyższenia, a rzadziej obniżenia temperatury. W wielu przypadkach celowa jest programowana zmiana temperatury kolumny GC podczas analizy. Analizę programową temperatury prowadzi się w przypadkach, gdy różnice lotności składników analizowanej mieszaniny są znaczne.

38 Chromatografia gazowa Analiza jakościowa Chromatografia gazowa jest jedną z nielicznych metod analitycznych, które umożliwiają wykonanie analizy jakościowej i ilościowej złożonych mieszanin w jednym procesie. Oznaczenie jakościową wykonuje się wykorzystując: czasy retencji, reakcje chemiczne, detektory selektywne, połączenie chromatografii gazowej z innymi metodami analitycznymi.

39 Chromatografia gazowa Analiza ilościowa Chromatografia gazowa jest jedną z nielicznych metod analitycznych, które umożliwiają wykonanie analizy jakościowej i ilościowej złożonych mieszanin w jednym procesie. Dokładność analizy zależy od: jakości chromatografu; rodzaju detektora (i zakresu liniowości jego wskazań); sposobu wykonania analizy, zbierania i przeliczania danych. O ilości substancji w mieszaninie można wnioskować na podstawie powierzchni i wysokości piku. Stosunek proporcjonalności jest różny dla poszczególnych substancji.

40 Chromatografia gazowa Analiza ilościowa Istnieje kilka metod analizy ilościowej próby: 1. Metoda kalibracji bezwzględnej (wzorca zewnętrznego), 2. Metoda wzorca wewnętrznego, 3. Metoda wzorca wewnętrznego z dodatkiem substancji oznaczanej, 4. Metoda normalizacji wewnętrznej.

41 Chromatografia gazowa Analiza ilościowa 1. metoda kalibracji bezwzględnej Kalibracja bezwzględna (wzorca zewnętrznego) może być stosowana w każdym przypadku chromatografowania, także gdy: nie wszystkie składniki są obecne na chromatogramie, jeden lub kilka składników są trwale zatrzymywane na kolumnie, niektóre piki nie są rozdzielone. Bezwzględnie wymagane są: dobry przyrząd (powtarzalne warunki rozdziału), powtarzalne wskazania detektora (bez zmian przez cały czas sporządzania wykresu kalibracyjnego oraz wykonania analizy).

42 Chromatografia Analiza ilościowa 1. metoda kalibracji bezwzględnej C = 15 mm C = 10 mm C = 6 mm C = 3 mm C = 1 mm stężenie powierzchnia piku Kalibracji bezwzględnej (wzorca zewnętrznego) - na podstawie roztworów wzorcowych wykonywana jest krzywa kalibracyjna zależności pola piku od ilości oznaczanej substancji - szybka i poprawna pod warunkiem stosowania aparatu dobrej jakości oraz powtarzalnego dozowania

43 Chromatografia gazowa Sposób wykonania analizy ilościowej Do kolumny dozuje się ściśle określone ilości pojedynczej substancji wzorcowej (lub mieszaniny) o dokładnie znanej zawartości substancji wzorcowej. Substancja wzorcowa musi być taka sama jak substancja oznaczana. Każde dozowanie powtarza się 2-3 razy. 600 Na podstawie otrzymanych średnich rysuje się wykres zależności powierzchni pików od objętości lub stężenia zadozowanego wzorca. Powierzchnia piku Stężenie analizowanej substancji [mg/l]

44 Chromatografia gazowa Analiza ilościowa 2. metoda wzorca wewnętrznego Metoda wzorca wewnętrznego jest stosowana bardzo często, ponieważ przy tym sposobie kalibracji nie jest wymagany przyrząd bardzo wysokiej klasy i oznaczenie może być wykonane w krótszym czasie niż sposobem wzorca zewnętrznego. Jako wzorzec wewnętrzny stosuje się substancję nie występującą w próbie, a której pik na chromatogramie jest położony blisko pików oznaczanych składników mieszaniny. Ściśle odmierzoną ilość wzorca dodaje się do dokładnie znanej ilości próbki. Otrzymaną mieszaninę dozuje się do kolumny, biorąc do obliczeń wartości średnie z kilku pomiarów.

