chromatografia2.pdf

UNIWERSYTETGDAŃSKI

WYDZIAŁCHEMII

KatedraAnalizyŚrodowiska

Instrukcja do ć wicze ń laboratoryjnych z przedmiotu "Chromatografia"

Ć WICZENIE 2

Chromatografia gazowa – analiza ilo ś ciowa

zwi ą zków aromatycznych metod ą wzorca

wewn ę trznego, dodatku wzorca oraz normalizacji

wewn ę trznej

Ć wiczenie 2. GC – porównanie metod analizy ilo ś ciowej

1. Cel ć wiczenia

Celem ćwiczenia jest porównanie metod analizy ilościowej, stosowanych w chromatografii

gazowej. Próbka zawierająca trzy związki aromatyczne (toluen, etylobenzen i p -ksylen) o

nieznanym stęŜeniu będzie analizowana metodą normalizacji wewnętrznej, dodatku wzorca oraz

wzorca wewnętrznego. Zadaniem studenta jest porównanie wyników poszczególnych analiz oraz

wskazanie przyczyn ewentualnych róŜnic.

2. Wprowadzenie do chromatografii gazowej

Termin "chromatografia" opisuje wszystkie te metody rozdzielania mieszanin związków, w

których poszczególne składniki mieszaniny ulegają podziałowi między dwie fazy – stacjonarną i

ruchomą, ze względu na róŜnice we właściwościach fizykochemicznych. JeŜeli mamy do czynienia

z układem, w którym fazą ruchomą (mobilną) jest gaz, to mówimy o chromatografii gazowej ( gas

chromatography , GC) . MoŜliwa jest chromatografia w układzie gaz – ciało stałe (adsorpcyjna

chromatografia gazowa, GSC) lub częściej stosowana chromatografia w układzie gaz – ciecz

(podziałowa chromatografia gazowa, GLC). W drugim przypadku rozdzielanie mieszanin na

składniki jest uwarunkowane róŜnicami w powinowactwie poszczególnych związków do fazy

stacjonarnej, co wyraŜa się róŜnicami w wartościach współczynnika podziału K c , wyraŜonego

wzorem:

(1)

gdzie: c s i c m oznaczają stęŜenia substancji badanej odpowiednio w fazie stacjonarnej

i ruchomej.

Chromatografia gazowa słuŜy nie tylko do rozdzielania mieszanin, ale takŜe do analizy ilościowej i

w mniejszym stopniu, analizy jakościowej szerokiej gamy związków chemicznych.

2.1. Podstawowe poj ę cia i definicje w chromatografii

KaŜda analiza metodą chromatografii gazowej polega na selektywnym wymywaniu (elucji)

związków z próbki wprowadzonej na kolumnę chromatograficzną za pomocą gazu nośnego.

Poszczególne składniki są wykrywane przez detektor, którego sygnał jest rejestrowany za pomocą

komputera, integratora bądź rejestratora. Uzyskany wykres zaleŜności wskazań detektora od czasu

nazywany jest chromatogramem . Poszczególne sygnały (piki) obecne na chromatogramie moŜna

Ć wiczenie 2. GC – porównanie metod analizy ilo ś ciowej

scharakteryzować za pomocą szeregu parametrów retencyjnych (retencja = zatrzymywanie):

Całkowity czas retencji t R danego składnika to czas liczony od momentu

wprowadzenia próbki (iniekcji) do momentu pojawienia się na chromatogramie

maksimum sygnału związku, czyli do pojawienia się na wyjściu z kolumny jego

maksymalnego stęŜenia. Stąd całkowita obj ę to ść retencji to:

V R = t R · F c

(2)

gdzie F c to objętościowa prędkość wypływu fazy ruchomej z kolumny [ml/min]

Całkowitą objętość retencji, współczynnik podziału oraz objętości faz: mobilnej i

stacjonarnej (odpowiednio V m i V s ) łączy równanie:

V R =V m +K C V s

(3)

Posługiwanie się objętościami faz i objętościami retencji jest w chromatografii gazowej

mało wygodne, jednak na podstawie równania (3) moŜna ustalić, Ŝe wzrost wartości

współczynnika podziału K c powoduje wzrost czasu retencji. NaleŜy równieŜ pamiętać,

Ŝe czas retencji wydłuŜa się, gdy wzrasta długość kolumny, zaś skraca się, gdy

zwiększamy prędkość przepływu fazy ruchomej. Wyprowadzenie wzoru (3) moŜna

znaleźć w literaturze, której spis jest podany na końcu instrukcji.

