1. Zjawisko rozdzielania związków organicznych na ciekłych fazach
stacjonarnych metodÄ… chromatografii gazowej
Chromatografia, w której fazą stacjonarną jest osadzona na nośniku ciecz, nosi nazwę
chromatografii podziałowej (gaz  ciecz), W osadzonej na nośniku cieczy rozpuszczają się
przepływające przez kolumnę anality. Podstawą podziału jest różna rozpuszczalność analitów
w tej cieczy.
Miedzy liczbą cząstek rozdzielanych związków, obecnych w fazie ruchomej i nieruchomej
ustala się równowaga dynamiczna z wielokrotnym przechodzeniem tych cząsteczek z jednej
fazy do drugiej. Ich przenoszenie wzdłuż układu chromatograficznego jest możliwe tylko
wtedy gdy znajdujÄ… siÄ™ w fazie ruchomej
2. Metody optymalizowania rozdzielania chromatograficznego. Pojęcie
sprawności kolumny chromatograficznej, równanie van Deemter'a
Metody optymalizowania rozdzielania chromatograficznego:
1. ustawienie odpowiedniej rozdzielczości
2. odpowiednia pojemność próbki
3. odpowiedni czas analizy
4. wybór odpowiedniej kolumny
5. wybór odpowiedniego gazu nośnego
6. programowanie temperatury
Sprawność kolumny chromatograficznej decyduje o tym, czy pik chromatograficzny jest
ostry czy też rozmyty. Korzystne jest, aby rozmycie było ograniczone, aby piki były wąskie,
gdyż wówczas będą lepiej rozdzielone. O sprawności kolumny decyduje liczba półek
teoretycznych  im jest ich więcej tym kolumna jest sprawniejsza Półka teoretyczna jest to
objętość kolumny, w której zostaje osiągnięty stan równowagi pomiędzy stężeniami
substancji chromatografowanej w fazie ruchomej i w fazie stacjonarnej. Kolumna
chromatograficzna składa się z N półek teoretycznych.
L = N x H
gdzie: L = -ð ðdÅ‚ugość kolumny chromatograficznej, H (lub inaczej WRPT) -ð ðwysokość
równoważna półce teoretycznej, N -ð ðliczba półek teoretycznych.
Równanie van Deemtera -ð ðprzedstawia zale\
ność wysokości równowa\
nej półce
teoretycznej (H) od średniej, liniowej prędkości przepływu fazy ruchomej (u) przez kolumnę
H = A + (B/u) +Cs x u
gdzie:
A i B stałe zale\
ne od dyfuzji (A -ð ðod dyfuzji wirowej, B -ð ðod dyfuzji podÅ‚u\
nej
-ð ð
wzdłu\
kierunku przepÅ‚ywu), CS -ð ðopór przenoszenia masy zwiÄ…zany z fazÄ… stacjonarnÄ….
3. Kryteria wyboru metody chromatografii gazowej
w oznaczaniu składników mieszanin związków organicznych
4. Rola gradientu temperaturowego w rozdzielaniu złożonych mieszanin
związków organicznych metodą GC
Podczas, gdy temperatura wrzenia rozdzielanych składników metodą chromatografii
gazowej różni się znacznie wówczas, wynikają stąd trudności w oznaczeniach ilościowych,
ponieważ pasma początkowe mogą być nie całkowicie rozdzielone, a w dodatku czas analizy jest
długi. W takich przypadkach stosuje się tzw. Programowanie ( gradient) temperatury aby skrócić
czas analizy i poprawić separacje związków. Zwykle postępuje się w taki sposób ze po
pewnym czasie utrzymywania stałej temperatury wywołuje się jej wzrost systematycznie np.
od 1000C do 2500C. W wyniku, czego najpierw opuszczajÄ… kolumnÄ™ substancje najbardziej
lotne, a następnie związki o coraz wyższej temperaturze wrzenia. Większość typowych analiz
nie da się przeprowadzić bez gradientu temperatury.
