KÖRNYEZETMÉRNÖKI MÉRÉSTECHNIKA, MONITORING II./ KÖRNYEZETI ANALÍZIS II. előadás anyag

Átírás

1 KÖRNYEZETMÉRNÖKI MÉRÉSTECHNIKA, MONITORING II./ KÖRNYEZETI ANALÍZIS II. előadás anyag Környezetmérnöki BSc képzés Készítette: Dr. Bodnár Ildikó főiskolai tanár

2 A tantárgy kódja: MFKMM32K03 vagy MFKOA32K03 Vizsgakövetelmény Évközi jegy A gyakorlati jegy az aláírás feltétele és a félévközi jegy része (1/3). Kreditpont: 3 A tárgy előfeltétele: MFKMM31K03 vagy MFKOA31K03 2

3 Felhasznált és ajánlott szakirodalom Dr. Kőmíves József: Környezeti analitika, Műegyetemi kiadó, Budapest, Pokol György Sztatisz Janisz: Analitikai kémia I., Műegyetem Kiadó, Budapest, Pungor Ernő: Analitikai kémia, Tankönyvkiadó, Bp Burger Kálmán: Az analitikai kémia alapjai, Semmelweis kiadó, Bp Erdey László Mázor László: Analitikai kézikönyv, Műszaki Könyvkiadó, Budapest,

4 Tematika-Nappali tagozat hét előadás: gyakorlat: Tömbösítve 3 x 5 órában, Szerda h, hét, E218. Vízminőségvédelmi labor 0. Regisztrációs hét 1. Általános tudnivalók, tematika, laborgyakorlat megbeszélése. Az elválasztástechnika alapjai. A gázkromatográfia ismétlése és részletesebb ismertetése. 2. Gázkromatográfiás-tömegspektrometriás kombináció (GC-MS). Gázkromatográfia alkalmazása a környezetvédelmi analízisben. 3. A folyadékkromatográfia ismétlése. A HPLC módszer alapjai. Eluenst szállító rendszerek. 4. HPLC-s detektorok alapvető jellemzői és használatuk. 5. A HPLC-s elválasztás tervezése. Normálfázisú-, illetve fordított fázisú-folyadékkromatográfia. 6. Fordított fázisú ionpár-kromatográfia. Ioncserés kromatográfia alapjai. 7. Ionkizárásos-, méretkiszorításos- és hidrofób kölcsönhatási kromatográfia. 8. I. félévközi számonkérés az elméleti anyag 1. részéből 9. Kapilláris elektroforézis (CE) alapjai és a módszerek Klorid-ion meghatározása szennyvízben konduktometriás osztályozása. módszerrel (KDM) 10. Az elválasztásra jellemző paraméterek a CE-ben. Műszeres Környezeti minta vas-tartalmának meghatározása háttér. A CE rendszer felépítése. A CE alkalmazási területei. fotometriásan (VFM) 11. Szalicilsav tartalom meghatározása fotometriásan (SFM) Vízminták vizsgálata ionkromatográfiásan (IC) Monitoring alapjai. Levegőszennyezés monitoring. Környezeti minta összes szerves széntartalmának mérése (TOC) 12. Vízszennyezés monitoring. 13. II. félévközi számonkérés az elméleti anyagból 2. részéből 14. Félévközi számonkérés pótlási lehetősége az elméleti anyagból 4

5 Környezeti méréstechnika, analitika alapjai 5

6 A környezeti analitika feladata A környezetanalitikai vizsgálatok elsődleges célja az, hogy az ökológiai rendszerek különböző résztartományainak kvalitiatív és kvantitatív összetételét, az összetétel időbeli változását képes legyen teljességében feltárni. A környezetet szennyező anyagok minőségének, mennyiségének, összetételének, szerkezetének vizsgálata, a bioszféra legértékesebb részeinek: a levegőnek, víznek, talajnak, növényzetnek stb. ellenőrzése csak megfelelő analitikai módszerek segítségével történhet. A megfelelő analitikai módszerek megválasztása függ: a vizsgálandó anyag összetételétől a műszerektől gazdaságossági tényezőktől a kívánt pontosságtól néhány vizsgálat vagy folyamatos ellenőrzés szükséges Módszerek fenti négy pont szerinti csoportosítása: minőségi analitikai mennyiségi analitikai szerkezetvizsgáló szerkezetet és morfológiát vizsgáló 6

7 A környezeti analitika vizsgálati módszerei Módszerek alapelv szerinti csoportosítása: Klasszikus kémiai analitikai módszerek Súly szerinti elemzés (gravimetria) Térfogatos elemzés (titrimetria) Műszeres vizsgálati módszerek Egyszerű fizikai sajátság mérésén alapuló módszerek (sűrűség, viszkozitás, hővezető-képesség mérése) Elektrokémiai módszerek (potenciometria, polarográfia, vezetőképesség-mérés) Spektrometriás módszerek (emissziós spektrográfia, lángspektrometria, atomabszorpció, ultraibolya-, látható és infravörös-spektrofotometria, nefelometria és turbidimetria, mágneses rezonancia, röntgen spektrometria) Termikus módszerek Radiokémiai módszerek (aktivációs analízis) Kromatográfiás módszerek 7

8 Elválasztástechnika 8

9 Elválasztástechnika Az analitikai mérési módszerek sohasem abszolút szelektívek egy-egy mérendő komponensre. Ezért a legtöbb összetett minta esetén a mérés előtt szükség van a mérést potenciálisan zavaró komponensek eltávolítására. Extrém esetben a meghatározandó anyagot a minta összes többi összetevőjétől el kell választanunk, miközben esetleg hozzáteszünk olyan anyagokat amelyek eredetileg nem voltak a mintában, mint pl. a lecsapószert a gravimetriában. Az elválasztáson térbeli elkülönítést értünk. 9

10 Elválasztástechnika Elválasztásra sokféle lehetőség van, pl. desztilláció, kilúgozás, folyadék-folyadék extrakció, adszorpció, hűtéses kicsapás gőzelegyből, stb. Ezek a műveletek legalábbis az egylépéses változataik két frakcióra választják a minta komponenseit. A cél az, hogy a mérendő anyag teljes mennyisége az egyik frakcióba kerüljön, a zavaró anyagok pedig a másikba. Az említett módszerek erre általában csak akkor alkalmasak, ha a mérendő anyagnak az a tulajdonsága, amely alapján az elválasztás történik (pl. illékonyság, megoszlási hányados) nagyságrendekkel különbözik a zavaró anyagokétól. A helyzeten javítani lehet többszöri 10 frakcionálással, ami azonban nagyon munkaigényes.

11 Elválasztástechnika Ha az egymástól elválasztandó anyagok nagyon hasonlóak, akkor a fenti módszerek nem használhatók. Ezekben az esetekben alkalmazzuk az elválasztástechnika különösen hatékony módszereinek valamelyikét, általában a kromatográfiát, vagy az elektroforézist. Mindkét technika lényege, hogy a minta összetevői a berendezésben egy adott irányban mozognak, de különböző sebességgel, és ezért egy idő után elválnak egymástól. A térben elválasztott komponensek mennyiségét (koncentrációját) valamilyen detektorral mérjük. A detektorok általában rendelkeznek valamilyen szelektivitással; ezért az elválasztásnak nem mindig kell tökéletesnek lenni, bizonyos anyagok a mérendő anyag mellett maradhatnak. 11

12 Kromatográfia A kromatográfiás elválasztási módszerek az egymáshoz nagyon hasonló viselkedésű anyagok elválasztására alkalmazhatók. A kromatográfia szorpciós-deszorpciós (adszorpció, abszorpció, kemiszorpció) folyamatokon alapuló nagy hatékonyságú elválasztási módszer. A módszer elve: Az elválasztandó alkotórész két, egymással érintkező fázis között oszlanak meg, és szorpciós képességüktől függően hosszabb-rövidebb időt töltenek az álló fázisban. A kromatográfiás elválasztás folyamán az egyik fázis áll, míg a másik mozog. (Álló és mozgó fázis). Az elválasztandó alkotórészek a mozgófázis irányában 12 vándorolnak.

13 Kromatográfiás fázisok 13

14 Kromatográfia Ha a vándorlás eltérő sebességgel történik, akkor elegendő hosszú út után az egyes alkotók egymástól mennyiségi módon szétválnak, mivel az álló fázison különbözőképpen kötődnek meg, így és külön-külön megkaphatók. Az elkülönített alkotókat valamilyen fizikai vagy kémiai tulajdonságúk mérése alapján tudjuk detektálni, azaz azonosítani, illetve a mennyiségüket meghatározni. 14

15 Kromatográfia A kromatográfiás módszerek csoportosítása a mozgó fázis halmazállapota szerint történik. A mozgó fázis lehet gáz, folyadék vagy szuperkritikus folyadék. Így ismert: Gázkromatográfia (GC) Folyadékkromatográfia (LC) Szuperkritikus fluid kromatográfia (SFC) 15

16 Kromatográfia Az állófázis lehet szilárd vagy folyadék halmazállapotú, de mindenképpen fő jellegzetessége a helyhez kötöttség és a kölcsönhatások létrejöttének lehetősége. Az állófázison lehetőleg közömbös, nem vagy gyengén szorbeálódó fluid fázist, ún. eluenst áramoltatunk át folyamatosan, lehetőleg állandó áramlási sebességgel. 16

17 A mozgó fázis elnevezései Mozgófázis = fluid fázis= eluens 17

18 Kromatográfia Az eluenssel szemben támasztott követelmények: fajlagos szorpciója elhanyagolható legyen a vizsgált alkotóéhoz képest, nagy mennyiségben és kellő tisztaságban álljon rendelkezésre, olcsó legyen. 18

19 Részletesebb csoportosítás GÁZKROMATOGRÁFIA (GC) FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA (LC) GÁZ-SZILÁRD (GSC) GÁZ-FOLYADÉK (GLC) FOLYADÉK-SZILÁRD (LSC) FOLYADÉK-FOLYADÉK (LLC) 19

20 KROMATOGRÁFIÁS ELVÁLASZTÁSI MÓDSZEREK Az állófázis alakja, minősége szerint ismert: oszlop (2), papír (1), és rétegkromatográfia (1)

21 KROMATOGRÁFIÁS ELVÁLASZTÁSI MÓDSZEREK A kromatográfiás valósítható meg: elválasztás három különböző módon frontális kiszorításos elúciós elválasztás. Gyakorlati jelentősége a kiszorításos és az elúciós elválasztásnak van. A kiszorításos módszer esetében a minta egy diszkrét részletét juttatjuk a kolonnára (oszlop). Megvárjuk, amíg beáll az egyensúlyi állapot, s a komponensek fajlagos szorpciójuk sorrendjében szorbeálódnak. Ezt követően egy mindegyik alkotóénál nagyobb fajlagos szorpciójú ún. kiszorító anyaggal a komponenseket fajlagos szorpciójuk növekvő sorrendjében szorítjuk le. 21

22 KROMATOGRÁFIÁS ELVÁLASZTÁSI MÓDSZEREK A módszer hátránya, hogy a kiszorító anyag telíti az elválasztó rendszert, s egy újabb elválasztás előtt azt el kell távolítani, regenerálni kell a kolonnát. Az elúciós technika a gázkromatográfia egyedüli és a többi kromatográfiás módszer leggyakrabban alkalmazott megoldása. Az állófázison lehetőleg közömbös, nem vagy gyengén szorbeálódó fluid fázist, ún. eluenst áramoltatunk át folyamatosan, lehetőleg állandó áramlási sebességgel. 22

23 KROMATOGRÁFIÁS ELVÁLASZTÁSI MÓDSZEREK A meghatározás végeredményeként ún. kromatogramhoz (detektorjel-idő függvény) jutunk, mely a minőségi és a mennyiségi információ hordozója. Az elúciós haranggörbék, csúcsok időbeli integrálja, azaz a csúcs alatti terület arányos az alkotó mennyiségével. A minőségi információ hordozója a retenció. Ez kifejezhető időadattal, az állófázison átáramlott eluens térfogattal, távolsággal vagy relatív időtartammal. 23

24 A kromatogram 24

25 A GÁZKROMATOGRÁFIA RÉSZLETESEBB MEGISMERÉSE ÉS A MÓDSZER KÖRNYEZETVÉDELMI ALKALMAZÁSAI 25

26 Gázkromatográfia A GC a szerves vegyületek minőségi azonosításának és mennyiségi meghatározásának nélkülözhetetlen módszere. 0,1-0,5 l mintában g vegyület meghatározására alkalmas. A gázkromatográfiás elválasztás esetén: Az állófázis: szilárd adszorbens = GSC (szilikagél, molekulaszita: aluminoszilikátok azaz zeolitok) vagy hordozón (diatomaföld) adszorbeált nem illékony folyadék = GLC (nagy molekulatömegű alkohol, glikol, szénhidrogén). A mozgófázis: gáz hővezetőképességi detektornál: hidrogén, hélium; lángionizációs detektornál: nitrogén, argon). 26

27 A gázkromatográfiás készülék: Az elúciós elválasztáshoz a kolonnán állandó eluensáramot (gáz) kell fenntartani. A vizsgálandó mintát impulzusszerűen ebbe az eluens áramba juttatjuk be, amely komponenseire válik szét, az állandó hőmérsékleten tartott vagy programozott hőmérsékletű térben elhelyezett kolonnán. Az elvált alkotók a detektorba jutva a mért elektromos jel nagyságát megváltoztatják. 27

28 A gázkromatográfiás készülék: 1. A készülék: Eluensforrás gáztisztító és szárító egységgel valamint gázáramlást biztosító és szabályozó rendszerrel (vivőgáz nyomása: 0,01-0,4 MPa, áramlási sebessége: cm 3 /perc) Mintabeviteli rendszer (gázbemérő csap, mikrofecskendő, vagy automata egység) Kolonna termosztáttal Detektor (hővezetőképességi vagy lángionizációs) A detektorjel erősítésére és mérésére szolgáló erősítő Jelátviteli rendszer a számítógéppel (jelrögzítés, adattárolás, adatfeldolgozás) 28

29 A gázkromatográfiás készülék általános felépítése 29

30 Shimadzu GC-2014 készülék 30

31 2. Mintabeviteli lehetőségek: Általában folyadék halmazállapotú mintát kell egy olyan fűtött térbe bejuttatni, ahol arra törekszünk, hogy a minta pillanatszerűen és kvantitatíve elpárologjon. További gond, hogy igen kis mennyiségű mintát kell felhasználnunk. Így az alábbi mintabeviteli megoldásokat különítjük el: Gázminták bevitele: Gázbemérő csappal Mikrofecskendővel A mintabemérő csapok működési vázlatát a következő ábra szemlélteti. 31

32 Hatágú gázbemérő csap működési vázlata 20 l térfogat 32

33 Gáz vagy folyadék minták bevitele fecskendővel 33

34 Mintabeviteli lehetőségek: Szobahőmérsékleten folyékony mintákat mikrofecskendő segítségével lehet bejuttatni, így a minta egy szilikon-szeptum átszúrásával jut az eluens áramba. Folyadékminták bemérési lehetőségei: Flash-elpárologtatás Mintaáramelosztás Splitless technika On-column injektálás Programozott hőmérsékletű injektor alkalmazása Ezek közül a Flash-elpárolgtató vázlatát mutatja be a következő ábra. 34

35 Flash-elpárologtató vázlata A többnyire szilikongumi szeptummal lezárt elpárologtatóba a fecskendővel impulzusszerűen jutattuk be a mintát. Ez akkor kvantitatív, ha az injektor hőmérséklete C-kal magasabb, mint a bevitt minta legmagasabb forráspontú komponensének a forráshőmérséklete. Fontos, hogy a minta ne érintkezzen fémmel, ugyanis az ne kívánt reakciókat katalizálhat. Az expanziós tér térfogata: 1-2 cm 3. 35

36 3. Kolonnák: Az elválasztás szempontjából döntő szerepe van a kolonnáknak. Ezek kis átmérőjű csövek, oszlopok, melyek az állófázist tartalmazzák. A kolonnáknak két típusát különböztetjük meg: Adszorpciós és Megoszlásos kolonnák. És ezek lehetnek: Szemcsés töltetűek vagy Kapilláris kolonnák. 36

37 Kolonnák: Kapilláris kolonna Töltetes kolonnák 37

38 Kolonnák: A kapilláris kolonnákat a kolonna belső átmérője szerint (d C ) tovább lehet csoportosítani: Mikrokapillárisok (d C 150 m) Standard kapillárisok (150 m d C 500 m) Makrokapillárisok (d C 0,5 mm) A gázkromatográfiás kolonnák alaptípusait a következő ábra mutatja be. 38

39 A gázkromatográfiás kolonnák alaptípusai 39

40 Kolonnák: A PLOT (porous layer open tubular) kolonnákban a cső belső felületén adszorbens réteg helyezkedik el. Ez lehet grafit, molekulaszita, alumínium-oxid, stb. A megoszlásos kolonnáknak két alaptípusa van: A nedvesített falú WCOT (wall coated open tubular) és A hordozó réteggel bevont falú SCOT (support coated open tubular) kolonnák. 40

41 Kolonnák: A gáz-folyadék kromatográfiában kulcsszerepe van a megosztófolyadékoknak. A megoszlási hányados megváltoztatásához az álló vagy a mozgó fázis anyagi minőségét kell megváltoztatni. A mozgófázis (eluens = gáz) megváltoztatásának lehetősége nagyon szegényes, így inkább az állófázist kell/lehet változtatni. Az állófázissal (megosztófolyadék) szembeni követelmények: Hőstabilitás (Ne bomoljon el az adott hőmérsékleten). Az alkalmazási halmazállapot. hőmérséklettartományban folyékony Jól definiált kémiai szerkezet. Kémiai inertség (Ne lépjen reakcióba). Kellő nedvesítő képesség (Ha: hordozó > megosztófolyadék, jól nedvesíthető a hordozó felülete. : felületi feszültség) Oldhatóság. Mérsékelt ár. 41

42 Kolonnák: Ezeknek a követelményeknek többnyire csak a makromolekuláris anyagok felelnek meg (polisziloxánok különböző funkciós csoportokkal, poliéterek). Ezen kívül használatosak még: Szénhidrogén típusú megosztófolyadékok, Ftalátok, Glikol-észterek, Nitrilek. CH 3 Si O n HO CH 2 CH 2 O n CH 3 Poli-dimetil-sziloxán CARBOWAX: polietilén-glikol 42

