View
1.040
Download
1
Category
Preview:
Citation preview
1
• Najdjelotvorniji postupak separacije (razdvajanja) sličnih spojeva
• Tswett – ruski botaničar, 1903. prvi je proveo odjeljivanjebiljnih pigmenata na CaCO3; chroma (grč.) = boja
• Tiselius – začetnik kolonske kromatografije 1952.
• Stahl – začetnik tankoslojne kromatografije (TLC) 1950.
8.1. Uvod
• Martin i James – začetnici plinske kromatografije (GC) 1952. (Nobelovanagrada)
• 12 Nobelovih nagrada za radove s kromatografijom (1937-1972.)
• KROMATOGRAFIJA – odijeljivanje sastojaka homogene smjesesorpcijskim procesima između stacionarne (nepokretne) faze (SF) i mobilne (pokretne) faze (MF)
8. KROMATOGRAFSKI POSTUPCI
2
• Adsorpcija – stvaranje međusloja tvari na dodirnoj površini MF ičvrste SF
• Apsorpcija – prijenos tvari iz MF u tekuću SF (razdjeljivanje, particija)
8.2. Podjela kromatografskih procesa
(i) Prema načinu dodira SF i MF
Kolonska kromatografija – gravitacija i(li) (pod)tlak
Planarna kromatografija – gravitacija ili kapilarni efekt
• Sorpcija = adsorpcija + apsorpcija (razdjeljivanje)
3
KROMATOGRAFIJA
ADSORPCIJSKA
SF-čvrsta
RAZDJELNA
SF-tekuća
MF – tekuća MF – plin MF – tekuća MF – plin
•"klasična"adsorpcijska kromatografija
• TLC (tankoslojnakromatografija)
• s izmjenjivačimaiona
• HPLC (visoko djelotvornatekućinska kromatografija)
• plinska (GC) •"klasična"razdjelna kromatografija(LC)
• papirna (PC)
• HPLC
• plinska (GC)
• kapilarnakromatografija
(ii) Prema tipu SF/MF i načinu uspostavljanja ravnoteže
4
8.3. Adsorpcijska kromatografija
• Kolonska kromatografija
SF (Al2O3), MF (heksan, etil-acetat,...)
5
• Elucija ("ispiranje") – razdvajanje smjese djelovanjem MF• Brzina elucije (tR) – ovisi o adsorpciji na SF
• Adsorpcijske sile: Van der Waalsove i vodikove veze (Al2O3) ili elektrostatske veze (izmjenjivači iona)
• TLC (Thin Layer Chromatography) – poseban slučaj
8.4. Razdjelna (particijska) kromatografija
• Tehnička izvedba – slično adsorpcijskoj kromatografiji (prethodnaslika); kolonska ili TLC (tankoslojna) kromatografija
• SF tekućina (često H2O) vezana na inertni nosač (npr. Kieselguhr = dijatomejska zemlja)
• Brzina elucije – ovisi o topljivosti u SF, a separacija o konstantirazdjeljenja KC:
KC = cScM
cS – koncentracija tvari u SFcM – koncentracija tvari u MF
6
• PC (papirna kromatografija) – poseban slučaj
• Separacija kod obje vrste kromatografije ovisi o raspodjeli izmeđuSF/MF (svojstvenoj za svaku tvar)
8.5. Teorija elucijske kromatografije
• Kromatografski proces – uspostavljanje i narušavanje dinamičkeravnoteže pri prelasku tvari iz SF u MF i obratno
Dinamička ravnoteža spoja Aizmeđu stacionarne i mobilne faze u kromatografskom procesu
7
• Najvjerojatnije ponašanje molekula razdvajanog spoja
8.5.1. Kinetička teorija
• Molekule prelaze in MF SF kad dobiju potrebnu aktivacijsku energiju
• Zadržavanje molekule u SF/MF
8
8.5.2. Model teorijskih tavana
• Temelji se na teoriji protustrujne Craigove distribucije (frakcijskadestilacija).
Tavani u koloni za frakcijskudestilaciju
9
• Pojedinačna uravnoteživanja (odjeljivanja) zbivaju se na odsječcimakolone, teorijskim tavanima (HETP).
• Nakon n odjeljivanja, molekule se rasporede prema Gaussovoj krivulji.
10
• Djelotvornost kolone raste s brojem tavana (N) a obrnuto je proporcionalna njihovoj visini (H).
L = H x N
11
• U elucijskoj kromatografiji veća djelotvornost kolone znači užekromatografske vrpce (bolje odjeljivanje), mada je neizbježno njihovoširenje.
• Širina vrpce (w) upravo je proporcionalna s tR a obrnutoproporcionlna s brzinom MF (u).
12
• Vrpca je Gaussova krivulja, a standardno odstupanje τ računa se iznjezine širine (w = 4τ).
• Optimalna w, u (brzina MF) i razdvajanje (α) postiže se kontrolom nekoliko parametara (vidi 8.6.)