5. Kolumny chromatograficzne stosowane w nowoczesnej GC
W kolumnie chromatograficznej zachodzi właściwy proces rozdziału chromatografowanych
mieszanin. Najczęściej stosowane są kolumny: pakowane i kapilarne. Kolumny te mają
postać zwoju i wytwarzane są ze szkła lub topionego kwarcu, który zapewnia giętkość
kolumny.
Kolumny pakowane wypełnia się cząstkami adsorbentu lub nośnika z osadzoną na nim fazą
ciekłą. Cząstki adsorbentu lub nośnika powinny mieć rozmiary rzędu części milimetra, wąski
zakres frakcji sitowej i kształt zbliżony do kulistego. W ten sposób zapewnia się małe opory
gazu nośnego przez kolumnę i ograniczone rozmycie pasm chromatograficznych
rozdzielanych substancji, uzyskujÄ…c wÄ…skie i dobrze rozdzielone piki. Obecnie
najpopularniejszymi kolumnami stosowanymi w chromatografii GC sÄ… kolumny kapilarne.
Charakteryzują się one dużą zdolnością rozdzielczą. Fazy stacjonarne w kolumnach
kapilarnych mogą być zarówno adsorbentami jak i cieczami i tym samym kolumny dzielimy
na:
Øð Kolumny z gÅ‚adkimi Å›cianami pokrytymi ciekÅ‚Ä… fazÄ… stacjonarnÄ… (WCOT),
Øð Kolumny z warstwÄ… porowatÄ…  adsorbentem (PLOT)
Øð Kolumny, na Å›cianki których naniesiono noÅ›nik nasycony ciekÅ‚Ä… fazÄ… stacjonarnÄ…
(SCOT)
Fazy stacjonarne kolumn kapilarnych stanowią najczęściej polisiloksany, które są trwałymi,
stabilnymi i wszechstronnie stosowanymi związkami. Rozróżniamy kilka związków z grupy
siloksanów, różniące się grupami funkcyjnymi. Ze względu na rodzaj grup funkcyjnych
rozróżniamy fazy stacjonarne:
- silnie polarna cyjanopropylo  metylopolisiloksanowa  grupa cyjanowa sprawia, iż faza
ta jest bardziej podatna na degradacje przez O , wilgoć i HCl niż inne fazy krzemionkowe;
2
przy dozowaniu na kolumnę należy unikać rozpuszczalników takich jak woda i metanol.
Stosowana do rozdziału substancji silnie polarnych
- niepolarna dimetylopolisiloksanowa  stosowana w szerokim zakresie temperatur, odporna
na działanie kw. organicznych i zasad, lecz mało odporna na silne kwasy nieorganiczne.
Stosowana przy analizie produktów petrochemicznych
- umiarkowanie polarna metylo-fenylopolisiloksanowa  wykazuje pośrednią polarność fazy
związanej, jest chemicznie kompatybilna z wodą i innymi rozpuszczalnikami, wrażliwa na
silne nieorganiczne kwasy i zasady. Stosowana do rozdziału zw. aromatycznych.
Zewnętrzną część kolumn kapilarnych pokrywa się poliimidem  tworzywem sztucznym,
które zapobiega przed dyfuzją O i pary wodnej przez kwarc, zapobiega niszczeniu fazy
2
stacjonarnej i zapewnia idealnie szczelny układ. Coraz częściej stosuje się także kolumny ze
stali nierdzewnej, która odporna jest na bardzo wysokie temperatury. Oprócz tego kolumny
umieszczane są w termostatach, które zapewniają stałe warunki temperaturowe, a tym samym
powtarzalne wyniki.
Porównując kolumny kapilarne z pakowanymi, kapilarne zdecydowanie wykazują większą
sprawność rozdzielczą i bardzo dobrą powtarzalność czasów retencji. Kapilarne kolumny
wykazują mniej krytyczny dobór fazy stacjonarnej w odniesieniu do rozdzielanych surowców
mineralnych, dużą odporność na wysokie temperatury i minimalne zużycie gazu nośnego.
Kolumny te są łatwiejsze do montażu i sprzęgania ze spektrometrem mas.
