Transcript ХРОМАТОГРАФИЈА

ФИЈА
ОПШТИ ПРИНЦИПИ
• УПОТРЕБА – за сепарација и идентификација на
компоненти од комплексна смеса.
• Постојат неколку типови на хроматографијахроматографија на хартија,
тенкослојнахроматографија, гас-течна
хроматографија, течно-течна хроматографија...
• Сите хроматографски техники се базираат на
принципот на “ПАРТИЦИЈА” – т.е. Афинитет на
компонентите за распределба помеѓу две фази
од кои едната фаза е стационарна а другата е
мобилна.
• Компонентите што имаат поголем афинитет кон
мобилната фаза побрзо патуваат низ колоната
во која се изведува хроматографијата.
Хроматографија - метод на физичка сепарација во која
компонентата што се определува се дистрибура помеѓу
две фази, од кои една е стационарна фаза, а друга е
мобилна фаза.
Michael Tswett
хроматографијата
–
татко
на
Зелен
хлорофил
1903 god го опишува
раздвојувањето на хлорофилот и
другите пигменти на билните
екстракти.
не е само
зелен
и не е
само
хлорофил
ПРИНЦИПИ НА ФУНКЦИОНИРАЊЕ НА ХРОМАТОГРАФИЈАТА
Во анимацијата подолу црвените молекули се помалку
растворливи во течната фаза отколку зелените молекули,
што значи дека зелените се движат побрзо и тие први ќе
излезат од колоната во која се врши сепарацијата, додека
црвените молекули ќе излезат подоцна .
Шематки приказ на принципите на функционирање на
Хроматографските методи
ЗА СЕКОЈА ЕДНА ХРОМАТОГРАФСКА
ТЕХНИКА НЕОПХОДНО Е:
• Стационарна фаза
• растворувач(или носечки гас) – т.е.
МОБИЛНА ФАЗА.
Тип на
хроматографија
Стационарна фаза
Мобилна фаза
Хартиена
хартија
Органски или
воден
растворувач.
Тенкослојна
Силикагел
нанесен на
пластична основа
Органски или
воден
растворувач.
Гасно течна
Течност што има
висока
температура на
испарување
нанесена на
инертен цврст
носач
Инертен гасазот, аргон,
хелиум....
Делови на хроматографските инструменти
Место на
инјектирање
на пробата во
колоната
Регистер
на сигнал
Печка (кај гасна
хроматографија)
Детектор
Колона
Цилиндер со
течен
растворувач
или гас носач
Да замислиме дека на почеток имаме
смеса од метанол и бутанол(лево).
Оваа смеса ја ставаме во колона во која
постои некоја стационарна фаза и низ неа
пуштаме вода како мобилна фаза.
Бидејќи метанолот (црвеното кругче) е
повеќе растворлив во вода отколку
бутанолот, тој побрзо ќе се движи низ
колоната и ќе излезе прв надвор.
Подоцна ќе излезе бутанолот (жолт круг).
метанол
бутанол
Хроматограм добиен во гасна хроматографија
Примерок со неколку компоненти
Хроматограм на нафта
На кој начин се врши КВАЛИТАТИВНА ИДЕНТИФИКАЦИЈА
во хроматографските методи?
-постојат т.н. ХРОМАТОГРАФСКИ АТЛАСИ за голем број
компоненти каде е точно наведено при кои услови
(кој растворувач, која мобилна фаза, која температура...
кое ќе биде времето
при кое ќе излезе од колоната дадена компонента)
На кој начин се врши КВАНТИТАТИВНА ИДЕНТИФИКАЦИЈА
во хроматографските методи?
-површината под хроматографскиот пик е пропорционална со
концентрацијата на дадената компонента
Примери за
КВАЛИТАТИВНА АНАЛИЗА
во хроматографијата
Примери за
КВАНТИТАТИВНА АНАЛИЗА
во хроматографијата.
Важно: кај квантитативното определување
со хроматографски методи, МОРА
да знаеме на која компонента
одговара хроматографскиот пик.
Притоа, со конструирање на калибрациона
крива со помош на стандардни раствори
со позната концентрација
можеме да ја определиме
концентрацијата на бараната компонента
во пробата.
