GASNA HROMATOGRAFIJA

Transkript

1 GASNA HROMATOGRAFIJA INSTRUMENTI METODOLOGIJA PRIMENA Оддел V. Сепарациони методи Поглавје 25A. Гасно-течна хроматографија Ског, Вест, Холер, Крауч, Аналитичка хемија Предавање 12b, Инструментални аналитички методи (А), M. Стефова, Gas-cvrsta hromatografija, GSC Gas-te~na hromatografija, GLC TE^NA-CVRSTA ATSORPCIJA GAS-CVRSTA KOLONA RASPREDELBA TE^NA-TE^NA TENOK SLOJ JONSKA IZMENA GAS-TE^NA HARTIJA TE^NA-GEL мобилна фаза - инертен гас без заемодејства со примерокот, само го носи стационарна фаза најчесто течност имобилизирана на цврста подлога гасно-течна = гасна хроматографија гас-цврста хроматографија (атсорпциона) многу ретко 1

2 Gasen hromatograf 1941: Martin & Synge концепт за GLC (1952 Нобелова награда) 1955: prv komercijalen instrument 1985: gasni hromatografi vo svetot od 30 proizvoditeli Cena: Eur! Razvoj: voveduvawe na elektronski integratori i kompjuterska obrabotka na podatocite vo 70-tite avtomatska kontrola na instr. uslovi, cev~esti koloni vo 80-tite kapilarni koloni, brza GC Gasen hromatograf 2

3 Gasen hromatograf Gasen hromatograf He, Ar, N 2, H ml/min 3

4 Gasen hromatograf инјектор 0,1 20 L split(less) DETEKTORI za GC PO@ELNI KARAKTERISTIKI osetlivost (dene{nite detektori poseduvaat osetlivost vo granicite od 10-8 do g/s) sli~en odgovor na prisustvoto na site analiti, ili alternativno, selektiven odgovor na daden analit ili grupa analiti stabilnost i reproducibilnost linearen odgovor na prisustvoto na analiti {to se protega preku nekolku reda na golemina temperaturen opseg od sobna temperatura do 400 C brz odgovor na prisustvoto na analitot neosetliv na promeni na protokot, P i T ednostaven za upotreba, eftin, robusten nedestruktiven 4

5 DETEKTORI za GC DETEKTORI Plameno-jonizaciski detektor Flame-Ionization Detector, FID пиролиза-пламен јони,електрони =струја! Prednosti: univerzalen golema osetlivost (10-13 g/s), golem linearen opseg (~10 7 ), neosetlivost na promeni na protokot na mobilnata faza Nedostatoci: destruktiven 5

6 DETEKTORI Detektor na termi~ka provodlivost, (katarometar) Thermal Conductivity od Pt, Au, W, poluprovodnik - termi~ka sprovodlivost zavisna od okolniot gas He i H 2 : 6-8 pati pogolema term. sprovodlivost od onaa na org. soedinenija Prednosti: ednostavnost, golem linearen opseg (~10 5 ), reagira i na organski i na neorganski supstanci, nedestruktivnost Nedostatoci: relativno niskata osetlivost (~10-8 g analit/ml gas nosa~) DETEKTORI Detektor so elektronski zafat Electron capture detector, ECD sposоbnost za fa}awe na elektroni elektrofilni supstanci i supstanci {to sodr`at hlor pesticidi, polihlorirani bifenili - ekolo{ki primeroci! neosetliv na amini, alkoholi, jaglevodorodi Prednosti: nedestruktivnost Nedostatoci: ograni~en linearen odgovor (samo 2 reda na veli~ina) 6

