elválasztástechnikai kutató és oktató laboratórium

Elválasztástechnika 2011 Eke Zsuzsanna

Elválasztástechnikai Kutató és Oktató Laboratórium

Elválasztástechnikakv1n1lv1


Kromatográfia

Olyan módszerek, ill. folyamatok gyűjtőneve, melyekben a

komponenseknek egy álló fázis és egy azon keresztül áramló mozgó

fázis közötti megoszlása következtében megy végbe a komponensek

térbeli elkülönülése (szétválása).

ElválasztástechnikaKromatográfia

GC HPLC

TLC

OPLC

…

Elektroforetikus

módszerek

Centrifugálás

Szűrés DialízisLiofilizálás

Extrakciós

módszerek

…Szitálás


gáz/szilárdgáz/folyadék oszlop planáris

Kromatográfiás módszerek csoportosítása

gáz folyadék

töltetes kapilláris folyadék/szilárd folyadék/folyadék

(megoszlási)

normál fázisú fordított fázisú

ioncserélő

méret kizárásos affinitás

ionpár


A kromatogram

Kromatogram:

A detektor jelének intenzitása az idő függvényében.

Idő

Jel


A kromatográfiás csúcs

min3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8

mAU

0

10

20

30

40

50

60

DAD1 A, Sig=254,4 Ref=off (DEMO\ISOCRA.D)

4.1

38

hh

0,5 h0,5 h

0,1 h0,1 haa bb

WW1/21/2

22 = a/b

Szimmetria

faktor

Ideális esetben:

T = 10,6 h0,6 h

=W=Wii

W=4W=4 Gauss görbe 220 2/exp xyy alapvonal

a>b: leading

b>a: tailing


A KROMATOGRAM

min0 1 2 3 4 5

mAU

0

20

40

60

80

100

120

140

DAD1 A, Sig=254,4 Ref=off (DEMO\ISOCRA.D)

0.9

11

1.2

07

2.2

07

4.1

38

A

C

B

D

t0

tR A

tR B

tR C

tR D

tR Retenciós idő: az injektálástól a csúcsmaximum megjelenéséig eltelt idő

t0 Holtidő: a retencióval nem rendelkező komponens „retenciós” ideje

0, ttt RR

Korrigált retenciós idő:


k, α, R

0

0

0

,

t

tt

t

tk RiRii

Retenciós tényező (=kapacitás faktor)

,

,

Rj

Ri

t

t

0

0

tt

tt

Rj

Ri

j

i

k

k

Elválasztási tényező (=szelektivitási tényező)

22

,,

CD

RCRD

wwtt

R

Felbontás

w

tR,


Ismétlés vége


Tányérelmélet

• A desztilláció analógiájára

• A desztillációs folyamat során az

elválasztás egyensúlyi fokozatok

sorozatából tevődik össze, ahol

egyensúlyi fokozaton, azaz

elméleti tányéron a rektifikáló

oszlop azon szakasza értendő,

ahol a két fázis egyensúlyba jut.

1 – metán

2 – acetilén

3 – etilén

4 – etán

5 – metil-acetilén

6 – propilén

7 – propán

A kromatográfia NEM egyensúlyi

folyamat!


TÁNYÉRSZÁM

2

Rtn

2

16

w

tR

tR nagy Sok idő a csúcsszélesedésre

Tányérszám2

21

545,5

w

tR

Effektív tányérszám

2,

RtN

2,

16

w

tR2

21

,

545,5

w

tR

Csak adott komponens és kromatográfiás rendszer párosára

értelmezhető!


HEPT

Elméleti tányérhossz

azaz Height Equivalent to a Theoretical Plate

n

LH

HEPT:


Sebességi elmélet

Diffúzió

Longitudinális diffúzió az álló és a mozgó fázisban

Áramlásprofil kialakulása

Eddy diffúzió

Anyagátadási ellenállás


A van Deemter egyenlet

N

LH

Elméleti tányérmagasság:

0t

Lu

Lineáris áramlási sebesség:

uD

d

k

k

u

qDAH

f

fg2

22 )1(

82

uC

u

BAH

qa szemcsék közötti holt térre

jellemző állandó

Dg

a komponens diffúziós állandója a mobil fázisban

k retenciós tényező

df az állófázis filmvastagsága

Df

a komponens diffúziós állandója az állófázisban


A csúcsszélesedés további lehetséges okai

Az elektronika hibája (nem elég gyors, nem megfelelő csillapítás stb.)

Az injektor és oszlop valamint az oszlop és a detektor közötti térben a

lamináris áramlás és a lehetséges holtterek miatti elkenődés

A detektorban előfordulhat ún. „visszakeveredés”

Az injektor nem ideális „négyszög”-jelet produkál, hanem egy viszonylag

meredek felfutású és viszonylag lassú lefutású csúcs-alakú jelet


Alap egyenlet

11

41

kk

nR

Hatékonyság

Szelektivitás

Kapacitás


A gázkromatográf felépítése

Purpose Of This CourseTo learn the operations of the 6890 G.C. while achievinga basic understanding of the function and impact each ofof the G.C. components has on sample analysis and to learn beginning troubleshooting skills.

