Politechnika Gdańska Wydział Chemiczny Katedra Chemii Analitycznej ĆWICZENIE LABORATORYJNE PODSTAWY CHROMATOGRAFII GAZOWEJ Opracowała: dr Lidia Wolska
ZAKRES WYMAGANEGO MATERIAŁU: 1. Chromatografia: definicja, podział metod chromatograficznych, chromatografia gazowa 2. Podstawowe pojęcia: układ chromatograficzny, czas i objętość retencji, chromatograf, chromatogram, faza stacjonarna, faza ruchoma, selektywność, sprawność, rozdzielczość 3. Chromatografia adsorpcyjna i podziałowa 4. Detektory płomieniowo-jonizacyjny (FID) oraz wychwytu elektronów (ECD): budowa i zasada działania SPRAWOZDANIE: 1. Tytuł ćwiczenia, data odrobienia oraz data oddania sprawozdania, skład grupy 2. Definicje pojęć wykorzystywanych i omawianych podczas zajęć 3. Opis aparatury (na podstawie instrukcji) 4. Opis poszczególnych ćwiczeń: a. warunki rozdzielania b. otrzymane chromatogramy z opisem (można zamieścić rysunki odręczne lub z programu) c. rozwiązanie dodatkowych zadań do danego ćwiczenia d. wnioski 5. Podsumowanie: w jaki sposób omawiane parametry (faza stacjonarna, długość i średnica kolumny, natężenie przepływu gazu nośnego oraz temperatura) wpływają na proces rozdzielania w chromatografii gazowej MATERIAŁY: http://www.pg.gda.pl/chem/dydaktyka/analityczna/index.htm chromatografia gazowa oraz dowolne inne 2
Wprowadzenie Techniki chromatograficzne, dzięki niezwykłemu potencjałowi rozdzielania i identyfikacji składników często bardzo złożonych mieszanin (np.: próbki biologiczne, próbki środowiskowe), zdominowały współczesne laboratoria analityczne. Są one wykorzystywane w niemal wszystkich obszarach aktywności człowieka, od kontroli procesów technologicznych, poprzez kontrolę jakości produktów do analityki środowiskowej, medycznej (w tym kryminalistyki) i analityki żywności. Na rynku oferowane są coraz doskonalsze urządzenia analityczne (chromatografy), o wielu funkcja i możliwościach. Niestety rozwój informatyki i elektroniki paradoksalnie sprawił, że handlowo dostępne chromatografy stanowią klasyczną czarną skrzynkę i nie nadają się do prowadzenia procesu dydaktycznego. Stąd konieczność zaprojektowania i wykonania urządzeń (chromatografów) o takiej konstrukcji, która umożliwi prezentację studentom podstawowych procesów składających się na analizę chromatograficzą, a przy tym pozwoli im wykonywać ćwiczenia samodzielnie. W tym celu zaprojektowano i wykonano trzy chromatografy o przeznaczeniu dydaktycznym (rysunek 1). Rysunek 1. Zdjęcie wykonanych (we własnym zakresie) zestawów dydaktycznych do nauki podstaw chromatografii gazowej. 3
Budowa chromatografu: Chromatograf do zajęć dydaktycznych zbudowany jest z pięciu kolumn pakowanych podłączonych do detektora płomieniowo - jonizacyjnego FID. Na rysunku 2 A przedstawiono schemat chromatografu a poniżej (rysunek 2 B) jego zdjęcie. A. 4 5 FID Sterownik chromatografu CRMS2 3 2 1 Program do obróbki danych CHROMAX B. Rysunek 2. A - schemat, B zdjęcie chromatografu przeznaczonego do prowadzenia zajęć dydaktycznych z podstaw chromatografii gazowej. Poniżej podano charakterystykę stosowanych kolumn pakowanych (Tabela 1). Tabela 1. charakterystyka kolumn podłączonych do chromatografu dydaktycznego. Numer kolumny 1 2 3 4 5 długość kolumny [cm] 70 70 70 150 150 średnica kolumny [mm] 4 4 4 4 2,1 wypełnienie pusta sorbent stały faza stacjonarna faza stacjonarna faza stacjonarna temperatura pracy kolumny [ o C] TENAX GC DC 200 DC 200 DC 200 pokojowa pokojowa pokojowa pokojowa możliwość regulowania temperatury pieca 4