45 Chromatografia Analiza ilościowa 2. metoda wzorca wewnętrznego C = 15 mm C = 10 mm C = 6 mm C = 3 mm C = 1 mm 15 stężenie stosunek powierzchni pików: substancja badana / wzorzec Wzorca wewnętrznego - krzywa kalibracyjna opisuje zależność między ilością oznaczanej substancji a stosunkiem pól pików substancji i wprowadzonego do próbki wzorca - dłuższa niż poprzednia, ale daje poprawne wyniki niezależnie od wielkości zadozowanej próbki

46 Chromatografia gazowa Analiza ilościowa 2. metoda wzorca wewnętrznego Procentową zawartość oznaczanego składnika oblicza się zależności: G W - masa wzorca dodanego do próbki S i powierzchnia piku oznaczanego składnika f i względny współczynnik korekcyjny oznaczanego składnika w odniesieniu do wzorca wewnętrznego G p mas analizowanej próbki (bez dodanego wzorca) S w powierzchnia piku wzorca

47 Chromatografia gazowa Analiza ilościowa 3. metoda wzorca wewnętrznego z dodatkiem substancji oznaczanej S i1 powierzchnia piku oznaczanego składnika na chromatogramie próbki bez dodatku wzorca S i2 powierzchnia piku oznaczanego składnika na chromatogramie próbki z dodatkiem wzorca G p - masa próbki G W - masa wzorca dodanego do próbki w 1 /w 2 stosunek masowy zadozowanych próbek (bez wzorca i dodanym wzorcem) S j1 powierzchnia piku substancji j na chromatogramie próbki bez dodatku wzorca S j2 powierzchnia piku substancji j na chromatogramie próbki z dodatkiem wzorca

48 Chromatografia gazowa Analiza ilościowa 3. metoda wzorca wewnętrznego z dodatkiem substancji oznaczanej Sposób normalizacji wewnętrznej wymaga, aby na chromatogramie znajdowały się rozdzielone piki odpowiadające wszystkim składnikom obecnym w próbce. Po 2-3 zadozowaniach próbki mierzy się powierzchnie poszczególnych pików i sumuje się ich wartości średnie. Suma stanowi 100%, a stosunek powierzchni wszystkich pików wyraża zawartość procentową odpowiadających im substancji w próbce C i.

49 Chromatografia gazowa Analiza ilościowa 4. metoda normalizacji wewnętrznej S i powierzchnia piku i tej substancji k liczba składników w próbce Otrzymane w taki sposób wyniki są obarczone dość dużym błędem i można je przyjąć tylko wtedy, gdy właściwości fizykochemiczne składników próbki są podobne i podobna jest odpowiedz detektora względem każdego z nich.

50 Chromatografia gazowa Analiza ilościowa 4. metoda normalizacji wewnętrznej W celu uzyskania wyników bardziej wiarygodnych wprowadza się współczynniki korekcyjne f i tym celu dodatkowo rozdziela się mieszaninę kalibracyjną zawierającą składniki obecne w próbce. Następnie dla każdego składnika i wyznacza się współczynnik korekcyjny. %S ip obliczone pierwotne procentowe zawartości składników w próbce %S iwz obliczone pierwotne procentowe zawartości składników w mieszaninie wzorcowej

51 Chromatografia metody sprzężone

52 Chromatografia gazowa Metody sprzężone Zaletą GC jest możliwość połączenia rozdziału chromatograficznego z innymi metodami analitycznymi. Metody spektroskopowe: Spektrofotometria cząsteczkowa w zakresie podczerwieni (IR) Spektrometria masowa (MS) Spektrometria magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) Emisyjna spektrometria atomowa (AAS)

53 Chromatografia przykłady badań

54 Chromatografia - zastosowania Oznaczanie metali. Analiza jakościowa i ilościowa złożonych mieszanin lotnych związków organicznych występujących w normalnych warunkach jako gazy ciecze i ciała stałe. Ocena czystości i jakości materiałów, produktów żywnościowych i farmaceutycznych. Automatyczna kontrola i sterowanie procesami przemysłowymi. Preparatywne wydzielanie składników mieszanin. Badania fizykochemiczne. Wyznaczanie średnich mas cząsteczkowych polimerów. ale też w odlewnictwie Wykład WO AGH : Nowoczesne Techniki Badawcze w Inżynierii Materiałowej, dr hab. Beata Grabowska

55 Chromatografia w odlewnictwie Z technologią odlewnicza wiąże się wiele procesów, podczas których dochodzi do wydzielania substancji gazowych do atmosfery. Należą do nich: Magazynowanie, transport i przeładunek składników mas odlewniczych Wytwarzanie form i rdzeni odlewniczych Wytapianie metalu w piecu odlewniczym Odlewanie, chłodzenie i wybijanie odlewu z formy Oczyszczanie i wykańczanie odlewów Obróbka cieplna i mechaniczna odlewów Wykład WO AGH : Nowoczesne Techniki Badawcze w Inżynierii Materiałowej, dr hab. Beata Grabowska