6. Dozowniki do chromatografii gazowej - w tym: specyfika analizy
śladowej. Zastosowanie dozownika SSL (splitless)
W chromatografii gazowej próbki wprowadzane są w postaci roztworów w bardzo lotnym
rozpuszczalniku, który przy rozdziale musi wyjść jako pierwszy z kolumny. Ważne jest, aby
próbka została szybko wstrzyknięta, ponieważ na początku procesu chromatograficznego
można uzyskać wąskie pasma próbki, a tym samym dobry rozdział.
Wyróżnia się cztery podstawowe typy dozowników w kapilarnej chromatografii gazowej:
Øð Dozowniki z dzieleniem strumienia gazu (split),
Øð Dozowniki bez dzielenia strumienia gazu (splitless),
Øð Dozowniki dozujÄ…ce bezpoÅ›rednio na kolumnÄ™(on  column), np. typu
 Megabore
Dozowniki z dzieleniem strumienia gazu (split)
Dozowniki z dzieleniem strumienia stosowane są do próbek z większym stężeniem analitów,
ponieważ tylko mała część zadozowanej próbki wprowadzona jest do kolumny. Dozowniki
takie charakteryzują się dużą sprawnością. Połączenie wysokiej sprawności z małą ilością
próbki czyni dozownik dzielący idealnym rozwiązaniem dla kolumn o małych średnicach;
chociaż dozowniki z dzieleniem strumienia mogą współpracować z wszystkimi rozmiarami
kolumn.
Dozowniki bez dzielenia strumienia gazu (splitless),
Dozowniki bez dzielenia strumienia są stosowane do próbek zawierających składniki na
niskich i bardzo niskich poziomach stężeń lub w ilościach śladowych.
Większa część dozowanych próbek jest w tym przypadku wprowadzona do kolumny. Piki
(szczególnie wcześniej elujących związków) są szersze niż dla dozowników z dzieleniem
strumienia. Ogólnie, dozowniki tego typu są takie same jak z dzieleniem strumienia z
wyjątkiem warunków pracy. Gaz nośny wprowadzany jest w górnej części dozownika.
Nieduży strumień objętościowy gazu przepływa linią opłukującą membranę, jeżeli taka jest
obecna. W czasie, gdy próbka jest dozowana, natężenie przepływu strumienia gazu nośnego
w dozowniku jest takie samo jak natężenie przepływu gazu przez kolumnę. Po odparowaniu
próbki, pary mieszają się z gazem nośnym. Jedyna droga gazu nośnego prowadzi do kolumny,
ponieważ linia dzieląca próbkę jest zamknięta. Z powodu niskiego przepływu strumienia
gazu, natężenie przepływu próbki do kolumny jest bardzo małe. Powoduje to obniżenie
sprawności dozownika bez dzielenia próbki. Po 15-60 sekundach od zadozowania próbki,
automatycznie otwiera się dzielnik i gaz nośny o znacznie większym natężeniu przepływa
przez dozownik. Jakiekolwiek pozostałości próbki w dozowniku są wyniesione na zewnątrz z
linii dzielącej. Innymi słowy, dozownik oczyszczony jest z pozostałości po próbce i nawet
śladowe ilości zostają rozdzielone. Dozowniki tego typu mają możliwość nastrzyku w trybie
"pulsed splitless", który poprawia czułość oznaczeń śladowych.
Aby wprowadzić całą substancję na kolumnę musi być ona kriogeniczna. Próbka wówczas
osiada na takiej zimnej kolumnie i praktycznie cała jest rozprowadzana na fazie stacjonarnej.
Póz
niej zaczynamy grzać kolumnę. Zastosowanie pułapki kriogenicznej zatęża badaną próbkę
i dzięki temu również mogą zostać oznaczone substancje w bardzo niskim stężeniu.