Przygotowanie chromatografu do pracy: 1. Włączyć chromatograf i komputer do prądu. 2. Odkręcić zawór na butli z gazem nośnym i butlach z gazami pomocniczymi. 3. Otworzyć program sterujący pracą chromatografu (Sterownik chromatografu CRMS2). Program ten pozwala przełączać strumień gazu nośnego do wybranej kolumny chromatograficznej, w oknach kontrolnych jest możliwość odczytu wartości przepływu gazu nośnego i ciśnienia gazów pomocniczych. Przepływ ustalamy zaworem iglicowym umieszczonym na obudowie chromatografu. ZAPALENIE PŁOMIENIA W DETEKTORZE USTAWIANIE TEMPERATURY PIECA (KOLUMNY) ODCZYT TEMPERATURY PIECA (KOLUMNY) ODCZYT CIŚNIENIA GAZÓW W DETEKTORZE FID ODCZYT PRZEPŁYWU GAZU NOŚNEGO WYBÓR KOLUMNY DO PRACY I WŁĄCZENIE PRZEPŁYWU GAZU NOŚNEGO USTAWIANIE LINII ZEROWEJ 4. Otworzyć program do rejestracji i obróbki danych chromatograficznych (Chromax). REJESTRACJA CHROMATOGRAMU W CZASIE RZECZYWISTYM ZAKOŃCZENIE ANALIZY 5
Program ten umożliwia rejestrację chromatogramu w czasie rzeczywistym, zakończenie analizy w dowolnym momencie (przycisk stop), archiwizację chromatogramów oraz ich obróbkę. 5. Sprawdzić czy programy komunikują się pomiędzy sobą (wciśnięcie klawisza wyboru kolumny w programie sterującym powoduje rzeczywiste przełączenie zaworu, wciśnięcie klawiszy strzałek powinno powodować zmianę położenia linii zerowej na chromatogramie). Archiwizacja chromatogramów. Po zatrzymaniu analizy Klawiszem STOP pojawia się plansza umożliwiająca nadanie nazwy plikowi i dołączenie komentarza. Należy wpisać w odpowiednie okna nazwę i komentarz. 6
Zadania do wykonania. Zadanie nr 1 Zadanie nr 2 Zadanie nr 3 Zadanie nr 4 Objętość martwa kolumny Podłączyć gaz nośny do kolumny nr 1. Do kolumny nr 1 zadozować 50 μl mieszaniny gazowej MG. Obliczyć objętość kolumny i objętość gazu nośnego potrzebną do wymycia zadozowanej mieszaniny z kolumny, porównać te dwie wielkości. Czas retencji Podłączyć gaz nośny do kolumny nr 2. Do kolumny nr 2 zadozować 400 μl mieszaniny gazowej MG. Selektywność kolumny Podłączyć gaz nośny do kolumny nr 3. Do kolumny nr 3 zadozować 50 μl mieszaniny gazowej MG. Szerokość pasma dozowanych substancji Podłączyć gaz nośny do kolumny nr 3. Do kolumny nr 3 zadozować 50 μl mieszaniny gazowej MG, którą rozcieńczono w strzykawce do 400 μl. Zadanie nr 5 Rozdzielczość Podłączyć gaz nośny do kolumny nr 3. Ustawić przepływ gazu nośnego: 15 cm 3 /min (pokrętło przy chromatografie) Do kolumny nr 3 zadozować 50 μl mieszaniny gazowej MG. Scharakteryzuj uzyskany obraz chromatograficzy, porównaj... Zadanie nr 6 Podłączyć gaz nośny do kolumny nr 4. 7
Zadanie nr 7 Zadanie nr 8 Zadanie nr 9 Zadanie nr 10 Do kolumny nr 4 zadozować 50 μl mieszaniny gazowej MG. Podłączyć gaz nośny do kolumny nr 5. Ustawić temperaturę pieca na 20 o C. Do kolumny nr 5 zadozować 50 μl mieszaniny gazowej MG. Podłączyć gaz nośny do kolumny nr 5. Ustawić temperaturę pieca na 40 o C. Do kolumny nr 5 zadozować 50 μl mieszaniny gazowej MG. Podłączyć gaz nośny do kolumny nr 5. Ustawić temperaturę pieca na 80 o C. Do kolumny nr 5 zadozować 50 μl mieszaniny gazowej MG. Podłączyć gaz nośny do kolumny nr 5. Ustawić temperaturę pieca na 80 o C. Sporządzić w butli szklanej mieszaninę trzech składników - zadozuj 3 μl benzenu i oktanu oraz 6 μl dichlorometanu. Do kolumny nr 5 zadozować 50 μl mieszaniny gazowej MG. Zidentyfikuj uzyskane piki. Podaj sposoby identyfikacji związków. 8