Podstawę klasyfikacji metod chromatograficznych mogą stanowić: 1) stan skupienia fazy ruchomej (chromatografia gazowa, ch. Cieczowa, ch. Fluidalna) 2) stan skupieni fazy stacjonarnej (fazą ta może być ciecz na nośniku lub ciało stałe czyli chromatografia w układzie: gaz-ciecz, ciecz-ciecz, gaz-ciało stałe, ciecz-ciało stałe. 3) natura zjawisk będących podstawa procesu ch (oddziaływania na granicy faz, wykorzystywane są: adsorpcja, podział subst między dwie niemieszające się ciecze, wymiana jonowa, powinowactwo chem, efekty sitowe) w ten sposób wyróżnia się: a) chromatografię adsorpcyjną- rozdział możliwy jest różnym powinowactwem adsorpcyjnym składników mieszaniny do odp dobranej pow fazy stacjonarnej zwanej adsorbentem. B) ch. Podziałową- rozdział oparty jest na różnicy w wartościach współczynnika podziału skl mieszaniny między dwie nie mieszające się fazy z których jedna jest fazą stacjonarną (ciecz) osadzona na nośniku a druga faza ruchomą (ciecz, fluid, gaz).c) Ch. Jonowymienną- podstawe rozdziału stanowią reakcje wymiany jonowej między jonami z r-ru a jonami związanymi z fazą stacjonarną która stanowia jonity( nierozp subst wielocząsteczkowe o budowie jonowej zdolne do wymiany jonów) d) ch. Sitowa (żelowa) o rozdziale decyduje rozmair czastek. Cząsteczki o małych rozmaiarach wnikają w pory żelu , im mniejsze rozmiary cząst. Tym wolniej migrują wzdłuż komuny. Rozdział zachodzi na skutek różnicy mas cząsteczkowych rozdzielanych zw. TECHNIKI EKSPERYMENTALNE: •technika kolumnowa- stosowana we wszystkich metodach chr. •technika planarna możliwa tylko w ch cieczowej którą dzieli się na ch. Cienkowarstwowąi ch. Bibułową.
Podstawą rozdzielenia chromatograficznego jest fakt że poszczególne składniki próbki w niejednakowym stopni ulegają podziałowi między dwie fazy nie mieszającesię0 fazę ruchomą i stacjonarną (ciecz). Prędkość poruszania się składników próbki w kolumnie jest funkcją podz tych składników w dwu pozostających w stanie równowagi fazach przy czym składniki wykazujące większe powinowactwo do fazy stacjonarnej poruszają się wolniej niż składniki wykazujące większe powinowactwo do fazy ruchomej. Rozdzieelnie jest wynikiem różnych szybkości migracji, spowodowanej różnymi wartościami współczynnika podziału K ( K= Cs/Cm, Cs,Cm to stęż subst X w fazie stacjonarnej i ruchomej).
Sprawność kolumn chromatograficznych. O tym czy pik ch jest ostry czy rozmyty decyduje sprawność kolumny. O sprawności kolumny mówi tzw. Wysokość równoważna półce teoretycznej. Przez pojęcie półki teoretycznej rozumie się objętość kolumny w której zostaje osiągnięty stan równowagi między steż subst chromatografowanej w fazie ruchomej i nieruchomej. Kolumna ch składa się z N hipotetycznych półek teoretycznych L=NH (L-dł kolumny, H- wys równoważna półce teoretycznej. Po wprowadzeniu subst na pierwszą półkę ulega ona podziałowi między fazę ruchomą i stacjonarną, zgodnie z wartościami współczynnika K. sprawność kolumny możn zwiększyć obniżając wartość H przez: dobór optymalnej prędkości przepływu fazy ruchomej i taki dobór kolumny i jej wypełnienia aby wartości ABC w równaniu van Deemtera (H= A+B/u +Csu) były możliwie małe.
