18/12/2014
1
GASNA HROMATOGRAFIJAINSTRUMENTI
METODOLOGIJA
PRIMENA
Оддел V. Сепарациони методиПоглавје 25A. Гасно‐течна хроматографијаСког, Вест, Холер, Крауч, Аналитичка хемија
Предавање 12b, Инструментални аналитички методи (А), M. Стефова,2014http://hemija.pmf.ukim.edu.mk/subjects/view/212
Gas-cvrsta hromatografija, GSCGas-te~na hromatografija, GLC
TE^NA-CVRSTA ATSORPCIJA GGAASS-CVRSTA KOLONA RASPREDELBA TE^NA-TE^NA TENOK SLOJ JONSKA IZMENA GGAASS-TE^NA HARTIJA TE^NA-GEL
мобилна фаза - инертен гас без заемодејства со примерокот, само го носистационарна фаза – најчесто течност имобилизирана на цврста подлога – гасно-течна = гасна хроматографијагас-цврста хроматографија (атсорпциона) – многу ретко
18/12/2014
2
Gasen hromatograf1941: Martin & Synge – концепт за GLC (1952 Нобелова награда)1955: prv komercijalen instrument
1985: 200 000 gasni hromatografi vo svetot od 30 proizvoditeli
Cena: 10 000-100 000 Eur!Razvoj: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
18/12/2014
3
Gasen hromatograf
Gasen hromatograf
He, Ar, N2 , H225-50 mL/min
18/12/2014
4
Gasen hromatografинјектор0,1 – 20 μLsplit(less)
DETEKTORI za GCPO@ELNI KARAKTERISTIKIosetlivost (dene{nite detektori poseduvaatosetlivost vo granicite od 10-8 do 10-15 g/s)sli~en odgovor na prisustvoto na site analiti, ilialternativno, selektiven odgovor na daden analitili grupa analitistabilnost i reproducibilnostlinearen odgovor na prisustvoto na analiti {to se protega preku nekolku reda na goleminatemperaturen opseg od sobna temperatura do 400 °Cbrz odgovor na prisustvoto na analitotneosetliv na promeni na protokot, P i Tednostaven za upotreba, eftin, robustennedestruktiven
18/12/2014
5
DETEKTORI za GC
DETEKTORIPlameno-jonizaciski detektor Flame-Ionization Detector, FIDпиролиза-пламен⇒јони,електрони
ј !Prednosti:univerzalengolema osetlivost (10-13 g/s), golem linearen opseg (~107), neosetlivost na promeni na
b
=струја!
protokot na mobilnatafaza
Nedostatoci:destruktiven
18/12/2014
6
DETEKTORIDetektor na termi~ka provodlivost, (katarometar) Thermal Conductivity Detector,TCD
@ica od Pt, Au, W, poluprovodnik- termi~ka sprovodlivost zavisnaod okolniot gas He i H2: 6-8 patipogolema term. sprovodlivost odonaa na org. soedinenija
Prednosti: ednostavnost, golem linearen opseg (~105), reagira i na organski i na neorganski supstanci, nedestruktivnost
Nedostatoci: relativno niskata osetlivost (~10-8 ganalit/mL gas nosa~)
DETEKTORIDetektor so elektronski zafat Electron capture detector, ECD– sposоbnost za “fa}awe” na elektronisposоbnost 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)
18/12/2014
7
DRUGI DETEKTORIТермојонски детектор – сличен на FID – спец. за соединенија со N
и P (во пламен создаваат поголеми струи) – употреба за органофосфорни пестициди, фармацевтски важни соединенија
H ll ( )Hall-ов детектор (на електролитна спроводливост) –специфичен за соединенија со халоген, S или NФотојонизациски 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 + спектрометарЌНАЈМОЌЕН ДЕТЕКТОР ЗА КАРАКТЕРИЗАЦИЈА НА ПРИМЕРОК =
МАСЕН СПЕКТРОМЕТАР – идентификација ↔ масени спектри, квантификација ↔ хроматографски пикови...
