Upload
poltha
View
227
Download
3
Embed Size (px)
DESCRIPTION
03 Chromatography GC Lab
Citation preview
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
Πέτρος Α. Ταραντίλης Υπεύθυνοι Άσκησης: Δρ. Δήμητρα Δαφερέρα και Δρ. Χάρης Κανάκης
Ενόργανη Ανάλυση Εργαστήριο
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
Αέρια - Στερεή Χρωματογραφία (Gas Solid Chromatography, GSC)
Στατική φάση: στερεό Κινητή φάση: αέριο Χρωματογραφία στερεού-αέριου, Προσρόφησης (Gas-Solid,
Adsorption) Αέρια - Υγρή Χρωματογραφία (Gas Liquid Chromatography,
GLC) Στατική φάση: υγρό σε στερεό φορέα Κινητή φάση: αέριο Χρωματογραφία υγρού-αέριου, Κατανομής (Gas-Liquid,
Partition) 2
1. Οβίδα ή φιάλη φέροντος αερίου (κινητής φάσης), Ρυθμιστής πίεσης - Ροόμετρο
2. Σύστημα εισαγωγής δείγματος 3. Θερμοστατούμενος κλίβανος, Στήλη χρωματογραφίας 4. Ανιχνευτής, Ενισχυτής 5. Καταγραφέας ή ηλεκτρονικός υπολογιστής - εκτυπωτής
Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
3
Φέρον αέριο - Kινητή φάση Χρησιμοποιούνται κυρίως 1. άζωτο (N2), 2. ήλιο (He) και 3. αργό (Ar). Η επιλογή του φέροντος αερίου γίνεται με βάση το τύπο του χρησιμοποιούμενου ανιχνευτή Ταχύτητα ροής του φέροντος αερίου πληρωμένες στήλες (packed columns) 10-60 mL/min, ενώ όταν χρησιμοποιούνται τριχοειδής στήλες (capillary
columns) 1-6 mL/min
Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
4
Ροόμετρο σαπωνοδιαλύματος
Σύστημα εισαγωγής δείγματος
Μικροσύριγγα Θάλαμος εξαέρωσης
Όγκος του δείγματος:
• 0,5-2 mL για αέρια • 1-10 μL για υγρά
Το μέγεθος του δείγματος καθορίζεται από: διαθέσιμη ποσότητα, χωρητικότητα της στήλης, ευαισθησία ανιχνευτή κ.λ.π. πληρωμένες στήλες (packed columns) 1-10 μL τριχοειδείς στήλες (capillary columns) 0,1-1μL
Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
5
Συστήματα εισαγωγής δείγματος
Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας
Μικροσύριγγες Automatic
liquid sampler (ALS)
Ηeadspace sampler
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
6
Συστήματα εισαγωγής δείγματος
Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
7
τεχνική HS-SPME
(Head Space – Solid-Phase Micro Extraction)
Θερμοστατούμενος κλίβανος - Στήλη
Θερμοκρασία: σταθερή, ισόθερμη ανάλυση μεταβαλλόμενη κατά τη διάρκεια της ανάλυσης Στήλη: επιμήκης σωλήνας με μορφή σπειράματος, Υλικό: ανοξείδωτος χάλυβας, γυαλί ή πλαστικό, Διαστάσεις: μήκος 1-3 m και διάμετρος 3-10 mm
πληρωμένες στήλες (packed columns) μήκος 10-50 m και διάμετρος 0,2-1,2 mm για τις τριχοειδείς
στήλες (capillary columns) ή πληρωμένες με επικάλυψη (coated).
Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
8
Στήλες
α) Πληρωμένες στήλες (packed columns).
β) Τριχοειδής στήλες
(capillary columns).
Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
9
Στήλες Οι στατικές φάσεις μπορούν να
ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με την πολικότητα τους:
α) πολικές, β) σχετικά πολικές και γ) μη πολικές.
Η καταλληλότερη στατική φάση για
δεδομένο δείγμα είναι εκείνη, η οποία είναι χημικά παρόμοια με αυτό (ίδιας πολικότητας).
Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας
Διαχωρισμός
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
10
Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας Στατική (Υγρή)
φάση Εφαρμογές Πολικότητα Μέγιστη
θερμοκρασία 0C
Squalane Υδρογονάνθρακες Ν 125
Apiezon L Υδρογονάνθρακες μεγάλου σ.ζ., εστέρες, αιθέρες
Ν 300
Methyl silicone Στερεοειδή, αλκαλοειδή εστέρες, εντομοκτόνα
Ν 300
Dinonul phthalate Όλα τα είδη Ι 175
Silicone oil Όλα τα είδη Ι 275
Diethyleneglycol Succinate
Eστέρες Ρ 200
Carbowax 20M Αλκοόλες, αρωματικά αμίνες, κετόνες
Ρ 250
Polymid Resin Αμινο – ενώσεις Ρ 300
q.q -Oxydipropio - nitrile
Oλεφίνες, αλκοόλες Αλδεϋδες
Ρ 100
AgNO3 in propylene Glycol
Ολεφίνες, κυκλικοί Υδρογονάνθρακες
Ρ 50
Ν = μη πολική, Ι = λίγο πολική, Ρ = πολική
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
11
Ανιχνευτές Οι συνηθέστερα χρησιμοποιούμενοι ανιχνευτές είναι: α) ανιχνευτής ιονισμού φλόγας (Flame Ionization Detector, FID) β) ανιχνευτής θερμικής αγωγιμότητας (Thermal Conductivity Detector, TCD), και γ) ανιχνευτής συλλήψεως ηλεκτρονίων (Electron Capture Detector, ECD).
Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
12
Ανιχνευτές
Ανιχνευτής
Όριο Ανίχνευσης
g
Περιοχή γραμμικότητας
Όριο θερμοκρασίας
oC
Παρατηρήσεις
Θερμικής
αγωγιμότητας TCD
10-6
105
450
Δεν καταστρέφει το δείγμα. Χρησιμοποιείται για ανόργανες και
οργανικές ουσίες. Ευαίσθητος σε μεταβολές
θερμοκρασίας και ροής αερίου
Ιονισμού φλόγας,
FID
10-11
108
400
Καταστρέφει το δείγμα. Πολύ σταθερός. Χρησιμοποιείται για οργανικές
ενώσεις. Δεν ανταποκρίνεται σε πολλά
ανόργανα αέρια: Η2Ο, CO2, CO, H2S, SO2, NH3
Συλλήψεως
ηλεκτρονίων, ECD
10-3
102
350
Δεν καταστρέφει το δείγμα. Χρησιμοποιείται για ενώσεις που
περιέχουν O, P,S, -NO2, αλογόνα, ανάλυση εντομοκτόνων
Σύγκριση ανιχνευτών αέριας χρωματογραφίας
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
13
Ενισχυτής S/N > 2
Καταγραφέας ή ηλεκτρονικός υπολογιστής-εκτυπωτής
Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
14
Det
ecto
r R
espo
nse
time
Τυπικό χρωματογράφημα
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
Θερμοκρασία θαλάμου εισαγωγής του δείγματος: 50oC πάνω από το σημείο βρασμού των συστατικών. Θερμοκρασία κλιβάνου-στήλης: 50-250oC σταθερή, ισόθερμη ανάλυση μεταβαλλόμενη κατά τη διάρκεια της ανάλυσης Θερμοκρασία ανιχνευτή: πιο πάνω από τη θερμοκρασία της στήλης
Έλεγχος Θερμοκρασίας
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
16
Έλεγχος Θερμοκρασίας
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
17
Θερμοκρασία κλιβάνου-στήλης: σταθερή 45oC, ισόθερμη ανάλυση σταθερή 120oC, ισόθερμη ανάλυση μεταβαλλόμενη κατά τη διάρκεια της
ανάλυσης από 30 σε 180oC,
Έλεγχος Θερμοκρασίας
Χρόνος, min
Θερμοκρασία, οC
Χρόνος, min
Θερμοκρασία, 45οC
Θερμοκρασία, 120οC Χρόνος, min
Αριθμός κορυφής
Ουσία Σημείο ζέσεως 0C
1 n-προπάνιο -42
2 n-βουτάνιο -0.5
3 n-πεντάνιο 36
4 n-εξάνιο 69
5 n-επτάνιο 98
6 n-οκτάνιο 126
7 Βρωμοφόρμιο 150
8 m-χλωροτολουόλιο
162
9 m-βρωμοτολουόλιο
184
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
18
Έλεγχος Θερμοκρασίας
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
19
100oC-->200oC
3,0 3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
4,2
4,4
4,6
4,8
Arb
150oC
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
4,2
4,4
4,6
4,8
Arb
100 200 300 400 500 Arbitrary units
Ποιοτική Ανάλυση
Σύγκριση του tRχ της άγνωστης ουσίας με το tRs συγκεκριμένης πρότυπης ουσίας.
Με τη μέθοδο του εμβολιασμού (spiking)
Σύγκριση του tRχ της άγνωστης ουσίας με το tRΑ αλκανίων (Kovats index).
