A kromatográfia elméleti alapjai

Hasonló dokumentumok
Nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC)

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Kromatográfiás módszerek

Hagyományos HPLC. Powerpoint Templates Page 1

A kromatográfia és szerepe a sokalkotós rendszerek minőségi és mennyiségi jellemzésében. Dr. Balla József 2019.

Az elválasztás elméleti alapjai

A kromatográfia története

Kromatográfia Bevezetés. Anyagszerkezet vizsgálati módszerek

89. A szorpciós folyamat szerint milyen kromatográfiás módszereket ismer? Abszorpciós, adszorpció, kemiszorpció, gél

Földgáz összetételének vizsgálata gázkromatográffal

Mérési feladat: Illékony szerves komponensek meghatározása GC-MS módszerrel

Kromatográfiás módszerek a környezetvédelmi analízisben. Juvancz Zoltán

Mérési módszer szelektivitása, specifikus jellege

Abszorpciós spektroszkópia

DR. FEKETE JENŐ. 1. ábra: Átviteli módok HPLC, GC ill. CE technikák esetén

Abszorpciós fotometria

Hol használják ezeket a technikákat: véralkohol analízis kábítószer fogyasztás doppingolás ellenırzése gyógyszerszintek beállítása világőrkutatás

A fény tulajdonságai

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Fekete Jenő. Ionkromatográfiaés ioncserés alapfogalmak

23. Indikátorok disszociációs állandójának meghatározása spektrofotometriásan

Mozgófázisok a HILIC-ban. Módszer specifikus feltétel: kevésbé poláris, mint az állófázis vagy a víz Miért a víz?

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

9. Hét. Műszeres analitika Folyadékkromatográfia Ionkromatográfia Gélkromatográfia Affinitás kromatográfia Gázkromatográfia. Dr.

Abszorpciós fotometria

Nagyhatékonyságú Folyadékkromatográfia

Szakképesítés-ráépülés: Műszeres analitikus Szóbeli vizsgatevékenység A vizsgafeladat megnevezése: Analitikai elemző módszerek

Folyadékkromatográfiás állófázisok

AMIKACINUM. Amikacin

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Szénhidrátok elektrokémiai detektálása, fókuszban a laktóz

Kiegészítés Dr. Lázár István Nagynyomású folyadékkromatográfia (HPLC) című segédanyagához Készült a HPLC II. gyakorlathoz

Detektorok tulajdonságai

NAGYHATÉKONYSÁGÚ FOLYADÉKKROMA- TOGRÁFIA = NAGYNYOMÁSÚ = HPLC

KROMATOGRÁFIÁS VIZSGÁLATI MÓDSZEREK

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Kapilláris elektroforézis

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Tájékoztató képzési programról. XLIII. Kromatográfiás tanfolyam Csoportos képzés, amely nem a felnőttképzési törvény hatálya alá tartozó képzés.

Szuperkritikus fluid kromatográfia (SFC)

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

Anyagvizsgálati módszerek Elektroanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

E (total) = E (translational) + E (rotation) + E (vibration) + E (electronic) + E (electronic

LACTULOSUM. Laktulóz

ATOMEMISSZIÓS SPEKTROSZKÓPIA

SERTRALINI HYDROCHLORIDUM. Szertralin-hidroklorid

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek

Fotoszintézis. fotoszintetikus pigmentek Fényszakasz - gránum/sztrómalamella. Sötétszakasz - sztróma

Áttekintő tartalomjegyzék

Abszorpciós fotometria

13 Elektrokémia. Elektrokémia Dia 1 /52

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

A tételhez használható segédeszközöket a vizsgaszervező biztosítja. Jogszabályi változás esetén a vizsgaszervező aktualizálja a mellékleteket.

Tájékoztató képzési programról XLV. Kromatográfiás tanfolyam. Csoportos képzés, amely nem a felnőttképzési törvény hatálya alá tartozó képzés.

Alapösszef. és s azok lasztásrasra

Tömegspektrometria. Mintaelőkészítés, Kapcsolt technikák OKLA 2017

LABORLEIRAT A GYORS FOLYADÉKKROMATOGRÁFIA LABORATÓRIUMI GYAKORLATHOZ

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Tájékoztató képzési programról

UV-VIS spektrofotometriás tartomány. Analitikai célokra: nm

Kapilláris elektroforézis lehetőségei. Szabó Zsófia Országos Gyógyintézeti Központ Immundiagnosztikai Osztály

az LC/GC tanfolyam nevű gyakorlat orientált, elméleti kromatográfiás képzés.

Ionok elválasztása: eltérő sebességgel haladnak át egy megfelelően. PLC fejlődése megteremtette a műszeres hátteret az IC fejlesztéséhez

Zárójelentés. ICP-OES paraméterek

Élelmiszerek. mikroszennyezőinek. inek DR. EKE ZSUZSANNA. Elválasztástechnikai Kutató és Oktató Laboratórium. ALKÍMIA MA november 5.

Jegyzőkönyv. Konduktometria. Ungvárainé Dr. Nagy Zsuzsanna

Mőködési elv alapján. Alkalmazás szerint. Folyadéktöltéső nyomásmérık Rugalmas alakváltozáson alapuló nyomásmérık. Manométerek Barométerek Vákuummérık

LABORLEIRAT A HPLC LABORATÓRIUMI GYAKORLATHOZ (ANALITIKAI KÉMIA 1.)

Kémiai energia - elektromos energia

ELMÉLETI, SZÁMOLÁSI FELADATOK

Mágneses módszerek a mőszeres analitikában

Fordított fázisú ionpár- kromatográfia ( Reversed Phase Ion-Pair Chromatography, RP-IP-HPLC )

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

KROMATOGRÁFIA (elválasztási technika) Történeti áttekintés

A TÖMEGSPEKTROMETRIA ALAPJAI

Levegıvizsgálati módszerek. Jánosik Eszter BME VBK Környezetmérnök MSc I. félév Környezeti mikrobiológia és biotechnológia

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

Elektro-analitikai számítási feladatok 1. Potenciometria

Szerves kémiai analízis TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Környezeti analitika laboratóriumi gyakorlat Számolási feladatok áttekintése

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

Folyadékkromatográfiás detektorok

Általános Kémia, 2008 tavasz

XXXVI. Kromatográfiás iskola

Folyadékmembránok. Simándi Béla BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék /65

Az áramlási citométer és sejtszorter felépítése és működése, diagnosztikai alkalmazásai

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

RAMIPRILUM. Ramipril

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

Lakos István WESSLING Hungary Kft. Zavaró hatások kezelése a fémanalitikában

Minta-előkészítési módszerek és hibák a szerves analitikában. Volk Gábor WESSLING Hungary Kft.

CLAZURILUM AD USUM VETERINARIUM. Klazuril, állatgyógyászati célra

XXXXI. Kromatográfiás iskola

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

Műszaki analitikai kémia. Alapfogalmak a műszeres analitikai kémiában

7. Festékelegyek elválasztása oszlopkromatográfiás módszerrel. Előkészítő előadás

Fehérjék elválasztására alkalmazható mikrofludikai rendszerek Bioanalyzer, LabChip rendszerek. A készülékek működési elve, felépítésük, alkalmazásuk.

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

Szűrés. Gyógyszertechnológiai alapműveletek. Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológia és Biofarmáciai Intézet

Átírás:

A kromatográfia elméleti alapjai

Kromatográfiás elválasztás 1. A különbözı fizikai-kémiai tulajdonságú komponensek megoszlása az álló- és mozgófázis között eltérı (kvázi egyensúly) 2. A töltéssel rendelkezı részecskék töltésüknek, méretüknek megfelelıen, elektromos erıtérben, eltérı sebességgel mozognak (Elektroforézis) Felosztás alapja: 1. Mozgó- és állófázis minısége 2. Kényszeráramot létrehozó erı: nyomáskülönbség elektromos erıtér

Kromatográfia felosztása Kényszeráramlást okozó erı Nyomáskülönbség Elektromos erıtér Gáz kromatográfia GC Szuperkritikus kromatográfia SFC Folyadék kromatográfia LC Folyadék kromatográfia LC Mozgó fázis gáz szuperkritikus fluid folyadék folyadék Szilárd GSC SFC TLC IC GPC,SEC Normal phase (HPLC-NP) CE GEL ELFO Álló fázis Folyadék GLC SFC PC Reversed phase (HPLC-RP)

A kromatográfiás elválasztások Frontális kromatográfia

Kiszorításos kromatográfia

Elúciós kromatográfia

Kölcsönhatások a kromatográfiában 1. Fizikai kölcsönhatások -szorpciós: adszorpciós abszorpciós (oldódás, megoszlás) kemiszorpció -hidrofil- kölcsönhatások -hidrofób- kölcsönhatások -méret szerinti kölcsönhatások 2. Kémiai kölcsönhatások -sav-bázis kölcsönhatás -komplex képzıdés -H-hidas kölcsönhatások 3. Biokémiai kölcsönhatások -biokémiai affinitás

KROMATOGRÁFIÁS ALAPFOGALMAK

A kromatográfiás folyamat Következmény: A komponensek eltérı sebességgel vándorolnak (differenciális migráció) A kromatográfiás folyamat elırehaladtával a sávok kiszélesednek (band broadening)

Retenciós adatok Retenciós idı: t R Holt idı: t M (t 0 ) Redukált retenciós idı: t R = t R - t M Retenciós térfogat: V R = Redukált retenciós térfogat: R R ( R M ) R M V V = t t R F F = t t F = V V Nettó retenciós térfogat: (GC) N R ( R M ) R M = jv = j t t F = jv jv Fajlagos retenciós térfogat: (GC) V 273 V = N m g L : m T L megosztófolyadék tömege

Retenciós faktor (k ) A komponens az elválasztás során mennyi idıt tartózkodott az állófázison viszonyítva a mozgófázisban eltöltött idıhöz képest. k : a kvázi egyensúly megoszlási hányadosa, ha az anyagmennyiséget mólban adjuk meg k = n S /n M

M s n n k = k n : x móljainak száma = + k 1 M M s M M M s n n n n n n n + = + k n n n R M s M + = + = 1 1 u u R x = k u u x = 1+ R X X R t L u u L t = = M M t u L u L t = = ( ) k t u ut t M x M R + = 1 M M R t t t k = M t = t 0 : retenciós faktor Retenciós faktor (k ): a kvázi egyensúly megoszlási hányadosa, ha az anyagmennyiséget mólban adjuk meg

V R = t R F F : 3 cm / min V M = t M F V Figyelembe véve: állófázis térfogatát mozgófázis térfogatát t F M M = ( ) M VR = tr = VM 1+ k tm V S V S V k = n n S M 3 n = x V s M s M s M x s : mol / dm 3 n = x V : mol / dm x M k = V k = K V M xsv x V M s = s M K β K = x x S M β = V V M s k = K V V M ß: fázisarány s

k értékét a komponens megoszlására jellemzı termodinamikai folyamat szabja meg Több komponens elválasztása esetén a szelektivitási tényezı (elválasztási faktor) α az a paraméter, mely termodinamikai alapon megmutatja, hogy lehetséges-e az elválasztás k 2' α= k' 1 A megfelelı szelektivitási tényezıhöz megfelelı kinetikai hatékonyságnak kell párosulni

Az elúciós folyamat feltételei: 1. Dugószerő mintabevitel 2. A mozgófázis a kromatogram kifejlesztése alatt állandóan áramlik az állófázis felett 3. A mozgófázis szorpciója kisebb mértékő, mint a legkevésbé kötıdı minta komponensé

A kromatográfiában arra törekszünk, hogy a megoszlási hányados független legyen a koncentrációtól és a csak a hımérséklettıl függjön. A megoszlási izotermák lineáris szakaszain dolgozunk. Egy mólnyi anyag mozgó fázisból az álló fázisba való kerülésére érvényes: G i = -RT ln K i

Az egyensúlyi elmélet alapján megadható: 1. A kromatográfia általános egyenlete, mellyel a retenció jellemezhetı 2. Kvalitatíve értelmezi a csúcstorzulásokat 3. Értelmezi a megoszlási hányadost 4. Értelmezi a két komponens elválasztásához szükséges termodinamikai kritériumot. Nem ad választ: Milyen a koncentráció eloszlás a kolonnában való elırehaladás során Milyen tényezık befolyásolják ezt Milyen tényleges kölcsönhatások vezetnek az elválasztáshoz

Az elúciós kromatográfiás folyamat Következmény: A komponensek eltérı sebességgel vándorolnak (differenciális migráció) A kromatográfiás folyamat elırehaladtával a sávok kiszélesednek (band broadening)

A sávszélesedés szemléltetése mozgófázis haladásának iránya Sávszélesedés (Band broadening) magyarázata

Tányérelmélet A különbözı kromatográfiás rendszerek összevetéséhez relatív zónaszélesedést adunk meg amit elméleti tányérszámmal (N) fejezünk ki. Elméleti tányér a kolonna azon szakasza, ahol a kvázi-egyensúly létrejön. L: kolonna hossz = = σ t2 : idıben kifejezett variancia négyzet σ L2 : hosszúságban kifejezett variancia négyzet A számolásoknál a variancia (σ) helyett a pontosabb, csúcsalapon mért 4σ értéket (w) használata N = 16 2 R = t w 5,54 tr w 1/2 2

A tányérelmélet feltételezései: Az elméleti tányérokon pillanatszerően beáll az egyensúly A megoszlási hányados független a koncentrációtól A mozgófázis szakaszosan megy egyik tányérról a másikra A kolonna hossztengelye irányában a diffúzió elhanyagolható Ezek a feltételek nem mindig teljesíthetık

Sebességi elmélet

A sebességi elméletek feltételezései: Az állófázisból a mozgófázisba való anyagátmenet gátolt A kolonnán az áramlási sebesség sugárirányban változik az eltérı keresztmetszető csatornák miatt (Eddy diffúzió) Longitudinális (hosszirányú) diffúzió történik, melynek zónaszélesítı hatása annál nagyobb, minél tovább tartózkodik a komponens a kolonnán

A sebességi elmélet szerint a csúcsszélesedés oka: 1. Áramlási - nem egyensúlyi- folyamatok 2. Diffúziós folyamatok 3. Anyagátadási folyamatok

Gátolt anyagátmenet, Eddy és longitudnális diffúzió Porózus töltet

A sebességi elmélettel számolt csúcsszélesedési adatok akkor igazak, ha teljesülnek a gázokra és folyadékokra jellemzı fiz.-kém. paraméterek paraméter gáz Szuperkrit. fluid folyadék Diffúziós koefficiens 10-1 10-4 10-3 10-5 (cm 2 sec -1) Sőrőség (g cm -3 ) 10-3 0,3 0,8 1 Viszkozitás (poise) 10-4 10-4 10-3 10-2 Reynolds szám 10.. 10 2

Sebességi elméletek (Van Deemter, Giddings, Knox) Zónaszélesedést kiváltó folyamatok H értékei additívek: Örvénydiffuzió H = L N C e d p

Anyagátadási gátlás a mozgófázisban C M d D M 2 p u Anyagátadási gátlás a mozgófázis álló részében C S M D d M 2 p u

Anyagátadási gátlás az állófázisban C S d D s f 2 u Longitudinális diffúzió C d D u M

Az állófázis, mozgófázis és a komponens kölcsönhatása

H additivitása H = 1 C d e p + 1 C M 1 d D 2 p M u C d D u M C S M D d M 2 p + + + u C S d D s f 2 u Általában H kicsi, ha: 1. - kicsi a szemcseátmérı 2. - kicsi az áramlási sebesség 3. - kicsi az eluens viszkozitás 4. - nagy az elválasztás hımérséklete 5. - kicsi az elválasztandó molekula u T D M és D S

H függése a lineáris áramlási sebességtıl (u) (Van Deemter) gázkromatográfiás töltet esetén

H függése a lineáris áramlási sebességtıl (u) folyadékkromatográfiás töltet esetén

H u görbék különbözı szemcseátmérıjő (d p ) töltetekre H u

H függése a viszkozitástól (η) D M 15 7,4x10 (ψ2m = 0.6 ηv 2 ) 1/2 T

H függése a hımérséklettıl (T) D M 15 7,4x10 (ψ2m = 0.6 ηv 2 ) 1/2 T

A sebességi egyenlet különbözı alakjai h = Aν 1/3 + B ν + Cν Knox A B h + + Cν 1+ E/ν ν = Scott A B h = + 1+ E/ν ν 1/2 + + Cν Dν 1/2 Horváth A B h + 1+ E/ν ν = Giddings 3/2 + + Cν Dν 1/3

A kromatográfia kinetikus elmélete

A van Deemter, Knox elmélet hátrányai: 1. Nem veszi figyelembe mekkora nyomásesés kell egy adott N eléréséhez 2. Különbözı morfológiájú töltetek összevetése nehéz: Szemcsés töltet: d p Monolit töltet: pórusátmérı, váz szélesség 3. Nem tartalmazza azt az ellenállást, melyet a nyomásesés ( p) és a viszkozitás (η) változása okoz adott elméleti tányérszám elérésekor Ezt egy új paraméter, az elválasztási ellenállás (E) adja meg

Szabályos (gömb) és szabálytalan (irreguláris) töltetek

Monolit töltet Szilikagél töltet. Karakterisztikus paraméter : pórúsátmérı és falvastagság összege Polimer töltet. Karakterisztikus paraméter : pórúsátmérı és falvastagság összege

Az új összefüggés alapot teremt a kolonnák összehasonlítására E = p η t N M 2 Az összehasonlításhoz rögziteni kell a p/η értékét, mert D M az η függvénye és az η függ a mozgó fázis összetételétıl. Másrészrıl E a d p vagyis a szemcseátmérı illetve struktúra függvénye (monolit oszlop)

A Knox összefüggés szemcsés és monolit kolonnákra H = 0,33 B A ν + + ν Cν 5 µm monolit 3 µm Az ábra nem mutatja mekkora az E értéke a három kolonnára

Szemcsés és monolit töltető kolonnák összehasonlítása elválasztási ellenállás (E) alapján 5 µm monolit Áramlási ellenállás oldalról nézve: monolit jobb mint a szemcsés

Szemcsés és monolit töltető kolonnák összehasonlítása p F összefüggés alapján Nyomásesés ( p) szempontjából a monolit elınyösebb, mint a szemcsés. De redukált elméleti tányérmagasság (h) szempontjából nem egyértelmő.

A kinetikus görbe végleges transzformációja t 0 /N 2 (t E ) N összefüggés Zónaszélesedés: minimumtól balra: a hosszirányú diffúzió szabja meg (B tag) minimumtól jobbra: anyagátadási ellenállás (C tag)

E min és N opt szerepe monolit 5µm Kinetikus görbéknél E min és N opt együtt kell megadni Bonyolult elválasztások: monolit (nagy N opt ) Gyors elválasztások: szemcsés (nagy E 0 )

Oszlopon kívüli sávszélesedés A komponens V x térfogata Az oszlopon V B (V B =t B F) Összekötı vezetékekben Detektorcellában Egyéb csatlakozóelemekben V k V i V j térfogatúra szélesedik V i : térfogategységben kifejezett sávszélesedés

Detektorban V B sávszélesség V 2 2 2 2 = + + + 2 B VB Vx Vi V j +K Cél: V B V B Ehhez: V X = 1/3(t w F) F= 2 ml / min (u = 0,03 ml / s) V p = 20 x 0,03 = 600 µl V x =1/3 x 600= 200 µl

A felbontás

A felbontás (R S ) definiciója R s = 1 2 t R2 (w 1 + t R1 w 2 )

Ha az 1. csúcsra vonatkoztatunk: R S = 1 4 N 1 ( α 1) k 1+ ' k 1 1 ' Ha a 2. csúcsra vonatkoztatunk: R S = 1 4 N 2 α α 1 k 1+ 2 ' k 2 '

Két komponens felbontásának grafikus ábrázolása Csúcsarány: 1:1 Csúcsarány: 2:1

A felbontás növelésének lehetıségei R S = 1 4 N 2 α 1 α k 1+ ' k 2 2 '