Ch gazowa jest szybką i skuteczna metodą rozdziału mieszanin zw lotnych . Wyróżnia się nastepujące rodzaje ch gazowej: 1) ch w układzie gaz- ciało stałe (lub ch gazowa adsorpcyjna). Faza ruchoma jest gaz a faza stacjonarna ciało stałe-adsorbent. 2) Ch. W uskładzie gaz-ciecz (lub ch gazowa podziałowa) fazą ruchoma jest gaz, a fazą stacjonarną ciecz na nosniku). Chromatografy gazowe można podzielić na •laboratoryjne, •procesowe, stanowiące cześć instalacji przemysłowychi używane w ciagłej automatycznej kontroli procesów technologicznych, •przenośne (walizkowe, kieszonkowe służące do analiz polowych). Chromatograf gazowy składa się ze: •zbiornika gazu nośnego (gaz powinien być chemicznie obojętnyw stosunku do wypełnienia kolumny i składników badanej mieszaniny. Najcześciej gazem nosnym jest: wodór, azot, argon, hel. Wybór gazu zalezy od zastosowanego detektora. Duże znaczenie ma czystość gazu nośnego, zanieczyszczenia wyływaja na pracę detektora). •regulator przepływu (odtleniacz i osuszacz) gazu nośnego (do pomiaru słuza pianometry, rotametry, przepływomierze termoelektryczne to urządzenia sterowane przez komputer. Do regulacji przepływu gazu słuzą: zawory redukcyjne, zawory iglicowe),• dozownik (urządzenie za pomoca którego wprowadza się próbkę w strumień gazu nośnego a ten przenosi ją do kolumny ale musza być spełnione warunki: wprowadzona próbka musi mieć mala objętośc aby warunki w kolumnie nie zostały zakłócone, ilośc wprowadzonej substancji i sposób wprowadzenia musza być powtarzalne), •kolumna chromatograficzna (w kolumnie zachodza procesy rozdzielcze i wybór kolumny i jej wypełnienia ma decydujący wpływ na wynik analizy. Kolumny wykonane SA z materiałów nieaktywnych chemicznie i katalitycznie wobec wypełnienia i subst rozdzielanych. Najczęściej wykonane ze stali nierdzewnej, szkła teflonu, aluminium, miedzi. Wyróznia się typy kolumn: kolumny z wypełnieniem, kolumny o przekroju otwartym- kapilarne), • termostat dozownika, kolumny i detektora, •detektor, •przepływomierz, •wzmacniacz sygnału, •komputer, •automatyczny dozownik.
Detektory: subst rozdzielane w kolumnie ch są wykrywane w miarę jak opuszczają kolumnę. Detektor reaguje sygnałem elektrycznym na obecność śladów analizowanej subst w gazie nośnym opuszczającym kolumnę. Detektor powinien charakteryzować się: dużą czułością i wykrywalnością, szerokim zakresem liniowości wskazań, stabilnością wskazań i niskim poziomem szumów linii zerowej, selektywnością lub uniwersalnością wskazań, łatwością obsługi, niskim kosztem. Rodzaje detektorów: detektor termokonduktometryczny (TCD) uniwersalny, stężeniowy, wykrywa wszystkie związki których przewodność cieplna różni się od przewodności cieplnej gazu nośnego, detektor płomieniowo- jonizacyjny (FID) uniwersalny, reaguje sygnałem na obecność zw organicznych, wykorzystuje zmianę przewodności elektrycznej atmosfery płomienia w momencie pojawienia się w płomieniu zw org., det płomieniowo- fotometryczny (FPD) jest det selektywnym i służy do wykrywania zw zawierających siarkę i fosfor, det wychwytu elektronów (ECD) det selektywny, det termojonowy (NPD).
