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