Transcript Előadás2

Elválasztástechnikai Kutató és Oktató Laboratórium
Elválasztástechnika
kv1n1lv1
Elválasztástechnika
2011
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
…
2011
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
2011
Eke Zsuzsanna
A kromatogram
Kromatogram:
A detektor jelének intenzitása az idő függvényében.
Jel
Idő
Elválasztástechnika
2011
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
2011
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
2011
Eke Zsuzsanna
min
k, α, R
Retenciós tényező (=kapacitás faktor)
,
t Ri
t Ri  t0
ki 

t0
t0
Elválasztási tényező (=szelektivitási tényező)
t

t
Felbontás
,
,
t RD
 t RC
t R,
R

wD wC
w

2
2
Elválasztástechnika
2011
,
Ri
,
Rj
ki
t Ri  t0


kj
t Rj  t0
Eke Zsuzsanna
Ismétlés vége
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
Tányérelmélet
•
A desztilláció analógiájára
•
A desztillációs folyamat során az
2 – acetilén
elválasztás egyensúlyi fokozatok
3 – etilén
sorozatából tevődik össze, ahol
4 – etán
egyensúlyi fokozaton, azaz
5 – metil-acetilén
elméleti tányéron a rektifikáló
6 – propilén
oszlop azon szakasza értendő,
7 – propán
1 – metán
ahol a két fázis egyensúlyba jut.
A kromatográfia NEM egyensúlyi
folyamat!
Elválasztástechnika
2011
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
2011
Eke Zsuzsanna
HEPT
Elméleti tányérhossz
azaz
Height Equivalent to a Theoretical Plate
HEPT:
L
H
n
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
Sebességi elmélet
 Diffúzió
Longitudinális diffúzió az álló és a mozgó fázisban
Áramlásprofil kialakulása
 Eddy diffúzió
 Anyagátadási ellenállás
Elválasztástechnika
2011
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
2011
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
2011
Eke Zsuzsanna
Alap egyenlet
1
 1 k
R
n
4
 k 1
Hatékonyság
Kapacitás
Szelektivitás
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
A gázkromatográf felépítése
Gas Purifiers
Injection
Port
Regulators
Detector
PC
Column
Carrier Gas
Hydrogen
Air
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
HP 5890
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
Agilent 7890
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
Fűtött egységek
Heated to Vaporize
Heated to
Sample
Control Separation
Injection
Port
Carrier
Gas
Column
Column
Integrator
Detector
Data
System
Elválasztástechnika
Heated to
Keep Clean
2011
Eke Zsuzsanna
Gázkromatográfiás oszlpok
Töltetes
Kapilláris
Porous Layer Open Tubular (PLOT)
Wall Coated Open Tubular (WCOT)
Kapilláris
Töltetes
Megabore
WCOT
WCOT
(wide)
(narrow)
Hossz
(méter)
0.5-10
5-100
5-100
5-100
I.D. (mm)
Áramlási sebesség
(ml/min.)
2-4
0.530
0.25-0.32
.05-0.2
10-60
4-30
1-15
0.3-8.0
Nyomásesés (psi)
10-90
1-20
1-40
5-90
Mintakapacitás
100 ng/csúcs 10 ng/csúcs 1 ng/csúcs
Elválasztástechnika
2011
<1 ng/csúcs
Eke Zsuzsanna
Milyen a jó oszlophossz?
Elválasztástechnika
N

L
R

L
tR

L
2011
Eke Zsuzsanna
Kapilláris oszlop
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
A gáz-szilárd kromatográfia álló fázisai
Szervetlen adszorbensek:
Aktív szenek
Al2O3 (alumina)
Szilikagél
Molekula sziták (Molecular sieve 5A, Linde 13X stb.)
Szerves adszorbensek:
Sztirol-divinil-benzol kopolimer különböző típusai
Például: Chromosorb 101-108 sorozat, Porapak Q
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
A gáz-folyadék kromatográfia állófázisai
Szerkezet
CH3
Si O
*
CH3
C6H5
CH3
Si O
*
Si
n
CH3
O
C6H5
H H
HO
HP-1, SPB-1, RTX-1,
DB-1, CP-Si5CB,
(PDMS)
OV-1
HP-5, SPB 5, RTX-5,
Poli-fenil-metilm*
DB-5, CP-Sil8CB,
sziloxán
OV-5
HP 20M, Carbowax
Poli-etilénglikol 20M, Supelcowax 10,
CP-WAX52CB,
(PEG)
RTXWax
Poli-dimetil-sziloxán
*
n
O
n
H H
H
C3H6CN
*
Si O
n
Néhány gyártó cég
márka jelzése
*
CH3
Elválasztástechnika
SP 2330
RTX 2330
D23
Ciano-propil-
sziloxán
2011
Alkalmazhatóság
hőmérséklet
tartománya (C)
-60 – 320
20 – 280
20 – 250
40 – 230
Eke Zsuzsanna
Az állófázis szelektivitása
1. C11
3
5% phenyl methyl silicone
2
1
6
7
4
3. 1-decylamine
(e.g. DB-5)
4. C13
9
8
5
2. 4-chlorophenol
5. methyl caprate
6. C14
7. acenaphthylene
3 6
14
50 % phenyl methyl silicone
2
8. 1-dodecanol
9. C15
9
(e.g. DB-17)
8
Elválasztástechnika
Structure of acenaphthylene:
7
2011
Eke Zsuzsanna
A gázkromatográf felépítése
Gas Purifiers
Injection
Port
Regulators
Detector
PC
Column
Carrier Gas
Hydrogen
Air
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
A hőmérséklet hatása a retenciós időre
G
ln K i  
RT
K i  ki 
Vmozgófázis
Vállófázis
G
ln ki  
 ln 
RT
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
Csúcsszélesedés
oszlop:
80cm x 2mm ID, Carbosieve B
80/100, 200°C izoterm
A
1 – metán
2 – acetilén
HŐMÉRSÉKLET-PROGRAMOZÁS
3 – etilén
segít
4 – etán
5 – metil-acetilén
6 – propilén
7 – propán
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
Egy oszlop doboza
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
Mozgófázis
A gázkromatográfiában
mindig GÁZ!
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
Mozgófázis
HETP
(mm)
N2
1.2
1.0
He
.8
.6
Helium
Nitrogen
(58 cm/sec) (58 cm/sec)
H2
Hydrogen
(58 cm/sec)
.4
.2
10
20 30 40 50 60 70 80
Average Linear Velocity (cm/sec)
90
R = 1.17
Elválasztástechnika
2011
R = 1.37
Eke Zsuzsanna
A gázkromatográf felépítése
Gas Purifiers
Injection
Port
Regulators
Detector
PC
Column
Carrier Gas
Hydrogen
Air
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
Injektálás
A minta lehet: gőz, gáz vagy folyadék
Követelmények:
•Reprodukálható
•Reprezentatív (minőségileg és mennyiségileg is)
Mintabemérő hurok
Fecskendő
Elválasztástechnika
2011
Egyéb
Eke Zsuzsanna
Mintabemérő hurok
Vivőgáz be
A hurok feltöltése
Minta be
Vent
oszlop
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
Mintabemérő hurok
Vivőgáz be
Injektálás
Minta be
Vent
oszlop
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna
Injektor típusok
Töltetes oszlop
-on column injektor
Kapilláris oszlop -split/splitless injektor
-programozható hőmérsékletű injektor
Minta-előkészítéssel egybekötött injektálási
technikák (pirolizátor, TDU…)
Elválasztástechnika
2011
Eke Zsuzsanna