Elválasztástechnikai Kutató és Oktató Laboratórium kv1n1lv1 Bemutatkozás

Elektroforetikus módszerek Kromatográfia Olyan módszerek, ill. folyamatok gyűjtőneve, melyekben a komponenseknek egy álló fázis és egy azon keresztül áramló mozgó fázis közötti megoszlása következtében megy végbe a komponensek térbeli elkülönülése (szétválása). Elválasztástechnika Kromatográfia GC HPLC TLC OPLC … Elektroforetikus módszerek Extrakciós módszerek Centrifugálás Szűrés Dialízis Liofilizálás Szitálás …

Kromatográfiás módszerek csoportosítása gáz folyadék gáz/szilárd gáz/folyadék töltetes kapilláris folyadék/szilárd folyadék/folyadék (megoszlási) oszlop planáris normál fázisú fordított fázisú ioncserélő méret kizárásos affinitás ionpár

A detektor jelének intenzitása az idő függvényében. A kromatogram Kromatogram: A detektor jelének intenzitása az idő függvényében. Jel Idő

A kromatográfiás csúcs T = a/b Szimmetria faktor h 0,5 h 2s 0,6 h =Wi Ideális esetben: T = 1 W1/2 W=4s a>b: leading b>a: tailing a b a>b: leading b>a: tailing 0,1 h alapvonal Gauss görbe

A B tR A C tR B D tR C tR D t0 tR t0 A KROMATOGRAM Korrigált retenciós idő: B tR A C tR B D tR C tR D Holt idő: a komponensek mindegyike ennyi időt tölt a mozgófázisban t0 tR Retenciós idő: az injektálástól a csúcsmaximum megjelenéséig eltelt idő t0 Holtidő: a retencióval nem rendelkező komponens „retenciós” ideje

Retenciós tényező (=kapacitás faktor) k, α, R Retenciós tényező (=kapacitás faktor) Elválasztási tényező (=szelektivitási tényező) Felbontás

Ismétlés vége

A kromatográfia NEM egyensúlyi folyamat! Tányérelmélet A desztilláció analógiájára A desztillációs folyamat során az elválasztás egyensúlyi fokozatok sorozatából tevődik össze, ahol egyensúlyi fokozaton, azaz elméleti tányéron a rektifikáló oszlop azon szakasza értendő, ahol a két fázis egyensúlyba jut. 1 – metán 2 – acetilén 3 – etilén 4 – etán 5 – metil-acetilén 6 – propilén 7 – propán Ezt oly módon alkalmazták a kromatográfiás folyamatra, mintha a mozgófázis a komponenseket az oszlopon az egyik egyensúlyi állapotból egy következő egyensúlyi állapotba öblítené. A kromatográfia NEM egyensúlyi folyamat!

Csak adott komponens és kromatográfiás rendszer párosára értelmezhető! TÁNYÉRSZÁM tR nagy Sok idő a csúcsszélesedésre Tányérszám Effektív tányérszám Csak adott komponens és kromatográfiás rendszer párosára értelmezhető!

HEPT: Elméleti tányérhossz azaz Height Equivalent to a Theoretical Plate HEPT:

Longitudinális diffúzió az álló és a mozgó fázisban Sebességi elmélet Diffúzió Longitudinális diffúzió az álló és a mozgó fázisban Áramlásprofil kialakulása Eddy diffúzió Anyagátadási ellenállás

Elméleti tányérmagasság: Lineáris áramlási sebesség: A van Deemter egyenlet Elméleti tányérmagasság: Lineáris áramlási sebesség: q a szemcsék közötti holt térre jellemző állandó Dg a komponens diffúziós állandója a mobil fázisban k retenciós tényező df az állófázis filmvastagsága Df a komponens diffúziós állandója az állófázisban

A csúcsszélesedés további lehetséges okai Az injektor és oszlop valamint az oszlop és a detektor közötti térben a lamináris áramlás és a lehetséges holtterek miatti elkenődés A detektorban előfordulhat ún. „visszakeveredés” Az injektor nem ideális „négyszög”-jelet produkál, hanem egy viszonylag meredek felfutású és viszonylag lassú lefutású csúcs-alakú jelet Az elektronika hibája (nem elég gyors, nem megfelelő csillapítás stb.)