Analia jakościowa: wykonuje się dwoma sposobami: 1) na podstawie parametrów retencji 2) na podstawie fizykochemicznego badania frakcji z zastodowaniem detektorów jakościowych. Wielkości retencyjne stanowią podstawę identyfikacji zw gdyż w takich samych warunkach chromatograficznych analizowana subst ma zawsze taką samą retencję. Porównuje się dane retencyjne zw badanych z danymi retencyjnymi zw wzorcowych. Problem analizy jakościowej polega na potwierdzeniu lub wykluczeniu obecności określonego zw w analizowanej próbce. Wykonuje się w identycznych warunkach chromatograf subst wzorcowej i badanej, jeśli na chromatografie subst badanej nie występuje pik o czasie reakcji równym czasowi retencji subst wzorcowej to nie ma zw wzorcowego w badanej próbce, jeśli występuje to nie mamy pewności o obecności zw wzorcowego bo wiele zw należących do róznych chem może mieć taki sam bądź podobny czas retencji. Rozw jest potwierdzenie identyczności czasów retencji wzorca i subst badanej na różnych wypełnieniach kolumn. Względny czas retencji zmienia się tylko ze zmiana temperatury lub fazy stacjonarnej. Wzorzec dodaje się do badanej próbki, jeśli wzorzec jest poszukiwaną subst to po dodaniu pik wzrośnie, a jeśli nie ma subst wzorcowej to pojawi się nowy pik.
Analiza ilościowa: oparta jest na liniowej zalezności między sygnałem z detektora, którego miara jest wysokośc piku lub jego powierzchnia a stężeniem subst analizowanej w gazie nośnym. O dokładności i precyzji oznaczeń ilościowych metodą GC decydują: stałe warunki pracy i stała prędkość przepływu gazu nosnego, dobra odtwarzalność techniki dozowania próbek, dobór właściwego detektora. Wyróżnia się dwa sposoby otrzymywania i przetwarzania danych w analizie ilościowej: ręczne gromadzenie i opracowywanie danych oraz elektroniczne otrzymywanie i przetwarzanie danych. Podstawe ilościowej oceny stanowi wysokość piku lub jego powierzchni. Obl wykorzystuje się od ustalenie linii podstawowej, gdy rozdz jest niecałkowite od wykreślenie linii rozdzielających. Metody chromatograficznej analizy ilościowej: •kalibracji bezwzględnej- oznacza się jeden bądź kilka składników próbki, bez zajmowania się udziałem wszystkich składników, •metoda wzorca wewnętrznego- ma dwie wersje: wzorcem wewnętrznym jest subst nieobecna w analizowanej próbce( ścisle odmierzoną ilość wzorca dodaje się do znanej ilości próbki), wzorcem wew jest analizowana substancja , •metoda normalizacje wewnętrznej- wyznacza się udział procentowy wszystkich składników w próbce, warunkiem jest aby na chromatografie znajdowały się piki wszystkich subst obecnych w próbce.
Zastosowanie chromatografii gazowej: jest jedna z nielicznych metod analitycznych umożliwiającą w jednym procesie analizę jakościową złozonej mieszaniny oraz ilościowe oznaczenie jej skalników. Umozliwia identyfikcję mieszanin składających się nawet z kilkuset substancji. Metody ta znalazła zastosowanie w : Identyfikacji związków w tym lotnych subst nieorganicznych i szerokiej gamy lotnych zw organicznych, ilościowego oznaczania składników w próbce, kontroli procesów technologicznych, wyznaczania niektórych stałych fizykochemicznych np. współczynników aktywności, entalpii i ciepła właściwego roztworów, masy molowej, współczynników dyfuzji, r-rów, ciepła i entropii adsorpcji, powierzchni właściwych ciał stałych, stałych równowagi różnych reakcji chem, BADAŃ KINETYKI reakcji katalitycznych. Chromatografia gazowa największe sukcesy odnosi w analizie zw orgi umozliwia: analizę lotnych zw org których temp wrzenia nie przekraczają 400*C oraz analizę zw trudno lotnych bądź nielotnych z zastosowaniem technik specjalnych np. pirolitycznej ch gazowej.
