Gas Chromatography, GC PLYNOVÁ CHROMATOGRAFIE, GC Plynový CHROMATOGRAF LINEÁRNI RYCHLOST NOSNÉHO PLYNU =n=| D 111 y <-""..... i—n------------ ■ " sjjäs" b -llllllll HH ge3".............WBa SEPARACE v GC probíhá v kapilární nebo náplňové koloně, která obsahuje stacionární (nepohyblivou) fázi (sorbent) a mobilní (pohyblivou) fázi (nosný plyn, inertní plyn či eluent). Rozdílné analyty mají rozdílnou afinitu k sorbentu. Různé analyty vykazují různou distribuci mezi sorbentem a eluentem nebo adsorpci na sorbentu. Rozdílné analyty jsou rozdílně zadržovány a rozdílně zpožďovány (retardovány). vzorek nosný^ g~ plyn-* sorbent ••o ooo °o%°o o0o eluát 61 5 4 pi = 5 atm "~\_^^ p0= 1 atm Px 3 2 0 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x/L L 0 0 Pí Ui X Px P llx U 0.8-Ux 0.6- Po / Uo 0.4- 0.2- 0.0-0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 x/L KOMPRESIBILITNÍ FAKTOR. i : 3 Lp^J "fei -1 -1 Pí tlak p0 tlak na vstupu do kolny na výstupu z kolony průměrná lineární rychlost mobilní fáze B0-Ap _B0-(p,-p0) TJ-S-L rps-L analyt u=J-uo B0 Ap TI 6 L specifická permeabilita kolony [m2] tlakový spád [Pa] dynamická viskozita [Pa s] vnitřní porozita sorbentu délka kolony [m] RETENCNI OBJEMY v GC mrtvý retenční objem V, M M 'Fm retenční objem VR,i=tR,i-Fm redukovaný retenční objem vŔ,i : tR,i • F„. :VR)I-VM čistý retenční objem je redukovaný retenční objem korigovaný na stlačitelnost nosného plynu VN=tk,I-Fm-J = Víu.j specifický retenční objem je čistý retenční objem vztažený na 1 g nebo 1 m2 stacionární fáze a vztažený na 0 °C (tj. 273,15 K) V, 273,15-V N WL-Tc 273,15-VN vs ■ S-T. ADSORPCE A(g) + S<»AS ja _ (aA )aS _ (CA )aS " (Ya )aS D,A (ca)/ (aA)g (cA)g-(YA)g K D,A R-T •Pa Henryho adsorpční izoterma (ca)as =konst-pA Langmuirova adsorpční izoterma kd,a • Pa (ca)aS -(ca)h 1 + kd,a-Pa Separační metody, C230P51 ROZPOUŠTĚNI (ABSORPCE) NOSNÝ PLYN Raoultův zákon Pb=Pb-xb pB parciální tlak složky B nad směsí kapalin pB tlak (tenze) nasycených par složky B xB molární zlomek složky B v kapalné směsi Pb=Pb-Yb-xb Tb =Tb(xb) pokud xB « 1, pak yB je konstantní a platí Henryho zákon Pb =hb-xb N2 , H2 , He , Ar molární zlomek VLIV TEPLOTY NA SEPARACI teplota nástřikové hlavy, T^j teplota termostatu kolony, Tc teplota detektoru, Td 1 c ^ 1 var ; J- inj — ^ c ; ^ d ^ ^ c Vyšší teplota kolony vede k rychlejší analýze. Vyšší teplota kolony vyžaduje vyšší tlak nosného plynu na vstupu do kolony pro zachování jeho lineární rychlosti kolonou. izotermická analýza, Tc = konst. analýza s teplotním gradientem, Tcl —> Tc 2 DERIVATIZACE ANALYTU vede ke snížení jeho bodu varu (Tval) kyselina benzoová (249 °C), anilin (184 °C), benzanilid(117°C) derivatizace aminokyselin aminokyselina + isopropylalkohol —» isopropylester + trifluoracetanhydrid —» trifluoracetamid tlaková láhev s nosným plynem opatřená regulátorem tlaku či regulátorem průtoku bublinkový průtokoměr Ěf dávkovaní vzorku se provádí do nástřikové hlavy opatřené septem, která je vyhřívána na zvolenou teplotu a proplachována nosným plynem plynné vzorky injekční stříkačky o objemu 10 až 1000 |_d kapalné vzorky injekční stříkačky o objemu 1 až 100 |_d tuhé vzorky roztok ve vhodném rozpouštědle split/splitless dávkovač nosný plyřT^ kolona r odpad KOLONY a) náplňové kolony skleněné nebo z nerezové oceli o průměru 1 až 6 mm a délce 0,5 až 5 m s adsorbentem (GSC) se stacionární fází na inertním nosiči (GLC) b) kapilární kolony dříve skleněné nebo z nerezové oceli dnes výhradně křemenné s polyimidem o průměru 0,1 až 0,5 mm o délce 10 až 100 m WCOT wall coated open tubular SCOT support coated open tubular PLOT porous layer open tubular s chemicky vázanou stacionární fází WCOT SCOT PLOT stacionární nosič a sorbent fáze stacionární fáze ADSORBENTY v GC aktivní uhlí, grafltizované uhlí děleni plynů a lehkých uhlovodíků silikagel děleni anorganických plynů a nlzkovrouclch kapalin molekulová síta (krystalické hlinitokřemičitany) 5 A děleni plynů a lehčích uhlovodíků 4 A jako sušldla porézní polymery (vinylbenzenové kopolymery) komerčně tzv. Porapaky děleni nlzkomolekulárnlch uhlovodíků, anorganických plynů, alkoholů, esterů a ketonů Separačnl metody, C230P51 O KAPALNÉ STACIONÁRNI FAZE v GC Carbowaxy (polyethylenglykoly) Ucony (polypropylenglykoly) polární stacionární fáze s rostoucí Mr klesá polarita Polyestery (např. polyethylenglykoladipáty, polypropylenglykoladipáty, polyethylenglykolsukcináty) polární stacionární fáze Silikonové stacionární fáze (polysiloxany) (např. methylpolysiloxan SE-30, fenylmethylpolysiloxan OV-17, fenylpolysiloxan SE-54, kyanopropylpolysiloxan SP-2340) často používané široký rozsah polarity DETEKTORY a) tepelně vodivostní detektor, TCD univerzální, nedestruktivní, středně citlivý ■m 3 •*- eluát odporové vlákno b) plamenový ionizační detektor, FID selektivní, destruktivní, velmi citlivý zapalování = =[] vzduch- elektrody vodík c) detektor elektronového záchytu, ECD selektivní, nedestruktivní, středně citlivý anoda C d) hmotnostní spektrometr, MS vysoce specifický, destruktivní, velmi citlivý TCD : všechny látky lišící se tepelnou vodivostí od nosného plynu FID: uhlovodíky ECD : halogenderiváty (pesticidy) a nitroderiváty CHARAKTERIZACE DETEKTORU základní linie, šum a drift, pík odezva detektoru (signál detektoru), R diferenciální veličina (výška píku) dm R = S-c nebo R = S- citlivost detektoru, S dt plocha pod eluční křivkou, A integrální veličina (plocha píku) JRdt: S m Mh'Tľ nebo A=JRdt = S-m t, časová konstanta, t Rt=R00-(l-e-ťT) (3t -> 95 %) lineární dynamický rozsah A = b-c detekční limit, LOD 3 retenční faktor - druh látky (metoda standardů nebo MS detekce) kvantitativní informace : plocha píku —> množství, koncentrace látky a) metoda vnitřní normalizace b) metoda absolutní kalibrace (kalibrační přímky) c) metoda vnitřního standardu d) metoda standardního přídavku GC PLYNŮ ze VZDUCHU kolona : náplňová, z nerezové oceli 6'x 1/8" (183 cm x 3,2 mm) stacionární fáze : molekulové síto 5A nosný plyn : 30 ml/min He dávkování: 100|il(35°C) teplota termostatu kolony : 35 °C detekce: TCD (140 °C) 0.8 N9 ľ l CH4 A co A 0 2 4 6 8 10 retenční čas, min Height Area W0,5 1.957 8.872 0.023 5.457 96.121 0.048 2.827 73.266 0.073 0.773 6.001 0.102 Separační metody, C230P51 GC isopropylesteru FENYLALANINU (N-TFA) kolona: křemenná kapilární, 25 m x 0,250 mm stacionární fáze : PERMABOND® L-CHIRASIL-VAL nosný plyn : 1,2 ml/min H2 (0,6 bar) dávkování: 0,5 ul (1% roztok v CH2C12) splitter (dělič): 1:50 teplota termostatu kolony : 150 °C detekce : FID (260 °C) 1. D-fenylalanin, 2. L-fenylalanin 80 r 60 - 40 - ,20 - 1 2 4 6 8 retenční čas, min 10 12 GC polychlorovaných bifenylů (PCB) kolona: FS-SE-54-DF-0,35; 50 m x 0,25 mm ID stacionární fáze: SE-54 (fenylpolysiloxari) nosný plyn: N2 (1,2 bar) dávkování: 1 ul (200 - 800 pg/ul v CH2C12) splitter (dělič): 1:70 teplota kolony: 80 °C -> 280 °C, 8 °C/min detekce : ECD (260 °C) I. 2-chlorbifenyl, 2. 4-chlorbifenyl, 3. 2,2'-dichlorbifenyl, 4. 2,4-dichlorbifenyl, 5. 4,4'-dichlorbifenyl, 6. 3,5,3'-trichlorbifenyl, 7. 2,4,4'-trichlobifenyl, 8. 2,5,2',5'-tetrachlorbifenyl, 9. 2,4,6,4'-tetrachlorbifenyl, 10. 3,4,4'-trichlorbifenyl, II. 2,3,4,6,2'-pentachlorbifenyl, 12. 2,3,4,4'-tetrachlorbifenyl, 13. 2,3,4,5,2'-pentachlorbifenyl, 14. 2,4,5,2',4',5'-hexachlorbifenyl, 15. 2,3,4,2',4',5'- hexachlorbifenyl, 16. 2,3,4,5,2',3'- hexachlorbifenyl SUPERKRITICKA FLUIDNÍ CHROMATOGRAFIE, SFC mobilní fáze je superkritická kapalina C02: kritická teplota, Tc = 35 °C kritický tlak, Pc = 75 bar (7,5 MPa) fázový diagram oxidu uhličitého ^ 120 100 80 3 60 40 20 0 superkritická kapalina , 1 . -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 teplota, °C oxid uhličitý 40 °C : 72 bar -80 °C : 72 bar - ■ 0,22 g/ml, 400 bar -• 0,14 g/ml, 400 bar - • 0,96 g/ml • 0,82 g/ml Hustota a rozpouštěcí schopnost superkritické kapaliny se blíží hustotě a rozpouštěcí schopnosti kapalin. Viskozita superkritické kapaliny se blíží viskozite plynů. 10 15 20 25 30 35 retenční čas, min Separační metody, C230P51