Chromatografia gazowa II (GC II)
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie wpływu różnych czynników, takich jak
polarność substancji rozdzielanych
temperatura wrzenia substancji rozdzielanych
polarność fazy stacjonarnej
temperatura pracy kolumny
długość kolumny
szybkość przepływu gazu nośnego na efektywność rozdziału chromatograficznego
Opis programu
Program umożliwia symulację procesu rozdzielania mieszaniny związków organicznych metodą chromatografii gazowej przy użyciu ciekłej fazy stacjonarnej. Mieszanina rozdzielana może zawierać od 1 do 5 składników wybranych spośród zestawu 37 substancji z grupy węglowodorów alifatycznych i aromatycznych, chlorowcowęglowodorow, aldehydów, ketonów, alkoholi, estrów, eterów i nitryli. Skład rozdzielanej mieszaniny dobierany jest w sposób dowolny ( 1÷5 składników) lub losowy ( 3 składniki w mieszaninie).
Wybraną mieszaninę można rozdzielać na następujących fazach stacjonarnych:
1. Silikon DC-200
2. Ftalan n-decylu
3. Sebacynian di(mrtyloksylu)
4. Poli(glikol etylenowy)
Można również zmieniać długość kolumny z wybranym wypełnieniem w granicach od 1 do 5 m oraz szybkość przepływu gazu nośnego w zakresie od 0 do 60 ml/min.
Proces chromatograficzny może przebiegać w warunkach izotermicznych ( tzn. w stałej temperaturze, w zakresie od 25 do 250 °C) lub z programowaniem temperatury. W tym drugim przypadku należy ustalić temperaturę początkową i końcową, gradient temperatury czyli szybkość jej przyrostu w °C/min, oraz tzw. okres izotermiczny tj. czas, po którym ma nastąpić wzrost temperatury. W okresie izotermicznym utrzymywana jest temperatura początkowa.
Ekran programu składa się z czterech części: głównego menu ( u góry ekranu) zawierającego podstawowe opcje programu, części, w której rysowany jest chromatogram oraz z dwóch okien w dolnej części ekranu. W lewym oknie wyświetlane są składniki rozdzielanej mieszaniny i ich czasy retencji, w prawym zaś, rodzaj fazy stacjonarnej i pozostałe parametry procesu chromatograficznego.
Po uruchomieniu programu aktywne jest menu główne i opcja Parametry ( wyróżniona przez podświetlenie niebieskim tłem). Wszystkie opcje głównego menu posiadają kolijne menu, tzw. menu podrzędne. Zmiana opcji głównego menu następuje przez przesunięcie ( za pomocą klawiszy lub ) podświetlenia na daną opcję. W celu uaktywnienia dowolnej opcji głównego menu należy nacisnąć klawisz z wyróżnioną czerwonym kolorem literą danej opcji lub przesunąć na nią podświetlenie i nacisnąć klawisz ENTER. Wówczas na ekranie pojawi się odpowiednie menu podrzędne.
Wykonanie dowolnego polecenia lub podopcji menu podrzędnego następuje przez naciśnięcie klawisza z wyróżnioną literą danego polecenia lub podopcji. Drugi sposób polega na przesunięciu ( za pomocą klawiszy lub ) podświetlenia na wybrane polecenie i naciśnięciu klawisza ENTER. Powrót z menu podrzędnego do głównego następuje za pomocą klawisza ESC.
Obsługa menu programu może się również odbywać przy pomocy myszki. Przesunięcie kursora myszki (strzałka) na nazwę danej opcji lub polecenia menu i naciśnięcie lewego przycisku myszki powoduje uaktywnienie tej opcji. Powrót z menu podrzędnego do menu głównego następuje poprzez przesunięcie kursora myszki poza obszar menu podrzędnego i naciśnięcie lewego przycisku.
