Műszeres analitika Kromatográfia http://tp1957.atw.hu/ma_50.ppt Petrik Lajos Két Tanítási Nyelvű Vegyipari, Környezetvédelmi és Informatikai Szakközépiskola tananyaga Szakmai gyakorlat/műszeres analitika tantárgyból

Kromatográfia – tartalom 0 Története 1 Fogalma 2 Fajtái 3 Alapfogalmai 4 Származtatott mennyiségek 5 Minőségi és mennyiségi értékelés 6 A kromatográfok felépítése 7 Gázkromatográfia 8 Folyadék-kromatográfia

A kromatográfia története A papiros-kromatográfiát Runge német vegyész alapozta meg, aki színes oldatokat cseppentett szűrőpapír közepére, melynek eredményeként koncentrikus formájú alakzatokat és színeket kapott (1855). Mihail Szemjonovics Cvet levélkivonatokkal dolgozott, adszorbensként többek közt kalcium-karbonátot használt. Az átengedett zöld oldat rózsaszínűvé vált, vagyis már csak a karotint tartalmazta, a többi az oszlopon maradt. Az oszlopon különböző színű gyűrűk kialakulását is megfigyelte, melyek különböző anyagok jelenlétét mutatták. Ha több oldószert engedett át az oszlopon, akkor a gyűrűk elváltak, esetleg újabbak keletkeztek, s fokozatosan szélesedve mentek lefelé. Ezzel a módszerrel az addig feltételezett két zöld pigmentet elválasztotta (klorofill a és b). Cvet első kromatográfiás szűrője Móricz M. Ágnes: Egy botanikus színlátása – Biokémia XXX. évf. 1. szám 2006. március

A kromatográfia története A Cvet által használt többoszlopos kromatográfiás szűrő prototípusa, melyben egyszerre 5 oszlopot is használhatott, s pumpa segítségével kis nyomást is tudott létrehozni a rendszerben, ezzel meggyorsítva az elválasztást, s előre vetítve a HPLC (nagy hatékonyságú folyadék-kromatográfia) és OPLC (túlnyomásos réteg-kromatográfia) technikák lehetőségét. Izoláláshoz a kis üvegcsövekből (3–4 cm hosszú, 2–3 mm belső átmérőjű) fabottal óvatosan kinyomta a színes sávokat tartalmazó adszorbenst, s szikével való feldarabolás után megfelelő oldószerrel leoldotta az elválasztott anyagokat a korongokról. Móricz M. Ágnes: Egy botanikus színlátása – Biokémia XXX. évf. 1. szám 2006. március

A kromatográfia magyar vonatkozásai 1934 körül a Pécsi Tudományegyetemen Zechmeister László és Cholnoky László számos növényből kinyert festéket választottak el oszlopon. Zechmeister és Cholnoky nevéhez fűződik az első kromatográfiás tankönyv megírása: Zechmeister L., Cholnoky L. (1937) Die chromatogra-phische Absorptionsmethode. (Wien, 1937, 1938; London, 1943, 1948), mely a kromatográfia gyors fejlődésének volt az alapja. Ettől számítható a kromatográfia széles körű elterjedése, virágzása, s az azt alkalmazó szerves és biokémia gyors fejlődése, mely az utóbbi néhány évtizedben különösen felgyorsult. Móricz M. Ágnes: Egy botanikus színlátása – Biokémia XXX. évf. 1. szám 2006. március

A kromatográfia fogalma Többfokozatú, nagyhatékonyságú, dinamikus elválasztási módszerek gyűjtőneve, melyek szorpciós – deszorpciós folyamatokon alapulnak. Közös elem: az elválasztandó komponensek az egymással érintkező két fázis között oszlanak meg, ezek közül az egyik áll, a másik pedig meghatározott irányba halad. Álló fázis (kolonna, oszlop, réteg) Mozgó fázis (eluens)

A kromatográfiás módszerek felosztása 1. 1. A szorpciós folyamat szerint: adszorpciós abszorpciós (megoszlásos) ioncsere gél 2. A fázisok halmazállapota szerint Álló fázis Mozgó fázis Szilárd Folyadék Gáz Gáz – szilárd kromato-gráfia v. adszorpciós gázkromatográfia Gáz – folyadék kromato-gráfia v. abszorpciós gázkromatográfia Adszorpciós folyadék-kromatográfia, ioncserés kromatográfia, gélkromatográfia Megoszlásos folyadék-kromatográfia

Adszorpció és abszorpció Megoszlás a fázisok belsejében Megoszlás a fázisok érintkezési felületén