A felbontás függése a retenciós faktortól R S = 1 4 N 2 α 1 α k 1+ ' k 2 2 '

A felbontás függése a szelektivitástól R S = 1 4 N 2 α 1 α k 1+ ' k 2 2 '

A felbontás függése az elméleti tányérszámtól R S = 1 4 N 2 α 1 α k 1+ ' k 2 2 '

Gázkromatográfia

Kromatográfia felosztása Kényszeráramlást okozó erı Nyomáskülönbség Elektromos erıtér Gáz kromatográfia GC Szuperkritikus kromatográfia SFC Folyadék kromatográfia LC Folyadék kromatográfia LC Mozgó fázis gáz szuperkritikus fluid folyadék folyadék Szilárd GSC SFC TLC IC GPC,SEC Normal phase (HPLC-NP) CE GEL ELFO Álló fázis Folyadék GLC SFC PC Reversed phase (HPLC-RP)

Gázkromatográfia Gas chromatography-gc Gáz-folyadék (GLC) Gáz-szilárd (GSC) Gázkromatográfiával vizsgálható anyagok Bomlás nélkül elpárologtatható (származékképzés) Szilárd-folyadék-gáz 600 móltömegig (közvetlenül 200-300) Analitikai módszerek 50-70%-a kromatográfiás (20-30% ebbıl kb. a GC)

Gázkromatográfia története M. Tswett Folyadék-szilárd kromatográfia 1903 (fejlıdése a lassú anyagátmenet problémája miatt nem dinamikus) GC dinamikus fejlıdés E. Cremer gáz-szilárd kromatográfia 1951 A. T. James, A. J. P. Martin gáz-folyadék kromatográfia 1952 van Deemter sebességi elmélet 1956 M. Golay kapilláris kolonnák kifejlesztése Schay Géza gázkromatográfiás könyv 1961 Szepesy László gázkromatográfiás könyv magyar (1961) és angol (1971) nyelven

Gázkromatográf (GC) tisztító patron injektor detektor PC oszlop gázpalack termosztát nyomásmérı áramlás-szabályozók Részei: 1. Eluensforrás, a gázáramlást biztosító és szabályozó rendszerrel, tisztítóval 2. Mintabeviteli rendszer 3. Kolonna a termosztáttal 4. Detektor 5. Detektorjel erısítésére szolgáló erısítı 6. Jelátviteli rendszer számítógéppel (jelrögzítés, tárolás, feldolgozás)

Gázkromatográfiás készülékek Típusai: Rutin elemzést szolgáló készülékek (reporting) Kutató készülékek (analitikai) Hordozható (portable) készülékek Preparatív Folyamat (process) Analitikai készülékek: Töltött kolonnás Vegyes kolonnás Kapilláris GC

Vivıgázáram elnevezés jelölés % ppm Vivıgáz minıségét megszabja: tiszta nagy tisztaságú ultra 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 7.0 99,5 99,9 99,95 99,99 99,995 99,999 99,9999 99,99999 5000 1000 500 100 50 10 1 0,1 -Kolonna: -töltetes: N 2, Ar D M kicsi -kapilláris: He, H 2 -Detektor: -TCD: H 2, He -FID: He, Ar, N 2 -ECD: N 2, Ar+CH 4 Acél, alumínium palackok, 100-150 bar nyomással, max. 0,15 m 3 térfogattal Reduktor: nyomáscsökkentı (a gáz anyagi minıségének és a nyomásnak megfelelıt választani) 100-150 bar-t kell 1-5 bar-ra lecsökkenteni 2 lépésben 1 membránszelep nyomásmérı: 100-150 bar 2 tőszelep nyomásmérı: 1-5 bar

Áramlási sebesség szabályozása Tőszelep áramlási sebesség finom szabályozása Membrános áramlásszabályozó T növekedés hatására az áramlási sebesség csökken Tőszelep: T növekedésébıl eredı áramláscsökkenést nem kompenzálja Membrános áramlásszabályozó, integrált áramkörös nyomásérzékelı fixen tartja az áramlást

Mintabemérı (Injektor) A mintabemérés kritikus pont Pillanatszerő, kvantitatív és reprodukálható legyen Minta gáz/gız halmazállapotba kerüljön (főthetı) Eluenssel való elkeveredés Oldószer fókuszálás viszonylag kicsiny térfogat 0,1 µl-1 ml folyadék elpárologtatva: 100-10000 X térfogatnövekedés

Gáz halmazállapotú minták bemérése Gázmintabemérı csap - mintahurok 5-10-szeresét átengedve a mintából biztosítható, hogy a csap elfordításával valóban minta kerüljön a gázkromatográfba - különbözı térfogatú mérıhurkok (0,25 ; 0,5 ; 1 ml) - bemérıhurok főthetı is, de nem szükséges

Gáz halmazállapotú minták bemérése Fluidisztor - nagysebességő gázkromatográfiában használatos - gyors mintabevitel - számítógépes vezérléssel mőködtethetı Mikromennyiségő gáz halmazállapotú minták bevitele teflon dugattyús mikrofecskendıkkel történik

Folyadék halmazállapotú minták bemérése Mintabevitel két fı eleme: - mikrofecskendı - gázkromatográf mintabemérı, elpárologtató része Mikrofecskendık Általában 5-50 µl térfogatúak Teflon végő rozsdamentes acél dugattyú, üvegtest, kalibrált térfogat Hamilton, SGE a leggyakoribb gyártmány

Gázkromatográf mintabemérı része Flash elpárologtató - pillanatszerő elpárologtatás, ha injektor T = 50-70 C + Fp - belsı rész üvegbetét korrózió ellen - injektor V kellıen nagy, hogy az elpárologtatás ne okozzon p növekedést, de ne túl nagy mert csökken a hatékonyság - fıleg kapilláris kolonnáknál használják, ahol nagyobb az injektált minta mennyisége

Gázkromatográf mintabemérı része On-column injektor - adagolás közvetlenül a kolonna töltetére - kolonna elsı 5-10 cm-es része csak töltetet megosztófolyadékot nem tartalmaz - elpárolgással egyidejőleg az elválasztás is elkezdıdik - expanziós tér lecsökkenthetı - fıleg kapilláris kolonnáknál használják, ahol nagyobb az injektált minta mennyisége

Gázkromatográf mintabemérı része Mintaáram elosztó (splitter) - kis mintamennyiség (0,1-0,01 µl) bevitele kapilláris kolonnáknál alkalmazzák - az injektált mennyiség nagyobb (1-2 µl) de a splitter csak 1/10-1/100-ad részét engedi a kolonnára - expanziós tér szükséges - split és splitless üzemmód

Splittelés hátrányai 1. A minta alkotói közötti diszkrimináció 2. A splitarány mérés közbeni ellenırizhetetlen megváltozása 3. A flash párologtatás okozta drasztikus termikus hatásra bekövetkezı esetleges termikus degradáció

Gázkromatográf mintabemérı része Cold on-column - hideg injektor, hideg kolonna - illékony, kevésbé hıálló vegyületek injektálására - kolonna elsı része hideg (hőtés) majd fokozatosan melegszik - nincs lehetıség splittelésre

Gázkromatográfiás kolonnák

Kapilláriskolonnák csoportosítása mikrokapillárisok: d < 150µm standard kapillárisok: 150µm < d < 500µm makrokapillárisok: d < 0,5 mm

Kapilláriskolonnák típusai PLOT, WCOT, SCOT kolonna Adszorpciós Abszorpciós

Hordozók kívánalmak: a hordozó szemcsék egységes mérete a szemcsék geometriája a hordozó termikus és mechanikai stabilitása kémiai inertség típusai: diatómaföld alapúak üveg alapúak aktívszén alapúak

Megosztófolyadék kívánalmak: hıstabilitás folyékony hallmazállapot jól definiált kémiai szerkezet kémiai inertség kellı nedvesítı képesség oldhatóság mérsékelt ár

Megosztófolyadék típusai: szénhidrogén típusú megosztófolyadékok ftálok glikol-észterek poliglikolok (poliéterek) polietilén-glikol származékok nitrilek szilikon fázisok

HETP függése a töltet szemcseméretétıl

HETP függése a megosztófolyadék mennyiségétıl

HETP függése a kolonna átmérıtıl

HETP függése a nyomástól

HETP függése az eluens minıségétıl

Gázkromatográfiás detektorok univerzális: minden molekulára ad jelet szelektív: bizonyos vegyülettípusokra ad jelet specifikus: csak bizonyos molekulákra ad jelet dinamikus tartomány: az a koncentráció tartomány amelyben a koncentráció változása detektorjel változást eredményez lineáris tartomány: T= mc (eltérés < 5 %) érzékenység: m (egységnyi koncentrációváltozás hatására bekövetkezı jelváltozás) kimutatási határ: az a koncentráció, melynek mérésénél a detektor válaszjele egyértelmően megkülönböztethetı a háttértıl (LOD) meghatározási határ: az a legkisebb koncentráció, amely megfelelı precizitással és pontossággal meghatározható (LOQ)

Gázkromatográfiás detektorok FID (flame ionization detector lángionizációs detektor) ECD (electron capture detector elektron befogási detektor) FPD (flame photometric detector lángfotometriás detektor) PID (photo-ionization detector foto-ionizációs detektor) MS(D) ( loecule selective detector tömegspektrometriás detektor) TCD (thermal conductivity detector hıvezetıképességi detektor)

Hıvezetıképességi detektorok hıvezetés: idıegység alatt, 1 m hosszon, 1K hımérsékletkülönbség hatására átszármaztatott hımennyiség. Anyagi minıségtıl függ. - állandó eluensáram állandó hıvezetés főtött szál ellenállása állandó - mintával szennyezett eluens változó hıvezetés főtött szál T változik változik az ellenállás detektorjel áramlás ingadozásából adódó hıelszármaztatás kivédése hídkapcsolással

Hıvezetıképességi detektorok

Hıvezetıképességi detektorok konvencionális: 0,5-3 cm 3 cellatérfogat (töltött kolonna) félmikrocellás: 25-100 mm 3 cellatérfogat (wide bore kolonna) mikrocellás: 5-10 mm 3 cellatérfogat rétegcellás: 1-10 nl cellatérfogat (integrált mikoráramkörökhöz hasonló, LOD = 10-10 -10-9 g)

