1 / 66

Column Chromatography

Column Chromatography. พุทธรักษา วรานุศุภากุล 2302244 เคมีวิเคราะห์ 2. Column Chromatography. เป็นเทคนิคทางโครมาโทกราฟีที่มีรูปแบบของการบรรจุเฟสคงที่ในท่อปิด เฟสคงที่และเฟสเคลื่อนที่ใน Column Chromatography เฟสคงที่ : บรรจุอยู่ในท่อหรือที่เรียกว่าคอลัมน์

oshin
Download Presentation

Column Chromatography

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Column Chromatography พุทธรักษา วรานุศุภากุล 2302244 เคมีวิเคราะห์ 2

  2. Column Chromatography • เป็นเทคนิคทางโครมาโทกราฟีที่มีรูปแบบของการบรรจุเฟสคงที่ในท่อปิด • เฟสคงที่และเฟสเคลื่อนที่ใน Column Chromatography • เฟสคงที่: บรรจุอยู่ในท่อหรือที่เรียกว่าคอลัมน์ • เฟสเคลื่อนที่: ไหลผ่านเฟสคงที่ในคอลัมน์ด้วยแรงดันหรือแรงโน้มถ่วง (gravity) • เทคนิคทาง Column Chromatography • Gas Chromatography (GC): ใช้แก๊สเป็นเฟสเคลื่อนที่ • Liquid Chromatography (LC): ใช้ของเหลวเป็นเฟสเคลื่อนที่ เฟสคงที่ column

  3. Gas Chromatography

  4. Gas Chromatography (GC) • ในเทคนิคนี้สารที่ต้องการแยกจะถูกเปลี่ยนให้อยู่ในสถานะแก๊ส แล้วผ่านเข้าคอลัมน์เพื่อเกิดการแยกโดยอาศัยการพาไปของเฟสเคลื่อนที่ที่เป็นแก๊ส • แก๊สที่เป็นเฟสเคลื่อนที่จะเป็นแก๊สเฉื่อยและไม่ทำปฏิกิริยากับสาร ทำหน้าที่เป็นตัวพาสารให้ผ่านคอลัมน์ไปอย่างเดียว ดังนั้น ในเทคนิค Gas Chromatography จึงนิยมเรียกแก๊สที่เป็นเฟสเคลื่อนที่นี้ว่าแก๊สพา (carrier gas) • แก๊สโครมาโทกราฟีแบ่งออกได้เป็น 2 วิธี คือ • Gas-liquid chromatography (GLC) • การกระจายตัว (partitioning) ของสารระหว่างแก๊สพากับเฟสคงที่ของเหลวที่เคลือบอยู่บนผิวของ solid support หรือที่ผนังของแคพพิลลารีคอลัมน์ • Gas-solid chromatography (GSC) • เฟสคงที่เป็นของแข็งที่สามารถดูดซับ (physical adsorption) สารที่เป็นแก๊สซึ่งต้องการแยกได้ เช่น molecular sieves, silica gel, alumina, activated carbon เป็นต้น

  5. องค์ประกอบของเครื่อง GC Injector Detector Carrier gas Recorder and Data processing Column

  6. องค์ประกอบของเครื่อง GC เครื่องโครมาโทกราฟ (GC) ประกอบด้วยส่วนหลักๆ 5 ส่วน คือ • แก๊สพา (carrier gas) - มีถังบรรจุแก๊สพาและส่วนควบคุมการไหลของแก๊ส • ส่วนฉีดสารตัวอย่าง (injector) - ส่วนที่นำสารเข้าสู่คอลัมน์เพื่อทำการแยก • คอลัมน์ (column) - วางอยู่ในตู้อบ (oven) ที่สามารถปรับอุณหภูมิได้รวดเร็ว • ส่วนการตรวจวัด (detector) - ทำการตรวจวัดสารแต่ละชนิดที่ถูกแยกออกมา • ส่วนการประมวลผล (recorder and data processing)

  7. Two-stage gas regulator แก๊สพา (Carrier Gas) • แก๊สที่ใช้เป็นแก๊สพาจะต้องไม่ว่องไวต่อการทำปฏิกิริยา (chemically inert) • แก๊สที่นิยมใช้ ได้แก่ He, N2, H2, และ Air • การปรับอัตราเร็วของแก๊สพา ทำโดยปรับความดันของแก๊สซึ่งควบคุมด้วย pressure regulator • Inlet pressure: 10-50 psi (above room pressure) • อัตราเร็วของแก๊ส (volumetric flow) ที่ใช้ในเทคนิค GC • สำหรับ packed column: 25-150 mL/min • สำหรับ capillary column: 1-25 mL/min Bubble flow meter

