Laboratorium Fizyki Medycznej MSIB	Aleksandra Benko	Rok III	Grupa I	Data wykonania 27.X.2009
	Temat : CHROMATOGRAFIA GAZOWA			Data oddania 15.01.2009

1. Wstęp

Chromatografia gazowa jest powszechnie stosowaną metodą, służącą analizie składu chemicznego związków lotnych. Na jej podstawie, ze stosunkowo dużą dokładnością, można określić rodzaj cząsteczek wchodzących w skład mieszaniny ( na podstawie analizy czasu retencji - czasu przejścia związku przez kolumnę chromatograficzną, stałego dla danej substancji w danych warunkach) oraz ich udział procentowy ( poprzez analizę powierzchni piku)

Analiza chromatograficzna znajduje szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach nauki. Jeśli chodzi o fizjologię, może być ona wykorzystywana do badania wydolności płuc, pomiaru dawki przyjętych zanieczyszczeń, a nawet do wykrywania takich chorób jak astma, choroba wrzodowa wątroby, czy nawet rak. Jest to związane z faktem, że zmienione chorobowo komórki produkują inne lotne związki chemiczne w porównaniu z komórkami zdrowymi. Produkowane przez komórki lotne substancje chemiczne różnią się nawet w zależności od rodzaju nowotworu, dzięki czemu można wykryć nie tylko samą chorobę, ale nawet jej konkretny rodzaj.

2. Wykonanie ćwiczenia

Ćwiczenie podzielone zostało na dwa etapy :

• Analiza mieszaniny kolejno 4% i 1% CO2 z powietrzem atmosferycznym

• Analiza powietrza wydychanego przez osobę zdrową

W badaniu wykorzystano 2 chromatografy gazowe wyposażone w detektory :

• TCD, zwany też katarometrem - uniwersalny detektor stężeniowy, wykorzystujący wrażliwość niektórych oporników na małe zmiany temperatury. Umożliwia wykrycie prawie wszystkich związków, których przewodność cieplna różni się od przewodności cieplnej gazu nośnego.

• FID, czyli płomieniowo-jonizacyjny - jeden z najczulszych detektorów uniwersalnych. Jego działanie polega na jonizacji cząsteczek w płomieniu wodorowym oraz rejestracji zmian potencjału między płomieniem a otaczającą go elektrodą zbiorczą. Gdy przez detektor przepływa sam gaz nośny ustala się stały, niewielki potencjał między płomieniem, a elektrodą. W momencie gdy do detektora dotrze oznaczana substancja, ulegnie ona w wysokiej temperaturze degradacji, w wyniku czego powstałe jony spowodują zmianę potencjału (wzrost). Zmiana ta zostanie zarejestrowana jako sygnał pomiarowy.

Mieszanina pierwsza - kalibracja

Celem sporządzenia pierwszej mieszaniny kalibracyjnej, strzykawkę chromatograficzną napełniamy 10ml czystego CO2. Następnie, dopełniamy strzykawkę 40ml powietrza atmosferycznego. Otrzymana mieszania ma 20 - procentowy udział CO2. Aby uzyskać mieszaninę z 4 -procentowym udziałem CO2, wypuszczamy ze strzykawki 40ml mieszaniny i dopełniamy ją kolejnymi 40 ml powietrza atmosferycznego.

Tak sporządzoną mieszaninę wprowadzamy do chromatografu poprzez układ nastrzykowy i obserwujemy pojawiające się na ekranie monitora piki. Pomiar z wykorzystaniem detektora TCD daje następujące wyniki :

Związek chemiczny	Czas retencji [min]	Powierzchnia piku[mV*min]
Metan	1,100	0,92
O2 + N2	0,333	3806,00
CO2	2,033	149,90
H20	4,600	22,1

Mieszanina druga - kalibracja

Mieszaninę drugą otrzymujemy poprzez dodanie do 10ml 4% roztworu CO2 30ml powietrza atmosferycznego. Dzięki temu otrzymujemy mieszaninę 1% CO2 z powietrzem, którą kolejnie wprowadzamy do chromatografu. Pomiar z wykorzystaniem detektora TCD daje następujące wyniki :

