GÁZKROMATOGRÁFIA 1952 James és Martin -gáz-folyadék kromatográfia; -Nobel díj a megoszlási kromatográfia kidolgozásáért. típus állófázis mozgófázis mechanizmus gáz-szilárd GSC gázfolyadék GLC szilárd gáz adszorpció folyadék gáz megoszlás
A gázkromatográfiás készülék oszlop detektor gázpalack mintabemérő egység injektor betét és mintaadagoló rekorder A gázkromatográfia bomlás nélkül gázzá alakítható, illékony vegyületek elválasztására alkalmas
A gázkromatográfiás készülék
Vívőgázrendszer Biztosítja a minta komponenseinek áthaladását az oszlopon Részei: Gázpalack (nyomáscsökkentő reduktor), N 2, Ar (FID), H 2, He Gáztisztító (aktív szenes, molekulaszűrős) Áramlásszabályozó - állandó áramlási sebesség kell, 1-100 cm 3 /perc hőmérséklet nő gáz viszkozítása nő nyomásprogramozás oszlop töltet öregszik ellenállása nő
Gáztisztítók (víz, oxigén, szénhidrogének)
H (mm) Vívőgázok Lineáris áramlási sebesség (cm/s)
Mintaadagoló Feladata: gázból, vagy folyadékból gyorsan és dugószerűen, kis mennyiségeket (100-1000 μl gázoknál, 1-10 μl folyadékoknál) az oszlopra injektálni. Folyadékminta esetén biztosítani kell a gyors és teljes elgőzölögtetést fűthető mintakamra (30-50 0 C > oszlop T, 350 0 C véghőmérséklet). Egyöntetű és bomlás nélküli elpárologtatás.
Gáz minták a, gázfecskendő b, gázbemérő hurok minta be minta ki minta be minta ki oszlop vivőgáz vivőgáz
Liner, insert injektor betét
Injektálási technikák 1, Direkt az oszlopra Flash injection Töltetes és wide bore (makrokapilláris) oszlopoknál Teljes minta mennyisége pillanatszerűen az oszlopra kerül.
2, Split injektálás lefuvatás, megosztás Kapilláris oszlopoknak kisebb a kapacitása (10 mg!). Split: Minta elgőzölőgtetése, vivőgázba adagolása, majd elágaztatása (pl. 1/100-1/1000 arányban 0,01 μl és 0,001 μl injektálásának felel meg. Split ág végig nyitva, arány: 20-200. Liner
Split arány Septum purge Elpárologtatás hőmérséklete > oldószer forráspontja Gyors minta transzfer éles kromatográfiás csúcs
3, Split-splitless (Grob) injektálás Cél: nagyobb mintamennyiségek injektálása a kapilláris oszlopra, a hatékonyság csökkenésének minimalizálásával. Feltételek: Oldószer forráspontja legyen a legkisebb az elválasztandó anyagok között. Injektor T-je > a legnagyobb fp-ú anyag fp-jánál. Oszlop T-je az oldószer fp-jánál 10-20 fokkal kondenzáció az oszlop elején, állófázis telítődése. Ezek teljesülésével csak egy kis része az oldószernek kerül be az oszlopra és így koncentrálódik a minta!
Kivitelezés: Split ág 0,5-1 percig zárva (= splitless idő, vagy purge time),utána indul a lefuvatás, miközben az oszloptermosztát felfűtési programja is elindul és fp-juknak megfelelően eluálódnak a komponensek. http://ull.chemistry.uakron.edu/chemsep/animations/
Problémák Split technika diszkriminál split arány szerint 20-200
Forráspont diszkrimináció Splitless technika diszkriminál splitless idő ( purge time) alapján
4, Programozható hőmérsékletű injektor (Programable Temperature Vaporization- PTV) Olyan split/splitless injektor, melyben a hőmérséklet is programozható. Alacsony T-ről gyors felfűtés, mely hatására a komponensek fp-juknak megfelelő sorrendben párolognak el. Nagy mennyiségű minta injektálása lassan (100-200 μl ). Oldószer lefuvatása az injektálás elején. Hő hatására bomló anyagok elválasztására is jó.
Kriogén hűtés Liq. N 2-150 0 C Liq. CO 2 50 0 C Peltier hűtő hőcserélő: etil-alkohol+víz szoba T-20 0 C
Hőmérsékleti- és oldószer fókuszálás Spitless idő csúcskiszélesedést okoz. 1, Hideg csapda a magas forráspontú komponensekre Oszlop fejben negatív hőmérsékleti gradiens: (250 0 C 40 0 C) befagyás Optimális rekoncentrálás: 150 0 C különbség a komponens forráspontja és az oszlop T-je között
2, Oldószer hatás Az alacsony forráspontú komponensek az oldószerrel együtt kondenzálódnak az oszlop elején (dt = min. 20 esetén). Az állófázis telítődik. Hőmérséklet emelés + vívőgáz a hátsó front kezd el párologni először. Fokuszáló hatás.