  8. ชนิดของแก๊สพา (carrier gas) • เมื่อทำการเปลี่ยนความเร็วหรืออัตราเร็วของแก๊สพาที่ผ่านคอลัมน์ ผลกระทบต่อประสิทธิภาพคอลัมน์ในการใช้แก๊สพาแต่ละชนิดจะไม่เท่ากัน • ไนโตรเจนเป็นแก๊สพาที่ให้ค่า H ต่ำสุด (ได้ประสิทธิภาพคอลัมน์มากที่สุด) แต่ทำได้ที่ความเร็วของแก๊สพาต่ำๆ อีกทั้งช่วงของค่าความเร็วแก๊สที่ทำให้ได้ประสิทธิภาพในการแยกที่ดีแคบ • ไฮโดรเจนและฮีเลียมให้ค่า Hoptที่ความเร็วของแก๊สที่สูง ทำให้ทำการแยกสารได้เร็วขึ้น

  9. Choice of carrier gas

  10. ความบริสุทธิ์ของแก๊ส • Carrier gas should contain less than 1ppm of oxygen, moisture, or other trace contaminants • Carrier gas impurities can also contribute to detector noise • Gas grade/Trap • Longer column lifetime • Less GC maintenance

  11. เกรดของแก๊ส • Research grade • 99.9999% total purity • Total impurities < 1ppm • Complete analysis of all contaminants • Ultra-Pure Carrier grade • 99.9995% total purity • total hydrocarbon < 0.5ppm • H2O, O2 each < 1ppm • UHP/Zero grade • 99.999% total purity • total hydrocarbon < 0.5ppm • H2O < 3.5ppm, O2 < 4ppm Trace analysis < 1 ppm 1-1000 ppm > 1%

  12. Gas Purity A. Molecular Sieve TrapB. Hydrocarbon TrapC. Oxygen Trap

  13. Traps Hydrocarbon Trap Molecular Sieve Trap (moisture trap) Oxygen Trap

  14. Sample Injection System • Introduced as a plug of vapor with suitable size • Slow injection or oversized samples cause band spreading and poor resolution • Microsyringes • Injection ports

  15. Injection port • 50º C greater than boiling point of the least volatile component • Sample size: L • Split mode (1:100) • Split/splitless mode • Autosampler Septum Carrier gas Septum purge Heated injection port Vent Inlet liner Column

  16. Vaporization Injectors • Basic design • a glass liner resides inside the heated, metal injector body • Sample introduction • rapidly vaporizes as of high temperature • carried by the movement of carrier gas into the column

  17. Microsyringes/ Autosampler Gas-tight syringe Autosampler Microsyringe

  18. Inlet Liners

  19. Accessories: Vial, Septa and Caps

  20. GC Column

  21. Packed vs Capillary • Length: 2-50 m or more • Stainless steel, glass, fused silica, or Teflon Open-tubular Column (capillary column) Packed Column

  22. Packed Column • Glass or metals • 2-3 m long, 2-4 mm i.d. • Densely packed with packing materials or solid support coated with thin layer of stationary liquid phase • Diatomaceous earth • Size: 60-80 mesh (250-170 m) or 80-100 mesh (170-149 m)

  23. Open Tubular Column • Better resolution – efficient mass transfer between gas and SP • Tubing – fused silica, glass, copper, stainless steel

  24. Types of Open Tubular Column Solid support coated with liquid phase Porous Adsorbent Liquid phase Wall-coated Open Tubular (WCOT) Support-coated Open Tubular (SCOT) Porous Layer Open Tubular (PLOT) FSOT: Fused-silica open tubular column

  25. Characteristics *Megabore column

  26. Stationary Phases • Low volatility, thermal stability, chemical inertness • Provide k and  within a suitable range • consider the polar characteristics of the analytes and select SP of similar polarity ‘Like dissolves like’

  27. Stationary Phases • Solid phase • Most uses for separation of low MW compounds and gases • Common SP: silica, alumina, molecular sieves such as zeolites, cabosieves, carbon blacks • Liquid phase • Over 300 different phases are widely available • grouped liquid phases • Non-polar, polar, intermediate and special phases • Polymer liquid phase

  28. Stationary Phase Polymers • Siloxane • Arylene • Polyethylene glycol

  29. Liquid phases • Non-polar phase • Primarily separated according to their volatilities • Elution order varies as the boiling points of analytes • Common phases: dimethylpolysiloxane, dimethylphenylpolysiloxane • Polar phase • Contain polar functional groups • Separation based on their volatilities and polar-polar interaction • Common phases: polyethyleneglycol • Intermediate phase

