Transcript GC 1
Gázkromatográfia Dr. Balla József: A gázkromatográfia analitikai alkalmazásai Katherine K. Stenerson: Basic Capillary GC Theory and Practical Troubleshooting (Sigma- Aldrich, Supelco) Shimadzu: Basic theory of GC Introducing the Agilent 7890A Gas Chromatograph Kromatográfiás módok összehasonlítása Kölcsönhatások típusa Diszperziós erők is fontosak a GC-ben, főleg apoláris vegyületeknél. A gáz szilárd kromatográfiában a felületi adszorpciós erők játszanak szerepet. Különböző kölcsönhatási erők szerepe egyes kromatográfiás módokban Ideális kromatográfiás Módok egyes anyagokra GC Könnyenilló, hőstabil vegyületek HPLC Poláros, nehezen illó, hőre bomló vegyületek EKC Ionos vegyületek A gázkromatográfia túlnyomórészt (70-95%) Forrpont szerinti szelektivitást mutat. A felbontást befolyásoló tényezők A GC-ben főleg a hatékonyság javításával lehet elválasztást elérni a hosszú oszlopok miatt Az ideális tartomány GC-ben: n, 100000; k, 3-10; , 1.03-1.5 a kapilláris GC-ben A zónaszélesedés kapillárisban A gázban jelentős a kereszt és hosszirányú diffúzió. Nagy sebességnél a lamináris áramlási profil is jelentős zónaszélesedést okoz. Zónaszélesedés a lassú anyagátadás miatt A nagy áramlási sebesség miatt az állófázisnak is gyorsnak kell lenni, nehogy a mozgófázisban és az állófázisban lévő zónák túl elszakadjanak egymástól. Az állófázisok flexibilis (szilikon, polietilén glikol)polimerek GC általános elvei • Hosszú, aránylag „nagy” átmérőjű oszlopokat használ a GC. A töltetes oszlopoknak csak kis szerepe van a GC-ben. • A GC-s oszlopok aránylag kevéssé terhelhetőek. • Rugalmas (gyors diffúziót biztosító) állófázisok kellenek). • Az állófázisoknak hőstabilnak kell lenni, mert sokszor magas (350°C) hőmérsékleten dolgozunk, mivel a mozgófázis „erősségét” hőmérséklet emelésével lehet növelni. • Általában a mintabeadagolás, (injektálás) szerves oldószeres oldatból (0,2 – 5µl) gyors elpárologtatással történik. Gázkromatográf A mozgófázist lehet hidrogén generátorral is előállítani. Van Deemter görbék HETP: high equivalent theoretical plate (L/n). Az optimális gázsebesség kompromisszumok eredménye A magasabb diffúzitású gázok (kisebb molekula súlyúak) nagyobb analízis sebességet tesznek lehetővé. Magasabb hőmérsékleten csökken a gázok diffúzitása. A legjobb vivőgáz a H2 Azonos vivőgáz sebességnél a H2 a leghatékonyabb. H2 –vel lehet a leggyorsabb analíziseket elérni. Gázellátó rendszerek 99,99% tisztaságú inert gázok kellenek. A gázokat még tovább kell tisztítani csapdákkal. A nyomáscsökkentők membránja fémborítású. H2 gáz miatt elektronikus eresztésriasztót is gyakran alkalmaznak. Elektronikus nyomásszabályzás nagy reprodukálhatóságot kinál A mai rendszerek a nyomást hozzáigazítják a retenciós idő csúszásához. „Koszos” gázok hatása Oxigén és víz hatására a polimer állófázis láncai rövidülnek, és összetételük változik. Kolonnatér (kemence) Izoterm temperature temperature Ahhoz, hogy egy anyag haladjon az oszlopon legalább 15 Hgmm parciális nyomással kell rendelkeznie. Az anyagok parciális nyomása megnövelhető hőmérséklet emeléssel. A kolonna térnek pontosan szabályozott egyenletes hőmérsékletűnek kell lenni. Hőmérséklet program Az elválasztást befolyásoló tényezők GC analíziseknél A hatékonyság és az analízis időszükséglete a hőmérséklet program függvényében Meredek hőmérsékletprogram gyors analíziseket, de kisebb felbontást eredményez. Kapillárs oszlop keresztmetszete Általános paraméterek Oszkophossz: 5-100 m Oszlopátmérő: 0.1-0.5 mm Állófázis filmvastagsága: 0.15 – 5 µm Kapilláris oszlopok A kvarc oszlopfal nem tartalmaz fém nyomokat, hogy elkerüljük a minta bomlását magas hőmérsékleten. A barna külső borítás az oszlopot védi a törés, repedés ellen. Oszlop pozicionálása Az oszlopot helyesen kell behelyezni az injektorba és a detektorba. Az oszlop végén tiszta merőleges vágás kell. Kapilláris és töltetes GCs oszlop összehasonlítása A kapillárisok kisebb áramlási ellenállása miatt sokkal hosszabb oszlopokat használnak, ami nagyobb hatékonyságot és ezért jobb felbontást biztosít. Töltetes és kapilláris oszlopok összehasonlítása GC-ben A kapillárisok kisebb áramlási ellenállása miatt sokkal hosszabb oszlopokat használatát teszi lehetővé, ami nagyobb hatékonyságot és ezért jobb felbontást biztosít. Elválasztás kisebb oszlopátmérővel vagy hosszabb oszloppal lehet javítani GC Chirasil-Dex 10 m SFC Az oszlophossz hatása A hosszabb oszlop jobb elválasztást ad, mivel nagyobb a hatékonyság. Az oszlophossz hatása Hatékonyság és az oszlopátmérő tipikus adatai (30 m) Eltérő oszlopátmérők hatása Oszlopátmérő hatása 16 PAH 0,1 és 0,25 mm átmérőjű oszlopon Kromatográfia gyors módszer A kis átmérő és a nagy hatékonyság miatt lehet rövid oszlopot használni GC A megfelelő áramláshoz szükséges nyomások A nagy nyomás nem előnyős, mert a gázok összenyomhatóak, és az oszlopon előrehaladva nő a vivőgázok sebessége és csökken sűrűségük. Oszlopátmérő és a terhelhetőség The narrow bore columns can be easily overloaded. Oszlopátmérő (kapacitásarány) és a terhelhetőség összefüggése Szélesebb oszlopátmérő nagyobb terhelhetőséget, de kisebb felbontást ad. Kisebb átmérőjű oszlop könnyebben túlterhelhető Kis átmérőjű oszlop A kis ármérőjű oszlop főleg a sok komponensű elegyek analízisénél hasznos, mert a sok csúcs miatt kisebb probléma a túlterhelés. Állófázis filmvastagságának hatása Vastag filmvastagságú oszlopokat illékony komponensek (benzin, formaldehid, VOC) analízisére használjuk. A csomagoló anyagok szennyezései ételben Az illékony anyagok analízise vastag filmű oszlopon történik. A polaritástól függ az anyagok retenciós sorrendje, azaz a szelektivitás Környezetvédelemben leggyakrabban használt GCs állófázis 5% fenil: PAH, PCB, semivolatile, ftalátok, peszticidek Használatosas még: 100% metil: olajszennyezések 35% fenil: VOC, ipari oldószerek 20% trifluoropropil: oxigenátok, oldószerek, peszticidek 70% cinopropil: kettőskötés szelektív Leggyakrabban használt állófázisok A különböző állófázisok polaritása Ipari oldószerek GC analízise Speciális feladatra tervezett állófázisokat is árulnak A retenciós sorrend függhet az analízis hőmérséklettől A of C18:3 és 20:0 zsirsavaknak a retenciós sorrendje függ az analízis hőmérséklettől. Porous layer open tubular column Inert gázok analízise PLOT oszlopon Párhuzamos oszlopos GC Klórozott növényvédő szerek elválasztása párhuzamosan kötött oszlopokkal A koelució Kétdimenziós (párhuzamosan kapcsolt oszlopok) megoldással kiküszöbölhető Két oszlop összekapcsolható GC x GC Az oszlop polaritását (fajtáját) és passzivitását teszt eleggyel lehet ellenőrizni A kémiailag kötött állófázisok kimoshatók