A kromatográfia elméleti alapjai - u-szeged.hu€¦ · Viv ıgázáram ultra 7.0 99,99999 0,1 6.0...
Transcript of A kromatográfia elméleti alapjai - u-szeged.hu€¦ · Viv ıgázáram ultra 7.0 99,99999 0,1 6.0...
A kromatográfia elméleti alapjai
Kromatográfiás elválasztás
1. A különbözı fizikai-kémiai tulajdonságú komponensek megoszlása az álló- és mozgófázis között eltérı (kvázi egyensúly)
2. A töltéssel rendelkezı részecskék töltésüknek, méretüknek megfelelıen, elektromos erıtérben, eltérı sebességgel mozognak (Elektroforézis)
Felosztás alapja :
1. Mozgó- és állófázis minısége
2. Kényszeráramot létrehozó erı: nyomáskülönbségelektromos erıtér
Kromatográfia felosztása
folyadékFolyadék kromatográfia
LC
CEGEL ELFO
Elektrom
os erıtér
Reversedphase
(HPLC-RP)
Normalphase
(HPLC-NP)
PCTLCIC
GPC,SECfolyadék
Folyadék kromatográfia
LC
SFCSFCszuperkritikusfluid
Szuperkritikuskromatográfia
SFC
GLCGSCgázGáz kromatográfiaGC
FolyadékSzilárd
Álló fázisMozgó fázisN
yomáskülönbség
Kényszeráram
lást okozóerı
A kromatográfiás elválasztások
• Frontális kromatográfia
• Kiszorításos kromatográfia
• Elúciós kromatográfia
Kölcsönhatások a kromatográfiában
1. Fizikai kölcsönhatások-szorpciós: adszorpciós
abszorpciós (oldódás, megoszlás)kemiszorpció
-hidrofil- kölcsönhatások
-hidrofób- kölcsönhatások
-méret szerinti kölcsönhatások
2. Kémiai kölcsönhatások-sav-bázis kölcsönhatás
-komplex képzıdés
-H-hidas kölcsönhatások
3. Biokémiai kölcsönhatások-biokémiai affinitás
KROMATOGRÁFIÁS ALAPFOGALMAK
A kromatográfiás folyamat
Következmény:
• A komponensek eltérı sebességgel vándorolnak (differenciális migráció)
• A kromatográfiás folyamat elırehaladtával a sávok kiszélesednek (band
broadening)
Retenciós adatok
Redukált retenciós idı:
Retenciós térfogat: FtV RR =Redukált retenciós térfogat: ( ) MRMRRR VVFttFtV −=−=′=′
Nettó retenciós térfogat: (GC) ( ) MRMRRN jVjVFttjjVV −=−=′=
Fajlagos retenciós térfogat: (GC)Tm
273VV
L
Ng = :Lm megosztófolyadék tömege
Retenciós id ı: tR
Holt id ı: tM (t0)
tR’ = tR - tM
Retenciós faktor ( k’ )• A komponens az elválasztás során mennyi idıt
tartózkodott az állófázison viszonyítva a mozgófázisbaneltöltött idıhöz képest.
k’: a kvázi egyensúly megoszlási hánya-dosa, ha az anyag-mennyiséget mólbanadjuk meg
k’ = n S/nM
M
s
n
nk =′ k′
n : x móljainak száma
=+′ 1kM
Ms
M
M
M
s
n
nn
n
n
n
n +=+
knn
nR
Ms
M
′+=
+=
1
1
u
uR x=
k
uux ′+
=1
RX
XR t
Lu
u
Lt =←=
MM tuLu
Lt =→=
( )ktu
tut M
x
MR ′+→= 1
M
MR
t
ttk
−=′ Mtt =0
: retenciós faktor
Retenciós faktor ( k’ ): a kvázi egyensúly megoszlási hányadosa, ha az anyagmennyiséget mólban adjuk meg
FtV RR =
FtV MM = FtV MM = ( )kVt
VtV M
M
MRR ′+== 1
min/: 3cmF
Figyelembe véve: állófázis térfogatát
mozgófázis térfogatát VS
M
S
n
nk =′
SV
sss Vxn = 3/: dmmolxs
MMM Vxn = 3/: dmmolxM
MM
ss
Vx
Vxk =′
M
S
x
xK =
M
s
V
VKk =′ =
βK
s
M
V
V=β ß: fázisarány
M
s
V
VKk =′
k’ értékét a komponens megoszlására jellemzıtermodinamikai folyamat szabja meg
Több komponens elválasztása esetén a szelektivitási tényezı (elválasztási faktor) αααα az a paraméter, mely termodinamikai alapon megmutatja, hogy lehetséges-e az elválasztás
'k
'kα
1
2=
A megfelelı szelektivitási tényezıhöz megfelelı kinetikai hatékonyságnak kell párosulni
Az elúciós folyamat feltételei:
1. „Dugószerő” mintabevitel
2. A mozgófázis a kromatogram kifejlesztése alatt állandóan áramlik az
állófázis felett
3. A mozgófázis szorpciója kisebb mértékő, mint a legkevésbé kötıdı
minta komponensé
A kromatográfiában arra törekszünk, hogy a megoszlási hányados független legyen a koncentrációtól és a csak a hımérséklettıl függjön. A megoszlási izotermák lineáris szakaszain dolgozunk.
Egy mólnyi anyag mozgó fázisból az álló fázisba való kerülésére érvényes:
∆Gi = -RT ln Ki
Az egyensúlyi elmélet alapján megadható:
1. A kromatográfia általános egyenlete, mellyel a retenció jellemezhetı
2. Kvalitatíve értelmezi a csúcstorzulásokat
3. Értelmezi a megoszlási hányadost
4. Értelmezi a két komponens elválasztásához szükséges termodinamikai kritériumot.
Nem ad választ:
• Milyen a koncentráció eloszlás a kolonnában való elırehaladás során
• Milyen tényezık befolyásolják ezt
• Milyen tényleges kölcsönhatások vezetnek az elválasztáshoz
Az elúciós kromatográfiás folyamat
Következmény:
• A komponensek eltérı sebességgel vándorolnak (differenciális migráció)
• A kromatográfiás folyamat elırehaladtával a sávok kiszélesednek (band
broadening)
A sávszélesedés szemléltetése
Sávszélesedés (Band broadening) magyarázata
⇐⇐ mozgófázis haladásának iránya
5,54w
t16N
2
R =
=2
1/2
R
w
t
A különböz ı kromatográfiás rendszerek összevetéséhez relatív zónaszélesedést adunk meg amit elméleti tányérszámmal ( N) fejezünk ki. Elméleti tányér a kolonna azon szakasza, ahol a kvázi-egyensúly lét rejön.