-Компонента што се определува-„примерок„
-колона-цевка со тенок дијаметар во чија внатрешност се случува
процесот на сепарација на компонентите
-стационарна фаза-цврста инертна супстанца што се нанесува во
колоната и врз чија површина се одвива процесот на партиција
-мобилна фаза-растворувач (течен) или гас што го носи примерокот
низ колоната
-инјектор-место каде што се вбризгува пробата во колоната
-детектор- (електричен) уред каде се регистрираат компонентите
што се присутни во пробата
Коефициент на дистрибуција (партиција)-К
Дефиниција: К =
Концентрацијата на компонентата A во стационарната фаза
К = Концентрацијата на компонентата A во мобилната фаза
Различниот афинитет на 2 компоненти А и В кон
стационараната и мобилната фаза ќе предизвика
раздвојување на двете компоненти.
РАСТВОРУВАЧИ
Поларни растворувачи-во нив полесно се раствораат
поларни супстанци
вода> метанол> ацетонитрил> етанол
Неполарни растворувачи-погодни за растворање на
неполарни супстанци (масти, масла, ...)
N-Decane > N-Hexane > N-Pentane > Cyclohexane
ДЕТЕКТОРИ-електрични уреди за
регистрација на излегувањето на
компонентите од колоната
1.
Ултравиолетови-мерат апсорпција на
зрачење од молекулите од компонентите
што се наоѓаат во примерокот (смесата)
200-400nm
254 nm
2. Масени спектрометри-мерат маса на
молекулите
Други битни дефиниции:
Време на задржување (ретенционо време)
Времето потребно за примерокот да отпатува од точката на
негово инјектирање во колоната до стигнувањето на детекторот.
СЕЛЕКТИВНОСТ (a)
Е однос ов ретенционите времиња на две
различни компоненти
Селективност
–
Selectivity
Равенка за резолуција (R) на
2 компоненти
Висина на теоретско плато
-е должина на колона што е неопходна за постигнување на
ефикасно издвојување на дадена компонента.
Резолуција
Примери за теоретски платоа, селективност и висина на висина
еквивалентна на теоретско плато
V0 = 1.02(Minutes)
V1 = 4.92 V2 = 6.59 V3 = 8.17 V4 = 9.14
W1 = 1.0 (Minutes)
W2 =1.0W3 = 1.0
W4 =1.0
Приказ на карактеристични величини на еден хроматограм
ФАКТОРИ ШТО ПРИДОНЕСУВААТ ЗА
ЗГОЛЕМУВАЊЕ НА РЕЗОЛУЦИЈАТА
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Поголема должина на колона
Помал дијаметар на колоната
Помала брзина на проток на мобилната фаза
Униформно пакување на колоната
Употреба на униформна стационарна фаза
Да се намали големината на примерокот
Соодветна селекција на стационарна фаза
Соодветна селекција на мобилна фаза
Употреба на соодветен притисок
Некои типови на хроматографија
Тенкослојна хроматографија- t.l.c.
• Се формираат серија
од точки
• Се споредуваат
точките од смесата за
анализа со тие на
чисти супстанци.
• Се мерат Rf
вредностите.
• Се употребува и за
обоени и за безбојни
супстанци.
Rf -Ретенционен фактор-параметар што се користи за
идентификација на компонентите во хроматографијата на хартија
(се знае од пракса кои се Rf вредностите за голем број чисти
супстанци во дадени растворувачи, и при дадена температура
Rf = растојание поминато од аналитот
растојание поминато од р-орувачот
За супстанци што се многу растворливи во
растворувачот, Rf ќе биде блиску до....
1
За супстанци што се тешко растворливи во
растворувачот, Rf ќе биде блиску до....
0
Сепарација и идентификација.
ХРОМАТОГРАФИЈА НА ХАРТИЈА
Гасно-течна хроматографија-G.l.c.
Пробата се воведува со шприц
Во колоната се сепарираат
компонентите од смесата
(се загрева во колона)
Во детекторот се
регистрираат поединечните
компоненти од смесата
На регистраторот се
цртаат хроматограмите.
Гасна хроматографија-НАЈУПОТРЕБУВАНА
-Мобилната фаза е ИНЕРТЕН ГАС (Азот, аргон...)
-Стационарната фаза може да биде течност или цврста
супстанца нанесена на цврст носач
-компонентите од смесата што се детектираат
треба да имаат различни температури на испарување
Пример за раздвојување на компоненти од смеса со
Гасна Хроматографија
Што се случува во пракса?
• Компонентите што имаат поголем афинитет кон
мобилната фаза (т.е. Полесно испарливите
компоненти) први излегуваат надвор од
колоната.
• Хроматограмот е график на кој се забележува
излегувањето на компонентите од колоната (во
вид на пикови) како функција од времето.
• Секоја компонента дава посебен пик.
• Ретенционото време – е карактеристичен
параметар на секоја компонента при дадени
услови (Т, притисок, тип на мобилна и
стационарна фаза, тип на гас носач...)