  30. Bonded and Cross-linked SP • Bonded and cross-linked SP provides long term stability, better reproducibility and performance. Polymer chains Cross-linking Bonding Fused silica tubing surface

  31. Common stationary phase coating for capillary column

  32. Column Dimensions • Column Length: 10 – 60 m • Column Internal Diameter: 0.10 – 0.53 mm • Stationary Phase Film Thickness: 0.10 – 0.25 mm

  33. Detectors

  34. Purpose of Detector - Monitor the carrier gas as it emerges from the column - Generate a signal in response to variation in its composition due to eluted components.

  35. Ideal Detector • Adequate sensitivity 10-8 – 10-15 g solute/s • Good stability and reproducibility • Linear response to analytes • Temperature range from room temperature to at least 400oC • Short response time • High reliability and ease of use • Similarity in response • Nondestructive of sample • Low background noise and ease of operation

  36. Classification of Detectors • Concentration vs. Mass flow rate • Selective vs. Universal • Destructive vs. Nondestructive

  37. Concentration vs. Mass Flow • Concentration-dependent detectors: TCD, ECD • normally non-destructive • can be used in series • make-up gas lower the response • Mass flow dependent detectors: FID, NPD, FPD • signal related to rate of solute molecules enter the detector • destructive • unaffected by make-up gas

  38. Selective vs. Universal • Universal detectors: TCD • Detecting all solutes • Beneficial for qualitative screening • Selective detectors: ECD,NPD,FPD • Responds to particular types of compounds • common chemical or physical property • Enhances sensitivity for trace analysis

  39. GC Detector

  40. Flame Ionization Detector (FID) • Selectivity: • Compounds with C-H bonds • A poor response for some non-hydrogen containing organics (e.g. hexachlorobenzene) • Fewer ions or none in flame • carbonyl, alcohol, halogen, and amine • Insensitive toward noncombustible gases such as H2O, CO2, SO2 and NOx

  41. FID Assembly

  42. Mass Spectrometer Detector (MSD) MS with EI ion source, a quadrupole mass analyzer and a continuous-dynode electron multiplier.

  43. MSD Assembly

  44. Hyphenated GC-MS

  45. Liquid Chromatography Partition liquid chromatography Adsorption liquid chromatography Ion or Ion exchange chromatography Size exclusion chromatography Affinity chromatography Chiral chromatography

  46. Liquid Chromatography (LC) • สารที่ต้องการแยกผ่านเข้าคอลัมน์เพื่อเกิดการแยกโดยอาศัยการพาไปของเฟสเคลื่อนที่ที่เป็นของเหลว • Liquid Chromatography ที่ใช้ในการวิเคราะห์ในปัจจุบัน มีดังนี้ • Classical LC หรือ Column LC • ใช้อนุภาคที่มีขนาดใหญ่ (โดยทั่วไปประมาณ 100-250 mm) บรรจุในคอลัมน์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1-5 เซนติเมตร • High Performance Liquid Chromatography (HPLC) • ใช้อนุภาคที่มีขนาดเล็ก (โดยทั่วไปประมาณ 5-50 mm) บรรจุในคอลัมน์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1-5 มิลลิเมตร • ใช้ high pressure pump ในการช่วยให้เฟสเคลื่อนที่ไหลผ่านคอลัมน์

  47. Liquid Chromatography (LC) เทคนิค HPLC นิยมจำแนกตามกลไกการแยก ซึ่งมีดังนี้ • Partition liquid chromatography Based on a partitioning of solutes between mobile phase and stationary phase (solute diffuses into the interior of stationary phase) • Adsorption liquid chromatography Based on an adsorption of solutes onto the surface of solid stationary phase which is called adsorbent. • Ion or Ion exchange chromatography Based on an exchange between solute ions in mobile phase and ions of like charge associated with the stationary phase surface • Size exclusion chromatography Based on a physical sieving process • Affinity chromatography Based on specificity of analyte-stationary phase interactions • Chiral chromatography Based on a chiral selector

  48. Partition chromatography • Bonded phase packing: organosilane • Normal phase • Highly polar SP, relatively non-polar MP • Least polar component is eluted first; increasing polarity of MP decreases elution time • Reversed phase • Non-polar SP, relative polar MP • Most polar component eluted first; increasing polarity of MP increases elution time

  49. Normal phase

More Related