V.Chromatografia.

Chromatografia - jest grupą metod analizy, w których podstawowym elementem jest rozdzielanie mieszanin jednorodnych substancji na składniki. Odbywa się to na podstawie podziału mieszaniny między fazę nieruchomą i ruchomą układu chromatograficznego.

Efektem rozdzielania chromatograficznego jest chromatograf, który może mieć postać układu plam lub wykresu odpowiednich krzywych. Ten wykres powstaje w wyniku rejestracji sygnałów, w funkcji czasu, detektora umieszczonego na końcu kolumny.

Fazą ruchomą może być gaz, ciecz lub substancja w stanie pośrednim między gazem a cieczą - w stanie nadkrytycznym. Jeśli fazą ruchomą jest gaz, to chromatografia nosi nazwę gazowej, gdy fazą ruchomą jest ciecz, wówczas chromatografia nazywa się cieczową. W przypadku substancji w stanie nadkrytycznym odpowiadający jej rodzaj chromatografii został nazwany chromatografią fluidalną.

Chromatograficzną fazą nieruchomą może być ciało stałe (absorbent) lub ciecz. Gdy faza nieruchoma umieszczona jest w kolumnie to chromatografia jest kolumnowa a jeśli w płaszczyźnie - planarna.

2. Klasyfikacja metod chromatograficznych.

a)klasyfikacja uwzględniająca stan skupienia fazy nieruchomej i ruchomej:

-cieczowa adsorpcyjna, gazowa adsorpcyjna, cieczowa podziałowa, gazowa podziałowa, fluidalna.

b)klasyfikacja wynikająca z natury zjawisk będących podstawą rozdziału chromatograficznego.

-chromatografia adsorpcyjna - rozdział mieszanin oparty jest na zjawisku adsorpcji składników mieszaniny na odpowiednio dobranej powierzchni fazy nieruchomej, zwanej adsorbentem.

-chromatografia podziałowa - rozdział oparty jest na ekstrakcji, tzn. na podziale składników mieszaniny między dwie fazy nie mieszające się, z których jedna - faza stacjonarna naniesiona jest na specjalny nośnik, a druga - faza ruchoma przepływa nad fazą stacjonarną.

-chromatografia jonowymienna - rozdział opiera się na reakcji wymiany jonowej między rozdzielanymi jonami, zawartymi w roztworze, a jonami związanymi z makrocząsteczką wymieniacza jonowego.

-chromatografia sitowa - rozdział oparty jest na efekcie sitowym, a głównym warunkiem jego przebiegu są różne wartości masy cząsteczkowej rozdzielanych związków, czyli wielkość cząsteczki, a także jej budowa przestrzenna.

3. Chromatografia gazowa.!

Wielkości charakterystyczne:

-całkowity czas retencji danego składnika t_R - jest to czas liczony od momentu wprowadzenia próbki do momentu pojawienia się na chromatografie max. Danego piku, tzn. do pojawienia się na wyjściu kolumny max. Stężenia wymywanego związku.

-martwy czas retencji t_M - czas retencji gazu nie ulegającego adsorpcji (np.He).

-zredukowany czas retencji t'_R - czas retencji danego składnika, liczony od martwego czasu retencji.

-skorygowany czas retencji

t°_R = j t_R

j - współczynnik korekcyjny

-całkowita objętość retencji V_R - objętość gazu nośnego potrzebna do wymycia tego składnika, mierzona od momentu wprowadzenia próbki do momentu pojawienia się na chromatogramie max. Danego piku:

V_R= F₀ t_R

F_o - objętościowa prędkość wypływu gazu nośnego z kolumny (cm³ /min)

-martwa objętość retencji V_M :

V_M= F₀ t_M

-zredukowana V'_R:

V'_R=F₀ t'_R

-skorygowana :

V°_R = j V_R

-współczynnik podziału K:

K= C_L/ C_G

C_L, C_G - stężenia substancji chromatograficznej

-współczynnik selektywności α_i,j

α_i,j = K_i/ K_j

Gaz nośny - jest fazą ruchomą. Wybierając gaz należy uwzględnić detektor, który będzie zastosowany oraz czystość gazu będącego do dyspozycji. Gaz nośny nie może zmieniać swych fizycznych i chemicznych cech przepływu przez chromatograf. Jako gaz nośny stosuje się najczęściej H, N, Ar, He. Czystość gazu nośnego wpływa na pracę detektora i na wypełnienia kolumn. Do regulacji i pomiaru przepływu gazu nośnego służą reduktory butlowe oraz zawory, manometry i przepływomierze.

Dozowniki - są częścią wprowadzającą próbkę w strumień gazu nośnego, który przenosi ją do kolumny. Temp. dozownika musi być odpowiednio wysoka - zwykle około 20C powyżej temp. wrzenia najwyżej wrzącego składnika próbki. Temp. nie może być jednak za wysoka, ponieważ mogło to by spowodować rozkład termiczny próbki.

Pirolityczna chromatografia gazowa - analizę wykonuje się przy zastosowaniu rozkładu próbki pirolitycznego.

Zbyt niska temp. dozownika może spowodować powolne odparowanie składników próbki, w wyniku czego próbka jest wprowadzana do kolumny przez długi czas. Wówczas piki są rozmyte a rozdzielanie chromatograficzne złe.

