Separační metody v analytické chemii. Plynová chromatografie (GC) - princip

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Separační metody v analytické chemii. Plynová chromatografie (GC) - princip"

Květoslava Kubíčková
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Plynová chromatografie (GC) - princip Plynová chromatografie (Gas chromatography, zkratka GC) je typ separační metody, kdy se od sebe oddělují složky obsažené ve vzorku a které mohou být převedeny do plynné fáze, aniž by došlo k jejich rozkladu. Stacionární (nepohyblivá) fáze interaguje se složkami vzorku, který jsou unášeny mobilní (pohyblivou, plynou) fází, a proto se při pohybu zadržují. Stacionární fáze je umístěna v koloně, což je vlastně trubka z inertního materiálu (sklo, kov) o velmi malém vnitřním průměru. Stacionární fáze je buď nějaký sorbent nebo je zakotvena na stěnách kolony jako film o definované tloušťce. Vzorek se dávkuje do proudu plynu, který jej dále unáší kolonou. Proto se mobilní fáze nazývá nosný plyn. Aby vzorek mohl být transportován, musí se při dávkování na kolonu ihned přeměnit na plyn, tj. musí být těkavý a nesmí se rozkládat. 1

2 Plynová chromatografie (GC) - instrumentace Zdrojem nosného plynu je tlaková lahev obsahující dusík, helium nebo argon. Druh plynu je určen jeho úkolem je a) unášet vzorek kolonou b) musí být inertní vůči složkám vzorku a stacionární fázi (důležitý požadavek: plyn nesmí obsahovat vodu a kyslík) Nemá přímý vliv na separaci. 2

3 Plynová chromatografie (GC) - instrumentace Regulátor průtoku zajišťuje stálý nebo programově se měnící průtok nosného plynu. 3

4 Plynová chromatografie (GC) - instrumentace Dávkovač neboli injektor vzorku slouží k zavedení vzorku (tzv. nástřik vzorku) do proudu nosného plynu. Roztoky (nebo zkoumaný vzorek směsi plynů) se dávkuje injekčními stříkačkami (speciální Gastight syringe ) přes pryžové septum. U moderních chromatografů je injekční stříkačka nahrazena autosamplerem - automatickým nástřikem vzorku. 4

5 Plynová chromatografie (GC) - instrumentace Za dávkovačem je umístěna nástřiková komůrka, kde dochází ke zplynění roztoku vzorku (teplota varu nejméně těkavé složky + 50 C). Dále je před vstupem na kolonu (při použití kapilárních kolon) umístěn tzv. dělič toku (splitter). 5

6 Plynová chromatografie (GC) - instrumentace Chromatografická kolona je uložená v termostatu. Separace látek pak může probíhat isotermicky (za konstantní teploty) nebo s teplotním gradientem (mění se teplota od nižší po vyšší). 6

7 Plynová chromatografie (GC) - instrumentace Isotermická separace C Separace s teplotním gradientem ( C) 7

8 Plynová chromatografie (GC) - instrumentace Kolony náplňové (kovové, skleněné): kolona je naplněna tuhou stacionární fází (GSC) nebo tuhým nosičem, který je pokryt vrstvou kapalné stacionární fáze (GLC) kapilární (křemenné, skleněné): tenký film (0,1-6 μm) kapalné stac. fáze je nanesen na vnitřní povrch kapiláry 8

9 Plynová chromatografie (GC) - instrumentace Parametr kolony Náplňové Kapilární Délka, m Vnitřní průměr, mm Počet pater, m Tlak velký malý 9

10 Plynová chromatografie (GC) - instrumentace Detektor Teplota detektoru by mela být vyšší než je teplota plynu vycházejících z kolony, aby se zabránilo kondenzaci látek na stěnách detektoru. V plynové chromatografii se užívá několik typu detektorů: 10

11 Plynová chromatografie (GC) - instrumentace Detektor Tepelně vodivostní detektor (TCD; thermal conductivity detector) - detekce změny tepelné vodivosti průchodem analytu, který většinou snižuje tepelnou vodivost. Plamenově ionizační detektor (FID; flame ionization detector) - detekce je založena na detekci kladných i záporných iontů, vzniklých vzplanutím analyzované látky ve vodíkovém plameni, kdy anionty putují k anodě a kationty ke katodě a vzniklý proud je měřen. 11

12 Plynová chromatografie (GC) - instrumentace Detektor Detektor elektronového záchytu (ECD; electron capture detector) se používá pro detekci látek s vysokou elektronegativitou (halogeny). Hmotnostně spektrometrický detektor (MS) umožňuje nejen detekci přítomnosti analytu, ale také jeho identifikaci na základě hmotnostního spektra. 12

