CHROMATOGRAFIA

CHROMATOGRAFIA

GAZOWA

GAZOWA

DOZOWNIKI

DOZOWNIKI

DETEKTORY

DETEKTORY

Co to jest

Co to jest

chromatografia?

chromatografia?



Technika rozdzielania składników

Technika rozdzielania składników

jednorodnych mieszaniny na

jednorodnych mieszaniny na

podstawie ich różnego podziału

podstawie ich różnego podziału

pomiędzy fazą ruchomą i fazą

pomiędzy fazą ruchomą i fazą

stacjonarną

stacjonarną



Badana mieszanina jest

Badana mieszanina jest

wprowadzona do układu w postaci

wprowadzona do układu w postaci

wąskiej strefy

wąskiej strefy

(punkt wyjściowy),

(punkt wyjściowy),



substancje są transportowane z

substancje są transportowane z

różną szybkością zgodnie z

różną szybkością zgodnie z

kierunkiem przepływu fazy ruchomej,

kierunkiem przepływu fazy ruchomej,



siłą napędową

siłą napędową

migrującej substancji

migrującej substancji

jest poruszająca się faza ruchoma, a

jest poruszająca się faza ruchoma, a

siłą przytrzymującą jest

siłą przytrzymującą jest

powinowactwo substancji do fazy

powinowactwo substancji do fazy

stacjonarnej;

stacjonarnej;

Zalety GC

Zalety GC



Jako metoda separacyjna :

Jako metoda separacyjna :

•

Pozwala na separację wszystkich składników

Pozwala na separację wszystkich składników

chemicznych mieszanin wieloskładnikowych bez

chemicznych mieszanin wieloskładnikowych bez

potrzeby posiadania rozległej wiedzy o

potrzeby posiadania rozległej wiedzy o

liczbie

liczbie

lub względnej ilości obecnych substancji oraz

lub względnej ilości obecnych substancji oraz

ich

ich

rodzaju

rodzaju

.

.

•

Jest

Jest

uniwersalna

uniwersalna

- rozdzielanie cząsteczek o

- rozdzielanie cząsteczek o

różnych rozmiarach, począwszy od wirusów

różnych rozmiarach, począwszy od wirusów

zbudowanych z milionów atomów do

zbudowanych z milionów atomów do

najmniejszych ze wszystkich cząsteczek -

najmniejszych ze wszystkich cząsteczek -

cząsteczek wodoru, zawierających tylko dwa

cząsteczek wodoru, zawierających tylko dwa

atomy;

atomy;

•

może być zastosowana przy

może być zastosowana przy

małych lub dużych

małych lub dużych

ilościach próbek.

ilościach próbek.



można wykrywać substancje obecne na

można wykrywać substancje obecne na

poziomie

poziomie

pikogramów

pikogramów

(10

(10

-12

-12

gram),

gram),

(oznaczanie śladowych ilości),

(oznaczanie śladowych ilości),



szeroko stosowaną do wykrywania

szeroko stosowaną do wykrywania

chlorowanych pestycydów

chlorowanych pestycydów

w materiałach

w materiałach

biologicznych i środowisku, w sądownictwie

biologicznych i środowisku, w sądownictwie

oraz przy wykrywaniu

oraz przy wykrywaniu

narkotyków

narkotyków

w

w

przypadku nadużyć i w terapeutyce.

przypadku nadużyć i w terapeutyce.



Jej

Jej

możliwości rozdzielcze

możliwości rozdzielcze

są

są

nieporównywalne do innych metod

nieporównywalne do innych metod

separacyjnych.

separacyjnych.



Szacuje się, że

Szacuje się, że

10 – 20%

10 – 20%

znanych

znanych

związków może być wykrywana za

związków może być wykrywana za

pomocą chromatografii gazowej.

pomocą chromatografii gazowej.



Związki analizowane z wykorzystaniem

Związki analizowane z wykorzystaniem

tej metody muszą charakteryzować się :

tej metody muszą charakteryzować się :

wystarczającą trwałością termiczną i

wystarczającą trwałością termiczną i

odpowiednią lotnością

odpowiednią lotnością

.

.