43 4. Detektorok: Valamennyi gázkromatográfiás detektor a kolonnán elkülönült komponenseket úgy jelzi, hogy az adott alkotó az eluenssel együtt a detektorba áramlik, ahol a koncentrációjával vagy az időegység alatt a detektorba jutó mennyiségével arányos elektromos jel keletkezik. Főbb típusaik: Hővezetőképességi Lángionizációs (FID) Fotometriás Molekulaszelektív vagy tömegspektrometriás detektorok. 43

44 Hővezetőképességi detektor Érzékelője egy elektromosan fűtött wolfram-szál, amely körül vivőgáz áramlik. A működés elve, hogy fűtött drótról a hőelvezetés sebessége az azt körülvevő gáz molekulatömegével arányos. A gázok közül a hidrogén és a hélium hővezetőképesége a legnagyobb. A fűtött szál hőmérséklete és így ellenállása mindaddig nagyobb, mint a vivőgázban mérté, amíg a cellában a mintakomponens tartózkodik. 44

45 Lángionizációs detektor Egy H 2 -lev. eleggyel táplált mikroégő, amely fölé elektródpárt helyeznek. Erre feszültséget kapcsolnak. A kolonnát elhagyó szerves komponensek a lángba jutva ionizálódnak. Az elekródok között a bejutó ionok hatására áram folyik, ami erősítés után mérhető. 45

46 5. Minőségi azonosítás: A gázkromatográfiás minőségi azonosítás legkézenfekvőbb módszere a retenciós adatok közvetlen mérése. A retenciós adatok közvetlen összehasonlítására épülő azonosítást szemlélteti a következő ábra. 46

47 Minőségi azonosítás a retenciós idők közvetlen összehasonlításával A MINŐSÉGI AZONOSÍTÁS ALAPJA: A RETENCIÓS IDŐ Az ismeretlen minta kromatogramját standard komponensek kromatogramjaival hasonlítjuk össze, mely alapján az azonosítás - a retenciós idők megegyezősége esetén - egyértelműen elvégezhető. 47

48 Minőségi azonosítás: További módszerek az azonosításra: Addíciós módszer Finger print azonosítás Relatív retenció alkalmazása Az addíciós módszerre és Finger print módszerre egy-egy példát a következő ábrák mutatnak be. 48

49 Minőségi azonosítás addícióval Az addíciós módszer lényege az, hogy: 1. először megmérjük az ismeretlen minta válaszjelét, 2. majd a mintához a meghatározandó komponenst ismert mennyiségben hozzáadjuk 3. és ismét megmérjük a válaszjelet. J x = S c x J a = S (c x + c) 49

50 Finger print azonosítás Összetett minták gyors azonosítására alkalmas. Két kőolaj frakció GC-kromatogramja látható az ábrán. 1. A csúcsok retenciója azonos, azonban az egyes alkotók csúcsterületei eltérőek. A két frakció alkotóinak minősége azonos, de az eltérő mennyiségi arányok miatt nem lehet azonos minőségű olaj a két minta

51 GÁZKROMATOGRÁFIÁS- TÖMEGSPEKTROMETRIÁS KOMBINÁCIÓ (GC- MS) ÉS KÖRNYEZETANALITIKAI SZEREPE 51

52 Tömegspekrometria (MS) Szerves és szervetlen anyagok minőségi és mennyiségi elemzésére szolgál. Egyike a legáltalánosabban használható és legjobb kimutatási képességgel bíró analitikai eljárásoknak, ugyanakkor specifikus is. Alkalmazásának korlátja, hogy csak a gázhalmazállapotú vagy a mérőberendezésben azzá alakítható vegyületek mérésére alkalmas. A tömegspektrométer tömegük alapján választja szét a gázállapotú, ionizált molekulákat és töredékeiket. A tömegspektrum vonalas, optikai spektrumhoz hasonló kinézése miatt nevezik spektrometriának, de nincs köze az optikai módszerekhez. 52

53 A tömegspektrometriás mérés részfolyamatai 1. A minta gázállapotba hozása (Kombinált módszer esetén GC-vel). 2. A mintakomponensek ionizációja és fragmentációja. 3. A keletkezett ionok felgyorsítása elektromos tér segítségével. 4. Az elektromos és mágneses térben a töltésegységre jutó tömegük szerint (m/z) elválasztott ionnyalábok regisztrálása, azaz az így szétválasztott különböző tömegű fragmensionok mennyiségének a meghatározása. A fenti folyamatokat vákuumban kell végbemenniük, mivel az ionsugaraknak kellő hosszúságú, ütközés nélküli szabad utat kell megtenniük. 53

54 Ionintenzitás Tömegspektrum 54

55 GC-MS A szerves elegyek alkotóinak minőségi azonosítása, minőségi elemzése megbízhatóan csak összetett gázkromatográfiástömegspektrometriás (GC-MS) műszerkombináció segítségével oldható meg. A GC-MS rendszerek korszerű változatai elképzelhetetlenek számítógépes szabályozás és adatfeldolgozás nélkül. Egy ilyen műszerrendszer főbb egységei a következők: Kapilláris gázkromatográf Tömegspektrométer vákuumrendszerrel Számítógép A készülék vázlatos felépítését a következő ábra szemlélteti. 55

56 Kvadrupól analizátorú GC-MS-DS (DS: data system, adatfeldolgozó rendszer) vázlata * * csatolóegység 56

57 Agilent 5975 inert GC/MS készülék 57

58 GC-MS A kombináció elvi alapjai: A tömegspektrométer a GC detektora, illetve a GC az MS előnyös mintaelőkészítő egysége. A GC elvégzi mindegyik komponens mennyiségi meghatározását, míg az MS egyértelműen azonosítja azokat. A GC-MS készülék esetén a következő két feladat alapvető fontosságú: a.) A GC vivőgázának eltávolítása. b.) Az összetett műszer két részében a sebesség összehangolása. Így ún. csatoló egység beiktatása (p, T kiegyenlítés) szükséges a fenti problémák megoldására. 58

59 GC-MS A gázkromatográfiás elválasztást követően, az időben elkülönített alkotók külön-külön kerülnek a tömegspektrométer ionforrásába, ahol ionizációt szenvednek. Az egyes molekulákból keletkező ionokat a tömegspektométer választja el, s méri az ionok intenzitását, hozza létre a tömegspektrumot. Ez a tömegspektrum lényegében olyan ionintenzitásiontöltés egységre eső tömeg függvénykapcsolat, amely egy-egy molekulára egyedileg jellemző. 59

60 GC-MS A 0,5-1 másodpercenként felvett tömegspektrumok ionáramintenzitásainak az integrálásával, tömegspektrumok elkészültével egyidejűleg elkészül egy rekonstruált kromatogram is (TIC: total ion chromatogram). Így az egyes tömegspektrumok a gázkromatográfiás csúcsokhoz egyértelműen hozzárendelhetők. Ennek megfelelően a szokásos gázkromatográfiás mennyiségi információ mellett egyértelmű minőségi információt is szolgáltat e műszerkombináció. Nagymértékben segíti a minőségi elemzést az eddig felhalmozódott olyan spektrumgyűjtemények felhasználása, amelyek számítógépes könyvtárak, adatbankok formájában állnak rendelkezésre. 60

61 GC-MS Különleges, többlet mennyiségi információt szolgáltat az ún. szelektív ionkövetéses (SIM: selected ion monitoring) méréstechnikai megoldás. Elve: Ennek az a lényege, hogy a mérés során egy alkotónak nem a teljes tömegspektrumát készítjük el, hanem csak az illető alkotóra egyedileg jellemző, valamelyik ionjának az intenzitását mérjük. Így az abszolút ionintenzitás mérésével, kalibrációt követően, mód van az adott vegyület érzékeny mennyiségmérésére. 61

62 GC-MS A GC-MS gyakorlati alkalmazása során ki is használjuk ezeket a lehetőségeket, így a leggyakoribb alkalmazási területek: minőségi elemzés a karakterisztikus tömegspektrum alapján, mennyiségi elemzés a rekonstruált kromatogram és a SIM segítségével. 62

63 Mennyiségi elemzés GC-ben és GC-MS-ben: A mennyiségi elemzés gyakran a gázkromatográfiás elemzés alapvető feladata. Cél: a sokkomponensű minta alkotóinak a lehető legjobb elválasztása, a legérzékenyebb detektort alkalmazva, a lehető legrövidebb idő alatt megbízható mennyiségi információ az adott minta összetételéről, még akkor is, ha az egyes alkotók az eredeti mintában igen kis mennyiségben vannak jelen. 63

64 Mennyiségi elemzés GC-ben és GC-MS-ben: Ha a méréshez nem a megfelelő mennyiségi elemzési módszert választjuk meg, alapvető hibákat követhetünk el, még akkor is, ha elválasztási szempontból nem találunk kivetnivalót a követett eljárásban. A gázkromatográfiás (és más műszeres) elemzés mennyiségi módszerei aszerint csoportosíthatók, foglalhatók logikailag is egységes rendszerbe, hogy a mérés érzékenységét hogyan használjuk fel. 64

65 Mennyiségi elemzés GC-ben és GC-MS-ben: A gázkromatográfiás mennyiségi elemzés érzékenysége (S i ) adott detektálási módszer és adott alkotó esetében az egységnyi mennyiségű anyag által szolgáltatott csúcsterület, azaz: S i = A i / m i és S i = A i / c i hányadosokkal, ha a tömeg-, vagy a koncentrációváltozásra eső területváltozást hangsúlyozzuk. Ahol: A i az i-edik alkotó csúcsterülete, m i, illetve c i, a tömege, illetve koncentrációja. S i : az érzékenység 65

66 Mennyiségi elemzés GC-ben és GC-MS-ben: Három alapmódszert különböztettünk meg: 1. A kalibrációs módszer: az érzékenység kísérleti meghatározására épül. 2. Az addíciós módszer: elkerüli az érzékenység meghatározását, de feltételezi annak állandóságát egy kísérletsorozaton belül. 3. A belső standard módszer: a relatív érzékenység használatán alapszik. Mindegyik alapmódszernek több változata is létezik, így egyik-másik jól illeszthető a gázkromatográfiás mérés speciális feladataihoz és problémáihoz. 66

67 Mennyiségi elemzés GC-ben és GC-MS-ben: A továbbiakban az első két alapmódszert (kalibráció, addíció) és változataikat tekintjük át, vizsgálva azt is, hogy a gázkromatográfiás analitikai gyakorlatban hogyan használhatók, vagy éppen milyen akadályai lehetnek az alkalmazásuknak. 1. Kalibrációs módszer: Az érzékenységet határozzuk meg úgy, hogy a mérendő alkotó ismert összetételű mintáit gázkromatografáljuk és a kapott csúcsterületekből a tömeg (koncentráció) ismeretében az S i -t számoljuk. Így a mérendő alkotó csúcsterületét megmérve annak tömege (koncentrációja) kiszámítható. A kalibráció lehet: Egypontos kalibráció Többpontos kalibráció 67

68 Kalibrációs módszer: Az egypontos kalibrációs módszer használata két lépésből áll: Standard oldat készítése Mérés a GC-vel Az első lépésben elkészítjük az elegyet (standard oldat) - az ismert minőségű vegyületek felhasználásával - melyet gázkromatográfiás mérés után az érzékenység maghatározására használunk fel. A standard oldatot pontos összeméréssel állítjuk elő, úgy, hogy az i, k, l,.. n alkotókból mért tömegű m i, m k, m l, m n mennyiségeket st térfogatra hígítjuk, így az oldat c i, c k, c l, c n koncentrációjú lesz. Ennek az oldatnak csak egy p részét injektájuk a gázkromatográfba és így a következő ábra a részéhez jutunk. 68

69 Kromatogramok az egypontos kalibrációs módszer alkalmazásához a: a standard elegy kromatogramja b: az ismeretlen minta kromatogramja Az érzékenység az a kromatogram alapján: S i = (A i / st c i ) p Ezután a meghatározandó ismeretlen minta V x térfogatának vagy G x tömegének a q-ed részével készült kromatogram ( b ) adatait dolgozzuk fel: p q m i,x = (A i,x /A i )m i q/p, mg-ban kifejezve. 69

70 Kalibrációs módszer: A módszer alkalmazási területei: Gázelemzés Tájékozódó elemzés: folyékony minták közelítő összetételének a megállapításához, az egypontos változat segítségével. A mérés linearitási tartományának, valamint kimutatási határának meghatározása. 70

71 Mennyiségi elemzés GC-ben és GC-MS-ben: 2. Addíciós módszer: A módszer elsősorban dúsításos mintavételre épülő gázkromatográfiás elemzéseknél használható, amikor az alkotó és a mátrix kölcsönhatása is befolyásolja a dúsítás eredményességét. Az addíciós módszer esetén a mérés érzékenységének állandóságát tételezzük fel és elkerüljük a konkrét kísérleti meghatározását. 71

72 Kromatogramok az addíciós módszer értelmezéséhez Az ábra a részén kapott kromatogram alapján: A i = S i (m i,x /p) A b részét úgy készítjük, hogy a minta V x részletéhez hozzáadjuk a meghatározandó alkotó i térfogatú, ismert c i koncentrációjú részletét és ebből a (V x + i )/q térfogatot injektáljuk. A b kromatogram alapján: A i = S i (m i,x + m i /q) Az A i és az A i hányadosát véve, ebből az ismeretlen mennyisége kifejezhető: m i,x = m i / ( A i / A i )(q/p)- 1 mg-ban kifejezve. 72

73 A GÁZKROMATOGRÁFIA ÉS A GC-MS KOMBINÁCIÓ ALKALMAZÁSA A KÖRNYEZETVÉDELMI ANALÍZISBEN 73

74 A GC és a GC-MS környezetvédelmi alkalmazásai A környezetvédelmi analízis a gázkromatográfia számára számos feladatot jelöl ki, ezek a következők: Légszennyezők szerves alkotóinak elemzése. A víz illó alkotóinak elemzése. Porok (szálló és ülepedő) elemzése. Szermaradványok (mezőgazdasági termékekben, élelmiszeripari- növényi-, állati termékekben, stb.) elemzése. Talajok szermaradványainak elemzése. Hulladékok illó alkotóinak analízise. 74

75 A GC és a GC-MS környezetvédelmi alkalmazásai Aszerint is csoportosíthatók a gázkromatográfia környezetanalitikai feladatai, hogy mi a célja az információ-szerzésnek. Lehet a cél: 1. A szennyező források felderítése, a szennyezés mértékének a megismerése, ellenőrzése (az emisszió mérése), 2. A szennyező anyagok, a szennyezés terjedésének a nyomon követése (a transzmisszió mérése), 3. A környezet állapotának a feltérképezése, a környezet állapotának folyamatos ellenőrzése (az imisszió mérése), 4. A munkahelyi szennyezések, egészségkárosító hatások felmérése. 75

76 A GC és a GC-MS környezetvédelmi alkalmazásai A szennyezések kibocsátása (emisszió) is többféle lehet: A helyhez kötött pontforrások (kémények, kürtők, kimenő vízi csatornák) vizsgálata viszonylag könnyebb, mivel a forrás kimenete viszonylag jól definiált. Az épületforrások, vagy a felületi források (pl. egy földgázfogadó, vagy elosztó telep) vizsgálata nehezebb, mivel több ponton van szükség az elemzésre. Még nehezebb a diffúz emisszió források (pl. talajba, talajvízbe beengedett szennyezések) ellenőrzése. 76

77 A szennyezések kibocsátása (emisszió) is többféle lehet: Különleges feladat a transzmissziómérés, mivel a szennyezés terjedését modellezni vagyunk kénytelenek a környezetre ártalmatlan alkotók kibocsátásával és koncentrációjuk alakulásának követésével. Az imisszió mérés is több célú lehet (globális, kontinentális, regionális, területi, lokális felmérés), bár legtöbbször a lokális környezetminőség az, amire a leginkább kíváncsiak vagyunk. Ugyanez érvényes a munkahelyi környezetre is. 77

78 A GC és a GC-MS környezetvédelmi alkalmazásai Ma már földünk minden civilizált országában határértékekkel szabályozzák szennyező alkotók kibocsátását, a környezetben és a munkahelyeken (munkahelyi légtérben) megengedhető maximális szennyezés-koncentrációkat. Ilyen határértékeket - technológiai szempontból érdekes - minden szerves vegyületre megszabnak, akár levegő-, víz-, vagy talajszennyezésről legyen szó. Külön határértékeket állapítanak meg az állati termékekre, növényi eredetű élelmiszerekre, takarmányokra, stb., sőt a textíliák megengedhető növényvédő szer, rovarirtó szer és rákkeltő aril-amin koncentrációjára vonatkozóan is. 78

79 A gázkromatográfia konkrét környezetvédelmi alkalmazásai I. Légszennyezők analízise: A környezeti levegő szerves szennyezettségi állapotának a mérése, a szennyezések összkoncentrációjának ismeretén túl a szennyezők anyagi minőségének a megismerését is célozza. Különösen a városi levegő aromás szennyezettsége jelent egyre nagyobb veszélyt. Az aromás szénhidrogének egy része illó alkotóként a vegyigyárak és a robbanómotorok emissziója révén kerül a levegőbe (másodlagosan a vízbe, talajba). 79

80 Légszennyezők analízise: 1. A kondenzált gyűrűs aromás szénhidrogének: (PAH: Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) Három vagy több kondenzált aromás gyűrűt tartalmazó hidrofób, rezisztens anyagok (antarcén, fenantrén, pirén, benzpirén). A vegyületcsoport több tagjának rákkeltő hatása van. Igen nagyszámú (több száz) PAH vegyület létezik, melyek karcinogén hatása több nagyságrenddel különbözik. A nagyhőmérsékletű technológiák (erőművek, fémkohók, dízelüzemű motorok, hulladékégetők, stb.) szilárd égéstermékeivel kerülnek a levegőbe, majd a légköri üledékek kísérőanyagaként a talajba és a felszíni vizekbe. 80

81 A PAH vegyületek fontosabb képviselői Legveszélyesebb 81

82 Légszennyezők analízise: Általában a nagyszámú poliaromás vegyület mindegyikének mérésére sem lehetőség, sem szükség nincs. Elegendő bizonyos kiemelt vegyületek meghatározása, ezeket a különböző szervezetek úgy választják ki, hogy figyelembe veszik egyrészt a rákkeltő hatás erősségét, másrészt azt, hogy a különböző vegyülettípusok képviselve legyenek. 16 elsődleges szennyezőt ismerünk. A levegő vizsgálatoknál a gyakorlatban a szálló por PAH tartalmát kell meghatároznunk. A levegőben a szálló por szemcséin adszorbeálva fordulnak elő. Ennek megfelelően a mintavétel porszűrést jelent. 82