-2τ +2τ
tR = ukupno vrijeme zadržavanja (retencijskovrijeme)
tM = vrijeme prolaska MFτ = standardna varijancija
13
• Faktor zadržavanja – opisuje brzinu putovanja analita kroz kolonu
k = (tR – tM)/tM
k > 20 elucija traje predugo (nepovoljno)k = 1-5 optimalno
14
• Separacijski faktor (faktor razdvajanja) – mjera za separacijuanalita A i B; pretpostavlja se da B putuje brže
α = kB/kA
• Eksperimentalni podaci w (=4τ) i tR
su važni za izračunavanje H i N(kojima se izražava djelotvornost kolone)
H = L w2
16tR2 N = 16
tRw
2
• Kromatografija je mnogo djelotvornija od frakcijske destilacije jer se male razlike u sorpcijskom ponašanju ovdje multipliciraju
• 1 destilacijski tavan ≈ 10-30 kromatografskih tavana
• Prednost kromatografije – kraće trajanje separacije (1 min – 1 sat)(frakcijska destilacija može trajati danima)
α > 1
15
• H i N su važni komercijalni podaci; usporedba je smislena ako se radi oistom spoju; npr. U GC-kolonama 30.000 – 500.000 teorijskih tavana
8.6. Realni kromatografski proces
• Na disperziju skupa sličnih molekula (širina vrpce) utječe niz faktora.Što je disperzija skupova (w) manja a njihova udaljenost (∆z) većapostupak je uspješniji
8.6.1. Faktori koji utječu na širenje (disperziju) vrpce
(i) Brzina mobilne faze (u)
• veća u – smanjuje longitudinalnu difuziju (B) ali onemogućujeuravnoteživanje analita između MF i SF (CM, CS)
• manja u – povećava B i omogućuje uravnoteživanje
• optimalna u – najmanja B, povoljno uravnoteživanje najmanja
H i najuža w
16
H = B/u + CS u + CM u
zbroj donjih krivulja
optimalna brzina
H = visina teorijskog tavanaB = longitudinalna difuzijau = linearna brzina MFCS = koeficijent prijenosa mase
u SFCM = koeficijent prijenosa mase
u MF
Van Deemterova jednadžba
17
(ii) Temperatura sustava
• idealni proces – smanjenje disperzije odnosno povećanje brzineprijelaza SF MF
• realni proces – povećanje difuzije; potrebno naći optimum
(iii) Količina analita
• idealni slučaj – beskonačno razrjeđenje• realni proces – promjene energetskog stanja molekula pri većim
koncentracijama negativno djeluju na uspostavljanjeravnoteže ("kašnjenje") što povećava disperziju (w)
(iv) Promjer čestica sorbensa i kolone
• manja zrnca – veća ukupna površina ali usporavanje brzine MF (u)
• naći optimum za svaki slučaj• u pukotinama zrnaca zadržavaju se molekule povećanje difuzije;
zato je povoljan kuglasti oblik zrnaca bez pukotina
18
• uža kolona – bolje razlučivanje (nema ljevkastih vrpci!)
(v) Tip veze SF-analit
• prečvrste veze – razvučene vrpce• preslabe veze – nema efekta razdvajanja• najpogodnija Eveze = 21-63 kJ/mol
(dipol-dipol; vodikova veza, koordinacijska veza)
8.6.2. Razlučivanje
• Mjera za uspješnost kromatografije jest razlučivanje RS (tvari A i B):
Rs= 2 ∆Z/wA + wB
19
• Za bolje razlučivanje treba povećati N (broj tavana), α (separacijski faktor)i k (faktor zadržavanja):
20
− N se povećava smanjenjem promjera čestice SF − k ovisi o temperaturi (GC) i o sastavu MF (LC)
R =N
4
kB 1+kB
α - 1α
8.7. Kromatografske tehnike
• U prethodnim primjerima: elucijska analiza (jedina tehnika u razdjelnoj kromatografiji)
• Frontalna analiza i analiza istiskivanjem− uklanjanje "repova" u adsorpcijskoj kromatografiji
8.7.1. Elucijska analiza
• Elucijski agens ili eluens – MF pri elucijskoj analizi – ne smijereagirati sa SF
21
• Postupna elucija – dodatak sve "jačih" eluenasa
• Gradijentna elucija – kontinuirana promjena sastava eluensa
8.7.2. Frontalna analiza
• Služi za uklanjanje "repova" u adsorpcijskoj kromatografiji
• Postupak: otopinu smjese dodaje se u kolonu do njezina zasićenja
22
8.7.3. Analiza istiskivanjem
• Elucijska + frontalna analiza
• Tvar se nanosi na kolonu a potom dodaje otopina "istiskivala" D(umjesto eluensa)
• Primjena:(ii) uklanjanje nepoželjnog sastojka (mala količina) iz smjese
(npr. EtOH iz CHCl3)
(i) određivanje tragova nečistoća
23
• Učinak: D se najjače adsorbira pa istiskuje slijedom sve slabije adsorpcijeC, B, A te se dobivaju vrpce čistih tvari
8.7.4. Usporedba razdjelne i adsorpcijske kromatografije
• Odabir: razdjelna kromatografija pogodnija za razdjeljivanje srodnihspojeva (homologni niz); zbog specifičnosti adsorpcijskih efekata adsorpcijska kromatografija služi za razdjeljivanje različitih spojeva
• Prednost razdjelne kromatografije: uže kromatografske vrpcebez "repova"
• Nepogodnost adsorpcijske kromatografije: SF često reaktivna
• U praksi: često istodobnost adsorpcijskih i razdjelnih procesa (PC)
24
8.7.5. Odabir MF i SF u adsorpcijskoj kromatografiji
SF MF
SiO2Mg-silikat
ANALIT
srednje
Al2O3RX
petroleter RH
CaO
CaCO3
aktivna
MgO
cikloheksanCCl4ClCH=CCl2benzenCH2Cl2CHCl3 (bez EtOH)Et2OEtOAcpiridinMe2COEtOH
talkškrobceluloza
MeOHMeCNH2O
RORRCOOR
nereaktivna
RCOR
RCO2H
RCHORCONHRRNH2ROH
ArOH
aktivna
polarnost
Recommended