Chromatografické metody II. Aplikační rozsah chromatografie PC a TLC PC a TLC u1944 – Martin, Synge - PC u aminokyselin (Nobelova cena) u u1952 – TLC nahrazuje PC Instrumentace PC a TLC Chromatografický papír uNemodifikovaný u uModifikovaný – ionexy, acylace u uf. Watman (Anglie) u Schleicher-Schüll (Německo) TLC uVlastní příprava - sypané, nalévané u uKomerčně dostupné - Silufol (Cz) u Watman u PC a TLC - mody urozdělovací uadsorpční uionexová uhydrofobní – RP a HIC ugelová permeační Nanášení vzorku uPipety u uKapiláry u Provedení uVzestupné u uSestupné u uKruhové u uDvojrozměrné u Vzestupné • • • • • • • • • • • Sestupné • • • • • • • • • • • Kruhové • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Vyvíjení obr46 Dvojrozměrné • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Provedení uAnalytické u uPreparativní u Detekce uFyzikální •UV VIS •Fluorescence • uChemická – derivatizacce •Specifická •nespecifická u uNa základě biologické aktivity u Analýza kvalitativní • • • • • • • • standardy vzorky Analýza kvantitativní u u uPlanimetrie u uDenzitometrie • • • • • • • • Plocha skvrn Denzitometrie obr48 Denzitometrie obr49 Preparace uPC – vystřižení a eluce u skvrny u uTLC – vyškrábání a eluce u skvrny u – odsání a eluce u skvrny Kolonová chromatografie Kapalinová chromatografie rozdělení uNízkotlaká (atmosferický tlak) – LPC u uStřednětlaká (4 Mpa) – FPLC u uVysokotlaká (40 Mpa) – HPLC u uUltravysokotlaká (100 Mpa) – UPLC u Kapalinová chromatografie využití uLPC – preparativní u uFPLC – semipreparativní a analytická u uHPLC – analytická u uUPLC – analytická u u Kapalinová chromatografie doba trvání uLPC – hodiny u uFPLC – desítky minut u uHPLC – minuty u uUPLC - sekundy Zařízení pro LPC Zařízení pro LPC Zařízení pro LPC Instrumentace pro LPC uPumpa – peristaltická nebo gravitace uGradient – mísič gradientu uDávkování – přímo pumpou na u kolonu uKolony – skleněné uDetekce – spektrofotometrická 254, u 280 nm uVyhodnocování – zapisovač uSběrač frakcí – programovatelný Zařízení pro LPC LPC Instrumentace pro FPLC a HPLC Zařízení pro FPLC a HPLC system Zařízení pro FPLC Zařízení pro HPLC Zařízení pro UPLC UPLC x HPLC •kratší doba analýzy = vyšší průchodnost vzorků (vyšší produktivita) •snížení nákladů = menší spotřeba HPLC rozpouštědel (ekologie) •zvýšení separační účinnosti • •snížení meze detekce – zvýšení citlivosti • ••více kvalitativních informací UPLC x HPLC UPLC x HPLC Příprava mobilní fáze Příprava mobilní fáze •filtrace • • Odplynění mobilní fáze •přechod varem za nízkého tlaku • •ozvučení ultrazvukem • •vakuová filtrace • •in-line membránové odplynění • •probublávání inertním plynem Pumpy Pumpy pracující za konstantního tlaku Tlaková pumpa Pumpy pracující za konstantního průtoku Lineární dávkovače Pumpa jednopístová Pumpa dvoupístová pmp_2p2v Pumpa dvoupístová dpist_pm Pumpa dvoupístová pmp_2p3v Tlumení pulsů flow_prf Tlumení pulsů dampher Gradient nízkotlaký grad_for Gradient vysokotlaký hp_grad Dávkování – septum Dávkování – dávkovací ventil j_valve Dávkování – dávkovací ventil j_valve Dávkovací ventil – „Load“ inj_load Dávkovací ventil – „Inject“ inj_inj Kolony pro FPLC Kolona 1. kovový plášť 2. Porézní kovová frita 3. Stacionární fáze 4. Převlečný ochranný kroužek 5. Koncová hlavice 6. vstup pro kapiláru se šroubem