Jeżeli wszystkie albo niektóre cząstki

Jeżeli wszystkie albo niektóre cząstki

składników znajdują się w fazie gazowej

składników znajdują się w fazie gazowej

lub w postaci pary w

lub w postaci pary w

400-450

400-450

0

0

C

C

albo

albo

poniżej tej temperatury, i nie rozkładają

poniżej tej temperatury, i nie rozkładają

się w tej temperaturze, prawdopodobnie

się w tej temperaturze, prawdopodobnie

mogą być analizowane metodą

mogą być analizowane metodą

chromatografii gazowej.

chromatografii gazowej.

Schemat chromatografu

Schemat chromatografu

gazowego

gazowego

Gazy nośne

Gazy nośne



Najczęściej jest to:

Najczęściej jest to:

wodór

wodór

,

,

argon

argon

lub

lub

hel

hel

, rzadziej inne gazy, np. ksenon

, rzadziej inne gazy, np. ksenon

lub mieszaniny gazów.

lub mieszaniny gazów.



Nie mogą zawierać

Nie mogą zawierać

zanieczyszczeń

zanieczyszczeń

-

-

przede wszystkim tlenu, pary wodnej

przede wszystkim tlenu, pary wodnej

i węglowodorów.

i węglowodorów.



Najważniejsze parametry: natężenie

Najważniejsze parametry: natężenie

przepływu i prędkość przepływu gazu

przepływu i prędkość przepływu gazu

nośnego

nośnego

Za co odpowiada dozownik?

Za co odpowiada dozownik?



Uzyskanie na początku procesu

Uzyskanie na początku procesu

chromatograficznego

chromatograficznego

wąskiego pasma

wąskiego pasma

próbki

próbki

(tzn. takiego, które zajmuje

(tzn. takiego, które zajmuje

krótszy odcinek kolumny) jest

krótszy odcinek kolumny) jest

krytyczne dla uzyskania

krytyczne dla uzyskania

najlepszego

najlepszego

rozdzielenia

rozdzielenia

.

.



Efektem szerszych pasm próbki są

Efektem szerszych pasm próbki są

szerokie piki co w szczególności

szerokie piki co w szczególności

dotyczy wcześnie wymywanych związków.

dotyczy wcześnie wymywanych związków.

Podstawowe typy dozowników w kapilarnej

Podstawowe typy dozowników w kapilarnej

chromatografii gazowej

chromatografii gazowej



z dzieleniem strumienia gazu (

z dzieleniem strumienia gazu (

split

split

),

),



bez dzielenia strumienia gazu

bez dzielenia strumienia gazu

(

(

splitless

splitless

),

),



bezpośrednie typu „

bezpośrednie typu „

Megabore

Megabore

”,

”,



dozujące bezpośrednio na kolumnę.

dozujące bezpośrednio na kolumnę.

Dozowniki wykorzystujące odparowanie

Dozowniki wykorzystujące odparowanie



dozownik jest

dozownik jest

ogrzewany

ogrzewany

, składniki lotne

, składniki lotne

próbki

próbki

odparowują

odparowują

.

.



Pary oraz mikroskopijne kropelki cieczy

Pary oraz mikroskopijne kropelki cieczy

mieszają się

mieszają się

z gazem nośnym

z gazem nośnym

.

.



Gaz przemieszcza się

Gaz przemieszcza się

do kolumny

do kolumny

a razem

a razem

z nim przedostaje się tam odparowana

z nim przedostaje się tam odparowana

próbka.

próbka.



za wprowadzenia próbki do kolumny

za wprowadzenia próbki do kolumny

odpowiedzialny jest proces

odpowiedzialny jest proces

parowania

parowania

i transportu.

i transportu.