Dozowniki dozujące bezpośrednio na kolumnę  on  column
Są to dozowniki ze specjalnymi zaworami, w które wprowadza się igłę strzykawki. Zawory te
mają specyficzną budowę, która zapewnia brak ulatniania się gazu nośnego wraz z próbką po
wyciągnięciu igły. Dozowniki takie posiadają wąską metalową tulejkę, w której znajduje się
wkładka szklana o małej średnicy. Po wprowadzeniu próbki do wkładki, gaz nośny przenosi
odparowaną próbkę do kolumny. Kolumna jest ciasno dopasowana do wkładki a część
stożkowa kieruje gaz nośny bezpośrednio do kolumny (przykład  Megabore ).
W analityce śladów i kryminalistyce stosowane są także dozowniki pirolizacyjne. Substancja
badana spalana jest całkowicie w dozowniku. Po rozdziale bada się substancje powstające po
spaleniu. Głównie są to składniki polimerów.
7. Detektory selektywne to detektory, które reagują wzmożoną odpowiedzią
na niektóre specyficzne rodzaje substancji nazywane są detektorami
selektywnymi.
Selektywne detektory stosowane w chromatografii gazowej
Detektor płomieniowo  fotometryczny (FPD)  stosowane do związków zawierających
siarkę lub fosfor.S P Czułość: 10  100 pg (siarka); 1  10 pg (fosfor)Wykorzystuje on
zjawisko chemiluminescencji, które pojawia się gdy S lub P zapalają się w płomieniu
wodorowo-tlenowym. Powstają wtedy niestabilne fragmenty, które emitują światło o
określonej długości fali: S  394nm, P  526nm.
Detektor termojonowy NPD - jest detektorem jonizacyjnym selektywnym w stosunku do
związków organicznych zawierających azot i fosfor. N P
Detektor wychwytu elektronów (ECD) - stosowany jest do detekcji i monitorowania
pestycydów, ponieważ jest czuły na halogenozwiązki (związki wielo-chlorowcowe,
organometaliczne,zawierające skończone grupy karbonylowe, itp. )
Związki te posiadają możliwość wychwytywania niskoenergetycznych elektronów i
formowania negatywnie naładowanych jonów. Zjawisko to powoduje zmianę prądu w celce
detektora wytwarzając sygnał.
Detektor foto-jonizacyjny (PID) Zasada działania detektora opiera się na tym,że eluaty z
kolumny wpływają do komory detektora, gdzie są bombardowane fotonami o wysokiej
energii emitowanymi przez lampÄ™ UV. Jonizowane sÄ… zwiÄ…zki o potencjale jonizacyjnym nie
przekraczającym energii fotonów. Powstające jony przyciągane są przez elektrodę, mierzone
a następnie wytwarzany jest sygnał. Detektor zazwyczaj stosowany jest dla związków
aromatycznych (25  50 pg) i olefin (50  200 pg)
Selektywność dla takich pierwiastków jak chlorowce, azot lub siarka może być
uzyskana przez jednÄ… z wielu konfiguracji detektora przewodnictwa elektrolitycznego.
Detektory te stosują katalizator i celu redukcji eluatói do ziiązkói jonoiych, które mogą
być mierzone kulometrycznie i strumieniu cieczy.
8. Urkądkenia MS o niskiej rokdkielckości wykorkystywane w
chromatografii gakowej:
Niska i wysakarazdzielcza spektrametria mas
jaka techniki detekcji w metadach chramatagrafii
Niska rozdzielczość:
- detektor kwadrupolowy  przykłada się do nich różnicę potencjałói o zmiennej
polaryzacji, częstotliiość zmian pola zależy od czasu, jon który iyjdzie ze z
ródła ipada i tę
częstotliiość. Jeżeli jest ona rezonansoia to jon dotrze do detektora. W przypadku braku
rezonansu jon uderza i poiierzchnie elektrody i rozładoiuje się.
WADY: mała precyzja
- pułapka jonowa JTD  jon ipada do triałego pola , zmienia się także częstotliiość pola,
jon doznaje ruchu toroidalnego. Przy charakterystycznej częstotliiości poszczególne jony
mogą iyjść z pułapki.
WADY: jony mogą zderzać się poi. nie dając sygnału.
