GÁZKROMATOGRÁFIA 1952 James és Martin -gáz-folyadék kromatográfia; -Nobel díj a megoszlási kromatográfia kidolgozásáért.

Átírás

1 GÁZKROMATOGRÁFIA 1952 James és Martin -gáz-folyadék kromatográfia; -Nobel díj a megoszlási kromatográfia kidolgozásáért. típus állófázis mozgófázis mechanizmus gáz-szilárd GSC gázfolyadék GLC szilárd gáz adszorpció folyadék gáz megoszlás

2 A gázkromatográfiás készülék oszlop detektor gázpalack mintabemérő egység injektor betét és mintaadagoló rekorder A gázkromatográfia bomlás nélkül gázzá alakítható, illékony vegyületek elválasztására alkalmas

3 A gázkromatográfiás készülék

4 Vívőgázrendszer Biztosítja a minta komponenseinek áthaladását az oszlopon Részei: Gázpalack (nyomáscsökkentő reduktor), N 2, Ar (FID), H 2, He Gáztisztító (aktív szenes, molekulaszűrős) Áramlásszabályozó - állandó áramlási sebesség kell, cm 3 /perc hőmérséklet nő gáz viszkozítása nő nyomásprogramozás oszlop töltet öregszik ellenállása nő

5 Gáztisztítók (víz, oxigén, szénhidrogének)

6 H (mm) Vívőgázok Lineáris áramlási sebesség (cm/s)

7 Mintaadagoló Feladata: gázból, vagy folyadékból gyorsan és dugószerűen, kis mennyiségeket ( μl gázoknál, 1-10 μl folyadékoknál) az oszlopra injektálni. Folyadékminta esetén biztosítani kell a gyors és teljes elgőzölögtetést fűthető mintakamra ( C > oszlop T, C véghőmérséklet). Egyöntetű és bomlás nélküli elpárologtatás.

8 Gáz minták a, gázfecskendő b, gázbemérő hurok minta be minta ki minta be minta ki oszlop vivőgáz vivőgáz

9 Liner, insert injektor betét

10 Injektálási technikák 1, Direkt az oszlopra Flash injection Töltetes és wide bore (makrokapilláris) oszlopoknál Teljes minta mennyisége pillanatszerűen az oszlopra kerül.

11

12 2, Split injektálás lefuvatás, megosztás Kapilláris oszlopoknak kisebb a kapacitása (10 mg!). Split: Minta elgőzölőgtetése, vivőgázba adagolása, majd elágaztatása (pl. 1/100-1/1000 arányban 0,01 μl és 0,001 μl injektálásának felel meg. Split ág végig nyitva, arány: Liner

13 Split arány Septum purge Elpárologtatás hőmérséklete > oldószer forráspontja Gyors minta transzfer éles kromatográfiás csúcs

14 3, Split-splitless (Grob) injektálás Cél: nagyobb mintamennyiségek injektálása a kapilláris oszlopra, a hatékonyság csökkenésének minimalizálásával. Feltételek: Oldószer forráspontja legyen a legkisebb az elválasztandó anyagok között. Injektor T-je > a legnagyobb fp-ú anyag fp-jánál. Oszlop T-je az oldószer fp-jánál fokkal kondenzáció az oszlop elején, állófázis telítődése. Ezek teljesülésével csak egy kis része az oldószernek kerül be az oszlopra és így koncentrálódik a minta!

15 Kivitelezés: Split ág 0,5-1 percig zárva (= splitless idő, vagy purge time),utána indul a lefuvatás, miközben az oszloptermosztát felfűtési programja is elindul és fp-juknak megfelelően eluálódnak a komponensek.

16 Problémák Split technika diszkriminál split arány szerint

17 Forráspont diszkrimináció Splitless technika diszkriminál splitless idő ( purge time) alapján

18 4, Programozható hőmérsékletű injektor (Programable Temperature Vaporization- PTV) Olyan split/splitless injektor, melyben a hőmérséklet is programozható. Alacsony T-ről gyors felfűtés, mely hatására a komponensek fp-juknak megfelelő sorrendben párolognak el. Nagy mennyiségű minta injektálása lassan ( μl ). Oldószer lefuvatása az injektálás elején. Hő hatására bomló anyagok elválasztására is jó.

19 Kriogén hűtés Liq. N C Liq. CO C Peltier hűtő hőcserélő: etil-alkohol+víz szoba T-20 0 C

20 Hőmérsékleti- és oldószer fókuszálás Spitless idő csúcskiszélesedést okoz. 1, Hideg csapda a magas forráspontú komponensekre Oszlop fejben negatív hőmérsékleti gradiens: (250 0 C 40 0 C) befagyás Optimális rekoncentrálás: C különbség a komponens forráspontja és az oszlop T-je között

21 2, Oldószer hatás Az alacsony forráspontú komponensek az oldószerrel együtt kondenzálódnak az oszlop elején (dt = min. 20 esetén). Az állófázis telítődik. Hőmérséklet emelés + vívőgáz a hátsó front kezd el párologni először. Fokuszáló hatás.

