C7030 Separační metody

Přírodovědecká fakulta
podzim 2013
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (plus ukončení). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučující
doc. Mgr. Jan Havliš, Dr. (přednášející)
Garance
doc. Mgr. Jan Havliš, Dr.
Ústav biochemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. Mgr. Jan Havliš, Dr.
Dodavatelské pracoviště: Ústav biochemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Čt 13:00–14:50 C02/211
Předpoklady
předpokladem jsou znalosti fyzikální (C4660 základy fyzikální chemie, C4020 pokročilá fyzikální chemie) a analytické chemie (C3100 analytická chemie I, C4050 analytická chemie II).
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
hlavní cíle přednášky: úvod do analytických separačních metod; osvojení si jejich principů; seznámení se s šíří jejich současného praktického provedení a využití; vymezení pojmů separace při přípravě vzorku, separace analytická a preparativní; volba a optimalizace separačního systému, vyhodnocením jeho účinnosti, validací separační metody a vyhodnocením výsledků separace
Osnova
  • 1. úvod; separační metody: preparativní a analytické; teoretické základy separace: molekulární rovnováha, intermolekulární interakce, vliv entropie.
  • 2. extrakce: extrakce kapalina-kapalina, popis extrakčních rovnovah, vliv interakcí analyt-rozpouštědlo, volba extrakčního systému, provedení extrakce; extrakce kapalina-pevná látka; popis chování jedné složky, opakovaná extrakce, popis chování více složek.
  • 3. předanalytická příprava vzorku: CCE (protiproudá extrakce), SFE (extrakce nadkritickými tekutinami); ASE (urychlená extrakce rozpouštědlem); MASE (extrakce pomocí mikrovlnného záření), SPE (extrakce na pevné fázi), DSPE/MSPE (extrakce na disperzní pevné fázi), SPME (mikroextrakce na pevné fázi); HSE (extrakce z plynné fáze).
  • 4. analytická separace: chromatografie – teoretické základy: fyzikálně-chemický popis chromatografických procesů, grafické znázornění separace, termodynamické aspekty separace; kinetické aspekty separace (van Deemterova rovnice).
  • 5. zkoumání a popis reálné separace; kvantitativní vztahy mezi strukturou a selektivitou vzhledem k retenci; kapalinová chromatografie – historie; klasifikace základních separačních mechanizmů v LC (LLC, LSC, IC); uspořádání LC: doprava mobilní fáze, eluce a eluční síla (izokratická, gradientová eluce); dávkovací zařízení; separační kolona, typy stacionárních fází (částicové, monolitické, on-chip), přehled sorbentů.
  • 6. detektory (fotomerické (DAD), refraktometrické, fluorescenční, amperometrické, vodivostní, detektor rozptylu světla, hmotnostně spektrometrické detektory); popis a vyhodnocení výsledků separace: definice chromatografického systému, analytická informace z chromatogramu (kvalitativní, kvantitativní); přesnost, správnost, limity analýzy (MDL, LOD, LOQ); vyhodnocení účinnosti separace, testování systému a jeho „dobré“ chování.
  • 7. základní módy kapalinové chromatografie: CCC (protiproudá chromatografie), NP-HPLC (chromatografie na normální fázi), RP-HPLC (chromatografie na obrácené fázi), TLC (tenkovrstvá chromatografie), HPTLC (vysokoúčinná tenkovrstvá chromatografie), UPLC (ultravýkonná kapalinová chromatografie), HTLC (kapalinová chromatografie za zvýšené teploty), HT-UPLC (ultravýkonná kapalinová chromatografie za zvýšené teploty), HILIC (kapalinová chromatografie s hydrofilními interakcemi), HIC (kapalinová chromatografie s hydrofobními interakcemi). 8. IEC (iontově výměnná chromatografie) – principy a provedení; IXC (iontově výměnná chromatografie), chromatofokuzace; afinitní chromatografie – principy a provedení, IMAC (afinitní chromatografie s imobilizovaným iontem kovu); SFC (chromatografie nadkritickými tekutinami); PC (perfúzní chromatografie), vícerozměrná chromatografie; spojené techniky; preparativní chromatografie – principy a provedení.
  • 9. vývoj chromatografické metody, kritéria výběru a optimalizace separačního systému; chirální separace: definice chirality; optická rotační disperze; zobrazení chirality, chirální selektory, chirální stacionární fáze a jejich aplikace v separačních metodách (HPLC).
  • 10. plynová chromatografie (GC) – historie, rozdíly LC a GC (izotermy, stlačitelnost plynu, retenční veličiny), uspořádání GC, doprava mobilní fáze; dávkovací zařízení (s děličem toku, bez děliče toku); separační kolona, typy stacionárních fází (WCOT, FSOT, SCOT, PLOT), detektory (plamenově ionizační, chemiluminiscenční, hmotnostně spektrometrické detektory, atd.).
  • 11. separace makromolekul: historie, teoretické základy – popis makromolekuly, molekulová hmotnost; mody separace makromolekul – GPC (molekulová vylučovací chromatografie) provedení GPC – kolony, detektory (rozptyl světla), HC (hydrodynamická chromatografie), FFF (frakcionace tokem v poli) – principy, instrumentace, mody (SdFFF, ThFFF, EFFF, FFFF).
  • 12. elektromigrační metody – historie, teoretické základy – separace ve vnějším poli, popis separace (iontová mobilita, EOF elektroosmotický tok), účinnost a faktory ji ovlivňující (teplo, difúze, disperze); uspořádání elektromigračních metod – dávkování, zdroje napětí, separační prostředí (kapilára, membrána, gel, čip).
  • 13. detektory (fotometrické, laserem indukovaná fluorescence, vodivostní detekce, hmotnostní spektrometrie atp.); preparativní módy; definice elektroforetického systému a analytické informace z elektroforetogramu; základní módy elektromigračních metod – kapilární zónová elektroforéza (CZE), kapilární gelová elektroforéza (CGE) plošná gelová elektroforéza (GE), kapilární izoelektrická fokuzace (CIEF), kapilární izotachoforéza (CITF), micelární elektrokinetická chromatografie, tenkovrstvá elektrochromatografie, kapilární elektrochromatografie; afinitní a nevodná elektroforéza; validace analytické separační metody; proč a jak, základní pojmy – shodnost metody, přesnost metody, kalibrace, selektivita, robustnost.
Literatura
    doporučená literatura
  • ŠTULÍK, Karel. Analytické separační metody. 1. vyd. Praha: Karolinum, 2004, 264 s. ISBN 8024608529. info
  • DOLNÍK, Vladislav. Úvod do kapilární elektroforézy. 1994. info
  • CHURÁČEK, Jaroslav. Úvod do vysokoúčinné kapalinové kolonové chromatograrie. Edited by Pavel Jandera. Vyd. 1. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1984, 188 s. info
Výukové metody
výuka je založena na ppt prezentaci a jejím výkladu. prezentace bude dostupná jako studijní podklad (černobílý tisknutelný pdf s vysokým rozlišením a omezenými právy). vzhledem k výkladu, jenž prezentaci významně rozšiřuje, a neexistenci vhodných učebnic v českém jazyce pokrývajících některé části přednášky je vhodné přednášku navštěvovat.
Metody hodnocení
zkouška ústní; u studentů se předpokládá pochopení a znalost základních principů a jejich využití. zkouška se sestává ze tří základních otázek, které budou postupně v průběhu zkoušení rozvíjeny, aby student mohl prokázat míru porozumění tématu.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2010 - akreditace, podzim 2008, podzim 2009, podzim 2010, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, podzim 2012, podzim 2014, podzim 2015, podzim 2016.