13 Plynová chromatografie (GC) - instrumentace Počítač řídící a vyhodnocovací zařízení Řídí celý systém a zpracovává signál z detektoru a provádí jeho vyhodnocení (ukládá data). 13

14 Plynová chromatografie (GC) - Účinnost chromatografické kolony V průběhu separace na chromatografické koloně dochází k rozšiřování chromatografické zóny separované látky. Rozšíření chromatografické zóny se dá kvantifikovat pomocí účinnosti a nazývá se počet teoretických pater N : 2 R 2 υ 2 R 2 t V t N = = = σ σ L σ 2 2 L N = konst V R w 2 Čím vyšší je počet teoretických pater N, tím méně je zóna analytu rozšířena během průchodu kolonou, a tím je tato kolona účinnější. 14

15 Plynová chromatografie (GC) - Účinnost chromatografické kolony Účinnost kolony závisí na její délce L. Abychom mohli srovnávat kolony různých délek je používán výškový ekvivalent teoretického patra H (HETP - Height Equivalent to a Theoretical Plate), někdy nazývaný pouze výška: H = L N Výška patra H má rozměr délky a lze jej definovat jako délku kolony připadající na jedno patro. Jeho hodnota je většinou udávána v μm. Platí, že čím menší je H, tím je kolona účinnější. 15

16 Plynová chromatografie (GC) - Účinnost chromatografické kolony V průběhu separace na chromatografické koloně dochází k rozšiřování chromatografické zóny separované látky. Na rozšiřování zón během průchodu kolonou se podílejí tyto tři děje: A. Vířivá difúze různé molekuly musí urazit různé vzdálenosti B. Podélná molekulární difúze molekuly putují z místa o vyšší koncentraci do místa o nižší koncentraci, po i proti směru proudění mobilní fáze C. Odpor proti přenosu hmoty mezi mobilní a stacionární fází - různé molekuly difundují různě hluboko do stacionární fáze 16

17 Plynová chromatografie (GC) - Účinnost chromatografické kolony A. Vířivá difúze různé molekuly musí urazit různé vzdálenosti w h 17

18 Plynová chromatografie (GC) - Účinnost chromatografické kolony B. Podélná molekulární difúze molekuly putují z místa o vyšší koncentraci do místa o nižší koncentraci, po i proti směru proudění mobilní fáze (A) w h (B) w h 18

19 Plynová chromatografie (GC) - Účinnost chromatografické kolony C. Odpor proti přenosu hmoty mezi mobilní a stacionární fází - různé molekuly difundují různě hluboko do stacionární fáze (A) w h w h (B) w h (C) Převod hmoty v mobilní fázi si lze představit tak, že tok pohybující se mobilní je složen z jednotlivých proudů, které mají různou lineární rychlost (podle toho, kam se daný proud dostane). Molekuly analytu postupují s jednotlivými proudy v určitém okamžiku různou rychlostí. 19

20 Plynová chromatografie (GC) - Účinnost chromatografické kolony Celkové rozmytí elučních zón lze tedy vyjádřit níže uvedenou souhrnnou van Deemterovou rovnicí: H = A + B u + CC 20

21 Plynová chromatografie (GC) - Účinnost chromatografické kolony H, µm H = A u, mm/s 21

22 Plynová chromatografie (GC) - Účinnost chromatografické kolony H, µm H = B u u, mm/s 22

23 Plynová chromatografie (GC) - Účinnost chromatografické kolony H, µm H = CC u, mm/s 23

24 Plynová chromatografie (GC) - Účinnost chromatografické kolony H, µm H = A + B u + CC H = CC 6 H = B u 4 2 H = A u, mm/s 24

25 Plynová chromatografie (GC) - Účinnost chromatografické kolony H, µm Minimální výška H H = A + B u + CC Optimální průtoková rychlost u u, mm/s 25

26 Plynová chromatografie (GC) využití Analýza ropy a jejich složek (uhlovodíky a jejich deriváty) Analýza vonných látek (kosmetika) Analýza organických rozpouštědel (např. ředidla) Farmaceutická analýza rozpouštědla v lécích Analýza pesticidů Analýza v toxikologii a klinické praxi (alkohol, drogy, anabolika, léky) Analýza plynů 26

27 Plynová chromatografie (GC) využití Analýza těkavých látek v krvi 27

Podobné dokumenty

06. Plynová chromatografie (GC)

06. Plynová chromatografie (GC) Plynová chromatografie je analytická a separační metoda, která má výsadní postavení v analýze těkavých látek. Mezi hlavní výhody této techniky patří jednoduché a rychlé