Column

Regulators

Air

Hyd

rog

en

Ca

rrier

Ga

s

Gas Purifiers

InjectionPort

Detector

PC


HP 5890


Agilent 7890


Fűtött egységek

CarrierGas

Column

DataSystem

Heated to Vaporize

Sample

Heated to

Keep Clean

Heated to

Control Separation

Integrator

ColumnColumn

DetectorDetector

InjectionPortInjectionPort


Gázkromatográfiás oszlpok

Töltetes Kapilláris

WCOT

(narrow)

WCOT

(wide)Megabore

<1 ng/csúcs1 ng/csúcs10 ng/csúcs100 ng/csúcsMintakapacitás

5-901-401-2010-90Nyomásesés (psi)

0.3-8.01-154-3010-60Áramlási sebesség (ml/min.)

.05-0.20.25-0.320.5302-4I.D. (mm)

5-1005-1005-1000.5-10Hossz(méter)

Kapilláris

Töltetes

Wall Coated Open Tubular (WCOT)Porous Layer Open Tubular (PLOT)


Milyen a jó oszlophossz?

N

LR

Lt

L

R


Kapilláris oszlop


A gáz-szilárd kromatográfia álló fázisai

Szervetlen adszorbensek:

Aktív szenek

Al2O3 (alumina)

Szilikagél

Molekula sziták (Molecular sieve 5A, Linde 13X stb.)

Szerves adszorbensek:

Sztirol-divinil-benzol kopolimer különböző típusai

Például: Chromosorb 101-108 sorozat, Porapak Q


A gáz-folyadék kromatográfia állófázisai

SzerkezetNéhány gyártó cég

márka jelzése

Alkalmazhatóság hőmérséklet

tartománya (C)HP-1, SPB-1, RTX-1,

DB-1, CP-Si5CB, OV-1

-60 – 320

HP-5, SPB 5, RTX-5, DB-5, CP-Sil8CB,

OV-520 – 280

HP 20M, Carbowax 20M, Supelcowax 10,

CP-WAX52CB, RTXWax

20 – 250

SP 2330RTX 2330

D2340 – 230

Si

CH3

CH3

O* *n

Si O* Sin O *

C6H5

C6H5

m

CH3

CH3

H

H

H

H

OOH Hn

Si

C3H6CN

CH3

O* *n

Poli-dimetil-sziloxán

(PDMS)

Poli-fenil-metil-

sziloxán

Poli-etilénglikol

(PEG)

Ciano-propil-

sziloxán


Az állófázis szelektivitása

1. C11

2. 4-chlorophenol

3. 1-decylamine

4. C13

5. methyl caprate

6. C14

7. acenaphthylene

8. 1-dodecanol

9. C15

1

23

4

5

6

7

89

1 2

3

4

6

9

87

5% phenyl methyl silicone

(e.g. DB-5)

50 % phenyl methyl silicone

(e.g. DB-17)Structure of acenaphthylene:




Column

Regulators

Air

Hyd

rog

en

Ca

rrier

Ga

s

Gas Purifiers

InjectionPort

Detector

PC


A hőmérséklet hatása a retenciós időre

RT

GK i

ln

állófázis

mozgófázisii V

VkK

lnln

RT

Gki


Csúcsszélesedés

oszlop:

80cm x 2mm ID, Carbosieve B

80/100, 200°C izoterm

1 – metán

2 – acetilén

3 – etilén

4 – etán

5 – metil-acetilén

6 – propilén

7 – propán

A

HŐMÉRSÉKLET-PROGRAMOZÁS

segít

A

HŐMÉRSÉKLET-PROGRAMOZÁS

segít


Egy oszlop doboza


Mozgófázis

A gázkromatográfiában

mindig GÁZ!


Nitrogen(58 cm/sec)

Helium

(58 cm/sec)Hydrogen

(58 cm/sec)

R = 1.17 R = 1.37

Mozgófázis

Average Linear Velocity (cm/sec)

HETP(mm)

1.2

1.0

.8

.6

.4

.2

10 20 30 40 50 60 70 80 90

N

He

H2

2




Column

Regulators

Air

Hyd

rog

en

Ca

rrier

Ga

s

Gas Purifiers

InjectionPort

Detector

PC


Injektálás

•Reprodukálható

•Reprezentatív (minőségileg és mennyiségileg is)

Követelmények:

A minta lehet: gőz, gáz vagy folyadék

Mintabemérő hurok

FecskendőEgyéb


Mintabemérő hurok

A hurok feltöltése

Minta be

Vent

Vivőgáz be

oszlop


Mintabemérő hurok

Injektálás

Minta be

Vent

Vivőgáz be

oszlop


Injektor típusok

Töltetes oszlop -on column injektor

Kapilláris oszlop -split/splitless injektor

-programozható hőmérsékletű injektor

Minta-előkészítéssel egybekötött injektálási

technikák (pirolizátor, TDU…)

elválasztástechnikai kutató és oktató laboratórium

Documents