Ionizációs detektorok elektródok között akkor folyik áram, ha ionokat hozunk létre a mintából

Ionizációs detektorok Az ionizációhoz használt energia tipusa: - termikus energia (FID) - kinetikus energia (ECD, MS) - fényenergia (PID) - elektromos energia (kisülési ionizációs detektor DID)

Ionizációs detektorok Lángionizációs detektor

Ionizációs detektorok Elektronbefogási detektor

Minıségi analízis - Összehasonlítás elızıleg mért, ismert anyagok retenciós idejével - Relatív retenció alkalmazása - Addíció - Retenciós indexek - Tömegspektrométer

KOVÁTS-féle retenciós index Alapja: Szénhidrogén származékok homológ sorában a retenciós idık a C-atom számmal exponenciálisan növekednek Lg t R ábrázolva C-atom szám függvényében egyenest ad N alkán homológok retenciójához viszonyít

KOVÁTS-féle retenciós index I = 200* lgt lgt n+ 2 lgt X n x + R' R' lgt R' R' n 100n I x -ismeretlen komponens retenciós indexe t R n+2 > t R x (ismeretlen) > t R n n-páros szénatomszámú parafin szénatomszáma Jelentıssége: Ismeretlen komponens azonosítása

Mennyiségi analízis A detektor érzékeli az oszlopból kilépı gázáram valamilyen fizikai v. kémiai tulajdonságának megváltozását jelfeldolgozás Az elektromos jel Függhet: koncentrációtól (konc. érzékeny) idıegység alatt a detektorba jutó minta mennyiségtıl (tömegáram érzékeny) A jel és a konc. ill. a tömegsebesség közötti függvénykapcsolat keressük a mennyiségi elemzés során

Mennyiségi analízis - Csúcsterülethez (A) keressük az anyagmennyiséget (m) - Csúcsterület meghatározás integrálással (ma elektronikus integrátorokkal)

Mennyiségi értékelés Módszerek: Kalibrációs görbék felvétele Belsı standardok Addíciós módszer

Kalibrációs módszer A 3 A ism A 2 A 1 m 1 m 2 m ism m 3 Ismert koncentrációjú mintasorozat mérésével kalibrálva, azaz kalibrációs görbe felvétele után az ismertelen koncentrációja(tömege) a görbérıl visszaolvasva meghatározható

Addíciós módszer

Belsı standard módszer Relatív érzékenység f=ai/as*ms/mi a vizsgálandó mintához olyan anyagot (belsı standardot) adunk, amelyet a minta nem tartalmaz, de jól elváló jelet ad, és ehhez viszonyítjuk a mintakomponensek által szolgáltatott jeleket. Elızetesen meg kell határozni a minta-komponensek belsı standardra vonatkozó relatív érzékenységét.

Ipari oldószerek GC analízise Speciális feladatra tervezett állófázisokat is árulnak

A folyadékktomatográf (HPLC)

A folyadékkromatográfiás rendszerek felépítése I.

A folyadékkromatográfiás rendszerek felépítése II.

A folyadékkromatográf felépítése

Eluens tárolók Üvegedény (vizes rendszereknél: ionok oldódnak ki) Mőanyag edény (szerves eluensek lágyítókat, adalékokat oldanak ki) Eluensek gázmentesítése Forralás (differenciális párolgás) Vákuum alkalmazása (differenciális párolgás) Ultrahang alkalmazása He alkalmazása (leghatásosabb)

Szivattyúk Szivattyúkkal szemben támasztott követelmények: 1. Nagy nyomáson szállítson akár kis, akár nagy térfogati áramlási sebességgel 2. Pulzálás csökkentés akár mechanikusan akár elektronikusan 3. Cserélhetı nagynyomású szivattyúfej (analitikai-preparativ; acél-titán-teflon: biológiai minták) 4. Automatikus kompresszibilitás kompenzáció 5. Kompatibilis kis forráspontú oldószerekkel 6. Kompatibilis pufferolt eluensekkel 7. Kompatibilis ionpár-képzı anyagokkal 8. Gyors eluens csere biztosított legyen 9. Kis hold-up térfogat 10.Számítógépes vezérlés (mozgófázis összetétel, gradiens vezérlés, áramlási sebesség, stb)

Állandó nyomáson szállító szivattyúk 1. Pneumatikus szivattyú Elıny: - olcsó - egyszerő - pulzálás mentes Hátrány: - térfogat és végnyomás korlátozott - térfogati sebesség a viszkozitás és permeabilitás függvénye

2. Pneumatikus erısítéső szivattyú (Haskel type) Elıny: - olcsó - oldószercsere egyszerő - nagy térfogati sebesség érhetı el - szállítási nyomás gyorsan beáll Hátrány: - térfogati sebesség a viszkozitás és permeabilitás függvénye

Állandó áramlási sebességgel szállító szivattyúk 1. Fecskendı típusú szivattyú (Syringe-type) Elıny: - pulzálás mentes - térfogati sebesség független a viszkozitástól és a permeabilitástól - térfogati sebesség könnyen szabályozható - szállítási nyomás gyorsan beáll Hátrány: -drága - kapacitás korlátozott - oldószercsere bonyolult

2. Alternáló dugattyús szivattyú (Reciprocating piston pump)

Alternáló dugattyús szivattyúk szállítóteljesítmény görbéi

Alternáló dugattyús szivattyúk Elıny: - térfogati sebesség független a viszkozitástól és a permeabilitástól - térfogati sebesség könnyen szabályozható - a belsı szivattyú térfogata kicsi Hátrány: - pulzáló folyadékszállítás - a szállított folyadékmennyiségi tartomány korlátozott - a szállítási nyomást lassan éri el

A kompresszibilitás hatása a szállítóteljesítményre Szívóütem után: - folyadék térfogata: V = m / ρ (ρ = g/cm 3 ) - nyomás növelésével ρ változik - Darcy: u = K η P Lε - a térfogatcsökkenés a folyadékkromatográfiás körülmények függvénye - A kolonna bemenetnél a térfogati áramlási sebesség csökken - kompresszibilitás kompenzáció: -mechanikus -elektronikus o

3. Membrán szivattyú (membrane piston pump) Elıny: az eluens nem érintkezik a tömítésekkel Pulzálás csökkentés: - több szivattyúfej alkalmazása - 500 1/min frekvencia alkalmazás -400 bar nyomás az acélmembránon

4. Egydugattyús gyors feltöltéső szivattyú szállítás Feltöltés 200 ms ko m pr es sz ibi lit ás szállítás

5. Sorba kötött két dugattyúfejes szivattyú Csak a szívófejen van szívó és nyomószelep Pulzálás mentesítés: elektronikusan: egyik ágban állandó nyomás másik ágban állandó áramlási sebesség

A nagynyomású szivattyúk mőködését befolyásoló tényezık 1. Szilárd részecskék hatása 2. Oldott gázok hatása 3. Korróziós hatás

1. Szilárd részecskék hatása a. eltömi az eluens szőrıt és a szelepek védı szőrıit b. rárakódik a szelepülésekre c. eltömi a nyomásmérı egységet d. eltömi a kapillárisokat e. Eltömi a mintaadagolót Következmény: - szállítóteljesítmény változása - pulzálás - nyomásnövekedés Kiküszöbölés: -eluens szőrése 0,4 0,5 µm pórusú szőrın -oldószer gyárilag szőrve: 0,2 0,4 µm pórusú szőrın

Szilárd részecskék eredete: a. Eluensbıl válik ki - kristálykiválás pufferekbıl eluensek elıre elkészítése izokratikus módban - algák, baktériumok elszaporodása: nagy víztartalmú eluensekben b. Szivattyú tömítések morzsolódása - dugattyúk mőködés közbeni mosása

2. Oldott gázok hatása 1. Oxigén oldódása vízben és szerves oldószerekben 2. Pulzálás: a szívóütem után addig nincs folyadékszállítás amíg a gázbuborék nyomása el nem éri a kolonna belépı nyomását 3. Oxigénbuborékok keletkezése víz-meteanol (exoterm), víz-acetonitril (endoterm) oldószer párok keverésekor. 4. Levegımentesítés (lásd: eluenstárolók)

3. Korróziós hatás HPLC technika: rozsdamentes acél (SS 316) használata Haloid ion (Cl -, Br - ) korrózió Korróziós folyamatok víz-metanol, víz-acetonitril eluens rendszerekben: 0,1 ppm feletti Oxigén koncentráció jelenlétében az O 2 redukálódik: O 2 + 2 H 2 O + 4e - 4 OH - A vas anódos oxidációval oldódik: Fe Fe 2+ + e - Katódos és anódos reakciótermék reagál: Fe 2+ + 2 OH - Fe(OH) 2 Oxigén jelenlétében: 4 Fe(OH) 2 + O 2 + H 2 O 4 Fe(OH) 3 2 Fe 2 O 3 + 6 H 2 O Megjelennek a vasoxid különbözı formái: zöld, vörös, barna Passziválás: foszfát puffer, idınként salétromsav használata

Adagolók 1. Kézi adagolók

2. Automata adagolók

Oszlopok Anyaga: -acél -PEEK (poliéter-éter keton) -üveg Mérete: Oszlophossz (cm) 20-50 10-20 10-15 5-10 2-5 Oszlop belsı átmérı 5-10 4-6 4-6 2-4 2-4 (mm) Töltet szemcse átmérı 20-40 10-20 5-10 3-5 <2 (µm)

Oszlop csatlakozók

Oszlop- és összekötı csatlakozók

Folyadékkromatográfiás detektorok

Folyadékkromatográfiás detektorok felosztása és alkalmazásuk gyakorisága UV-Vis (80%) Fluoreszcens (5%) Elektrokémiai (5%) Törésmutató mérı (RI) (2-3%) Vezetıképességi (2-3%) Fényszórásos (ELSD) (2-3%)

Folyadékkromatográfiás detektorok összehasonlításához használt paraméterek Detektor zaj Dinamikus tartomány Lineáris tartomány Detektálás alsó határa Cella térfogat és kialakítása Idıállandó Nyomásváltozás hatása a jel/zaj viszonyra Áramlási sebesség hatása a jel/zaj viszonyra Hımérséklet hatása a jel/zaj viszonyra

