Gas Chromatography, GC


PLYNOVÁ CHROMATOGRAFIE, GC

Plynový CHROMATOGRAF




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).




LINEÁRNÍ RYCHLOST NOSNÉHO PLYNU

      
                    


KOMPRESIBILITNÍ FAKTOR , j

   

pi     tlak na vstupu do kolny
po     tlak na výstupu z kolony

průměrná lineární rychlost mobilní fáze

   

   

Bo     specifická permeabilita kolony [m2]
Dp     tlakový spád [Pa]
h     dynamická viskozita [Pa s]
e     vnitřní porozita sorbentu
L     délka kolony [m]


RETENČNÍ OBJEMY v GC

mrtvý retenční objem

   

retenční objem

   

redukovaný retenční objem

   

čistý retenční objem je redukovaný retenční objem korigovaný na stlačitelnost nosného plynu

   

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)

   

   


ADSORPCE

A(g) + S Û AS





Henryho adsorpční izoterma

   

Langmuirova adsorpční izoterma

   




ROZPOUŠTĚNÍ (ABSORPCE)

Raoultův zákon

   

pB     parciální tlak složky B nad směsí kapalin
    tlak (tenze) nasycených par složky B

xB     molární zlomek složky B v kapalné směsi





pokud xB << 1, pak gB je konstantní a platí

Henryho zákon

   




VLIV TEPLOTY NA SEPARACI

teplota nástřikové hlavy, Tinj
teplota termostatu kolony, Tc
teplota detektoru, Td

Tc > Tvar     ,     Tinj ³ Tc     ,     Td > Tc

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, Tc,1 ® Tc,2


DERIVATIZACE ANALYTU

vede ke snížení jeho bodu varu (Tvar)

kyselina benzoová (249 °C),
anilin (184 °C),
benzanilid (117 °C)

derivatizace aminokyselin
aminokyselina
       + isopropylalkohol ® isopropylester
       + trifluoracetanhydrid ® trifluoracetamid


NOSNÝ PLYN

N2 , H2 , He , Ar






DÁVKOVÁNÍ 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 mL

kapalné vzorky
injekční stříkačky o objemu 1 až 100 mL

tuhé vzorky
roztok ve vhodném rozpouštědle

split/splitless dávkovač




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




ADSORBENTY v GC

aktivní uhlí, grafitizované uhlí
    dělení plynů a lehkých uhlovodíků

silikagel
    dělení anorganických plynů a nízkovroucích kapalin

molekulová síta (krystalické hlinitokřemičitany)
    5A dělení plynů a lehčích uhlovodíků
    4A jako sušidla

porézní polymery (vinylbenzenové kopolymery), komerčně tzv. Porapaky
    dělení nízkomolekulárních uhlovodíků, anorganických plynů, alkoholů, esterů a ketonů


KAPALNÉ STACIONÁRNÍ FÁZE 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




b) plamenový ionizační detektor, FID
    selektivní, destruktivní, velmi citlivý




c) detektor elektronového záchytu, ECD
    selektivní, nedestruktivní, středně citlivý




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 DETEKTORů

základní linie, šum a drift, pík

odezva detektoru (signál detektoru), R
    diferenciální veličina (výška píku)

        nebo    

citlivost detektoru, S

plocha pod eluční křivkou, A
    integrální veličina (ploch a píku)

        nebo    

časová konstanta, t     (3t ® 95 %)

   

lineární dynamický rozsah

   

detekční limit, LOD     3s

limit stanovení, LOQ     10s


ANALYTICKÁ INFORMACE Z CHROMATOGRAMU

RESULTS
 --------------------------------------------------
Peak     RT(min)     Height     Area        W1/2
--------------------------------------------------
1         5.723      1.957        8.827     0.023
2        12.561      5.457       96.121     0.048
3        15.887      2.827       73.266     0.073
4        22.975      0.773        6.001     0.102
--------------------------------------------------

 kvalitativní informace :
poloha píku - retenční čas ® 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 mL (35 °C)
teplota termostatu kolony : 35 °C
detekce : TCD (140 °C)




GC isopropylesteru FENYLALANINU (N-TFA)

kolona: křemenná kapilární, 25 m x 0,250 mm
stacionární fáze : PERMABONDâ L-CHIRASIL-VAL
nosný plyn : 1,2 ml/min H2 (0,6 bar)
dávkování : 0,5 mL (1% roztok v CH2Cl2)
splitter (dělič) : 1:50
teplota termostatu kolony : 150 °C
detekce : FID (260 °C)
1. D-fenylalanin
2. L-fenylalanin




GC polychlorovaných bifenylů (PCB)

kolona : FS-SE-54-DF-0,35; 50 m x 0,25 mm ID
stacionární fáze : SE-54 (fenylpolysiloxan)
nosný plyn : N2 (1,2 bar)
dávkování : 1 mL (200 - 800 pg/mL v CH2Cl2)
splitter (dělič) : 1:70
teplota kolony : 80 °C ® 280 °C, 8 °C/min
detekce : ECD (260 °C)

1. 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,
11. 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




SUPERKRITICKÁ FLUIDNÍ CHROMATOGRAFIE, SFC

mobilní fáze je superkritická tekutina

CO2 :
       kritická teplota, Tc = 35 °C
       kritický tlak, Pc = 75 bar (7,5 MPa)



oxid uhličitý
40 °C : 72 bar ® 0,22 g/ml , 400 bar ® 0,96 g/ml
80 °C : 72 bar ® 0,14 g/ml , 400 bar ® 0,82 g/ml

Hustota a rozpouštěcí schopnost superkritické tekutiny se blíží hustotě
a rozpouštěcí schopnosti kapalin. Viskozita superkritické tekutiny se blíží viskozitě plynů.


soubory pdf:    preSM4.pdf    gc.pdf


[ Domovská stránka | Separační metody | HPLC | GC | CES | CZE | MECC | CEC | TLC a PC | Extrakce, GPC, IEC a AC | Otázky | Cvičení | Témata | Kvalitativní analytická chemie | Základní praktika | Seminář z analytické chemie | Analytické separační metody ]

7.4.1996 © Pavel Coufal