Gázkromatográfiás gyakorlat Bevezető előadás: Dr. Balla József Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék 2016/2017. őszi félév

Gázkromatográfiás gyakorlat Dr. Balla József, GC-MS labor (fsz. lift mellett) Gyakorlatvezetők: Mátyási Judit okl. vegyészmérnök, okl. kromatográfiás szakmérnök Dr. Tóth Blanka, adjunktus Kalauz Andrea demonstrátor Matók Zsanett demonstrátor Nyerges Gyula demonstrátor Szabó Rebeka demonstrátor Uhrin Csenge demonstrátor Anyag: GC_bevezeto_2016osz.ppt

Laborjegy: beugró zh, jegyzőkönyv minősége alapján +/- 1 jegy Minden megkezdett hét késésért -1 jegy jár Beugró zh: GC előadás anyaga (a diasor plusz az elhangzottak!)

Ismeretlen minta mennyiségi meghatározása belső standard módszerrel Gyakorlat témája: Aromás hígító komponenseinek retenciós sorrendje különböző polaritású kolonnákon. Ismeretlen minta mennyiségi meghatározása belső standard módszerrel Bemutatott eszközök: Gázkromatográf, injektor, kapilláris és töltetes oszlop, FID detektor, adatfeldolgozó szoftver

GC általános felépítése T,Sz. Ny. Á K B D minta segédgázok E A/D C 1 2 3 4 vivőgáz forrás (2-3 bar) make-up split szeptum purge T. Sz.: tisztító, szárító egység Ny.: Á: nyomás és áramlásszabályzók B: injektor, mintabevitel K: elválasztó kolonna D: detektor E: erősítő A/D: konverter C: számítógép

Gáz mozgófázis: H2, He, N2, Ar Szemcsés töltetű kolonna Kapilláris kolonna Felépítése: Kvarcüveg vékony cső, belső felületen az állófázissal, poliimid külső bevonat Állófázis: Szilárd (adsz.) Folyadék (absz.) Szilárd hordozón folyadék (absz.)

WCOT SCOT , kapilláris cső fala porózus adszorbens réteg 5-50 m m PLOT belső átmérő 0,25-0,53 mm poliimid bevonat WCOT megosztófolyadék, 0,01- 5μm megosztófolyadék, 5 - 20 m m belső átmérő 0,05-0,53 mm SCOT hordozó , hordozó 0,1 - 3 mm megosztófolyadék, 0,01 - 5 m m

Az állófázis és a minta komponensei között reverzibilis kölcsönhatás alakul ki, az elsőrendű, erős kölcsönhatásokat kerüljük! Másodrendű kötőerők: 1. Van der Waals - Diszperziós (apol-apol): 4-20 kJ/mol, kölcsönhatások 60-80%-a, alkillánc növekedésével értéke szénatomonként 4 kJ/mol többlet! - Indukciós (apol-pol): 8-24 kJ/mol, 5-10% -ban felelős a retencióért - Orientációs (pol-pol): Ugyan 12-40 kJ/mol is lehet, de a hőmérséklettel fordítottan arányos az értéke. 2. H-híd O, N, S, Hlg atomot tartalmazó poláris molekulák közt, ha van O-H, N-H, S-H ill. Hlg-H csoport az egyik molekulában. 50-80 kJ/mol (gyakorlatilag egy speciális orientációs kh.)

Megosztófolyadékok: Választása a minta polaritása alapján történik (pol-pol, apol-apol). A jó választás elősegíti a hatékony szorpciót, a minta komponensek közti molekuláris különbségek nagyobb eséllyel jelennek meg a retenciós idők különbözőségében. Követelmények: Kémiailag inert Hőstabil Az alkalmazott hőmérséklettartományban folyékony halmazállapotú Megfelelő, jól definiált kémiai szerkezet (szelektivitás biztosítása) Jó nedvesítő képesség Oldhatóság Alacsony ár 1. Polisziloxán vázas (pol, apol is lehet R minőségétől függően)

Polisziloxán állófázisok: 1.1. 100% Dimetil-polisziloxán ( pl. Rtx-1, ZB-1, DB-1) Apoláris állófázis, sztérikus gát miatt O nem hozzáférhető, diszperziós kh. Általában fp. szerinti sorrendben kötődnek meg az alkotók. 1.2. 5% Difenil-dimetil-polisziloxán (pl. Rtx-5, ZB-5, DB-5)

2. Polietilén glikol (Stabilwax, ZB-wax) Erősen poláris Diszperziós, indukciós és H-hidas kh. kialakulása is lehetséges. Carbowax 400 (n=9) Carbowax 600 (n=13) Carbowax 1000 (n=22) Carbowax 1500 (n=34) Carbowax 4000 (n=90) Carbowax 6000 (n=136) Carbowax 20M (n=450). Retenciós sorrend: Hexán (69 °C) < Heptán (98 °C) < Oktán (126 °C) < MeOH (65 °C) A glikol egységek oxigén atomja képes H atomot akceptálni, erős kh., nagy visszatartás alkoholokra, pl. metanolra. Apoláris komponensek csak diszperzióval képesek a –CH2- csoportokhoz kötődni. Különböző polaritásúak, kicsi a visszatartás, rossz a szelektivitás alkánokra nézve.

Split/splitless injektor

FID (flame ioniozation detector): hidrogén láng ionizációs detektor make-up gáz

Kromatográfiás paraméterek: Bruttó retenciós idő tR [min] Holtidő tM , to [min] Redukált retenciós idő (az állófázisban eltöltött idő) t’R= tR – tM Kolonnahossz L [m] Lineáris áramlási sebesség u [cm/s] Megoszlási hányados K= Cs/Cm Retenciós tényező Csúcsszélesség (alapvonali) w Relatív csúcsszélesség w/ tR Tányérszám N Elméleti tányérmagasság H = HETP = L/N

Kromatográfiás paraméterek: szelektivitás (α) és felbontóképesség (Rs) Szelektivitás (a) és felbontóképesség (Rs) közti különbség Az a értéke csak a hőmérséklettől és az állófázis ill. a minta anyagi minőségétől függ, minden egyéb a felbontóképességet változtatja meg!

van Deemter egyenlet (HPLC kolonnákra és töltött GC oszlopra!) „A” tag: eddy (angolul örvény) „diffúzió” H = A + B/u + Csu „CS” tag: állóf. mozgóf. anyagátmenet ellenállása „B” tag: lineáris diffúzió

Mozgóf. -> állóf. anyagátmenet csúcsszélesítő hatása Golay egyenlet (kapilláris kolonnára) H = B/u + Csu + Cmu Mozgóf. -> állóf. anyagátmenet csúcsszélesítő hatása Szemcsés töltetű kolonnáknál elhanyagolható.

A kromatogram 100 m x 0,25 mm (df=0,25m) immobilizált polidimetil-sziloxán állófázisú kvarc kapilláris kolonnán készült 35 C (7min) 250 C, 3 C/min hőmérsékletprogrammal. A vivőgáz He (30 cm/s), a splitter 80 cm3/min, az injektor hőmérséklete 275C, a detektor FID (275C), a beadagolt mintamennyiség 0,1l. Az alkotók: 1. 2-metil-pentán, 2. 3-metil-pentán, 3. 1-hexén, 4. n-hexán, 5. 2,2-dimetil-pentán, 6. metil-ciklopentán, 7. 2,4-dimetil-pentán, 8. 1-metil-1-ciklopentán, 9. benzol, 10. 3,3-dimetil-pentán, 11. 1-heptén, 12. 2-metil-hexán, 13. 2,3-dimetil-pentán, 14. 1,1-dimetil-ciklopentán, 15. 3-metil-hexán, 16. 1-cisz-3-dimetil-ciklo-pentán, 17. 1-transz-3-dimetil-ciklo-pentán, 18. ciklo-hexán, 19. 1-transz-2-dimetil-ciklopentán, 20. n-heptán, 21. 2,2-dimetil-hexán, 22. metil-ciklo-hexán, 23. toluol, 24. 2-metil-heptán, 25. 1-oktén, 26. n-oktán, 27. etil-ciklohexán, 28. etil-benzol, 29. m-xilol, 30. p-xilol, 31. 2-metil-oktán, 32. o-xilol, 33. 1-nonén, 34. n-nonán.

Szilva pálinka

Minőségi azonosítás: linearitási törvény Kováts-féle retenciós index

Mennyiségi meghatározás A mennyiségi elemzés alapja: Belső standard módszer: a relatív érzékenység felhasználásán alapszik 1; A belső standard egy, az oldatban többnyire nem előforduló komponens, mely hasonló retenciós és detektálási tulajdonságokkal rendelkezik, mint a mérendő alkotó 2; A relatív érzékenység meghatározásához elő kell állítani a mintaoldatot, amely ismert mennyiségben tartalmazza a mérendőt és a belső standardot 3; Az ismeretlen oldathoz hozzáadjuk a belső standardot szintén ismert mennyiségben 4; Előnye: kiküszöböli a térfogatos mintabevitel hibáját!

Az eredmény számítása és megadása mi; ms: tömegek, i a mérendő, s a belső standard Ai; As: csúcsterületek, * a mintában mért mennyiség fi: relatív érzékenység t: Student-paraméter s: korrigált tapasztalati szórás n: mérések száma η: visszanyerési hatásfok

Ismeretlen minta mennyiségi meghatározása belső standard módszerrel Gyakorlat témája: Aromás hígító komponenseinek retenciós sorrendje különböző polaritású kolonnákon. Ismeretlen minta mennyiségi meghatározása belső standard módszerrel Bemutatott eszközök: Gázkromatográf, injektor, kapilláris és töltetes oszlop, FID detektor, adatfeldolgozó szoftver

Fontosabb alkalmazási területek Permanens gázok mennyiségi elemzése Szénhidrogénipari elemzések Környezetvédelmi analízis Gyógyszeripari elemzések Élelmiszerek, mezőgazdasági termékek gázkromatográfiás vizsgálata