Kromatográfia Ajánlott irodalom

Az előadások a következő témára: "Kromatográfia Ajánlott irodalom"— Előadás másolata:

1 Kromatográfia Ajánlott irodalom
Balla József: A gázkromatográfia analitikai alkalmazásai, Abigél Bt., Budapest, 1997. Fekete Jenő: Folyadékkromatográfia, BME jegyzet, Budapest, 2003. Gáspár Attila: Kapilláris zónaelektroforézis, DTE, Debrecen, 2000.

2 ilusztráció ilusztráció

3 Tswett első kromatogramja

4 104 illékony szerves anyag (VOC) gázkromatogramja
Minőségi mutató: retenciós idő (tR), Mennyiségi mutató: csúcsterület (A)

5 Kromatográfia előnyei
Pontos mennyiségi meghatározás , akár nyomnyi komponensekre is. A mátrix komponensek hatása kiküszöbölhető. Kicsi mintaszükséglet. Mennyiségi meghatározások több nagyságrendben. Számos vegyület meghatározható egy analízis alatt. Gyors módszer. On-line csatolás szerkezeti meghatározó (MS, NMR, IR) módszerekhez, Fejlett műszerezettség, automatizáltság.

6 Nyomnyi szennyezések pontos megállapítása

7 Nyomnyi mennyiségek meghatározása összetett mátrixból

8 Gyors analízisek

9 On-line GC/MS kapcsolás kiválasztott ion (SIM) módban

10 GC automata injektor Az automata injektor nem csak
az emberi felügyelet nélküli munkát teszi lehetővé, de a pontosságot is nagy mértékben javítja.

11 Kromatográfiás kifejezések
Retenciós idő: tR (minőségi jellemző) Holtidő: tm Csúcs felérték szélessége: wh Csúcsterület (A) (mennyiségi jellemző) Elméleti tányérszám (N, hatékonyság) N = 5,54 (tR/wh)2 Kapacitás arány(k) k = tR-tm/tm A csúcs Gaus görbe alakú

12 Kromatográfiás kifejezések
Szelektívitás = tR2’/ tR1’ Felbontás Rs = 1,177 (tR1-tR2)/(Wh1+Wh2) Rs : 1,5 alapvonal felbontás

13 Kromatográfiás folyamat
Kromatográfia elválasztási módszer. Kromatográfiában az állófázis és a mozgófázis között megoszlanak az anyagok megoszlanak egyensúlyi állandójuk szerint. A mozgófázis magával ragadja a vizsgálandó anyagot, amely így a beinjektálási ponttól a detektorig jut. Az állófázissal erősebb kölcsönhatással rendelkező anyagok később eluálódnak mint a gyengébb kölcsönhatással rendelkezők. Az anyagok vándorlásuk során egyre szélesebb tartományt foglalnak el.

14 Egy anyag megoszlása két egymással nem elegyedő fázis között
Kd = Cm/Cst = p/q E = KdV/(1 +KdV) Where Kd: megoszlási állandó C m: anyag koncentrációja a mozgófázisban Cst : anyag koncentrációja az állófázisban E: extrakciós arány V: fázis arány Két anyagot akkor lehet elválasztani ha megoszlási állandójuk nem egyenlő (Kdx ≠ Kdy).

15 Kromatográfiás kifejezések
Kd = k * β = k (Vm/Vst) Kd: megoszlási állandó β: fázis arány Vm: mozgófázis térfogata Vst: állófázis térfogata Egy anyag mennyisége a különböző fázisokban függ a megoszlási állandótól és a fázisok mennyiségétől.

16 Kövek a folyóban Kis kövek Víz áramlás (mozgó fázis) Nehéz kövek
Meder Víz áramlás (mozgó fázis) Nehéz kövek (álló fázis)

17 Két anyag elválasztása a kromatográfia alatt a lépcsős modell alapján

18 Minta megoszlása a mozgó és az állófázis között
K = q/p K:egyensúlyi állandó q: anyag koncentrációja az állófázisban p: anyag koncentrációja a mozgófázisban r: lépések száma

19 A minta eloszlása a mozgófázisban a kromatografálás folyamán

20 Anyagok elválása kromatografálás alatt
K▲ < K■ < K●

21 Kromatográfia folyamata
Koncentráció Idő Oszlophossz

22 A kromatográfiás csúcsok szélesedése a kromatográfia során
A csúcsok az analízis során egyre szélesednek: Az állófázisban lévő anyag lemarad a mozgófázisban lévőtől, mert a fázisból ki és a befelé diffúzió lassúbb mint a mozgófázis sebessége. Az mozgó és az állófázisban a keresztirányú diffúzió időigényes. Az áramlás nem egyforma az oszlopon. A rosszul öblített helyekről az anyagcsere lassú.

