Szilikagél szerkezete

Átírás

1 FLYADÉKKRMATGRÁFIA P-KNTRLL Krusper László DEBRECENI EGYETEM Szilikagél szerkezete 2 Az ábrák több, részben szerzői jogokkal védett műből, oktatási célra lettek kivéve. Továbbmásolásuk, terjesztésük nem megengedett. 3 Analitikai eredmény generálásának fázisai 1

2 Elválasztástechnika - Kromatográfia 4 lyan módszerek, ill. folyamatok gyűjtőneve, melyekben a komponenseknek egy álló fázis és egy azon keresztül áramló mozgó fázis közötti megoszlása következtében megy végbe a komponensek térbeli elkülönülése (szétválása). GC Kromatográfia TLC PLC PLC U()PLC Elválasztástechnika Elektroforetikus módszerek Centrifugálás Extrakciós módszerek Szűrés Szitálás Dialízis Liofilizálás Szilikagél szerkezete 5 A folyadékkromatográfiás rendszerek lelke, legfontosabb egysége a kromatográfiás oszlop, ahol a tényleges elválasztás történik. Bűvös háromszög 6 2

3 Folyadékkromatográfia felosztása 7 Az elválasztás alapegyenlete 8 Kinetika Termodinamikai Visszatartásra (zónaszélesedés) tag jellemző tag 9 Visszatartási tényező (kapacitás/retenciós faktor, k ) Megadja, hogy egy vizsgált komponens az elválasztás során mennyi időt tartózkodott az állófázison a mozgófázisban töltött időhöz képest A kvázi-egyensúly megoszlási hányadosa, ha a koncentrációkat mólban adjuk meg Értéke 1 10 (esetenként 2 5) között legyen 3

4 10 Szelektivitás ahol K 1 és K 2 a termodinamikai megoszlási hányadosok α 1,05 legyen 11 Kinetikai hatékonyság A Gauss görbe adatai 12 Kinetikai hatékonyság N Elméleti tányérszám - zónaszélesedés t 5 R,54 W1/ 2 N 2000 legyen 2 tr N 16 W 2 tr N 2 4

5 13 Itt lehet a szimulátort használni Bűvös háromszög 14 Porózus szilikagél 15 5

6 Porózus szilikagél 16 Porózus szilikagél 17 Porózus szilikagél 18 6

7 Szilikagél szerkezete 19 Szilikagél szerkezete 20 A: izolált B: -hidas C: dezaktivált Szilikagél szerkezete 21 7

8 Szilikagél fémszennyezők 22 Felületi fémszennyezők Vázba beépült fémszennyezők Szilikagél fémszennyezés 23 Szilikagél fémszennyezés 24 8

9 Szilikagél felületi módosítása 25 Poláris módosítás X: -N 2, -CN, --C()-C 2 (), -N 2 stb. C3 C3 + Cl C3 ( C2 ) 3 Spacer X Funkcios csoport Viz mentes Piridin C3 ( C2 ) X 3 Szilikagél Monofunkcios-szilán reagens Modositott szili kagél Szilikagél felületi módosítása 26 Apoláris módosítás (monomer) + Cl C 3 C 3 -Cl C C C 3 C 3 Szilikagél felületi módosítása 27 Átmeneti és/vagy polimer módosítás Cl C3-2Cl + Cl 1.) C Cl 2.) C3 C Cl + 2 C3 C1837 C 3 C szililezõszer -Cl C3 C Cl C C3 9

10 Szilikagél felületi módosítása 28 Szilikagél felületi módosítása 29 Szilikagél felületi módosítása 30 10

11 Szilikagél felületi módosítása 31 Utószilanizálás end capping 32 A módosított szilikagél előállítása során kb %-a a szilanol csoportoknak reagálatlan marad, így energetikailag inhomogén állófázis alakul ki. A felületen két eltérő tulajdonságú rész van jelen, az alkillánc, amely gyenge diszperziós kölcsönhatásra, és a szilanol csoport, amely erős -hidas kölcsönhatás kialakítására képes, emellett a szabad szilanol csoport ionizációra is képes, így ioncserés kölcsönhatás is létrejöhet. Endcapping 33 11

12 Embedded polar group 34 idrolízis 35 C3 C1837 C3 Szilika váz oldódása 36 12

13 Alacsony (és magas) p-hoz 37 Alacsony (és magas) p-hoz 38 Alacsony és magas p-hoz 39 13

14 Duble endcapped 40 A felület endcapping után 41 2 C 2 C C 2 C 2 2 C 2 C C 2 C 2 2 C C 2 2 C Residual silanols 2 C C 2 2 C Endcap C C 2 C C C 3 C C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 3 C 3 És jön egy molekula 42 2 C Non-polar portion of analyte interacts with bonded phase (hydrophobic) 2 C 2 C 2 C C 2 C 2 C 2 C 18 alkyl chains Residual silanols Polar portion of analyte interacts with silanols (hydrogen bonding) 2 C C 2 2 C C 2 2 C C 2 2 C Low Coverage Low Ligand Density Endcap C C 2 C C C 3 C C 3 C 3 C 3 3 C C 3 C 3 C 3 C 3 3 C 3 14

15

16

17

18

19

20 Pufferek használata 58 Mikor használunk puffert? Felületi szilanolcsoportok egységesítése A vizsgálandó komponensek egységesítése Akkor és csak akkor használunk puffert, ha elengedhetetlenül szükséges! 59 A vegyületek csoportosítása folyadékkromatográfiás szempontból 1. Kromatográfiás szempontból semleges vegyületek 2. Savas jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek 3. Bázikus funkciós csoportot tartalmazó vegyületek 4. Ionos vagy ionizálható vegyületek Kromatográfiás szempontból semleges vegyületek 1.a csoport: Szénből, hidrogénből és kovalens kötésű halogénből állnak A visszatartást az apoláris felülettel való kölcsönhatás szabja meg Csak diszperziós kölcsönhatás! Alifás és aromás szénhidrogének Többgyűrűs aromás szénhidrogének (PA) alogénezett alifás és aromás szénhidrogének 20

21 61 1. Kromatográfiás szempontból semleges vegyületek A visszatartás függése az eluens összetételétől erősebben hidrofób anyag Kromatográfiás szempontból semleges vegyületek A hidrofobicitás jellemzése n-oktanol/víz rendszerben mért megoszlási hányadossal jellemezzük (a n-oktanollal modellezzük az állófázist) Mérőszáma lgp Fejlesztésnél a kiindulási paraméterek becslésére szolgál lgp kontrollált elválasztás Pallas programmal számolható Kromatográfiás szempontból semleges vegyületek 1.b csoport: -hidas és/vagy dipól-dipól kölcsönhatás is Alkoholok Éterek Észterek Nitro-vegyületek Aldehidek, ketonok Nitrilek Azo-vegyületek 21

22 64 1. Kromatográfiás szempontból semleges vegyületek 1.b csoport: Elválasztás lehetősége: Különbség az apolaritásban Különbség a poláris csoportokban Savas jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek A p-tól függően két molekuláris állapotban lehetnek jelen Savas jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek idrofób savak Ionvisszaszorított forma lgp kontrollált elválasztás idrofil savak Elválasztásuk poláris részeket tartalmazó állófázison valósítható meg Maradék szilanol Embedded fázisok ILIC 22

23 67 2. Savas jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek Savas jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek Savas jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek 23

24 70 2. Savas jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek A szelektivitás p-függése Itt lehet/kell az előzést bemutatni Bázikus jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek Elválasztásuk poláris részeket tartalmazó állófázison valósítható meg (?) A p-tól függően két molekuláris állapotban lehetnek jelen Bázikus jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek 24

25 73 3. Bázikus jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek Bázikus jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek Bázikus jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek Kölcsönhatások a poláris állófázissal Ionos kölcsönhatás nagyon erős 25

26 76 3. Bázikus jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek Kölcsönhatások a poláris állófázissal Kölcsönhatás nem ionizált szilanollal közepesen erős Bázikus jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek Kölcsönhatások a poláris állófázissal Szabad bázis kölcsönhatása ionizált szilanollal közepesen erős Bázikus jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek Maszkírozás A szabad szilanol lefedése kismolekulájú aminnal Gyakorlat: 0,1% trietilamin tartalmú eluens 26

27 79 3. Bázikus jellegű funkciós csoportot tartalmazó vegyületek 4. Ionos vagy ionizálható vegyületek 80 Elválasztásuk az ionpár kromatográfiával valósítható meg A p fogalma 81 p=-lgɑ = -lg(m γ /m ) ɑ : hidrogénion aktivitás γ : moláris aktiválási koefficiens m : standard molalitás Gyakorlatban p-munkadefiníciója p=p(s)+[(e(s)-e(x))/59] p(s):kalibráló puffer p-ja E(S): kalibráló puffer elektródpotenciálja(mv) E(X): mintában mért elektródpotenciál (25 C-on) 27

28 p standard 82 A három módszer három eltérő eredményt ad!

29 85 Pufferoldat pufferoldatnak tekintjük azokat az oldatokat, amelyek p-ja az oldathoz adott erős sav vagy erős bázis hatására csak viszonylag kis mértékben változik meg Összetétele: egy gyenge sav és a hozzá konjugált bázis, vagy ennek sója, pl.: C 3 C/NaAc egy gyenge bázis, és a hozzá konjugált sav, vagy ennek sója, pl.: N 3 /N 4 Cl amfoter molekulák oldata is lehet puffer Pufferoldat 86 Az oldatban egy konjugált sav-bázis pár található, melyek között fennálló egyensúly képes tompítani az oldathoz adott erős sav vagy erős bázis p változtató hatását. pl.: N 3 /N 4- rendszer + sav N N lúg N N Pufferoldat Pufferoldatok p-jának kiszámítása: gyenge sav + gyenge sav konjugált bázisa/sója p = pk s + log (c A -/c A ) gyenge bázis + gyenge bázis konjugált sava/sója p = pk s + log (c B /c B +) pk s = 14 - pk b 29

30 Pufferoldat 88 A pufferoldatok jellemzésére az oldat p-ját és pufferkapacitását használjuk Pufferkapacitás egyértékű erős savnak vagy bázisnak az a mennyisége mólokban kifejezve, amit az adott pufferoldat 1 dm 3 -éhez adva 1 egységnyi p változást idéz elő Pufferoldat 89 1,5 1 log[x(a)/x(a-)] 0,5 0-0,5-1 -1,5 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 x(a) p = pk s + log (c A- /c A ) P P 4-3P 4 pk 1 = 2,12 pk 2 = 7,21 pk 3 = 12,67 30

31 91 Krusper pk 1 László = 2,12 - Foladékkromatográfia pk 2 = 7,21 - p-kontrollpk 3 = 12,67 92 A folyadékkromatográfiában leggyakrabban alkalmazott pufferek Puffer pka puffer - tartomány triflourecetsav < 2 < 2,5 Puffer TRIS = trisz(hidroxometil)- aminometán pka puffer - tartomány 8,3 7,3-9,3 foszforsav 2,1 1,1-3,1 dietanolamin 8,9 7,9-9,9 citromsav (pk1) 3,1 2,1-4,1 ammónia 9,2 8,2-10,2 hangyasav 3,8 2,8-4,8 etanolamin 9,5 8,5-10,5 citrát (pk2) 4,7 3,7-5,7 karbonát (pk2) 10,3 9,3-11,3 ecetsav 4,8 3,8-5,8 dietilamin 10,5 9,5-11,5 citrát (pk3) 5,4 4,8-6,8 trietilamin 11,0 10,0-12,0 karbonát (pk1) 6,4 5,4-7,4 piperidin 11,1 10,1-12,1 foszfát (pk2) 7,2 6,2-8,2 foszfát (pk3) 12,3 11,3-13,3 trietanolamin 7,8 6,8-8,8 Pufferek UV cut-off értékei 93 31