MS со квадруполMS со јонска стапицаGC/MS – магија = сепарација + идентификација/квантификација
KOLONA: srce na hromatografotDenes najmnogu se koristat:
kapilarni koloni (open tubular columns)WCOT (wall coated open tubular) - tenok sloj te~naWCOT (wall coated open tubular) - tenok sloj te~nastacionarna faza e nanesen na yidot od kolonata
SCOT (support coated open tubular) - vnatre{natapovr{ina na kapilarata e oblo`ena so tenok film(~30 μm) od inerten materijal-podloga (dijatomejskazemja) na koja e nanesena te~nata stacionarna faza ⇒pogolem kapacitet, no pomala efikasnost
FSOT (fused silica open tubular) izraboteni od фузираносиликатно стакло (спец. прочистен SiO2), imaat mnogupotenki yidovi vo sporedba so staklenite koloni i se dopolnitelno za{titeni so poliimidna obvivka ⇒pofleksibilni i pootporni na nadvore{ni vlijanija
18/12/2014
8
KOLONA: srce na hromatografotPorano:
pakuvani koloni (packed columns)cevka od staklo, metal ili teflondol`ina 2-3 m, vnatre{en dijametar 2-4 mmubavo napolneti-spakuvani so fino isitnet materi-jal (cvrsta podloga) oblo`ena so film (0,05-1 μm)od te~na stacionarna fazaIdealna podloga: od mali (150-250 μm), uniformni, sferni~esti~ki so dobra mehani~ka~esti~ki so dobra mehani~kacvrstina i golema specifi~napovr{ina (1 m2/g) inertni navisoka T, uniformno se navla`nuvaat so te~nata faza
obrabotka so dimetilhlorosilan
dijatomejska zemja
KOLONA: srce na hromatografotkapilarni koloni (open tubular columns)
pakuvanа kolonа(packed column)
wall coated support coated
18/12/2014
9
KOLONA: srce na hromatografot
KOLONA: srce na hromatografotTe~na stacionarna fazamala isparlivost (TV > 100 °C + Tmax na kolonata);
bgolema termi~ka stabilnost;
mala hemiska reaktivnost (i na visoka temperatura);
cvrsto da se vrzuva na cvrstata podloga
koeficientite na raspredelba K = cs/cm na razli~nite analiti na imobiliziranata te~na faza treba da se razlikuvaattreba 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
18/12/2014
10
R Si
R
O Si
R
O Si
R
R
HO-CH2-CH2-(O-CH2-CH2)n-OH ⇒ polietilen glikol
−CH3⇒ polidimetil siloksan
−C6H5 (X %) ⇒ X % fenil-polidimetil siloksan
−C3H6CF3 (X %) ⇒ X % trifluoropropil-polidimetil siloksan
−C3H6CN (X %) ⇒ X % cijanopropil-polidimetil siloksan
R Si
R
O Si
R
O Si
R
R
n
KOLONA: srce na hromatografotprodol`uvawe na `ivotot na kolonite:- vrzuvawe na ednomolekularen sloj od stac.faza za povr{inata na silika gelot so hemiskareakcija ⇒ vrzani stacionarni fazi (b d dreakcija ⇒ vrzani stacionarni fazi (bondedstationary phases);vmre`uvawe (cross-linking): po nanesuvaweto naslojot od te~nata faza se dodava peroksid i sezagreva - umre`uvawe so sozdavawe na C-C vrskipome|u C-atomi od razli~ni nizi⇒ umre`enistacionarni fazi (cross-linked stationary phases)stacionarni fazi (cross-linked stationary phases).debelina na slojot od stacionarnata faza, kojkaj komerc. koloni se dvi`i od 0,1 do 5 μmnaj~esto: kapilarni koloni so L=15-60 m, ID 0,25ili 0,32 mm, debelina na slojot od stac. faza od0,25 μm.
18/12/2014
11
Gasna hromatografija - primeniза испарливи, термостабилни соединенија до 300-400 °C
Gasna hromatografija - metodologija
1 Obrazuvawe na isparlivi soedinenija
analiti~ar: procenka na primerokot, izbor na pogodna kolona i uslovi za uspe{no razdeluvawe i analiza.
1. Obrazuvawe na isparlivi soedinenijatemperatura na kolonata > T.V. na site komponenti prethoden tretman na nedovolno isparlivi komponenti 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-formirawe na isparlivi helati na razli~ni metali
so trifluoroacetilaceton;-pirolizna gas hromatografija - termi~ko razlo`uva-we na neisparlivi supstanci do karakteristi~ni gasoviti produkti (pogoden za analiza na polimerni materijali).