Předkolona Kolony pro HPLC a UPLC Kolony pro nano- a kapilární HPLC Částicový sorbent tvar: sférický (bez povrchových vad) rozměr pro kolony: analytické 1 – 8 μm preparativní > 10 μm povrchové rozrůznění póry polymerní částice Monolitický sorbent makropóry: ~1500 nm; mezopóry: < 50 nm, mikropóry < 2 nm pórovitost monolitické stacionární fáze až 85 %; oproti částicové s pórovitostí max 60 % vysoké průtoky za nízkých tlaků; velká efektivní plocha Þ rychlá separace: vysoké rozlišení a vysoká kapacita ML-SF na bázi siliky tetramethoxysilan (TMOS) tetraethoxysilan (TEOS) + kyselina octová + polyethylenglykol (PEG) ML-SF na bázi organických materiálů styren-divinylbenzen (S-DVB) izooktan metakryláty tetrahydrofuran vinyl-deriváty (vinylpyrrolidon, vinylacetát) dekanol monomer + polymerační činidlo + porogen monolith_shapes provedení: disk, trubička, plněná kapilára nevýhoda: obtížná výroba Perfúzní chromatografie uVyužívá médií - POROS média, jejichž částice (10, 20,50 mm) mají velké příčné póry - 600 - 800 nm. Molekuly biopolymerů unášené konvektivním prouděním mobilní fáze se těmito póry lehce dostávají do nitra částic. Příčné póry jsou navíc vzájemně propojeny krátkými “difuzními” póry - 50 – 150 nm. Vytváří se tak síťová struktura s rozsáhlým vnitřním prostorem pro interakci nosiče s biopolymerem. u Perfúzní chromatografie - princip u Průtokem mobilní fáze vytváří napříč každou částicí média rozdíl tlaku, který indukuje konvektivní tok příčnými póry (perfúze). Biomakromolekuly ve vzorku se tak dostávají do kontaktu jak s povrchem částic, tak i s vazebnými místy v jejich nitru. Perfúzní chromatografie u K efektu perfúze dochází jen při určité průtokové rychlosti. Moderní HPLC a FPLC systémy mohou zajistit podmínky perfúze pouze u malých analytických POROS kolon (4.6 x 100 mm, objem 1.7 ml, při průtokové rychlosti kolem 10 ml.min-1). u uVýhody ve srovnání s chromatografií konvenční: nKapacita je vysoká, nezávisí na průtokové rychlosti. nRozlišení je vysoké, nezávisí na průtokové rychlosti. nRychlost separace je obvykle 10 - 100x větší než u konvenčních médií, řádově se pohybuje v minutách. Perfúzní chromatografie - princip UPLC stacionární fáze Waters UPLC stacionární fáze Waters Chipová chromatografie struktury vyleptané do křemíkové (Si) destičky výhody: rychlost analýzy, velikost, malá spotřeba vzorku (< nl !) nevýhody: práce s malými objemy (povr. napětí, elektrostatické interakce) Disk and MALDI target area doprava MF: pumpa, odstředivá síla, el. staticky Chipová chromatografie Agilent Detektory Detektory Refraktometrický detektor index lomu šum 10-7 dyn. rozsah 104 citlivost 10-7 g/ml Refraktometrický detektor ri_def Refraktometrický detektor Refraktometrický detektor „Light scattering“ detektor Rozptyl šum 10-8 dyn. rozsah 104 citlivost 10-9 g/ml „Light scattering“ detektor light_sc UV – VIS detektor detekční cela Absorbance šum 10-4 dyn. rozsah 104 citlivost 10-10 g/ml UV – VIS detektor detekční cela cell UV – VIS detektor s fixní vlnovou délkou uv_fix UV – VIS detektor s proměnlivou vlnovou délkou uv_var UV – VIS detektor s diodovým polem uv_darr Fluorescenční detektor Fluorescence citlivost 10-9 g/ml Fluorescenční detektor det_fluo Elektrochemický detektor elektrický proud citlivost 10-9 g/ml Elektrochemický detektor