1952 James

1
GÁZKROMATOGRÁFIA

• 1952 James és Martin
• -gáz-folyadék kromatográfia
• -Nobel díj a megoszlási kromatográfia
  kidolgozásáért.

típus állófázis mozgófázis mechanizmus
gáz-szilárd GSC szilárd gáz adszorpció
gáz-folyadék GLC folyadék gáz megoszlás
2
A gázkromatográfiás készülék
oszlop
detektor
gázpalack
rekorder
mintabeméro egység
A gázkromatográfia bomlás nélkül gázzá
alakítható, illékony vegyületek elválasztására
alkalmas
3
Vívogázrendszer

• Biztosítja a minta komponenseinek áthaladását az
  oszlopon
• Részei
• Gázpalack (nyomáscsökkento reduktor), N2, Ar
  (FID), H2, He
• Gáztisztító (aktív szenes, molekulaszuros)
• Áramlásszabályozó - állandó áramlási sebesség
  kell, 10-100 cm3/perc
• homérséklet no ? gáz viszkozítása no ?
  nyomásprogramozás
• oszlop töltet öregszik ? ellenállása no

4
Vívogázok
H (mm)
Lineáris áramlási sebesség (cm/s)
5
Mintaadagoló

• Feladata gázból, vagy folyadékból gyorsan és
  dugószeruen, kis mennyiségeket (100- 1000 µl
  gázoknál, 1-10 µl folyadékoknál) az oszlopra
  injektálni.
• Folyadékminta esetén biztosítani kell a gyors és
  teljes elgozölögtetést ? futheto mintakamra
  (30-50 0C gt oszlop T, 350 0C véghomérséklet).
• Egyöntetu és bomlás nélküli elpárologtatás.

6
Gáz mintáka, gázfecskendob, gázbeméro hurok
minta be
minta be
minta ki
minta ki
oszlop
vivogáz
vivogáz
7
Injektálási technikák

• 1, Direkt az oszlopra Flash injection
• Töltetes és wide bore (makrokapilláris)
• oszlopoknál
• Teljes minta mennyisége pillanatszeruen az
  oszlopra kerül.

8
2, Split injektálás lefuvatás, megosztás

• Kapilláris oszlopoknak kisebb a kapacitása.
• Split Minta elgozölögteté-se, vivogázba
  adagolása, majd elágaztatása (pl. 1/100-1/1000
  arányban ? 0,01 µl és 0,001 µl injektálásának
  felel meg.

Liner
9
Split arány
Septum purge
10
3, Split-splitless (Grob) injektálás

• Cél nagyobb mintamennyiségek injektálása a
  kapil-láris oszlopra, a hatékonyság csökkenésének
  mini-malizálásával.
• Feltételek
• Oldószer forráspontja legyen a legkisebb az
  elválasztandó anyagok között.
• Injektor T-je gt a legnagyobb fp-ú anyag fp-jánál.
• Oszlop T-je ? az oldószer fp-jánál 10-20 fokkal
  kondenzáció az oszlop elején, állófázis
  telítodése.
• Ezek teljesülésével csak egy kis része az
  oldószernek kerül be az oszlopra és így
  koncentrálódik a minta!

11
http//ull.chemistry.uakron.edu/chemsep/animations
/
Kivitelezés Split ág 0,5 - 1 percig zárva (
splitless ido, vagy purge time),utána indul a
lefuvatás, miközben az oszloptermosztát felfutési
programja is elindul és fp-juknak megfeleloen
eluálódnak a komponensek.
12
Problémák

• Split technika diszkriminál split arány szerint

20-200
13
Forráspont diszkriminációSplitless technika
diszkriminál splitless ido ( purge time)
alapján
14
4, Programozható homérsékletu injektor
(Programable Temperature Vaporization- PTV)

• Olyan split/splitless injektor, melyben a
  homér-séklet is programozható.
• Alacsony T-rol gyors felfutés, mely hatására a
  komponensek fp-juknak megfelelo sorrendben
  párolognak el.
• Nagy mennyiségu minta injektálása lassan (100-200
  µl ).
• Oldószer lefuvatása az injektálás elején.
• Ho hatására bomló anyagok elválasztására is jó.