Фактори што влијаат врз
ретенционото време
• Должина на колоната
• Пакувањето на стационарната
фаза
• Природата на гасот-носач од
мобилната фаза
• Протокот на гасот
• Температурата во колоната.
Интерпретација на пиковите
• Калибрација– познати супстанци се
додаваат во колоната и се споредуваат
позициите на пиковите на непознатите
компоненти со тие на стандардите што се
додаваат.
• За квантитативна употреба се користи
површината под пиковите-тој параметар е
пропорционален со концентрацијата на
испитуваната компонента
Употреба на G.l.c.
• Многу сензитивна техника- се детектираат мали
количини на разни компоненти од разни
примероци, експлозиви, дроги, лекови, храна.
• Се употребува и за сепарација на чисти
супстанци.
• Може да се спрегне со масен спектрометар за
директна идентификација на разни супстанци.
Гасна хроматографија (GC) (1)
ХРОМАТОГРАФСКИ МЕТОД ЗА РАЗДВОЈУВАЊЕ И ДЕТЕКЦИЈА
НА ОРГАНСКИ СОЕДИНЕНИЈА.
– МОБИЛНА ФАЗА- носечки гас (Ar, Xe).
– СТАЦИОНАРНА - лепеза од молекулски сита и капиларни колони.
ГАСЕН ХРОМАТОГРАФ – инструмент кој се користи во оваа техника за
раздвојување и анализа.
Гасната хроматографија е различна техника од сите други врсти на
хроматографии во:
– Начинот на поминување на испитуваната супстанција покрај колоната во која
примерокот секогаш е во гасна состојба.
Гасна хроматографија (GC) (2)
Гасен хроматограф
Гасна хроматографија (GC) (3)
Гасен хроматограф со
Гасно хроматографска анализа
-Принципот
на хроматографската анализа е во поминувањето на
примерокот покрај колоната која го раздвојува примерокот на
компоненти во зависност од физичката и хемиската особинана
компонентите.
-Преку ињектор во колоната со микрошприц се уфрла точно познат
примерок.
-После тоа улогата на носач ја превзема гас- носач кој примерокот
го носи покрај колоната.
-Протокот на гас – носачот и поната му е стабилен, но примерокот
се разложува на составни делови поради различните адсорпциони
способности на поедини компоненти од примерокот.
-Помеѓу детекторот и времето на изложување се идентификува
секоја поединечна компонента и концентрацијата на секој даден
примерок.
Деови на гасен хроматограф
1. Боца со гас носач
2. Вентил
3. Ињектор
4. Регулатор на
температура
5. Колона
6. Детектор
7. Монитор или
принтер
Шематски приказ на гасен хроматограф
Аутосемплер
-уред за
Автоматско земање на примерокот кој се испитува и
се уфрла во ињекторот.
Се делат по :
–Капацитет
–Технолошка употреба
–Природна анализа , која може да биде:
Течна
Со статистичка глава
Со динамичка глава
SPME
Ињектори (1)
Директно се поврзани со колоната и служат
примерокот да се уфрли во колоната за испитување.
Постојат:
–
–
–
–
–
–
Split ињектор
Директен
PTV ињектор
Гасен ињектор
Систем прочисти – улови
SPME
Ако примерокот треба претходно да се прочисти ,
најчесто се користи Split ињектор.
Ињектори (2)
Ињекторскиот систем за за капиларни колони мора да исполни 2 основни
услови:
• Количината на примерок не смее да го поремети протокот на носечкиот
гас во колоната
• Ширината на ињекторскиот примерок мора да биде пропорционален на
влезот во капиларната колона
Ако не се исполнат овие два услови доаѓа намалување на ефикасноста на
колоната.
Ињектори (3)
Колони (1)
Традиционално колоните во гасната хроматографска анализа се делат на :
– Паковани
– Капиларни
Паковани:
– Должина 1.5 – 10 m и d=2-4 mm
– Тело- Стенли стил или стакло
– Содржи инертно полнење кое е преслечено со течна или цврста фаза
Капиларни:
– Должина 25 – 60 m
– Многу мал d
– Внатрешни зидови се обложени со активна материја
Колони (2)
Капиларна колона
Колони (3)
Во поново време се развиваат нови видови колони и тоа:
– Микробрза колона
– Микропакована колона
Намалувањето на температурата доведува до подобро раздвојување
на компонентите, но со тоа и подолг временски процес.
Поради ова е воведена таканаречена температурна програма, каде
во зависност од потребата, температурата постепено се зголемува
или намалува.