18/12/2014
12
Gasna hromatografija - metodologija2. Izbor na kolonaPri izborot na kolona najpogodna za daden primerok trebada se zemat predvid:d r d d
polarnost na te~nata (stacionarnata) faza,
maksimalna temperatura do koja mo`e da se zagreekolonata,
kapacitetefikasnosta na kolonata kvantitativno se opi{uva so
visinata ekvivalentna na eden teoretski pod (HETP- heightequivalent to a theoretical plate) koj mo`e da se presmata odq p ) j d r dvrednostite na dve veli~ini ~itlivi od hromatogramot:vreme na zadr`uvawe, tr 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.
Gasna hromatografija - metodologija
3. Programirawe na temperaturata
Za smesa od supstanci so bliska polarnost a
45°C
135°CZa smesa od supstanci so bliska polarnost, a
so mnogu razli~ni temperaturi na vriewe, konstantna temperatura na kolonata ne dava zadovolitelni rezultati.
Re{enie ⇒ zgolemuvawe na temperaturata za vreme na razdeluvaweto (programirawe na
30-180°C
za vreme na razdeluvaweto (programirawe na temperaturata).
Оптимизација на GC метод = утврдување на начинот на изменување на температурата при елуирањето!
18/12/2014
13
Gasna hromatografija - metodologija
3. Programirawe
na temperaturata
45°C
135°Cna temperaturata
30-180°C
Gasna hromatografija - primena
sporedba na podatocite za zadr`uvawe, naj~esto tr, ako ima na raspolagawe ~isti supstanci.
kvalitativna analiza
r u c
- 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 (A) = t (X) toa ne doka`uva deka X = Aako tr(A) = tr(X), toa ne doka`uva deka X = Aako tr(A) ≠ tr(X), toga{ sigurno е дека X ≠ Aako pri tr(A) nema pik, mo`e so sigurnost da se
tvrdi deka do granicite na detekcija vo nepoznatiotobrazec nema A.
18/12/2014
14
Gasna hromatografija - primena
Identifikacija na nepoznati komponenti so primenana retencioni indeksi i linearni retencioni indeksi
kvalitativna analiza
(LRI), {to se presmetuva spored izrazot:
t – ретенционо време на аналитот, tn и tn+1 се ретенциони времињана алканот кој се елуира пред и зад аналитот, n – број на C-атоми наалканот кој се елуира пред аналитотподатоци за ЛРИ постојат во литература и може да се користатподатоци за ЛРИ постојат во литература и може да се користат
како дополнителен критериум за споредба за идентификацијаSpektroskopski metodi vo sprega so GC ⇒ najto~enodgovor za vidot na komponentata koja se eluira odkolonata vrz osnova na masen spektar⇒ GC-MS – најкорисна алатка во многу лаборатории!Бази на масени спектри – многу корисни за идентификација!
Gasna hromatografija - primena
Hromatogram:
na apscisa − vreme na zadr`uvawe,
kvantitativna analiza
na ordinata − intenzitet na signalot = intenzitet napikot, proporcionalen so koncentracijata na komponen-tata na koja toj pik se odnesuva.
Za kvantitativna analiza највообичаено:
visina na pik (полесно се мери)
но подобро е:но подобро е:
povr{ina zagradena so konturite na pikot (poranoпотешко, denes лесно - softverski).
Sleden ~ekor: transformirawe na vrednostiteopredeleni za visinata ili povr{inata na pikovite vopodatoci za kvantitativniot sostav.
18/12/2014
15
Gasna hromatografija - primena
-Калибрација so standard - дирекten metod zasnovan
kvantitativna analiza
р ц ј d rd д р dna серија стандарди со кои се определува графичкизависноста на висината или површината на пикот одконцентрацијата - права со определен наклон (зависиод осетливоста) која треба да минува низ координатни-от почеток (отсечок=0).За подобра точност треба честа стандардизација!
Gasna hromatografija - primena
- Мetod na vnatre{en standard- dodavawe na j j
kvantitativna analiza
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%
18/12/2014
16
Gasna hromatografija - primena
- Normalizirawe - prvo se odreduva povr{inata nasite pikovi vo hromatogramot a potoa udelot na
kvantitativna analiza
site pikovi vo hromatogramot, a potoa udelot nasekoja komponenta se presmetuva spored izrazot:
Xi = Pi/ΣPi
Uslov: koristeniot detektor e podednakvo osetliv nasekoja od prisutnite komponenti. Bidej}i naj~estone e taka, vo izrazot se vnesuvaat korekcii, t.n.faktori na osetlivost na detektorot za sekoja odfaktori na osetlivost na detektorot, za sekoja odkomponentite (eksperimentalno se opredelува, apostojat i empiriski formuli za negovopresmetuvawe za pove}e klasi soedinenija).