CHROMATOGRAFIA

chromatografia- jest to metoda rozdzielania składników mieszaniny substancji za pomocą
ich wielokrotnego podziału pomiędzy dwie nie mieszające się ze sobą i poruszające się
względem siebie fazy. Jedna z faz jest ruchoma, druga nieruchoma. Chromatografia opiera się
na wykorzystywaniu różnic prędkości migracji rozdzielonych składników spowodowanych
różnym powinowactwem składnika do dwóch faz. Faza nieruchoma to warstwa substancji o
silnie rozwiniętej powierzchni. Faza ruchoma to przepływający strumień gazu lub cieczy.

Fazą nieruchomą może być:

a) ciało stałe
b) ciecz osadzona na nośniku
c) żel

Fazą ruchomą może być:

a) gaz GC
b) ciecz LC
c) gaz w stanie nadkrytycznym

Rozdzielanie chromatograficzne prowadzi do selektywnego zatrzymania składnika próbki w
fazie nieruchomej.
ciecz, próbka



Charakterystyczną cechą metod chromatograficznych jest zazwyczaj
rozdzielanie mieszaniny substancji na poszczególne składniki w czasie
przejścia przez kolumnę. Rozdzielenie składników następuje w wyniku
różnej szybkości wymiany masy dla poszczególnych składników między
fazą nieruchomą i ruchomą. Substancje, które mają duże powinowactwo
do fazy nieruchomej, poruszają się wolniej wzdłuż kolumny. Substancje
o największym powinowactwie do fazy ruchomej najszybciej opuszczają kolumnę.

Uproszczona klasyfikacja rodzajów chromatografii i technik chromatograficznych:

1) Gazowa (kolumnowa)
adsorpcyjna
podziałowa

2) Cieczowa (kolumnowa, cienkowarstwowa, bibułowa)
(klasyczna, wysokosprawna, ciśnieniowa)


HPLC
adsorpcyjna
jonowymienna
żelowa
podziałowa

3) Fluidalna

*

(kolumnowa)

gaz w stanie nadkrytycznym
adsorpcyjna
podziałowa
* fluidalna w stanie nadkrytycznym (Supercritical fluid chromatography)

chromatografia adsorpcyjna- fazą nieruchomą jest ciało stałe (adsorbent)
chromatografia podziałowa- fazą nieruchomą jest ciecz

1) Elementem układu aparatu chromatograficznego jest układ doprowadzenia i mieszania
cieczy i próbki.
2) Układ rozdzielania składników próbki- najczęściej jest to kolumna chromatograficzna albo
zespół kolumn chromatograficznych
3) System detekcji

Detektorami w chromatografii gazowej są: spektrometr mas (MS), spektrometr IR,
spektrometr w obszarze widma ultrafioletu (UV), spektrometr emisyjny)

W chromatografii cieczowej jako detektory stosuje się detektory spektroskopowe, oraz
detektory elektrochemiczne np. konduktometr.

Chromatografię gazową stosuje się do identyfikacji i oznaczania lotnych związków
organicznych i nieorganicznych, stosuje się tą metodę do analizy powietrza, badania paliw,
badania składu gazu ziemnego, w analizach środowiskowych oraz w laboratoriach kontroli
żywności.

Chromatografia cieczowa jest stosowana w identyfikacji i oznaczaniu jonów nieorganicznych
i organicznych zarówno kationów jak i anionów, np. oznacza się tak aminy, aminokwasy,
sterydy, pestycydy.

Charakterystyczne cechy metod chromatograficznych:

- mała masa próbki 10-2 – 10-8 g.
- czas analizy od sekund do kilkunastu minut
- zastosowanie wysokiego ciśnienia skraca kilkukrotnie czas analizy

Czas analizy zależy od:

- rodzaju analitu
- ilości oznaczanych składników
- rodzaju próbki

CHEMOMETRIA I STATYSTYCZNE OPRACOWANIE WYNIKÓW

Chemometria- jest to dziedzina chemii, która używa metod matematycznych, statystycznych
i innych metod stosujących logikę formalną

a) projektowanie eksperymentów
b) wyboru optymalnych procedur i eksperymentów
c) otrzymywania informacji poprzez analizę w wyniku chemicznych eksperymentów

Błędy dzielimy na:
1) - Przypadkowe (losowe) związane są one z precyzją pomiarów
- Systematyczna, związane z dokładnością pomiarów
- ‘grube’ np. ktoś pomylił cm z km.
2) Bezwzględne B = x

m

–x

p

Względne δ = (x

m

–x

p

)/ x

p

Statystyczna ocena wyników pomiarów:
Wyniki pomiarów przedstawiamy za pomocą wielkości (parametrów) którymi są:

- miary skupienia (wartości średnie)
- miary rozproszenia (wartości odrzutu)

Średnie:
Zazwyczaj stosowane średnie: arytmetyczna, geometryczna, medialna.

Miary rozrzutu (pokazują precyzję pomiarów)
Zwykle stosowane są:

- odchylenie przeciętne- d
- rozstęp- R
- odchylenie standardowe (pojedynczego wyniku)- S
- odchylenie standardowe średniej (średnie odchylenie standardowe)- S

n

Średnie:
- arytmetyczna:
x

a

= (x

1

+x

2

+...+x

n

)/n = Σx

i

/n → najczęściej stosowana średnia

- geometryczna:

x

g

=

n

x

1

*x

2

*...*x

n

→ stosowana dość często w analizie śladowej

logx

g

= (logx

1

+logx

2

+...+logx

n

)/n

- medialna:

x

1

<x

2

<x

3

<...<x

n-2

<x

n-1

<x

n

x

m

= (x

2

+x

3

+...+x

n-1

)/(n-2)

MIARY ROZPROSZENIA:

d = Σ(x

i

- x)/n lub Σ

|x

i

- x|/n

R= x

max

- x

min

Σ(x

i

– x)

2

s = s

2

- wariacja

n-1

s

n

= s = s n

PRZYKŁADOWE PYTANIE:
Podaj parametry będące miarami skupienia i rozproszenia, podaj odpowiednie wzory i
wyjaśnij używane symbole.