15
Kriogén hutés
Liq. N2 -1500C Liq. CO2 500C Peltier huto
ho- cserélo etil-alkoholvíz szoba T-200C
16
Injektálás utáni fókuszálás

• Kriofókuszálás splitless ido alatti
  csúcskiszé-lesedés megakadályozására.
• 1, Az oszlop elején kondenzált oldószer telíti az
  állófázist és oldja a mintakomponenseket,
  ilyenkor elválasztás nem történik.
• 2, Splitless ido letelte után már nem érkezik
  to-vábbi oldószer az oszlopra.
• 3, Az oszlop felfutés elindulásával elsonek az
  oldó-szer távozik, keskeny csúcsba koncentrálva a
  mintát.
• 4, Retention gap állófázis nélküli elotét
  oszlop

17

• Kolonna
• Fajtái
• 2-6 mm belso d-s, töltetes.
• 0,1-0,5 mm belso d-s kapilláris.
• 1, Töltetes kolonna (1-5 m)
• Anyaga üvegcso, vagy saválló acél.
• Hordozója diatomaföld (nagy mechanikai
  szilárdság, nagy fajlagos felület, kémiailag
  inert anyag)
• Megosztófolyadék alacsony forráspontú
  oldószer szilárd hordozó (0,1-0,3 mm-es átlagos
  szemcseméret) ? oldószer elpárologtatása
• Kapacitásuk nagy (pár µl injektálható).

18
2, Kapilláris kolonna

• Hossza 10-100 m, átméroje
• 1, lt0,15 mm mikrokapilláris
• 2, 0,15-0,50 mm standard kapilláris
• 3, gt 0,50 makrokapilláris (wide bore)
• Hordozó nincs. Anyaga kvarc. Poliamid bevonattal.
• A megosztófolyadékot közvetlenül a cso belso
  falára viszik fel (d 0,1-10 µm), nyomás alatt
  préselik át.
• Élettartama növelheto, ha a megosztófolyadékot
  valamilyen kémiai kötéssel (szilanizálással)
  rögzítik.
• Kapacitásuk kicsi (µl törtrésze).

19

• Megosztó (nedvesíto) folyadék állófázis
• Olyan makromolekuláris anyag, amely az elemzési
  T-n folyékony, de kelloen hostabil és
  goztenziója is elhanyagolható.
• T max. 350 0C lt oszlop vérzés (bleeding)
• Hasonlóság elve
• Apoláris komponensekhez apoláris
• Poláris komponensekhez poláris

20
PLOT
WCOT
21
Elotét oszlopok (guard column, retention gap)
Megosztó fázis nélküli kapilláris darab, mely
adszorbeálja a minta szennyezoit. Retenciós ido
függetlenítése az oszlop hosszától, szervízelés
alatt.
Kapilláris vágási éle
22

• Gáz-szilárd kromatográfia (GSC) állófázisai
• Szilikagél
• Aluminium-oxid
• Aktív szén
• Sztirol-divinil-benzol kopolimer
• Gáz-folyadék kromatográfia (GLC)
• Polisziloxán vázuak (szilikonok)
• Apoláris és poláris csoportokkal
• szubsztituált változatai mind apoláris,
• mind poláris vegyületek elválasztására
  alkalmasak. Szubsztituensek alkil-, aril-,
  nitril-, vinil csoportok, vagy ezek keveréke.

23

• Fenilezett polisziloxán
• 2, Polietilén-glikolok
• Carbowax. Poláris álló-fázis. Polaritásuk a
  lánchossz növekedésével csökken.
• 3, Poliglikol-észterek
• Elobbiek észterezett változatai, észterek
  elválasztására.

