Data: 08.11.2007r.

ANALIZA INSTRUMENTALNA

Wykład 5

1. Chromatogram

a) Utrwalony obraz wyników rozdzielania różnymi metodami chromatograficznymi w postaci:

1) arkusza, paska, krążka bibuły lub płytki z sorbentem z wywołanymi plamkami substancji rozdzielanych

2) zapisu wskazań detektora, który zarejestrował stężenia lub masy rozdzielonych substancji wychodzących z kolumny chromatograficznej albo rozdzielonych na bibule lub płytce chromatograficznej

3) sorbentu, po elucji i wywołaniu substancji rozdzielonych

b) Rodzaje chromatogramów

- Chromatogram elucyjny

- Chromatogram całkowy - występuje dość rzadko

Zapis sygnału analitycznego detektora całkowego w postaci kolejnych stopni (krzywe schodkowe)

- Chromatogram różniczkowy

Zapis sygnału detektora różniczkowego w postaci kolejnych pików

O - punkt startu

A - pik powietrza

B, C, D - piki rozdzielanych składników

Typowy chromatogram:

OA = t_M - martwy czas retencji (czas retencji gazu niesorbowanego)

OB = t_RI - czas retencji I składnika

OC = t_RII - czas retencji II składnika

AB = t'_RI - zredukowany czas retencji I składnika

AC = t'_RII - zredukowany czas retencji II składnika

AC/AB - r_II/I - retencja względna

Martwy czas retencji - czas od nastrzyknięcia do max piku gazu niesorbowanego

2. Parametry retencji

Wielkościami, które w określonych warunkach rozdziału chromatograficznego charakteryzują daną substancję pod względem jakościowym są:

- czas retencji

- objętość retencji

a) Całkowity czas retencji t_R

Całkowity czas retencji t_R danego składnika to czas liczony od momentu wprowadzenia próbki (iniekcji) do momentu pojawienia się na chromatogramie maksimum piku tzn. do momentu pojawienia się na wyjściu z kolumny maksymalnego stężenia wymywanego związku

b) Współczynnik retencji k (współczynnik pojemności k)

c) Współczynnik selektywności α

t_RA, t_RB - czasy retencji substancji A i B

k_A, k_B - współczynnik retencji substancji A i B

3. Teoria półek teoretycznych

- Półka teoretyczna to objętość kolumny, w której zostanie osiągnięty stan równowagi między stężeniem substancji chromatografowanej w fazie ruchomej i nieruchomej.

- Gdy substancja zostanie wprowadzona na kolumnę, znajduje się na „1 półce teoretycznej”, gdzie ulega podziałowi między fazę ruchomą i stacjonarną; proces ten odbywa się zgodnie z wartością współczynnika podziału k.

- Kolumna chromatograficzna składa się z N hipotetycznych półek teoretycznych.

L - długość kolumny

H (WRPT) - wysokość równoważna półce teoretycznej

N - liczba półek

a) Rozkład stężeń substancji chromatografowanej po przejściu przez N kolejnych półek znajdujących się w kolumnie:

h - wysokość piku

σ - parametr kształtu krzywej i odchylenie standardowe krzywej

m - współczynnik położenia krzywej

x - dowolny czas retencji

b) Wyznaczanie liczby półek teoretycznych (N) z kształtu piku

c) Sposoby obliczania liczby półek teoretycznych (sprawność kolumny)

σ - odchylenie standardowe krzywej (szerokość piku na wysokości 0,882h)

W_1/2 - szerokość piku w połowie wysokości

W_B - szerokość piku na linii podstawy

4. Równanie van Deemtera

a) Wysokość równoważna półce teoretycznej zależy od:

dyfuzji wirowej, związanej z wypełnieniem kolumny

dyfuzji podłużnej, przedstawiającej dyfuzję cząsteczkową w fazie ruchomej

oporu przenoszenia masy

b) Równanie to przedstawia zależność wysokości półki teoretycznej (H) od średniej liniowej prędkości przepływu fazy ruchomej przez kolumnę

c) A = 2λd_p

λ - stała upakowania kolumny

d_p - średnica ziaren

- Określa dyfuzję wirową i zależy od wypełnienia kolumny

d) B = 2γD_m

γ - współczynnik krętości porowatych kanalików wypełnienia

D_m - współczynnik dyfuzji w fazie ruchomej

- Określa dyfuzję podłużną w fazie ruchomej

e) C - dotyczy przenoszenia masy i składa się z trzech elementów

- C_s oznacza opór przenoszenia masy związany z fazą stacjonarną i zależy od:

1) dyfuzji do fazy stacjonarnej - chromatografia podziałowa

df - grubość filmu ciekłej fazy stacjonarnej

D_s - współczynnik dyfuzji sorbentu w ciekłej fazie stacjonarnej

2) kinetyki adsorpcji i desorpcji - chromatografia adsorpcyjna

t_d - czas desorpcji adsorbentu

- C_m jest związany z nierównomiernym przesuwaniem się sorbentu wzdłuż kolumny

γ - współczynnik struktury upakowania kolumny

D_m - współczynnik dyfuzji w fazie ruchomej

- C_ms jest związany z zatrzymywaniem w kanalikach fazy ruchomej

Φ - część fazy ruchomej zatrzymującej się wewnątrz granul wypełnienia

f) W przypadku chromatografii gazowej C_ms i C_m są nieistotne i równanie przyjmuje postać:

g) Sprawność kolumny chromatograficznej można zwiększyć (obniżyć wartość H) przez:

dobór optymalnej prędkości przepływu fazy ruchomej

taki dobór kolumny i jej wypełnienia, aby wartości A, B, C w równaniu van Deemtera były możliwie małe

h) Dla danego układu chromatograficznego istnieją optymalna:

- wartość prędkości przepływu fazy ruchomej

- temperatura pracy kolumny

5. Jakość rozdziałów chromatograficznych

a) Zależność kształtu piku od czasu retencji:

- na początku chromatogramu piki są ostre, ale nie rozdzielone

- w miarę wzrostu czasu retencji piki są ostre i rozdzielone

- przy dalszym wzroście t_R te piki są rozdzielone, ale rozmyte

b) Kształt pików chromatograficznych

1) Liniowa izoterma adsorpcji - symetryczny kształt piku chromatograficznego

2) Izoterma adsorpcji typu Langmuira i odpowiadający jej kształt piku chromatograficznego

3) Izoterma adsorpcji typu antylangmuira i odpowiadający jej kształt piku chromatograficznego

6. Analiza ilościowa

a) Sposób pomiaru powierzchni metodą trójkąta

b) Sposób pomiaru powierzchni przy wykorzystaniu wysokości i szerokości piku w połowie wysokości

c) Inny sposób obliczania powierzchni piku jest oparty na równaniu krzywej Gaussa. W przypadku gdy pik ma kształt krzywej Gaussa powierzchnię piku A określa równanie:

gdzie:

h - wysokość piku

σ - odchylenie standardowe; szerokość piku mierzona w odległości 0,882h.

Wzór ten można przedstawić także w innej postaci:

gdzie:

k - współczynnik liczbowy przyjmujący kolejno wartość 1,065; 1,66; 2,507; 2,73, gdy szerokość piku W mierzy się odpowiednio przy 0,5h; 0,75h; 0,882h; 0,9h

7. Metoda kalibracji

Krzywe kalibracyjne odpowiadające zależności powierzchni A i wysokości h piku od liczby gramów G chromatografowanego składnika.

W metodzie kalibracji bezwzględnym współczynnikiem korelacyjnym jest cotangens kąta nachylenia krzywej kalibracji do osi x. Znając wartość G_i możemy obliczyć procentową zawartość składnika „i” w badanej próbie:

gdzie:

G_p - ilość wprowadzonej na kolumnę próbki, wyrażona w takich samych jednostkach, jak ilości próbek użytych przy wykreślaniu krzywej kalibracji

8. Współczynniki określające efekt rozdziału chromatograficznego

a) Chromatografia kolumnowa

b) Chromatografia rozdzielcza

gdzie:

A_s - przekrój poprzeczny fazy stałej (nośnika)

A­_r - przekrój poprzeczny fazy ruchomej

A­_n - przekrój poprzeczny fazy nieruchomej

K - stosunek podziału substancji rozpuszczonej

c) Chromatografia bibułowa i cienkowarstwowa

9. Podział chromatografii

kolumnowa

cieczowa cienkowarstwowa

1) Adsorpcyjna gazowa kolumnowa

cienkowarstwowa

bibułowa

cieczowa kolumnowa

2) Podziałowa gazowa kolumnowa

kolumnowa

3) Jonowymienna cieczowa bibułowa

cienkowarstwowa

bibułowa

4) Osadowa cieczowa kolumnowa

cienkowarstwowa

cienkowarstwowa

5) Sitowa cieczowa kolumnowa

10. Klasyfikacja chromatografii uwzględniającej stan skupienia fazy stacjonarnej i ruchomej

czas retencji t_R

objętość retencji V_R

sygnał z detektora

czas (objętość) retencji

sygnał detektora

czas

sygnał, mV