Transcript Kromatográfia általános

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.
ilusztráció ilusztráció
• ilusztráció
Tswett első kromatogramja
104 illékony szerves anyag (VOC)
gázkromatogramja
Minőségi mutató: retenciós idő (tR),
Mennyiségi mutató: csúcsterület (A)
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.
Nyomnyi szennyezések pontos
megállapítása
Nyomnyi mennyiségek
meghatározása összetett mátrixból
Gyors analízisek
On-line GC/MS kapcsolás
kiválasztott ion (SIM) módban
GC automata injektor
Az automata injektor nem csak
az emberi felügyelet nélküli
munkát teszi lehetővé, de a
pontosságot is nagy
mértékben javítja.
Kromatográfiás kifejezések
Retenciós idő: tR (minőségi jellemző)
Holtidő: tm
A csúcs Gaus görbe alakú
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
Kromatográfiás kifejezések
Szelektívitás
 = tR2’/ tR1’
Felbontás
Rs = 1,177 (tR1-tR2)/(Wh1+Wh2)
Rs : 1,5 alapvonal felbontás
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.
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).
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.
Kövek a folyóban
Kis kövek
Nehéz kövek
Víz áramlás (mozgó fázis)
Meder
(álló fázis)
Két anyag elválasztása a kromatográfia
alatt a lépcsős modell alapján
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
A minta eloszlása a mozgófázisban
a kromatografálás folyamán
Anyagok elválása kromatografálás alatt
K▲ < K■ < K●
Idő
Kromatográfia folyamata
Oszlophossz
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.
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.
A csúcsok szélesedése a keresztirányú
diffúzió lassúsága miatt
Az anyag kromatográfia során egyre szélesebb tartományt
foglal el a diffúzió és az egyenlőtlen áramlás miatt.
Csúcsszélesedés az áramlás
egyenlőtlensége miatt
Az oszlop különböző
részein az minta
más sebességgel
halad.
Csúcsok szélesedése a rosszul öblített
tartományban lévő lassú diffúzió miatt.
A diffúzió sokkal lassabb mint a konvekció.
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.
Felbontás függése k, n és  értékétől
P. Sandra JHRC 12 (1989) 82.
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
Hatékonyság kisebb oszlopátmérővel vagy
kisebb szemcseátmérővel növekszik
GC
Chirasil-Dex 10 m
Oszlophossz hatása
Hosszabb oszlopon jobb felbontás, de hosszabb analízisek
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.
Van Deemter egyenlet mutatja az áramlási
sebesség és a hatékonyság összefüggését
U
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)
Kapacitás arány növelése állófázis
filmvastagságának növeléséével
Vastag filmvastagságú oszlopokat illékony komponensek
(benzin, formaldehid, VOC) analízisére használjuk.
Oldószererősség hatása fordított (C18) HPLCs
állófázison
Az oldószererősség (mozgó fázis) csökkenésével
nő a retenció, kapacitásarány és a felbontás.
Szelektivitás növelése alacsonyabb
hőmérséklettel
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
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.
Szelektivitás változtatása az
állófázissal
Izokratikus vagy izoterm körülmények között a
hatékonyság azonos a kromatogram egész
hosszán
A hatékonyság a rendszert jellemzi.
Felbontási értékek
Felbontás csúcsarány összefüggés eltérő
nagyságú csúcsoknál
Több nagyságrend eltérést mutató csúcsok jó
elválásához legalább Rs 2,5 érték kell.
A „kis csúcs elöl” gyakorlat fontos a
nyomnyi szennyezések megállapításánál
GC
A: 20 m x 0,2 mm, ChNEB, 160° C. B: 20 m x 0,2 mm, ChDA, 150° C.
Csúcstorzulások is rontjál az elválást
A csúcsok asszimetriájának mértéke
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
Nem kellően elvált csúcsok területének
meghatározása bizonytalan
V.R. Meyer, Chromatographia 40 (1995) 15.
Asszimetrikus csúcsok hibás
mennyiségi értékelést adhatnak
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.
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
Túlterhelés hatása
Túlterhelés következményei
Túlterhelés rontja az elválasztást
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
Oszlopátmérő (kapacitásarány) és a
terhelhetőség összefüggése
Szélesebb oszlopátmérő nagyobb terhelhetőséget,
de kisebb felbontást ad.
Kromatográfia felosztása mozgófázis szerint
• Gázkromatográfia, (GC)
• Folyadékkromatográfia (LC),
nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC)
• Szuperkritikus oldószeres kromatográfia (SFC)
• Elektrokinetikus kromatográfia (EKC)
kapilláris elektrokinetikus kromatográfia (CEC)
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
Kromatográfiában leggyakrabban használt
oszlopok jellemzői
Tulajdonság
Oszloptípus
Kapilláris
Töltetes
Előny
Nagy hatékonyság
Terhelhetőség
Oszlop hossz
CE: 0,05 –0,5 m
GC: 10- 100 m
1,01-1,03
0,05 – 0,5 m
Kevésbé szelektív,
gyors
(ciklodextrinek)
GC, SFC, EKC
Nagy szelektivitású
(cellulózok)
Rs> 1,5- höz
szükséges 
Alkalmazott állóf és
mozgófázisok
Kromatográfiás mód
1,1-1,3
HPLC, SFC, CEC
Kromatográfiás módok összehasonlítása
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