24
Kapilláris töltési technikák

• dinamikus

statikus
25
Termosztát

• Az elválasztás hatékonyságát a megfelelo
  homérséklet program biztosítja.
• Célunk a minél jobb elválasztás (Rf gt 1,5), minél
  gyorsabban. Komponensek növekvo forráspontjuk
  szerint eluálódnak.
• Futési tartomány 0-400 0C
• Futési sebesség 0,5-40 0C /perc

26
Homérséklet programozott elúció
27
Homérséklet programozás
a, kezdeti T b, T ugrás c, végso T T no ? gázok
oldhatósága csökken
28

• T no ? gázok viszkozítása no ? u csökken
• Ennek kompenzálására nyomásprogramozást kell
  alkalmazni a felfutés során.
• Ez növeli a vivogáz lineáris áramlási
  sebességét, és gyorsabb retenciós idoket
  eredményez.

29
Módosított van Deemter egyenlet

• Eredeti H 2 ?dp 2?Dm 8 k df2 u
• u
  p2 (1k)2 Ds
• Módosított H B Cm u Cs u
• u

Dm a komponens diffúziós állandója a
mozgófázis-ban u az eluens lineáris áramlási
sebessége df a megosztófolyadék
rétegvastagsága Ds a komponens diffúziós
állandója az állófázisban Cm rc2/Dm
30
T hatása az elválasztásra
31
(No Transcript)
32
(No Transcript)
33
Oszlophossz hatása az elválasztásra
34
Az oszlopátméro hatása az elválasztásra
35
A filmvastagság hatása
36
Analízis idejének csökkentése a gyors elválasztás
érdekében

• Illékony minta
• Vékony állófázis (minoség!)
• Kis oszlop átméro
• Rövidebb oszlop
• Hidrogén vívogáz, nagy áramlási sebesség
• Meredek homérséklet gradiens

37
Detektorok

• Feladatuk a kolonnából kilépo vívogáz-áramban
  megjeleno komponensek folya-matos, gyors és
  érzékeny észlelése, az anyagmennyiséggel, vagy a
  koncentráció-val arányos jel szolgáltatása.
• Többféle, vagy egyszerre több detektor is
  alkalmazható!
• Szabályozott futés 400?C-ig.

38
Detektorok jellemzése1, Linearitási tartomány
Válaszjel
Dinamikus tartomány
Lineáris tartomány
Mennyiség vagy koncentráció
39
2, Érzékenység

• Kalibrációs görbe meredeksége d
  (válaszjel)
• 
  d (koncentráció)
• Közhasználatban a mérheto legkisebb koncentrációt
  is jelentheti!
• Kimutatási határ (limit of detection LOD)
• A kimutatási határ a mért alkotónak az a
  legkisebb mennyisége, amely az adott módszerrel
  megbízhatóan megkülönböztetheto a vak mintától.
• Megállapodás szerint, egy adott komponens
• J LOD
  J vak 3 s vak
• J válaszjel
• S vak vakminta válaszjelének tapasztalati
  szórása

40
Gyakorlatban
alapvonal emelkedés
41
3, Szelektivítás

• Szelektivitás ill. specifikusság alatt értjük az
  adott detektor kiemelkedo érzékenységét a
  vegyületek bizonyos csoportjára.
• Specifikus detektorok azok, amelyek elemekre,
  elemek bizonyos csoportjára, funkciós
  csoportokra, vagy egyéb tulajdonságokra
  szelektíven adnak értékelheto jelet.
• Mátrix hatás csökkentése!
• Univerzális detektorok azok, amelyek minden, az
  oszlopról eluálódó komponensre értékelheto jelet
  szolgáltatnak. Ilyen a tömegspektrométer (MS Mass
  Spectormeter).

42
Lángionizációs detektor FLAME IONIZATION
DETECTOR, (FID)
Kollektor elektród
Mikroégo - jet
43

• A lángionizációs detektor egy kisméretu H2/levego
  gáz-eleggyel táplált láng, amely fölé
  elektródpárt kapcsolnak. Az égés során a lángba
  bejutó szerves anyag eloször termikusan bomlik
  (pirolízis), utána oxidálódik, majd ionizálódik,
  mely lépésben a molekulák C atomszámával arányos
  számú e- keletkezik.
• Pirolízis CnHm ? n CH. (m-n) H.
• Oxidáció n CH. n O. ? n CHO.
• Ionizáció n CHO. ? n CHO n e-

44

• Az ionok és e- képzodése ? gyenge áram, mely
  erosítés után mérheto és a komponens
  koncentrációjával (C atom-számával) arányos jelet
  szolgáltat.
• Érzékeny 10-12 g/anyag
• Széles linearitási tartomány 107