Alap egyenlet Hatékonyság Szelektivitás Kapacitás

A gázkromatográf felépítése Gas Purifiers Injection Port Regulators Detector PC The main components of a gas chromatograph are shown above. The next page reviews the definitions for these components. Column Carrier Hydrogen Air Gas

HP 5890

Agilent 7890

Carrier Injection Column Gas Port Column Integrator Detector Data Fűtött egységek Heated to Vaporize Sample Heated to Control Separation Carrier Gas Injection Port Column Column Integrator Detector The GC requires at least three, distinct heated zones. Each zone is heated independently and for different reasons. The injection port is heated in order to vaporize the sample. Remember, the sample must be in the vapor state in order to be introduced to the column and to travel through the column. The column is heated to control the separation. Column temperature will prove to be one of the most powerful tools in adjusting the chromatography. The detector is heated simply to keep it clean. The detector temperature should be maintained above the column temperature at all times in order to prevent the sample components from condensing in the detector. Data System Heated to Keep Clean

Gázkromatográfiás oszlpok Töltetes Kapilláris Porous Layer Open Tubular (PLOT) Wall Coated Open Tubular (WCOT) WCOT (narrow) WCOT (wide) Megabore <1 ng/csúcs 1 ng/csúcs 10 ng/csúcs 100 ng/csúcs Mintakapacitás 5-90 1-40 1-20 10-90 Nyomásesés (psi) 0.3-8.0 1-15 4-30 10-60 Áramlási sebesség (ml/min.) .05-0.2 0.25-0.32 0.530 2-4 I.D. (mm) 5-100 0.5-10 Hossz (méter) Kapilláris Töltetes

Milyen a jó oszlophossz?  R L  t L  R

Kapilláris oszlop

A gáz-szilárd kromatográfia álló fázisai Szervetlen adszorbensek: Aktív szenek Al2O3 (alumina) Szilikagél Molekula sziták (Molecular sieve 5A, Linde 13X stb.) Szerves adszorbensek: Sztirol-divinil-benzol kopolimer különböző típusai Például: Chromosorb 101-108 sorozat, Porapak Q

A gáz-folyadék kromatográfia állófázisai Szerkezet Néhány gyártó cég márka jelzése Alkalmazhatóság hőmérséklet tartománya (C) HP-1, SPB-1, RTX-1, DB-1, CP-Si5CB, OV-1 -60 – 320 HP-5, SPB 5, RTX-5, DB-5, CP-Sil8CB, OV-5 20 – 280 HP 20M, Carbowax 20M, Supelcowax 10, CP-WAX52CB, RTXWax 20 – 250 SP 2330 RTX 2330 D23 40 – 230 Poli-dimetil-sziloxán (PDMS) Poli-fenil-metil-sziloxán Poli-etilénglikol (PEG) Ciano-propil-sziloxán

Az állófázis szelektivitása C11 4-chlorophenol 1-decylamine C13 methyl caprate C14 acenaphthylene 1-dodecanol C15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5% phenyl methyl silicone (e.g. DB-5) 50 % phenyl methyl silicone (e.g. DB-17) Structure of acenaphthylene:

A gázkromatográf felépítése Gas Purifiers Injection Port Regulators Detector PC The main components of a gas chromatograph are shown above. The next page reviews the definitions for these components. Column Carrier Hydrogen Air Gas

A hőmérséklet hatása a retenciós időre

HŐMÉRSÉKLET-PROGRAMOZÁS Csúcsszélesedés oszlop: 80cm x 2mm ID, Carbosieve B 80/100, 200°C izoterm A HŐMÉRSÉKLET-PROGRAMOZÁS segít 1 – metán 2 – acetilén 3 – etilén 4 – etán 5 – metil-acetilén 6 – propilén 7 – propán

Egy oszlop doboza

A gázkromatográfiában mindig GÁZ! Mozgófázis A gázkromatográfiában mindig GÁZ!

Mozgófázis Average Linear Velocity (cm/sec) HETP (mm) 1.2 1.0 .8 .6 .4 10 20 30 40 50 60 70 80 90 N He H 2 Nitrogen (58 cm/sec) Helium Hydrogen R = 1.17 R = 1.37

A gázkromatográf felépítése Gas Purifiers Injection Port Regulators Detector PC The main components of a gas chromatograph are shown above. The next page reviews the definitions for these components. Column Carrier Hydrogen Air Gas

A minta lehet: gőz, gáz vagy folyadék Injektálás A minta lehet: gőz, gáz vagy folyadék Követelmények: Reprodukálható Reprezentatív (minőségileg és mennyiségileg is) Mintabemérő hurok Fecskendő Egyéb

Mintabemérő hurok A hurok feltöltése Vivőgáz be Minta be Vent oszlop

Mintabemérő hurok Injektálás Vivőgáz be Minta be Vent oszlop

split/splitless injektor programozható hőmérsékletű injektor Injektor típusok Töltetes oszlop on column injektor Kapilláris oszlop split/splitless injektor programozható hőmérsékletű injektor On column injektorról mese Minta-előkészítéssel egybekötött injektálási technikák (pirolizátor, TDU…)