A kromatográfiás módszerek felosztása 2. 3. Technikai elrendezés szerint oszlop-kromatográfia síkkromatográfia papiros-kromatográfia vékonyréteg kromatográfia 4. Detektálás módja szerint hagyományos színes anyag „előhívás” (vegyszer) UV-fény műszeres

A kromatográfia folyamatai A mozgófázisba pillanatszerűen bejuttatott minta összetevői az álló és a mozgó fázis között megoszlanak, az álló fázison eltérő mértékben kötődnek. Az álló fázishoz nagyobb affinitású minta-összetevők több időt töltenek el az álló fázisban, lemaradnak, míg a kisebb affinitásúak gyorsabban érik el az oszlop végét. A sokszoros szorpció – deszorpció, a több fokozatúság kis megoszlás-különbségű minta komponensek elválását is lehetővé teszi.

Kromatográfiás alapfogalmak A kromatogram (elú- ciós függvény): diagram, amin a detektorjel van az idő függvényében. Jelölések: x tengelyen: idő (elúciós idő) y tengelyen: a detektorjel intenzitása tR: retenciós idő (komponensenként eltérő – minőségi információ) tM: holtidő (az eluens megjelenésének ideje) h: csúcsmagasság h1/2: csúcsmagasság fele w: csúcsszélesség w1/2: csúcsszélesség a csúcsmagasság felénél tM

Kromatográfiás származtatott mennyiségek VR : retenciós térfogat (az adott komponensnek a kolonnán történő átviteléhez szükséges eluens térfogata) VR = v.tR (v: az eluens térfogatárama) VM: holttérfogat (= v.tM) A retenciós idő nagyon sok tényező függvénye (pl. eluens áramlás), ezek egy része számítással kiküszöbölhető. tR’ = tR - tM: redukált retenciós idő, mértékegység k’: retenciós tényező: az adott komponens állófázisban (nS) és mozgófázisban (nM) levő anyagmennyiségének aránya, illetve a komponens két fázisban eltöltött idejének hányadosa: Ez már független az elúció sebességétől.

A gázkromatográf elvi felépítése

A gázkromatográf elvi felépítése

A gázkromatográf elvi felépítése

A gázkromatográf elvi felépítése

A folyadék-kromatográf elvi felépítése Minta adagoló Eluens tároló Eluens továbbító (pumpa) Oszlop (kolonna) Detektor Jel feldolg. termosztált rész

Izokratikus és gradiens elúció

Az injektor Az injektorba bejut-tatott anyag pillanat-szerűen elpárolog és egészében vagy részben az oszlopra kerül. Az injektort ennek megfelelően a legkevésbé illé-kony összetevő for-ráspontja fölé kell fűteni. Az injektor hőkapacitása nagy, hogy a párologtatás ne hűtse le.

Kapilláris kolonna

Mintahurok (főként HPLC-hez) oszlop minta pumpa hulladék

Detektorok GC-hez: általános: gázsűrűség-mérleg, hővezetési (TCD) minden szerves anyaghoz: lángionizációs (FID) sok szerves anyaghoz: fotoionizációs (PID) halogéntartalmú anyagokhoz: elektron-befogásos (ECD) P és S vegyületekhez: lángfotometriás (FPD) N és P vegyületekhez: termoion detektor (NPD) HPLC-hez: általános: refraktometriás (RI) szerves vegyületekhez: UV – VIS – IR fotometriás, illetve diódasor detektor fluoreszcenciás detektor ionokhoz: elektromos vezetési

A hővezetési detektor elve

Lángionizációs detektor (FID) A hidrogén – levegő láng-ban a szerves anyagokból láncreakciók során külön-böző termékek keletkez-nek: CxHy → … → HC· HC· + O2 → HCO· + ·O· HCO· → +HCO + e– +HCO + H2O → CO + H3O+ A töltött részecskéktől a láng vezetővé válik, a vezetés mértéke a szerves anyag mennyiségétől függ.

Detektorok GC-hez: általános: gázsűrűség-mérleg, hővezetési (TCD) minden szerves anyaghoz: lángionizációs (FID) sok szerves anyaghoz: fotoionizációs (PID) halogéntartalmú anyagokhoz: elektron-befogásos (ECD) P és S vegyületekhez: lángfotometriás (FPD) N és P vegyületekhez: termoion detektor (NPD) HPLC-hez: általános: refraktometriás (RI) szerves vegyületekhez: UV – VIS – IR fotometriás, illetve diódasor detektor fluoreszcenciás detektor ionokhoz: elektromos vezetési

UV-VIS detektorok (H- és a Z-cella)

A vezetőképességi detektor működési elve