Transcript Kromatográfia

Elválasztástechnikai Kutató és Oktató Laboratórium
Elválasztástechnika
kv1n1lv1
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
Mi várható ebben a félévben?
Dátum
Előadó
Szept. 20.
Szept. 27.
Eke
Zsuzsanna
Okt. 4.
Okt. 25.
Elválasztástechnika
Előadó
Nov. 8.
Eke
Zsuzsanna
Nov. 15.
Nov. 22.
Okt. 11.
Okt. 18.
Dátum
Kremmer
Tibor
Nov. 29.
Kremmer
Tibor
Dec. 6.
Dec. 13.
2012
Eke Zsuzsanna
Ajánlott irodalom
Kremmer Tibor, Torkos Kornél:
Az elválasztástechnika elmélete és
gyakorlata (Akadémiai kiadó)
Az előadás diái:
www.ekol.chem.elte.hu
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
Mi várható a következő félévekben?
Félév
Kód
Tárgy címe
BSc
tavaszi
kv1n4lv2
Elválasztástechnika laboratóriumi
gyakorlat I.
MSc
őszi
kv2n45a11
Elválasztástechnika laboratóriumi
gyakorlat II.
kvvn9181
A gázkromatográfia alapjai
speci tavaszi
és természetesen szakdolgozni is lehet ilyen témakörben….
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
Kromatográfia
Olyan
módszerek,
ill.
folyamatok
gyűjtőneve,
melyekben
a
komponenseknek egy álló fázis és egy azon keresztül áramló mozgó
fázis közötti megoszlása következtében megy végbe a komponensek
térbeli elkülönülése (szétválása).
Elválasztástechnika
Kromatográfia
GC
HPLC
TLC
Elektroforetikus
OPLC
módszerek
…
Centrifugálás
Szűrés
Dialízis
Szitálás
Elválasztástechnika
Extrakciós
módszerek
Liofilizálás
…
2012
Eke Zsuzsanna
A kezdet
1903
Varsói Természettudományi
Társaság Biológiai Közleményei
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
A kromatogram kialakulása
Mozgó
Másik fázis
áramlás
Állófázis
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
A kromatogram kialakulása
Mozgó
Másik fázis
Mozgó
Másik fázis
áramlás
áramlás
Álló fázis
Elválasztástechnika
Álló fázis
2012
Eke Zsuzsanna
A kromatogram kialakulása
S
e
p
a
r
a
t
i
o
n
o
f
c
o
m
p
o
u
n
d
s
,a
n
d
F
l
o
w
A
B
C
D
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
KIVITELEZÉSI LEHETŐSÉGEK
A térben elválasztott
Az álló fázist elhagyó
komponenseket az álló
mozgó fázisban az egyes
fázis feldarabolása után
komponensek időben
külön-külön leoldjuk.
elkülönülve jelennek meg.
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
Vékonyréteg kromatográfia
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
Vékonyréteg kromatográfia
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
Kivitelezési lehetőségek
1. Frontális kromatográfia
2. Kiszorításos kromatográfia
3. Elúciós kromatográfia
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
Elúciós kromatográfia
 A mozgó fázis a kromatogram kifejlesztése alatt állandóan áramlik az
állófázis felett
 A minta bevitel ún. dugószerűen (pontszerűen) történik
 A mozgó fázis átlagos szorpciója kisebb mértékű, mint a legkevésbé kötődő
mintakomponensé
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
Kromatográfiás módszerek csoportosítása
gáz
gáz/folyadék
töltetes
folyadék
gáz/szilárd
kapilláris
oszlop
planáris
folyadék/szilárd
folyadék/folyadék
(megoszlási)
normál fázisú
fordított fázisú
ioncserélő
méret kizárásos
affinitás
ionpár
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
Kromatográfiás módszerek csoportosítása
preparatív
Elválasztástechnika
analitikai
2012
Eke Zsuzsanna
A kromatogram
Kromatogram:
A detektor jelének intenzitása az idő függvényében.
Jel
Idő
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
A kromatográfiás csúcs
4.138
DAD1 A, Sig=254,4 Ref=off (DEMO\ISOCRA.D)
mAU
Szimmetria
60
faktor
0,5 h
50
T = a/b
2s =Wi
Ideális esetben:
W1/2
40
0,6 h
h
30
T=1
a>b: leading
20
a b
10
b>a: tailing
0,1 h
0
3.4
3.6
alapvonal
Elválasztástechnika
3.8
4
4.2
W=4s
2012
4.4
4.6
Gauss görbe
4.8

min
y  y0  exp x 2 / 2s 2
Eke Zsuzsanna

A KROMATOGRAM
0.911
DAD1 A, Sig=254,4 Ref=off (DEMO\ISOCRA.D)
mAU
A
140
Korrigált retenciós idő:
B
t R,  t R  t0
1.207
120
C
2.207
tR A
100
tR B
D
4.138
80
tR C
60
tR D
40
t0
20
0
0
1
2
3
4
5
tR
Retenciós idő: az injektálástól a csúcsmaximum megjelenéséig eltelt idő
t0
Holtidő: a retencióval nem rendelkező komponens „retenciós” ideje
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
min
RETENCIÓS TÉNYEZŐ
Retenciós tényező (=kapacitás faktor)
,
t Ri
t Ri  t0
ki 

