كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع

1. هدف كلي : آشنائي با مباني نظري و عملي انواع كروماتوگرافي , دستگاهوري و كاربرد آنها درروشهاي كروماتوگرافي با روشهاي فيزيكي و به وسيله توزيع متفاوت بين دو فاز ساكن و متحرك دو يا چند تركيب در يك مخلوط از همديگر جدا ميشوند فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع

2. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع انواع كروماتوگرافي بر اساس فاز ساكن و فاز متحرك 1ـ كروماتوگرافي مايعLiquid Chromatography (LC) فاز متحرك مايع است 2ـ كروماتوگرافي گازيGas Chromatography (GC) فاز متحرك گاز است 3ـ كروماتوگرافي گازـ جامدGas-Solid Chromatography (GSC) فاز ساكن جامد است 4ـ كروماتوگرافي گازـ مايعGas-Liquid Chromatography (GLC) فاز متحرك مايع است

3. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع انواع ديگر كروماتوگرافي 5- كروماتوگرافي با عملكرد بالا(HPLC) High Performance Liquid Chromatography 6-كروماتوگرافي مايع ـ مايع(LLC) Liquid-Liquid Chromatography 7-كروماتوگرافي كاغذي (PC) Paper Chromatography 8-كروماتوگرافي لايه نازك(TLC) Thin Layer Chromatography

4. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع اصول و مباني كروماتوگرافي مايع جداسازي سهجزء اصلي

5. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع

6. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع هر جزء(x)ضمن حركت در ستون بين دو فاز ساكنStationary Phase (S)و متحركmobile Phase (m)تقسيم ميشود • هر چهKxبزرگتر باشد جزءx تمايل بيشتري به ماندن در فاز ساكن دارد و كندتر حركت ميكند و برعكس اگرKxكوچك باشد جزءx بيشتر تمايل دارد در فاز متحرك باقي بماند و به همراه آن سريعتر حركت كند در نتيجه سريعتر از ستون خارج شده و اين پديده باعث جداسازي اجزاء ميشود Xm Xs , Kx = [X]S / [X]m

7. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع كروماتوگرام مربوط به سه جزء فرضي • كروماتوگرام : رسم تغييرات غلظت بر حسب حجم فاز متحرك يا زمان خروج

8. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع حالت عمومي انتقال گونه روي فاز ساكن

9. كروماتوگرافي جذبي ياكروماتوگرافي مايع ـ جامد(LSC)بر اساسبرهم كنش بين مولكولهاي حل شده و نقاط مناسب و فعال روي سطح فاز جامد بوجود ميآيد معمولاً نقاط فعال يوني هستند و تركيبات قطبي تر را بيشتر جذب ميكنند . مثل جداسازي الكلها و تركيباتهيدروكربني . فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع كروماتوگرافي جذبي(adsorption chromatography)

10. مولكولهاي حل شده بر اساس قدرت انحلال نسبي بين دو مايع غير قابل اختلاط(emissible phases) كه فاز ساكن و متحرك را تشكيل ميدهند توزيع مي شوند . فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع كروماتوگرافي تقسيميPartition Chromatography يا كرماتوگرافي مايع ـ مايع(LLC)

11. جدا سازي بر اساس يونهاي موجود در فاز متحرك و يونهاي جاذب مخالف در فاز جامد انجام ميشود فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع كروماتوگرافي تعويض يونيion exchange chromatography

12. بر اساس اندازه مولكولها جداسازي انجام ميشود فاز ساكن از نظر شيميايي بي اثر است . مولكولهاي كوچكتر در منافذ گير ميكنند و مولكولهاي بزرگتر سريعتر از ستون خارج ميشوند فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع كروماتوگرافي طرد مولكوليSize-exclusionchromatography

13. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع مباني تئوري كروماتوگرافي • هدف : جداسازي اجزاء يك مخلوط در زمان نسبتاً كوتاه K'x=درفاز ساكنx تعداد كل مولكولهاي / درفاز متحركx تعداد كل مولكولهاي = (Vs/Vm)([x]s/[x]m) = (Vs/Vm)Kx حجم فاز متحرك = Vmحجم فاز ساكن = Vsفاكتور ظرفيت = K'x Vr = Vm(1+ K'x) = Vm+VsK'x حجمبازداري = Vrزمان بازداري = trزمان عبور حلال خالص = to Vr = F trVm = F to F = (ml/min) سرعت حلال شوينده K'x = (tr-to)/to

14. مسافت طي شده توسط حلال مسافت طي شده توسط جزء مورد نظر فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع در كروماتوگرامTLCوPCبجاي حجم بازداري يا زمان بازداري از درجه بازداريRfاستفاده ميشود Rf =

15. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع كارآيي ستون • كارآيي ستون به سرعت پهن شدن نوار در موقع حركت ماده حل شده در ستون (عرض پيك كروماتوگرام)بستگي دارد و آن عبارت است از تعداد سطوح نظري در ستون(N)كه از كروماتوگرام بدست مي آيد N = 16 (tr/tw)2 H = L/N عرض پيك جزء مورد نظر بر حسب زمان = tr طول ستون = L ارتفاع سطوح فرضي = H جداسازي بهتركارآيي ستون بهتركوچكترHبزرگتر N

16. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع عوامل پهن شدن پيكها (عوامل بزرگ شدنH): سرعت زياد فاز متحرك فضاها و حفره هاي خالي در لابلاي فاز ساكن حركتهاي گردابي و چرخشي فاز متحرك مجموع عوامل مؤثر رويH و در نتيجه پهن شدن پيكها : H = [1/(1/Hed) + (1/Hmp)] + Hld + Hsm + Hsp Hed = پخش گردابي , Hmp = انتقال جرم مربوط به فاز متحرك Hld = پخش و نفوذ طولی ماده حل شده Hsm = انتقال جرم مربوط به فاز متحرك بي حركت شده Hsp = انتقال جرم ماده حل شده به فاز ساكن

17. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع قدرت تفكيك در كروماتوگرافي (Resolution) R = (trB - trA)/(twA + twB) tr = زمان تأخير براي هر جزء tw = عرض پيك هر جزء R  0 پيكهاي قابل تشخيص نيست R ~ 1 حداقل جداسازي كمي R ~ 1.5 جداسازي كامل

18. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع عامل گزينندگي : (Selectivity factor)يا بازداري نسبي  = (trB - to)/(trA + to) = K'B / K'A • هر چه مقداربه يك نزديكتر باشد جداسازي مشكلتر است

19. قدرت تفكيك ضعيف (A) قدرت تفكيك خوب كارآيي خوب ستون (B) قدرت تفكيك خوب گزينندگي خوب (C) قدرت تفكيك ضعيف فاكتور ظرفيت كم (D) فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع اثر گزينندگي ، كارآيي و فاكتور ظرفيت بر قدرت تفكيك

20. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع عوامل مؤثر بر قدرت تفكيك R = ¼N (-1 /) (K‘/1+K‘) فاکتور ظرفيت گزينندگی کارائی N  0 K‘ 0  R  0   1 قدرت تفكيك از بين ميرود اين سه عامل راميتوان طوري تنظيم كرد كه شرايط بهينه حاصل شود.تمام عوامل را بطور همزمان نميتوان در حد دلخواه بهبود بخشيد

21. ظرفيت فاز ساكن براي پذيرش نمونه در كارهاي عملي عامل مهمي است كه بايد بهينه شود ارتباط عوامل در كروماتوگرافي فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع ظرفيت ستونبراي پذيرش نمونه

22. ابعادكاغذ 5x20 cm 20x20 cm قطر لكه حداكثر 2mm وزن نمونه10-50g فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع كروماتوگرافي كاغذي PaperChromatography

23. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع آشكارسازي درPC پس از جدا سازي و خشك شدن صفحه نركيبات جدا شده به روشهاي شيميايي يا فيزيكي شناسايي مي شوند براي تركيبات بي رتگ از سونهاي رنگي شناخته شده استفاده مي شود بعضي از تركيبات آلي غير اشباع داراي خاصيت فلوئورسانس هستند كه به وسيله يك لامپUV به سادگي قابل تشخيص هستند براي بعضي تركيبات از يك ماده شاهد كه مشابه نمونه است استفاده مي شود مسافت طي شده توسط ماده استاندارد/ xمسافت طي شده توسط تركيب موردآزمايش =Rx

24. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع كروماتوگرافي لايه نازك(TLC)Thin Layer Chromatography • سطح صفحاتي از جنس شيشه ، آلومينيوم ، پلاستيك با يك پودر جامد متخلخل متشكل از ذرات ريز به قطر5-40mپوشيده مي شود كه فاز ساكن را تشكيل مي دهد • اين مواد شامل سليكاژل ، آلومين ، سلولز ، پلياميد و رزينهاي تعويض يوني هستند • ضخامت لايه بين0.2-0.3 mmبراي كارهاي تجزيه و 2-10mmبراي كارهاي كمي و تهيه اي

25. فصل نهم :كروماتوگرافي فاز جامد و فاز مايع كروماتوگرافي ستوني مايع • كروماتوگرافي ستوني مايع معمولي كه مايع براساس نيروي سقل از بالا به پائين حركت مي كند . • كروماتوگرافي مايع با عملكرد بالا(HPLC)يا كروماتوكرافي مايع با سرعت بالا(HSLC)در اين روش قدرت تفكيك و حساسيت زياد است و مي توان جدا سازي و اندازه گيري را همزمان انجام داد . • در اين سيستم طول ستون زياد و عرض آن كم است . فاز متحرك با فشار بالا در ستون رانده مي شود ذرات فاز ساكن بسيار ريز و فشرده هستند و اين امر باعث ايجاد يك فشار معكوس مي شود

26. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: فصل دهم : Gas Chromatography (GC) كروماتوگرافي گازي هدف كلي : _ آشنايي با مباني نظري و عملي ، دستگاه هوري و كاربردهاي كمي و كيفي . _ در اين روش فاز متحرك بخار يا گاز است و فاز ساكن جامد يا مايعي است كه بر بستر جامد قرار گرفته است

27. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: اصول و مباني(GC) V'r = Vr - Vo V'r = حجم بازداري تنظيم شده يا حجم فاز شوينده Vo = حجم بازداري فاز شوينده براي جزيي كه در ستون توقفي ندارد Vr = حجم بازداري t'r = tr - to t'r = زمان بازداري تنظيم شده يا زمان عبور فاز شوينده to = زمان عبور فاز شوينده از ستون براي جزيي كه در ستون توقفي ندارد tr = حجم بازداري Vr = tr Fc Fc = سرعت جريان تنظيم شده

28. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: درGCچون فاز متحرك گاز است و گاز نسبت به مايع تراكم پذير است مي بايست روي حجم تنظيم شده تصحيحي انجام شود تا حجم واقعيVnبه دست آيد Vn = J V’r J = 3/2 [(Pi/PO)2 – 1 / (Pi/PO)3 – 1] Pi = فشار ورودی PO= فشار خروجی J = ضريب تصحيح

29. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: دستگاهوري كروماتوگرافي گازي :

30. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم:

31. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم:

32. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: Injector Detector Column in Oven

33. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: ستونهاي كروماتوگرافي گازي: • جنس ستون : آلومنيوم ، مس ، فولاد زنگ نزن و شيشه يا كوارتز. • فاز ساكن : ذرات جامد بي اثر با اندازهاي مساويازجنس دياتومه دريايي . • طول ستون : 25-100mو قطر داخلي0.3-0.6 mm • ستونهاي کاپيلاری (موينيه) با حجم و قطر كمتر براي تجزيه مقادير كم به كار مي رود .

34. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: مواد پايه در ستونهاي كروماتوگرافي گازي • اين مواد بايد پرمنفذ و سطح زيادي داشته باشند . معمولا خاك دياتومه دريايي كه از اسكلت جلبكهاي دريايي كه متشكل از سيليس آبدار بي شكل استفاده مي شود • مايع فاز ساكن روي اين مواد اندود مي گردد و در مجموع فاز ساكن مايع را تشكيل مي دهد • اگر اندود كامل نباشد بخشي از مواد پايه به صورت فاز جامد جاذب عمل مي كنند

35. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: براي بهبود مرحله اندود قبل از اندود كردن عمليات شستشو با اسيد سيلان دار كردن و غيره انجام می شود.

36. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم:

37. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: خواص مواد پايه دياتومه اي

38. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: مشخصات تعدادي از موادی كه بعنوان فاز ساكن به كار مي رود

39. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم:

40. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: تهيه ستون: • سه عامل مهم در تهيه ستونهاي كروماتوگرافي گازي بكار مي رود: 1- آغشته كردن ماده پايه به فاز ساكن مايع . 2- پركردن ستون از اين ماده پركننده . 3- آمادهسازي ستون قبل از نصب در كروماتوگرافي و استفاده از آن • ستون مناسب ستوني است كه در زماني كوتاه ؛ بهترين نتايج از آن حاصل شود .

41. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: سيستم ورودي به ستون: • سيستم ورودي مي بايست با دماي بالا باشد كه به محض ورود نمونه ، به بخار تبديل شود • حجم نمونهدرحد نانوليتر كه با سرنگهاي ميكروليتر تزريق مي شود • انواعسيستمهاي ورودي : 1- سيستم ورودي يكجا تبخير كننده 2- سيستم ورودي شكافنده

42. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: سيستم ورودي يكجا تبخير كننده

43. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: سيستم ورودي شكافنده

44. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: آشكارسازهاي معمولي دركروماتوگرافي آشكارساز هدايت گرمايی(TCD)Thermal Conductivity Detector آشكارساز يوني شدن دراثر شعله(FID)Flame Ionization Detector آشكارساز ربايش الكترون(ECD)Electron Capture Detector

45. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: تجزيه كيفي • شرايط مناسب براي ستون ـ مواد پركننده ـ فاز مايع ـ سرعت عبور گاز حاصل وبرنامه دمائي براي جداسازيهايخوبلازم است • تأثير دما و برنامه دمايي بر كيفيت جداسازي شرايط همدما دمايبرنامه ريزي شده

46. (GC)كروماتوگرافي گازيفصل دهم: تجزيه كمي • سطح زير پيك متناسب با غلظت تركيب مربوط به آن پيك است • منحني كاليبراسيون با مواد استاندارد بجاي تعيين سطح زير پيكها ضروري است • تجزيه گازي خروجي از دودكشهاي صنعتي جهت اندازه گيري مواد سمي و سرطان زا • اندازه گيري مواد مخدر و مواد بيولوژيكي در خون و ادرار • اندازه گيري داروها ، بعضي از سموم و مواد غذايي