7 DRUGI DETEKTORI Термојонски детектор сличен на FID спец. за соединенија со N и P (во пламен создаваат поголеми струи) употреба за органофосфорни пестициди, фармацевтски важни соединенија Hall-ов детектор (на електролитна спроводливост) специфичен за соединенија со халоген, S или N Фотојонизациски детектор UV зрачење (фото)јонизација на молекулите (ароматични и др кои лесно се јонизираат со UV) струја се мери меѓу две електроди. Спрегнати детектори = хроматограф + спектрометар НАЈМОЌЕН ДЕТЕКТОР ЗА КАРАКТЕРИЗАЦИЈА НА ПРИМЕРОК = МАСЕН СПЕКТРОМЕТАР идентификација масени спектри, квантификација хроматографски пикови... MS со квадрупол MS со јонска стапица GC/MS магија = сепарација + идентификација/квантификација KOLONA: srce na hromatografot Denes najmnogu se koristat: kapilarni koloni (open tubular columns) WCOT (wall coated open tubular) - tenok sloj te~na stacionarna faza e nanesen na yidot od kolonata SCOT (support coated open tubular) - vnatre{nata povr{ina na kapilarata e oblo`ena so tenok film (~30 m) od inerten materijal-podloga (dijatomejska zemja) na koja e nanesena te~nata stacionarna faza pogolem kapacitet, no pomala efikasnost FSOT (fused silica open tubular) izraboteni od фузирано силикатно стакло (спец. прочистен SiO 2 ), imaat mnogu potenki yidovi vo sporedba so staklenite koloni i se dopolnitelno za{titeni so poliimidna obvivka pofleksibilni i pootporni na nadvore{ni vlijanija 7

8 KOLONA: srce na hromatografot Porano: pakuvani koloni (packed columns) cevka od staklo, metal ili teflon dol`ina 2-3 m, vnatre{en dijametar 2-4 mm ubavo napolneti-spakuvani so иsitnet materijal (cvrsta podloga) oblo`ena so film (0,05-1 m) od te~na stacionarna faza Idealna podloga: od mali ( m), uniformni, sferni ~esti~ki so dobra mehani~ka cvrstina i golema specifi~na povr{ina (1 m 2 /g) inertni na visoka T, uniformno se navla`nuvaat so te~nata faza obrabotka so dimetilhlorosilan dijatomejska zemja KOLONA: srce na hromatografot kapilarni koloni (open tubular columns) support coated pakuvanа - наполнета kolonа (packed column) wall coated 8

9 KOLONA: srce na hromatografot KOLONA: srce na hromatografot Te~na stacionarna faza mala isparlivost (TV > 100 C + T max na kolonata); golema termi~ka stabilnost; mala hemiska reaktivnost (i na visoka temperatura); cvrsto da se vrzuva na cvrstata podloga koeficientite na raspredelba K = c s /c m na razli~nite analiti na imobiliziranata te~na faza treba da se razlikuvaat nivno razli~no zadr`uvawe vo kolonata analitite }e se razdelat vo kolonata! SLI^NO SE RASTVORA VO SLI^NO! polarnosta na stacionarnata faza treba da e bliska do onaa na komponentite od primerokot 9

10 R R R -CH 3 polidimetil siloksan -C 6 H 5 (X %) X % fenil-polidimetil siloksan R Si R O -C 2 H 4 CF 3 (X %) X % trifluoropropil-polidimetil siloksan -C 3 H 6 CN (X %) X % cijanopropil-polidimetil siloksan Si R O Si R n R HO-CH 2 -CH 2 -(O-CH 2 -CH 2 ) n -OH polietilen glikol Gasna hromatografija - primeni за испарливи, термостабилни соединенија до C 10

11 Gasna hromatografija - metodologija analiti~ar: procenka na primerokot, izbor na pogodna kolona i uslovi za uspe{no razdeluvawe i analiza. 1. Obrazuvawe na isparlivi soedinenija temperatura na kolonata > T.V. na site komponenti првенствено: сепарација и анализа на испарливи соед! А за помалку испарливи - prethoden tretman za da mo`e direktno da se analiziraat: -silanizacija - zamena na kiselite vodorodi so di- ili trimetilsilil grupi; -formirawe na isparlivi helati na razli~ni metali so trifluoroacetilaceton; -pirolizna gas hromatografija - termi~ko razlo`uvawe na neisparlivi supstanci do karakteristi~ni gasoviti produkti (pogoden za analiza na polimerni materijali). Gasna hromatografija - metodologija 2. Izbor na kolona Pri izborot na kolona najpogodna za daden primerok treba da se zemat predvid: polarnost na te~nata (stacionarnata) faza, maksimalna temperatura do koja mo`e da se zagree kolonata, kapacitet efikasnosta na kolonata kvantitativno se opi{uva so visinata ekvivalentna na eden teoretski pod (HETP- height equivalent to a theoretical plate) koj mo`e da se presmata od vrednostite na dve veli~ini ~itlivi od hromatogramot: vreme na zadr`uvawe, t r i {irina na osnovata na pikot, W Presmetuvaweto na HETP ovozmo`uva sporedba na koloni so razli~ni dol`ini i se pretpo~ita kako merka za efikasnosta na kolonata. 11