W każdym sposobie dozowania muszą być spełnione następujące warunki: wprowadzona do kolumny próbka musi mieć możliwie najmniejszą objętość,

Warunki w kolumnie nie mogą być zakłócone, ilość wprowadzonej substancji i sposób dozowania próbki muszą być powtarzalne z max dokładnością.

`Kolumny, wypełnianie kolumn

Rozróznia się następujące rodzaje kolumn:

-zwykłe analityczne, pakowane o średnicy wew. 2- 6 mm i dł. kilku metrów (1- 3m)

-mikropakowane o średnicy 0,8 - 1,2 mm i dł. do kilkunastu metrów,

-kapilarne o średnicy 0,2- 0,6 mm i długości kilku metrów,

-mikrokapilarne o średnicy poniżej o,1 mm i dł. do kilkudziesięciu metrów

Kolumny są wykonane z materiałów nieaktywnych chemicznie i katalitycznie w stosunku do wypełnień kolumn i chromatografowanych substancji - tzn. ze stali nierdzewnej, szkła rzadziej z miedzi lub Al. Kolumny kapilarne wytwarza się często z topionego kwarcu i pokrywa z zew. warstwą tworzywa lub Al., co im nadaje dużą wytrzymałość i trwałość mechaniczną. Kolumny analityczne mikropakowane i preparatywne są napełnione fazą stacjonarną w całej swej objętości. Natomiast kolumny kapilarne mają fazę stacjonarną osadzoną tylko na ściankach. Kolumny pakowane są wypełniane cząstkami adsorbentu lub nośnika z osadzoną na nim fazą ciekłą.

`Sprawność kolumn - jakość pakowanej kolumny charakteryzuje się sprawnością wyznaczaną wysokością równoważną półce teoretycznej WRPT. WRPT jest najmniejszą dł. odcinka kolumny, w której osiąga się stan równowagi między stężeniem substancji chromatografowanej w fazie ruchomej i nieruchomej. Im WRPT jest mniejsza tym kolumna ma więcej półek i jest sprawniejsza.

`Detektory

Detektor ma za zadanie przetworzyć stężenia substancji w fazie ruchomej w sygnały elektryczne. Reagują one na różne właściwości fizykochemiczne gazu nośnego i gazu, w którym znajduje się substancja eluowana z kolumny. Rejestrowane zmiany mogą być proporcjonalne albo do stężenia, albo do natężenia masowego przepływu wykrywanego składnika w gazie nośnym. Powinien charakteryzować się dużą czułością. Dobry detektor charakteryzuje stabilność wskazań sygnału i linii podstawowej oraz szeroki zakres liniowości jego wskazań. Rozróżnia się detektory uniwersalne do wykrywania wszystkich substancji i selektywne do wykrywania niektórych grup związków.

-detektor cieplno- przewodnościowy czujnik tego detektora reaguje na zmianę przewodnictwa cieplnego gazu, reaguje na wszystkie substancje, ma duże zastosowanie.

-detektor płomieniowo - jonizacyjny - zasada działania polega na wykorzystaniu ostrej zmiany przewodnictwa elektrycznego atmosfery płomienia wodorowego po wprowadzeniu do niego śladów związków organicznych tworzących w procesie spalania karbojony. Sygnał tego detektora jest proporcjonalny do liczby atomów węgla nie związanych z tlenem. Jest czuły do większości związków organicznych.

-detektor płomieniowo - fotometryczny - przeznaczony jest do selektywnego wykrywania związków siarki i fosforu z dużą czułością.

-detektor siarkowy chemiluminescencyjny - przeznaczony jest do wykrywania związków siarki na bardzo niskim poziomie.

-detektor wychwytu elektronów - zasada działania polega na gwałtownym spadku natężenia prądu płynącego w komorze jonizacyjnej po wprowadzeniu do niej substancji o dużym powinowactwie elektronowym.

-detektor fotojonizacyjny - substancje chromatografowane ulegają jonizacji pod wpływem promieniowania nadfioletowego.

-detektor emisji atomowej - jest to detektor specyficzny, np. do analizy zanieczyszczeń środowiska, związków metaloorganicznych i produktów petrochemicznych. Zasada działania polega na tym, że rozdzielone w kolumnie składniki próbki są wprowadzane do indukowanej mikrofalami plazmy helowej. Plazma zawierająca swobodne ładunki, powoduje rozkład cząsteczek chromatografowanych substancji na atomy. Atomy te ulegają wzbudzeniu i powracając do niższego stanu energetycznego emitują promieniowanie charakterystyczne dla danego pierwiastka.

5.Zastosowanie.

jest wykorzystywana głównie do identyfikacji i ilościowego oznaczania składnika mieszaniny. Do identyfikacji mieszanin złożonych wykorzystuje się min. Wykresy logarytmiczne przedstawiające liniową zależność objętości retencji od liczby atomów węgla w szeregu homologicznym lub zależność logarytmu objętości retencji od temp. wrzenia związków szeregu homologicznego.

Ilościowa analiza oparta jest na liniowej zależności między sygnałem detektora a stężeniem substancji badanej w gazie nośnym. Powierzchnia piku jest proporcjonalna do ilości oznaczanej substancji.

---