56 Chromatografia w odlewnictwie Gazy procesu zalewania i stygnięcia form odlewniczych nieorganiczne Związki chemiczne występujące w postaci gazów organiczne Wykład WO AGH : Nowoczesne Techniki Badawcze w Inżynierii Materiałowej, dr hab. Beata Grabowska

57 Chromatografia w odlewnictwie Gromadzenie gazów procesu zalewania i stygnięcia form odlewniczych Schemat stanowiska pomiarowego do określania emisji gazów podczas zalewania i stygnięcia formy odlewniczej, które zostało wykonane według oryginalnej na Wydziale Odlewnictwa Akademii Górniczo- Hutniczej w Krakowie. próbka wlew główny węgiel aktywny system stem osuszający gaz ciecz pojemnik 1 waga rejestrator, komputer pojemnik 2 forma Warstwa kontrolna (dodatkowa) węgla aktywnego Warstwa pomiarowa (właściwa) węgla aktywnego Wykład WO AGH : Nowoczesne Techniki Badawcze w Inżynierii Materiałowej, dr hab. Beata Grabowska

58 Chromatografia w odlewnictwie Przygotowanie próbki do badań na chromatografie gazowym Dwusiarczek węgla Węgiel aktywny Wykład WO AGH : Nowoczesne Techniki Badawcze w Inżynierii Materiałowej, dr hab. Beata Grabowska

59 Chromatografia w odlewnictwie Opis potrzebnych czynności do przygotowania chromatografu gazowego firmy Thermo Scientific TRACE Ultra GC do wstępnych badań: Stanowisko pomiarowe do oznaczania objętości wydzielanych gazów (gazotwórczości) i emisji BTEX z mas opracowane przez zespół prof. M. Holtzera [3] Chromatograf gazowy firmy Thermo Scientific TRACE Ultra GC kalibracja aparatury wzorcem gazowym mieszanką BTEX do badań za pomocą pętli gazowej 250 ml, pomiar stężenia BTEX w mieszaninie gazowej z wykorzystaniem zmiennych parametrów metody chromatograficznej, pomiar zawartości BTEX w powietrzu atmosferycznym w laboratorium chromatografii gazowej i spektrometrii masowej na Wydziale Odlewnictwa Akademii Górniczo - Hutniczej, rejestracja chromatogramów, przedstawienie uzyskanych wyników w postaci raportów i ich omówienie. Wykład WO AGH : Nowoczesne Techniki Badawcze w Inżynierii Materiałowej, dr hab. Beata Grabowska

60 Chromatografia w odlewnictwie Wyniki badań BTEX we wzorcowej mieszaninie gazów Wyniki pomiaru stężenia BTEX w mieszaninie gazowej z wykorzystaniem zmiennych parametrów metody chromatograficznej:

61 Chromatografia w odlewnictwie Wyniki badań zawartości BTEX w masie ze spoiwem polimerowym 5.0e5 4.0e5 user modified Sig. 1 in C:\HPCHEM\...\002F0101.D Wyniki pomiarów zawartości związków BTEX w masie formierskiej zawierającej spoiwo polimerowe: 3.0e5 2.0e5 Benzen e5 0 Toluen Etylobenzen m+p Ksylen o Ksylen Time(min.) 1.0e5 8.0e4 6.0e4 user modified Sig. 1 in C:\HPCHEM\...\006F0101.D 4.0e4 2.0e4 0 Benzen Toluen Etylobenzen m+p Ksylen e Time(min.) Wykład WO AGH : Nowoczesne Techniki Badawcze w Inżynierii Materiałowej, dr hab. Beata Grabowska

62 Źródła 1. Witkiewicz Z., Kałużna-Czaplińska J.: Podstawy chromatografii i technik elektromigracyjnych, WNT, Cygański A.: Podstawy metod elektroanalitycznych, WNT Warszawa Szczepaniak W.: Metody instrumentalne w analizie chemicznej, PWN Warszawa Saba J.: Wybrane metody instrumentalne stosowane w chemii analitycznej, UMCS Loch J., Grabowska B., Kaczmarska B.: BTEX emissions from BioCo2 bonded moulding sands, Metallurgy and Foundry Engineering, 2013 vol. 39 no. 1, s Loch J.: Wykorzystanie chromatografii gazowej w odlewnictwie, Praca Magisterska, Promotor: B. Grabowska, AGH, Kraków Wykład WO AGH : Nowoczesne Techniki Badawcze w Inżynierii Materiałowej, dr hab. Beata Grabowska