ROZDZIELENIE OD PODSTAW czyli wszystko (?) O KOLUMNIE CHROMATOGRAFICZNEJ

ROZDZIELENIE OD PODSTAW czyli wszystko (?) O KOLUMNIE CHROMATOGRAFICZNEJ Prof. dr hab. inż. Agata Kot-Wasik Katedra Chemii Analitycznej Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska agawasik@pg.gda.pl

ROZDZIELENIE DO PODSTAW czyli wszystko (?) O KOLUMNIE CHROMATOGRAFICZNEJ Prof. dr hab. inż. Agata Kot-Wasik Katedra Chemii Analitycznej Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska agawasik@pg.gda.pl

CHROMATOGRAFIA Co jest obecne w mieszaninie? Analiza jakościowa Ile jest związku w mieszaninie? Analiza ilościowa ROZDZIELENIE

CHROMATOGRAF Faza Ruchoma Pompa Faza Stacjonarna Kolumna chromatograficzna Detekcja Wynik analizy chromatogram

CHROMATOGRAF

ROZDZIELENIE Faza Ruchoma Pompa Faza Stacjonarna Kolumna chromatograficzna Detekcja Wynik analizy chromatogram

ROZDZIELENIE Faza Ruchoma Pompa Faza Stacjonarna Kolumna chromatograficzna

ROZDZIELENIE GC: oddziaływania analit faza stacjonarna Faza Ruchoma Pompa Faza Stacjonarna Kolumna chromatograficzna

ROZDZIELENIE GC: oddziaływania analit faza stacjonarna Faza Ruchoma Pompa Faza Stacjonarna Kolumna chromatograficzna HPLC oddziaływania analit faza stacjonarna i analit faza ruchoma

ROZDZIELENIE RETENCJA GC kolumna chromatograficzna (długość, średnica, faza stacjonarna, grubość filmu fazy stacjonarnej) rodzaj gazu nośnego szybkość przepływu gazu nośnego temperatura HPLC kolumna chromatograficzna (długość, średnica, faza stacjonarna, średnica ziaren) rodzaj fazy ruchomej szybkość przepływu strumienia fazy ruchomej temperatura

ROZDZIELENIE KOLUMNA CHROMATOGRAFICZNA

ROZDZIELENIE Struktura analitów Matryca pka Stężenie Rozpuszczalność Parametry chemiczne (faza stacjonarna) KOLUMNA CHROMATOGRAFICZNA Liczba analitów Czas analizy Koszty Czułość Inne Parametry fizyczne (wymiary)

KOLUMNA CHROMATOGRAFICZNA Selektywność Sprawność Rozdzielczość Czas analizy Parametry zewnętrzne (fizyczne) wymiary Parametry wewnętrzne (chemiczne) wypełnienie

KOLUMNA CHROMATOGRAFICZNA Selektywność Sprawność Rozdzielczość Czas analizy Miara selektywności fazy stacjonarnej w stosunku do dwóch substancji

KOLUMNA CHROMATOGRAFICZNA Selektywność Sprawność Rozdzielczość Czas analizy zdolności kolumny do wytworzenia wąskich pików

KOLUMNA CHROMATOGRAFICZNA Selektywność Sprawność Rozdzielczość Czas analizy Teoria Praktyka

KOLUMNA CHROMATOGRAFICZNA Selektywność Sprawność Rozdzielczość Czas analizy Rozdzielenie do podstawy R > 1.5

KOLUMNA CHROMATOGRAFICZNA Selektywność Sprawność Rozdzielczość Czas analizy w warunkach izokratycznych czas analizy jest określony przez czas retencji ostatniego piku chromatograficznego L HNreq tr = u (1+k) = u (1+k) L długość kolumny u liniowa prędkość przepływu fazy ruchomej H wysokość półki teoretycznej Nreq wymagana ilość półek teoretycznych

CZAS ANALIZY L HNreq tr = u (1+k) = u (1+k) L długość kolumny u liniowa prędkość przepływu fazy ruchomej H wysokość półki teoretycznej Nreq wymagana ilość półek teoretycznych H h (~2.2) h = dp H = d p Nreq tr ~ 2.2 (1+k) u dp f (L) f (dp) f (u)

KOLUMNA CHROMATOGRAFICZNA Selektywność Sprawność Rozdzielczość Czas analizy Parametry zewnętrzne (fizyczne) wymiary Parametry wewnętrzne (chemiczne) wypełnienie

KOLUMNA CHROMATOGRAFICZNA GC HPLC

KOLUMNA CHROMATOGRAFICZNA GC HPLC kolumna kapilarna (stopiona krzemionka) kolumna pakowana (stal kwasoodporna) (15)30(60)m L. x 0,25mm I.D. X 0,25(0,32) m df 5(25)cm L. x 2(4)mm I.D. x 2(5) m dp I.D.

GC efekt zwiększenia długości kolumny chromatograficznej 15m 30m 60m

GC wpływ I.D. 0.1mm I.D. 0.25mm I.D.

GC efekt grubości filmu fazy stacjonarnej d f 0.25 m 0.50 m 1.00 m

LC efekt zwiększenia długości kolumny chromatograficznej Czas analizy ~ 2min Czas analizy ~ 4min Czas analizy ~ 5min

LC efekt zmniejszenia średnicy ziaren d p 1960s 1970s 1980s 1990s dp > 10 m dp = 10 m dp = 5 m dp = 3 m Ziarno nieregularne Ziarno sferyczne Ziarno sferyczne Ziarno sferyczne

LC efekt zmniejszenia średnicy ziaren d p Kolumna C18 150mm x 4.6mm; przepływ 1.8mL/min; temp. 30 oc

Zdjęcia SEM różnych cząsteczek: (A) OPC, (B )wapień (C) popiół lotny ( D) krzemionka 1.5 m, (E) krzemionka 4 m, (F ) krzemionka 8 m

LC efekt zmniejszenia średnicy ziaren d p Kolumna C18: 5μm 70 pików Pojemność pików: 143 Kolumna C18: 1.8μm 168 pików Pojemność pików: 360

Jak dalece można zmniejszać dp? Sprawność [N/m] 500000 1.0 m 400000 1.4 m 1.7 m 300000 200000 100000 0 3 m 5 m 10 m 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Ciśnienie [bar]

KOLUMNA CHROMATOGRAFICZNA FAZA STACJONARNA

FAZA STACJONARNA GC Fazy niepolarne (rozdzielenie w zależność od temperatury wrzenia) Fazy polarne (rozdzielenie ze względu na oddziaływania pomiędzy fazą a grupami funkcyjnymi w cząsteczce) Fazy o średniej polarności HPLC CN Fenyl NH2 C4 C8 C18 HYDROFILOWE HYDROFOBOWE pka min Mcz i log Kow

FAZA STACJONARNA Zwiększona retencja zasadowych związków polarnych Zwiększona retencja kwaśnych związków polarnych Mniej hydrofobowa faza niż C18 Zwiększona retencja związków aromatycznych Selektywność dla aromatów i związków polarnych Zwiększona retencja związków polarnych Zwiększona retencja związków polarnych

KOLUMNA CHROMATOGRAFICZNA Kolumna chromatograficzna nie jest wieczna...

OCHRONA KOLUMNY CHROMATOGRAFICZNEJ Przygotowanie ekstraktu Filtracja wydłuża żywotność kolumny dzięki eliminacji Przedkolumny Regeneracja i filtry przed zanieczyszczeń stałych, kolumną które blokują wlot kolumny zwiększając ciśnienie wsteczne w kolumnie.

OCHRONA KOLUMNY CHROMATOGRAFICZNEJ Przedkolumny i filtry przed kolumną przedkolumna

OCHRONA KOLUMNY CHROMATOGRAFICZNEJ Przedkolumny i filtry przed kolumną