Zerowy czas retencji t M to czas przebywania na kolumnie substancji, która nie

oddziałuje z fazą stacjonarną (w przypadku chromatografii gazowej np. hel, metan). Stąd

zerowa obj ę to ść retencji wyraŜana jest wzorem:

V M = t M · F c

(4)

Zredukowany czas retencji t' R to róŜnica pomiędzy całkowitym czasem retencji

danego składnika a zerowym czasem retencji:

(5)

Wielkość ta charakteryzuje zatrzymywanie się danego składnika na fazie stacjonarnej.

Pojęcia całkowitego, zerowego i zredukowanego czasu retencji ilustruje Rys. 1.

Ć wiczenie 2. GC – porównanie metod analizy ilo ś ciowej

Rys. 1. Przykładowy chromatogram, wyja ś niaj ą cy poj ę cia: całkowity czas retencji ( t RA , t RB ), zerowy czas retencji

( t M ) oraz zredukowany czas retencji ( t` RA , t` RB ).

Zredukowana obj ę to ść retencji to:

(6)

Wzgl ę dny czas retencji równy:

(7)

gdzie: indeks " i " oznacza dowolną substancję, a indeks " w " oznacza wzorzec

Współczynnik retencji k , zdefiniowany wzorem:

(8)

lub:

(8a)

gdzie: n oznacza liczbę moli substancji, c jej stęŜenie, V objętość fazy,

K c to współczynnik podziału, zaś indeksy " s " i " m " dotyczą odpowiednio fazy

stacjonarnej i ruchomej.

Im większą wartość przyjmuje współczynnik k , tym silniej substancja jest

zatrzymywana przez fazę stacjonarną.

Indeks retencji Kovátsa I X – wielkość charakterystyczna dla danej substancji,

analizowanej na danej fazie stacjonarnej, słuŜąca do analizy jakościowej; z definicji dla

n -alkanów indeksy retencji są równe 100-krotności liczby atomów węgla w cząsteczce

(np. indeks retencji dla n -heksanu wynosi 600, dla n -dekanu 1000). Indeksy retencji

Ć wiczenie 2. GC – porównanie metod analizy ilo ś ciowej

wyznacza się wobec dwóch n -alkanów o z oraz z+m atomach węgla w cząsteczce, z

których pierwszy jest eluowany z kolumny przed badanym związkiem, a drugi – po tym

związku. Stosuje się wtedy wzór:

log

100

(9)

log

(

)

gdzie: I X – indeks retencji nieznanego związku, t´ Rx – zredukowany czas retencji

nieznanego związku, t´ Rz – zredukowany czas retencji alkanu zawierającego

z atomów węgla, t´ R(z+m) – zredukowany czas retencji alkanu zawierającego

z+m atomów węgla.

Wzór (9) moŜna stosować w przypadku analizy w stałej temperaturze (w izotermie).

Dla analiz w programowanej temperaturze stosuje się wzór van den Doola i Kratza:

100

(10)

(

)

gdzie: I Tp – indeks retencji nieznanego związku, T R – temperatura w Kelvinach,

przy której dany związek eluuje z kolumny (temperatura retencji)

lub całkowity czas retencji. Wyjaśnienie indeksów x , z , m , z+m jak we

wzorze (9).

2.2. Aparatura do chromatografii gazowej

W chromatografii gazowej gaz nośny jest oczyszczany i dostarczany do kolumny

chromatograficznej, umieszczonej w piecu chromatografu. Poprzez dozownik wprowadzamy

próbkę do strumienia gazu nośnego i dalej na kolumnę. Próbka jest rozdzielana i poszczególne

składniki trafiają do detektora. Kolumna, dozownik i detektor są utrzymywane w zaprogramowanej

temperaturze. Sygnał elektryczny z detektora jest wzmacniany i przekazywany do urządzenia

rejestrującego, którym moŜe być rejestrator, integrator (pozwala na automatyczne określanie

między innymi czasów retencji i powierzchni sygnałów poszczególnych związków) lub, we

współczesnych zestawach, komputer. Współczesne chromatografy gazowe składają się z kilku

podstawowych części, które zostały pokazane na schemacie blokowym (Rys. 2).

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: