Chromatografia kolumnowa planarna

Transkrypt

1

2

3

4 Chromatografia kolumnowa planarna

5 Znaczenie chromatografii w analizie i monitoringu środowiska lotne zanieczyszczenia organiczne (alifatyczne, aromatyczne) w powietrzu, glebie, wodzie Mikrozanieczyszczenia (związki polihalogenowe: PCB, dioksyny, furany) Pochodne chlorofenolu w wodzie Związki powierzchniowo czynne (nonylofenole) w wodzie Pestycydy chloroorganicze, fosforganiczne Aniony nieorganicze w wodach

6

7 Współczynnik podziału k zawartośa w fazie nieruchomej zawartośa w fazie ruchomej

8 Czas retencji (t R ) Czas spędzany przez składnik w fazie ruchomej (t M ) i w fazie nieruchomej Czas spędzany w fazie nieruchomej jest k razy dłuższy od t M czyli (kt M ) t R t M kt M t M ( 1 k ) t M czas martwy czas retencji substancji niezatrzymywanej

9 Współczynnik retencji k w odniesieniu do czasu retencji Jest to stosunek czasu, w którym substancja przebywa w fazie stacjonarnej do czasu, w którym przebywa w fazie ruchomej. Współczynnik k określa ile razy dłużej substancja przechodzi przez kolumnę w wyniku oddziaływania z fazą stacjonarną niż potrzebowałaby na przejście przez kolumnę gdyby przebywała tylko w fazie ruchomej k t R t M t M t t R M ' Czas oddziaływań z fazą stacjonarną k = Czas bez oddziaływań z fazą stacjonarną

10 Sygnał chromatograficzny analiza jakościowa: wielkość charakterystyczna dla danego związku analiza ilościowa: Powierzchnia odpowiada ilości związku

11 Sprawność i selektywność profil stężeniowy próbki w chwili wstrzykiwania jest wysoki i wąski, ulega stopniowo rozmyciu i rozszerzeniu Korzystne jest ograniczenie rozmycia (wąskie piki) - lepiej rozdzielone (0,5 < k < 10) Zdolność kolumny do wytwarzania wąskich pików to sprawność kolumny określona liczbą półek teoretycznych N Na każdej półce zachodzi równowaga adsorpcji - desorpcji wzdłuż kolumny chromatograficznej

12 Liczba półek N N tr 16 w 2 (9), N 5,54 w t R 1/ 2h 2 w 4t R N

13 Rozdzielczość R s Zależy od odległości pików (retencji) jak i szerokości (sprawności) C t R2 - t R1 t R1 t R2 R s tr2 tr 1 tr 1 1 w 0,5( w2 w1 ) 2 w /2w 1 1/2w 2 t Pełne rozdzielenie 2 pików R s > 1,5

14 Rozdzielczość R s Na rozdzielczość wpływa: Selektywność a (współczynnik selektywności) w pływa na wzajemną odległość sygnałów t R a = k 2 /k 1 1 Liczba półek teoretycznych wpływa na szerokość pików 1 a 1 k 2 Wzór Purnella RS N 2 4 a 1 k 2

15 C t C Wzrost N (obniżenie H) t C Wzrost a t

16

17 Mechanizmy retencji Podziałowy Adsorpcyjny jonowymienny Żelowopermeacyjny

18

19 Parametry pracy układu chromatograficznego rodzaj fazy stacjonarnej, wymiary kolumny, temperatura pieca chromatograficznego, rodzaj detektora i dozownika, temperatura detektora i dozownika, prędkość przepływu gazu nośnego, wielkość dozowanej próbki.

20 Wpływ długości kolumny

21 Pakowane, analityczne o średnicy wewnętrznej 2 6 mm i długości 1 3 m Mikropakowane o średnicy 0,2 0,6 mm i długości do kilkunastu metrów Kapilarne o średnicy 0,2 0,6 mm i długości do kilkudziesięciu metrów Mikrokapilarne, poniżej 0,1 mm i długości do kilkudziesięciu metrów Preparatywne kolumny Standardowe długości : 15; 30 i 60 m Standardowe średnice 0,15; 0,25; 0,32 i 0,53 mm

22 wypełnienia Adsorbenty nieorganiczne: sita cząsteczkowe (glinokrzemiany wapnia) w analizie gazów N 2, O 2, He, H 2, CH 4 żel krzemionkowy (spherosil, porasil) w analizie alkanów, alkenów (do C4), HCl, Cl 2 Adsorbenty organiczne (Porapak i Chromosorb): Kopolimery diwinylobenzenu i styrenu w różnych stosunkach z dodatkiem modyfikatorów, czasem pokryte ciekłą fazą stacjonarną (do ok. 10%) Porapaki P, R, S, T, N, Q polarność rośnie o P do T, stosowane w analizie aldehydów, glikoli, alkoholi, chloru od HCl, aldehydów

23 Fazy stacjonarne Najczęściej spotykane nośniki to Chromosorby W, P, G (do kilku m 2 /g) Mogą być modyfikowane kwasem i silanizowane (zastąpienie grup hydroksylowych grupami metylosililowymi) Si OH O Si OH Si O Cl CH 3 CH 3 + Si O Si + 2HCl Cl CH 3 Si O CH 3 Fazy silikonowe najważniejsze fazy w chromatografii kapilarnej - Dimetylosiloksany i fenylosiloksany stosowane w analizie większości związków w GC Poliglikole (rozdzielają związki hydroksylowe, aminowe, karboksylowe.

24

25 Ogólne zasady wyboru ciekłych faz stacjonarnych do rozdziału substancji niepolarnych stosuje się fazę stacjonarną niepolarną, do rozdziału substancji polarnych stosuje się fazę stacjonarną polarną, związki niepolarne są rozdzielane na niepolarnej fazie stacjonarnej zgodnie z uszeregowaniem ich według temperatur wrzenia (lotności),

26 Ogólne zasady cd. związki niepolarne są eluowano przed związkami polarnymi o tej samej temperaturze wrzenia, jeżeli faza stacjonarna jest polarna, związki polarne są eluowano przed związkami niepolarnymi o tej samej temperaturze wrzenia, jeżeli faza stacjonarna jest niepolarna.

27

28

29

30 Wpływ temperatury na rozdział chromatograficzny 100 o C

31 140 o C

32 160 o C

33 Program 1

34 Program 2

35 100 o C izotermicznie, detektor FID 200 o C, gaz nośny He, kolumna DB-5 t r = t r t m n-alkany czasy retencji t r zredukowane retencji t r C-6 C-10 C-12 C-13 C-14 C-15 1,18 1,32 1,85 3,90 7,02 13,80 0,18 0,32 0,85 2,90 6,02 12,80

36 Indeks retencji n-alkanu lg t r r 2 = 0, C n x 100

37 Indeks Kovatsa indeks retencji dowolnej substancji Umożliwia identyfikację substancji Określa oddziaływania z fazami stacjonarnymi I x 100 C n 100 lg tr'( x) lg t '( C R lg tr'( Cn) ) lg t '( C n 1 R n ) Cn alkan eluujący przed x Cn+1 alkan eluujący po x

38

39

40

41

42

43

44 Chromatografia cieczowa Chromatografia kolumnowa Przepływ grawitacyjny Wysokosprawna chromatografia cieczowa Przepływ wymuszony Pompy tłokowe

45

46 Fazy stacjonarne Oddziaływania niespecyficzne (dyspersyjne) specyficzne (miejsca aktywne) Adsorbenty niespecyficzne, specyficzne dodatnie, specyficzne ujemne Żel krzemionkowy zbudowany z tetraedrów SiO 4 w nieuporządkowanej sieci na powierzchni grupy silanolowe Si-O-H lub siloksanowych Si-O-Si)

47

48

49

50

51

52 Wpływ przepływu na rozdzielenie w HPLC

53 Dozownik

54 Fazy ruchome pojedyncze rozpuszczalniki lub ich dwu- lub więcej składnikowe mieszaniny. Faza - eluent Wyciek - eluatu Faza ruchoma jest czynnikiem aktywnym siła elucyjna - wielkość siły oddziaływania fazy ruchomej z powierzchnią adsorbentu. adsorbenty polarne - siłę elucji wyznacza polarność i polaryzowalność cząsteczek eluentu. Siła ta jest tym większa, im większa jest polarność rozpuszczalnika. adsorbenty niepolarne - siła elucji zależy od niespecyficznych sił Van der Waalsa (oddziaływań dyspersyjnych).

55 szereg eluotropowy indeks polarności (indeks polarności) n-pentan < n-heksan < cykloheksan < tetrachlorek węgla < toluen < benzen < eter dietylowy < chloroform < dichlorometan < tetrahydrofuran < dichloroetan < aceton < octan etylu < acetonitryl < pirydyna < etanol < metanol < woda < kwas octowy. W fazach odwróconych odwrotnie

56 Adsorbent polarny Anality niepolarne ---OH ---OH ---OH ---OH ---OH ---OH ---OH ---OH ---OH ---OH ---OH ---OH ---OH ---OH ---OH ---OH Faza ruchoma: -heksan -heptan -heptan/propanol -chlorek metylenu Faza stacjonarna - normalna

57 Adsorbent niepolarny Anality niepolarne (dyspersywne) i słabo polarne ---O-Si(CH 2) -(CH 2 ) 17 -CH 3 ---O-Si(CH 2 )-(CH 2 ) 17 -CH 3 ---O-Si(CH 2 )-(CH 2 ) 17 -CH 3 ---O-Si(CH 2 )-(CH 2 ) 17 -CH 3 ---O-Si(CH 2 )-(CH 2 ) 17 -CH 3 ---O-Si(CH 2 )-(CH 2 ) 17 -CH 3 ---O-Si(CH 2 )-(CH 2 ) 17 -CH 3 ---O-Si(CH 2 )-(CH 2 ) 17 -CH 3 Faza stacjonarna - odwrócona Faza ruchoma: -metanol / woda -acetonitryl / woda -THF / woda Woda (bufor) -K 2 HPO 4 /H 3 PO 4 -CH 3 COONH 4 /CH 3 COOH -TEA/H 3 PO 4 -TFA itd

58 Detektory Spektrofotometryczny UV-Vis Fluoroscencyjny Refraktometryczny Konduktometryczny Detekcji mas

59 %MeOH Skład fazy Izokratyczny: stały skład fazy w czasie analizy Gradientowy: zmienia się w trakcie analizy Np. udział acetonitrylu w wodzie (fazy odwrócone) czas

60 Mieszanina dialkiloftalanów: Faza stacjonarna C-8 50% acetonitrylu w wodzie 65% acetonitrylu w wodzie 80% acetonitrylu w wodzie

61 20-100% acetonitrylu w wodzie w 10 min (8%/min)

62 Pestycydy fosfoorganiczne

63 Pestycydy

64 WWA 1, naphthalene; 2, acenaphthene; 3, fluorene; 4, phenanthrene; 5, anthracene; 6, fluoranthene; 7, pyrene; 8, benzo[a]anthracene; 9, chrysene; 10, benzo[e]pyrene; 11, benzo[b]fluoranthene; 12, benzo[k]fluoranthene; 13, benzo[a]pyrene; 14, dibenzo[a,h]anthracene; 15, benzo[ghi]perylene; 16, indene[1,2,3- cd]pyrene.

65 WWA