KROMATOGRÁFIÁS FOGALMAK DEFINICIÓJA

1. KROMATOGRÁFIÁS FOGALMAK DEFINICIÓJA • RETENCIÓS IDŐ (tR) • Az az idő, mely a minta adagolásától az adott alkotónak a detektorban maximális koncentrációban való meg-jelenéséig eltelik. • HOLT IDŐ (t0) • Az inert eluens rendszeren való áthaladásához szükséges idő. • REDUKÁLT RETENCIÓS IDŐ (t’R) t’R = tR-t0 • RETENCIÓS TÉRFOGAT (VR) VR = tRF F = eluens térfogati áramlási sebessége (ml/min)

2. Redukált retenciós idő t’R = tR(retenciós idő)-t0(holt idő)

3. Csúcs elúciós profil Ki = ci,s ci,m

4. Elválasztás hajtóerje: μi,s # μi,m s = állófázis, m = mozgó fázis • Kváziegyensúly jellemzése: Ki = ci,sci = mimi = niMi ci,m V Ki = ni,sMiVm = kiVm ni,mMiVsVs ki = i-edik alkotó retenciós tényezője (kapacítás faktor) Vm = mozgófázis térfogata Vs = állófázis térfogata

5. FÁZISARÁNY (β) β = Vm Vs Ki= kiβ ki = ni,s = tR,i - t0 = t’Ri ni,m t0 t0 • Ideális elválasztás: 1 < ki < 5 • SZELEKTIVITÁSI TÉNYEZŐ (α) α = K2 = k2= t’R2 K1 k1 t’R1 α › 1,05, feltéve, hogy t’R2 > t’R1

6. A szelektivitási tényezőt az álló- és mozgó fázis anyagi minősége, összetétele és az elválasztás hőmérséklete határozza meg elsődlegesen. Ezek változtatásának döntő befolyása van a felbontásra! A retenciós tényezőt az állófázis filmvastag-ságával tudjuk növelni (Vs!), ennek hatása azonban nem jelentős.

7. α1 = α2 ?

8. Kromatogram kialakulása

9. TÁNYÉRELMÉLET • Az elválasztás akkor hatékony, ha a csúcsok szélessége nagyon kicsi → ezt jellemezzük az ELMÉLETI TÁNYÉR-SZÁMMAL: • N = tR 2 = 16 tR2 • σω • Minél nagyobb N, annál hatékonyabb az elválasztás • N = 103 - 105 • N növelhető: • - oszlophossz↑; - szemcseméret↓; • - hőmérséklet↑; - belső átmérő↓; • - áramlási sebesség↓↑.

11. Gauss görbe alakú elúciós görbe tR 2σ Félérték szélesség ω = 4 σ

12. ELMÉLETI TÁNYÉRMAGASSÁG (H) H = L =Lω 2 L = oszlophossz N 16 tRω/ tR = relatív csúcsszélesség Minél kisebb H, annál hatékonyabb az elválasztás. FELBONTÓKÉPESSÉG (Rs) Rs = tR2 - tR1 = 2 (tR2 - tR1)≥ 1,5 2 (σ2 + σ1) ω2 + ω1 Rs = √N (α-1)k 4 α (1+k)

13. Felbontóképesség (R) egymás melletti csúcsokra

14. Rs = tR2 - tR1 = 1,52 (σ2 + σ1) ha σ2 = σ1→ Rs = 6σ/4 σ Csúcspárok közötti távolság

15. Rs = √N (α-1)k 4 α (1+k)

16. A hatékonyság és a szelektívitás hatása az elválasztásra

17. Csúcs szimmetria Af = B A

19. GÁZKROMATOGRÁFIA 1952 James és Martin -gáz-folyadék kromatográfia; -Nobel díj a megoszlási kromatográfia kidolgozásáért.

20. A gázkromatográfiás készülék oszlop detektor gázpalack rekorder mintabemérő egység A gázkromatográfia bomlás nélkül gázzá alakítható, illékony vegyületek elválasztására alkalmas

21. Vívőgázrendszer • Biztosítja a minta komponenseinek áthaladását az oszlopon Részei: • Gázpalack (nyomáscsökkentő reduktor), N2, Ar (FID), H2, He • Gáztisztító (aktív szenes, molekulaszűrős) • Áramlásszabályozó - állandó áramlási sebesség kell, 10-100 cm3/perc hőmérséklet nő → gáz viszkozítása nő → nyomásprogramozás oszlop töltet „öregszik” → ellenállása nő

22. Gáztisztítók (víz, oxigén, szénhidrogének)

23. Mintaadagoló • Feladata: gázból, vagy folyadékból gyorsan és dugószerűen, kis mennyiségeket (100- 1000 μl gázoknál, 1-10 μl folyadékoknál) az oszlopra injektálni. • Folyadékminta esetén biztosítani kell a gyors és teljes elgőzölögtetést → fűthető mintakamra (30-50 0C > oszlop T, 350 0C véghőmérséklet). • Egyöntetű és bomlás nélküli elpárologtatás.

24. Liner, insert – injektor betét

25. Injektálási technikák • 1, Direkt az oszlopra – Flash injection • Töltetes és wide bore (makrokapilláris) oszlopoknál • Teljes minta mennyisége pillanatszerűen az oszlopra kerül.

26. 2, Split injektálás – lefuvatás, megosztás • Kapilláris oszlopoknak kisebb a kapacitása. • Split: Minta elgőzölögteté-se, vivőgázba adagolása, majd elágaztatása (pl. 1/100-1/1000 arányban → 0,01 μl és 0,001 μl injektálásának felel meg. Liner

27. Split arány Septum purge

28. 3, Split-splitless (Grob) injektálás • Cél: nagyobb mintamennyiségek injektálása a kapil-láris oszlopra, a hatékonyság csökkenésének mini-malizálásával. Feltételek: • Oldószer forráspontja legyen a legkisebb az elválasztandó anyagok között. • Injektor T-je >a legnagyobb fp-ú anyag fp-jánál. • Oszlop T-je  az oldószer fp-jánál 10-20 fokkal – kondenzáció az oszlop elején, állófázis telítődése. • Ezek teljesülésével csak egy kis része az oldószernek kerül be az oszlopra és így koncentrálódik a minta!

29. Kivitelezés: Split ág 0,5 - 1 percig zárva (= splitless idő, vagy purge time), utána indul a lefuvatás, miközben az oszloptermosztát felfűtési programja is elindul és fp-juknak megfelelően eluálódnak a komponensek.

30. Forráspont diszkriminációSplitless technika diszkriminál – splitless idő ( purge time) alapján

31. 4, Programozható hőmérsékletű injektor (Programable Temperature Vaporization- PTV) • Olyan split/splitless injektor, melyben a hőmér-séklet is programozható. • Alacsony T-ről gyors felfűtés, mely hatására a komponensek fp-juknak megfelelő sorrendben párolognak el. • Nagy mennyiségű minta injektálása lassan (100-200 μl ). Oldószer lefuvatása az injektálás elején. • Hő hatására bomló anyagok elválasztására is jó.

32. Kriogén hűtés Liq. N2 -1500C Liq. CO2 – 500C Peltier hűtő hő- cserélő: etil-alkohol+víz – szoba T-200C

33. Kolonna • Fajtái: • 2-6 mm belső d-s, töltetes. • 0,1-0,5 mm belső d-s kapilláris. 1, Töltetes kolonna (1-5 m) Anyaga: üvegcső, vagy saválló acél. Hordozója: diatomaföld (nagy mechanikai szilárdság, nagy fajlagos felület, kémiailag inert anyag) Megosztófolyadék + alacsony forráspontú oldószer + szilárd hordozó (0,1-0,3 mm-es átlagos szemcseméret) → oldószer elpárologtatása Kapacitásuk nagy (pár μl injektálható).

34. 2, Kapilláris kolonna • Hossza: 10-100 m, átmérője: • 1, <0,15 mm mikrokapilláris • 2, 0,15-0,50 mm standard kapilláris • 3, > 0,50 makrokapilláris (wide bore) • Hordozó nincs. Anyaga kvarc. Poliamid bevonattal. • A megosztófolyadékot közvetlenül a cső belső falára viszik fel (d = 0,1-10 μm), nyomás alatt préselik át. • Élettartama növelhető, ha a megosztó-folyadékot valamilyen kémiai kötéssel (szilanizálással) rögzítik. • Kapacitásuk kicsi (μl törtrésze).

35. Megosztó (nedvesítő) folyadék = állófázis • Olyan makromolekuláris anyag, amely az elemzési T-n folyékony, de kellően hőstabil és gőztenziója is elhanyagolható. T max. 350 0C < oszlop „vérzés” (bleeding) • Hasonlóság elve: • Apoláris komponensekhez apoláris • Poláris komponensekhez poláris

36. Töltetes és kapilláris kolonna

37. PLOT WCOT

38. Gáz-szilárd kromatográfia (GSC) állófázisai • Szilikagél • Aluminium-oxid • Aktív szén • Sztirol-divinil-benzol kopolimer Gáz-folyadék kromatográfia (GLC) • Polisziloxán vázuak (szilikonok) Apoláris és poláris csoportokkal szubsztituált változatai mind apoláris, mind poláris vegyületek elválasztására alkalmasak. Szubsztituensek: alkil-, aril-, nitril-, vinil csoportok, vagy ezek keveréke.

39. Fenilezett polisziloxán 2, Polietilén-glikolok Carbowax. Poláris álló-fázis. Polaritásuk a lánchossz növekedésével csökken. 3, Poliglikol-észterek Előbbiek észterezett változatai, észterek elválasztására.

40. Split injektálás Split ág végig nyitva, arány: 25-200 http://ull.chemistry.uakron.edu/chemsep/animations/

41. Termosztát • Az elválasztás hatékonyságát a megfelelő hőmérséklet program biztosítja. • Célunk a minél jobb elválasztás (Rf > 1,5), minél gyorsabban. Komponensek növekvő forráspontjuk szerint eluálódnak. • Fűtési tartomány: 0-400 0C • Fűtési sebesség: 0,5-40 0C /perc

43. Hőmérséklet programozás a, kezdeti T b, T ugrás c, végső T T nő → gázok oldhatósága csökken

44. T nő → gázok viszkozítása nő → u csökken Ennek kompenzálására nyomásprogramozást kell alkalmazni a felfűtés során. Ez növeli a vivőgáz lineáris áramlási sebességét, és gyorsabb retenciós időket eredményez.

45. Analízis idejének csökkentése a gyors elválasztás érdekében • Illékony minta • Vékony állófázis (minőség!) • Kis oszlop átmérő • Rövidebb oszlop • Hidrogén vívőgáz, nagy áramlási sebesség • Meredek hőmérséklet gradiens

46. 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.

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

48. 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

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

50. 3, Szelektivítás • Szelektivitás ill. specifikusság alatt értjük az adott detektor kiemelkedő érzékenységét a vegyületek bizonyos csoportjára. • Specifikus detektorok azok, amelyek elemekre, elemek bizonyos csoportjára, funkciós csoportokra, 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).