Rövid távú zaj Statikus: 0.5-1.5x10-4 AU / perc Dinamikus: 0.5-1.0x10-4 AU / perc

Hosszú távú zaj Statikus: 1.0-4.0x10-4 Dinamikus: 1.0-5.0x10-4 AU / 10 perc AU / 10 perc Alapvonal mászás (drift) Statikus: 5.0-10.0x10-4 AU / óra Dinamikus: 2.0-6.0x10-4 AU / óra

A jel és zaj viszonyának (s/n) szemléltetése

Folyadékkromatográfiás detektorok jelleggörbéje Dinamikus tartomány: a jel arányos az anyag mennyiséggel Lineáris tartomány: a jel lineárisan arányos az anyagmennyiséggel (5%) Detektálás alsó határa (DAH, LOD): a jel 3x nagyobb, mint a zajszint Mennyiségi mérés alsó határa (LOQ): a jel 10x nagyobb mint a zajszint

Dinamikus tartomány: a jel arányos az anyag mennyiséggel Magában foglalja a lineáris tartományt Lineáris tartomány: a jel lineárisan arányos az anyagmennyiséggel (5% eltérésig) s = a c ahol: s detektorjel Fowlis és Scott: a c detektor érzékenysége a minta koncentrációja s = a c r ahol: r válasz index (0.98 < r < 1.02) r függ a készülék felépítésétıl Lineáris tartomány: a legnagyobb koncentráció és a DAH közti szakasz

A detektor érzékenysége a = s / c illetve a = ds / dc A detektor érzékenysége: az analitikai egyenes meredeksége illetve nem lineáris tartományban a jel koncentráció szerinti deriváltja Az érzékenység alapján nem lehetséges a detektorok összehasonlítása: Uv-Vis: AU / (mol dm -3 ) Elektrokémiai: na / (moldm -3 ) Gyakorlatban: Kimenı jel: mv/ koncentráció vagy Detektálás alsó határa (DAH, LOD)

A detektor érzékenység és a detektálás alsó határa Detektorra vonatkozó DAH: az adott anyagra jellemzı koncentráció mely a detektor cellában áthaladva a zaj kétszeresének megfelelı jelet ad Kromatográfiás rendszerre vonatkozó DAH: az adott anyagra jellemzı koncentráció mely a kromatográfiás rendszerben (adagoló, kolonna, detektor cella) áthaladva a zaj kétszeresének megfelelı jelet ad A kromatográfiás rendszer detektor érzékenysége (X D ) és a legkisebb kimutatható anyagmennyiség (m) függ: - Kolonnára jellemzı adatok a) geometriai méret (r, L) b) töltet jellemzık (ε, N, d p ) - Visszatartásra jellemzı adatok (k, N, mozgófázis összetétel) - Detektorra jellemzı adatok

Uv-látható (Uv-vis) detektorok Egyutas detektor Kétutas detektor

A detektorok fényforrása Deutérium lámpa Xenon lámpa alap 500 óra Alkalmazható hullámhossz tartomány: 190 800 nm 210-550nm

Állandó hullámhosszon mőködı lámpák Hg gız lámpa 253 nm (szőrı) Zn lámpa 213, 307 nm (szőrı) Cd lámpa 228.8 nm (szőrı)

Szerves oldószerek fényelnyelése

Az oldószer fényáteresztı képessége (Uv cut-off): Az a legkisebb hullámhossz, ahol a transzmittancia 10%-ra csökken Oldószer Acetonitril Metanol 2-propanol Dioxán tetrahidrofurán Uv cut-off (nm) 190 205 205 215 230

Fordított fázisú kromatográfiában használt oldószerek tisztaság vizsgálata gradiens elúcióval Elméleti görbe Gyakorlati görbe 100% 0 %

A detektor optikai felépítésének jellemzésére szolgáló paraméterek: 1. Hullámhossz beállítás torzítatlansága (accuracy) 2. Hullámhossz beállítás reprodukálhatósága (reproducibility) 3. Sávszélesség (bandwith) 1. és 2. Legtöbb készülék automatikusan végzi a hullámhossz kalibrációt 2. Sávszélesség hatással van az érzékenységre és a linearitásra -nagyobb sávszélességnél nagyobb lesz a fotodiódára jutó energia, jel/zaj viszony javul, kimutatási határ csökken. -De: nagy energia és sávszélesség hatására az intenzításkülönbség csökken és ezzel az abszorbancia (A) kisebb lesz

Minden olyan hatás, mely a zajt növeli, csökkenti a detektor érzékenységet és növeli a detektálás alsó határát. Ezért vizsgálni és optimalizálni kell: - Detektor cella kialakítását - Detektor kimeneten az elektronikus szőrı idıállandójának hatását (kromatográfiás csúcs torzulás) - Hımérséklet változás hatását - Áramlási sebesség hatását - Nyomás-ingadozás hatását

A detektor cella térfogatának és geometriájának hatása Hagyományos cellák: - hengeres furat - úthossz: 4-10 mm - térfogat: 4-8 µl Úthossz csökkentésével az RI hatás csökkenthetı (Lambert-Beer törvény)

Taper beam cella -RI hatás csökkentése -Jel/zaj viszony növelés: optikai úthossz növelés (határt szab a cellatérfogat növekedés, kolonnán kívüli zónaszélesedés)

A detektor idıállandójának hatása a jelre Az idıállandó (τ) (a jel mennyi idı alatt követi a detektorban bekövetkezı változást): τ növelése - csökkenti a jel/zaj viszonyt, de -torzítja a kromatográfiás csúcsot -változtatja a maximum helyét (minıségi analízis) -Általános szabály: az idıállandó nem lehet nagyobb, mint a hot idıhöz tartozó σ t zónaszélesedés tized része Nagyhatékonyságú, pl. 3 cm kolonnánál, ha a holtidınél mért zónaszélesedés σ t = 150 ms, a detektor idıállandója 15 ms kell legyen.

Hımérséklet változás hatása a jel/zaj viszonyra Modern detektoroknál, ahol a zajszint 10-5 AU, a hımérséklet változás törésmutató változást okoz az eluensben (RI hatás; ld. detektor) Általában: 1 C hımérséklet változás 10-4 AU változást okoz. Áramlási sebesség és a nyomás-ingadozás hatása a jel/zaj viszonyra Általában igaz, hogy a fényelnyelés független az áramlási paraméterektıl. Szők csıben az áramlási sebesség és nyomásesés változás nyíróerı változást okoz az eluensben az egyes rétegek között. Ez hımérsékletváltozást okoz, ami együtt jár a törésmutató megváltozásával.

Többcsatornás Uv-vis és diódasoros detektorok Többcsatornás detektorok: Különbözı hullámhosszakon egy idıben több kromatogramot képesek rögzíteni Maximum 8 hullámhosszon mőködnek (8 fotodióda) Az adatfeldolgozó szoftver kisebb kapacitású mint a diódasoros módban mőködı szoftveré Diódasoros detektor: helyesebben diódasoros detektálási mód (DAD, diode array detection) Többcsatornás detektorok, idı-, intenzítás- és hullámhossz adat együttest győjtenek, és az adatokat számítógépen tárolják (utólagos értékelés)

Diódasoros detektor felépítése Mintát fehér fénnyel világítjuk meg, fényfelbontás a küvetta után történik. 190-800 nm között általában 128-1024 fotodióda. Felbontás 1-5 nm. Diódák jele kombinálható, ekkor a felbontás csökken. A diódasor néhány msonként letapogatja a spektrumot.

Gyors pásztázó és diódasoros detektorok összehasonlítása gyors pásztázó: egyetlen dióda, a rács mozog diódasoros: 128-1024 dióda, a rács helyzete állandó

A diódasoros (gyorspásztázó) detektor adatszolgáltatásai A: háromdimenziós kép; B: spektrum; C: kromatogram; D: izoabszorpciós vonalak

Diódasoros detektor nyújtotta szolgáltatások A t, λ, A mintavételezés sőrősége, mérés utáni korlátlan felhasználás lehetısége Változtatható paraméterek: Mérési idı: akár több óra is lehet Hullámhossz tartomány: (190-800 nm között) változtatható Mintavételezési idı: fotodiódák kiolvasási ciklusideje (néhány ms, ha túl nagy torzítja a kromatogramot) Optikai sávszélesség: alapvetıen befolyásolja a spektrumot Integráló program: a mennyiségi kiértékeléshez Spektrum feldolgozási lehetıségek: csúcstisztaság ellenırzés

Csúcstisztaság ellenırzés ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Fontos: Mekkora a legkisebb minta koncentráció, ahol a spektrum még értékelhetı Jel/zaj viszony megfelelı Matematikai eljárás (szoftver) alapján egyértelmő legyen a csúcs tisztaság

Fluoreszcenciás detektálási mód Fluoreszcencia: besugárzás és az emisszió közti idı: 10-5 - 10-8 s Gerjesztı fény: fehér rács (prizma) λ 1 Emittált fény: rács (prizma) λ 2 λ 1 fekete test λ 2 Foszforeszcencia: az emisszió késleltetett (intersystem crossing)

Merck fluoreszcens detektor

Törésmutató (RI) mérı detektor Elsı on-line detektor A komponens és a mozgófázis törésmutatója eltérı Univerzális detektor Feltétel: Állandó összetételő mozgófázis Állandó hımérséklet

Hımérséklet hatás Hımérséklet változás RI változás Ultra termosztálás: 0.001 C Kolonnáról lejövı mozgófázist felcsévelt 0.1-0.2 µm ámérıjő termosztált kapillárison és detektoron vezetik át Szivattyú pulzálás hatása Pulzálás nyomásváltozás hımérsékletváltozás RI változás RI detektorok differenciális mőködésőek: referencia ág mérıág közti RI különbség mérése: váltakozva mérik a törésmutatót a két ágban Uv detektorhoz képest: DAH 3-4 nagyságrenddel nagyobb