Dozowniki wykorzystujące odparowanie

Dozowniki wykorzystujące odparowanie

Wady d

Wady d

ozowników wykorzystujących

ozowników wykorzystujących

odparowanie

odparowanie



Wszystkie nie odparowane części

Wszystkie nie odparowane części

próbki pozostają w dozowniku;

próbki pozostają w dozowniku;



Przeładowanie wkładki (poszerzenie

Przeładowanie wkładki (poszerzenie

i

i

ogonowanie rozpuszczalnika

ogonowanie rozpuszczalnika

w przedniej części piku) ;

w przedniej części piku) ;

Dozowanie na kolumnę

Dozowanie na kolumnę

typu

typu

Megabore

Megabore

Dozowniki z dzieleniem strumienia

Dozowniki z dzieleniem strumienia

(

(

split

split

)

)



stosowane są do próbek z większym

stosowane są do próbek z większym

stężeniem analitów

stężeniem analitów

, ponieważ tylko

, ponieważ tylko

mała część zadozowanej próbki

mała część zadozowanej próbki

wprowadzona jest do kolumny

wprowadzona jest do kolumny



o dużej sprawności

o dużej sprawności



idealne rozwiązanie

idealne rozwiązanie

dla kolumn o

dla kolumn o

małych średnicach

małych średnicach

; chociaż dozowniki

; chociaż dozowniki

z dzieleniem strumienia mogą

z dzieleniem strumienia mogą

współpracować z

współpracować z

wszystkimi

wszystkimi

rozmiarami kolumn

rozmiarami kolumn

Dozownik bez podziału

Dozownik bez podziału

strumienia gazu

strumienia gazu



Dozowniki bez dzielenia strumienia są

Dozowniki bez dzielenia strumienia są

stosowane do próbek zawierających

stosowane do próbek zawierających

składniki na

składniki na

niskich i bardzo niskich

niskich i bardzo niskich

poziomach stężeń lub w ilościach

poziomach stężeń lub w ilościach

śladowych.

śladowych.



Większa część dozowanych próbek

Większa część dozowanych próbek

jest w

jest w

tym przypadku

tym przypadku

wprowadzona

wprowadzona

do kolumny.

do kolumny.



Piki (szczególnie wcześniej elujących

Piki (szczególnie wcześniej elujących

związków) są szersze niż dla dozowników z

związków) są szersze niż dla dozowników z

dzieleniem strumienia.

dzieleniem strumienia.

Wybrane detektory stosowane

Wybrane detektory stosowane

w GC

w GC



płomieniowo-jonizacyjny (FID)

płomieniowo-jonizacyjny (FID)



wychwytu elektronów (ECD)

wychwytu elektronów (ECD)



azotowo fosforowy (NPD)

azotowo fosforowy (NPD)



Spektrometr mas (MS)

Spektrometr mas (MS)

Detektor płomieniowo-

Detektor płomieniowo-

jonizacyjny (FID)

jonizacyjny (FID)



Zasada działania: związki spalane są

Zasada działania: związki spalane są

w płomieniu wodoru i powietrza.

w płomieniu wodoru i powietrza.

Związki zawierające

Związki zawierające

węgiel

węgiel

wytwarzają

wytwarzają

jony

jony

, które zbierane są

, które zbierane są

na kolektorze (elektrodzie

na kolektorze (elektrodzie

kolektorowej).

kolektorowej).

Liczba jonów

Liczba jonów

zebranych przez tę elektrodę jest

zebranych przez tę elektrodę jest

rejestrowana i w ten sposób powstaje

rejestrowana i w ten sposób powstaje

sygnał.

sygnał.

Detektor płomieniowo-

Detektor płomieniowo-

jonizacyjny (FID)

jonizacyjny (FID)



Selektywność

Selektywność

: Związki zawierające

: Związki zawierające

wiązanie C- H. Słaba odpowiedź na związki

wiązanie C- H. Słaba odpowiedź na związki

organiczne pozbawione wodoru (np.

organiczne pozbawione wodoru (np.

heksachlorobenzen).

heksachlorobenzen).



Czułość

Czułość

: 0,1 – 10 ng

: 0,1 – 10 ng



Gazy

Gazy

: Do spalań – wodór i powietrze; gaz

: Do spalań – wodór i powietrze; gaz

uzupełniający (make-up) – hel lub azot

uzupełniający (make-up) – hel lub azot



Temperatura

Temperatura

: 250 – 300

: 250 – 300

0

0

C; 400 – 450

C; 400 – 450

0

0

C

C

dla analiz przeprowadzanych w wyższej

dla analiz przeprowadzanych w wyższej

temperaturze

temperaturze



czuły na substancje, które ulegają

czuły na substancje, które ulegają

jonizacji

jonizacji

w płomieniu powietrzno -

w płomieniu powietrzno -

wodorowym (

wodorowym (

bardzo szeroki zakres

bardzo szeroki zakres

selektywności

selektywności

)! Selektywność ta daje

)! Selektywność ta daje

wiele korzyści

wiele korzyści

, na przykład, gdy za

, na przykład, gdy za

pomocą detektora FID analizowane

pomocą detektora FID analizowane

są ciekłe próbki nawet gdy piki

są ciekłe próbki nawet gdy piki

składników i wody nakładają się na

składników i wody nakładają się na

siebie.

siebie.

Detektor płomieniowo-jonizacyjny (FID)

Detektor płomieniowo-jonizacyjny (FID)

Schemat detektora płomieniowo-

Schemat detektora płomieniowo-

jonizacyjnego

jonizacyjnego

FID

FID



FID jest detektorem

FID jest detektorem

destrukcyjnym,

destrukcyjnym,

masowym

masowym

.

.



Anality odznaczające się największą

Anality odznaczające się największą

liczbą węgli na niskim stopniu

liczbą węgli na niskim stopniu

utlenienia wytwarzają najwyższy

utlenienia wytwarzają najwyższy

sygnał

sygnał

Detektor wychwytu

Detektor wychwytu

elektronów (ECD)

elektronów (ECD)



Zasada działania

Zasada działania

: elektrony

: elektrony

dostarczane są z

dostarczane są z

promieniotwórczego

promieniotwórczego

63

63

Ni

Ni

umieszczonego w celce detektora, w

umieszczonego w celce detektora, w

której generowany jest prąd.

której generowany jest prąd.

Elektroujemne związki wychwytują

Elektroujemne związki wychwytują

elektrony powodując zmniejszenie

elektrony powodując zmniejszenie

prądu.

prądu.

Mierzony pośrednio spadek

Mierzony pośrednio spadek

prądu jest sygnałem tła

prądu jest sygnałem tła

.

.

Schemat budowy detektora ECD

Schemat budowy detektora ECD

Detektor wychwytu elektronów (ECD)

Detektor wychwytu elektronów (ECD)



Selektywność

Selektywność

: chlorowce, azotany i

: chlorowce, azotany i

skoniugowane grupy karbonylowe

skoniugowane grupy karbonylowe



Czułość

Czułość

: 0.1-10 pg (związki

: 0.1-10 pg (związki

chlorowcowane), 1-100 pg (azotany); 0.1-2

chlorowcowane), 1-100 pg (azotany); 0.1-2

ng (związki karbonylowe)

ng (związki karbonylowe)



Gazy

Gazy

: Azot lub argon / metan; należy stosować

: Azot lub argon / metan; należy stosować

czyste i suche gazy nośne (99,9995%)

czyste i suche gazy nośne (99,9995%)



Temperatura

Temperatura

: 300 – 400

: 300 – 400

0

0

C

C

Detektor azotowo fosforowy

Detektor azotowo fosforowy

(NPD)

(NPD)



bezpłomieniowym

bezpłomieniowym

detektor, którego

detektor, którego

czułość wywołana jest obecnością na

czułość wywołana jest obecnością na

obecność metalu alkalicznego

obecność metalu alkalicznego



Jony powstają w plazmie wodorowo-

Jony powstają w plazmie wodorowo-

powietrznej z wodoru w

powietrznej z wodoru w

podwyższonej temperaturze i

podwyższonej temperaturze i

katalizatorów alkalicznych

katalizatorów alkalicznych

umieszczonych w źródle

umieszczonych w źródle

ceramicznym.

ceramicznym.



Wrażliwy na jony

Wrażliwy na jony

azotu

azotu

i

i

fosforu

fosforu

Detektor azotowo fosforowy (NPD)

Detektor azotowo fosforowy (NPD)



Detektor ten stał się detektorem

Detektor ten stał się detektorem

powszechnie stosowanym w

powszechnie stosowanym w

chromatografii gazowej o

chromatografii gazowej o

niedużych wymogach

niedużych wymogach

, z górną

, z górną

dopuszczalną temperaturą

dopuszczalną temperaturą

wynoszącą

wynoszącą

400

400

0

0

C

C

i możliwością

i możliwością

stosowania impregnowanych

stosowania impregnowanych

ceramicznych katalizatorów z

ceramicznych katalizatorów z

metali alkalicznych.

metali alkalicznych.