83 Légszennyezők analízise: A szokásos mintavételi eljárás az, hogy 0,22 m pórusméretű membránszűrőn a levegőt megfelelő térfogatárammal átszíva, a várható szennyeződésektől függően 1-24 óráig gyűjtjük a port. A leválasztott por tömegét a szűrő mintavétel előtti és utáni mérlegelésével állapítjuk meg. Mivel a PAH vegyületek fotokémiai degradációra hajlamosak, a mintát tárolás, kezelése közben fénytől védeni kell, hűtőszekrényben kell tárolni. Ezt követően GC-MS készülékkel végezzük el az elemzést. 83

84 PAH-ok elemzése városi pormintából 84

85 Légszennyezők analízise: 2. Egyéb légszennyezők: A legtöbb ipari tevékenység kapcsán a levegőbe antropogén úton szennyező anyagok kerülnek, melyek mennyiségét gázkromatográfia segítségével mérni lehet. Az analízis fontos lépése a megfelelő mintavétel. Ipari kémények, kürtők esetén - különösen ha a technológia szakaszos - ún. dúsításos mintavételt kell alkalmazni. 85

86 Légszennyezők analízise: Ehhez két darab, sorba kapcsolt, aktívszenet tartalmazó adszorpciós csövet kell használni. A mintavétel ideje legalább 2 óra, sebessége kb. 5 l/h sebességgel. Az eredmény megbízhatóságának növelésére több párhuzamos mintavételt kell végezni. A mintavételt követően a laboratóriumi feldolgozás deszorpciót jelent, valamilyen oldószerrel, majd a mintákat a gázkromatográfiás készülékbe szúrjuk fecskendő segítségével. 86

87 Légszennyezők analízise: Egy ilyen mérés eredményeképpen a következő ábrán látható kromatogramhoz jutunk. A szilárd anyagok egy része kiülepszik a levegőből, s belekerül a talajba, rákerül a növényekre, állatokra, stb.). Ezért fontos, hogy a szerves szennyeződést ne csak a levegőben, de a talajban és a vízben is nyomon kövessük. 87

88 Gyári kürtőből vett adszorpciós minta kromatogramja 88

89 A gázkromatográfia konkrét környezetvédelmi alkalmazásai II. Víz szerves szennyeződéseinek a meghatározása: A felszíni vizek, különösen a folyók vizének a permanens szennyeződései az üzemanyag és kenőanyag eredetű szennyeződések, az aromás, klóraromás, fenol típusú komponensek, műanyaglágyítók és a különböző mosószerekből származó felületaktív anyagok. Az illó alkotók méréséhez az analitikai megoldást az on-line GC vagy a GC-MS kombináció szolgáltatja. A legnagyobb mennyiségben jelenlévő szénhidrogének koncentrációja 1 g/l körüli érték (ppb)! 89

90 Víz szerves szennyeződéseinek a meghatározása: Ilyen kis koncentrációjú komponensek mennyiségi meghatározásához a nagy hibalehetőségek miatt főként kalibrációs módszert szokás használni. Néhány kritikus alkotó egyedi mérését azonban belső standard módszerrel célszerű elvégezni. A fenol meghatározása élővizekben, szennyvízben fontos analitikai feladat. Ipari szennyvízben a fenolon kívül több más alkotó is előfordul. Ennek megfelelően célszerű olyan kolonnát választani, amelyen az aromás gyűrű jellege szerinti elválasztás érhető el. 90

91 Fenol meghatározása ipari szennyvízben (GC-MS) 91

92 Víz szerves szennyeződéseinek a meghatározása: Ebben fenil-szubsztituált polisziloxán fázisok segítenek. Ezért ilyen típusú állófázist célszerű választani. A víz, mint mátrix, kellemetlen az elválasztás és a detektálás szempontjából is. Ezért célszerű a víztől dúsítással megszabadulni. A legjobb megoldás erre a szilárd-folyadék extrakció. 92

93 A gázkromatográfia konkrét környezetvédelmi alkalmazásai III. Szilárd minták kevéssé illó szerves szennyezőinek a meghatározása: A nagyhőmérsékletű technológiák kevéssé illó, toxikus szennyezőinek, a belső égésű motorok szilárd emisszió-termékeinek, stb. fő gyűjtőhelye a talaj, a városi por. Ugyanezen alkotók a város légterében lévő szállóporból és még inkább a leülepedett porból (por, korom együtt értendő) kinyerhetők és analizálhatók. Ebben az esetben is megfelelő mintavétel után, a minták elemezhetők GC vagy GC-MS kombináció segítségével. 93

94 Szilárd minták kevéssé illó szerves szennyezőinek a meghatározása: A por vagy talaj minta PAH tartalmának a kinyerésére több lehetőség is kínálkozik: Hexán-diklór-metán 1:1 arányú elegyével ultrahangfürdős extrakció. Ugyanilyen oldószereleggyel Soxhlet extrakció (extrakciós hüvely). Szuperkritikus fluid extrakció (SFE), CO 2 -vel (45 C-on és 80 bar nyomáson). Ezt követően az extraktumot gázkromatografáljuk. 94

95 Szilárd minták kevéssé illó szerves szennyezőinek a meghatározása: Gyakorta ismétlődő feladat talaj üzemanyagok okozta szennyezőinek a vizsgálata, illetve meghibásodott tartályok, transzformátorok, vagy szándékos szennyezés következményeinek felméréséhez van sokszor szükség analitikai segítségre. A mintavétel a felszínen történő egyszerű lapátolással vagy ha a szennyezés mélyebb rétegben történt, akkor szúró mintavevővel történhet. Ezekből a mintákból a benzin, gázolaj, stb. kinyerése extrakciós megoldással (n-hexán, n-hexán-aceton elegye) valósítható meg. Megfelelő koncentrálás után az elkészített mintát vagy extraktumot gázkromatografáljuk. 95

96 Gázolajjal szennyezett talajminta extraktumának kromatogramja 96

97 Folyadékkromatográfia (LC) 97

98 A folyadékkromatográfiás módszerek közül a nagy hatékonyságú folyadékkromatográfiának (HPLC) van kiemelkedő jelentősége. High Performance Liquid Chromatography High Pressured Liquid Chromatography 98

99 Folyadékkromatográfia A folyadékkromatográfián belül az állófázis minősége, illetve a megoszlást előidéző folyamat minősége szerint: adszorpciós (szilárd álló fázis), megoszlásos (folyékony álló fázis), és ioncserés (ioncserélő állófázis) kromatográfiát különböztetünk meg. 99

100 Folyadékkromatográfia A különböző vándorlási sebességen alapuló elválasztási módszerek közül a HPLC-nél az egyes komponensek elkülönülése azért jön létre, mert minden egyes komponens eltérő időt tölt az álló fázison. Másképpen kifejezve a komponensek megoszlása az álló és a mozgó fázis között eltérő és nagyobb, mint nulla. 100

101 Folyadékkromatográfia Az elválasztást tehát mind az álló, mind a mozgó fázis minősége megszabja. Kis mértékű változtatás, akár az álló fázis felületi tulajdonságaiban, akár a mozgó fázis összetételében, megváltoztatja a molekuláris kölcsönhatásokat, s ezzel a komponensek visszatartását. 101

102 Folyadékkromatográfia Adott álló fázis tulajdonsághoz adott mozgó fázis összetétel szükséges ahhoz, hogy a komponens megkötődjön az álló fázis felületén. A nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiás módszerek osztályba sorolásának egyik lehetséges módja az álló és mozgó fázis minőségén alapul. A HPLC-s módszereket az álló és a mozgó fázis minősége szerint különböző osztályokba sorolhatjuk: 102

103 Folyadékkromatográfia Állófázis minősége Mozgófázis összetétele Kromatográfiás módszer Poláris Apoláris Normál fázisú HPLC Apoláris Poláris Fordított fázisú HPLC Apoláris Poláris oldószerhez hidrofób iont adunk Fordított fázisú ionpárkromatográfia A felületen töltés van Puffer Ioncserés kromatográfia A felületen erős kationcserélő van Ásványi sav tartalmú víz vagy víztartalmú elegy Ionkizárásos kromatográfia Kis ioncserélő kapacitású töltet Nagy pórusátmérőjű töltet Kissé hidrofób felületű töltet Közepes vezetésű puffer Víz vagy szerves oldószer Nagy sótartalmú oldat A HPLC-s módszerek osztályozása Ionkromatográfia Méretkizárásos kromatográfia Hidrofób kölcsönhatású kromatográfia 103

104 A HPLC műszerezettsége 104

105 A HPLC műszerezettsége A HPLC rendszer felépítése 105

106 A HPLC műszerezettsége 106

107 A HPLC készülék A legismertebb HPLC-készüléket gyártó cégek: Waters Merck Hawlett Packard 107

108 A HPLC készülék 108

109 A HPLC műszerezettsége Az eluenst (mozgó fázis) nagynyomású szivattyúval áramoltatják. A nagynyomású szivattyúnak 0,1-10 cm 3 /min áramlási sebességet kell biztosítania, bar nyomásig 1-3 % térfogat áramlási fluktuáció mellett. Az elválasztás lehet: Izokratikus: ha a nagynyomású szivattyú az elválasztás ideje alatt állandó mozgófázis összetételt szállít. Gradiens elúció: Ha időben növeljük az eluens erősségét. Ha két oldószerrel dolgozunk biner, ha hárommal tercier gradiens elúcióról beszélünk. 109

110 A HPLC műszerezettsége 1. Mintakészítés: a) A minta oldása (megfelelő oldószer (eluens) segítségével). b) A minta szűrése (megfelelő pórusméretű szűrővel). c) Mintatartó edénybe történő elhelyezés (automata adagoláshoz) vagy felszívás fecskendőbe. 110

111 A HPLC műszerezettsége 111

112 A HPLC műszerezettsége 2. Minta bejuttatás: A mintát vagy manuálisan, vagy automata mintaadagolóval juttatjuk a rendszerbe. Az automata megoldással általában minta adagolása lehetséges előre programozott időrend szerint. 112

113 Automata mintaadagoló 113

114 Automata mintaadagoló 114

115 A HPLC műszerezettsége 3. Elválasztás: A kolonna a rendszer lelke. Általában a folyadékkromatográfiában a töltetes kolonnákat alkalmazzák. Átmérője 2-8 mm. Ha az átmérőt 2 mm alá csökkentjük, akkor szűk furatú, ha 1 mm körüli értékre, akkor mikrofuratú kolonnáról beszélünk. Lehetséges, hogy az álló fázist egy kapilláris belső felületére visszük fel, ekkor kapilláris folyadék kromatográfiáról beszélünk. 115

116 A HPLC műszerezettsége Töltetes kolonnák Kapilláris kolonna 116

117 Egy töltetes kolonna részletes felépítése 117

118 Oszlop töltet Gömb Szabálytalan Átmérő 118

119 4. Detektálás A rendszer következő egysége a detektor. Detektorként az alábbi típusokat alkalmazzák, átfolyós küvettával: UV, UV-VIS abszorpciós detektorok Fluoreszcenciás detektorok Elektrokémiai detektorok (amperometriás, coulombmetriás) Vezetőképességi detektorok Törésmutató-különbség mérésén alapuló detektorok (RI) Egyéb detektorok: radiokémiai, fényszórás mérésen alapulók, polarimetriás detektorok. A detektorok mérési térfogata 1-10 l között változik. A kimutatási határokat az egyes típusoknál a következő táblázat foglalja össze. 119

120 A HPLC műszerezettsége Kimutatási határok HPLC-s detektorok esetében Detektor típus UV, UV-VIS Fluoreszcens Elektrokémiai Vezetőképességi RI Kimutatási határ 0,1 ng 0,01-0,001 ng 0,01-0,001 ng 1-10 ng ng A detektor típusának megválasztását mindig a vizsgálandó vegyület tulajdonsága szabja meg. 120

121 Kromatogramok és azok kiértékelése A kromatográfiás vizsgálat eredményeképpen kapjuk meg a kromatogramot, amely nem más, mint a retenciós idő vagy térfogat függvényében felvett jel. 121

122 Kromatogramok és azok kiértékelése 122

123 Kromatogramok és azok kiértékelése A kromatogram a minőségi és mennyiségi kiértékelés alapja: Minőségi kiértékelés: a retenciós adatok alapján történő azonosítás. Mennyiségi kiértékelés: a kromatogramon levő elúciós csúcsok területe (a jel idő szerinti integrálja) arányos az alkotó mennyiségével. 123

124 A HPLC alkalmazási területei 124

125 A HPLC környezeti analitikai alkalmazásai Környezeti minták szerves anyag tartalmának meghatározása: Környezeti minták (víz, talaj, növényi- és állati eredetű és élelmiszer minták) növényvédőszer vagy műtrágya maradvány tartalmának meghatározása. Környezeti minták (víz, talaj,) olaj szennyeződéseinek meghatározása. Víz-, talaj- és porminták PAH (naftalin, antracén, fenantrén, stb.) tartalmának meghatározása Környezeti minták szervetlen komponenseinek meghatározása: Környezeti mintákból (víz, talaj,) anionok egymás melletti 125 meghatározása ionkromatográfiával.

126 Az elválasztást meghatározó tényezők 126

127 Az elválasztást meghatározó tényezők Az egyes folyadékkromatográfiás módszerek csak akkor használhatók, ha az eluensben a meghatározandó anyag átalakulás nélkül, a detektálási mód megszabta koncentrációban oldódik. A folyadékkromatográfiában a nagy kinetikai hatékonyság feltétele a kis szemcseátmérőjű töltetek alkalmazása. Minél kisebb az álló fázis szemcsemérete, annál nagyobb az ún. elméleti tányérszám. 127

128 Az elválasztást meghatározó tényezők A hatékonyság jellemzője az elméleti tányérszám (N): N = t r2 / 2 = 16 (t r /w) 2 = 5,54(t r / ) 2 Ahol:, w, a csúcsszélességeket jelentik és w = 4, = w ln2/2, : félértékszélesség A szemcseátmérő csökkentésének határ szab a növekvő nyomásesés a kolonnán és az ebből eredő sugárirányú hőmérséklet gradiens. 128

129 Az elválasztást meghatározó tényezők 129

130 Az elválasztást meghatározó tényezők Továbbá a szemcseátmérő csökkentésével a szemcsék külső felülete nő, amely azt eredményezi, hogy a kohéziós erő következtében a kis átmérőjű szemcsék összetapadnak és ezek az összetapadt szemcsék már úgy viselkednek, mint egy nagy átmérőjű szemcse. Ezeket figyelembevéve: a pórusos tölteteknél a szemcseátmérő alsó határa 2-3 m, nem pórusos tölteteknél pedig: 1-2 m. 130

131 A kromatográfiás rendszerek felépítése 131

132 A kromatográfiás rendszerek felépítése A kromatográfiás elválasztás alapkövetelménye a megfelelő stacioner fázis és a jól kiválasztott mozgó fázis. A kromatográfiás rendszerek kifejlesztésében bekövetkező fejlődést a következő ábra foglalja össze. Egy rendszer csak akkor működik korrektül, ha minden részegységük megbízható. Megbízhatóság alatt itt a hosszú ideig tartó, állandó paraméterek melletti hibátlan üzemet értjük. 132

133 A HPLC rendszerek típusai 133

134 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK 134

135 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK A nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiás módszer széles körű használatának egyik kulcsa, hogy az elválasztás az eluens összetételének változtatásával, egyegy módszeren belül is széles határok között befolyásolható. A nagynyomású szivattyúval szemben támasztott általános követelmény, hogy kb bar (max. 50 MPa) nyomásesés ellenében 0,01-10,0 ml/min pulzálásmentes térfogat áramlási sebességgel szállítsa a mozgó fázist. A pulzálásmentesség azt jelenti, hogy a térfogatáram/nyomás fluktuációjának értéke legyen minimális, a mai követelmények szerint maximum 1%. 135

136 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK Fontos hangsúlyozni, hogy a nagynyomású szivattyúnak alkalmasnak kell lennie korrozív, vagy agresszív folyadékok hosszabb ideig történő áramoltatására (ilyenek pl. salétromsav, haloid-ionok, kénsav tartalmú eluensek), korróziós problémák nélkül. A nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiában használt eluens szállító rendszerekkel szemben támasztott követelmények a fent megadott általános kritériumon kívül sokrétűek. 136

137 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK Ezek közül néhány fontosat kiemelünk: Nagy nyomáson szállítson, akár kis, akár nagy térfogatáramlási sebességgel, és így alkalmas legyen mikrofuratú (microbore) és (fél) preparatív folyadékkromatográfiás elválasztásra. A pulzáláscsökkentés akár mechanikus, akar elektronikus úton megoldható legyen (alapvető követelmény a pulzálásra érzékeny detektorok alkalmazásakor). Cserélhető nagynyomású szivattyúfej, pl. analitikai, kis térfogatú szivattyúfej cseréje preparatívra, vagy rozsdamentes acélból készült cseréje titán- vagy teflonfejre. 137

138 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK Automatikus kompresszibilitás-kompenzáció, amely lehetővé teszi, hogy az eluens anyagi minőségétől függetlenül a beállított érték megegyezzen a tényleges szállítóteljesítménnyel. Kompatibilis a kis forráspontú oldószerekkel, pufferelt eluensekkel, ionpárképző anyagokkal. Gyors eluenscsere-lehetőség, azaz ún. priming és kis holttérfogat (hold-up). Működtetés és vezérlés számítógépen keresztül, az eluens összetétel, az áramlási sebesség, a gradiens profil programozása közvetlenül, vagy gradiens vezérlőn keresztül. 138

139 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK Az itt kiemelt jellemzők vizsgálata elkerülhetetlen új nagynyomású szivattyú vásárlásakor. A megoldandó feladatok jellegétől és az automatizálás fokától függően más követelményeket is meg kell vizsgálni. Ilyenek például: több ágon történő eluens szállítás, beépített nyomásmérő és túlnyomásvédelem, tömítések minősége és a rájuk vonatkozó garancia. 139

140 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK A folyadékkromatográfiás gyakorlatban alkalmazott szivattyúk működési elve A nagynyomású szivattyúk működésük alapján több csoportba oszthatók: injekciós tű típusok (syringe-type), pneumatikus erősítésű (Haskel-type), alternáló mozgást végző, kiszorításos, kis dugattyú-térfogatú szivattyúk. 140