==L: kolonna hosszσt
2: idıben kifejezett variancia négyzetσL
2: hosszúságban kifejezett variancianégyzet
A számolásoknál a variancia (σσσσ) helyett a pontosabb, csúcsalapon mért 4σσσσ értéket ( w) használata
Tányérelmélet
• A tányérelmélet feltételezései:
• Az elméleti tányérokon pillanatszerően beáll az egyensúly
• A megoszlási hányados független a koncentrációtól• A mozgófázis szakaszosan megy egyik tányérról a
másikra• A kolonna hossztengelye irányában a diffúzió
elhanyagolható
• Ezek a feltételek nem mindig teljesíthetık
Sebességi elmélet
A sebességi elméletek feltételezései:
• Az állófázisból a mozgófázisba való anyagátmenet gátolt
• A kolonnán az áramlási sebesség sugárirányban változik
az eltérı keresztmetszető csatornák miatt (Eddy diffúzió)
• Longitudinális (hosszirányú) diffúzió történik, melynek
zónaszélesítı hatása annál nagyobb, minél tovább
tartózkodik a komponens a kolonnán
A sebességi elmélet szerint a csúcsszélesedés oka:
1. Áramlási - nem egyensúlyi- folyamatok2. Diffúziós folyamatok3. Anyagátadási folyamatok
Gátolt anyagátmenet, Eddy – és longitudnális diffúzió
Porózus töltet
A sebességi elmélettel számolt csúcsszélesedési adatok akkor igazak, ha teljesülnek a gázokra és folyadékokra jellemzı fiz.-kém. paraméterek
102..10Reynolds szám
10-210-4 – 10-310-4Viszkozitás
(poise)
10,3 – 0,810-3Sőrőség(g cm-3)
10-510-4 – 10-310-1Diffúziós koefficiens
(cm2 sec-1)
folyadékSzuperkrit. fluid
gázparaméter
Sebességi elméletek (Van Deemter, Giddings, Knox)
Zónaszélesedést kiváltó folyamatok H értékei additívek:
• Örvénydiffuzió
pedC
N
LH =
• Anyagátadási gátlás a mozgófázisban
M
2pM
D
udC
• Anyagátadási gátlás a mozgófázis álló részében
M
2pMS
D
udC
•Anyagátadási gátlás az állófázisban
s
2fS
D
udC
• Longitudinális diffúzió
u
DC Md
Az állófázis, mozgófázis és a komponens kölcsönhatása
H additivitása
M
2pMpe
D
udC
1
dC
11
H+
=M
2pMS
D
udC
s
2fS
D
udC
u
DC Md+ + +
1. - kicsi a szemcseátmérı
2. - kicsi az áramlási sebesség
3. - kicsi az eluens viszkozitás
4. - nagy az elválasztás hımérséklete
5. - kicsi az elválasztandó molekula
Általában H kicsi, ha:
uT
DM és DS
H függése a lineáris áramlási sebességt ıl (u)(Van Deemter) gázkromatográfiás töltet esetén
H függése a lineáris áramlási sebességt ıl (u)folyadékkromatográfiás töltet esetén
H –u görbék különböz ı szemcseátmér ıjő (dp) töltetekre
H
u
H függése a viszkozitástól ( ηηηη)
0.6
1/222
15
MηV
T)M(ψ7,4x10D
−
=
H függése a h ımérséklett ıl (T)
0.6
1/222
15
MηV
T)M(ψ7,4x10D
−
=
A sebességi egyenlet különböz ı alakjai
1/21/2
DνCνν
B
E/ν1
Ah +++
+=
Cνν
B
E/ν1
Ah ++
+= Scott
Cνν
BAνh 1/3 ++=
Horváth
3/21/3
DνCνν
B
E/ν1
Ah +++
+= Giddings
Knox
A kromatográfia kinetikus elmélete
A van Deemter, Knox elmélet hátrányai:
1. Nem veszi figyelembe mekkora nyomásesés kell egy adott
N eléréséhez
2. Különbözı morfológiájú töltetek összevetése nehéz:
Szemcsés töltet: dp
Monolit töltet: pórusátmérı, váz szélesség
3. Nem tartalmazza azt az ellenállást, melyet a nyomásesés (∆p)
és a viszkozitás (ηηηη) változása okoz adott elméleti tányérszám
elérésekor
Ezt egy új paraméter, az elválasztási ellenállás ( E) adja meg
Szabályos (gömb) és szabálytalan (irreguláris) töltetek
Monolit töltet
Polimer töltet. Karakterisztikus paraméter : pórúsátmérı és falvastagság összege
Szilikagél töltet. Karakterisztikus paraméter : pórúsátmérı és falvastagság összege
2M
Nη
t∆pE =
Az új összefüggés alapot teremt a kolonnák összehasonlítására
Az összehasonlításhoz rögziteni kell a ∆p/η értékét, mert DM az η függvénye és az η függ a mozgó fázis összetételétıl.Másrészrıl E a dp vagyis a szemcseátmérı illetve struktúra függvénye (monolit oszlop)
A Knox összefüggés szemcsés és monolit kolonnákra
νν
ν CB
A ++= 33,0H
5 µm monolit
3 µm
Az ábra nem mutatja mekkora az E értéke a három kolonnára
Szemcsés és monolit töltet ő kolonnák összehasonlítása elválasztási ellenállás (E) alapján
Áramlási ellenállás oldalról nézve: monolit jobb mint a szemcsés
monolit
5 µµµµm
Szemcsés és monolit töltet ő kolonnák összehasonlítása ∆p – F összefüggés alapján
Nyomásesés (∆p) szempontjából a monolit elınyösebb,mint a szemcsés. De redukált elméleti tányérmagasság (h) szempontjából nem egyértelmő.
A kinetikus görbe végleges transzformációjat0/N2 (tE) – N összefüggés
Zónaszélesedés:
minimumtól balra: a hosszirányú diffúzió szabja meg (B tag)
minimumtól jobbra: anyagátadási ellenállás (C tag)
Emin és Nopt szerepe
monolit 5µm
Kinetikus görbéknél Emin és Nopt együtt kell megadni
Bonyolult elválasztások: monolit (nagy Nopt )Gyors elválasztások: szemcsés (nagy E0)
Oszlopon kívüli sávszélesedés
A komponens Vx térfogata
Az oszlopon VB (VB=tBF)
Összekötı vezetékekben Vi
Detektorcellában Vj
Egyéb csatlakozóelemekben Vk térfogatúra szélesedik
Vi: térfogategységben kifejezett sávszélesedés
Detektorban VB‘ sávszélesség
K++++=′ 2j
2i
2x
2B
2
B VVVVV
Cél:′≈ BB VV
F)1/3(tV wX =Ehhez:
F= 2 ml / min (u = 0,03 ml / s)
Vp= 20 x 0,03 = 600 µl
Vx=1/3 x 600= 200 µl
A felbontás
A felbontás ( RS) definiciója
)w(w2
1tt
R
21
R1R2s
+
−=
( )'k1
'k1αN
4
1R
1
11S +
−=
'k1
'k
α
1αN
4
1R
2
22S +
−=
Ha a 2. csúcsra vonatkoztatunk:
Ha az 1. csúcsra vonatkoztatunk:
Két komponens felbontásának grafikus ábrázolása
Csúcsarány: 1:1
Csúcsarány: 2:1
A felbontás növelésének lehet ıségei
'k1
'k
α
1αN
4
1R
2
22S +
−=
A felbontás függése a retenciós faktortól
'k1
'k
α
1αN
4
1R
2
22S +
−=
A felbontás függése a szelektivitástól
'k1
'k
α
1αN
4
1R
2
22S +
−=
A felbontás függése az elméleti tányérszámtól
'k1
'k
α
1αN
4
1R
2
22S +
−=
Gázkromatográfia
Kromatográfia felosztása
folyadékFolyadék kromatográfia
LC
CEGEL ELFO
Elektrom
os erıtér
Reversedphase
(HPLC-RP)
Normalphase
(HPLC-NP)
PCTLCIC
GPC,SECfolyadék
Folyadék kromatográfia
LC
SFCSFCszuperkritikusfluid
Szuperkritikuskromatográfia
SFC
GLCGSCgázGáz kromatográfiaGC
FolyadékSzilárd
Álló fázisMozgó fázisN
yomáskülönbség
Kényszeráram
lást okozóerı
Gázkromatográfia
• Gas chromatography-GC– Gáz-folyadék (GLC)– Gáz-szilárd (GSC)
• Gázkromatográfiával vizsgálható anyagok– Bomlás nélkül elpárologtatható (származékképzés)– Szilárd-folyadék-gáz– 600 móltömegig (közvetlenül 200-300)
• Analitikai módszerek 50-70%-a kromatográfiás (20-30% ebbıl kb. a GC)
Gázkromatográfia története
• M. Tswett → Folyadék-szilárd kromatográfia 1903 (fejlıdése a lassú anyagátmenet problémája miatt nem dinamikus)
GC – dinamikus fejlıdés• E. Cremer → gáz-szilárd kromatográfia 1951• A. T. James, A. J. P. Martin → gáz-folyadék kromatográfia 1952• van Deemter sebességi elmélet 1956• M. Golay → kapilláris kolonnák kifejlesztése• Schay Géza → gázkromatográfiás könyv 1961• Szepesy László → gázkromatográfiás könyv magyar (1961) és
angol (1971) nyelven
Gázkromatográf (GC)
gázpalack
PC
áramlás-szabályozók
oszlop
injektor detektortisztító patron
nyomásmérıtermosztát
Részei:1. Eluensforrás, a gázáramlást biztosító és szabályozó rendszerrel, tisztítóval2. Mintabeviteli rendszer3. Kolonna a termosztáttal4. Detektor5. Detektorjel erısítésére szolgáló erısítı6. Jelátviteli rendszer számítógéppel (jelrögzítés, tárolás, feldolgozás)
Gázkromatográfiás készülékek
Típusai:
Rutin elemzést szolgáló készülékek (reporting)
Kutató készülékek (analitikai)
Hordozható (portable) készülékek
Preparatív
Folyamat (process)
Analitikai készülékek:
Töltött kolonnás
Vegyes kolonnás
Kapilláris GC
Vivıgázáram
0,199,999997.0ultra
199,99996.0
1099,9995.0
5099,9954.5
10099,994.0
50099,953.5nagy tisztaságú
100099,93.0
500099,52.5tiszta
ppm%jelöléselnevezés Vivıgáz minıségét megszabja:
-Kolonna:-töltetes: N2, Ar DM kicsi-kapilláris: He, H2
-Detektor:-TCD: H2, He-FID: He, Ar, N2
-ECD: N2, Ar+CH4
Acél, alumínium palackok, 100-150 bar nyomással, max. 0,15 m3 térfogattal
Reduktor: nyomáscsökkentı (a gáz anyagi minıségének és a nyomásnak megfelelıt választani) 100-150 bar-t kell 1-5 bar-ra lecsökkenteni 2 lépésben
1 membránszelep → nyomásmérı: 100-150 bar
2 tőszelep → nyomásmérı: 1-5 bar
Áramlási sebesség szabályozása
Tőszelep → áramlási sebesség finom szabályozásaMembrános áramlásszabályozó
T növekedés hatására az áramlási sebesség csökken
Tőszelep: T növekedésébıl eredı áramláscsökkenést nem kompenzálja
Membrános áramlásszabályozó, integrált áramkörös nyomásérzékelı fixen
tartja az áramlást
Mintabemér ı (Injektor)
A mintabemérés kritikus pont– Pillanatszerő, kvantitatív és reprodukálható
legyen– Minta gáz/gız halmazállapotba kerüljön
(főthetı)– Eluenssel való elkeveredés– Oldószer fókuszálás
viszonylag kicsiny térfogat0,1 µl-1 ml
folyadék elpárologtatva: 100-10000 X
térfogatnövekedés
→
Gáz halmazállapotú minták bemérése
- mintahurok 5-10-szeresét átengedve a mintából biztosítható, hogy a csap elfordításával valóban minta kerüljön a gázkromatográfba
- különbözı térfogatú mérıhurkok (0,25 ; 0,5 ; 1 ml)
- bemérıhurok főthetı is, de nem szükséges
Gázmintabemér ı csap
Gáz halmazállapotú minták bemérése
Fluidisztor
- nagysebességő gázkromatográfiában használatos
- gyors mintabevitel
- számítógépes vezérléssel mőködtethetı
Mikromennyiségő gáz halmazállapotú minták bevitele teflon dugattyús mikrofecskendıkkel történik
Folyadék halmazállapotú minták bemérése
Mintabevitel két fı eleme:
- mikrofecskendı
- gázkromatográf mintabemérı, elpárologtató része
Általában 5-50 µl térfogatúak
Teflon végő rozsdamentes acél dugattyú, üvegtest, kalibrált térfogat
Hamilton, SGE a leggyakoribb gyártmány
Mikrofecskend ık
Gázkromatográf mintabemér ı része
Flash elpárologtató
- pillanatszerő elpárologtatás, ha injektor T = 50-70˚C + Fp
- belsı rész üvegbetét korrózióellen
- injektor V kellıen nagy, hogy az elpárologtatás ne okozzon p növekedést, de ne túl nagy mert csökken a hatékonyság
- fıleg kapilláris kolonnáknál használják, ahol nagyobb az injektált minta mennyisége
Gázkromatográf mintabemér ı része
On-column injektor- adagolás közvetlenül a kolonna töltetére
- kolonna elsı 5-10 cm-es része csak töltetet megosztófolyadékotnem tartalmaz
- elpárolgással egyidejőleg az elválasztás is elkezdıdik
- expanziós tér lecsökkenthetı
- fıleg kapilláris kolonnáknál használják, ahol nagyobb az injektált minta mennyisége
Gázkromatográf mintabemér ı részeMintaáram elosztó (splitter)
- kis mintamennyiség (0,1-0,01 µl) bevitele → kapilláris kolonnáknál alkalmazzák
- az injektált mennyiség nagyobb (1-2 µl) de a splitter csak 1/10-1/100-ad részét engedi a kolonnára
- expanziós tér szükséges
- split és splitless üzemmód
„Splittelés” hátrányai
1. A minta alkotói közötti diszkrimináció
2. A splitarány mérés közbeni ellenırizhetetlen megváltozása
3. A flash párologtatás okozta drasztikus termikus hatásra bekövetkezı esetleges termikus degradáció
Gázkromatográf mintabemér ı része
Cold on-column
- hideg injektor, hideg kolonna
- illékony, kevésbé hıállóvegyületek injektálására
- kolonna elsı része hideg (hőtés) majd fokozatosan melegszik
- nincs lehetıség splittelésre
Gázkromatográfiás kolonnák
Kapilláriskolonnák csoportosítása
• mikrokapillárisok: d < 150µm
• standard kapillárisok: 150µm < d < 500µm
• makrokapillárisok: d < 0,5 mm
Kapilláriskolonnák típusai
PLOT, WCOT, SCOT kolonna
Adszorpciós
Abszorpciós
Hordozók
kívánalmak:a hordozó szemcsék egységes méretea szemcsék geometriájaa hordozó termikus és mechanikai stabilitásakémiai inertség
típusai:diatómaföld alapúaküveg alapúakaktívszén alapúak
Megosztófolyadék
kívánalmak:
hıstabilitásfolyékony hallmazállapotjól definiált kémiai szerkezetkémiai inertségkellı nedvesítı képességoldhatóságmérsékelt ár
Megosztófolyadék
típusai:
szénhidrogén típusú megosztófolyadékokftálokglikol-észterekpoliglikolok (poliéterek)polietilén-glikol származékoknitrilekszilikon fázisok
HETP függése a töltet szemcseméretét ıl
HETP függése a megosztófolyadékmennyiségét ıl
HETP függése a kolonna átmér ıtıl
HETP függése a nyomástól
HETP függése az eluens min ıségétıl
Gázkromatográfiás detektorok
univerzális: minden molekulára ad jeletszelektív: bizonyos vegyülettípusokra ad jeletspecifikus: csak bizonyos molekulákra ad jelet
dinamikus tartomány : az a koncentráció tartomány amelyben a koncentráció változása detektorjel változást eredményez
lineáris tartomány : T= mc (eltérés < 5 %)
érzékenység: m (egységnyi koncentrációváltozás hatására bekövetkezı jelváltozás)
kimutatási határ: az a koncentráció, melynek mérésénél a detektor válaszjele egyértelmően megkülönböztethetı a háttértıl (LOD)
meghatározási határ: az a legkisebb koncentráció, amely megfelelıprecizitással és pontossággal meghatározható (LOQ)
Gázkromatográfiás detektorok
• FID (flame ionization detector – lángionizációs detektor)• ECD (electron capture detector – elektron befogási
detektor)• FPD (flame photometric detector – lángfotometriás
detektor)• PID (photo-ionization detector – foto-ionizációs detektor)• MS(D) ( loecule selective detector – tömegspektrometriás
detektor)• TCD (thermal conductivity detector – hıvezetıképességi
detektor)
Hıvezetıképességi detektorok
hıvezetés: idıegység alatt, 1 m hosszon, 1K hımérsékletkülönbség hatására átszármaztatott hımennyiség. Anyagi minıségtıl függ.
- állandó eluensáram → állandó hıvezetés → főtött szál ellenállása állandó- mintával „szennyezett” eluens → változó hıvezetés →főtött szál T változik → változik az ellenállás →detektorjel
áramlás ingadozásából adódó hıelszármaztatáskivédése hídkapcsolással
Hıvezetıképességi detektorok
Hıvezetıképességi detektorok
• konvencionális: 0,5-3 cm3 cellatérfogat (töltött kolonna)
• félmikrocellás: 25-100 mm3 cellatérfogat (widebore kolonna)
• mikrocellás: 5-10 mm3 cellatérfogat
• rétegcellás: 1-10 nl cellatérfogat (integrált mikoráramkörökhöz hasonló, LOD = 10-10-10-9g)
Ionizációs detektorok
elektródok között akkor folyik áram, ha ionokat hozunk létre a mintából
Ionizációs detektorok
Az ionizációhoz használt energia tipusa:
- termikus energia (FID)- kinetikus energia (ECD, MS)- fényenergia (PID)- elektromos energia (kisülési ionizációs
detektor –DID)
Ionizációs detektorok
Lángionizációsdetektor
Ionizációs detektorok
Elektronbefogási detektor
Minıségi analízis
- Összehasonlítás elızıleg mért, ismert anyagok retenciós idejével
- Relatív retenció alkalmazása- Addíció- Retenciós indexek- Tömegspektrométer
KOVÁTS-féle retenciós index
• Alapja:– Szénhidrogén származékok homológ sorában a
retenciós idık a C-atom számmal exponenciálisan növekednek
⇓
– Lg tR’ ábrázolva – C-atom szám függvényében egyenest ad
– N alkán homológok retenciójához viszonyít
KOVÁTS-féle retenciós index
Ix-ismeretlen komponens retenciós indexetR’n+2 > tR’x (ismeretlen) > tR’n
– n-páros szénatomszámú parafin szénatomszáma
Jelentıssége: – Ismeretlen komponens azonosítása
100nlgtlgt
lgtlgt*200I
n2n
nX
R'R'
R'R'x +
−−
=+
Mennyiségi analízis
A detektor érzékeli az oszlopból kilépı gázáram valamilyen fizikai v. kémiai tulajdonságának megváltozását →jelfeldolgozás
Az elektromos jel– Függhet:
• koncentrációtól (konc. érzékeny)• idıegység alatt a detektorba jutó minta mennyiségtıl
(tömegáram érzékeny)
– A jel és a konc. ill. a tömegsebesség közötti függvénykapcsolat keressük a mennyiségi elemzés során
Mennyiségi analízis
- Csúcsterülethez (A) keressük az anyagmennyiséget (m)
- Csúcsterület meghatározás integrálással(ma elektronikus integrátorokkal)
Mennyiségi értékelés
Módszerek:
– Kalibrációs görbék felvétele
– Belsı standardok
– Addíciós módszer
Kalibrációs módszer
Ismert koncentrációjúmintasorozat mérésével kalibrálva, azaz kalibrációs görbe felvétele után az ismertelenkoncentrációja(tömege) a görbérıl visszaolvasva meghatározható
A1
A2
A3
Aism
m1 m2 mism m3
Addíciós módszer
Belsı standard módszerRelatív érzékenységf=Ai/As*ms/mi
a vizsgálandó mintához olyan anyagot (belsı standardot) adunk, amelyet a minta nem tartalmaz, de jól elváló jelet ad, és ehhez viszonyítjuk a minta-komponensek által szolgáltatott jeleket.Elızetesen meg kell határozni a minta-komponensek belsı standardra vonatkozó relatív érzékenységét.
Ipari oldószerek GC analízise
Speciális feladatra tervezett állófázisokat is árulnak
A folyadékktomatográf (HPLC)
A folyadékkromatográfiás rendszerek felépítése I.
A folyadékkromatográfiás rendszerek felépítése II.
A folyadékkromatográf felépítése
Eluens tárolók
Üvegedény (vizes rendszereknél: ionok oldódnak ki)Mőanyag edény (szerves eluensek lágyítókat, adalékokat
oldanak ki)
Eluensek gázmentesítése
• Forralás (differenciális párolgás)• Vákuum alkalmazása (differenciális párolgás)• Ultrahang alkalmazása• He alkalmazása (leghatásosabb)
Szivattyúk
Szivattyúkkal szemben támasztott követelmények:
1. Nagy nyomáson szállítson akár kis, akár nagy térfogati áramlási sebességgel2. Pulzálás csökkentés akár mechanikusan akár elektronikusan3. Cserélhetı nagynyomású szivattyúfej (analitikai-preparativ; acél-titán-teflon:
biológiai minták)4. Automatikus kompresszibilitás kompenzáció5. Kompatibilis kis forráspontú oldószerekkel6. Kompatibilis pufferolt eluensekkel7. Kompatibilis ionpár-képzı anyagokkal8. Gyors eluens csere biztosított legyen9. Kis „hold-up” térfogat10.Számítógépes vezérlés (mozgófázis összetétel, gradiens vezérlés, áramlási
sebesség, stb)
Állandó nyomáson szállító szivattyúk
1. Pneumatikus szivattyú
Elıny: - olcsó- egyszer ő- pulzálás mentes
Hátrány: - térfogat és végnyomáskorlátozott
- térfogati sebesség a viszkozitásés permeabilitás függvénye
2. Pneumatikus er ısítéső szivattyú (Haskel type)
Elıny: - olcsó- oldószercsere egyszer ő
- nagy térfogati sebesség érhetı el
- szállítási nyomás gyorsan beáll
Hátrány: - térfogati sebesség a viszkozitásés permeabilitás függvénye
Állandó áramlási sebességgel szállítószivattyúk
1. Fecskend ı típusú szivattyú (Syringe-type )
Elıny: - pulzálás mentes- térfogati sebesség független a
viszkozitástól és a permeabilitástól- térfogati sebesség könnyen
szabályozható- szállítási nyomás gyorsan beáll
Hátrány: - drága- kapacitás korlátozott- oldószercsere bonyolult
2. Alternáló dugattyús szivattyú (Reciprocating piston pump)
Alternáló dugattyús szivattyúk szállítóteljesítmény görbéi
Alternáló dugattyús szivattyúk
Elıny: - térfogati sebesség független a viszkozitástól és a permeabilitástól
- térfogati sebesség könnyen szabályozható- a belsı szivattyú térfogata kicsi
Hátrány: - pulzáló folyadékszállítás- a szállított folyadékmennyiségi tartomány korlátoz ott
- a szállítási nyomást lassan éri el
A kompresszibilitás hatása a szállítóteljesítményre
Szívóütem után:- folyadék térfogata:
V = m / ρρρρ (ρρρρ = g/cm 3)- nyomás növelésével ρρρρ változik- Darcy:
- a térfogatcsökkenés a folyadék-kromatográfiás körülmények függvénye- A kolonna bemenetnél a térfogati áramlási sebesség csökken- kompresszibilitás kompenzáció:
-mechanikus-elektronikus
Lε
∆P
η
Ku
o
=
3. Membrán szivattyú (membrane piston pump)
Elıny: az eluens nem érintkezik a tömítésekkelPulzálás csökkentés :- több szivattyúfej alkalmazása- 500 1/min frekvencia alkalmazás-400 bar nyomás az acélmembránon
4. Egydugattyús gyors feltöltés ő szivattyú
szállítás Feltöltés200 ms
kompresszibilitás
szállítás
5. Sorba kötött két dugattyúfejes szivattyú
Csak a szívófejen van szívó és nyomószelepPulzálás mentesítés: elektronikusan : egyik ágban állandó nyomás
másik ágban állandó áramlási sebesség
A nagynyomású szivattyúk m őködését befolyásoló tényez ık
1. Szilárd részecskék hatása
2. Oldott gázok hatása
3. Korróziós hatás
1. Szilárd részecskék hatása
a. eltömi az eluens sz őrıt és a szelepek véd ı szőrıitb. rárakódik a szelepülésekre
c. eltömi a nyomásmér ı egységet
d. eltömi a kapillárisokat
e. Eltömi a mintaadagolót
Következmény:
- szállítóteljesítmény változása
- pulzálás
- nyomásnövekedés
Kiküszöbölés:
-eluens sz őrése 0,4 – 0,5 µm pórusú sz őrın
-oldószer gyárilag sz őrve: 0,2 – 0,4 µm pórusú sz őrın
Szilárd részecskék eredete:
a. Eluensb ıl válik ki- kristálykiválás pufferekb ıl
eluensek el ıre elkészítése izokratikus módban
- algák, baktériumok elszaporodása: nagy víztartalmúeluensekben
b. Szivattyú tömítések morzsolódása - dugattyúk m őködés közbeni mosása
2. Oldott gázok hatása
1. Oxigén oldódása vízben és szerves oldószerekben
2. Pulzálás: a szívóütem után addig nincs folyadékszállítás amíg a gázbuborék nyomása el nem éri a kolonna belép ı
nyomását3. Oxigénbuborékok
keletkezése víz-meteanol(exoterm), víz-acetonitril(endoterm) oldószer párok keverésekor.
4. Levegımentesítés(lásd: eluenstárolók)
3. Korróziós hatásHPLC technika: rozsdamentes acél (SS 316) használat a
Haloid ion (Cl -, Br -) korrózió
Korróziós folyamatok víz-metanol, víz-acetonitril eluens rendszerekben:
0,1 ppm feletti Oxigén koncentráció jelenlétében az O 2 redukálódik:
O2 + 2 H2O + 4e- ⇔⇔⇔⇔ 4 OH-
A vas anódos oxidációval oldódik:
Fe →→→→ Fe2+ + e-
Katódos és anódos reakciótermék reagál:
Fe2+ + 2 OH- →→→→ Fe(OH)2
Oxigén jelenlétében:
4 Fe(OH)2 + O2 + H2O →→→→ 4 Fe(OH)3 →→→→ 2 Fe2O3 + 6 H2O
Megjelennek a vasoxid különböz ı formái: zöld, vörös, barna
Passziválás: foszfát puffer, id ınként salétromsav használata
Adagolók
1. Kézi adagolók
2. Automata adagolók
<23-55-1010-2020-40
Töltet szemcse
átmérı
(µm)
2-42-44-64-65-10Oszlop belsıátmérı(mm)
2-55-1010-1510-2020-50Oszlophossz(cm)
OszlopokAnyaga:-acél-PEEK (poliéter-éter keton)-üveg
Mérete:
Oszlop csatlakozók
Oszlop- és összeköt ı csatlakozók
Folyadékkromatográfiás detektorok
Folyadékkromatográfiás detektorok felosztása és alkalmazásuk gyakorisága
•UV-Vis (80%)
•Fluoreszcens (5%)
•Elektrokémiai (5%)
•Törésmutató mér ı (RI) (2-3%)
•Vezetıképességi (2-3%)
•Fényszórásos (ELSD) (2-3%)
Folyadékkromatográfiás detektorok összehasonlításához használt paraméterek
•Detektor zaj
•Dinamikus tartomány
•Lineáris tartomány
•Detektálás alsó határa
•Cella térfogat és kialakítása
•Idıállandó
•Nyomásváltozás hatása a jel/zaj viszonyra
•Áramlási sebesség hatása a jel/zaj viszonyra
•Hımérséklet hatása a jel/zaj viszonyra
Rövid távú zaj
Statikus: 0.5-1.5x10-4 AU / percDinamikus: 0.5-1.0x10-4 AU / perc
Hosszú távú zaj
Statikus: 1.0-4.0x10-4 AU / 10 percDinamikus: 1.0-5.0x10-4 AU / 10 perc
Alapvonal mászás (drift)
Statikus: 5.0-10.0x10-4 AU / óraDinamikus: 2.0-6.0x10-4 AU / óra
A jel és zaj viszonyának ( s/n ) szemléltetése
Folyadékkromatográfiás detektorok jelleggörbéje
Dinamikus tartomány: a jel arányos az anyag mennyiséggel
Lineáris tartomány: a jel lineárisan arányos az anyagmennyiséggel (5%)
Detektálás alsó határa (DAH, LOD): a jel 3x nagyobb, mint a zajszint
Mennyiségi mérés alsó határa (LOQ): a jel 10x nagyobb mint a zajszint
Lineáris tartomány: a jel lineárisan arányos az anyagmennyiséggel (5% eltérésig)
Dinamikus tartomány: a jel arányos az anyag mennyiséggelMagában foglalja a lineáris tartományt
s = a c ahol: s detektorjela detektor érzékenységec a minta koncentrációja
Fowlis és Scott:
s = a cr ahol: r válasz index (0.98 < r < 1.02)r függ a készülék felépítésétıl
Lineáris tartomány: a legnagyobb koncentráció és a DAH közti szakasz
A detektor érzékenysége
a = ∆s / ∆c illetve a = ds / dc
A detektor érzékenysége: az analitikai egyenes meredekségeilletve nem lineáris tartományban a jel koncentráció szerinti deriváltja
Az érzékenység alapján nem lehetséges a detektorokösszehasonlítása:Uv-Vis: AU / (mol dm-3)Elektrokémiai: nA / (moldm-3)
Gyakorlatban:Kimenı jel: mV/ koncentráció vagy
Detektálás alsó határa (DAH, LOD)
A detektor érzékenység és a detektálás alsó határa
Detektorra vonatkozó DAH:az adott anyagra jellemzı koncentráció mely a detektor cellában áthaladva a zaj kétszeresének megfelelı jelet ad
Kromatográfiás rendszerre vonatkozó DAH:az adott anyagra jellemzı koncentráció mely a kromatográfiás rendszerben (adagoló, kolonna, detektor cella) áthaladva a zaj kétszeresének megfelelı jelet ad
A kromatográfiás rendszer detektor érzékenysége (XD) és a legkisebb kimutatható anyagmennyiség (m) függ:- Kolonnára jellemzı adatok
a) geometriai méret (r, L)b) töltet jellemzık (ε, N, dp)
- Visszatartásra jellemzı adatok (k, N, mozgófázis összetétel)- Detektorra jellemzı adatok
Uv-látható (Uv-vis) detektorok
Egyutas detektor Kétutas detektor
A detektorok fényforrása
Deutérium lámpa Xenon lámpa
500 óra
alap
Alkalmazható hullámhossz tartomány:190 – 800 nm 210 - 550nm
Állandó hullámhosszon m őködı lámpák
Hg gız lámpa 253 nm (sz őrı)
Zn lámpa 213, 307 nm (sz őrı)
Cd lámpa 228.8 nm (sz őrı)
Szerves oldószerek fényelnyelése
230tetrahidrofurán
215Dioxán
2052-propanol
205Metanol
190Acetonitril
Uv cut-off (nm)Oldószer
Az oldószer fényátereszt ı képessége (Uv cut-off):
Az a legkisebb hullámhossz, ahol a transzmittancia 1 0%-ra csökken
Fordított fázisú kromatográfiában használt oldószerek tisztaság vizsgálata gradiens elúcióval
Elméleti görbe Gyakorlati görbe
0 %
100%
A detektor optikai felépítésének jellemzésére szolgálóparaméterek:
1. Hullámhossz beállítás torzítatlansága (accuracy)
2. Hullámhossz beállítás reprodukálhatósága (reproducibility)
3. Sávszélesség (bandwith)
1. és 2. Legtöbb készülék automatikusan végzi a hullámhossz kalibrációt
2. Sávszélesség hatással van az érzékenységre és a linearitásra
-nagyobb sávszélességnél nagyobb lesz a fotodiódára jutóenergia, jel/zaj viszony javul, kimutatási határ csökken.
-De: nagy energia és sávszélesség hatására az intenzítás-különbség csökken és ezzel az abszorbancia (A) kisebb lesz
Minden olyan hatás, mely a zajt növeli, csökkenti a
detektor érzékenységet és növeli a detektálás alsó határát.
Ezért vizsgálni és optimalizálni kell:
- Detektor cella kialakítását
- Detektor kimeneten az elektronikus szőrı idıállandójának
hatását (kromatográfiás csúcs torzulás)
- Hımérséklet változás hatását
- Áramlási sebesség hatását
- Nyomás-ingadozás hatását
A detektor cella térfogatának és geometriájának hatása
Hagyományos cellák:- hengeres furat- úthossz: 4-10 mm- térfogat: 4-8 µL
Úthossz csökkentésével az RI hatás csökkenthetı (Lambert-Beer törvény)
„Taper beam” cella
-RI hatás csökkentése
-Jel/zaj viszony növelés: optikai úthossz növelés (határt szab a
cellatérfogat növekedés, kolonnán kívüli zónaszélesedés)
A detektor id ıállandójának hatása a jelre
Az idıállandó (ττττ) (a jel mennyi idı alatt követi a detektorban bekövetkezı
változást):
ττττ növelése
- csökkenti a jel/zaj viszonyt, de
-torzítja a kromatográfiás csúcsot
-változtatja a maximum helyét (minıségi analízis)
-Általános szabály: az idıállandó nem lehet nagyobb, mint a hot idıhöz
tartozó σt zónaszélesedés tized része
Nagyhatékonyságú, pl. 3 cm kolonnánál, ha a holtidınél mért zónaszélesedés σt = 150 ms, a detektor idıállandója 15 ms kell legyen.
Hımérséklet változás hatása a jel/zaj viszonyra
Modern detektoroknál, ahol a zajszint 10-5 AU, a hımérséklet változás
törésmutató változást okoz az eluensben (RI hatás; ld. detektor)
Általában: 1˚C hımérséklet változás 10-4 AU változást okoz.
Áramlási sebesség és a nyomás-ingadozás hatása a jel/zaj viszonyra
Általában igaz, hogy a fényelnyelés független az áramlási paraméterektıl.
Szők csıben az áramlási sebesség és nyomásesés változás nyíróerı
változást okoz az eluensben az egyes rétegek között. Ez
hımérsékletváltozást okoz, ami együtt jár a törésmutató megváltozásával.
Többcsatornás Uv-vis és diódasoros detektorok
Többcsatornás detektorok:
Különbözı hullámhosszakon egy idıben több kromatogramot képesek
rögzíteni
Maximum 8 hullámhosszon mőködnek (8 fotodióda)
Az adatfeldolgozó szoftver kisebb kapacitású mint a diódasoros
módban mőködı szoftveré
Diódasoros detektor: helyesebben diódasoros detektálási mód
(DAD, diode array detection)
Többcsatornás detektorok, idı-, intenzítás- és hullámhossz adat
együttest győjtenek, és az adatokat számítógépen tárolják (utólagos
értékelés)
Diódasoros detektor felépítése
Mintát fehér fénnyel világítjuk meg, fényfelbontás a küvetta után történik.190-800 nm között általában 128-1024 fotodióda. Felbontás 1-5 nm. Diódák jele kombinálható, ekkor a felbontás csökken. A diódasor néhány ms-onként letapogatja a spektrumot.
Gyors pásztázó és diódasoros detektorok összehasonlí tása
gyors pásztázó: egyetlen dióda,a rács mozog
diódasoros: 128-1024 dióda, a rács helyzete állandó
A diódasoros (gyorspásztázó) detektor adatszolgálta tásai
A: háromdimenziós kép; B: spektrum; C: kromatogram; D : izoabszorpciós vonalak
Diódasoros detektor nyújtotta szolgáltatások
A t, λλλλ, A mintavételezés s őrősége, mérés utáni korlátlan felhasználás lehet ısége
Változtatható paraméterek:
•Mérési idı: akár több óra is lehet
•Hullámhossz tartomány: (190-800 nm között) változtatható
•Mintavételezési idı: fotodiódák kiolvasási ciklusideje (néhány ms, ha túl
nagy torzítja a kromatogramot)
•Optikai sávszélesség: alapvetıen befolyásolja a spektrumot
•Integráló program: a mennyiségi kiértékeléshez
•Spektrum feldolgozási lehetıségek: csúcstisztaság ellenırzés
Csúcstisztaság ellen ırzés( )( )
( )( )
( )( ) ≡≡≡
Fontos:•Mekkora a legkisebb minta koncentráció, ahol a spektrum még értékelhetı•Jel/zaj viszony megfelelı•Matematikai eljárás (szoftver) alapján egyértelmő legyen a csúcs tisztaság
Fluoreszcenciás detektálási mód
Fluoreszcencia: besugárzás és az emisszió közti idı: 10-5 - 10-8 s
Foszforeszcencia: az emisszió késleltetett (intersystem crossing)
Gerjesztı fény: fehér ⇒ rács (prizma) ⇒ λλλλ1Emittált fény: rács (prizma) ⇒ λλλλ2
λλλλ1
λλλλ2
fekete test
Merck fluoreszcens detektor
Törésmutató (RI) mér ı detektor
Elsı on-line detektor
A komponens és a mozgófázis törésmutatója eltérı
Univerzális detektor
Feltétel:
Állandó összetételő mozgófázis
Állandó hımérséklet
Hımérséklet hatás
Hımérséklet változás ⇒ RI változás
Ultra termosztálás: 0.001°CKolonnáról lejövı mozgófázist felcsévelt 0.1-0.2 µµµµm
ámérıjő termosztált kapillárison és detektoron vezetik át
Szivattyú pulzálás hatása
Pulzálás ⇒ nyomásváltozás ⇒hımérsékletváltozás ⇒RI változás
RI detektorok differenciális mőködésőek: referencia ág ⇔ mérıág közti RI különbség mérése: váltakozva mérik a törésmutatót a két ágbanUv detektorhoz képest: DAH 3-4 nagyságrenddel nagyobb
Fényelhajlás elvén m őködı RI detektor
•Referencia ág: csak tiszta mozgófázis•Mérı ág: mozgó fázis + minta•Ha a két ágban azonos a mozgófázis összetétel, a tükörrıl visszavert fénynyaláb elhajlása ugyanolyan mértékő, de ellentéte irányú, a diódán a folt zeró jelet ad
•Ha a mérıágban a mozgófázis összetétel megváltozik, a tükörrıl visszavert fénynyaláb elhajlik, a folt helyzete megváltozik a diódán, a jel zérótól eltérı(+ vagy – lehet)
• Nagy lineáris tartomány
Teljes visszaver ıdés elvén m őködı RI detektor
Fresnel elv: üveg és folyadék határfelületrıl visszavert fény mennyisége függ:•fény beesési szögétıl•a két fázis törésmutatója közti különbségtıl•maximális érzékenység: üveg és folyadék határfelületre érkezı fény beesési szöge a kritikus szöghöz közeli
Differenciális mőködésReferencia és mérıcella: teflon (3 µL), a prizma és a tükrözı hátlap közé fogva ⇒ mozgatható optikai padon ⇒ beesési szög változtathatóTörésmutató tartomány: 1.33 – 1.63
RI detektor alkalmazása
1. Szénhidrátok elemzése
2. Méretkizárásos kromatográfia
3. Kıolajipar, alifás szénhidrogének
4. Zsiralkoholok elemzése (háztartási vegyipar)
5. Polimerek vizsgálata (polietilén, propilén
Alapvetı hátrány:
1. Nagy LOD
2. Érzékeny a hımérséklet és áramlási sebesség változásra
3. Nem használható gradiens elúcióban
Elpárologtatással egybekötött fényszóráselvén m őködı detektor
ELSD: evaporative light-scattering detektor
Univerzális
Mőködési elv:
• Kolonnáról lejövı eluens
porlasztása
• Oldószer elpárologtatása
(Főtés)
• Nem illékony részecskék
visszamaradnak
• Részecskék megvilágítása
(lézer, W lámpa)
• A részecskéken szórt fény
mérése
Szemcsék mérete ( 0.2 – 3.0 µm) és száma függ:
•Mozgófázis áramlási sebessége
•Porlasztó gáz áramlási sebessége
•Oldószerek felületi feszültsége
•Viszkozitás
•Sőrőség
Független: a részecskék kémiai tulajdonságától
Jel – koncentráció összefüggés: nem lineáris
Elıny:Gradiens technika alkalmazhatóNem alkalmas:Molekulák, nagy cseppek detektálásáraReprodukálhatóság: állandó mőködésiparaméterek
Elektrokémiai detektálási módElektrokémiai detektálás: • Elektronátmenet az elektródokon ⇒ hımérséklet függı⇒ termosztálás• Elektródfelületre jutó anyagmennyiség ⇒ áramlási sebesség függés ⇒
pulzálás függés
Oxidáció ⇔ redukció
redukciós
oxidációs
áram
A, B, C anyag i - E görbéi
Redukciós üzemmód
•Hg-elektród
•O2 mentes közeg (O2 is redukálódik)
•Mozgófázis áramvezetı (normál fázisú kromatográfia: nem vezetı oldószerek)
Oxidációs üzemmód
• Kis felülető elektród: 8-10%-os áramkihasználás: amperometriás
detektálás (glassy carbon elctrode; inert de áramvezetı)
• Nagy felülető elektród: 100%-os áramkihasználás. Coulombmetriás
detektálás (porous graphite electrode; az eluens az elektródokon
átáramlik)
Egyéb folyadékkromatográfiás detektorok
Viszkozitás mér ı detektor
Vezetıképesség mérı detektor: ionkromatográfia
Radioaktív detektor
Infravörös detektor
Transzport detektor
Ionkromatogr áfia(IC: Ion Chromatography)
Ionok elválasztása: eltérı sebességgel haladnak át egy megfelelıenmegválasztott oszlopon
Ioncserélı gyanták
1971: „forced flow chromatography”:N2 gáz +UV-Vis spektrofotometria: Fe(III) elválasztása
HPLC fejlıdése megteremtette a mőszeres hátteret az IC fejlesztéséhezhiányoztak a detektorok (klasszikus HPLC detektorok nem alkalmasak)
1975: vezetıképesség-mérésen alapuló detektálás: modern IC
elválasztásért felelıs oszlopszulfonált polisztirol-DVBkicsiny ioncserekapacitás: 0,02 mmol/g
„elnyomó” oszlopnagy ioncserekapacitás
Ionkromatográf:Dionex Co.
Kationokra: spektrofotometriás meghatározások léteztek korábban isAnionokra kicsiny koncentrációban (ppm) nem volt analitikai módszer
Ionkromatográfia(IC: Ion Chromatography)
nagyhatékonyságú analitikai módszerkvalitatív & kvantitatív információk
összetett minták analízisea mintát alkotó komponensek szétválasztása
Mozgófázisa: folyadékÁllófázisa: ioncserélı
technikai kivitelezés: oszlop(kiszorításos), elúciós analízis
Minta halmazállapota:folyadék
elválasztás: álló- és mozgófázis közötti ioncsere-egyensúlyon alapul
szervetlen és szerves ionok elválasztására
Ionkromatográf felépítése: hasonló a HPLC-hez
Elúciós analízisleggyakrabban alkalmazott technika
•az állófázisra juttatott minta mennyisége igen kicsiny „elhanyagolható” az eluenséhez képest•nincs szükség regenerálásra
1. nem szorbeálódó eluens folyamatos átáramoltatása2. minta bevitele3. elúció
idı
jelin
tegrális d
etekto
r
Analitikai információ:minıségi: t (retenciós idı)mennyiségi: csúcs területe
idı
jel
differen
ciális d
etekto
r
tA
tB
Pillanatnyi különbséget mérnek az áthaladó eluens összetételében.
A detektort elérı mintakomponens(ek) felgyülemlett mennyiségét méri.