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
Ποιοτική Ανάλυση Όλοι οι προαναφερθέντες ανιχνευτές δεν κάνουν
ταυτοποίηση των συστατικών ενός δείγματος. Ο χρόνος συγκράτησης (retention times) από μόνος του
δεν μπορεί να ταυτοποίηση ένα συστατικό Για να γίνει ταυτοποίηση χρειάζεται
Φασματόμετρο Μαζών (Mass spectrometer) Φασματόμετρο Υπερύθρου (Fourier Transform
Infrared Spectrometer) Σύγκριση των φασμάτων με φάσματα γνωστών
συστατικών (fingerprint)
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
Ποιοτική Ανάλυση Όλοι οι προαναφερθέντες ανιχνευτές δεν κάνουν
ταυτοποίηση των συστατικών ενός δείγματος. Για να γίνει ταυτοποίηση χρειάζεται Αέριο Χρωματογράφος (GC) συνδεδεμένος με
Φασματόμετρο Μαζών (MS)
Φασματόμετρο Υπερύθρου (Fourier Transform Infrared Spectrometer)
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
22
Η αέρια χρωματογραφία σε συνδυασμό με τη φασματομετρία μαζών, γίνεται ισχυρότατο μέσο ταυτοποίησης πολύπλοκων δειγμάτων
Αέρια χρωματογραφία - φασματομετρία μαζών Gas Chromatography - Mass Spectrometry (Detector), GC-MS (D)
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
Αέρια χρωματογραφία - φασματομετρία μαζών Gas Chromatography - Mass Spectrometry (Detector), GC-MS (D)
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
24
Αέρια χρωματογραφία - φασματομετρία μαζών Gas Chromatography - Mass Spectrometry (Detector), GC-MS (D)
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
25
Αέρια χρωματογραφία - φασματομετρία μαζών Gas Chromatography - Mass Spectrometry (Detector), GC-MS (D)
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
26
Ποσοτική Ανάλυση
Το εμβαδόν της κάθε κορυφής του χρωματογραφήματος σχετίζεται με την ποσότητα του αντίστοιχου συστατικού μέσα στο δείγμα
1. Προσδιορισμός της % αναλογίας των συστατικών του δείγματος (percentage of total).
2. Προσδιορισμός της συγκέντρωσης των συστατικών του δείγματος i. Μέθοδος εσωτερικού προτύπου( internal standard). ii. Μέθοδος εξωτερικού προτύπου (external standard).
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
Εφαρμογές Καύσιμα Καυσαέρια Ταυτοποίηση Φυσικών Προϊόντων Έλεγχο διεργασιών Ποιοτικό έλεγχο (τροφίμων, φαρμάκων κλπ) Βιο-ιατρικές εφαρμογές
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
28
'Yes, love is a potent drug indeed...but I still don't think we can analyze it using gas chromatography...‘ «Ναι, η αγάπη είναι ένα ισχυρό φάρμακο όντως ... αλλά εγώ ακόμα δεν πιστεύω ότι μπορούμε να το αναλύσουμε με αέρια χρωματογραφία…»
29
Ρίγανη VS Θυμάρι Χημική σύσταση αιθερίων ελαίων τυχαίων εμπορικών δειγμάτων
Ρίγανης και Θυμαριού (% του συνολικού αιθερίου ελαίου)
9,923,5
4,7 5,4
12,7
4,3 6,6 2,6
Θυμ
όλη;
63,
3
Θυμ
όλη;
63,
6
Θυμ
όλη;
17,
7
Θυμ
όλη;
0,2
Καρ
βακρ
όλη;
7,8
Καρ
βακρ
όλη;
2,2
Καρ
βακρ
όλη;
61,
9
Καρ
βακρ
όλη;
81,
5
0102030405060708090
100
Ρίγανη 1 Θυμάρι 1 Ρίγανη 2 Θυμάρι 2
%
π-Κυμένιογ-ΤερπινένιοΘυμόληΚαρβακρόλη
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)
OH
OH
Θυμόλη Θυμάρι
Καρβακρόλη Ρίγανη
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC) Άσκηση 3η: Πρακτική εφαρμογή
Ποιοτικός και ποσοτικός προσδιορισμός συστατικών αιθερίων ελαίων με αέρια χρωματογραφία – φασματομετρία μαζών (Gas Chromatography - Mass Spectrometry, GC - MS)
Σκοπός Εισαγωγή - Θεωρία Πειραματικό μέρος
Δείγμα – Περιγραφή Συσκευές-Όργανα (Εταιρεία Μοντέλο κλπ) Συνθήκες ανάλυσης (Θερμοκρασίες, ροή κινητής φάσης κλπ)
Αποτελέσματα - Συζήτηση - Συμπεράσματα Χρωματογράφημα, δεδομένα ανάλυσης Δημιουργείστε ένα πίνακα με τα 5 κύρια συστατικά του δείγματος (αυτά με το μεγαλύτερο % ποσοστό). Ταυτοποιήστε τα συστατικά, δώστε τα ονόματα τους (κατά IUPAC, ή εμπειρικό) και τις δομές τους. Σχολιάστε τα αποτελέσματα.
Βιβλιογραφία
Υπεύθυνοι Άσκησης: Δρ. Δήμητρα Δαφερέρα και Δρ. Χάρης Κανάκης