141 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK Az első két típus alkalmazása az analitikai folyadékkromatográfiában (analitikai folyadékkromatográfián a 2-8 mm-es belső átmérőjű, mm hosszú kolonnával végzett folyadékkromatográfiás mérést értjük) kis jelentőségű. A harmadik típus minden megoldási módjánál elkerülhetetlen a pulzálás. 141

142 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK Szállítóteljesítmény Idő a: egyetlen szállítófejjel p=0 nyomásesés ellenében a szállítóteljesítmény-idő függvény 142 b: két, 180 fáziseltolással üzemeltetett szivattyú szállítóteljesítmény diagramja c: p 0 nyomásesés ellenében látható az áramlási sebesség ingadozása

143 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK Térfogatáram Átlapolás Eredő térfogatáram Idő A ma használt megoldásban két szivattyúfej sorba kötésével és a szállítási ciklusok átlapolásával kapott térfogatáram-idő összefüggése és pulzáláseffektusa látható. A speciálisan kialakított dugattyúvezérlés alkalmazásakor a két dugattyú szállítóteljesítmény görbéje átlapol, az eredő térfogatáram csaknem fluktuációmentes. 143

144 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK A nagynyomású szivattyúk működését befolyásoló tényezők Ezek elsősorban az eluens előkészítésével függenek össze. Fontosak az alábbi megállapítások: Az eluens nem tartalmazhat szilárd részeket. Működés közben nem keletkezhetnek szilárd részecskék. Az eluens nem tartalmazhat oldott gázokat. Az eluens kompatibilis kell, hogy legyen a szivattyú szerkezeti anyagaival. 144

145 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK 1. Szilárd részecskék hatása A szilárd részecskék a következő problémákat okozzák: Eltömik a szivattyú eluens-szűrőjét. A szelepülésre rakódva a szelepek működését megakadályozzák. Ha a nyomószelepet szűrő védi a szilárd szennyezőktől, az eltömődhet. A nyomásmérő egységbe jutva lehetetlenné teszi annak konkrét működését. A mintaadagolóba jutva károsítják a műanyag alkatrészeket. Eltömik a kapillárisokat vagy a kolonna bemenő szűrőjét. 145

146 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK Az eluensből a szilárd részecskéket szűréssel lehet eltávolítani. Az eluenst általában 0,4-0,5 m átlagos pórusméretű szűrőn átvezetve a szilárd anyagoktól mentesíteni lehet. Különösen fontos azoknak az eluenseknek a szűrése, amelyek puffert, ionpárképző anyagot, inert sókat tartalmaznak. A szivattyú működése közben keletkező szilárd anyagok eredete kétféle lehet: Az eluensből kiváló anyag. A szivattyúból származó szilárd részek. 146

147 Szűrő típusok 147

148 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK 2. Gázbuborékok okozta működési zavarok és elhárításuk Mind a szivattyú, mind pedig az UV detektor érzékenységet befolyásolja az eluensben jelenlévő oldott oxigén. Ha nem gázmentesítünk, működés közben az oldott gáz felszabadul, és az apró gázbuborékok nagyobbakká állnak össze. Így a beállított áramlási sebesség megváltozik és jelentős pulzálás keletkezik. 148

149 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK Az oxigénmentesítésre alkalmazott módszerek a következők: vákummal, héliumgázzal történő oxigén-kihajtás, ultrhangfürdővel. Hatékonyság szempontjából legjobb a héliumos módszer, kevésbé jó a vákuumos, és végül kisebb hatékonyságú az ultrahangos megoldás. 149

150 ELUENST SZÁLLÍTÓ RENDSZEREK 3. Korróziós problémák Gyakran előfordul, hogy korrozív eluenst kell a HPLC-s rendszerben áramoltatni. A leggyakrabban használt szerkezeti anyag rozsdamentes acél. Ezek viszont haloidok, különösen a klorid-ionok jelenlétében korrodeálódnak. A titán a korróziónak ellenáll, ezért alkalmazása ilyen esetben előnyösebb. Manapság a műanyagok fejlődésével egyre inkább készítenek pl. teflonból alkatrészeket, mely szintén korróziónak ellenálló anyag. 150

151 HPLC-S DETEKTOROK ALAPVETŐ JELLEMZŐI ÉS HASZNÁLATUK 151

152 HPLC-S DETEKTOROK A HPLC-ben használt detektorok működési elvben különböznek, azaz más és más fizikai vagy kémiai paraméter változására adnak jelet. A detektor lehet: Eluens érzékeny: ahol az eluens valamilyen fizikai vagy kémiai tulajdonságának változását mérjük (pl. RIdetektor); Komponens érzékeny: ahol a komponens képezi a ténylegesen mért jelet (pl. UV-VIS-, fluoreszcenciás-, elektrokémiai detektorok). 152

153 HPLC-S DETEKTOROK A detektorok összehasonlításakor a következő paramétereket használjuk: Dinamikus tartomány Lineáris tartomány A detektálás alsó határa Detektor zaj Cella térfogat és geometriai kialakítás Időállandó A nyomásváltozás hatása a jel/zaj viszonyra Az áramlási sebesség hatása a jel/zaj viszonyra A hőmérséklet hatása a jel/zaj viszonyra 153

154 HPLC-S DETEKTOROK Dinamikus tartomány: az a koncentráció tartomány, ahol a koncentráció változása a detektorjel változását okozza. A tartomány alsó határa a legkisebb kimutatható anyagmennyiségnél kezdődik, felső határa pedig ott van, ahol már a növekvő anyagmennyiség nem változtatja meg a jelet. A dinamikus tartomány magában foglalja a 154 detektor lineáris tartományát.

155 HPLC-S DETEKTOROK Lineáris tartomány: a detektorjel és a mintamennyiség között a következő összefüggés áll fent: Ahol: J=Sc illetve J=Sc r J: a detektorjel S: a detektor érzékenysége c: a minta koncentrációja r: válasz index, melynek értéke: 0,98-1,

156 A dinamikus és a lineáris tartomány A lineáris tartomány addig terjed, amíg az egységnyi koncentráció változásra jutó 156 jelváltozás állandó, illetve az ettől való eltérés nem haladja meg az 5 %-ot.

157 HPLC-S DETEKTOROK A detektálási alsó határ: megadásánál el kell határolni az érzékelőre (detektor) és a rendszerre vonatkozó értékeket. Gyakorlatilag az utóbbira vonatkozó adat a fontos. A legkisebb kimutatható anyagmennyiség (m), előre rögzített jel/zaj viszony (J/n=2) mellett a következő összefüggéssel adható meg: Ahol: m= 2 r 2 L(1+k 2 ) /N 1/2 S m: a minta tömege : a kolonna porozitása L: a kolonna hossza k: a kapacitási tényező (a minta visszatartására jellemző) N: az adott komponensre jellemző elméleti tányérszám (kinetikai hatékonyság) S: detektor-érzékenység 157 r: a töltet szemcsemérete

158 HPLC-S DETEKTOROK A detektor jellemző kimutatási határ (érzékenységnek is nevezik): az adott anyagra jellemző koncentráció, amely a detektor cellán áthaladva a zaj kétszeresének megfelelő jelet adja, feltételezve azt, hogy az adagolás és a detektor cella között a minta hígulása elhanyagolható. Ha a kolonna geometriai méretei, a töltet és a visszatartásra jellemző adatok állandóak, akkor a legkisebb kimutatható anyagmennyiséget leíró összefüggés az alábbiak szerint egyszerűsödik: m=ks 158

159 HPLC-S DETEKTOROK Zaj: a zaj megítélése az egész kromatográfiás rendszer szempontjából alapvető. A jel/zaj viszonynak minél nagyobbnak kell lennie. A detektorzajt alapvetően 3 komponensre tudjuk bontani: Rövidtávú zaj (short term) Hosszú távú zaj (long term) Alapvonalcsúszás (drift) Ha a zaj frekvenciája sokkal nagyobb, mint a jelé, akkor ez rövid távú zaj, Ha áramlásmentes állapotban mérjük, akkor ez a statikus, Ha folyadék áramlik keresztül a cellán, akkor ez a dinamikus rövid távú zaj. 159

160 Leggyakoribb HPLC-s detektorok 160

161 Detektorok összehasonlítása 161

162 1. UV-VIS detektorok felépítése és jellemzése 162

163 HPLC-S DETEKTOROK UV-VIS detektorok felépítése és jellemzése Ez a detektor egy speciálisan kialakított, rögzített vagy változtatható hullámhoszon mérő spektrofotométerben elhelyezett, kb. 10 l térfogatú és mm hosszúságú átfolyásos küvetta. A kimutatás alsó határa 10-2 ng. Gyakran gondot jelent, hogy az elválasztott komponensnek a készülék hullámhossztartományában nincs mérhető elnyelése, illetve abszorbanciája kicsi. Ilyenkor származékképzéssel (aromás-csoportok bevitelével) válik analizálhatóvá a minta. 163

164 UV-VIS DETEKTOROK Működési tartományuk: nm közé esik. Az ultraibolya-látható (UV-VIS) hullámhossz-tartományban működő folyadék-kromatográfiás detektor felépítését az alábbi ábra szemlélteti: UV-VIS folyadékkromatográfiás detektor felépítése 164

165 UV-VIS DETEKTOROK Sugárforrásként két fajta gáztöltetű katódlámpa terjedt el: Deutérium lámpa Xenon-lámpa A deutérium lámpa általánosabban használt, emissziója a hullámhossz és az üzemeltetési idő (max üzemóra) függvénye. A xenon lámpa nagyobb intenzitású, használatakor jól stabilizált tápegységet kell alkalmazni. A detektor optikai felépítésének jellemzésére szolgáló paraméterek a következők: A hullámhossz beállítás torzítatlansága A hullámhossz beállítás reprodukálhatósága 165 Sávszélesség

166 UV-VIS DETEKTOROK A sávszélesség egyaránt hatással van az érzékenységre és a detektor linearitásra, hiszen meghatározza a fotodiódára jutó energiát. Minél nagyobb a sávszélesség, annál inkább csökken a kimutatási határ. Az UV-VIS detektorok sávszélessége általában 4-10 nm között változik. 166

167 UV-VIS DETEKTOROK A kapott jelet az alábbi tényezők befolyásolják A detektorcella térfogatának és geometriájának kialakítása: a detektorcella kialakítása befolyásolja a fotodiódára jutó energia mennyiségét, ezért a hengeres furatú kialakítás helyett az ún. kónikus kialakításra kell törekedni. A detektor időállandója: az időállandó a detektor elektronikájára jellemző, mely növelésével a rövid távú zajok csökkenthetők, és ezzel a jel/zaj viszony növelhető. Bár az időállandó növelése torzítja a csúcsot és a maximum helyét is megváltoztatja. 167

168 UV-VIS DETEKTOROK Detektor-érzékenység a nyomás és az áramlási sebesség változására: Az alternáló mozgást végző szivattyúknál minden esetben van maradandó pulzálás. Ez a nyomásingadozás együtt jár az áramlási sebesség változásával. A hatás növeli a zajt és felfelé tolja (rontja) a kimutatási határt. A hőmérséklet változás hatása a detektor jel/zaj viszonyára: a hőmérsékletváltozással megváltozik a közeg sűrűsége, így a törésmutatója is, s ezáltal a jel/zaj viszony. Azaz a detektornak termikus egyensúlyban kell lennie az eluenssel, különben a kimutatási határ nő (romlik) a hőmérsékletváltozás okozta zaj miatt. 168

169 UV-VIS DETEKTOROK Többcsatornás UV, UV-VIS és diódasoros detektorok Ezek a készülékek különböző hullámhosszakon egyidőben: több kromatogramot képesek felvenni, lehetőség van spektrumfelvételre illetve bizonyos spektrumfeldolgozásra. Diódasoros detektoroknak nevezzük azokat a többcsatornás detektorokat, amelyek adott beállítási paraméterek mellett idő, intenzitás, hullámhossz adategyüttest gyűjtenek. Az összegyűjtött adatokat számítógépen tárolják és mérés után a beállított mérési paramétereknek megfelelően korlátozás nélküli adatfeldolgozást tesznek lehetővé. 169

170 UV-VIS DETEKTOROK Az analízis szelektivitása növelhető, ha jól kiválasztott mérési hosszon mérjük az adott komponenst. Egycsatornás UV detektornál a hullámhossz kiválasztása időigényes. A diódasoros megoldással ez könnyen elvégezhető. A diódasoros detektor egyik lehetséges elrendezését a következő ábra mutatja. 170

171 Többcsatornás és diódasoros detektorok egyik optikai elrendezésének vázlata A mintát fehér fénnyel világítjuk meg, a fényfelbontás pedig a küvetta után történik. A diódasoros detektor nem tartalmaz mozgó alkatrészt. Az ábrán jól látható a diódasoros fényérzékelő használata. 171

172 UV-VIS DETEKTOROK Fényforrásként általában deutérium lámpát használnak. A lámpa által emittált fény közvetlenül az átfolyó küvettán halad keresztül. A küvettán áthaladó fény egy polikromátorra kerül, majd innen a polikromátor fókusz síkjában elhelyezett fotodiódákra jut. A diódasor egyszerre szolgál egy többcsatornás érzékelőként, az információ tárolójaként és egy jeltovábbítóként. Egy-egy fotodióda meghatározott szegmensét képviseli a spektrumnak. A diódák száma: 1024, 512, 256, de lehet 211 is. A diódák jele kombinálható. A diódasoros detektor maximális spektrális felbontása 1-5 nm tartományba esik. 172

173 UV-VIS DETEKTOROK Fotodiódasor blokkdiagramja 173

174 UV-VIS DETEKTOROK A mérés kezdetekor a kondenzátorok feltöltött állapotban vannak. A diódát ért fény intenzitásának arányában a kondenzátor kisül, azaz töltéscsökkenés következik be. Ezt elektronikus úton mérik. Az újrafeltöltéshez szükséges töltésmennyiség arányos lesz a diódára eső fény integráljának értékével. Ezek az intenzitás adatok tárolásra kerülnek a további adatfeldolgozáshoz. 174

175 2. FLUORESZCENCIÁS DETEKTOROK 175

176 FLUORESZCENCIÁS DETEKTOROK Fluoreszkáló vagy fluorofor-csoportok beépítésével fluoreszkálóvá tehető komponensek elválasztása során használhatók ezek a detektorok. A természetesen fluoreszkáló vegyületek többnyire többgyűrűs aromás vegyületek, melyek konjugált elektronrendszert tartalmaznak. Fluoreszcencia jelensége akkor lép fel, ha fényenergia hatására a molekula gerjesztett állapotba kerül, majd az alapállapotba, hogy közben fényt emittál (lásd előző félév anyaga). 176

177 FLUORESZCENCIÁS DETEKTOROK Foszforeszcenciáról beszélünk akkor, ha az emisszió késleltetett, de ez közvetlenül nem alkalmas HPLC-s detektálás céljára. A fluoreszcenciás detektorok speciálisan kialakított fluoriméterben elhelyezett átfolyásos küvettát tartalmaznak. A fluorimetriás mérés jellemzője a nagy érzékenység, a kis kimutatási határ és a nagy szelektivitás, bár csak kb. minden ezredik molekulára használható. 177

178 Spektrofluorométer 178

179 3. ELEKROKÉMIAI DETEKTOROK 179

180 ELEKTROKÉMIAI DETEKTOROK Az elektrokémiai detektálás során elektronátmenet zajlik le az elektródokon. Mivel az elektronátmenet energiafüggő folyamat, függ a hőmérséklettől. Így az elektrokémiai detektorok hőmérséklet érzékeny detektorok, megfelelő termosztálásuk tehát alapvető fontosságú. Az elektród felületére jutó anyagmennyiség függ a térfogat áramlási sebességtől, tehát a nagynyomású szivattyú pulzálására is érzékenyek ezek a detektorok (kiegészítő pulzálás csillapítóra van szükség). 180

181 ELEKTROKÉMIAI DETEKTOROK Elektrokémiai detektálással mérhető vegyületek: kén- és nitrogén-tartalmú vegyületek, többszörös konjugált kettős kötést tartalmazó vegyületek, cukrok. Az elektrokémiai HPLC-s detektorok átfolyásos cellában elhelyezett, állandó potenciálon tartott elektródok, amelyek víz vagy vizet tartalmazó eluensekkel elválasztott, voltammetriásan aktív komponensek detektálására használhatók. 181

182 4. TÖRÉSMUTATÓ-KÜLÖNBSÉG (Refractive Index = RI) MÉRÉSÉN ALAPULÓ DETEKTOROK 182

183 RI-DETEKTOROK Az RI detektor akkor alkalmazható, ha a vizsgálandó komponens és a mozgófázis törésmutatója különbözik (minél nagyobb legyen a különbség). A detektáláskor a kolonnát elhagyó eluens, az ún. effluens törésmutatóját hasonlítjuk össze a tiszta eluensével. Bár kimutatási képessége nem túl jó ( 1 ng), és a kísérleti körülmények (hőmérséklet és áramlási sebesség) stabilitását jobban igényli, előnye, hogy majdnem minden szerves anyag kimutatására alkalmazható. RI-vel detektálható anyagok: szénhidrátok, polimerek, kőolajszármazékok, zsíralkoholok, felületaktív anyagok. 183

184 A HPLC-s elválasztás tervezése 184

185 A HPLC-s elválasztás tervezése A HPLC módszerek az eltérő tulajdonságú vegyületek meghatározására kerültek kifejlesztésre. A gyakorlati feladat megoldása során mindig szembekerülünk azzal a problémával, hogy milyen kromatográfiás módszert válasszunk. Erre egy példa: Mi az analitikai cél? A meghatározandó anyag tulajdonságát jól kell ismernünk ahhoz, hogy az analízis során ne műterméket hozzunk létre. 185

186 A HPLC-s elválasztás tervezése Ismernünk kell, hogy az anyag milyen közegben stabil, és milyen körülmények között bomlik. Különösen a vegyszermaradványok meghatározásánál fontos tudnunk, hogy kis koncentrációban az anyag fény hatására oxidálódik-e, vagy bomlik-e? Ismernünk kell az oldószerek közötti megoszlást (logp). A pka-t: a savak és a bázisok disszociációs állandóját, ugyanis ennek ismeretében dönthető el, hogy milyen ph értéken kell dolgoznunk. 186

