Magdalena Bolesta

Mirosław Cimoch

Sprawozdanie nr 2

Metody rozdzielania i zatężania - laboratorium

Temat: Wpływ warunków analizy na jakość rozdzielania związków w chromatografii gazowej.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z podstawowymi wielkościami charakteryzującymi analizę metody chromatografii gazowej, oraz poznanie wpływu warunków analizy (temperatura i prędkość przepływu gazu nośnego) na jakość rozdzielania analizowanych związków.

2. Wykonanie.

Wykonaliśmy analizę pięciu n-alkanów (C₁₀-C₁₄) za pomocą chromatografu gazowego HP 4890D z detektorem FID i kolumna kapilarną HP-5 o długości 30m.

W pierwszej części doświadczenia badaliśmy wpływ temperatury na jakość rozdzielania. Analiza próbki badanej (1 μl) była prowadzona w izotermie (100°C, 120°C, 140°C, 160°C). A następnie w programie temperaturowym 60-160°C, przy naroście 3°C/min, 5°C/min i 8°C/min. Natomiast druga część ćwiczenia była poświęcona badaniu wpływu prędkości przepływu gazu nośnego na sprawność kolumny. Analizę przeprowadziliśmy przy czterech prędkościach przepływu gazu nośnego: 0,5; 1; 2; 3ml/min.

Wyniki analiz przedstawiają chromatogramy.

3. Opracowanie wyników.

1. Na podstawie otrzymanych wyników analizy w izotermach (100°C, 120°C, 140°C, 160°C) można stwierdzić, iż najlepszy rozdział związków nastąpił w temperaturze 140°C. Przy tej temperaturze kolumna charakteryzuje się największą sprawnością. Otrzymane na chromatogramie piki są ostre, wąskie, symetryczne i dobrze rozdzielone. Czas analizy jest optymalny i umożliwia uzyskanie dobrego rozdzielenia składników mieszaniny w niezbyt długim czasie(czas retencji ostatniego związku: 4,92 minuty). Piki mają podobną szerokość, a ich wysokość maleje wraz ze wzrostem czasu przebywania w kolumnie. Związane jest to z dłuższym przebywaniem związku w kolumnie i wiązaniem się z fazą stacjonarną a tym samym zmniejszeniem ilości związku docierającego do detektora. Natomiast w niższych temperaturach (120°C) obserwuje się poszerzenie ostatnich pików, co może być spowodowane wydłużeniem czasu eluacji związku, który ma największe powinowactwo do fazy stacjonarnej w kolumnie.

2. Obliczanie współczynnika retencji:

gdzie: t_r- czas retencji,

t_m- martwy czas retencji

• Izoterma 100°C:

t_r=2,93

t_m=1,44

k_C10=1,03

t_r=22,85

t_m=1,44

k_C14=14,87

• Izoterma 120°C:

t_r=2,11

t_m=1,38

k_C10=0,53

t_r=9,62

t_m=1,38

k_C14=5,97

• Izoterma 140°C:

t_r=1,73

t_m=1,35

k_C10=0,28

t_r=4,92

t_m=1,35

k_C14=2,64

• Izoterma 160°C:

t_r=1,53

t_m=1,31

k_C10=0,17

t_r=3,02

t_m=1,31

k_C14=1,31

1. Zależność logarytmu zredukowanych czasów retencji od liczby atomów węgla w cząsteczce.

• Izoterma 100°C:

C10=log(2,93-1,44)=log1,49= 0,17

C11=log(4,44-1,44)=log3= 0,48

C12=log(7,27-1,44)=log5,83= 0,77

C13=log(12,64-1,44)=log11.2=1,05

C14=log(22,85-1,44)=log21,41= 1,33

• Izoterma 120°C:

C10=log(2,11-1,38)=log0,73= -0,14

C11=log(2,76-1,38)=log1,38= 0,14

C12=log(3,92-1,38)=log2,54= 0,4

C13=log(5,97-1,38)=log4,59=0,66

C14=log(9,62-1,38)=log8,24= 0,92

• Izoterma 140°C:

C10=log(1,73-1,35)=log0,38= -0,42

C11=log(2,05-1,35)=log0,7= -0,15

C12=log(2,57-1,35)=log1,22= 0,09

C13=log(3,45-1,35)=log2,1=0,32

C14=log(4,92-1,35)=log3,57= 0,55

• Izoterma 160°C:

C10=log(1,53-1,31)=log0,22= -0,66

C11=log(1,70-1,31)=log0,39= -0,41

C12=log(1,95-1,31)=log0,64= -0,19

C13=log(2,37-1,31)=log1,06=0,03

C14=log(3,02-1,31)=log1,71=0,23

Zależność logarytmu zredukowanych czasów retencji od ilości atomów węgla w cząsteczce jest prostoliniowa dla wszystkich izoterm. W każdej z tych temperatur alkany o liczbie atomów węgla równej 9 miałyby proporcjonalnie niższy zredukowany czas retencji. Natomiast alkany o liczbie atomów węgla równej 16 miałyby proporcjonalnie wyższe zredukowane czasy retencji.

2. Wyniki analiz otrzymane w programach temperaturowych są lepsze od wyników uzyskanych w izotermie, ponieważ piki substancji są węższe i ostrzejsze od tych pików otrzymanych za pomocą analizy w stałej temperaturze, brak też rozszerzenia ostatniego piku. Natomiast czasy analizy są dłuższe niż w przypadku izoterm, ale wraz ze wzrostem temperatury czas analizy ulega skróceniu. Wielkość narostu nie ma wpływu na rozdzielenie składników, wszystkie piki przy poszczególnych narostach temperatur są dobrze rozdzielone.

3. Współczynniki retencji dla programów temperaturowych:

gdzie: t_r- czas retencji,

t_m- martwy czas retencji

• Narost 3°C/min

t_r=6,74

t_m=1,62

k_C10=3,16

t_r=22,36

t_m=1,62

k_C14=12,8

• Narost 5°C/min

t_r=5,75

t_m=1,64

k_C10=2,51

t_r=15,84

t_m=1,64

k_C14=8,66

• Narost 8°C/min

t_r=4,84

t_m=1,62

k_C10=1,99

t_r=11,47

t_m=1,62

k_C14=6,08

1. Naszym zdaniem najlepsze rezultaty dała analiza przeprowadzona w programie temperaturowym 60-160°C, przy naroście temperatury 5°C/min. Czas analizy nie był zbyt długi (ostatni związek po 15,84 min). Piki, które otrzymano są ostre, symetryczne i dobrze rozdzielone. Podczas tej analizy otrzymano sygnały odpowiadające wszystkim n-alkanom znajdującym się w analizowanej próbce.

2. Wyznaczanie zależności wysokości równoważnej półce teoretycznej od prędkości przepływu gazu nośnego.

N=L/H

gdzie:

N- liczba półek teoretycznych

L- długość kolumny(30m = 3000cm)

H- wysokość równoważna półce teoretycznej

t_r-czas retencji

w_B-szerokość piku przy podstawie

• Przepływ 0,5 ml/min (wszystkie obliczenia dla C14)

N=16(11,13/0,3)²=22023

H=L/N=3000/22023=0,14

• Przepływ 1 ml/min

N=16(11,47/0,4)²=13156

H=L/N=3000/13156=0,23

• Przepływ 2ml/min

N=16(10,30/0,4)²=10609

H=L/N=3000/10609=0,28

• Przepływ 3ml/min

N=16(9,65/0,3)²=16555

H=L/N=3000/16555=0,18

Optymalna prędkość przepływu gazu nośnego odpowiadająca minimalnej wartości WRPT wynosi 0,5 ml/min. Otrzymany wykres zależności WRPT=f(u) nie pozwala na wykreślenie stycznych oraz wyznaczenie stałych równania przy u_op=0,5 ml/min , a tym samym wyliczenie WRPT wg niżej podanego wzoru.

Wyznaczanie stałych równania Van Deemtera.

---