Fényelhajlás elvén mőködı RI detektor Referencia ág: csak tiszta mozgófázis Mérı ág: mozgó fázis + minta Ha a két ágban azonos a mozgófázis összetétel, a tükörrıl visszavert fénynyaláb elhajlása ugyanolyan mértékő, de ellentéte irányú, a diódán a folt zeró jelet ad Ha a mérıágban a mozgófázis összetétel megváltozik, a tükörrıl visszavert fénynyaláb elhajlik, a folt helyzete megváltozik a diódán, a jel zérótól eltérı (+ vagy lehet) Nagy lineáris tartomány

Teljes visszaverıdés elvén mőködı RI detektor Fresnel elv: üveg és folyadék határfelületrıl visszavert fény mennyisége függ: fény beesési szögétıl a két fázis törésmutatója közti különbségtıl maximális érzékenység: üveg és folyadék határfelületre érkezı fény beesési szöge a kritikus szöghöz közeli Differenciális mőködés Referencia és mérıcella: teflon (3 µl), a prizma és a tükrözı hátlap közé fogva mozgatható optikai padon beesési szög változtatható Törésmutató tartomány: 1.33 1.63

RI detektor alkalmazása 1. Szénhidrátok elemzése 2. Méretkizárásos kromatográfia 3. Kıolajipar, alifás szénhidrogének 4. Zsiralkoholok elemzése (háztartási vegyipar) 5. Polimerek vizsgálata (polietilén, propilén Alapvetı hátrány: 1. Nagy LOD 2. Érzékeny a hımérséklet és áramlási sebesség változásra 3. Nem használható gradiens elúcióban

Elpárologtatással egybekötött fényszórás elvén mőködı detektor ELSD: evaporative light-scattering detektor Univerzális Mőködési elv: Kolonnáról lejövı eluens porlasztása Oldószer (Főtés) elpárologtatása Nem illékony részecskék visszamaradnak Részecskék megvilágítása (lézer, W lámpa) A részecskéken szórt fény mérése

Szemcsék mérete ( 0.2 3.0 µm) és száma függ: Mozgófázis áramlási sebessége Porlasztó gáz áramlási sebessége Oldószerek felületi feszültsége Viszkozitás Sőrőség Független: a részecskék kémiai tulajdonságától Jel koncentráció összefüggés: nem lineáris Elıny: Gradiens technika alkalmazható Nem alkalmas: Molekulák, nagy cseppek detektálására Reprodukálhatóság: állandó mőködési paraméterek

Elektrokémiai detektálási mód Elektrokémiai detektálás: Elektronátmenet az elektródokon hımérséklet függı termosztálás Elektródfelületre jutó anyagmennyiség áramlási sebesség függés pulzálás függés re du kci ós ox id ác ió s á r a m Oxidáció redukció A, B, C anyag i - E görbéi

Redukciós üzemmód Hg-elektród O 2 mentes közeg (O 2 is redukálódik) Mozgófázis áramvezetı (normál fázisú kromatográfia: nem vezetı oldószerek) Oxidációs üzemmód Kis felülető elektród: 8-10%-os áramkihasználás: amperometriás detektálás (glassy carbon elctrode; inert de áramvezetı) Nagy felülető elektród: 100%-os áramkihasználás. Coulombmetriás detektálás (porous graphite electrode; az eluens az elektródokon átáramlik)

Egyéb folyadékkromatográfiás detektorok Viszkozitás mérı detektor Vezetıképesség mérı detektor: ionkromatográfia Infravörös detektor Radioaktív detektor Transzport detektor

Ionkromatográfia (IC: Ion Chromatography) Ionok elválasztása: eltérı sebességgel haladnak át egy megfelelıen megválasztott oszlopon Ioncserélı gyanták 1971: forced flow chromatography : N 2 gáz +UV-Vis spektrofotometria: Fe(III) elválasztása HPLC fejlıdése megteremtette a mőszeres hátteret az IC fejlesztéséhez hiányoztak a detektorok (klasszikus HPLC detektorok nem alkalmasak) 1975: vezetıképesség-mérésen alapuló detektálás: modern IC

elválasztásért felelıs oszlop szulfonált polisztirol-dvb kicsiny ioncserekapacitás: 0,02 mmol/g elnyomó oszlop nagy ioncserekapacitás Ionkromatográf: Dionex Co. Kationokra: spektrofotometriás meghatározások léteztek korábban is Anionokra kicsiny koncentrációban (ppm) nem volt analitikai módszer

Ionkromatográfia (IC: Ion Chromatography) elválasztás: álló- és mozgófázis közötti ioncsere-egyensúlyon alapul szervetlen és szerves ionok elválasztására Minta halmazállapota: folyadék nagyhatékonyságú analitikai módszer kvalitatív & kvantitatív információk összetett minták analízise a mintát alkotó komponensek szétválasztása Mozgófázisa: folyadék Állófázisa: ioncserélı technikai kivitelezés: oszlop (kiszorításos), elúciós analízis Ionkromatográf felépítése: hasonló a HPLC-hez

Elúciós analízis leggyakrabban alkalmazott technika jel 1. nem szorbeálódó eluens folyamatos átáramoltatása 2. minta bevitele 3. elúció Minta: A & B A: kevésbé kötıdik A detektort elérı mintakomponens(ek) felgyülemlett mennyiségét méri. A B integrális detektor Analitikai információ: minıségi: t (retenciós idı) mennyiségi: csúcs területe az állófázisra juttatott minta mennyisége igen kicsiny elhanyagolható az eluenséhez képest nincs szükség regenerálásra jel t A t B idı differenciális detektor Pillanatnyi különbséget mérnek az áthaladó eluens összetételében. idı

Állófázis: térhálósított mőgyanta (pl: polisztirol-divinilbenzol kopolimer) vázon ioncserélı funkciós csoportok módosított szilikagél Ioncserélık: kationcserélık anioncserélık erıs kation: -SO 3 H (szulfonsav) gyenge kation: -COOH Ioncserélık: erıs gyenge erıs anion: kvaterner aminocsoport gyenge anion: primer aminocsoport Kationcserélı: n RSO 3 H + M n+ (RSO 3 ) n M n+ + n H + anioncserélı: n RN(CH 3 ) 3 OH + A n- [RN(CH 3 ) 3 ] n A + n OH -

Ionok megkötıdése függ: méret töltés hımérséklet ionerısség ph Állófázis: pórusos gyanták: diffúzió: csúcs kiszélesedés hatékonyság növelése: felületi porózus réteg: éles csúcsok (kicsiny minta kapacitás) Mozgófázis: Kationok elválasztása: erıs sav híg (vizes) oldata Anionok elválasztása: erıs bázis híg (vizes) oldata Detektor: vezetıképesség mérés kompetíció a H + (OH - ) és a M n+ (A n- ) között az ioncserélı helyeken eluens: nagy a vezetıképessége: nagy háttérjel szupresszor oszlop: vezetıképesség elnyomó

Kationcserélı analitikai oszlop: nagykapacitású anioncserélı szupresszor Analízis: Kationcserélı: n RSO 3 H + M n+ (RSO 3 ) n M n+ + n H + Elnyomás: H + semlegesítése (eluens + minta) (KCl meghatározás acidi-alkalimetriásan) n RN(CH 3 ) 3 OH + A n- + nh + [RN(CH 3 ) 3 ] n A + n H 2 O A n- : az eluens anionja az eluens anionja megkötıdik és vele ekvivalens mennyiségő hidroxidion kerül az oldatba lecserélıdik az analitikai oszlopon elválasztott kation ellenionja is: ekvivalens mennyiségő OH - jut az oldatba vezetıképesség mérés & kationok eluens tároló pumpa adagoló analitikai kolonna ionelnyomó kolonna detektor PC ionelnyomásos IC

anionok elválasztása: kationcserélı szupresszor Szupresszor oszlop: regenerálást igényel csúcs kiszélesedét okoz hatékonyság csökkenés Gyenge savak anionja nem meghatározhatók: savas forma kicsiny vezetıképesség-változást eredményez Kicsiny ioncserekapacitású oszlopok megjelenése: nem szupresszált rendszerek Anioncserélı: TÖLTET-E - + A - TÖLTET-A - + E -

nem szupresszált rendszer (nincs szupresszor oszlop): kicsiny vezetıképességő mozgófázis alkalmazása eluens tároló pumpa adagoló analitikai kolonna detektor PC egykolonnás (nem szupresszált) IC Mozgófázis: benzoesav ftálsav borkısav citromsav Detektor: vezetıképesség mérés UV-Vis

1980 Töltetek fejlıdése: hatékonyság növekedés: folyamatosa növekvı számú alkalmazás töltettel szemben támasztott követelmények: lehetı legnagyobb tányérszám töltet/eluens rendszer: gyors egyensúly (kinetikus csúcs kiszélesedés minimalizálása) retenciós idık: se túl nagy, se túl kicsi töltet/eluens rendszer: detektorral kapcsolható legyen

Oszlop anyaga: saválló acél PEEK (poli(éter-éter-keton)) kicsiny (µm) szemcsék (HPLC) különbözı mérető pórusok: mikro & makro Az oszlop Oszlop méretei: átmérı: 1-8 mm Töltet: hossz: 3-30 cm polisztirol-dvb kopolimer módosított szilikagél cellulóz alapú szerves polimer-alapú töltetek: kevésbé nyomástőrı (keresztkötések számával javítható) duzzadnak: szerves oldószer csak kisebb koncentrációban alkalmazható ph stabilitás: 1< ph < 14 szilikagél: ph: 3-8 pellikuláris töltet: az állófázis porózus külsı héjat alkot egy áthatolhatatlan szemcse felületén

Kationcserélı HO 3 S HO 3 S HO 3 S SO 3 H kicsiny ioncserekapacitás: felületi módosítás

Anioncserélı CH 2 N + R 3 CH 2 N + R 3 R 3+ NCH 2 CH 2 N + R 3 kicsiny ioncserekapacitás: felületi módosítás

SiO 2 OH OH Módosított szilikagél OH OH OH

H [mm] H = A + B/u + C * u A van Deemter egyenlet általános ábrázolása C * u H min B/u A u szabálytalanabb töltet: nagyobb áramlási egyenlıtlenségek kisebb szemcseméret: kisebb egyenlıtlenségek u [cm/s]