187 A HPLC-s elválasztás tervezése A fenti két adat ismeretében kell meghatározni az eluens összetételét, amelynél a visszatartás értéke (k) 1 és 10 közé esik. Ezt követően adott mozgófázis összetétellel elvégezzük az első mérést. Ha a csúcsok szimmetrikusak, akkor az optimalizálási rész következik, ahol egy vagy két mérés alapján meghatározhatjuk a logk-szerves oldószer összetétel függvényt. Ha a csúcsok asszimetrikusak (oka: rossz ph, a komponens erős kölcsönhatása az állófázissal) akkor az első szakaszban több mérést kell végeznünk. 187

188 A HPLC-s elválasztás tervezése Ún. maszkírozószer akkor szükséges, ha a bázikus tulajdonságú vegyületünk erős kölcsönhatásba lép a módosított szilikagél felületen lévő szilanol csoportokkal. A fenti módszer segítségével 2-3 lépés alatt megkapjuk a komponensek elválasztására alkalmas körülményeket. 188

189 189

190 A HPLC-s módszerek részletesebb megismerése NORMÁLFÁZISÚ- ÉS FORDÍTOTT FÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA 190

191 NORMÁLFÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA 1. Normál fázisú folyadékkromatográfia (NP-HPLC) Az állófázis mindig polárisabb, mint a mozgó fázis. Álló fázisként poláris felületű, mechanikailag stabil adszorbenseket használnak. A mechanikai stabilitás fontos kritérium, mert ellenkező esetben az adszorbens bar nyomáson töredezik, porlódik, ami a kolonna kinetikai hatékonyságát lecsökkenti. Ilyen töltet lehet a szilikagél. 191

192 NORMÁLFÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA A szilikagél porózus anyag. A szilikagél jellemzése: Fajlagos felületét a pórusátmérő szabja meg, minél kisebb a pórusátmérő, annál nagyobb a fajlagos felület. A folyadékkromatográfiában használt szilikagél pórusátmérője 6-20 nm közé esik, fajlagos felülete pedig m 2 /g között változik. A szilikagél poláros karakterét a szilanol-csoportok adják. Ezek a csoportok savas karakterűek. 192

193 Eltérő aktivitású szilanol-csoportok a szilikagél felületén 193

194 NORMÁLFÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA Azokat a vegyületeket, amelyek sav katalízis hatására átalakulnak a szilikagélen, nem lehet meghatározni. Ilyenkor a szilikagél helyett semleges vagy enyhén bázikus alumínium-oxidot (Al 2 O 3 ) használnak. A szilikagél felületi heterogenitását csökkenthetjük, ha (poláris csoportokat tartalmazó) klórszilánnal reagáltatjuk. 194

195 NORMÁLFÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA A szilikagél felületi módosítása 195

196 NORMÁLFÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA A reakcióra jellemző, hogy a legaktívabb szilanolcsoportok reagálnak először, és a szilanol-csoportok kb. fele reagálatlan marad, az X-csoport jellegétől függően pedig az adszorbens szelektivitása növelhető. A NP-HPLC-ben három eltérő tulajdonságú állófázist használnak (a zárójelbe tett számok a használati gyakoriságot jelentik): Szilikagél (80-90 %) Alumínium-oxid (5-10 %) Módosított szilikagél (5-10 %) 196

197 NORMÁLFÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA Mozgó fázis a NP-HPLC-ben: A poláris állófázishoz apoláris mozgófázist kell alkalmazni azért, hogy a vizsgálandó komponenseknek véges visszatartása legyen. Az oldószer kiválasztásának szempontjai: Apoláris legyen. Kis nyomásesés biztosításához kis viszkozitású oldószert vagy oldószer elegyet kell használni. Ez a két fázis közötti gyors anyagátmenetet is biztosítja. Minél kisebb hullámhosszon nyeljen el fényt (UV-detektor alkalmazása). Jó UV-fény áteresztőképességű legyen. Az oldószer forráspontja ne legyen nagyon alacsony (ne legyen illékony), mert könnyen buborékok keletkeznek, melyek zavarják a mérést. Kevésbé legyen toxikus. Olcsó legyen. 197

198 NORMÁLFÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA A mozgó fázis jellegére egy új fogalmat kell bevezetni, az eluenserősséget. Ez megadja, hogy a vizsgált komponens visszatartása milyen mértékű. Ha az eluenserősség kicsi, akkor a visszatartás (retenciós idő) nagy, fordított esetben viszont a visszatartás kicsi. A NP-HPLC-ben minél apolárisabb egy oldószer, annál kisebb az eluenserőssége. Mivel az eluens általában több komponensű oldószerelegy, ennek legkisebb eluenserősségű komponensét a szénhidrogének alkotják (hexán, heptán, izooktán). Minél nagyobb a polaritása az oldószernek, annál nagyobb 198 az eluenserőssége.

199 NORMÁLFÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA A NP-HPLC-ben leggyakrabban alkalmazott oldószerek, növekvő eluenserősség szerint Oldószer típus Szénhidrogének Klórozott szénhidrogének Éterek Észterek Alkoholok Savak Aminok Konkrét példa Hexán, heptán, izooktán Diklór-metán, triklór-metán, diklóretán Diizopropil-, diizobutil-, metiltercier-butil-, dioxán, tetrahidrofurán Metil-acetát, etil-acetát Etil-alkohol, 2-propanol Ecetsav Trietil-amin, butil-amin 199

200 NORMÁLFÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA A NP-HPLC alkalmazási területei: Talajmintákból olajos komponensek, huminanyagok és egyéb poláris vegyületek meghatározása apoláris szénhidrogénekkel. 200

201 FORDÍTOTT FÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA 2. Fordított fázisú folyadékkromatográfia (RP-HPLC) Ha a NP-HPLC-ben alkalmazott polaritás-viszonyokat megcseréljük, akkor a mozgó fázis polárisabb lesz, mint az álló fázis, ekkor az elnevezés is változik, és ezt a módszert nevezzük fordított fázisú folyadékkromatográfiának. Az álló fázis apoláris jellege mellett a töltetnek mechanikailag stabilnak kell lennie. A normál fázisú technikánál alkalmazott szilikagél nagy mechanikai stabilitású, felülete viszont poláris. Ahhoz, hogy a felülete apoláris legyen, alkil-csoportokat tartalmazó klórszilánnal kell reagáltatnunk. 201

202 FORDÍTOTT FÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA Attól függően, hogy az X 1, X 2, X 3 csoport Cl, -OCH 3 vagy CH 3, eltérő felületi struktúrákat kapunk, azaz más tulajdonságú állófázist. A szilikagél felületének módosítása klórszilánnal 202

203 FORDÍTOTT FÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA A mozgó fázis összetétele A mozgó fázis az RP-HPLC-ben: poláris, kis viszkozitású, kis hullámhosszon fényelnyelő oldószerelegy. Az elegy legpolárisabb összetevője a víz. A víznél kapjuk a legnagyobb visszatartást. A retenció csökkentésére a vízhez vele elegyedő oldószert kell adnunk. 203

204 FORDÍTOTT FÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA Ezek a következők: Metanol Acetonitril Etanol Propanol Tetrahidrofurán Dioxán A fentiekben felsorolt oldószerek a vízzel elegyítve mindaddig megfelelő elválasztást adnak, amíg a vegyület nem tartalmaz savas vagy bázikus csoportokat. 204

205 FORDÍTOTT FÁZISÚ FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA Ha tartalmaz: Ekkor az eluens ph-ját pufferekkel kell beállítani a disszociáció és a protonálódás visszaszorítására. A pufferkoncetráció az eluensben: mmol/dm 3. A leggyakrabban foszfát, borát, acetát puffereket használnak. Ezt a módszert, ahol a vegyületek ionos formáját visszaszorítjuk, nevezik ion-visszaszorításos módszernek is. 205

206 FORDÍTOTT FÁZISÚ IONPÁR KROMATOGRÁFIA (Reverz Phase Ion-Pair Chromatography: RP-IP-HPLC) 206

207 FORDÍTOTT FÁZISÚ IONPÁR KROMATOGRÁFIA Elve: Az ionos vagy könnyen ionizálható vegyületek visszatartása a RP-HPLC-ben kicsi. A visszatartás növelésére és egyúttal a fordított fázisú kromatográfiás rendszer szelektivitásának növelésére az eluensbe mmol/dm 3 koncentráció tartományban ionpár képző hidrofób iont adunk. A hidrofób ion töltése ellentétes a meghatározandó ionéval. Több egymás mellett lejátszódó folyamat eredményeképpen megváltozik az elválasztás. 207

208 FORDÍTOTT FÁZISÚ IONPÁR KROMATOGRÁFIA A következő folyamatok valószínűsíthetők: Ionpár képződés az eluensben, Ionpár képző adszorpciója az állófázis felületén, Ionpár képző és szerves vegyület együttes adszorpciója az álló fázis felületén. A folyamat összetett, ennek eredményeképpen több elméleti megközelítés is található az irodalomban. 208

209 FORDÍTOTT FÁZISÚ IONPÁR KROMATOGRÁFIA A következő paramétereket kell kontrollálnunk a RP-IP-HPLC-ben: Az ionpár képző koncetrációja. Az ionpár képző jellege (lánchosszúság, egyenes vagy elágazó szénláncú, só vagy ph hatására ionos állapotba kerülő). A szerves oldószer minősége és koncentrációja az eluensben. A puffer típusa, koncentrációja. Az idegen só koncentrációja. A hőmérséklet. 209

210 FORDÍTOTT FÁZISÚ IONPÁR KROMATOGRÁFIA Az ionpár képző koncentrációjának növelésével az ellentétes töltésű vegyület visszatartása nő, majd egy állandó értéket ér el vagy csökkenhet is. A vegyületek visszatartásának változásai az ionpár képző koncentrációjának függvényében (1: Langmuir típusú görbe, 2: a hidrofób ion micellákat képez a mozgó fázisban, CMC: kritikus micellaképződési koncentráció) 210

211 FORDÍTOTT FÁZISÚ IONPÁR KROMATOGRÁFIA Az elválasztást befolyásoló tényezők Az ionpár képző minél jobban adszorbeálódik az álló fázis felületén, annál nagyobb a retenció. A hidrofób-ion szénlánc hosszúságának növelésével nő az adszorpciója apoláris álló fázis felületén. A nyílt láncú alkil-csoportot tartalamzók jobban adszorbeálódnak, mint az elágazók, tehát azonos szénatomszám mellett nagyobb lesz a vegyület retenciója. 211

212 FORDÍTOTT FÁZISÚ IONPÁR KROMATOGRÁFIA A ph szerepe az ionos vegyületek elválasztásánál nem meghatározó. A mozgó fázis ph-jának olyannak kell lennie, hogy a meghatározandó vegyület ionos formában legyen jelen. Az idegen só koncentrációja, mind az ionpár képző adszorpcióját, mind a mozgó fázisban az ionpár képzést befolyásolja, így állandó értéken kell tartani. A hőmérséklet az egyensúlyi folyamatokat befolyásolja, ezért az állandó visszatartás végett állandó értéken kell tartani. 212

213 IONCSERÉS KROMATOGRÁFIA 213

214 Ioncserés kromatográfia Az ionkromatográfia az elválasztási módszerek azon ága, amelyben az egyes komponenseket ionos állapotban határozzák meg. Ezzel a módszerrel szervetlen anionokat, kationokat, hidrofil savakat és bázisokat választunk el. Korábban ionelnyomásos kromatográfia néven ismerték, mely rendszer felépítését a 214 következő ábra mutatja be.

215 A mozgó fázis ionkoncentrációjának = vezetésének csökkentése Ioncserés kromatográfia Az ionelnyomásos folyadékkromatográfiás rendszer Ha ebből a rendszerből az ionelnyomó reaktort elhagyjuk, az általánosan alkalmazott folyadékkromatográiás rendszert kapjuk: Készülék-felépítés az egy kolonnás ion meghatározásánál 215

216 Ioncserés kromatográfia Ez a módszer az ionelnyomásos kromatográfia után fejlődött ki. Az ionkromatográfiát a hagyományos folyadékkromatográfiától a következők különböztetik meg: Kis ioncserélő kapacitású töltetek alkalmazása, Vezetőképességi detektor használata az összes anion egy időben történő mérésére. Mozgó fázis: puffer oldat Tehát elsősorban a gyakorlati felhasználásban van különbség! 216

217 Ioncserés kromatográfia I. Az ionkromatográfiában használt álló fázisok: Álló fázisként döntően ioncserélőket használnak. Ezeket az ioncserélőket töltésük alapján két csoportba sorolhatjuk: 1. Anioncserélők: az álló fázis felületén rögzített pozitív töltésű csoportok vannak az elválasztás körülményei között. Az ellenion anion. 2. Kationcserélők: az álló fázis felületén rögzített negatív töltésű csoportok vannak az elválasztás körülményei között. Az ellenion kation. 217

218 Ioncserés kromatográfia Töltésük ph-függése alapján szintén két csoportba sorolhatók: 1. Erős anioncserélők: ezek ioncserélő kapacitása független a mozgó fázis (eluens) ph értékétől. Ilyenek pl. a kvaterner-ammónium vegyületek. Az ioncserélők többsége szerves polimer alapú (gyanta), innen ered a gyantafázis elnevezés. 2. Gyenge anioncserélők: ezeknél a fázisoknál az ioncserélő kapacitás a mozgó fázis ph értékének függvénye. Ilyen csoportok a primer, a szekunder és a tercier aminok. A kationcserélők esetében is ilyen csoportosítás érvényes 218

219 Ioncserés kromatográfia Erős anioncserélő gyanta (álló fázis) szerkezete 219

220 Ioncserés kromatográfia Gyenge ioncserélő csoport protonálódási folyamata 220

221 Ioncserés kromatográfia Gyenge kationcserélő álló fázis szerkezete 221

222 Ioncserés kromatográfia Az ioncserélőket az alap állófázis minősége alapján csoportosíthatjuk: Ioncserélő álló fázisok Szilikagél alapúak Szerves polimerrel fedettek* Módosított szilikagélek* Szerves alapúak Szerves polimer* (SZT-DVB) Cellulóz alapúak Dextrán alapúak Egyéb szervetlen alapúak Alumínium-oxid* Alumínium-szilikátok Heteropolisavak Agyag alapúak Ioncserélő álló fázisok (*: nyomás alatt alkalmazhatók) 222

223 Ioncserés kromatográfia II. Mozgófázisok az ionkromatográfiában Általában szerves oldószert tartalmazó pufferek. Kiválasztásukkor az alábbi szempontokat kell figyelembe venni: A mozgó fázisoknak kompatibilisnek kell lennie a detektálási móddal: Az ionkromatográfiában elsősorban vezetőképességi detektort használnak. Ahhoz, hogy ez jól üzemeljen kis ionkoncentrációval kell dolgozni. Amennyiben UV-fény elnyelő anyagokat vizsgálunk, akkor a mozgó fázis fény abszorpciójának kicsinek kell lennie. Ha az ionokat oxidáljuk (amperometriás detektálás), akkor a mozgó fázisba nem tehetünk könnyen oxidálható anyagokat. 223

224 Ioncserés kromatográfia A mozgó fázis ph-értéke: Anionok meghatározásakor többértékű gyenge savakat, kationok elválasztásakor többértékű gyenge bázisokat teszünk a mozgó fázisba. A pufferkapacitás: Az ionkromatográfiában használt álló fázisok ioncserélő kapacitása kicsi. Ennek megfelelően kis koncentrációban kell a puffert alkalmazni. A puffer komponenseit úgy válasszuk meg, hogy a mérés körülményei között legnagyobb legyen a pufferkapacitása. Pufferkapacitás: a tompító hatás jellemzésére szolgál, azt mutatja meg, hogy a ph egységnyi megváltoztatásához 1 l pufferoldathoz hány ml 1 mólos erős savat vagy lúgot kell adni. 224

225 Ioncserés kromatográfia Eluenserősség: Az eluenserősség egyrészt a mozgó fázisba tett puffer komponens ph megszabta ionizáltságától függ. Másrészt az ioncsere folyamatban a meghatározandó komponens és puffer-ion verseng az ioncserélő helyen való kötődésért. Ha növeljük a puffer-ion koncentrációját, ez csökkenti a minta komponens megkötődési lehetőségét, azaz a visszatartását. Komplexképzésre való affinitás: A mozgó fázis kompexképző sajátossága különösen fontos, ha többértékű fémionok elválasztását akarjuk megoldani. Ezek a fémionok erősen kötődnek a kationcserélő felületén és ez nagy visszatartást eredményezne. Ezt csökkentjük az eluenshez adott komplexképzővel. 225

226 Ioncserés kromatográfia A mozgó fázis szerves komponensének minősége és koncentrációja: A visszatartás és a szelektivitás befolyásolására metanolt, etanolt, butanolt, glicerint és acetonitrilt kell adni a pufferhez. Ezek a szerves oldószerek adszorbeálódnak az álló fázis felületén. Mindazon ionok visszatartása és szelektivitása változni fog, amelyeknél a retenciót az álló fázis hidrofób részével történő kölcsönhatás befolyásolja. Például vízben oldódó szerves anionokét, ilyen a formiát, acetát, propionát, stb. Az ellenion minősége és koncentrációja: Az ioncsere egyensúlyi folyamat, amelyben a meghatározandó komponens verseng a mozgó fázisban található ellenionnal, ennek a folyamatnak az eredménye 226 megszabja a visszatartást és a szelektivitást.

227 Ioncserés kromatográfia Az ionkromatográfiában használt konkrét mozgófázisok: Az egykolonnás ionkromatográfiában (elsősorban szervetlen ionok meghatározására) a meghatározandó komponessel az ioncserélő helyen vetélkedő mozgó fázis komponensek lehetnek gyenge szerves savak és sóik: benzoesav, ftálsav, citromsav, borkősav. stb. 227

228 Ioncserés kromatográfia A kémiai ionelnyomásos kromatográfiában az analitikai kolonna után ionelnyomó reaktor található. Ennek működése megszabja az alkalmazható mozgófázis összetételt. A reaktor funkciója az, hogy a mozgó fázis vezetését jelentős mértékben csökkentse. Mozgó fázisok: Alkáli lúgok, alkáli-karbonátok vagy bikarbonátok, bórax-anion, aminosavak. 228

229 Ioncserés kromatográfia Detektálási módok az ionkromatográfiában: A fő detektálási mód a mozgó fázis vezetésének követése: Az egykolonnás módszernél ez egy átfolyó mérőteres vezetőképességi cellát jelent. A kémiai ionelnyomásos módszernél ehhez a cellához egy ionelnyomó reaktor is tartozik. A jel nagysága annál nagyobb, minél nagyobb a meghatározandó ion és az eluens anionja között a moláris vezetés különbsége. 229

230 Ioncserés kromatográfia Egyéb detektálási lehetőségek: UV-VIS detektálás: Az ionkromatográfiában csak néhány ionnak van az UV-VIS tartományban elnyelése, ezek a következők: jodid-, nitrit-, nitrát-, jodát-, kromát, stb. Kationok meghatározásánál használhatunk kolonna utáni vagy kolonna előtti származékképzést, s így színes komplexeket kapunk. Amennyiben UV-fényt nem abszorbeáló komponensek detektálását UV-VIS detektorral akarjuk meghatározni, akkor közvetett UV detektálási módot kell használni. 230

231 Ioncserés kromatográfia A mozgó fázisba ekkor UV elnyelő komponenst teszünk és a mérési hullámhosszat úgy állítjuk be, hogy a mozgó fázisnak még legyen fényáteresztése. A nagyobb fényáteresztésű komponens megjelenésekor a fényabszorbancia csökken és egy negatív jelet kapunk. Közvetett detektálási módszernél káliumhidrogénftalátot vagy benzoátot tartalmaz a mozgó fázis. 231

232 Ioncserés kromatográfia Elektrokémiai detektálás: Néhány anion elektrokémiailag oxidálható. Ezeket az ionokat amperometriás és coulombmetriás detektorral közvetlenül lehet mérni: arzenid, azid, bromát, bromid, klorid, klorát, cianid, jodát, jodid, nitrát, nitrit, szulfid, szulfit, tetrationát, tiocianát, tioszulfát. Elektrokémiai detektálásnál is megvalósítható a közvetett mérés, a mozgó fázisba ekkor könnyen oxidálható anyagot (szalicilsav) teszünk. Azok az ionok, amelyek a mérési potenciálon nem oxidálódnak, áramcsökkenést okoznak. A jelképzés tehát analóg a közvetett UV-detektálással. 232

233 Ionkizárásos-, méretkiszorításos- és hidrofób kölcsönhatási kromatográfia 233

234 I. Ionkizárásos folyadékkromatográfia 234

235 Ionkizárásos folyadékkromatográfia Az ionkizárásos folyadékkromatográfiában nagy ioncserélő kapacitású, erős kationcserélőket használunk. Az elválasztás alapját az alábbi ábra szemlélteti. 235

236 Ionkizárásos folyadékkromatográfia Állófázis: erős kationcserélő Mozgófázis: ásványi sav tartalmú víz 236

237 Ionkizárásos folyadékkromatográfia Az erős elektrolitok (Cl - ) a szulfonsav csoportok taszítása miatt nem tudnak a pórusokba behatolni. Erről kapta a módszer az ionkizárásos kromatográfia nevet. A savak nem disszociált alakban be tudnak diffundálni a pórusokba és az apoláris felületen meg tudnak kötődni. A propionsav jobban, mint az ecetsav, mert több szénatomot tartalmaz. Az alifás szerves savak pk a értéke függ a karboxilcsoporthoz tartozó alkillánc hosszától, így az alifás szerves savak visszatartása a növekvő pka érték függvényében nő. 237

238 Ionkizárásos folyadékkromatográfia Az alkoholok, szénhidrátok akadály nélkül behatolnak az ioncserélő pórusaiba és ott vagy a hidrofób felületen kötődnek, vagy H- hidas kölcsönhatásba lépnek a H-formában levő ioncserés csoportokkal. Az ionkizárásos kromatográfiában a mozgó fázis nem tartalmazhat fémionokat, ugyanakkor biztosítani kell, hogy az ioncserélő csoportok H-formában legyenek. 238

239 Ionkizárásos folyadékkromatográfia Ezt úgy tudjuk elérni, hogy a vízhez 0,01 vagy 0,001 mol/dm 3 H 2 SO 4 -t, HNO 3 -t adunk. Egyes elválasztásoknál térfogatrész acetonitrilt adunk az ásványi savat tartalmazó eluenshez. Ez a módszer minden olyan esetben, pl. fermentlevek elemzésekor, jól alkalmazható, amikor vizes oldatokban, vagy ezek szennyvizeiben savakat, alkoholokat és cukrokat kell egymás mellett meghatározni (cukortartalmú italok savtartalmának 239 mérése).

240 II. Méretkizárásos kromatográfia (Size Exclusion Chromatography) 240

241 Méretkizárásos folyadékkromatográfia A hagyományos kromatográfiában alkalmazott porózus töltetek pórusátmérője 5-15 nm között van. Ezekbe a pórusokba kb molekulatömegű molekulák, méretüknél fogva, akadálytalanul be tudnak diffundálni. A nagyobb molekulák azonban nem férnek be, s így kizáródnak a pórusokból. A molekulatömegű anyagok (polimerek, biopolimerek) elválasztása tehát csak akkor valósítható meg, ha növeljük a töltet pórus átmérőjét. 241

242 Méretkizárásos folyadékkromatográfia Állófázis: nagy pórusátmérőjű töltet Mozgófázis: víz vagy szerves oldószer 242

243 Méretkizárásos folyadékkromatográfia A nagy pórusátmérőjű töltetekkel tehát nagy molekulatömegű anyagok méret szerinti elválasztása valósítható meg. A méret viszont a molekula szerkezetétől függően, összefügg a molekulatömeggel. Így a molekulatömeg ezzel a módszerrel meghatározható. A méretkizárásos kromatográfia elvét a következő ábra mutatja 243

244 Méretkizárásos folyadékkromatográfia A méretkizárásos kromatográfia elve 244

245 Méretkizárásos folyadékkromatográfia Tegyük fel, hogy a töltet d p1 d p2 d p3 pórusokat tartalmaz a molekulák átmérője d m1, d m2, és d m3. Ha d m2 d p1, akkor a makromolekula egyetlen pórusba nem tud bediffundálni, más szóval kizáródik (exclusion). A d m3 átmérőjű molekula a pórusok jelentős részébe be tud diffundálni. 245

246 Méretkizárásos folyadékkromatográfia Amíg a molekula a pórusban tartózkodik, addig gyakorlatilag áll. Csak az a molekula mozog, amelyik a mozgófázisban tartózkodik. A d m2 átmérőjű molekula tehát minden pórusból kizáródik, a d m1 átmérőjű molekula viszont minden pórusba akadálytalanul behatol. Ha a molekula átmérője ez alá az érték alá csökken, a retenciós térfogatban nincs változás. A leírtakat a molekulatömeg és a retenciós térfogat függvényében ábrázolva kapjuk a következő ábrát. 246

247 Méretkizárásos folyadékkromatográfia 247

248 Méretkizárásos folyadékkromatográfia A méretkizárásos kromatográfiában használt tölteteknél meg kell adni a teljes áteresztési és a teljes kizárási molekulatömeget. A mérettartomány, amelyben dolgozhatunk a töltet pórustérfogatától függ. A nagy molekulatömegű anyagoknak a fentiekben vázolt elválasztására használt terminológia ma sem egyértelműen használt az irodalomban. 248

249 Méretkizárásos folyadékkromatográfia A biopolimerek elválasztásánál ma már egyértelmű az aquoes size exclusion chromatography, amelyet régebbi terminológia alapján gélszűrésnek is neveztek. Ekkor ún. lágy géleket használtak, amelyeknél nem lehetett 0,1-0,2 bar-nál nagyobb nyomást alkalmazni. A szerves polimerek elválasztásánál viszont a gélt és a teljes áteresztést hangsúlyozták és ennek megfelelően beszéltek Gel Permeation Chromatography -áról (GPC). Környezetvédelmi analitikában ezt a módszert pl. huminanyagok meghatározására, vagy minta előkészítésre használják. Például, ha tejbe növényvédő szer jut, akkor a fehérjék elkülönítése a meghatározandó anyagtól méretkizárásos 249 kromatográfiával történik.

250 III. Hidrofób kölcsönhatási kromatográfia 250

251 Hidrofób kölcsönhatási kromatográfia Állófázis: kissé hidrofób felületű töltet Mozgófázis: nagy sótartalmú oldat 251

252 Hidrofób kölcsönhatási kromatográfia A biopolimerek (fehérjék, polipeptidek) elválasztásának egyik lehetséges módja a hidrofób kölcsönhatási kromatográfia. Ennél a módszernél azt használják ki, hogy a fehérjék az aminosavak összetételétől függően eltérő mértékben tartalmaznak hidrofób (apoláris) részeket. Nagy sókoncentrációt alkalmazva a fehérjék hidrofób (apoláris) álló fázis felületén adszorbeálódhatnak. Az apoláris felületen adszorbeálódott fehérjék a sókoncentráció csökkentésével deszorbeálódnak. 252

253 Hidrofób kölcsönhatási kromatográfia Minél több apoláris részt tartalmazott a fehérje, annál kisebb sókoncentrációnál deszorbeálódik. A fehérjéket ily módon az apolaritásuk (hány aminosavat tartalmazott, amely apolárisnak tekinthető) alapján el lehet választani. A módszer lényeges vonása, hogy ún. negatív sógradienst alkalmaz, amely annyit jelent, hogy a nagy sókoncentrációt (1 mol/dm 3 ) fokozatosan csökkentjük. 253

254 Kapilláris elektroforézis (CE) alapjai és módszereinek osztályozása 254

255 CE-Alapelv Az elektroforetikus elválasztási módszerek azon alapulnak, hogy elektromos erőtérben az oldott anyagok különböző sebességgel vándorolnak. Capillary electrophoresis, CE 255

256 Kapilláris elektroforézis Definíció: Kapilláris elektroforézis (CE) az elválasztástechnikáknak az a módszere, amikor az elválasztandó komponensek (ionok, neutrális molekulák, makromolekulák) eltérő sebességgel vándorolnak egy pufferrel töltött m átmérőjű kvarckapillárisban kv feszültség különbség hatására. A kapilláris elektroforézises módszerek osztályozása: A kapilláris elektroforézises módszereket osztályba sorolhatjuk az alapján, hogy tartalmaz-e pl. töltetet a kapilláris (belülről filmréteggel bevont, géllel, micellákkal vagy különböző ph-jú pufferrel töltött-e), vagy hogy a puffer milyen komponenseket tartalmaz 256 stb.

257 Kapilláris elektroforézis Alapvetően a következő módszereket különböztetjük meg: kapilláris zónaelektroforézis (CZE), kapilláris gélelektroforézis (CGE), kapilláris elektrokromatográfia (CEC), micelláris elekrokinetikus kapilláris kromatográfia (MECC vagy MEKC), kapilláris izoelektromos fókuszálás (CIEF), kapilláris izotahoforézis (CITP). 257

258 A CE módszereinek összehasonlítása 258

259 A kapilláris elektroforézis általános jellemzése Az elválasztás gyors (gyakran rövidebb, ritkán hosszabb, mint 20 perc), A felbontóképesség nagy (a kapillárisfal belső részénél kialakuló, ún. elektroozmotikus áramlás mindkettőt segíti), A mintaigény kicsi (általában μl) és a CE-készülék tömeg-spektrométerhez is csatlakoztatható. Oldószerigénye is minimális. Az elválasztott és a kapillárist elhagyó komponensek detektorral (pl. UV-fotometriás, vezetőképességi, stb.) jeleníthetők meg és az elektroferogramot mind minőségi, mind mennyiségi analitikai szempontból értékelhetjük. A CE rendszer működési paraméterei programozhatók, 259 a folyamat vezérlése és az adatgyűjtés számítógéppel végezhető.

260 Kapilláris elektroforézis 1. Kapilláris zónaelektroforézis (CZE) A kapilláris zónaelektroforézisben egy pufferrel töltött m-es kapillárist helyezünk két puffertartály közé. A két puffertartályba elektródokat helyezünk, amelyek között kv feszültségkülönbséget alkalmazunk. A feszültségkülönbség hatására az ionok töltésüktől függően vagy az anód (+) vagy a katód (-) felé vándorolnak. 260

261 Kapilláris elektroforézis A feszültségkülönbség okozta elektroforetikus vándorlási sebességet a puffer összetételétől függően a kapillárisban létrejövő oldószer áramlás befolyásolja. Ezt az oldószeráramlást nevezzük elektroozmózisos vagy elektroendozmózisos áramlásnak. Az elválasztást jellemezhetjük a vándorlási sebességgel és idővel. A vizsgálandó anyag vándorlási sebességét (v) a feszültségkülönbség hatására létrejövő elektroforetikus hatás és elektroozmotikus áramlás szabja meg. Ha elektroozmotikus áramlás nincs, akkor a vándorlási sebesség a következőképpen adható meg: Ahol: v = ep E = ( ep V)/L ep : az elektroforetikus mozgékonyság, E: elektromos térerő L: a kapilláris hossza V: az alkalmazott feszültség 261

262 Kapilláris elektroforézis A vándorlási sebesség és a vándorlási idő (t) között fordított arányosság van: t = L/v = L 2 /( ep V) A vándorlási időt megszabó másik folyamat az elektroozmózisos áramlás. Az elektroozmózisos áramlás oka a kapilláris fala közelében kialakult kettősréteg. A kettősréteg egyik pólusa a kapilláris fala (helyhez kötött töltés), másik pólusa az oldatban van. A folyadékban lévő töltéseloszlás nem egyenletes (diffúz réteg), az ionos részek között oldószer molekulák vannak. 262

263 Kapilláris elektroforézis A kapillárisra adott feszültségkülönbség hatására a diffúz réteg elmozdul. A töltéssel rendelkező részecskékkel együtt az oldószer molekulák is vándorolnak, s így annak ellenére, hogy az anód és a katód rész között nincs nyomáskülönbség, áramlás jön létre. A kapillárisban létrejövő elmozdulások lehetőségeit a következő ábra mutatja. 263

264 Töltéssel rendelkező komponens vándorlása elektromos erőtérben kis átmérőjű kvarc csőben A: ph 3, nincs EOF, B: EOF létrejötte, C: negatív töltéssel rendelkező anyag átlagos vándorlási sebességének bemutatása 264

265 A kapilláris falán kialakuló kettős réteg 265

266 Kapilláris elektroforézis A töltéssel rendelkező molekula a kis átmérőjű kvarc csőben vándorol, mert elektromos erőtérbe helyeztük, ezt a vándorlási sebességet megváltoztatja az elektroozmózis. A vándorlási idő kifejezésére tehát be kell vezetni a EOF -t, ennek megfelelően: t = L 2 /( ep + EOF )V A ep és a EOF iránya: megegyezik akkor, ha a komponens töltése pozitív, ellentétes, ha a komponens töltése negatív. Az összefüggés értelmében a semleges molekulák is vándorolnak az elektromos erőtérben. Vándorlási idejük között azonban nincs különbség. 266

267 Az elektroozmotikus áramlás szabályozásának lehetőségei 267

268 Kapilláris elektroforézis 2. Kapilláris gélelektroforézis (CGE) A kapilláris elektroforézis szelektivitását nagy molekulatömegű anyagok elválasztásakor növelhetjük, ha a kapillárist eltérő pórusátmérőjű géllel töltjük meg. Az elektromos erőtér hatására a töltéssel rendelkező molekulák a töltés/ionsugár alapján eltérő sebességgel vándorolnak, amelyet az ún. molekula szűrőhatás megváltoztat. A kapillárisba poliakrilamidot (akril-amid: CH 2 =CH- CONH 2 ), agarózt vagy egyéb géleket tölthetünk. Ha a poliakrilamiddal (PAGE) együtt a dodecilszulfát Na-sóját (SDS: C 12 H 25 -SO 3 Na) is a kapillárisba töltjük, akkor ezt az elválasztás technikát a szakirodalomban SDS-PAGE névvel jelölik. Elsősorban fehérjék és nukleinsavak elválasztására használják. 268

269 Kapilláris elektroforézis A gél polimerizációját a kvarckapillárisban végzik kémiai módszerrel vagy gammasugárzással. A gél lehet térhálós vagy lineáris. Sok esetben megfelelő szelektivitás érhető el, ha a kapillárist megtöltjük egy polimer oldattal. 269

270 A kapilláris gélelektroforézis elve Az S - molekula vagy a gél pórusaiban van (v=0), vagy a gél szemcsék között, ekkor az elektromos erőtér hatására vándorol (v 0) A töltött cső azt eredményezi, hogy az elektroozmózis okozta anyagvándorlás megszűnik. Következésképpen a kapilláris gélelektroforézissel csak töltéssel rendelkező molekulák elválasztását tudjuk megoldani. 270

271 Kapilláris elektroforézis 3. Kapilláris elektrokromatográfia (CEC) A kis átmérőjű kapillárist a fordított fázisú álló fázissal (3,5 m szemcseátmérőjű, apoláris) töltjük meg. A feszültség hatására az elektroforetikus áramlás mellett kialakul az elektroozmotikus vándorlás is (ph>3). Ez az áramlás szállítja a minta komponenseit a cső egyik végétől a másikra. Az egyes komponensek eltérő időben jelennek meg a cső végén, mert kölcsönhatásuk az álló fázissal különböző nagyságú. 271

272 Kapilláris elektroforézis A különbség a kapilláris elektrokromatográfia és a HPLC között az, hogy a HPLC-ben a komponensek szállítása a nyomáskülönbség hatására létrejövő mozgó fázis áramlással történik, a CEC-ben pedig a potenciálülönbség hatására létrejövő elektroozmotikus áramlással. A CEC előnyösebb a HPLC-hez képest, mert a kinetikai hatékonyság sokkal nagyobb. 272

273 Kapilláris elektroforézis 4. Micelláris elektrokinetikus kromatográfia Ha a kapilláris zónaelektroforézisnél alkalmazott pufferbe a kritikus micellakoncentrációnál (CMC) nagyobb koncentrációban felületaktív anyagot teszünk, akkor beszélünk micelláris elektrokinetikus kromatográfiáról (MEKC vagy MECC). Az esetek többségében a hozzáadott felületaktív anyag a Na-dodecilszulfát (SDS). Ez 8 mmol/dm 3 koncentráció felett, szobahőmérsékleten 58 egységből álló aggregátumot képez. Az aggregátumban az apoláris szénhidrogén láncok asszociálódnak úgy, hogy a puffer felé az aggregátum negatív töltésű. A negatív töltésű aggregátumok külön fázisként kezelhetők (pszeudo álló fázis) és így a töltéssel rendelkező és a semleges molekulák megoszlanak a puffer és a pszeudo álló fázis között. 273