Związek chemiczny	Czas retencji [min]	Powierzchnia piku[mV*min]
Metan	1,133	0,87
O2 + N2	0,350	3878,20
CO2	2,066	36,97
H20	4,683	28,42

Mieszanina trzecia - powietrze wydychane

Mieszanina trzecia to próbka wydychanego powietrza dorosłego, niepalącego mężczyzny. Pomiar z wykorzystaniem detektora TCD daje następujące wyniki :

Związek chemiczny	Czas retencji [min]	Powierzchnia piku[mV*min]
Metan	1,116	1,07
O2 + N2	0,350	3666,60
CO2	2,033	130,20
H20	4,016	61,70

Mieszanina czwarta - powietrze wydychane, powietrze atmosferyczne

Mieszanina czwarta to znowu próbka wydychanego powietrza. Tym razem jednak pomiar przeprowadzono z wykorzystaniem detektora FID, a w celach porównawczych przeanalizowano także powietrze atmosferyczne :

	Powietrze wydychane		Powietrze atmosferyczne
Związek chemiczny	Czas retencji	Powierzchnia piku	Czas retencji	Powierzchnia piku
CO	3,496	50,800	3,500	14,600
H2	0,961	16164	0,960	481,500

3. Opracowanie wyników

• Kalibracja

W pierwszej mieszaninie, zakładając, że stężenie
w powietrzu wynosi 400 ppm, po rozcieńczeniu znajdowało się :

Czyli w 10 ml :

Co, po przeliczeniu na procenty, daje stężenie równe :

W drugiej mieszaninie stężenie
było równe :

Co, po przeliczeniu na procenty, daje stężenie równe :

Z zebranych danych tworzymy wykres zależności powierzchni piku od stężenia
:

W pierwszej mieszaninie, zakładając, że stężenie metanu w powietrzu wynosi 2 ppm, znajdowało się :

Czyli w 10 ml :

Co, po przeliczeniu na procenty, daje stężenie równe :

W drugiej mieszaninie stężenie metanu było równe :

Co, po przeliczeniu na procenty, daje stężenie równe :

Z zebranych danych tworzymy wykres zależności powierzchni piku od stężenia metanu :

• Powietrze wydychane - detektor TCD

Na podstawie wykresu wyznaczamy stężenie
i metanu w powietrzu wydychanym, odpowiadające powierzchni piku równej 130,20 oraz 1,07 mV*min. Stężenie
wynosi 20,5%, natomiast metanu -

• Powietrze wydychane i atmosferyczne- detektor FID

Do kalibracji posłużyła próbka powietrza atmosferycznego. Przyjmujemy, że stężenie wodoru wynosi 0,5 ppm = 0,00005%, natomiast stężenie
- 1ppm, czyli 0,0001%. Na tej podstawie sporządzono wykresy kalibracyjne :

Wodór

Z wykresu odczytano stężenie procentowe jakie odpowiada powierzchni piku równej 481,5 [pA*min] i wynosi ono

Tlenek węgla

Z wykresu odczytano, że powierzchni piku równej 14,6 [pA*min] odpowiada stężenie
.

• Szacunkowe obliczenie rocznej produkcji
  przez ludzi

Średnia ilość oddechów na minutę - 16

Średnia pojemność oddechowa płuc - 500 ml

Populacja ludzi na całym świecie - 6,77mld

Ilość wdychanego
- 20ml

Ilość wydychanego
-

Produkcja
na oddech - 82,5ml

Roczna produkcja
-

Po przeliczeniu na masę =
kg

4. Wnioski

Otrzymane wyniki ilości wydychanego
przez badaną przez nas osobę są zgodne z oczekiwaniami ( z obliczeń wynika, że w ciągu godziny wydychane jest 1,37kg, podczas kiedy w normach figuruje wartość 1,4kg). Jak więc widać, metoda chromatografii gazowej jest bardzo dokładną i łatwą metodą, pozwalającą określić skład mieszanin gazowych. Można również z całą pewnością stwierdzić, że badana przez nas osoba była zdrowa i naprawdę niepaląca

---