- TOF  spektrometr czasu przelotu  rozpędzone jony z pułapki trafiają do komory, i której
jest siatka o ładunku  + , jony o małej masie prędzej dotrą do dynody i dadzą sygnał. Jony
mogą mieć tą samą energie kinetyczną, ale różnica mas spraiia, że różnią się prędkościami a
tym samym czasem dotarcia do detektora. Mierzone czasy są bardzo małe, jest do urządzenie
o dość dużej drodze optycznej (duże gabaryty urządzenia)
Detektory wysokiej rozdzielczości :
- spektrometr HRMS  zasada polega na zmianie pola magnetycznego o iartość, przy której
jon o danej masie da sygnał.
3. Kryteria wyboru metody chromatografii gazowej
w oznaczaniu składników mieszanin związków organicznych
Kryteria wyboru metody analitycznej:
1. Wymagana precyzja i dokładność oznaczeń
wiadomo o co chodzi
2. Czułość i zakres oznaczalności metody
Wymagana rozdzielczość zależy od rodzaju i stopnia skomplikowania próbki
i rozdzielczości wymaganej przez analityka czyli sranie w banie.
3. Wielkość próbki
nie wiemy jaka więc chuj w dupę
4. Selektywność i specyficzność oznaczeń
Rozchodzi się o detektory głównie
Detektory już ktoż robi, więc ja napiszę co jest ważne tutaj
TCD  uniwersalny
FID  uniwersalny
FPD selektywny, do związków zawierających siarkę i fosfor. (my mamy
związki organiczne i chuj wie jakie dokładnie)
ECD  selektywny, do oznaczania halogenozwiązków, czyli np. pestycydów
chlorowcopochodnych
d. termojonowy  selektywny, organiczne zwiÄ…zki azotu i fosforu
MS  można walić wszystko i w ciemno, więc jak mamy próbkę organiczną
to najlepiej użyć MS
IR  selektywny, drogi, do analizy eluentów z ch. Gazowych
AES  specyficzny, analiza związków metaloorganicznych i produktów
petrochemicznych
5. Stan skupienia próbki
Nie wiadomo, jeżeli gaz to mamy do dyspozycji zawory i małe strzykawki,
jeżeli stan stały to kapilarki które ulegają zniszczeniu w wysokiej temperaturze
dozownika albo specjalne strzykawki z wysuwaną łyżeczką ale nie pytajcie co
to jest bo jak sobie wyobrażam ten sprzęt to śmiać mi się chce. Można też
używać HEADSPACE albo innych specjalnych metod, ale przecież nie wiemy
czy nasze związki SA lotne i czy będą napierdalać z roztworu do fazy gazowej.
Czyli co? Czyli znowu chuj w dupe.
6. Możliwość rozkładu lub obróbki próbki (analiza niszcząca lub nieniszcząca)
To też jasna sprawa, bo jak FID nam skopci całą próbkę to już jej raczej z
powietrza nie wyłapiemy.
7. Liczba oznaczeń
Bez komentarza
8. Czas wykonywania analizy
Ma siÄ™ nijak do danych jakie mamy, ale czas jest kryterium i trza o tym
pamiętać
9. Koszt analizy
Komentarz jak wyżej
i to Se można rozwijać w nieskończoność jeżeli mamy to rozpatrywać w
 zawężonym zakresie próbki z mieszaniną substancji organicznych.
Dodaję jeszcze parametry jakby ktoś zapomniał:
1. Wybór fazy stacjonarnej
2. Długość kolumny
3. Temperatura pieca, w którym znajduje się kolumna
4. Wybór detektora
5. Wielkośi próbki
6. Szybkość przepływu gazu nośnego
7. Temp dozownika
Wniosek jest jeden.  Związki organiczne to temat kurewsko mało sprecyzowany
i prawdopodobnie chodzi o wymienienie typowych kryteriów wyboru metody
analizy, czyli to co na poprzedniej stronie.
Nie łamcie się, sam tych kryteriów nie wymyśliłem, przepisałem je z książki do
analizy Szczepaniaka. Pozdro