274 A kvarc kapillárisban az elektromos térerő hatására kialakuló megoszlási és vándorlási viszonyok 274

275 Kapilláris elektroforézis Az SDS aggregátum negatív töltésű, tehát elektroforetikusan vándorol az anód irányába (v EP,SDS ). Ha a puffer ph-ja 3-nál nagyobb, akkor a katód irányába elektroozmotikus áramlás indul. Amennyiben v EOF v EP,SDS, akkor a negatív töltésű aggregátum a negatív pólus irányába mozog. Ha az SDS a vizsgált komponenst oldja (egyensúly alakul ki a két fázis, a puffer és a pszeudo stacioner fázis közölt), akkor a molekula az SDS vándorlási sebességével mozog a kvarccsőben. 275

276 Kapilláris elektroforézis Ha az egyensúlyi állandó értéke nagy (a molekula az SDS aggregátumban tartózkodik), akkor a molekula maximális vándorlási ideje megegyezik az SDS vándorlási idejével (t max ). Ha a vizsgált komponens kölcsönhatása elhanyagolható az SDS aggregátum mellett (K 0), akkor a vándorlási idejét a v EOF szabja meg. A v EOF mozgó komponens vándorlási ideje adja a minimális időt (t min ). A t min és a t max közötti idő az ún. migrációs időablak. 276

277 A vándorlási időablak, ahol t min az SDS-tól kölcsönhatásba nem lépő, míg t max az SDS által teljes mértékben oldott molekula vándorlási ideje JEL K 0 K K Vándorlási idő ELEKTROFEROGRAM 277

278 Kapilláris elektroforézis A vándorlási időt a körülmények változtatásával csak a két határérték között változtathatjuk. A MEKC alkalmazásával lehetőség van semleges molekulák elválasztására, akkor, ha K értéke 0 és közé esik. A vándorlási időablak két végén (t min és t max ) a komponensek elválasztására kicsi az esély. A MEKC alkalmazásával lehetőségünk van olyan anyagok elválasztására is, amelyek oldhatósága az alkalmazott puffer-rendszerben kicsi (például növényvédő szerek, többgyűrűs aromás szénhidrogének). 278

279 Kapilláris elektroforézis 5. Kapilláris izoelektromos fókuszálás Azok a vegyületek, amelyek mind savas, mind bázikus csoportot tartalmaznak (zwitter ionos vegyületek), nagy hatékonysággal elválaszthatók, ha a kvarc kapillárisban ph gradienst hozunk létre (pl. aminosavak, fehérjék). A zwitter ionos vegyületek mindaddig vándorolnak a kapillárisban, amíg töltésük van. Vándorlás során elérik a kapillárisnak azt a pontját, ahol a nettó töltés nulla lesz (izoelektromos pont, pi.), ezen a helyen koncentrálódnak. pi: létezik egy olyan ph, amelyen az aminosav sem az anód, sem a katód felé nem vándorol, vagyis látszólagos töltése:

280 Aminosavak Az aminosavak ikerionos szerkezetűek, azaz nem egyszerű aminocsoportot és karboxilcsoportot tartalmaznak, hanem pozitív töltésű ammónium- és negatív töltésű karboxilátcsoportot, a savas karboxilcsoport és a bázikus aminocsoport kölcsönhatása következtében. Tehát ikerionok szilárd halmazállapotban, és vizes oldatban egyaránt jelen vannak. Ezzel magyarázható az, hogy szilárd anyagok és nagyon magas az olvadáspontjuk. Sőt, meg sem olvadnak, hanem az olvadási hőmérsékleten bomlanak. Ugyanakkor jól oldódnak vízben (poláros oldószer), de nem oldódnak apoláros szerves oldószerekben. 280

281 L-cisztein 3D molekulamodellje Aminosavak ikerionos szerkezete Akárcsak az aminosavak, a peptidek és fehérjeláncok is ikerionos szerkezetűek (3. kép) L-cisztein ikerion 3D molekulamodellje 281

282 Kapilláris elektroforézis A ph gradiens elérésére az anódot savas, míg a katódot bázikus oldatba merítik. Elektromos erőtér alkalmazásakor a zwitter ionos vegyületek, elsődlegesen a fehérjék, a pi értéküknek megfelelő ph értéknél koncentrálódnak. A koncentrált zónákat ezután mobilizálni kell, ami annyit jelent, hogy a puffert a komponensekkel együtt a kvarccsőből ki kell tolni. Ez történhet hidrodinamikusan (nyomáskülönbség hatására) vagy elektroforetikusan. 282

283 A kapilláris izoelektrofókuszálás elve A zwitter ion jellegű komponensek a kapillárisban addig a pontig mozognak, ahol a ph=pi értékükkel Elektroforetikus mobilizálásnál az anód oldali savas oldatot bázikusra cserélik, a fehérjék negatív töltésűvé válnak, és a kvarccsőben az anód félé elmozdulnak. A kapillárisban az elektroozmózisos áramlást úgy küszöbölik ki, hogy a kapilláris belső felületén semleges polimer bevonatot készítenek. 283 A minta kapillárisba juttatása azzal az amfolittal történik, amellyel a ph gradienst létrehozzuk.

284 Kapilláris elektroforézis 6. Kapilláris izotahoforézis (CITP) A kapilláris izotahoforézisnél a mintát két eltérő ionmozgékonyságú elektrolit közé helyezzük. Például anionok elválasztásakor, a nagy elektroforetikus mozgékonyságú ionokat tartalmazó oldatot az anód oldalra, a kis elektroforetikus mozgékonyságú ionokat tartalmazó oldatot a katód oldalra tesszük. A nagy elektroforetikus mozgékonyságú ionokat tartalmazó oldatokat leading, míg a kis elektroforetikus mozgékonyságú ionokat tartalmazó oldatot terminating elektrolitnak ill. puffernek 284 nevezzük.

285 Kapilláris elektroforézis A minta komponensei a nagy ionerősségű helyről zónában vándorolnak a kis ionerősségű hely irányába. Közben az eltérő ionerősségű zónák határán koncentrálódnak. Azért, hogy az elektroozmotikus hatást kizárjuk polimerrel borított kvarc kapillárisokat használunk. Az elektromos térerő a kapilláris mentén változik. Ez eredményezi az egyes zónák kialakulását és ezzel az eltérő elektroforetikus mozgékonyságú ionok elválasztását. A CITP-nél eltérően az eddig ismertetett CE módszerektől, nem differenciális jellegű görbéket, 285 hanem egymással érintkező zónákat kapunk.

286 Izotahoforézisnél (A) és kapilláris zónaelektroforézisnél (B) kapott elektroferogramok A CITP-vel egyszerre kationok és anionok elválasztása nem lehetséges. 286

287 Az elválasztásra jellemző paraméterek a kapilláris elektroforézisben 287

288 Az elválasztásra jellemző paraméterek Az elválasztás-technikai módszerek alkalmazásának célja: két közeli tulajdonságú komponens elkülönítése. Ahhoz, hogy az analitikai célt elérjük, különböző paramétereket kell megfelelően megválasztani. Az adott körülmények között maximálisan elérhető elválasztást az eltérő vándorlási sebességen alapuló technikáknál, a kinetikai hatékonyság (zónaszélesedés) és a szelektivitás (termodinamikai hatékonyság) határozza meg. A CE technikáknál a nagy kinetikai hatékonyság adja az egyik lehetőséget a hasonló tulajdonságú vegyületek elválasztására. 288

289 Az elválasztásra jellemző paraméterek A HPLC-ben tapasztalt zónaszélesítő hatások közül a szabadoldatos zónaelektroforézisben a komponens hosszirányú diffúziója szabja meg a kinetikai hatékonyságot: Ahol: 2 = 2Dt = 2DL 2 /( ep V) N = L 2 / 2 = ep V/2D : kinetikai hatékonyság D: a komponens diffúziós állandója, t: a vándorlási idő, L: a kapilláris hossza, V: az alkalmazott feszültség ep : az elektroforetikus mozgékonyság N: elméleti tányérszám A második egyenletből következik, hogy a nagy feszültség alkalmazása elengedhetetlen a nagy kinetikai hatékonyság 289 eléréséhez.

290 Áramlási profilok HPLC-ben és CE-ben Zónaszélesítő hatású a folyadékkromatográfiában a lamináris áramlás parabolikus profilja is, ezzel szemben a CE-ben az elektroozmózisos áramlás profilja egyenletes. 290

291 Az elválasztásra jellemző paraméterek Amennyiben a komponens vándorlása mind elektroforetikus hatásra, mind elektroozmózis hatására történik, akkor az előbb felírt második egyenletbe az átlagos vándorlásra jellemző adatokat kell behelyettesítenünk: N = ( EOF + ep )V/2D Az elválasztásra jellemző felbontási tényezőt (R S ) az alkalmazott feszültség és az egyes komponensek közötti mozgékonyság-különbség szabja meg. 291

292 Az elválasztásra jellemző paraméterek Az elválasztás növelhető tehát, ha az elektroforetikus mozgékonyságot a pufferhez adott komponensekkel, kis mennyiségű additívekkel megváltoztatjuk. Az additívek alatt itt olyan anyagot értünk, amelyeket kis koncentrációban a pufferhez adva megváltoztatják a vizsgált komponensek vándorlási sebességét. 292

293 Az elválasztásra jellemző paraméterek Az elválasztás növelésének lehetőségei: Additívek: Szerves oldószer hozzáadása a pufferhez Felületaktív anyagok hozzáadása a pufferhez Ciklodextrin származékok hozzáadása a pufferhez Koronaéterek hozzáadása a pufferhez Az elválasztás és ezzel a szelektivitás növelhető, ha a kvarc kapilláris felületét módosítjuk. Például optikailag aktív komponenssel reagáltatjuk a kvarc kapillárist, stb. 293

294 Műszeres háttér 294

295 Műszeres háttér Az elméleti bevezetőből következik, hogy a CE-ben alapvető a nagyfeszültség alkalmazása. A feszültség növelésének határt szab a kapillárisban képződő hő. Ha a hő nem tud a kapilláris falán keresztül eltávozni, akkor ez a kapillárisban sugárirányú hőmérséklet gradienst okoz. A hőmérséklet gradiens hatására az elválasztott komponensek visszakeverednek. A gyakorlatban tehát kv feszültség alkalmazása általános. A kv feszültség hatására 5-50 A áram mérhető. A mérésre használt rendszer felépítése egyszerű és a 295 következő ábra szemlélteti.

296 Műszeres háttér A CE rendszer felépítése 296

297 297

298 298

299 Műszeres háttér A CE készülék működéséhez a feszültséget stabilizált tápegység szolgáltatja. A mintaadagolás úgy történik, hogy a Pt elektródot és a kvarc kapilláris végét egy mechanika a mintatartóba helyezi. A minta a kapillárisba vagy nyomáskülönbség hatására vagy nagyfeszültségű impulzus hatására kerül. Az adagolt mintatérfogat 1-40 nl közé esik. A reprodukálható mintaadagoláshoz automata mintaadagolókat kell alkalmazni. A komponensek vándorlása az m átmérőjű kapillárisban történik. 299

300 A minta injektálásának módszerei a CE-ben 300

301 CE kapillárisok A kapilláris elektroforézis során a mintakomponensek elválasztása és detektálása kapillárisban történik. Anyagával szemben támasztott legfontosabb követelmény az, hogy az elektromos áramot ne vezesse, ill. legyen kémiailag inert, UV- és látható fényt áteresztő, hajlékony, de ugyanakkor kellően szilárd és olcsó. További elvárás, hogy az on-column detektálást (a detektálás a kapillárisban, elválasztás közben, illetve az elválasztás befejeztével történik meg) lehetővé tegye, jó hővezető képességű legyen és az elválasztandó mintakomponensekkel ne lépjen kölcsönhatásba. Jó fényáteresztő és hővezető tulajdonsága miatt leggyakrabban kvarckapillárist használnak, de politetraflour-etilén (Teflon), polipropilén, berilliumoxid vagy üvegkapillárisokat is alkalmaztak. 301

302 CE kapillárisok A kapillárisok hossza cm, átmérője pedig µm között változhat. A mintakomponensek kapilláris falára történő adszorpciójának csökkentésére, illetve megakadályozására az egyik legegyszerűbb megoldás olyan ph-jú elektrolitoldat használata, melyben valamennyi komponens negatív töltésű (pl. a fehérjék izoelektromos pontjuk felett vannak), és ennek következtében a negatív töltésű faltól elektrosztatikusan taszítódik. Másik megoldás savas ph-jú (ph ~ 2,5) elektrolitok alkalmazása, amelyek a szilanolcsoportok disszociációját visszaszorítják. Nagy ionerősségű elektrolitok alkalmazása csökkenti az elektroozmotikus áramot. A fehérjék adszorpciója szintén csökken az ionerősség növekedésével, de a sókoncentráció növelése a hidrofóbikus kölcsöhatások megerősödése következtében elősegítheti a kapilláris falához való kötődést. Az adszorpciót adalékanyagok (polimerek, ikerionok, detergensek) alkalmazása is csökkentheti. 302

303 Detektálás a CE-ben A CE technikánál a detektálás egyfajta kihívásnak számít a kapilláris kis átmérője és a felhasznált csupán nl-nyi térfogatú minta miatt. A detektálási technikák közül az alábbiak elterjedtek: UV-VIS fotometriás (univerzális, elterjedt) Fluoreszcenciás Elektrokémiai Tömegspektrometriás 303

304 304

305 UV detektálás a CE-ben Detektáláshoz a kvarc kapillárisról a védő poliimid réteget eltávolítják és jól fókuszált UV fénnyel átvilágítjuk. 305

306 Műszeres háttér A megoldás egyszerű ugyan, de a kimutatási határt megszabja az optikai úthossz, amely a kapilláris átmérőjével egyezik meg. Ennek növelésére vagy a detektálásnál buborékot képzünk, vagy meghajlítjuk a kapillárist és tengelyirányból világítjuk meg. Egyéb detektálási módszerek bevezetésére is történtek kísérletek: pl. lézer indukált fluoreszcens vagy elektrokémiai detektálási módszerek adaptálása, de az UV detektálási mód adja %- ban a ma kereskedelmi forgalomban kapható készülékeknél a komponens monitorizálási lehetőséget. 306

307 Kiértékelés a CE-ben 1. Minőségi analízis: Az elektroferogramon található csúcsok azonosítását jelenti. Ez egy adott csúcs migrációs idejének vagy mozgékonyságának egy ismert vegyület kísérletileg kapott megfelelő eredményeivel való összehasonlításával történhet. Ha ugyanazokat a migrációs időket, illetve mozgékonysági adatokat kapjuk, akkor a két vegyület azonos. 307

308 Kiértékelés a CE-ben 2. Mennyiségi analízis: 308

309 Elektroferogram Mesterséges édesítő- és tartósítószerek elemzése CZE-vel 309

310 A CE alkalmazási területei A CE egyik fő területét a nagy molekulatömegű ionos anyagok meghatározása jelenti. Így fehérjék, polipeptidek, nukleinsavak meghatározásánál fő meghatározási módszer. A másik fő alkalmazási területe az optikailag aktív komponensek meghatározása. A nagy kinetikai hatékonyság következtében, már kis szelektivitás esetén is elválaszthatók az enantiomerek. Újabb kutatások eredményeképpen gyors anion meghatározásra alkalmas módszereket fejlesztettek ki a gyártó cégek, így környezetvédelemben, gyógyszeriparban alkalmazása elkerülhetetlen. 310

311 A CE alkalmazási területei Általánosságban elmondható, hogy a CE megfelelő additívok alkalmazásával minden olyan területen használható, mint a HPLC. Nagy előnye a HPLC-vel szemben, hogy az oldószer felhasználása minimális, vagy környezetvédelmi szempontból alkalmazása előnyös, mert nem kell nagy mennyiségű oldószert ártalmatlanítani. 311

312 Példa: A CE alkalmazása szervetlen ionok meghatározására A következő ábrán látható készülék elrendezésnél a detektor a katód oldalra kerül. A megadott elrendezésnél az anionok a minta adagolása után az anódtérben maradnak (elektroforetikus hatás). A Az elektroforetikus vándorlás irányát a polaritás - anódkatód felcserélésével oldják meg. B ph 3 savasságú mozgó fázisban az elektroozmotikus vándorlás létrejön, amelynek értéke nagyobb, mint az elektroforetikus vándorlásé. C 312

313 Anód Katód Katód Anód Katód Anód Katód Anód 313

314 A CE alkalmazási területei Ahhoz, hogy az anionok a detektor felé vándoroljanak, az elektroozmotikus áramlás irányát is meg kell változtatni. Ezt úgy lehet megoldani, hogy a pufferbe pozitív töltésű hidrofób iont tesznek. D A hidrofób ion adszorbeálódik a kapilláris belső felületén és a puffer felé pozitív töltésű lesz. A pozitív töltésű felület kialakulását és ennek következtében kialakuló elektroozmotikus vándorlást az előző ábra szemlélteti. A mérésnél előnyös, hogy a szervetlen anionok elektroforetikus vándorlási sebessége nagy, így minden komponensnél gyorsabban mozognak. Ennek következtében a mátrix hatás 314 nem jelentkezik.

