CHROMATOGRAFIE • Plynová chromatografie - GC • Fyzikálně-chemická metoda dělení plynů a par využívající rozdělování složky mezi dvě nestejnorodé fáze, nepohyblivou (stacionární) a pohyblivou (mobilní), přičemž pohyblivou fází je plyn. ■ dělení nejen plynů, ale i obecně všech těkavých látek, bez ohledu na jejich skupenství při laboratorní teplotě (bod varu do 400°C) ■ NESMÍ DOCHÁZET K ROZKLADU LÁTEK ■ stacionární fází pevná látka - chromatografie plyn-pevná látka (GSC) adsorpční vlastnosti stacionární fáze, vlastnosti nosného plynu ■ stacionární fází kapalina - chromatografie plyn-kapalina (GLC). rozpouštění složky ve stacionární fázi kapalina tvořící stacionární fázi nanesena ve formě tenkého filmu na vhodném nosiči s velkým povrchem 8017 Plynová chromatografie - GC ■ při separaci dělené složky neseny kolonou inertním nosným plynem ■ složky se dělí mezi nosný plyn a stacionární fázi ■ stacionární fáze selektivně zadržuje určité komponenty na základě jejich rozdílných distribučních konstant dělení na koloně ^ vytvoří se zóny složek ■ vliv tenze par (bodu varu), vliv polarity látek ■ („PODOBNÉ SE ROZPOUŠTÍ V PODOBNÉM") ■ nepolární látky zadržovány nepolární stacionární fází ■ více či méně rozdělené komponenty postupně opouští kolonu v proudu nosného plynu ■ výstup z kolony sledován detektorem jako závislost odezvy detektoru na čase Plynová chromatografie - GC ■ MOBILNÍ FÁZE = NOSNÝ PLYN ■ transport látek ■ sám nepřechází do stacionárni fáze ■ používají se „PERMANENTNÍ PLYNY" ■ helium, dusík, argon, vodík - vysoká čistota, bez kyslíku ■ problém STLAČITELNOST PLYNÚ ■ LINEÁRNÍ RYCHLOST TOKU MOBILNÍ FÁZE NENÍ KONSTATNÍ - nelineárni TLAKOVÝ SPÁD na koloně - pokles tlaku na koloně - na výstupu běžně atmosférický tlak - zvýšení lineární rychlosti nelineární TLAKOVÝ SPAD na koloně - pokles tlaku na koloně, zvýšení lineární rychlosti oblast běžných hodnot poměrů tlaku na koloně základ pro výpočet kompresibilitního faktoru . 3 J = 2 ~í n^ IpoJ 2 -1 \PoJ 3 -1 Plynová chromatografie - GC • zařízení - PLYNOVÝ CHROMATOGRAF nosný plyn 1 7 8/~7 3 5 =0-----pttr > 9 6 1 .Regulace tlaku nosného plynu 2. Regulace průtoku nosného plynu 3. Dávkovač s vyhříváním-NÁSTŘIK 4. Chromatografická kolona 5. Detektor s vyhříváním 6. Termostat 7. Zesilovač signálu detektoru 8. Integrátor 9. Zapisovač (datastanice) D24D Plynová chromatografie - GC • zařízení - PLYNOVÝ CHROMATOGRAF 1 .Regulace tlaku nosného plynu 2. Regulace průtoku nosného plynu - JEHLOVÉ VENTILY 3. Dávkovač s vyhříváním - dávkování 0,1 až 5 pi vzorku - vyšší teplota nezje bod varu nejméně těkavé složky vzorku - do cca 350°C - dokonale proplachován nosným plynem 4. Chromatografická kolona - náplňová, kapilárni 5. Detektor s vyhříváním - různá odezva na nosný plyn a na eluovane složky 6. Termostat 7. Zesilovač signálu detektoru 8. Integrátor 9. Zapisovač (datastanice) D24D D24D Plynová chromatografie - GC • Kolony pro plynovou chromatografii • náplňové - trubice naplněné granulovaným materiálem • kapilární - OTEVŘENÉ - nosičem stěny kapiláry - PLNĚNÉ - stacionární fáze zakotvena na stěnách i na náplňovém nosiči Náplňové Kapilární Analytické Preparativní Otevřené Plněné Vnitřní průměr d [mm] 2-6 6 a více 0.1-0.5 0.3-1.0 Délka L [m] 0.5-6 2-6 10-100 0.5 - 50 H [mm] 1 1 -5 0.3 - 0.5 0.5 Plynová chromatografie - GC • Kolony pro plynovou chromatografii • náplňové - trubice naplněné granulovaným materiálem - sklo, nerezová ocel, měď, polymery - náplň - nosič křemelina, na ni zakotvena stacionární fáze - GLC - náplň - adsorbent - silikagel, alumina, aktivní uhlí, zeolity, mikroporézní polymery (kopolymery) - GSC • kapilární - až statisíce pater na délku kolony - zvýšení povrchu stěn naleptáním - stěny - tavený křemen (vnější povlak polyimid pro potlačení křehkosti křemene) - WCOT (WALL COATED OPEN TUBULAR) - PLOT (POROUS LAYER OPEN TUBULAR) - mechanicky nanesená či chemicky vázaná stacionární fáze Plynová chromatografie - GC • Kolony pro plynovou chromatografii -stacionárni fáze - substituované polysiloxany » nepolární - substituce methylovými skupinami »středně polární - substituce fenylovými skupinami »silně polární - CH2-CH2-CN, -CH=CH-CN - skvalan (isoalkan C30) - velmi nepolární - Carbowax 20 M (na bázi polyethylenglykolu) - silně polární stacionární fáze Plynová chromatografie - GC • Detektory - stabilita signálu v čase - velká citlivost - rychlá odezva na změnu složení eluentu - PLAMENOVÝ IONIZAČNÍ DETEKTOR ■ FID • (Flame Ionization Detector) - horaček s přívodem nosného plynu (eluentu) a vodíku » spálením složek - ionty a elektrony - elektrický tok mezi elektrodami (max. 300 V) » citlivé na uhlovodíkové skupiny » NECITLIVÉ - NH3, H20, H2S,oxidy dusíku, síry atp. Plynová chromatografie - GC v r PLAMENOVÝ IONIZAČNÍ DETEKTOR - FID elektrody r4} t D 0^ kolektor íl I plamen dýza (Pt) horák i D C Hn ^r ■j m čistý vzduch H2 analyzovaný plyn S Plynová chromatografie - GC Detektory - DETEKTOR ELEKTRONOVÉHO ZÁCHYTU ■ ECD • (Electron Capture Detector) - dvě elektrody s vloženým napětím emitor výtok eluentu "vkolektor J PROUDOVÁ ODEZVA í od kolony zdroj měkkého radioaktivního záření - 63Ni - záření ß záznam proudu mezi elektrodami Plynová chromatografie - GC • DETEKTOR ELEKTRONOVÉHO ZÁCHYTU ■ ECD - ionizace nosného plynu zářením ß • vhodné nosné plyny - N2, Ar+CH4 - záchyt elektronů ß záření molekulami složek A snížení hodnoty ionizačního proudu - vyhodnocují se změny proudu při průtoku eluentu detektorem - vhodný pro - konjugovane karbonylove sloučeniny, - nitrily, organokovové sloučeny - sloučeniny obsahující více atomů halogenů - např. pesticidy Plynová chromatografie - GC Detektory - TEPELNĚ VODIVOSTNÍ DETEKTOR ■ TCD • (Thermal Conductivity Detector) - odporové vlákno umístěné v proudu eluentu - vyhřáté na určitou teplotu, a to o cca 100°C vyšší než teplota okolního termostatovaneho bloku REFERENCE ZDROJ NAPĚTÍ TOK ELUENTU >M^ REFERENCE ZESILOVAČ PROUDOVÝ VÝSTUP TEPELNE VODIVOSTNI DETEKTOR ■ TCD • při průchodu čistého nosného plynu o stálém průtoku - žádná změna teploty vlákna (žádná změna jeho odporu) • při průchodu eluentu se složkami - změna tepelně vodivostních vlastností plynu - změna teploty vlákna - změna jeho odporu • vhodný nosný plyn s velkou tepelnou vodivostí - He, H2 REFERENCE ZDROJ NAPĚTÍ TOK ELUENTU zapojení dle Wheatstoneova můstku ----M—i REFERENCE ZESILOVAČ PROUDOVÝ VÝSTUP Plynová chromatografie - GC • TEPELNĚ VODIVOSTNÍ DETEKTOR ■ TCD • KATAROM ETR • teplota bloku a vlákna volena tak, aby nedocházelo ke kondenzaci složek eluentu • univerzální detektor - odezva prakticky na všechny látky • široký lineární dynamický rozsah • MALÁ CITLIVOST - VHODNÝ PRO ANALÝZU NEUHLOVODÍKOVÝCH PLYNŮ Plynová chromatografie - GC • VLIV TEPLOTY - S ROSTOUCÍ TEPLOTOU SE RETENČNÍ ČASY ZKRACUJÍ - otázkou je změna enthalpie při přenosu složky ze stacionární do plynné mobilní fáze (výparné teplo) - otázka teploty varu analyzovaných složek a jejich vzájemných rozdílů * málo těkavé složky - dlouhé retenční časy, široké píky * hodně těkavé složky - krátké retenční časy, více těkavých látek eluovánozároveň » PROGRAMOVANÁ TEPLOTA TERMOSTATU » TEPLOTNÍ PROGRAM - lineární růst teploty a isotermické prodlevy Plynová chromatografie - GC • KVALITATIVNÍ ANALÝZA - IDENTIFIKACE SLOŽEK * k detekci využít metodu umožňující identifikaci látek -MS, IČ, UV - detekce * porovnání retenčních časů složek s retenčními časy standardů za stejných podmínek chromatografickeho dělení - takové porovnání je třeba provést opakovaně při opakované analýze směsi na kolonách s odlišnou stacionární fází » způsoby vyjádření retenčních dat pro porovnání > specifické retenční objemy l/g > relativní retence vzhledem ke standardu > retenční indexy Plynová chromatografie - GC • KVANTITATIVNÍ ANALÝZA -1. krok ■ MĚŘENÍ PLOCH PÍKU » INTEGRACE, KOREKCE NA PRŮBĚH POZADÍ • DALŠÍ ZPRACOVÁNÍ - METODA VNITŘNÍ NORMALIZACE - METODA ABSOLUTNÍ KALIBRACE - METODA VNITŘNÍHO STANDARDU - METODA STANDARDNÍHO PŘÍDAVKU