Wielkości retencyjne:
Efekt rozdzielnia chromatograficznego jest wykreślany w postaci krzywej elucji (chromatogramu) który przedstawia wykres zależności wskazań detektora od czasu lub objętości fazy ruchomej. Całkowity czas retencji danego składnika to czas liczony od momentu wprowadzenia próbki do momentu pojawienia się naa chromatografie maksimum piku, tzn do momentu pojawienia się na wyjściu z kolumny maksymalnego stężenia wymywanego związku. Całkowita objętość retencji VR danego składnika to objętość fazy ruchomej potrzebna do wymycia składnika, mierzona od momentu wprowadzenia próbki do momentu pojawienia się na ch maksimum piku: VR=F0tR. zerowy czas retencji: tM to czas przebywania w kolumnie subst która nie oddziałuje z fazą stacjonarną, zerową objętość retencji otrzymuje się ze wzoru VM=F0tM . Zredukowany czas retencji t`R =tR- tM jest różnicą pomiędzy całkowitym czasem retencji i zerowym czasem retencji. Względny czas retencji ri,w= t`Ri/t`Rw gdzie i oznacza dowolną substancję , a w subst wzorcową. Współczynnik retencji k zdefiniowany wzorem: k= tR-tM/ tM. Współczynnik selektywności: α= tRB- tM/tRA-tM= KB/kA. Zdolność rozdzielcza kolumny Rs= 2tR2-tR1/w1+w2
Istnieje kilka metod analizy ilościowej, stosowanych w chromatografii gazowej:
metoda kalibracji bezwzględnej (wzorca zewnętrznego), metoda normalizacji wewnętrznej, metoda wzorca wewnętrznego, metoda dodatku wzorca (z dodatkiem substancji oznaczanej).
Metoda kalibracji bezwzględnej (wzorca zewnętrznego). W metodzie wzorca zewnętrznego sporządza się wykres kalibracyjny wykorzystując znane stężenia pojedynczych wzorców. Pomiary powinny być przeprowadzone, dla co najmniej pięciu stężeń z trzykrotnym powtórzenia dla każdego stężenia. Każde stężenie powinno być przygotowywane oddzielnie, a nie poprzez rozcieńczanie roztworu o większym stężeniu. Krzywe wzorcowe powinny obejmować spodziewany i aktualny zakres stężeń dla próbek rzeczywistych.
Metoda normalizacji wewnętrznej. Metoda ta polega na wyznaczeniu udziału procentowego wszystkich substancji w próbce. Wymagane jest, aby na chromatogramie znajdowały się rozdzielone piki wszystkich składników obecnych w próbce. Po 2-3 zadozowaniach mierzy się powierzchnie poszczególnych pików i sumuje je. Otrzymana suma stanowi 100%, a stosunek powierzchni poszczególnych pików do sumy powierzchni wszystkich pików wyraża zawartość procentową substancji (i) w próbce.
Metoda wzorca wewnętrznego. Metoda ta jest bardzo często wykorzystywana, ponieważ umożliwia ilościowe oznaczenie jednego lub kilku składników mieszaniny nawet, gdy nie wszystkie składniki są dobrze rozdzielone. W metodzie wzorca wewnętrznego stosuje się wzorzec przypominający badaną substancję w jak największym stopniu i dodaje się go do badanej próbki przed przygotowaniem do analizy. Wzorzec wewnętrzny, o znanej strukturze, powinien charakteryzować się właściwościami chemicznymi i chromatograficznymi zbliżonymi do analitu. Powinien być dostępny w wysokiej czystości. Stężenie wzorca wewnętrznego powinno być zbliżone do stężenia badanego składnika.
Metoda z dodatkiem substancji oznaczanej
Metoda z dodatkiem substancji oznaczanej jest odmianą metody wzorca wewnętrznego, w której wzorcem jest związek oznaczany. Analiza ilościowa tą metodą polega na chromatografowaniu próbki substancji badanej i próbki tej substancji z dokładnie znaną ilością dodanej substancji oznaczanej.