315 MONITORING 315

316 A MONITORINGRÓL ÁLTALÁBAN Fogalma: Monitoringon tágabb értelmezésben valamilyen jellemző rendszeres megfigyelését értjük a bekövetkező változások nyomonkövetése, értékelése, esetenként beavatkozás, technológiai paraméter változás kezdeményezése érdekében. Így pl. a monitoring fogalmába egyaránt beletartozik: egy telepített mérőállomáson a fő légszennyező komponensek éveken át történő folyamatos regisztrálása vagy egy üzemi szennyvízből műszakonként vett minta laboratóriumi elemzése. 316

317 A MONITORINGRÓL ÁLTALÁBAN Itt elsősorban a helyszínen elvégezhető elemzésekkel és a speciálisan környezetvédelmi feladatokra kifejlesztett, legtöbbször folyamatosan regisztráló mérőkészülékek áttekintésével foglalkozunk. A monitoring főbb területei: Levegő Emisszió (levegő szennyező anyagok kibocsátása) Immisszió (kültéri levegőminőség) Munkahelyi légtér Víz Felszíni víz (benne üledékek) Talajvíz Szennyvíz (benne szennyvíziszap) Talaj (benne talajlevegő) Biológiai minták vizsgálata Növényi eredetű Állati eredetű 317

318 A MONITORINGRÓL ÁLTALÁBAN A monitoring program kidolgozásának lépesei: A mérés helyének és időtartamának kijelölése. Mérendő komponensek meghatározása. Mérési és minőségbiztosításai módszerek kiválasztás. Mintavétel gyakoriságának meghatározása. Mintavételi háló meghatározása talajvizsgálatoknál. Kontrol mintavételi helyek kérdésének tisztázása. Szakaszos mintavétel esetén: Mintavételi mód kidolgozása. Mintavételi idő meghatározása. Mintamennyiség, mintatartó edényzet megválasztása. Minták tárolásának eldöntése. 318

319 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING 319

320 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING 1. Alapfogalmak I. Emisszió: A légszennyező anyagok kibocsátása a keletkezés helyén. Különbséget kell tenni a helyhez kötött és a mozgó légszennyező források között. A helyhez kötött légszennyező forrásokat az alábbiak szerint lehet csoportosítani: Pontforrások (kémények, kürtők). Épületforrások (kibocsátás természetes huzatú szellőzőkön és nyílászárókon). Felületi források (szabadban végzett műveletek, üzemi 320 utak).

321 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING Az emisszió mértékének (kg/óra) meghatározásához pont- és épületforrások esetében ismerni kell: az adott légszennyező anyag koncentrációját a kibocsátott füstgázban, véggázban vagy levegőben, valamint ezen hordozógázok térfogatáramát és hőmérsékletét. 321

322 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING II. Transzmisszió: A légszennyező anyagok eltávolodása a kibocsátás helyéről, amit jelentős hígulás kísér. A transzmissziót befolyásolják: a forrás jellemzői, a meteorológiai és domborzati viszonyok. A meteorológiai jellemzők közül a széliránynak és sebességnek, a turbulenciának, és az inverziós rétegnek van döntő szerepe. Az inverziós rétegben a levegő hőmérséklete a földfelszíntől távolodva nem csökken és megakadályozza a légrétegek vertikális keveredését, aminek következtében a légszennyező anyagok feldúsulnak a földfelszín közelében. 322

323 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING III. Imisszió: A kültéri levegő minősége a vizsgált helyen (pl. lakott területen vagy természetvédelmi terülten). Az immissziós koncentrációkat az emisszió és a transzmisszió mellett az egyes légszennyező anyagok bonyolult reakciói (fotokémiai) és átalakulásai (kimosódás) határozzák meg. Méréstechnikai oldalról immisszió mérésénél az emisszióhoz képest 3-6 nagyságrenddel kisebb koncentrációkra kell felkészülni. 323

324 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING Az immisszió területi és időbeni alakulásának ismerete minden levegőtisztaság-védelmi intézkedés alapja. Ezért az immisszió vizsgálata időrendben megelőz minden más ilyen irányú tevékenységet. Az immisszió ugyanakkor a levegőtisztaság-védelmi intézkedések eredménye is: a határértékek betartása minden levegőtisztaság-védelmi intézkedés végző célja. Az immisszió kialakulására számos tényező hat, amelyek állandóan változnak. Ezért egy terület levegőszennyeződéséről nem kaphatunk néhány méréssel megfelelő képet. Általában több éven át végzett rendszeres mérést tartunk mértékadónak. 324

325 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING A szennyeződés időbeni megoszlásának követésére legalkalmasabbak a folyamatosan működő regisztráló műszerek. A 24 órás időtartamú, naponkénti átlagmintavétel kézi, vagy automatikus váltással a legtöbb szempontból kielégítő. A gyakorlatban egy éven át legalább hetente egyszer végeznek méréseket. Ügyelni kell arra, hogy adott mérőpontról a minták a nap különböző óráiból származzanak. Az immisszió ellenőrző hálózatok két fő típusát különböztetjük meg. Az első az ún. air monitorok (regisztrálókészülékek) alkalmazásán alapul. A mérőállomás folyamatosan működik, adataikat telefonvonalon egy központba továbbítják, ahol a terület levegőszennyeződési állapota a mérésekkel egyidejűleg ellenőrizhető. Ez a rendszer azonnali beavatkozást tesz lehetővé veszélyhelyzet esetén: pl. elrendelik a szennyező üzemekben a tisztább 325 energiahordozóra való átkapcsolást.

326 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING A másik típus a rendszeres szakaszos (24 órás, vagy 30 perces) mintavételt alkalmazza. A mérőhelyek lehetnek telepítettek, ezen belül automatikusak, vagy kézi kezelésűek, és lehetnek olyanok, amelyeket időnként műszerrel, mérőgépkocsival felkeresnek. Az ilyen hálózat létesítése kevésbé költséges, így több mérőhely jelölhető ki, a szolgáltatott információk (különösen a 24 órás mérések esetében) a legfontosabb igényeket kielégítik. Az adatok értékelése és beavatkozás általában egy hónap, egy év után válik lehetővé. A mérőpontok kijelölésének szempontjai a vizsgálat céljától függnek. A mérőpontot azonban mindig reprezentatív helyen kell kijelölni. 326

327 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING IV. Munkahelyi légtér: Legtöbbször az emissziós és az imissziós koncentrációk között helyezkednek el a szennyező anyagok, a munkahelyi légtér koncentrációi, amit az eltérő mérési módszerek, szabványok és határértékek miatt külön területként célszerű tárgyalni. A légszennyező komponensek azonossága és az emisszióval való kapcsolata miatt érintjük a kérdéskört, annak ellenére, hogy az inkább munkavédelemmunkaegészségügy és kisebb mértékben a környezetvédelem területére tartozik. 327

328 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING Légszennyező anyagok főbb csoportjai: Porok és aeroszolok Gázok és gőzök 328

329 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING 2. Mérési módszerek gázok és gőzök meghatározására Itt a mérési elvek bemutatásakor nem teszünk különbséget az emisszió és az immisszió mérése között, bár ezekre a területekre gyakran különböző jellegű készülékcsaládot alkalmaznak. A légszennyezés ellenőrzésének kezdetén elsősorban klasszikus analitikai módszereket használtak, viszont manapság már a mikroprocesszor vezérelt folyamatosan regisztráló készülékek használatosak. A következő táblázat a hazai gyakorlatban leginkább alkalmazott klasszikus analitikai és folyamatos műszeres módszereket foglalja össze. 329

330 A leggyakoribb mérési módszerek összefoglalása 330

331 Néhány mérési módszer bemutatása I. IR abszorpció: A korszerű légszennyezést mérő monitorok jelentős része fotometriás elven működik. Ismétlés: IR-fotométerek: Felépítésük az ismertetett egy- és kétsugaras fotométerekéhez hasonló. Optikai elemeik kősóból, lítium-fluoridból, kálium-bromidból készülnek. Üveg vagy kvarc nem használható. Sugárforrásként színterelt, C-ra hevített szilicium-karbid rúd (Globar izzó) használható széles hullámhossz-tartományban. Érzékelőként az infravörös tartományban jól használható műszer a termoelem vagy a Goley-detektor. Napjainkban az infravörös spektroszkópiában az ún. Fouriertranszformációs (FT-IR) készülékeket használják. A spektrumot ebben az esetben két lépésben kapjuk: az első lépés egy ún. interferogram felvétele, míg második lépésben ezt az interferogramot alakítjuk 331 át energiaspektrummá Fourier-transzformációval.

332 Néhány mérési módszer bemutatása A legtöbb légszennyezést mérő IR-fotométer nem-diszperzív (NDIR) berendezés, ami azt jelenti, hogy szűrés nélkül használja az IR sugárforrás által kibocsátott teljes spektrumot. A szelektivitást azáltal érik el, hogy a mérendő komponenssel töltött detektorcellát alkalmaznak, mely detektálás csak az IR tartományban használható. Egy légszennyezést mérő IR-fotométert a következő ábra mutat. A mérendő gázzal töltött két érzékelő kamrát egy membránkondenzátor válassza el egymástól. A mintagázon áthaladó elemző fénysugár egy része elnyelődik, így a detektorkamrában kisebb felmelegedést okoz a referenciaághoz képest. 332

333 Néhány mérési módszer bemutatása Légszennyezést mérő IR-fotométer 333

334 Néhány mérési módszer bemutatása II. UV abszorpció: Az UV-abszorpciós spektrumban néhány légszennyező anyagnak, mint pl. a nitrogénmonoxidnak és az ammóniának viszonylag szűk, másoknak viszont szinte az egész tartományt felölelő elnyelése van. Egy ilyen UV-fotometriás elven működő készüléket mutat be a következő ábra. 334

335 Néhány mérési módszer bemutatása NO analizátor működésének vázlata 335

336 Néhány mérési módszer bemutatása A fényforrás egy nitrogénnel és oxigénnel töltött vájtkatód lámpa, amelyben gerjesztett NO molekulák keletkeznek és a minta elnyelésének megfelelő hullámhosszúságú vonalakat bocsátanak ki. A detektor fotoelektronsokszorozó, a mért abszorbancia pedig arányos lesz a mintagáz NO-koncentrációjával. 336

337 Néhány mérési módszer bemutatása III. Fotometriás távvezérlés: A távérzékelés során az információt néhány száz méter, esetenként több km hosszúságú levegőszakasz átvilágításával létrehozott abszorpciós spektrumból nyerik. Alkalmazása: Vegyi üzemek szennyezőanyag kibocsátásának mérése. Tartálypark meghibásodásának észlelése. Városrészek levegő minőségi ellenőrzése. A távérzékeléshez olyan erősen diszperzív sugárforrások (hangolható lézerek) alkalmazhatók, amelyek csak a mérendő komponens elnyelési sávjának megfelelő hullámhossz-tartományban sugároznak. A kapott spektrumot modern számítógépes technika hasonlítja össze egy adatbank spektrumaival. 337

338 Néhány mérési módszer bemutatása IV. UV fluoreszcencia: Az UV-fluoreszcencia alkalmazását immissziós SO 2 analizátor példáján át szemléltetjük. UV fluoreszcenciás immissziós SO 2 analizátor 338

339 Néhány mérési módszer bemutatása A mintában lévő SO 2 molekulák nm hullámhosszúságú fény hatására gerjesztődnek, majd nm hullámhosszúságú fluoreszcens fényt sugároznak ki. Az alkalmazott interferencia szűrő csak a fluoreszcens sugárzást engedi át. Az elnyelést zavaró kísérő komponenseket (vízgőz, szénhidrogének) gázpermeációs cső segítségével tudjuk a mérés előtt eltávolítani. 339

340 Néhány mérési módszer bemutatása V. Kemilumineszcencia: Ez a módszer abban különbözik az előbbi UV fluoreszcens módszertől, hogy a meghatározandó molekula gerjesztése kémiai reakcióban történik. A módszer NO x és ózon meghatározására alkalmazható. 340

341 Néhány mérési módszer bemutatása VI. Elektroanalitikai módszerek: A leggyakrabban alkalmazott elektroanalitikai módszereket a korábbi táblázat tartalmazza. Ezek közül a SO 2 konduktometriás mérése a legrégebb óta alkalmazott folyamatos méréstechnika mind emissziós, mind immissziós területen. A mérés alapja: H 2 O 2 + SO 2 +2 H 2 O = H 2 SO H 2 O = 2 H 3 O + + SO 4 2- Gyakorlatilag a teljesen disszociált kénsav okozza a vezetőképesség változást, amit átáramlásos cellában 341 mérnek.

342 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING 3. A részecske-meghatározás (porok és aeroszolok) lehetőségei A gáz ill. a gőz halmazállapotú anyagok detektálásához képest eltérő méréstechnikát igényel a részecskék meghatározása. Amikor a részecskéket vizsgáljuk az alábbi jellemzőket kell számításba venni: Az összes részecske tömegkoncentrációját. A finom részecskék koncentrációját. A részecskék méreteloszlását. A kémiai összetételt. 342

343 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING Immissziós pormérésnél különbséget teszünk: a lebegő portartalom és az ülepedő portartalom meghatározása között. Az emissziós pormérést nehezíti a kötelezően alkalmazandó izokinetikus mintavétel. Ez azt jelenti, hogy olyan sebességgel kell a mintát a mintavételi ponton beszívni, mint amilyen abban a pontban a mintázandó közeg áramlási sebessége. 343

344 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING I. Gravimetriás módszer: A részecske-meghatározás egyik legrégibb és legmegbízhatóbb módszere a gravimetriás (tömeg szerinti elemzés) pormérés. Meghatározott idő alatt meghatározott térfogatot szívatunk át a vizsgált közegből valamilyen szűrőanyagon amelynek tömegét a porleválasztás előtt és után is lemérjük. A mintavételi idő néhány perc vagy akár több óra is lehet. Ezt követően megfelelő reagens használatával mérhető terméket képzünk a vizsgálandó komponensekből, majd azok 344 tömegéből következtetünk a minta eredeti koncentrációjára.

345 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING II. -sugár gyengülés: Az emissziós részecske koncentráció meghatározására elfogadott módszer a -sugár gyengülés mérésén alapuló eljárás. A mintagáz portartalmát egy szűrőszalagra választjuk le. Majd a szűrőszalagot a mérőszakaszba továbbítják, ahol a leválasztott részecskék foltját gyenge elektron-sugárral átvilágítják és az aktivitás gyengülését megfelelő detektor (Geiger-Müller számláló) segítségével meghatározzák. A sugárforrás acélkapszulába zárt Kr 85 vagy C 14 izotóp. 345

346 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING III. Optikai módszerek: Ha fénysugarat bocsátunk át egy részecskéket tartalmazó gáztérfogaton, a fénysugár: egy része a részecskéken elnyelődik, illetve különböző szögben szóródik. 346

347 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING Szórt fény 347

348 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING A kémény, kürtő vagy füstcsatorna átvilágításakor az ún. opaciméterek a fénysugár gyengülésének mértékét használják fel az elemzéshez. Levegőminőség mérésekor leggyakrabban az elemző fénysugárral kis szögben szórt fény mennyiségét mérik. Az opaciméterek feloszthatók: egyszerű füstsűrűség mérőkre és kalibrálható részecske koncentráció mérők csoportjára. A füstsűrűség mérőket a tüzelés hatásfokának ellenőrzésére használják, a látható fény tartományban dolgoznak és a transzmissziót mérik. Ezek a készülékek az abszorbanciát mérik. 348

349 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING 4. Emisszió mérés: Az emisszió mérés két alapesete: az extrakciós mintavételen alapuló módszer és magában a füstgázáramban történő in-situ mérés. In-situ mérések: IR vagy UV fotometriát alkalmaznak, a kémény egyik oldalára szerelik a fotométert, a szemközti oldalra pedig vagy a fényforrást vagy a reflektor egységet. 349

350 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING Az így mérhető vegyületek: UV-fotométerrel: ammónia, benzol, klór, kéndioxid, nitrogén-monoxid és - dioxid, toluol, stb. IR-fotométerrel: aceton, acetilén, kén-dioxid, nitrogén-monoxid, szén-monoxid és -dioxid. Az emisszió mérést gyakran nehezítik a nagy koncentrációban jelenlévő zavaró komponensek, amelyek speciális mintaelőkészítést és gyakoribb karbantartást tesznek szükségessé. 350

351 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING Extrakciós módszernél: A levegőmintát szűrik, majd a nedvességtartalom lecsapódásának megakadályozása érdekében vagy fűtött teflon vezetéken, vagy levegővel hígítva vezetik a gázelőkészítő egységbe. A gázelőkészítő egység a gázelemzés nélkülözhetetlen része, melynek meghatározó elemei a porleválasztó és a nedvességeltávolító egység. Az emisszió számításához meg kell állapítani a pontforrás által kibocsátott véggáz sebességét, valamint a hőmérsékletét. 351

352 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING 5. Immisszió mérés: Az immisszió méréseknél az egy esztendőn át tartó, mindennapos vagy folyamatos mérések megvalósítására törekszenek. Az értékelést a fűtési és a nem fűtési időszakra külön kell elvégezni. A minősítendő területről megfelelő állomássűrűség esetén szennyezettség-eloszlási térképet készíthetünk. A meteorológiai paraméterek folyamatos rögzítése elválaszthatatlan része a folyamatnak. 352

353 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING 6. Légszennyezést mérő monitorok kalibrálása: Az emissziós és immissziós monitorok üzemeltetéséhez szükséges tartozékok: Kalibrálógáz palackok vagy generátorok Zérólevegő (viszonyítási alap) palack vagy generátor Kalibráló berendezés Légszivattyú Adatkiíró, -rögzítő, -tároló és -továbbító egységek (számítógép) 353

354 LEVEGŐSZENNYEZÉS MONITORING A korszerű légszennyezésmérő monitorok kalibrálása a nulla és egy kiválasztott koncentráció ellenőrzésével történik. A zérólevegőt ehhez vagy gázpalackokból vagy generátorral nyerik. A kalibráló gázok biztosíthatók gázpalackokból vagy szintén generátorok segítségével. 354

355 MONITOROK ALKALMAZÁSA A VÍZELEMZÉSBEN 355

356 MONITOROK ALKALMAZÁSA A VÍZELEMZÉSBEN A vízben lévő szennyeződések: a berendezések korrózióját eredményezhetik, vagy a bennük lévő baktériumok betegségeket is okozhatnak. Ezért a folyamatos vízminőség ellenőrzés igen fontos, hogy meggyőződjünk arról, hogy a vízkezelési eljárások eltávolították, ill. csökkentették ezek mennyiségét. Az egyedi, időszakos mintavétel és a szakaszos laboratóriumi ellenőrzés idő és munkaigényes. 356

357 MONITOROK ALKALMAZÁSA A VÍZELEMZÉSBEN A mintavétel és az elemzési módszer időbeli változása az eredmények jelentős hibáit okozhatják. A szakaszos elemzés nem alkalmas arra, hogy egy hibát időben jelezzünk, ami vagy a termékben vagy a berendezésekben károsodást okozhat. Az automatikus elemzés ezeket a problémákat megoldja, csökkenti a vízkezelési költségeket és segít a nem megfelelő paramétereket azonnal korrigálni. A következő táblázat azokat a paramétereket szemlélteti, amelyeket a monitorokkal ellenőriznek, illetve megadja azokat a folyamatokat is, amelyek ellenőrzésénél fontos a paraméterek állandó ismerete. 357

358 Monitorokkal mért vízminőségi paraméterek ismertetése 358