23 Egy csúcs megoszlása az állófázis és mozgófázis között folyamatos modellben
Az állófázisban lévő anyag lemarad a mozgófázisban lévőtől az anyagátadási ellenállás miatt, ezért e csúcsok egyre szélesebbek lesznek.

24 A csúcsok szélesedése a keresztirányú diffúzió lassúsága miatt
Az anyag kromatográfia során egyre szélesebb tartományt foglal el a diffúzió és az egyenlőtlen áramlás miatt.

25 Csúcsszélesedés az áramlás egyenlőtlensége miatt
Az oszlop különböző részein az minta más sebességgel halad.

26 Csúcsok szélesedése a rosszul öblített tartományban lévő lassú diffúzió miatt.
A diffúzió sokkal lassabb mint a konvekció.

27 Kromatográfia célja A vizsgálandó komponens a többi anyagtól váljon el és minél jobb jel-zaj viszony mellett legyen meghatározható, minnél rövidebb idő alatt. A jó elválasztás kompromisszumok eredménye. A csúcsok hegyessége adja a jó jel-zaj viszonyt és a jó felbontást. A szelektivitás adja a zavaró komponensektől való eltérő retenciót. A kapacitás arány mutatja az elválasztó erőt.

28 Felbontás függése k, n és  értékétől
P. Sandra JHRC 12 (1989) 82.

29 A felbontás javításának lehetőségei
Hatékonyság javítása Hosszabb oszlop Kisebb oszlopátmérő vagy szemcseméret Vékonyabb állófázis Optimalizált áramlás Nagyobb kapacitás arány (3-10) Vastagabb, erősebb állófázis Gyengébb mozgófázis (HPLC) Alacsonyabb analízis hőmérséklet (GC) Lassúbb program Nagyobb szelektivitás Szelektívebb álló és mozgófázis Alacsonyabb hőmérséklet Származékképzés

30 Hatékonyság kisebb oszlopátmérővel vagy kisebb szemcseátmérővel növekszik
GC Chirasil-Dex 10 m

31 Oszlophossz hatása Hosszabb oszlopon jobb felbontás, de hosszabb analízisek

32 Keskenyebb csúcsokkal (nagyobb hatékonyság) jobb az elválás
A kapillárisok kisebb áramlási ellenállása miatt sokkal hosszabb oszlopokat használatát teszi lehetővé, ami nagyobb hatékonyságot és ezért jobb felbontást biztosít.

33 Van Deemter egyenlet mutatja az áramlási sebesség és a hatékonyság összefüggését
HETP: high equivalent theoretical plate, L: oszlop hossz HETP: N/L () HETP =A +B/u + Cu A=Eddy Diffusion, B =Molecular Diffusion, C =Resistance to mass transfer, U =Linear velocity of gas(cm/s)

34 Kapacitás arány növelése állófázis filmvastagságának növeléséével
Vastag filmvastagságú oszlopokat illékony komponensek (benzin, formaldehid, VOC) analízisére használjuk.

35 Oldószererősség hatása fordított (C18) HPLCs állófázison
Az oldószererősség (mozgó fázis) csökkenésével nő a retenció, kapacitásarány és a felbontás.

36 Szelektivitás növelése alacsonyabb hőmérséklettel

37 A szelektivitás függése a hőmérséklettől
= tR2’/ tR1’ ln α = Δ(ΔS0)/R- Δ(ΔH0)/RT α: szelektivitás S: entropia H: entalpia R: gáz állandó T: abszolult hőmérséklet

38 Szelektivitás növelése származékképzéssel
GC Oszlop: 10 m x 0.1 mm CSP: Chirasil-Dex Vivő gáz: H2 Hőmérséklet: 180C Ebben az esetben a gyűrűs származéknak a legnagyobb a szelektivitása a merev szerkezet miatt.

39 Szelektivitás változtatása az állófázissal

40 Izokratikus vagy izoterm körülmények között a hatékonyság azonos a kromatogram egész hosszán
A hatékonyság a rendszert jellemzi.