electr_d Konduktometrický detektor Vodivost šum 10-3 dyn. rozsah 106 citlivost 10-8 g/ml Konduktometrický detektor conduc_c Aerosolový detektor nabitých částic LC-MS počet iontů citlivost 10-13 g/ml LC-MS „Electrospray“ Ionizace Ion Trap Kvadrupol Šum a drift detektoru u u u u u uMez detekce S/N > 3 uMez stanovitelnosti S/N > 10 u noise > 3 Lineární rozsah detektoru de1_resp Derivatizace uzvýšení citlivosti nebo umožnění detekce vůbec u u zvýšení rozlišení nebo umožnění separace vůbec u uzamezení nežádoucí sorpce látek na koloně Požadavky na deriváty uchemické individuum u ustabilní u ureakce kvantitativní, rychlá, selektivní bez vedlejších produktů za mírných reakčních podmínek (pH, teplota) u učinidlo musí být dobře separovatelné od svých produktů na koloně jiné fyzikálně-chemickévlastnosti Derivatizace u„pre-column“ - před vlastní analýzou u u„post-column“ – za kolonou po analýze Derivatizace Vyhodnocení uZapisovače u uIntegratory u uIntegrační software + PC Zjištění plochy píků u zapisovačů vážením Zjištění plochy píků u zapisovačů planimetrem Zjištění plochy píků u zapisovačů výpočtem plocha = základna x výška Integrator Provedení uAnalytické u uPreparativní u Analýza kvalitativní uSrovnání retenčních časů (objemů) píků u vzorku a standardů u u„spiking“ – přidání standardu do vzoru ® nárůst výšky píků u uSpecifická detekce – UV-VIS, fluorescence, elektrochemická u uMS Analýza kvantitativní u¯ uPlocha (výška) píku u u Analýza kvantitativní uMetoda externího standardu u Analýza kvantitativní uMetoda vnitřního standardu u Analýza kvantitativní uMetoda standardního přídavku u Problémy při LC analýze LC analýza Countercurrent Chromatography Countercurrent Chromatography u u uMobilní fáze - kapalina u uStacionární fáze - kapalina Výhody uVysoká kapacita u uJednoduchý retenční mechanismus u uŽádné ireverzibilní sorpce u uMinimální denaturace u Countercurrent Chromatography „kapičková“ CCC g Countercurrent Chromatography rotační CCC Countercurrent Chromatography rotační CCC Countercurrent Chromatography Countercurrent Chromatography Plynová chromatografie Plynová chromatografie u u uMobilní fáze - plyn u uStacionární fáze - pevná fáze, u kapalina Výhody u uNižší viskozita mobilní fáze u uRychlejší difuze Nevýhody u uPoužitelné je pro těkavé látky u uLátky musí být termostabilní Schéma plynového chromatografu gcdiag Plynový chromatograf Zdroj nosného plynu Elektrické měření průtoku Nosné plyny Plyn Výhody Nevýhody N2 levný, bezpečná práce nízká tepelná vodivost H2 vysoká tepelná vodivost explosivní He inertní drahý Ar inertní drahý Příprava vzorků pro GC u uPlyny, kapaliny - přímo u uPevné látky - po derivatizaci Objemy dávkovaných vzorků u uPlyny - 0.5 – 5 ml u uKapaliny - 0.1 – 10 ml Způsoby dávkovaní vzorků u uPřes septum u uVentilem u uTermální desorpcí Stříkačkou „splitless“ „split“ Dávkovací stříkačka Rychlost dávkování Způsob dávkování Automatické dávkovače Ventilem Ventil Dávkování termální desorpcí gcdiag • Termostatování Kolony uNáplňové – ¼“ OD – ocel, sklo u délka 1m u uKapilární – 0.1 – 0.5 mm ID – u křemen, ocel, sklo u délka –10 - 100 metrů u Kolony Kolony Náplňová kolona Kapilární kolona Kapilární kolona Pevné stacionární fáze Aktivní uhlí, grafitizované uhlí - dělení plynů a lehkých uhlovodíků Silikagel - dělení anorganických