t0
t0
Ki 
ci ,állófázis
ci ,mozgófázis

ki 
ni ,állófázis Vmozgófázis
ni ,mozgófázis Vállófázis
ni ,mozgófázis
 ki 
Vmozgófázis
Vállófázis
ki  k j
5  ki  20
Elválasztástechnika
ni ,állófázis
2012
Eke Zsuzsanna
ELVÁLASZTÁSI TÉNYEZŐ
Elválasztási tényező (=szelektivitási tényező)
t Ri,
ki
Ki
t Ri  t0
 , 


t Rj
kj
Kj
t Rj  t0
 1
Azonos szelektivitás mindkét elválasztás esetén
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
FELBONTÁS
,
,
t RD
 t RC
R
wD wC

2
2
Felbontás
,
,
t R,
t RD
 t RC

 2
w
wD  wC
0.911
DAD1 A, Sig=254,4 Ref=off (DEMO\ISOCRA.D)
mAU
1.207
140
120
C
2.207
100
D
tR C
60
t R
tR D
4.138
80
40
t0
20
0
0
1
Elválasztástechnika
2
WC
3
4
2012
WD
5
min
Eke Zsuzsanna
FELBONTÁS
Felbontás
R=0,7
R=1,0
R=1,5
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
Csúcsszélesedés
oszlop:
80cm x 2mm ID, Carbosieve B
80/100, 200°C izoterm
1 – metán
2 – acetilén
3 – etilén
4 – etán
5 – metil-acetilén
6 – propilén
7 – propán
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
Tányérelmélet
•
A desztilláció analógiájára
•
A desztillációs folyamat során az
elválasztás egyensúlyi fokozatok
sorozatából tevődik össze, ahol
egyensúlyi fokozaton, azaz
elméleti tányéron a rektifikáló
oszlop azon szakasza értendő,
ahol a két fázis egyensúlyba jut.
A kromatográfia NEM egyensúlyi
folyamat!
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
Tányérelmélet
tR nagy
Sok idő a csúcsszélesedésre
Hatékonyság - tányérszám
 tR 
n 
s 
Elválasztástechnika
2
2012
Eke Zsuzsanna
A KROMATOGRÁFIÁS CSÚCS
4.138
DAD1 A, Sig=254,4 Ref=off (DEMO\ISOCRA.D)
mAU
Szimmetria
60
faktor
0,5 h
50
T = a/b
2s =Wi
Ideális esetben:
W1/2
40
0,6 h
h
30
T=1
a>b: leading
20
a b
10
b>a: tailing
0,1 h
0
3.4
3.6
alapvonal
Elválasztástechnika
3.8
4
4.2
W=4s
2012
4.4
4.6
Gauss görbe
4.8

min
y  y0  exp x 2 / 2s 2
Eke Zsuzsanna

TÁNYÉRSZÁM
Sok idő a csúcsszélesedésre
tR nagy
Tányérszám
2
2
 tR 
 tR 
 tR 

n     16    5,545 

w
1
2
s 
 w


2
Effektív tányérszám
t
N  
s
,
R
2
2
 t 
t 


  16     5,545 
w 
w
 

 12 
,
R
,
R
2
Csak adott komponens és kromatográfiás rendszer párosára
értelmezhető!
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
HEPT
Elméleti tányérhossz
azaz
Height Equivalent to a Theoretical Plate
HEPT:
L
H
n
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
Sebességi elmélet
 Diffúzió
Longitudinális diffúzió az álló és a mozgó fázisban
Áramlásprofil kialakulása
 Eddy diffúzió
 Anyagátadási ellenállás
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
A van Deemter egyenlet
Elméleti tányérmagasság:
Lineáris áramlási sebesség:
L
H
N
H  A
q
2qDg
u
u
d 2f
k
 2
u
2
 (k  1) D f
8
H  A
L
t0
B
 C u
u
a szemcsék közötti holt térre
jellemző állandó
Dg
a komponens diffúziós állandója
a mobil fázisban
k
retenciós tényező
df
az állófázis filmvastagsága
Df
a komponens diffúziós állandója
az állófázisban
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
A csúcsszélesedés további lehetséges okai
 Az injektor és oszlop valamint az oszlop és a detektor közötti térben a
lamináris áramlás és a lehetséges holtterek miatti elkenődés
 A detektorban előfordulhat ún. „visszakeveredés”
 Az injektor nem ideális „négyszög”-jelet produkál, hanem egy viszonylag
meredek felfutású és viszonylag lassú lefutású csúcs-alakú jelet
 Az elektronika hibája (nem elég gyors, nem megfelelő csillapítás stb.)
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna
Alap egyenlet
1
 1 k
R
n
4
 k 1
Hatékonyság
Kapacitás
Szelektivitás
Elválasztástechnika
2012
Eke Zsuzsanna