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 