Wybranie w opcji Parametry podopcji Temperatura , Długość kolumny, Przepływ gazu i Programowanie temperatury powoduje otwarcie okna wprowadzania danych. W oknie tym wyświetlana jest aktualna wartość danego parametru, która może być zmieniona przez użytkownika i zaakceptowana klawiszem ENTER. Naciśnięcie klawisza ESC , mimo zmiany wartości parametru, powoduje zamknięcie okna i zachowanie dotychczasowej wartości parametru.
Realizacja podopcji Faza stacjonarna powoduje otwarcie kolejnego menu podrzędnego z nazwami dostępnych w programie faz stacjonarnych. Wybranie danej fazy następuje przez naprowadzenie podświetlenia na jej nazwę i naciśnięcie klawisza ENTER.
Uaktywnienie opcji Funkcje menu głównego powoduje rozwinięcie menu podrzędnego o następującuch poleceniach i opcjach:
Start - rozpoczęcie procesu chromatograficznego i wykreślanie chromatogramu. Równocześnie z chromatogramem rysowany jest wykres zmian temperatury. Kreślenie chromatogramu zostaje zakończone po powrocie "pisaka" do linii podstawowej po narysowaniu ostatniego z pików mieszaniny. Rysowanie ulega przerwaniu gdy czas analizy przekroczy 40 min.("ekranowych").
Losowanie - losowy wybór 3 składników rozdzielanej mieszaniny.
Wybór dowolny - otwarcie okna z listą wszystkich związków dostępnych w bazie danych programu. Wybór odbywa się przez naprowadzenie podświetlenia na nazwę związku i naciśnięcie klawisza ENTER. Zakończenie następuje po naciśnięciu klawisza ESC lub samoczynnie, po wybraniu piątego kolejnego składnika mieszaniny.
Tok postepowania
1. W opcji Funkcje/Wybór dowolny wybrać dwa składniki mieszaniny: węglowodór alifatyczny i alkohol o zbliżonych temperaturach wrzenia. Temperaturę pracy kolumny przyjąć o 10 C niższą niż temperatura wrzenia składników mieszaniny. Długość kolumny 2 lub 3 m. Wykonać chromatogramy na polarnej i niepolarnej fazie stacjonarnej: silikonie DC-200 i poli(glikolu etylenowym). Zanotować uzyskane czasy retencji składników. W opracowaniu wyjaśnić i uzasadnić zachowanie się składników w oparciu o ich właściwości oraz właściwości użytych faz stacjonarnych.
2. Jako składniki próbki wybrać następujące alkohole: metylowy, etylowy, n-propylowy, n-butylowy i n-amylowy (n-pentanol). Użyć kolumnę o dlugości 3 m a jako fazę stacjonarną Silikon DC-200. Dobrać pozostałe warunki tj. temperaturę i szybkość przepływu tak, aby uzyskać całkowite rozdzielenie wszystkich składników mieszaniny, tzn. aby obliczona rozdzielczość nie była mniejsza niż 1.50. Zanotować czasy retencji. Zachowując niezmienione pozostałe parametry dobrać taki program temperaturowy aby zmniejszyć różnice czasów retencji najwyżej wrzących składników i tym samym skrócić czas wykonania chromatogramu. Zanotować wybrane parametry i uzyskane czasy retencji.
3.W opcji Funkcje/Losowanie wylosować mieszanine trójskładnikową. Dobrać odpowiednią fazę stacjonarną i pozostałe parametry robocze tak, aby uzyskać całkowite rozdzielenie mieszaniny (rozdzielczość nie mniejsza niż 1.50) w możliwie najkrótszym czasie. Zanotować ostatecznie wybrane parametry i uzyskane czasy retencji
Literatura
Z. Witkiewicz „Podstawy chromatografii”, WNT, Warszawa, 1992 i następne wydania.
D.A. Skoog i in. „Podstawy chemii analitycznej” tom 2, WNT, Warszawa, 2007.
W. Szczepaniak „Metody instrumentalne w analizie chemicznej”, PWN, Warszawa, dowolny rok wydania.