Transcript Kromatográfia

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
1
2
3
4
5
6
7
8
Története
Fogalma
Fajtái
Alapfogalmai
Származtatott mennyiségek
Minőségi és mennyiségi értékelés
A kromatográfok felépítése
Gázkromatográfia
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 kalciumkarbonátot 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 chromatographische 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
Gáz
Folyadék
Szilárd
Folyadék
Gáz – szilárd kromatográfia v. adszorpciós
gázkromatográfia
Gáz – folyadék kromatográfia v. abszorpciós
gázkromatográfia
Adszorpciós folyadékkromatográfia, ioncserés
kromatográfia,
gélkromatográfia
Megoszlásos folyadékkromatográfia
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 (elúciós függvény): diagram,
amin a detektorjel van az
idő függvényében.
tM
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
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:
nS t R  t M VR  VM
k' 


nM
tM
VM
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
Eluens
tároló
Eluens
továbbító
(pumpa)
Minta
adagoló
Oszlop
(kolonna)
termosztált rész
Detektor
Jel
feldolg.
Izokratikus és gradiens elúció
Az injektor
Az injektorba bejuttatott anyag pillanatszerűen elpárolog
és egészében vagy
részben az oszlopra
kerül. Az injektort
ennek megfelelően
a legkevésbé illékony összetevő forráspontja fölé kell
fűteni. Az injektor
hőkapacitása nagy,
hogy a párologtatás
ne hűtse le.
Kapilláris kolonna
Mintahurok (főként HPLC-hez)
hurok
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 lángban a szerves anyagokból
láncreakciók során különböző termékek keletkeznek:
CxHy → … → HC·
HC· + O2 → HCO· + ·O·
HCO· → +HCO + e–
+HCO
+ H2O → CO +
H 3 O+
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