22 Oldószer hatása az injektálásra

23 Normál alkánok kromatogramja metanolban oldva, apoláris állófázison

24 Szeptum probléma

25 Kolonna Fajtái: 2-6 mm belső d-s, töltetes. 0,1-0,5 mm belső d-s kapilláris. 1, Töltetes kolonna (1-5 m) Anyaga: üvegcső, vagy saválló acél. Hordozója: diatomaföld (nagy mechanikai szilárdság, nagy fajlagos felület, kémiailag inert anyag) Megosztófolyadék + alacsony forráspontú oldószer + szilárd hordozó (0,1-0,3 mm-es átlagos szemcseméret) oldószer elpárologtatása Kapacitásuk nagy (pár μl injektálható).

26 2, Kapilláris kolonna Hossza: m, átmérője: 1, <0,15 mm mikrokapilláris 2, 0,15-0,50 mm standard kapilláris 3, > 0,50 makrokapilláris (wide bore) Hordozó nincs. Anyaga kvarc. Poliamid bevonattal. A megosztófolyadékot közvetlenül a cső belső falára viszik fel (d = 0,1-10 μm), nyomás alatt préselik át. Élettartama növelhető, ha a megosztófolyadékot valamilyen kémiai kötéssel (szilanizálással) rögzítik. Kapacitásuk kicsi (μl törtrésze).

27 Megosztó (nedvesítő) folyadék = állófázis Olyan makromolekuláris anyag, amely az elemzési T-n folyékony, de kellően hőstabil és gőztenziója is elhanyagolható. T max C < oszlop vérzés (bleeding) Hasonlóság elve: Apoláris komponensekhez apoláris Poláris komponensekhez poláris

28 Töltetes és kapilláris kolonna

29

30 Előtét oszlopok (guard column, retention gap) Megosztó fázis nélküli kapilláris darab, mely adszorbeálja a minta szennyezőit. Retenciós idő függetlenítése az oszlop hosszától, szervízelés alatt. Kapilláris vágási éle

31 Gáz-szilárd kromatográfia (GSC) állófázisai 1) Szilikagél 2) Aluminium-oxid 3) Aktív szén 4) Sztirol-divinil-benzol kopolimer Gáz-folyadék kromatográfia (GLC) 1) Polisziloxán vázuak (szilikonok) Apoláris és poláris csoportokkal szubsztituált változatai mind apoláris, CH 3 * Si O n * CH 3 mind poláris vegyületek elválasztására alkalmasak. Szubsztituensek: alkil-, aril-, nitril-, vinil csoportok, vagy ezek keveréke.

32

33 Fenilezett polisziloxán CH 3 * Si O Si n C 6 H 5 O * m 2, Polietilén-glikolok Carbowax. Poláris állófázis. Polaritásuk a lánchossz növekedésével csökken. 3, Poliglikol-észterek Előbbiek észterezett változatai, észterek elválasztására. HO CH 3 H H C 6 H 5 H O H n H

34

35

36 Kapilláris töltési technikák dinamikus statikus

37 Termosztát Az elválasztás hatékonyságát a megfelelő hőmérséklet program biztosítja. Célunk a minél jobb elválasztás (Rf > 1,5), minél gyorsabban. Komponensek növekvő forráspontjuk szerint eluálódnak. Fűtési tartomány: C Fűtési sebesség: 0, C /perc

38 Hőmérséklet programozott elúció

39 Hőmérséklet programozás a, kezdeti T b, T ugrás c, végső T T nő gázok oldhatósága csökken

40 T nő gázok viszkozítása nő u csökken Ennek kompenzálására nyomásprogramozást kell alkalmazni a felfűtés során. Ez növeli a vivőgáz lineáris áramlási sebességét, és gyorsabb retenciós időket eredményez.

41 Módosított van Deemter egyenlet Eredeti: H = 2 λdp + 2γDm + 8 k df 2 u u π 2 (1+k) 2 D s Módosított: H = B + C m u + C s u u Dm = a komponens diffúziós állandója a mozgófázisban u = az eluens lineáris áramlási sebessége d f = a megosztófolyadék rétegvastagsága D s = a komponens diffúziós állandója az állófázisban C m ~ r c2 /D m

42 T hatása az elválasztásra

43

44

45 Oszlophossz hatása az elválasztásra

46 Az oszlopátmérő hatása az elválasztásra

47 T A filmvastagság hatása

48 Column ID (mm) Film Thickness (μm) ng 30-40ng 50-70ng ng ng 60-80ng ng ng Phase ratio = 125/2/0.25 = ng ng ng ng ng ng ng ng ng ng ng ng ng ng ng ng

49 Analízis idejének csökkentése a gyors elválasztás érdekében Illékony minta Vékony állófázis (minőség!) Kis oszlop átmérő Rövidebb oszlop Hidrogén vívőgáz, nagy áramlási sebesség Meredek hőmérséklet gradiens