Mintaadagolás 1. a mintát pillanatszerően kell bejuttatni az eluensbe 2. keveredjen el az eluenssel (OLDHATÓSÁG) minta térfogata: 10-50 µl (nincs térfogatváltozás) mikroliterfecskendı: A bevitt minta térfogatát az adagolón elhelyezett hurok ( loop ) térfogata határozza meg. hatutas bemérı szelep

alternáló mozgást végzı, kis dugattyú-térfogatú pumpa (reciprocating pump) pulzálás: jelentısen csökkenthetı: ikerfej alkalmazása (fáziseltolás) térfogat: 10-100 µl továbbított folyadék mennyisége: korlátlan áramlási sebesség változtatása: löket hossz dugattyú sebessége V idı

DETEKTOROK Az eluenst alkotó ionok jelenlétében képesnek kell lennie, a minta ionjainak mérésére. csak a mintát alkotó komponensekre ad válaszjelet csak az eluenst alkotó komponensekre ad válaszjelet (indirekt detektálás) Eluens megválasztása: minél kisebb detektorjel

Detektorok Kolonna: idıben (térben) elválasztja az egyes alkotókat Az adott komponens az eluenssel (vivıgázzal) együtt beáramlik a detektorba. mennyiségi analízis: a detektor által elıállított jel arányos az anyag koncentrációjával vagy idıegység alatt bejutott mennyiségével univerzális: minden molekulára ad jelet szelektív: bizonyos vegyülettípusokra ad jelet specifikus: csak bizonyos molekulákra ad jelet destruktív nem destruktív dinamikus tartomány: az a koncentráció tartomány amelyben a koncentráció változása detektorjel változást eredményez lineáris tartomány: T= mc (eltérés < 5 %) érzékenység: m (egységnyi koncentrációváltozás hatására bekövetkezı jelváltozás) kimutatási határ: az a koncentráció, melynek mérésénél a detektor válaszjele egyértelmően megkülönböztethetı a háttértıl (LOD) meghatározási határ: az a legkisebb koncentráció, amely megfelelı precizitással és pontossággal meghatározható (LOQ)

UV-Vis spektrofotométer Alkalmazható: UV-Vis tartományban elnyel az adott komponens Lambeert-Beer: A λ = ε λ c l fényforrás rés monokromátor fényosztó (splitter) I 0 mérı ág cella (küvetta) I 0 I 0 referencia ág I D E T E K T O R A = lg I 0 /I Fényforrás: UV: deutérium lámpa Vis: volfrám lámpa Detektor: fotodióda Cella: kvarc küvetta l=5-10 mm

Diódasoros detektor DAD (Dioda Array Detector) polikromátor fényforrás lencse cella (küvetta) diódasor Elıny: különbözı hullámhosszúságon mért elnyelések egyidejő mérése spektrum felvétele: minıségi információ

Fluoreszcencia mérésen alapuló detektor fluoreszkáló anyagok detektálása rés monokromátor cella (küvetta) fényforrás monokromátor pl. festékanyagok Detektor: a kibocsátott fényt méri

Vezetıképesség: G [Siemens] 1/R Vezetıképesség mérésen alapuló detektor Ha egy elektrolit oldatba két azonos mérető, sík felülető, párhuzamos elektródlap (pl. Ptlap) merül, amelyek felületének nagysága A, a köztük levı távolság pedig l, akkor az így kapott vezetıképességi cellára igaz, hogy K=A/l: cellaállandó (geometria) κ: fajlagos (specifikus) vezetıképesség: megadja a két, egységnyi (1 cm 2 ) felülető, egymástól egységnyi távolságra (1 cm-re) levı elektród között levı elektrolitoldat vezetıképességét oldatok vezetıképessége: additív tulajdonság Függ: ionok minıségétıl (mozgékonyság) ionok számától (koncentráció)

Semleges molekulák: nem detektálhatók Elv: 2 elektród (acél) elhelyezve az áramlási cellában megfelelı feszültség: áram folyik Áramerısség: töltés, méret, koncentráció, oldószer, hımérséklet Egyenfeszültség: elektrolízis veszélye Váltakozó feszültség: 100-10 khz, U= 20 V Érintkezés mentes cella

Egyéb detektorok: potenciometria amperometria atomabszorpció ICP tömegspektrometria Termosztát: oszlop: ioncsere: hımérséklet függés

eltérés a HPLC-tıl: Ionokat mérünk (HPLC is) Ioncserélı oszlopokat használ (HPLC is) ALKALMAZÁSOK: Klinikai Gyógyszeripari Élelmiszeripari Környezetvédelmi

Kapilláris elektroforézis elektroforézis: valamely vezetı közegben (általában víz) elektromos erıtér hatására a töltéssel rendelkezı részecskék elmozdulnak elektroforetikus elválasztás: az elválasztandó komponensek adott elektromos tér hatására kialakuló eltérı migrációs sebességén alapul elektroozmotikus áramlás: (electroosmotic flow, EOF) a folyadék elektromos tér hatására valamely töltéssel bíró felület mentén kialakuló elmozdulása κ = G K κ: fajlagos vezetıképesség [S cm -1 ] G: vezetıképesség [S] K: cellaállandó [cm -1 ] κ Λ = moláris fajlagos vezetıképességet (Λ m c m ) Kohlrausch elsı törvénye Λ m = λ + + λ λ+: a kation moláris fajlagos vezetıképessége [cm 2 Ω -1 mol -1 ] λ-: az anion moláris fajlagos vezetıképessége [cm 2 Ω -1 mol -1 ]

az elektroforetikus mozgékonyság függ: az ion töltésétıl (lehet pozitív ill. negatív töltésének elıjelétıl függıen) sugarától alakjától szolvatáltságának mértékétıl a közeg viszkozitásától ph-jától, ionerısségtıl hımérséklettıl

üveg felület & víz: szilanol csoportok ph > 2,5: deprotonált forma: pozitív töltéseket vonzanak: negatív elektród (katód) felé mozognak: folyamatos áramlás (dugószerő áramlási profil)

PC D E D K E P outlet V P inlet A kapilláris elektroforetikus készülék sematikus rajza E: elektród; K: kapilláris; D: detektor, P: puffertartó edény; PC: személyi számítógép; V: tápegység

E L E K T R O F E R O G R A M kation µ a : látszólagos mozgékonyság µ e : effektív mozgékonyság µ EOF : elektroozmotikus áramlás µ a = µ e + µ EOF semleges molekula anion Alapeset: bemenet: + kimenet: - kation: komigrál anion: kontramigrál

D katód (-) anód (+) EOF v k v a outlet V inlet

A kapilláris követelmények: kémiailag és elektromosan inert hajlékony kellıen szilárd megfizethetı ne nyeljen el az UV-Vis tartományban kvarc kapilláris (poliimid bevonattal) 25 µm - 100 µm 10 100 cm bevonatos kapillárisok: polimerek, PVA, teflon Kondícionálás: üvegfelület helyreállítása (NaOH)

megfelelı érzékenység kimutatási határ kicsiny zajjal nagy linearitási tartománnyal gyors válaszidıvel A detektor Többféle mérési elv UV-Vis fluoreszcencia vezetıképesség MS UV-Vis: egyszerő, olcsó, széleskörben alkalmazható

UV-Vis Lambert-Beer: A=εcl háttérelektrolit elnyelése

fluoreszcencia

A tápegység U=5-30 kv I=3-300 µa A feszültség változtatásának hatása: növelve a kapillárisra kapcsolt feszültséget: nı a térerısség nı az EOF csökkennek a migrációs idık élesebb csúcsokat kapunk növelve a kapillárisra kapcsolt feszültséget: nı az áramerısség egyre több hı szabadul fel (Joule-hı) kiszélesednek a csúcsok csúsznak a migrációs idık célszerő nagyobb feszültségen dolgozni célszerő kisebb feszültségen dolgozni

Mintabevitel hidrodinamikai injektálás: nyomás alkalmazása elektrokinetikus injektálás: feszültség alkalmazása elektroforetikus mozgékonyságtól függ

Áramlási profil EOF lamináris áramlás áramlás hajtóereje a kapilláris belsejében mindenütt azonos lamináris áramlási profilból eredı zónakiszélesedés a kapilláris elektroforézisnél elhanyagolható

Szelektivitás: puffer minısége, koncentrációja ph Elınyök rövid analízis idı nagy felbontóképesség (N: 10 5-10 6 ) kicsiny oldószerfelhasználás egyszerő mintaelıkészítés Hátrányok: kisebb érzékenység kevésbé robusztus (reprodukálhatósági problémák)

ALKALMAZÁSOK: bármi, ami befér a kapillárisba Klinikai Gyógyszeripari Élelmiszeripari Környezetvédelmi

Minıségi analízis Alapja: a retenciós idı a minta komponenseinek minıségétıl függ A legegyszerőbb módszer: a retenciós idık (pontosabban a redukált retenciós idık) összehasonlítása ismert vegyületek retenciós idejével jel relatív retenció (r x,r ): a kísérleti körülmények különbözıségébıl származó eltéréseket kompenzálja egy kiválasztott (r) anyagra vonatkoztatott redukált retenciós idı hányadosaként adnak meg: ' r x, r = t t R ' R x r t x idı jel t r t x idı

Mennyiségi értékelés a kromatogramon levı csúcsok területe (magassága) arányos a mintakomponensek mennyiségével, ill. koncentrációjával. Detektor: a komponensek vagy az eluens fizikai vagy kémiai tulajdonságainak mérése 1. kalibrációs módszer 2. addíciós módszer 3. belsı standard módszer

A kalibrációs módszer T = mc jel c 1 T 1 T: csúcs területe c: koncentráció (anyagmennyiség) m: arányossági tényezı (érzékenység) idı 1. független standard (kalibráló) oldatok jel T ismeretlen oldat: T x c 2 T 2 T 3 T x idı T 2 jel c 3 T 3 T 1 m c 1 c 2 c x c 3 c idı

Standard addíció jel c x T x T 1,x = T x +T 1 T 1 =T 1,x -T x idı T T 2,x = T x +T 2 T 2 =T 2,x -T x jel c x + c 1 T 1,x T 2 T 1 T x jel idı c 2 + c x T 2,x c x c 1 c 2 c idı