41 Felbontási értékek

42 Felbontás csúcsarány összefüggés eltérő nagyságú csúcsoknál
Több nagyságrend eltérést mutató csúcsok jó elválásához legalább Rs 2,5 érték kell.

43 A „kis csúcs elöl” gyakorlat fontos a nyomnyi szennyezések megállapításánál
GC Nem csak a szórás, de az abszolult érték is más. Ok a tailing, ami a csatlakozás és adszorpciós helyek. A: 20 m x 0,2 mm, ChNEB, 160° C. B: 20 m x 0,2 mm, ChDA, 150° C.

44 Csúcstorzulások is rontjál az elválást

45 A csúcsok asszimetriájának mértéke

46 Mennyiségi értékelés alapjai
Kromatográfiában a mennyiségi értékelés alapja a csúcsterület. Egy csúcs területét az időközönként vett jelek összege adja. Paraméterek: Treshold (nagyság meredekség) Meredekség Gyakoriság Alapvonal korrekció

47 Nem kellően elvált csúcsok területének meghatározása bizonytalan
V.R. Meyer, Chromatographia 40 (1995) 15.

48 Asszimetrikus csúcsok hibás mennyiségi értékelést adhatnak

49 Mennyiségi értékelés a környezetvédelemben
Környezetvédelmi mintáknál mindig kell kísérő standardot (surrogate standard) használni, hogy a minta-előkészítés során lévő veszteségeket kompenzáljuk. Az integrálás alapja a súlyarányok (standard/minta) arányában felvett csúcsterület arányok kalibráló sor (legalább 5 pont). A méréssorozatoknál a minták méréwse közben ellenőrizni kell a kalibráló sor stabilitását (minőségi kontrol. QC). Gyakran az injektálási standard is fontos.

50 Túlteterhelés Ha a minta mennyisége valamelyik fázisban eléri a telítési koncentrációt torzult csúcsok lesznek a kromatogramon. Túlterhelésből eredő hibák: Megváltozott retenciós idők Hibás csúcs terület számítás

51 Túlterhelés hatása

52 Túlterhelés következményei

53 Túlterhelés rontja az elválasztást

54 Kis mintamennyiség is túlterhelheti a kromatográfiás rendszert
Oszlop: 10 m x 0.1 mm CSP: Chirasil-Dex Vivő gáz: H2 Hőmérséklet: 170C Származék: ciklikus dikarbonát GC Extrém eset, általában 1-2 nagyságrenddel jobb.

55 Oszlopátmérő (kapacitásarány) és a terhelhetőség összefüggése
Szélesebb oszlopátmérő nagyobb terhelhetőséget, de kisebb felbontást ad.

56 Kromatográfia felosztása mozgófázis szerint
Gázkromatográfia, (GC) Folyadékkromatográfia (LC), nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC) Szuperkritikus oldószeres kromatográfia (SFC) Elektrokinetikus kromatográfia (EKC) kapilláris elektrokinetikus kromatográfia (CEC)

57 Kromatográfia felosztása oszlop szerint
Töltetes oszlop kromatográfia Kapilláris oszlop kromatográfia Chip kromatográfia Vékonyréteg kromatográfia (TLC) Kromatográfia felosztása kölcsönhatások szerint Megoszlásos kromatográfia Adszorpciós kromatográfia Kizárásos, gél (exclusion) kromatográfia Ioncserés kromatográfia

58 Kromatográfiában leggyakrabban használt oszlopok jellemzői
Tulajdonság Oszloptípus Kapilláris Töltetes Előny Nagy hatékonyság Terhelhetőség Oszlop hossz CE: 0,05 –0,5 m GC: m 0,05 – 0,5 m Rs> 1,5- höz szükséges  1,01-1,03 1,1-1,3 Alkalmazott állóf és mozgófázisok Kevésbé szelektív, gyors (ciklodextrinek) Nagy szelektivitású (cellulózok) Kromatográfiás mód GC, SFC, EKC HPLC, SFC, CEC

59 Kromatográfiás módok összehasonlítása

60 Különböző kölcsönhatási erők szerepe egyes kromatográfiás módokban
Ideális kromatográfiás módok egyes anyagokra GC Könnyenilló, hőstabil vegyületek HPLC Poláros, nehezen illó, hőre bomló vegyületek CE Ionos vegyületek

61