Oldószer hatása az injektálásra http://www.chromacademy.com/gc_troubleshooting_separations_essential_guide.asp?tpm=1_2
Normál alkánok kromatogramja metanolban oldva, apoláris állófázison
Szeptum probléma
Kolonna Fajtái: 2-6 mm belső d-s, töltetes. 0,1-0,5 mm belső d-s kapilláris. 1, Töltetes kolonna (1-5 m) Anyaga: üvegcső, vagy saválló acél. Hordozója: diatomaföld (nagy mechanikai szilárdság, nagy fajlagos felület, kémiailag inert anyag) Megosztófolyadék + alacsony forráspontú oldószer + szilárd hordozó (0,1-0,3 mm-es átlagos szemcseméret) oldószer elpárologtatása Kapacitásuk nagy (pár μl injektálható).
2, Kapilláris kolonna Hossza: 10-100 m, átmérője: 1, <0,15 mm mikrokapilláris 2, 0,15-0,50 mm standard kapilláris 3, > 0,50 makrokapilláris (wide bore) Hordozó nincs. Anyaga kvarc. Poliamid bevonattal. A megosztófolyadékot közvetlenül a cső belső falára viszik fel (d = 0,1-10 μm), nyomás alatt préselik át. Élettartama növelhető, ha a megosztófolyadékot valamilyen kémiai kötéssel (szilanizálással) rögzítik. Kapacitásuk kicsi (μl törtrésze).
Megosztó (nedvesítő) folyadék = állófázis Olyan makromolekuláris anyag, amely az elemzési T-n folyékony, de kellően hőstabil és gőztenziója is elhanyagolható. T max. 350 0 C < oszlop vérzés (bleeding) Hasonlóság elve: Apoláris komponensekhez apoláris Poláris komponensekhez poláris
Töltetes és kapilláris kolonna
Előtét oszlopok (guard column, retention gap) Megosztó fázis nélküli kapilláris darab, mely adszorbeálja a minta szennyezőit. Retenciós idő függetlenítése az oszlop hosszától, szervízelés alatt. Kapilláris vágási éle
Gáz-szilárd kromatográfia (GSC) állófázisai 1) Szilikagél 2) Aluminium-oxid 3) Aktív szén 4) Sztirol-divinil-benzol kopolimer Gáz-folyadék kromatográfia (GLC) 1) Polisziloxán vázuak (szilikonok) Apoláris és poláris csoportokkal szubsztituált változatai mind apoláris, CH 3 * Si O n * CH 3 mind poláris vegyületek elválasztására alkalmasak. Szubsztituensek: alkil-, aril-, nitril-, vinil csoportok, vagy ezek keveréke.
Fenilezett polisziloxán CH 3 * Si O Si n C 6 H 5 O * m 2, Polietilén-glikolok Carbowax. Poláris állófázis. Polaritásuk a lánchossz növekedésével csökken. 3, Poliglikol-észterek Előbbiek észterezett változatai, észterek elválasztására. HO CH 3 H H C 6 H 5 H O H n H
Kapilláris töltési technikák dinamikus statikus
Termosztát Az elválasztás hatékonyságát a megfelelő hőmérséklet program biztosítja. Célunk a minél jobb elválasztás (Rf > 1,5), minél gyorsabban. Komponensek növekvő forráspontjuk szerint eluálódnak. Fűtési tartomány: 0-400 0 C Fűtési sebesség: 0,5-40 0 C /perc
Hőmérséklet programozott elúció
Hőmérséklet programozás a, kezdeti T b, T ugrás c, végső T T nő gázok oldhatósága csökken
T nő gázok viszkozítása nő u csökken Ennek kompenzálására nyomásprogramozást kell alkalmazni a felfűtés során. Ez növeli a vivőgáz lineáris áramlási sebességét, és gyorsabb retenciós időket eredményez.
Módosított van Deemter egyenlet Eredeti: H = 2 λdp + 2γDm + 8 k df 2 u u π 2 (1+k) 2 D s Módosított: H = B + C m u + C s u u Dm = a komponens diffúziós állandója a mozgófázisban u = az eluens lineáris áramlási sebessége d f = a megosztófolyadék rétegvastagsága D s = a komponens diffúziós állandója az állófázisban C m ~ r c2 /D m
T hatása az elválasztásra
Oszlophossz hatása az elválasztásra
Az oszlopátmérő hatása az elválasztásra
T A filmvastagság hatása
Column ID (mm) Film Thickness (μm) 0.1 0.25 0.5 1.0 0.10 10ng 30-40ng 50-70ng 100-200ng 0.18 20-30ng 60-80ng 100-150ng 250-350ng Phase ratio = 125/2/0.25 = 250 0.25 30-40ng 125-175ng 175-250ng 400-500ng 0.32 50-70ng 200-250ng 250-350ng 600-800ng 0.45 80-100ng 300-400ng 400-500ng 800-1000ng 0.53 100-120ng 400-500ng 500-700ng 1000-1500ng
Analízis idejének csökkentése a gyors elválasztás érdekében Illékony minta Vékony állófázis (minőség!) Kis oszlop átmérő Rövidebb oszlop Hidrogén vívőgáz, nagy áramlási sebesség Meredek hőmérséklet gradiens