Detektor azotowo fosforowy

Detektor azotowo fosforowy

(NPD)

(NPD)



Selektywność

Selektywność

: związki zawierające

: związki zawierające

azot i fosfor

azot i fosfor



Czułość

Czułość

: 1 – 10 pg

: 1 – 10 pg



Gazy

Gazy

: do spalań – wodór i powietrze;

: do spalań – wodór i powietrze;

make-up – hel

make-up – hel



Temperatura

Temperatura

: 250 – 300

: 250 – 300

0

0

C

C

Spektrometr mas (MS)

Spektrometr mas (MS)



Zasada działania

Zasada działania

: W detektorze panuje

: W detektorze panuje

próżnia

próżnia

. Związki bombardowane są

. Związki bombardowane są

elektronami (EI) lub cząsteczkami gazu

elektronami (EI) lub cząsteczkami gazu

(CI) a następnie

(CI) a następnie

fragmentowane na

fragmentowane na

jony

jony

o charakterystycznych ładunkach.

o charakterystycznych ładunkach.

Powstające jony są

Powstające jony są

ogniskowane i

ogniskowane i

przyspieszane w filtrze mas

przyspieszane w filtrze mas

.

.

Selektywność filtra mas

Selektywność filtra mas

umożliwia

umożliwia

przejście

przejście

wszystkich jonów o

wszystkich jonów o

określonej masie

określonej masie

do powielacza

do powielacza

elektronowego. Wszystkie jony o

elektronowego. Wszystkie jony o

specyficznej masie zostają wykryte.

specyficznej masie zostają wykryte.

Następnie filtr masowy pozwala na

Następnie filtr masowy pozwala na

przejście kolejnej masy wyróżniającej się

przejście kolejnej masy wyróżniającej się

od masy pozostałych jonów.

od masy pozostałych jonów.

Spektrometr mas (MS)

Spektrometr mas (MS)



Filtr mas stopniowo przeszukuje

Filtr mas stopniowo przeszukuje

określony zakres mas kilka razy na

określony zakres mas kilka razy na

sekundę. Za każdym razem liczona jest

sekundę. Za każdym razem liczona jest

całkowita liczba jonów

całkowita liczba jonów

. Intensywność

. Intensywność

lub liczba jonów przy każdym

lub liczba jonów przy każdym

przeszukiwaniu

przeszukiwaniu

wykreślana

wykreślana

jest

jest

w

w

funkcji

funkcji

czasu

czasu

na

na

chromatogramie

chromatogramie

(zwanym

(zwanym

chromatogramem całkowitego prądu

chromatogramem całkowitego prądu

jonowego - TIC). Dla każdego skanowania

jonowego - TIC). Dla każdego skanowania

uzyskuje się widmo mas, które podaje

uzyskuje się widmo mas, które podaje

różne masy jonów w funkcji ich

różne masy jonów w funkcji ich

intensywności lub liczby.

intensywności lub liczby.

Spektrometr mas (MS)

Spektrometr mas (MS)



Selektywność

Selektywność

: Wszystkie związki dające

: Wszystkie związki dające

fragmenty w wyselekcjonowanym

fragmenty w wyselekcjonowanym

zakresie mas. Można zastosować

zakresie mas. Można zastosować

całkowity zakres mas (pełne

całkowity zakres mas (pełne

przeszukanie – skanowanie) lub tylko

przeszukanie – skanowanie) lub tylko

wybrane jony (SIM).

wybrane jony (SIM).



Czułość

Czułość

: 1 –10 ng (pełne przeszukanie); 1 –

: 1 –10 ng (pełne przeszukanie); 1 –

10 pg (SIM)

10 pg (SIM)



Gazy

Gazy

: brak

: brak



Temperatura

Temperatura

250 – 300

250 – 300

0

0

c (linia

c (linia

transferowa); 150 – 250

transferowa); 150 – 250

0

0

c (źródło)

c (źródło)