12 45 C Gasna hromatografija - metodologija 3. Programirawe na temperaturata 135 C Za smesa od supstanci so bliska polarnost, a so mnogu razli~ni temperaturi na vriewe, konstantna temperatura na kolonata ne dava zadovolitelni rezultati C Re{enie zgolemuvawe na temperaturata za vreme na razdeluvaweto (programirawe na temperaturata). Оптимизација на GC метод = утврдување на начинот на изменување на температурата при елуирањето! Gasna hromatografija - metodologija 3. Programirawe na temperaturata 45 C 135 C C 12

13 Gasna hromatografija - primena kvalitativna analiza sporedba na podatocite za zadr`uvawe, naj~esto t r, ako ima na raspolagawe ~isti supstanci. - ako nema, sporedbi so podatoci od literaturata - ne e prepora~livo - nemo`nost за isti uslovi upotreba na relativni vremiwa na zadr`uvawe Pri toa treba da se imaat na um slednite postulati: ako t r (A) = t r (X), toa ne doka`uva deka X = A ako t r (A) t r (X), toga{ sigurno е дека X A ako pri t r (A) nema pik, mo`e so sigurnost da se tvrdi deka do granicite na detekcija vo nepoznatiot obrazec nema A. Gasna hromatografija - primena kvalitativna analiza Identifikacija na nepoznati komponenti so primena na retencioni indeksi i linearni retencioni indeksi (LRI), {to se presmetuva spored izrazot: t ретенционо време на аналитот, t n и t n+1 се ретенциони времиња на алканот кој се елуира пред и зад аналитот, n број на C-атоми на алканот кој се елуира пред аналитот податоци за ЛРИ постојат во литература и може да се користат како дополнителен критериум за споредба за идентификација Spektroskopski metodi vo sprega so GC najto~en odgovor za vidot na komponentata koja se eluira od kolonata vrz osnova na masen spektar GC-MS најкорисна алатка во многу лаборатории! Бази на масени спектри многу корисни за идентификација! 13

14 Gasna hromatografija - primena kvantitativna analiza Hromatogram: na apscisa - vreme na zadr`uvawe, na ordinata - intenzitet na signalot = intenzitet na pikot, proporcionalen so koncentracijata na komponentata na koja toj pik se odnesuva. Za kvantitativna analiza највообичаено: visina na pik (полесно се мери) но подобро е: povr{ina zagradena so konturite na pikot (porano потешко, denes лесно - softverski). Sleden ~ekor: transformirawe na vrednostite opredeleni za visinata ili povr{inata na pikovite vo podatoci za kvantitativniot sostav. Gasna hromatografija - primena kvantitativna analiza -Калибрација so standard - дирекten metod zasnovan na серија стандарди со кои се определува графички зависноста на висината или површината на пикот од концентрацијата - права со определен наклон (зависи од осетливоста) која треба да минува низ координатниот почеток (отсечок=0). За подобра точност треба честа стандардизација! 14

15 Gasna hromatografija - primena kvantitativna analiza - Мetod na vnatre{en standard- dodavawe na soedinenie so poznata koncentracija vo smesata koja se analizira i koja normalno ne go sodr`i, a negoviot hromatografski pik treba da e dobro izdvoen od onie na komponentite na smesata. - Koli~estvoto na sekoja komponenta se opredeluva so sporedba na povr{inata na soodvetniot pik so povr{inata na pikot od vnatre{niot standard. - Релативна прецизност од 0,5-1% Gasna hromatografija - primena kvantitativna analiza - Normalizirawe - prvo se odreduva povr{inata na site pikovi vo hromatogramot, a potoa udelot na sekoja komponenta se presmetuva spored izrazot: X i = P i / P i Uslov: koristeniot detektor e podednakvo osetliv na sekoja od prisutnite komponenti. Bidej}i naj~esto ne e taka, vo izrazot se vnesuvaat korekcii, t.n. faktori na osetlivost na detektorot, za sekoja od komponentite (eksperimentalno se opredelува, a postojat i empiriski formuli za negovo presmetuvawe za pove}e klasi soedinenija). 15