Transcript Előadás1
Elválasztástechnikai Kutató és Oktató Laboratórium Elválasztástechnika Elméleti alapok Ajánlott irodalom Kremmer Tibor, Torkos Kornél: Elválasztástechnikai módszerek elmélete és gyakorlata (Akadémiai kiadó) 2010 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 OPLC Elektroforetikus módszerek … Centrifugálás Szűrés Dialízis Szitálás Liofilizálás … Extrakciós módszerek A kezdet 1903 Varsói Természettudományi Társaság Biológiai Közleményei A kromatogram kialakulása Mozgó Másik fázis áramlás Állófázis A kromatogram kialakulása Mozgó Másik fázis Mozgó Másik fázis áramlás áramlás Álló fázis Álló fázis 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 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. Vékonyréteg kromatográfia Vékonyréteg kromatográfia Kivitelezési lehetőségek 1. Frontális kromatográfia 2. Kiszorításos kromatográfia 3. Elúciós kromatográfia 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 Kromatográfiás módszerek csoportosítása gáz gáz/folyadék töltetes folyadék gáz/szilárd kapilláris planáris oszlop folyadék/szilárd folyadék/folyadék (megoszlási) normál fázisú fordított fázisú ioncserélő méret kizárásos affinitás ionpár Kromatográfiás módszerek csoportosítása preparatív analitikai A kromatogram Kromatogram: A detektor jelének intenzitása az idő függvényében. Jel Idő A kromatográfiás csúcs 4.138 DAD1 A, Sig=254,4 Ref =of f (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 3.8 4 4.2 W=4s 4.4 4.6 Gauss görbe 4.8 min y y0 exp x 2 / 2s 2 A KROMATOGRAM 0.911 DAD1 A, Sig=254,4 Ref =of f (DEMO\ISOCRA.D) mAU A 140 Korrigált retenciós idő: B t tR tM 1.207 120 C 2.207 tR A 100 tR B D 4.138 80 , R tR C 60 tR D 40 tM 20 0 0 1 2 3 4 5 tR Retenciós idő: az injektálástól a csúcsmaximum megjelenéséig eltelt idő tM Holtidő: a retencióval nem rendelkező komponens „retenciós” ideje min Megoszlási hányados nS c S VS n S VM K k c M n M n M VS VM ahol cS cM nS és nM VS és VM k Β az adott komponens anyagmennyiség koncentrációja az állófázisban az adott komponens mozgófázisbeli anyagmennyiség koncentrációja az állófázis ill. mozgófázis anyagmennyisége az állófázis ill. mozgófázis térfogata a retenciós tényező, amely a k=nS/nM képlettel definiálható a fázisarány, amely a =VM/VS képlettel definiálható RETENCIÓS TÉNYEZŐ Retenciós tényező (=kapacitás faktor) , t Ri t Ri t M ki tM tM Ki ci ,állófázis ci ,mozgófázis ki ni ,állófázis Vmozgófázis ni ,mozgófázis Vállófázis 5 ki 20 ni ,állófázis ni ,mozgófázis ki ki k j Vmozgófázis Vállófázis ELVÁLASZTÁSI TÉNYEZŐ Elválasztási tényező (=szelektivitási tényező) t t , Ri , Rj t Ri t M t Rj t M ki Ki kj Kj 1 Azonos szelektivitás mindkét elválasztás esetén FELBONTÁS , , t RD t RC R wD wC 2 2 Felbontás , , t RD t RC t R, 2 w wD wC 0.911 DAD1 A, Sig=254,4 Ref =of f (DEMO\ISOCRA.D) mAU 1.207 140 120 C 2.207 100 D tR C 60 t R tR D 4.138 80 40 tM 20 0 0 1 2 WC 3 4 WD 5 min FELBONTÁS Felbontás R=0,7 R=1,0 R=1,5 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 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! TÁNYÉRSZÁM Sok idő a csúcsszélesedésre tR nagy Tányérszám 2 tR tR tR N 16 5,545 w s w 12 2 2 Effektív tányérszám t Neff s , R 2 2 t t 16 5,545 w w 12 , R , R 2 Csak adott komponens és kromatográfiás rendszer párosára értelmezhető! HEPT Elméleti tányérhossz azaz Height Equivalent to a Theoretical Plate HEPT: L HETP N Sebességi elmélet Diffúzió Longitudinális diffúzió az álló és a mozgó fázisban Áramlásprofil kialakulása Eddy diffúzió Anyagátadási ellenállás A van Deemter egyenlet Elméleti tányérmagasság: L HETP N HETP A q 2qDg u Lineáris áramlási sebesség: u d 2f k 2 u 2 (k 1) D f 8 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 L tM HETP A B C u u 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.) k 1 N 16 R 2 1 k 2 N 1 k 1 R 4 k 1 4 2 L 1 k HETP k 1