Детектор (1)
Најпознати и најкористени детектори се:
– Пламено јонизирачки детектори(FID)
– Термално спроводливи детектори (TCD)
Термално спроводливи
Поуниверзални,можат да детектираат повеќе компоненти чија што термална
спроводливост е поголема од термалната спроводливост на носечкиот гас на
дадена температура.
Пламено јонизирачки
Осетливи се на соединенијата што соодржат вода и не ја детектираат водата
Предност на TCD над FID:
– Не ги уништува испитуваните компоненти
– Може да се постави во сериска анализа, што овозможува додатни испитувања за
една иста компонента.
Детектор (2)
Детекцијата на органски соединенија е најефикасна со пламено јонизирачки
детектор.
Некои гасни хроматографи се споени со масен спектометар, кој во овај случај
служи како детектор.
– GC-MS
GC-MS се споени со нуклеарно магнетни резонантен спектромета (NMR ), кој во
оваа улога игра како помошен детектор.
– GC-MS-NMR
GC-MS-NMR може да се поврзи со инфрацрвен спектрометар(IR), кој во оваа
ситуација ке служи како помошен детектор
– GC-MS-NMR-IR
Детектор (3)
GS-MS детектор
Принцип на детекција
На табелата се прикажани типичните детектори со
кој се служи гасната хроматографија
Гасно хроматографски методи
Услови при кои се одвива анализата.
Развојна метода – процес на одредување на идеалните условиво анализата.
Променливи компоненти во гасно хроматографските анализи се:
– носечкиот гас,
– неговиот проток,
– температурата,
– температурата на влезниот отвор на GC
– температура на колоната
– температура на детекторот
Носечки гас
Најчесто користени гасови во гасната хроматографија се:
– Хелиум, Азот, Аргон, Водород и Кислород.
Кој гас ќе се користи, се одредува во зависност со кој детектор ке се врши
анализа.
Чистотата на носечкиот гас кој се користи е 99,995% .
Трговски имиња за носечките гасови со различна чистота се:
–
–
–
–
Zero Grade
Ultra – High Purity Grade
4.5 Grade
5.0 Grade
Протокот на носечкиот гас влијае на анализата во ист обем како и варијацијата на
температурата.
Брз проток – Брза анализа =намалување на раздвојувањето на компонентските смеси
Температура и температурни
програм
Во хроматографската анализа аналитичката колона е сместена во грејното
тело, каде електронски се врши прецизна контрола на температурата.
Брзината со кој примерокот поминува покрај колоната е пропорционална со
температурата на колоната.
Колку е брзината на поминување преку стационарната фаза во колоната е
поголема, толку и раздвојувањето ке биде послабо.
Изотермна метода – метод со кој температурата се држи во стабилна состојба во
текот на целата анализа.
Подобра метода денес, поради подобрите електронски решенија која има
контрола на температурата каде температурата се зголемува во текот на
анализата и се скратува вкупното време е температурно програмски метод.
Анализа на податоците и
хроматограм(1)
– Квалитативна анализа
– Квантитативна анализа
Квалитативана анализа:
Резултати-сигнали (y - оска),пик
Ретенционо време- (x - oска)
Овај графикон дава серија пикови кој секој посебно
претставува поедина компонентска смеса на
испитуваниот примерок која се детектира во различен
временски период во зависност од времето на задржување
во колоната.
Ретенционото време се користи за идентификација на
поедини компоненти ама само под услови,условите во
анализата да се секогаш еднакви.
Анализа на податоците и
хроматограм(2)
Квантитативна анализа
Површината под пикот представува
количина присутни компоненти
Индустриски хроматограм
Анализа на податоците и
хроматограм(3)
Примероци за испитување
–
–
–
–
–
–
–
–
Крв
Влакна
Алкохол
Дрога
Тешки метали
Масни киселини
Мускулни протеини
Експлозиви и др.
Примена
–
–
–
–
–
–
Практична за работа во Хемиското инжинерство
Хемиската индуструја
Ветеринарството
Шумарството
Криминологија
Петролејска индустрија
Многу е прецизна и може да мери во пикомол на некоја супстанција во 1 ml течен
примерок
Гасната хроматографија во однос на другите методи се карактеризира со:
–
–
–
–
–
–
Прецизност
Точност
Едноставност
Голема брзина
Ефтина метода
Безбеден апарат
Заклучок
Гасната хроматографија поради своите
карактеристики наоѓа голема примена во
современиот свет.
Со својата економичност и брзи резултати, се
повеќе го завзема местото на најкористена
метода за раздвојување.