45

• Kapilláris oszlopok esetén make-up gázt kell
  keverni a hidrogénhez (vivogáz), hogy nagyobb
  jelet kapjunk, ez általában N2.
• Ideális esetben - hidrogén(vivogázmake-up gáz)
  11
• Nagyon széleskörben alkalmazott detektor.
• Majdnem univerzális, kivételek
• Formaldehid, hangyasav, N2, O2, nemesgá-zok, CO,
  CO2, SO2, SO3, H2S, NO, NO2, NH3, HX és H2O.

46
(No Transcript)
47
Elektronbefogási detektor ELECTRON CAPTURE
DETECTOR (ECD)
48

• Specifikus ionszelektiv detektor, mely a
  halogéntartalmú (F, Cl, Br) növényvédo- és
  rovarirtószer maradványok meghatározásában
  nélkülözhetetlen.
• Negatív pólus 63 Ni természetes ß-sugárzó
  izotópot tartalmazó fólia az elektródba építve
  sugárforrás.
• Pozítiv pólus kollektor elektród, melynek
  irányába haladnak az e- -ok. Az így létrejött
  polarizációs feszültség csak néhány volt (1-10V)
  ? 10-12 A állandó alapionáramot hoz létre.

49

• Ha nagy elektronegativitású elemeket (F, Cl, Br,
  ,O) tartalmazó molekulák jutnak a detektorba ?
  abszorbeálják az e- -okat ? alapionáram csökken,
  mivel nagy tömegu és kis mozgékonyságú anionok
  képzodnek.
• Leggyakrabban nitrogén vivogázzal használják.

50

• Lehetové teszi a halogéntartalmú
  gázkromatográ-fiásan vizsgálható vegyületek
  mérését 10-12-10-15 g-ig. A detektor
  szénhidrogénekre gyakorlatilag érzéketlen, nagy
  elektronvonzó-képességu csopor-tot (pl. -NO2,
  konjugált rendszerek) tartalmazó vegyületek
  specifikus mérésére alkalmas.
• Linearitási tartománya 3-4 nagyságrend fluor és
  klór tartalmú vegyületekre.
• Make-up gáz használata szükséges, hogy gyorsabban
  kiürüljön a detektor tér (N2,ArCH4).
• Halogénmentes oldószerek használata kötelezo!

51
Organochloride insecticides
8.
DDT
52
Két dimenziós GC (GCGC)
53
Minoségi azonosítás

• Minoségi azonosításra a retenciós idot, illetve a
  relatív retenciós idot használjuk.
• Kováts-féle retenciós index szerves vegyületek
  homológ sorain belül az egyes alkotók redukált
  retenciós idejének a logaritmusa a C atomszám
  lineáris függvénye. I 100n.

54
n-alkánok homológ sora
lg tR
C
lg tR n1
C
lg tRx
A
lg tRn
B
B
700
Ix
800
I
55

• A Kováts féle retenciós index adott vegyületre,
  adott állófázison, izoterm körülmények között
  független az oszlop méreteitol, a nyomáseséstol
  és az áramlási sebességtol.
• Apoláris állófázison mért retenciós index egyenes
  arányban van a forrásponttal, tehát a vegyület
  forráspontja közelítoleg meghatározható.
• Poláris alkotók indexének homérsékletfüggése nem
  mindig lineáris.
• Hasonló szerkezetu vegyületeknél azonos
  helyettesítések a retenciós indexet azonos
  mértékben változtatják meg.

56
(No Transcript)
57
Mennyiségi elemzés

• Kalibrációs módszer - külso standard módszer
• Különbözo ismert koncentrációjú oldat
  kromatográfiás csúcs alatti területét mérjük,
  majd ezek felhasználá-sával kalibrációs egyenest
  készítünk, melynek iránytangense az érzékenység.
• Ismeretlen minta koncentrációja az általa
  szolgáltatott terület / az érzékenység
• 
  

Kalibrációs egyenes képlete
Ai az i-edik komponens csúcsterülete, wi az
i-edik komponens mennyisége
58
(No Transcript)
59

• Belso standard módszer
• Egy ún. belso standardot - mindig azonos
  mennyiségben hozzáadunk, mind a kalibráló
  oldatokhoz, mind a mintákhoz.
• A relatív érzékenység (fi) használatán
  alapszik.
• Elonye, hogy kiküszöböli a térfogatos
  mintabevitelbol adódó hibát (a minta
  komponenseinek teljes és pillanatszeru
  elpárologtatásának hiánya).

