Detektorok

1. Detektorok Feladatuk a kolonnából kilépő vívőgáz-áramban megjelenő komponensek folya-matos, gyors és érzékeny észlelése, az anyagmennyiséggel, vagy a koncentráció-val arányos jel szolgáltatása. Többféle, vagy egyszerre több detektor is alkalmazható! Szabályozott fűtés 400C-ig.

2. Detektorok jellemzése1, Linearitási tartomány Válaszjel Dinamikus tartomány Lineáris tartomány Mennyiség vagy koncentráció

3. 2, Érzékenység • Kalibrációs görbe meredeksége = d (válaszjel) d (koncentráció) • Közhasználatban a mérhető legkisebb koncentrációt is jelentheti! • Kimutatási határ (limit of detection = LOD) • A kimutatási határ a mért alkotónak az a legkisebb mennyisége, amely az adott módszerrel megbízhatóan megkülönböztethető a vak mintától. • Megállapodás szerint, egy adott komponens: J LOD = J vak + 3 s vak J = válaszjel S vak = vakminta válaszjelének tapasztalati szórása

4. Kimutatási határ- LOD >3×zaj alapvonal zaj Gyakorlatban alapvonal emelkedés

5. 3, Szelektivítás • Szelektivitás ill. specifikusság alatt értjük az adott detektor kiemelkedő érzékenységét a vegyületek bizonyos csoportjára. • Specifikus detektorok azok, amelyek elemekre, elemek bizonyos csoportjára, funkcióscsoportokra, vagy egyéb tulajdonságokra szelektíven adnak értékelhető jelet. Mátrix hatás csökkentése! • Univerzális detektorok azok, amelyek minden, az oszlopról eluálódó komponensre értékelhető jelet szolgáltatnak. Ilyen a tömegspektrométer (MS Mass Spectormeter).

6. Lángionizációs detektor FLAME IONIZATION DETECTOR, (FID) Kollektor elektród Mikroégő - jet

7. A lángionizációs detektor egy kisméretű H2/levegő gáz-eleggyel táplált láng, amely fölé elektródpárt kapcsolnak. Az égés során a lángba bejutó szerves anyag először termikusan bomlik (pirolízis), utána oxidálódik, majd ionizálódik, mely lépésben a molekulák C atomszámával arányos számú e- keletkezik. • Pirolízis: CnHm → n CH. + (m-n) H. • Oxidáció: n CH. + n O. → n CHO. • Ionizáció: n CHO. → n CHO+ + n e-

8. Az ionok és e- képződése → gyenge áram, mely erősítés után mérhető és a komponens koncentrációjával (C atom-számával) arányos jelet szolgáltat. Érzékeny – 10-12 g/anyag Széles linearitási tartomány: 107

9. Kapilláris oszlopok esetén make-up gázt kell keverni a hidrogénhez (vivőgáz), hogy nagyobb jelet kapjunk, ez általában N2. • Ideális esetben - hidrogén:(vivőgáz+make-up gáz) = 1:1 • Nagyon széleskörben alkalmazott detektor. • Majdnem univerzális, kivételek: • Formaldehid, hangyasav, N2, O2, nemesgá-zok, CO, CO2, SO2, SO3, H2S, NO, NO2, NH3, HX és H2O.

10. PIANO analízis

12. Tömegspektrometria • A tömegspektrometria olyan vizsgálati módszer, amelynél ionos részecskéket választunk el fajlagos tömegük (töltésegységre eső tömegük: m/z) szerint, csökkentett nyomáson, elektromos, vagy mágneses mezők segítségével. • Az elválasztott ionok intenzitását folyamatosan mérjük, s így egy ionáram intenzitás - fajlagos tömeg függvény-kapcsolathoz, az ún. tömeg-spektrumhoz jutunk. • Ez a tömegspektrum a minőségi információ alapja - fingerprint.

13. Tömegspektrométer részei • Mintabeviteli rendszer (közvetlen: gáz, folyadék, vagy szilárd minta bevitele, közvetett: GC, HPLC. • Ionforrás az ionoptikával (ionok előállítása). • Analizátor (ionok elválasztása fajlagos tömegük szerint). • Detektor (ion, vagy fotonsokszorozó). • Vákuumrendszer (első fokozat egy olajrotációs szivattyú (0,1 kPa), a második egy turbomole-kuláris pumpa, mellyel 10-6-10-8 kPa nyomást lehet elérni). • Számítógép szabályzó és adatkezelő (adatgyűjtő, feldolgozó, értékelő, archíváló) funkcióval.

14. Ionforrások Feladata: a vizsgálandó molekulából valamilyen gerjesztő energia (kinetikus, fény, elektromos, kémiai, stb.) segítségével ionokat hozzon létre és ezeket az ionokat lehetőleg azonos kinetikus energiával, egy nyalábban mozgatva, gyorsítva juttassa az analizátorba. 1, Elektronütközési (elektronimpakt) ionizáció (EI) • Leggyakoribb (95%) • 50-75 eV energiájú termikus elektronok (wolfrámizzószál) • Ütközési ionizáció gázfázisban

15. EI ionforrás V tér 1: mintabevezető nyílás; 2: ionvisszaverő lemez (repeller); 3: izzószál; 4: elektronbevezető nyílás; 5 és 6: iongyorsító rés; 7: belépő nyílás; 8: ionképződés helye; 9: anód

16. Etilbenzol spektruma bázis csúcs Relatív intenzitás molekulaion

17. Aromás rendszerek jellegzetes ionfragmensei: 91 - tropílium-kation, nagyon stabil részecske, 77 - fenil-kation, 65 és 51.

18. 2, Kémiai ionizáció (CI) • Kíméletesebb ionizáció • Fragmensek számának csökkentése (tömegspektrum egyszerűsítése). • A mérendő mintát az elektronforrásba belépése előtt "reagens" gázzal kb. tízezer-szeresére hígítják. • A reagens gáz molekulái ionizálódnak. Az így keletkezett primer ionok ütközése a vizsgá-landó molekulákkal vezet a szekunder ionok képződéséhez.

19. Kémiai ionizáció főbb lépései metán gáz esetén Primer ionképződés: Szekunder ionképződés: Pszeudo-molekulaion képződése

20. MS-ANALIZÁTOROK • Az analizátor választja el az ionforrásból nagy sebességgel érkező ionokat fajlagos tömegük szerint. Fajtái: 1. repülési idő (TOF: time of flight), 2. elektromos, pl. kvadrupól és ioncsapda, 3. mágneses analizátorú, 4. elektrosztatikus, 5. kettős fókuszálású (nagy felbotóképességű), 6. tandem (MS/MS, MSn) .

21. V/V0 = állandó ω a meghatározó!

22. Ioncsapda – Ion Trap (IT)

23. Az elektronemitterből érkező elektronok egy kapuelektródon át 50-80 eV-os energiával jutnak be az ioncsapda elektródok közé, ahová a mintát is bevezetjük. Ionizáció (EI, CI). • Az ioncsapda elektródok olyan háromdimenziós teret hoznak létre, amelyben az ionok aperiodikus oszcillációra kényszerülnek, s a csapdában vannak mindaddig, amíg egy axiális amplitúdó moduláció (RF változtatása) az adott fajlagos tömegű és adott rezgésre képes iont az ionsokszorozó detektorba nem juttatja. • Érzékenyebb, mint a kvadrupól. • Kis helyigény. • MS/MS könnyen megvalósítható.

24. Detektor • A detektor fő feladata az, hogy az egyes ionok számával arányos intenzitású jelet szolgáltasson. A legelterjedtebben ion-, vagy fotosokszorozó detektorokat használunk. • Az ionsokszorozók (ionmultiplierek) eseté-ben a felfogó elektródra (dinód) becsapódó ionok elektronemissziót váltanak ki, ezek az elektronok a szemben elhelyezkedő elek-tródra csapódva szekunder elektronemisz-sziót hoznak létre (106-108 jelerősítés).

26. Kvadrupól analizátorú GC-MS-DS (DS: data system, adatfeldolgozó rendszer) vázlata

27. Tömegspektrométerek jellemző adatai • 1. felbontóképesség, • 2. tömegtartomány, • 3. felvételi sebesség, • 4. kimutatási határ, • 5. ionátviteli hatásfok, • 6. hőmérséklettartomány.

28. A felbontóképesség: adott tömegtartományban két egymás melletti, eltérő tömegű ion mennyire különböztethető meg egymástól.

29. Tömegspektrometria alkalmazása • gázelemzés: lámpa töltőgázok elemzése, fermen-tációs gázelegyek. • izotóparány mérés: kőzetek, ásványok, biológiai rendszerek elemeinek izotóparány meghatá-rozása (pl. geológiai kormeghatározás, fossziliák kora). • szervetlen környezetszennyezők elemzése: ICP-MS. • szerves szerkezetvizsgálat (pontos tömegmérés, elemösszetétel, szerkezet meghatározása céljá-ból). • szerves rendszerek minőségi és mennyiségi összetételének meghatározása (GC-MS, LC-MS).

31. Mennyiségi elemzés • Kalibrációs módszer - külső standard módszer Különböző ismert koncentrációjú oldat kromatográfiás csúcs alatti területét mérjük, majd ezek felhasználá-sával kalibrációs egyenest készítünk, melynek iránytangense az érzékenység. Ismeretlen minta koncentrációja az általa szolgáltatott terület / az érzékenység: Kalibrációs egyenes képlete Ai: az i-edik komponenscsúcsterülete, wi az i-edik komponens mennyisége

33. http://www.earl2learn.com/earl_demo/earl_loadscreen.aspx?sco=9&earlversion=2&ass=&log=false&indiv=&clid=0&path=sco9/hplc_2_6_11.htm&bAccessScreenDirectly=truehttp://www.earl2learn.com/earl_demo/earl_loadscreen.aspx?sco=9&earlversion=2&ass=&log=false&indiv=&clid=0&path=sco9/hplc_2_6_11.htm&bAccessScreenDirectly=true Quantitative and qualitative HPLC

34. Belső standard módszer • Egy ún. belső standardot - mindig azonos mennyiségben hozzáadunk, mind a kalibráló oldatokhoz, mind a mintákhoz. A relatív érzékenység (fi) használatán alapszik. • Előnye, hogy kiküszöböli a térfogatos mintabevitelből adódó hibát (a minta komponenseinek teljes és pillanatszerű elpárologtatásának hiánya). Kalibrációs egyenes képlete Ai = ai + bi wi AS Asa belső-standard csúcsterülete az aktuális kromatogramban, wi az i-edik komponens mennyisége a belső standard mennyiségével osztva.

36. Alkalmazhatóságának feltételei • A mintában biztosan ne forduljon elő. • Kémia és fizikai tulajdonságai hasonlóak legyenek a meghatározandó komponensekéihez. • A minta egyik komponensével se lépjen fel együttes elúció (koelúció).

37. Származékképzési reakciók • Célja: a mérendő komponens átalakítása valamilyen speciális kémiai reakcióval, annak érdekében, hogy a keletkezett termék könnyen gázkromatografálható legyen. • Illékonyság és termikus stabilitás növelése. • H-hídképzés csökkentése → csúcsalak javítása • Átalakítandó funkciós csoportok: • - OH, - COOH, -NH2, - SH, stb. • LOD értékek csökkentése – ECD detektornál : halogéntartalmú származékképzés

38. Származékképzés hatása

39. Legfőbb típusaik • Szililezés • Alkilezés • Acilezés 1, SZILILEZÉS Aktív hidrogén lecserélése általában trimetil-szilil csoportra. Általánosan: 3 Reakció hatásfoka a szililezőszer erősségétől és a kémiai reakcióban résztvevő funkciós csoport minőségétől függ.

40. Szililezhetőségi sorrend: • Alkoholok > Fenolok >Karbonsavak >Aminok > Amidok >Tiolok • Sztérikus hatások: • Primer alkoholok > szekunder alkoholok > tercier alkoholok • Reakció feltételei: • A reagenst feleslegben alkalmazzuk. • 100 %-osnak kell lennie az átalakulásnak. • Reakció körülmények optimálása (60-80 0C, 10 – 120 perc, katalizátor). • Lehetőleg egyfajta származék keletkezzen (több funkciós csoport esetén), több csúcs keletkezése probléma!

41. Leggyakrabban alkalmazott szililezőszerek reaktivítási sorrendben

42. Xvégső = NH3 Reakciómechanizmus: Nukleofil szubsztitució Kivitelezés: Oldószer nélkül, csak a szililezőszerrel Oldószerrel (aprotikus): piridin, toluol, acetonitril, hexán Katalizátorok: trifluoro-ecetsav (TFA), trimetil-klór-szilán (TMCS) Egyéb követelmények: Szililezőszerek nagytisztaságúak és vízmentesek legyenek és ne zavarják az elválasztást (koelució mentes). Származékolandó minta vízmentessége! Könnyen hidrolizálnak víz és alkoholok hatására. Stabilitás vizsgálat.