Transcript Optické a separační metody

Separační metody
Optické a separační metody
Obsah přednášky

Chromatografie





Plynová
Kapalinová
Další
Elektromigrační metody
Hmotnostní spektrometrie
Separační metody





Separace – dělení
Vzorek - směs více látek
Získání minimálně 2 podílů o rozdílném
složení
Filtrace, krystalizace, centrifugace, destilace
Chromatografie, elektromigrační metody, MS
Separační metody
Dělení podle principu

Fázové rovnováhy






Rozdíly v rovnovážné distribuci složek mezi 2 fáze
(g)-(l): destilace, plynová chromatografie (GC)
(g)-(s): sublimace, GC, molekulová síta
(l)-(l): extrakce, kapalinová chromatografie (LC)
(l)-(s): zonální tavení, frakční krystalizace, LC, molekulová síta
Rychlostní procesy



Rozdíly v rychlosti pohybu složek
Membránové separace: ultrafiltrace, osmóza, (elektro)dialýza
Separace polem: elektroforéza, MS
Separační metody
Fázové rovnováhy


Rozdělení mezi 2 nemísitelné fáze
Adsorpce na polárních sorbentech a
chemisorpce





Zachycování molekul na povrchu tuhé fáze
Adsorpční centra – místa záchytu
Van der Waalsovy síly - fyzisorpce
Chemické reakce – chemisorpce
2 fáze:
1) vytěsnění adsorbovaných molekul mobilní fáze
2) tvorba monomolekulární vrstvy adsorbovaných molekul

Adsorpční izotermy: Langmiurova, Freundlichova
Separační metody
Fázové rovnováhy

Iontová výměna






Sorbent, který zachycuje určitý typ iontů, zároveň
uvolňuje jiný
Anexy
Katexy
Pevné látky, příp. gely
Použití pro ionty kovů
Sítový efekt



Molekulová síta
Sorbent s definovanou velikostí pórů
Separace plynů podle velikosti molekul nebo atomů
Chromatografie





Chromatus+graphein
Historicky – dělení podle barev
Michail Cvet – separace rostlinných barviv,
kolona s CaCO3
Založeno na distribuci mezi 2 fáze: pevnou
(stacionární) a pohyblivou (mobilní)
Postupné mnohonásobné opakování
rovnovážných stavů
Chromatografie
Separační principy

Adsorpční chromatografie


Rozdělovací chromatografie


Stacionární – (s), mobilní – (l)(g)
Iontově-výměnná chromatografie


Stacionární – (l), mobilní – (l)(g)
Chemisorpční chromatografie


Stacionární – (s), mobilní – (l)(g)
Stacionární – (s), mobilní – (l)(g)
Gelová permeační chromatografie

Stacionární – (s), mobilní – (l)(g)
Chromatografie
Základní dělení

Kapalinová chromatografie


Mobilní fáze – kapalina
Plynová chromatografie

Mobilní fáze - plyn
Chromatografie

Dynamická teorie chromatograf. procesu




Teoretické patro – 1 ustavení rovnováhy
HETP – výška ekvivalentní teoretickému patru
Van Deemterova rovnice:
HETP = A+B/µ + Cµ




µ….rychlost průtoku mobilní fáze
A…parametr, turbulentní proudění
B…parametr, difúze
C…parametr, působení proti dufúzi
Chromatografie
Plynová


Mobilní fáze – plyn (H2, He)
Stacionární fáze




Sorbent – adsorpční ch.
Kapalina – rozdělovací ch.
Molekulové síto – ch. na molekulových sítech
Dávkování vzorku





Plyny
Zplyňování roztoku – zplyňovací komůrka zahřívána
Injekční port
Septum
6 cestný ventil
Chromatografie
Plynová



Kolona – dělení
Kolona i detektor termostatovány – teplotní program
Kolony pro GC:

Náplňové





Stacionární fáze – pevný sorbent
Aktivní uhlí, silikagel, polymery, molekulová síta, velký povrch
Průměr kolony 2 – 5 mm, délky 1 – 5 m, nerez ocel, sklo
Dělení plynů
Náplňové pro rozdělovací GC



Stacionární fáze – kapalina
Uhlovodíky, methylsilikonové oleje
Potažená stěna kapiláry, inertní nosiče – křemelina, SiO2
Chromatografie
Plynová

Kolony pro CG:

Kapilární kolony

Pro adsorpční GC




Pro rozdělovací GC





Tenká vrstva pevného sorbentu na vnitřní stěně kapiláry
PLOT – porous layer open tubular
Průměr < 1 mm
Film kapalné stacionární fáze na vnitřní stěně kapiláry
WCOT – wall coated open tubular
Mnohem menší vnitřní průměr
Dávkování vzorků ve velmi malých množstvích
Dělení složitých směsí
Chromatografie
Plynová

Detektory

Tepelně vodivostní detektor (TCD)



Univerzální, široký rozsah
Nízká citlivost, měření odporu
Plamenově ionizační detektor (FID)




Univerzální, citlivější než TCD
Pro organické látky
Vzduch-vodíkový plamen
Nosné plyny: NH3, CS2, CO, O2, CO2, H2
Chromatografie
Plynová

Detektory GC

Detektor elektronového záchytu (ECD)




Jedny z nejčastějších
β-zářič (63Ni)
Nosný plyn nesmí elektrony zachycovat
Organické látky s halogeny, nitroskupinami, bifenyly
Chromatografie
Plynová - aplikace




Analýzy plynů
Analýza snadno zplynitelných látek
Spojení GC-MS: pomlčkové metody
Oblast životního prostředí


Klinická a toxikologická analýza



Pesticidy
Drogy, léčiva, alkohol
Analýza ropných produktů
Analýza potravin, kosmetických přípravků
Chromatografie
Plynová
Chromatografie
Kapalinová

Mobilní fáze – kapalina


Stacionární fáze – pevná, kapalná



Plošné uspořádání – tenkovrstvá, papírová ch.
Kolonové uspořádání
Tenkovrstvá ch.


Elektrolyty, rozpouštědla
Silikagel, Al2O3 vrstva na nosiči
Papírová ch.








Papír – sorbent – uchycování látek
Speciální papíry
Sestupné/vzestupné uspořádání
Použití pro kvalitu ne kvantitu
Uzavřená nádoba – zabránění odpařování rozpouštědla
Retardační faktor
Rf = b/a
a…start-čelo; b…start-skvrna
Identifikace aminokyselin, přírodní barviva
Chromatografie
Kapalinová

Kolonové uspořádání


HPLC, UHPLC – vysoká účinnost
Instrumentace





Vysokotlaké čerpadlo
Dávkovací ventil – vícecestný, dávkovací smyčky
Kolona – může a nemusí být termostatovaná
Kolony mnohem kratší než u GC
Detekce
Chromatografie
Kapalinová

Kolony






Silikagel, Al2O3, aktivní uhlí
Polymerní sorbenty
Ionexy
Hydrofobní gely
Methakrylátové kopolymery
Detektory


Univerzální detektory – změna fyzikálně chemických
vlastností – refraktometrie, vodivost ad.
Selektivní – UV-VIS, voltametrie, MS
Chromatografie
Kapalinová - aplikace







Převážně HPLC
Separace a stanovení peptidů, aminokyselin,
organických kyselin
Léčiva, barviva, pesticidy, PAU
Fenolické látky
Klinická biochemie, potravinářství
Kontrola ŽP
Farmakologické studie
Chromatografie
Kapalinová
Další typy chromatografií

Iontová chromatografie







Podobná HPLC
Dělení polárních látek, iontů
Stacionární fáze – iontoměnič
Mobilní fáze – vodný roztok iontů
Užití elektrochemických detekčních metod
Vzorky podobné elektromigračním metodám
Size exclusion chromatografie




Rozdělování na základě velikosti molekul
Stacionární fáze – pórovité látky (molekulová síta)
Instrumentace podobná HLPC
Nedosahuje účinnosti HPLC
Elektromigrační metody


Princip: rozdíl v rychlosti migrace nabitých
částic v elektrickém poli
Základní uspořádání
Katodový prostor – separační prostor – anodový prostor

Kapilární zónová elektroforéza

Kapilární izotachoforéza
Kapilární zónová elektroforéza




Stejný základní (nosný) elektrolyt v celém systému
Vysoké napětí (30 – 60 kV)
Směs iontů (kationty a anionty) se rozdělují v pořadí
daném různou rychlostí migrace – vytváření zón
Instrumentace:

Křemenné kapiláry
Dávkování – mikro – nanolitry

Detekce: UV-VIS, flourometrická, vodivostní, MS


Výstupní signál – elektroforegram – v závislosti na čase


Výška/plocha – úměrná množství
Plocha podle času - kvalita
Elektroforéza
Kapilární izotachoforéza


Kapiláry
2 elektrolyty





Vedoucí L – nejvyšší pohyblivost
Zakončující T – nejnižší pohyblivost
Látky se dělí do zón pohybujících se stejnou
rychlostí
Rozdělování jen látek, které jsou stejně
nabité
Detekce stejná jako u elektroforézy
Izotachoforéza
Elektromigrační metody
Aplikace









Laboratoře klinické biochemie
Potravinářství, zemědělství
Léčiva
ŽP
Aminokyseliny, mastné organické kyseliny
Anorganické anionty a kationty
Fenolické látky
Vitamíny
Pesticidy
Hmotnostní spektroskopie - MS





Nejedná se o optickou metodu
Dělící metoda
Dělení podle hmotnosti a náboje
I = f(m/z)
Princip:



Ionizace látky – přidání velkého množství energie
Urychlení iontů v elektrickém poli
Separace v magnetickém poli (m/z)
Hmotnostní spektroskopie – MS
Hmotnostní spektrum

Čárové spektrum
Závislost iontového proudu dopadajícího na
detektor na poměru m/z

Aplikace:




Organická analýza
Detekce a identifikace látek ve stopovém množství
GC-MS, HPLC-MS
Hmotnostní spektrometrie
Dělení iontů





Magnetické pole
Kvadrupólový detektor
TOF
Orbitrap
Iontová past
Hmotnostní spektrometrie
Typy ionizace

Vakuové ionizace

Elektronová


Chemická


Těkavé látky
Reagenční plyn
MALDI (Matrix-assisted laser desorption
ionization)


Analyt v pevné organické matrici
Laser
Hmotnostní spektrometrie
Typy ionizace

Atmosférické ionizace

Termická ionizace


Spray ionizace




Ar plasma
Často v kombinaci s HPLC
ESI – electrospray ionization
APCI – atmospheric pressure chemical ionization
Fotoionizace
Hmotnostní spektroskopie - MS
Pro dnešek vše 