Kalibrációs egyenes képlete
Ai ai bi
wi
AS
As a belso-standard csúcsterülete az aktuális
kromatogramban, wi az i-edik komponens mennyisége
a belso standard mennyiségével osztva.
60
(No Transcript)
61
Alkalmazhatóságának feltételei

• A mintában biztosan ne forduljon elo.
• Kémia és fizikai tulajdonságai hasonlóak legyenek
  a meghatározandó komponensekéihez.
• A minta egyik komponensével se lépjen fel
  együttes elúció (koelúció).

62
Származékképzési reakciók

• Célja a mérendo komponens átalakítása valamilyen
  speciális kémiai reakcióval, annak érdekében,
  hogy a keletkezett termék könnyen
  gázkromatografálható legyen.
• Illékonyság és termikus stabilitás növelése.
• H-hídképzés csökkentése ? csúcsalak javítása
• Átalakítandó funkciós csoportok
• - OH, - COOH, -NH2, - SH, stb.
• LOD értékek csökkentése ECD detektornál
  halogéntartalmú származékképzés

63
Származékképzés hatása
64
Legfobb típusaik

• Szililezés
• Alkilezés
• Acilezés
• 1,
  SZILILEZÉS
• Aktív hidrogén lecserélése általában
  trimetil-szilil csoportra.
• Általánosan

3
Reakció hatásfoka a szililezoszer erosségétol és
a kémiai reakcióban résztvevo funkciós csoport
minoségétol függ.
65

• Szililezhetoségi sorrend
• Alkoholok gt Fenolok gt Karbonsavak gt Aminok gt
  Amidok gt Tiolok
• Sztérikus hatások
• Primer alkoholok gt szekunder alkoholok gt
  tercier alkoholok
• Reakció feltételei
• A reagenst feleslegben alkalmazzuk.
• 100 -osnak kell lennie az átalakulásnak.
• Reakció körülmények optimálása (60-80 0C, 10
  120 perc, katalizátor).
• Lehetoleg egyfajta származék keletkezzen (több
  funkciós csoport esetén), több csúcs keletkezése
  probléma!

66
Leggyakrabban alkalmazott szililezoszerek
reaktivítási sorrendben
N-trimetilszilil-imidazol TMSI
N,O-bisz-trimetilszilil-trifluoracetamid BSTFA
N,O-bisz-trimetilszilil-acetamid BSA
N-metil-N-trimetilszilil-trifluoracetamid MSTFA
Hexametil-diszilazán HMDS
67
Xvégso NH3
Reakciómechanizmus Nukleofil szubsztitució Kivite
lezés Oldószer nélkül, csak a szililezoszerrel Ol
dószerrel (aprotikus) piridin, toluol,
acetonitril, hexán Katalizátorok
trifluoro-ecetsav (TFA), trimetil-klór-szilán
(TMCS) Egyéb követelmények Szililezoszerek
nagytisztaságúak és vízmentesek legyenek és ne
zavarják az elválasztást (koelució
mentes). Származékolandó minta vízmentessége! Könn
yen hidrolizálnak víz és alkoholok
hatására. Stabilitás vizsgálat.
68
2, ALKILEZÉS

• Aktív hidrogéneket alkil csoportra cseréljük.
• Pl. Alkohol ? Éter Karbonsav ? Észter
• Fajtái
• 1, Alkilhalogenidek (jodidok, bromidok)
• R-OH CH3-I ? R-O-CH3 HI
• Fenolok, karbonsavak, tiolok
• Katalizátor ezüst-oxid
• 2, Diazotálás (diazometánnal, mérgezo)
• R-OH CH2N2 ? R-O-CH3 N2
• Fenolok, karbonsavak, szulfonsavak