PROPAGACJA (przenoszenie) BŁĘDÓW

Przenoszenie błędów:

a) w pomiarach pośrednich (analiza miareczkowa, metody spektrofotometryczne)
b) w operacjach analitycznych (rozcieńczanie)

PRZENOSZONE BŁĘDY LOSOWE

Poszukiwana wielkość jest funkcją kilku nieznanych niezależnych zmiennych

A) Y = x

1

+ x

2

– x

3

– x

4

ΔY

2

= Δx

1

2

+ Δx

2

2

+ Δx

3

2

+ Δx

4

2

B) Y = x

1

*x

2

*x

3

/x

4

(ΔY/Y)

2

= (Δx

1

/x

1

)

2

+ (Δx

2

/x

2

)

2

+ (Δx

3

/x

3

)

2

+ (Δx

4

/x

4

)

2

PRZENOSZENIE BŁĘDÓW SYSTEMATYCZNYCH

Y = f(x)
dy
ΔY = Δx
dx

Y = K +K

1

x

1

+ K

2

x

2

ΔY = K

1

Δx

1

+K

2

Δx

2

Y = x

1

*x

2

/x

3

ΔY/Y = Δx

1

/x

1

+ Δx

2

/x

2

+ Δx

3

/x

3

ROZKŁAD ZMIENNYCH LOSOWYCH

Zmienne losowe:

• ciągłe- temperatura substancji, stężenie procentowe roztworu, objętość, masa.
• dyskretne (nieciągłe)- liczba pierwiastków w próbce

ROZKŁAD NORMALNY (rozkład Gaussa) = rozkład prawdopodobieństwa mierzonej
losowej ciągłej x o funkcji gęstości prawdopodobieństwa określanej wzorem:

1
f(x) = exp[-(x-μ)

2

/2 σ

2

]

σ 2π

μ- wartość oczekiwana
σ- odchylenie standardowe
μ, σ- parametry rozkładu będące dowolnymi liczbami rzeczywistymi, które charakteryzują
krzywą rozkładu normalnego (tzn. wiążą się z kształtem krzywej)

Cechy charakterystyczne rozkładu normalnego:

• funkcja ma maksimum przy x = μ

• krzywa jest symetryczna względem x = μ

• funkcja ma punkty przegięcia przy x = μ - σ oraz przy x = μ + σ

Rozkład Gaussa (rozkład normalny):

Rozkład t (Studenta) = zmodyfikowany rozkład normalny, który uwzględnia ‘niepewność’
związaną z małą liczbą zmiennych (wyników).

Kształt krzywej rozkładu zależy od liczby stopni swobody (f)
f→ ∞ rozkład t → rozkład normalny

Wartość ‘prawdziwa’(oczekiwana) x-t*s<μ<x+t*s

x- średnia arytmetyczna s- odchylenie standardowe średniej

Współczynnik t zależy od liczby stopni swobody i poziomu ufności (99,95,90,...%)

ROZKŁAD F = rozkład stosowany do charakterystyki dwóch prób (złożonych z n

1

i n

2

elementów) pochodzących z tej samej zbiorowości normalnej
s

1

2

F = s

1

2

> s

2

2

s

2

2

s

1

2

, s

2

2

- wariacje w próbach

Rozkład F zależy od parametrów n

1

, n

2

,L (prawdopodobieństwo)

W zależności od parametrów (liczba stopni swobody),... jedne rozkłady przechodzą w drugie.

Inny rozkład często stosowany to wykładniczy, który jest stosowany w opisie zjawisk
promieniotwórczości.

f(x) = λ*exp(-λt)

Stosuje się jeszcze rozkład logarytmiczno- normalny, jest rozkładem asymetrycznym i stosuje
się go w pomiarach neferometrycznych(?) i turbinometrycznych (do badania koloidów)

ANALIZA ŚLADOWA

Im mniejsze jest stężenie oznaczanego składnika śladowego, tym większy stopień trudności
analizy i tym zazwyczaj niższa precyzja i niższa dokładność. Ślady oznaczamy metodami
instrumentalnymi w oparciu o serię wzorców.

Jednostki:

ppm – 10

-6

g/g (g/ml)

ppb – 10

-9

g/g (g/ml)

Kalibrację w pomiarach śladów wykonujemy w oparciu o:

a) krzywą kalibracji
b) metodę dodatków wzorca
c) metodę wzorca zewnętrznego
d) metodę rozcieńczeń izotopowych

PRZYKŁADOWE PYTANIE:
Jak oznaczamy ślady stosując kalibrację?

METODY identyfikacji i oznaczania pierwiastków śladowych (podział instrumentalny)

• spektroskopowe
a) oparte na pomiarze promieniowania elektromagnetycznego
b) oparte na pomiarze widma masowego

• chromatograficzne- są to metody rozdziału sprzężone (aktualnie) z różnymi układami

(technikami) detekcji.

• elektrochemiczne (elektroanalityczne)- oparte na pomiarze parametrów elektrycznych

• metody i techniki izotopowe (radiochemiczne, radiometryczne)
• metody i techniki specjalne (np. analiza przepływowo- wstrzykowa)

KRZYWA KALIBRACJI:

S

4

S

3

S

x

S

2

S

1

C

1

C

2

C

x

C

3

C

4