Belsı standard: relatív terület meghatározása a mintán belüli referencia rögzített (meghatározott és állandó) koncentrációban (mennyiségben) a mintához hozzáadjuk a referencia anyagot a referencia anyag csúcsára vonatkoztatjuk a meghatározni kívánt csúcsok területét Elınyök: az analízis során fellépı hibák egy részét küszöböli ki: adagolás érzékenység változása

Analitikai információ: minıségi: retenciós (migrációs) idı retenciós (migrációs) idı függ: alkalmazott körülmények: mozgófázis anyagi minıség áramlási sebesség állófázis minıség hossz hımérséklet ph, ionerısség stb minıségi információ: UV-Vis: spektrum Növekvı igények: új detektorok alkalmazása, fejlesztése r x, r = Tömegspektrométer t t ' R ' R x r

Tömegspektrometria (MS) Nobel-díj: 1922, 1989, 2002 Alapelve: a gázállapotú ionizált molekulákat, ezek töredékeit (un. fragmenseit) vagy bizonyos esetekben az atomokból képzıdött ionokat tömegük alapján szétválasztja, majd mennyiségileg meghatározza 1. mintabevitel és a minta gázállapotba hozása 2. ionizáció és bizonyos esetekben fragmentáció 3. a keletkezett ionok töltésegységre jutó tömegük szerinti elválasztása 4. a szétválasztott, különbözı tömegő ionok mennyiségének meghatározása A készülék felépítése: vezérlı- és adatfeldolgozó rendszer mintabevitel ionforrás analizátor detektor vákuumrendszer

A vákuumrendszer 1. az ionforrásban megfelelı hatékonysággal elı állíthatók legyenek az ionok 2. megfelelı hosszúságú szabad úthosszat kell biztosítani: az ionforrásban képzıdött ionok ütközés nélkül eljuthassanak a detektorba kétlépcsıs nyomáscsökkentés: 1. elıvákuum: néhány torr 2. nagyvákuum: 10-3 Pa kb. 10-3 Pa vákuumszivattyú: 1. atmoszférikus nyomásról képes közvetlenül gázt elszívni (rotációs szivattyúk) 2. mőködéséhez un. elıvákuum megteremtése szükséges (diffúziós szivattyúk)

elınye: kicsiny háttérzaj

Elıny: Kicsiny molekula tömegő eluens (pl. H 2 ) is hatékonyan eltávolítható

Ionizációs módszerek lehetıvé teszik a különféle halmazállapotú, igen eltérı tulajdonságokkal bíró anyagféleségek ionizációját Elektronionizáció (electron impact ionization, EI) legáltalánosabban alkalmazott ionizációs technika

EI 1: mintabevezetı nyílás; 2: ionvisszaverı lemez (repeller); 3: izzószál; 4: elektronbevezetı nyílás; 5 és 6: iongyorsító rés; 7: belépı nyílás; 8: ionképzıdés helye; 9: anód U=5-100 V

T 200 o C p 10-8 -10-9 atm EI elektronok U energia molekula gerjesztett molekula elektron emisszió molekulaion fragmens ionok fragmentáció: elektronok energiája (gyorsító feszültség: 70 ev) minıségi azonosítás (ujjlenyomat) általában : egyszeres pozitív ionok képzıdnek negatív ionok: nagy elektronegativitású atomok vannak jelen a molekulában

Kémiai ionizáció (CI) a mintát az elektronforrásba történı belépése elıtt un. reagens gázzal hígítják nem a vizsgálandó minta lép közvetlen kölcsönhatásba az elektronokkal, hanem a hígító gáz molekulái mintát alkotó komponensek: szekunder ionizáció RH e - RH + RH + + M MH + + R protontranszfer primer-ion képzıdés CH 4 + e = CH 4+ + 2e (CH 3+ ) szekunder-ion képzıdés CH 4+ + CH 4 = CH 5+ + CH 3 (CH 3+ + CH 4 = C 2 H 5+ + H 2 ) a) proton transzfer CH 5+ + MH = CH 4 + MH 2 + b) hidrogén absztrakció CH 3+ + MH = CH 4 + M + (C 2 H 5+ + MH = C 2 H 6 + M + ) c) töltésátvitel CH 4+ + MH = CH 4 + MH +

Kémiai ionizáció (CI) Reagens gáz: metán i-bután ammónia Ionizáció: a hígító gáz minıségétıl függıen Elınyök: egyszerősíti a tömegspektrumot molekulaion tömegét adja meg [M+H] +, [M-H] -, [M+NH 4 ] +

Atmoszférikus nyomású ionizációs technikák (atmoszférikus nyomáson mőködnek) minta T elpárologtatás ionizálás kapcsolt technikák: HPLC-MS termikus ionizáció elektromos tér okozta ionizáció ionütközés okozta ionizáció gyors atom ütközési

Analizátorok az ionok tömeg/töltés szerinti elválasztása Jellemzése: 1. maximális tömegszám: amelynek vizsgálatára még alkalmas az adott analizátor 2. transzmisszió: a detektort elérı és az ionforrásban keletkezett ionok hányadosa 3. felbontás: az analizátor mekkora tömegkülönbséggel tud elválasztani két iont szektor típusú kvadrupól ioncsapdás repülési idı analizátor

Szektor típusú analizátorok Ionok elválasztása: Mágneses tér vagy a gyorsító feszültség változtatása ionnyaláb mágnes E= qu=zeu E kin = ½ mv 2 ½ mv 2 = zeu v = 2zeU m ionforrás detektor Lorentz-erı F L = zevb F c = mv 2 /r F L = F c mv 2 /r= zevb r = mv 2 zevb r = mv/(zeb) = (m/z) (v/eb)

Elektrosztatikus analizátor egyszeres fókuszálás: felbontása korlátozott

kétszeres fókuszálás: mágneses + elektromos fókuszálás: jobb felbontás

Kvadrupólus analizátorok olcsó, egyszerően kezelhetı, stabilis, reprodukálható tömegspektrumot eredményezı analizátor 1: ionizáló elektronsugár; 2: az analizátor által kiszőrt ionok útja 3: az analizátor által átengedett ionok útja; 4: detektor

egymással szemben elhelyezkedı rudakat elektromosan összekötve azokra egyenés váltóáramot kapcsolva kvadrupoláris változó elektromos tér alakul ki az ionok oszcilláló mozgást végezve haladnak át oszcilláció amplitúdója függ: ion töltése ion tömege alkalmazott feszültségek Ioncsapdás analizátor: (IonTrap) módosított kvadrupólus analizátor tárolni tudja az ionokat

Repülési idı analizátorok azonos kinetikus energiájú ionok sebessége vákuumban, külsı elektromos vagy mágneses teret nem tartalmazó közegben, tömegük négyzetgyökével fordítva arányos ionforrás U Ionok (egyenlı mozgási energia) repülési csı (tér mentes) Kisebb tömegő ion: nagyobb sebesség v = 2 zeu m

Detektorok az analizátor által elválasztott, adott idı alatt becsapódott ionok számát határozza meg pontdetektor: az ionok egymást követıen érik el a detektor ugyanazon pontját Csak olyan analizátorral alkalmazható együtt, amely képes az ionokat idıben elválasztani egymástól: pl. kvadrupólus Elektronsokszorozó: 1. a fókuszált ionnyaláb egy un. konverziós dinódába ütközve onnan elektronokat lök ki 2. kilökıdött elektronokat megfelelı feszültséggel gyorsítjuk 3. újabb és újabb felülettel ütköztetve megsokszorozott elektronáramot kapunk fotokonverziós detektorok: a becsapódó ionok hatására kilökıdött elektronokat szcintillátor segítségével fotonokká alakítjuk, majd a kibocsátott fotonokat fotoelektronsokszorozóval elektromos jellé alakítjuk jobb hatásfok, hosszabb élettartam és kisebb karbantartási igény

Sordetektor: egymástól térben elválasztott ionok egyidıben érik el a kilépırésnél elhelyezett detektor sort drága: magasabb árfekvéső készülékekben alkalmazzák (TOF, szektor)

Kapcsolt technikák valós minták: komplex, sokkomponenső rendszerek A pontos és megbízható minıségi és mennyiségi analízis elképzelhetetlen a mintát alkotó komponensek elválasztása nélkül. elválasztástechnikai eljárás alkalmazása szükséges A hagyományos kromatográfiás technikák azonban még tökéletes szeparáció esetén sem kínálnak abszolút biztonságos minıségi azonosítást. minıségi információ: csak az adott komponens retenciós viselkedése a manapság megkövetelt megbízható és reprodukálható meghatározások indokolják a tömegspektrometria és az elválasztástechnikai módszerek kombinálását

A következı feltételeknek kell teljesülnie ahhoz, hogy a két, meglehetısen eltérı körülmények között mőködı módszert kapcsolni tudjuk egymáshoz: A kombináció ne vezessen kromatográfiás hatékonyság csökkenéshez. A kromatográfból a tömegspektrométerbe történı bevezetés során a minta alkotóiban nem kontrollált kémiai átalakulás ne menjen végbe. A minta megfelelı mennyisége bejusson és ionizálódjon a tömegspektrométerben. A kromatográfot és az MS-t összekapcsoló un. interfész ne növelje számottevıen a háttérzajt. Az interfész legyen egyszerő felépítéső, könnyen használható, tisztítható és karbantartható valamint lehetıség szerint olcsó. Az interfész legyen kompatibilis valamennyi kromatográfiás körülménnyel (pl. vivıgázok, oldószerek, áramlási sebesség, ph, hımérséklet, stb.). Az interfész ne korlátozza az MS nyújtotta lehetıségeket (pl. ionizáció, vákuum, felbontóképesség, stb.). Az interfész alkalmazásával nyert eredmények reprodukálhatók legyenek.

HPLCMS Atmoszférikus nyomású ionizációs technikák ESI (ElectroSpray Ionization) Nobel-díj

ESI az oldatbeli ionok gázfázisba juttatása COULOMB FISSION ION EVAPORATION

APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) nem szükséges ionok jelenléte az oldatban elektromos kisülés: szekunder ionizáció

CEMS