plynů a nízkovroucích kapalin Molekulová síta (krystalické hlinitokřemičitany) - dělení plynů a lehčích uhlovodíků Porézní polymery (vinylbenzenové kopolymery) - dělení nízkomolekulárních uhlovodíků, anorganických plynů, alkoholů, esterů a ketonů Kapalné stacionární fáze Carbowaxy (polyethylenglykoly) Ucony (polypropylenglykoly) - polární stacionární fáze, s rostoucí Mr klesá polarita Polyestery (např. polyethylenglykoladipáty) - polární stacionární fáze - Silikonové stacionární fáze (polysiloxany) - často používané, široký rozsah polarity Eluce Eluce uIzotermální u u u uGradientová – zvyšování teploty – 400 oC Eluce Detektory u u uDestruktivní x Nedestruktivní u uUniversální x Selektivní Detektory Detektory Teplotně vodivostní detektor TCD uUniversální detektor uNedestruktivní detektor uLineární rozsah – 106 u uPrincip – změna tepelné vodivosti eluentu Teplotně vodivostní detektor TCD Teplotně vodivostní detektor TCD Plamenově ionizační detektor FID uSpecifický uDestruktivní uLineární rozsah – 107 u uPrincip – ionty vznikající spalováním vzorku vyvolávají nárůst proudu Plamenově ionizační detektor FID Plamenově ionizační detektor FID Detektor elektronového záchytu ECD uSpecifický uNedestruktivní uLinearní rozsah – 104 u uPrincip – interakce b- částic se vzorkem vyvolává pokles proudu Detektor elektronového záchytu ECD b- - 63Ni Detektor elektronového záchytu ECD GC MS permeační interface GC MS přímé spojení GC analysa Superkritická fluidní chromatografie Superkritická fluidní chromatografie u uMobilní fáze - superkritická u kapalina u uStacionární fáze - pevná fáze, u kapalina Superkritická kapalina Superkritická kapalina SFC x kompromis mezi GC a HPLC u uGC + vysoká difuze - vysoká teplota u + nízká viskozita - těkavé látky u uHPLC + nízká teplota - nízká difuze u + kapacita - rychlost analýz Superkritická fluidní chromatografie Výhody uSuperkritická kapalina se viskozitou blíží fázi plynné, hustotou fázi kapalné u uÚčinnosti srovnatelné s GC u uRychlost větší než u LC u uDobrá rozpouštěcí schopnost MF u u u Nevýhody uZařízení musí odolávat větším tlakům u uVyšší cenová náročnost při srovnání s GC a LC u u u u Superkritická fluidní chromatografie Superkritická fluidní chromatografie SFC analysa Superkritická fluidní extrakce Superkritická fluidní extrakce Superkritická fluidní extrakce uPoužívané kapaliny - CO2 u - levný, u - netoxický u - nízká kritická teplota u uPožívané modifikátory u - HCl – kyselé prostředí u - NH3 – bazické prostředí Superkritická fluidní extrakce uVýhody u- 10-100x rychlejší přestup hmoty u u- přímé ovlivnění extrakční síly měněním hustoty u (změnou tlaku nebo teploty) u u- velká redukce objemů extrahovadel u u- některá SF-extrakční činidla jsou za normálních u podmínek plyny (CO2) Þ jednoduché odpaření Superkritická fluidní extrakce uNevýhody u- matricové efekty – neg. vliv matric; interakce se vzorkem i extrakční tekutinou u u- složitá instrumentace – vysoké teploty a tlaky; práce s plyny (restriktor) u u FFF Field Flow Fractionation Field Flow Fractionation princip Field Flow Fractionation princip Používaná pole uSedimetační u uTermální u uHydraulické u uElektrické u u Field Flow Fractionation princip Field Flow Fractionation instrumentace Field Flow Fractionation instrumentace Preparativní FFF