69
3, ACILEZÉS

• Aktív hidrogéneket acil csoportra cseréljük
• Pl. Alkoholok ? Észter, Aminok ? Savamid
• Savanhidridek és savkloridok használata

Legáltalánosabban használt reagensek 1,
trifluoroecetsav-anhidrid (TFAA) 2,
pentafluoropropionsav-anhidrid (PFPA) 3,
heptafluorobutánsav-anhidrid (HFBA)
70

• A halogén atomok bevitelével lehetoség nyílik az
  ECD detektor használatára, ami érzékenység
  növekedést jelent.
• A reakciót vízmentes körülmények között hajtják
  végre, majd ezt követi a reagens feleslegének
  eltávolítása bepárlással, vagy gyenge bázis vizes
  oldatával való elreagáltatással.
• A fluorozott származékoknak nagyobb az
  illékonysága, mint a többi perhalogénezett
  származéké.

71
A GÁZKROMATOGRÁFIA ANALITIKAI ALKALMAZÁSA

• Koolajipar, petrolkémiai ipar
• Környezetvédelmi analízis
• Gyógyszeripari elemzések
• Oldószermaradványok elemzése
• Élelmiszer analitika (aromaanyagok, toxinok,
  szermaradványok)
• Kozmetikai ipar (illatanyagok).

72

• Régészet - A manchesteri múzeum munkatársai egy
  múmia pólyáját vizsgálták kromatográfiás
  eljárással, és méhviaszt, bitument, növényi
  eredetu galbánummézgát és tamarinduszkivonatot
  mutattak ki. A vizsgálatok szerint a külso
  rétegeket állati eredetu ragasztóval rögzítették,
  noha a feljegyzések szerint a mumifikáláshoz nem
  használtak állati eredetu anyagokat.

73

• Egy mocsaras, neolitikumi településrol, a mai
  Németország területérol származó
  cseréptöre-déken, csont- és koszerszámon fekete
  vagy barna, amorf, kátrányszeru lerakódást
  fedeztek fel. A vizsgálatok kimutatták, hogy
  számos lelet pentaciklusos triterpént tartalmaz,
  és minden oldószeres extraktum legfontosabb
  komponense a betulin volt. Ismert, hogy ezek a
  triterpének a nyírfa (Betula pendula) külso
  kérgében is elofordulnak. Az osi kátrány tehát
  nyírfaké-regbol származik. Ragasztónak és
  rágóguminak használták.

74
(No Transcript)
75
Albedo grapefruit szerves komponenseinek
trimetilszilil(oxim)-származékainak GC-MS
felvétele, hidrolízis nélkül (A) és hidrolízissel
(B)
1. Foszforsav 2. Levulinsav 3. Almasav 4.
Aszparaginsav 5. Glutaminsav 6.
Trimetoxibenzoesav 7. Alanin 8. Prolin 9.
4-hidroxi-benzoesav 10. Xilóz
20. Galakturonsav 21. Inozitol 22.
Szedoheptulóz 23. Cukor-foszfátok 24., 25.,
27.,28. diszacharidok 26. Szacharóz 29.
Naringenin 30. Hesperetin 31. Klorogénsav 32.
Tokoferol 33. Rozmaringsav
A

11. Arabinóz 12. Vanilinsav 13. Ramnóz 14.
Fukóz 15. Citromsav 16. Kínasav 17. Fruktóz 18.
Glükóz 19. Galaktóz
B

Pittcon-2007
Zs. Füzfai, I. Molnár-Perl, J. Chromatogr. A,
2007, in press
76
Melamin és társai
77
Macskatáp elemzése (50µg/g spike)
ColumnRtx-5MS, 30m, 0.25mm ID, 0.25µm
Samplemelamine (4), cyanuric acid (1), ammelide,
ammeline, benzoguanamine (IS) (10µg/mL
prederivatized) Inj.1µL, splitless (hold 1
min.), 3.5mm splitless inlet liner Inj.
temp.280C Carrier gashelium,Flow
rate1mL/min. Oven temp.75C to 320C 15C/min.
(hold 4 min.)