A
B
Minta: A & BA: kevésbé kötıdik
Állófázis:•térhálósított mőgyanta (pl: polisztirol-divinilbenzol kopolimer) vázon ioncserélı funkciós csoportok•módosított szilikagél
Ioncserélık:•kationcserélık•anioncserélık
Ioncserélık:•erıs
•gyenge
erıs kation: -SO3H (szulfonsav)gyenge kation: -COOH
erıs anion: kvaterner aminocsoportgyenge anion: primer aminocsoport
n RSO3H + Mn+ (RSO3)nM n+ + n H+
Kationcserélı:
anioncserélı:
n RN(CH3)3OH + An- [RN(CH 3)3]nA + n OH-
Ionok megkötıdése függ:mérettöltéshımérsékletionerısségpH
Állófázis:pórusos gyanták: diffúzió: csúcs kiszélesedés
hatékonyság növelése: felületi porózus réteg: éles csúcsok (kicsiny minta kapacitás)
Mozgófázis:Kationok elválasztása: erıs sav híg (vizes) oldataAnionok elválasztása: erıs bázis híg (vizes) oldata
Detektor: vezetıképesség mérés
eluens: nagy a vezetıképessége: nagy háttérjel
szupresszor oszlop: vezetıképesség „elnyomó”
kompetíció a H+ (OH-) és a Mn+ (An-) között az ioncserélı helyeken
Kationcserélı analitikai oszlop: nagykapacitású anioncserélı szupresszor
n RSO3H + Mn+ (RSO3)nM n+ + n H+
Kationcserélı:
Analízis:
Elnyomás: H+ semlegesítése (eluens + minta)
n RN(CH3)3OH + An- + nH+ [RN(CH 3)3]nA + n H2O
An-: az eluens anionja
az eluens anionja megkötıdik és vele ekvivalens mennyiségőhidroxidion kerül az oldatba
lecserélıdik az analitikai oszlopon elválasztott kation ellenionja is: ekvivalens mennyiségő OH- jut az oldatba& kationok
vezetıképesség mérés
eluens tároló adagolópumpa
detektor PC
analitikai kolonna
ionelnyomó kolonnaionelnyomásos IC
(KCl meghatározás acidi-alkalimetriásan)
Szupresszor oszlop: regenerálást igényelcsúcs kiszélesedét okoz – hatékonyság csökkenés
Gyenge savak anionja nem meghatározhatók: savas forma kicsiny vezetıképesség-változást eredményez
Kicsiny ioncserekapacitású oszlopok megjelenése: nem szupresszált rendszerek
anionok elválasztása: kationcserélı szupresszor
TÖLTET-E - + A- TÖLTET-A - + E-
Anioncserélı:
nem szupresszált rendszer (nincs szupresszor oszlop): kicsiny vezetıképességő mozgófázis alkalmazása
eluens tároló adagolópumpa
detektor PC
analitikai kolonna
egykolonnás (nem szupresszált) IC
Mozgófázis:•benzoesav•ftálsav•borkısav•citromsav
Detektor:•vezetıképesség mérés•UV-Vis
Töltetek fejlıdése: hatékonyság növekedés: folyamatosa növekvı számú alkalmazás
töltettel szemben támasztott követelmények:•lehetı legnagyobb tányérszám•töltet/eluens rendszer: gyors egyensúly (kinetikus csúcs kiszélesedés minimalizálása)•retenciós idık: se túl nagy, se túl kicsi•töltet/eluens rendszer: detektorral kapcsolható legyen
1980’
Az oszlopOszlop anyaga:•saválló acél•PEEK (poli(éter-éter-keton))
Oszlop méretei: átmérı: 1-8 mmhossz: 3-30 cmTöltet:
polisztirol-DVB kopolimermódosított szilikagélcellulóz alapú
kicsiny (µm) szemcsék (HPLC)különbözı mérető pórusok:mikro & makro
pellikuláris töltet:az állófázis porózus külsı héjat alkot egyáthatolhatatlan szemcse felületén
szerves polimer-alapú töltetek: kevésbé nyomástőrı (keresztkötések számával javítható)duzzadnak: szerves oldószer csak kisebb koncentrációban alkalmazhatópH stabilitás: 1< pH < 14
szilikagél:pH: 3-8
HO3S SO
3H
HO3SHO
3S
Kationcserélı
kicsiny ioncserekapacitás: felületi módosítás
R3
+NCH2
CH2N+ R
3
CH2N+ R
3
CH2N+ R
3
Anioncserélı
kicsiny ioncserekapacitás: felületi módosítás
Módosított szilikagél
SiO2
OH
OH
OH
OHOH
H = A + B/u + C * u
A van Deemter egyenlet általános ábrázolásaH [mm]
u [cm/s]
A
C * u
B/u
szabálytalanabb töltet: nagyobb áramlási egyenlıtlenségekkisebb szemcseméret: kisebb egyenlıtlenségek
Hmin
u
Mintaadagolás
1. a mintát pillanatszerően kell bejuttatni az eluensbe2. keveredjen el az eluenssel (OLDHATÓSÁG)
minta térfogata: 10-50 µl (nincs térfogatváltozás)
mikroliterfecskendı:
hatutas bemérı szelep
A bevitt minta térfogatát az adagolón elhelyezett hurok („loop”) térfogatahatározza meg.
alternáló mozgást végzı, kis dugattyú-térfogatú pumpa
(reciprocating pump)
térfogat: 10-100 µltovábbított folyadék mennyisége: korlátlanáramlási sebesség változtatása:
•löket hossz•dugattyú sebessége
pulzálás: jelentısen csökkenthetı: ikerfej alkalmazása (fáziseltolás)
V
idı
DETEKTOROKAz eluenst alkotó ionok jelenlétében képesnek kell lennie,
a minta ionjainak mérésére.
•csak a mintát alkotó komponensekre ad válaszjelet•csak az eluenst alkotó komponensekre ad válaszjelet (indirekt detektálás)
Eluens megválasztása: minél kisebb detektorjel
DetektorokKolonna: idıben (térben) elválasztja az egyes alkotókat
Az adott komponens az eluenssel (vivıgázzal) együtt beáramlik a detektorba.
mennyiségi analízis:a detektor által elıállított jel arányos az anyag koncentrációjával vagy idıegység alatt bejutott mennyiségével
univerzális: minden molekulára ad jeletszelektív:bizonyos vegyülettípusokra ad jeletspecifikus:csak bizonyos molekulákra ad jelet
destruktívnem destruktív
dinamikus tartomány: az a koncentráció tartomány amelyben a koncentrációváltozása detektorjel változást eredményez
lineáris tartomány: T= mc (eltérés < 5 %)
érzékenység:m (egységnyi koncentrációváltozás hatására bekövetkezı jelváltozás)
kimutatási határ:az a koncentráció, melynek mérésénél a detektor válaszjele egyértelmően megkülönböztethetı a háttértıl (LOD)
meghatározási határ:az a legkisebb koncentráció, amely megfelelı precizitással és pontossággal meghatározható (LOQ)
UV-Vis spektrofotométerAlkalmazható: UV-Vis tartományban elnyel az adott komponens
Lambeert-Beer:Aλλλλ = ελλλλ c l
Fényforrás:UV: deutérium lámpaVis: volfrám lámpa
rés
fényforrás
monokromátor
„fényosztó”(splitter)
DETEKTOR
referencia ág
mérı ág
cella (küvetta)I0
I0 I0
I
Detektor:fotodióda
Cella:kvarc küvettal=5-10 mm
A = lg I0/I
Diódasoros detektorDAD (Dioda Array Detector)
polikromátor
fényforrás lencsecella (küvetta)
diódasor
Elıny:különbözı hullámhosszúságon mért elnyelések egyidejőmérésespektrum felvétele: minıségi információ
Fluoreszcencia mérésen alapuló detektorfluoreszkáló anyagok detektálása
rés
fényforrás
monokromátor
cella (küvetta)
monokromátor
Detektor:a kibocsátott fényt méri
pl. festékanyagok
Vezetıképesség mérésen alapuló detektor
Vezetıképesség: G [Siemens] 1/R
Ha egy elektrolit oldatba két azonos mérető, sík felülető, párhuzamos elektródlap (pl. Pt-lap) merül, amelyek felületének nagyságaA, a köztük levı távolság pedigl, akkor az ígykapottvezetıképességi cellára igaz, hogy
K=A/l : cellaállandó (geometria)κκκκ: fajlagos (specifikus) vezetıképesség: megadja a két, egységnyi (1 cm2) felülető, egymástólegységnyi távolságra (1 cm-re) levı elektród között levı elektrolitoldat vezetıképességét
oldatok vezetıképessége: additív tulajdonságFügg:ionok minıségétıl (mozgékonyság)ionok számától (koncentráció)
Semleges molekulák: nem detektálhatók
Elv: 2 elektród (acél) elhelyezve az áramlási cellábanmegfelelı feszültség: áram folyikÁramerısség: töltés, méret, koncentráció, oldószer, hımérséklet
Egyenfeszültség: elektrolízis veszélyeVáltakozó feszültség: 100-10 kHz, U= 20 V
„Érintkezés mentes” cella
Egyéb detektorok:•potenciometria•amperometria•atomabszorpció•ICP•tömegspektrometria
Termosztát: oszlop: ioncsere: hımérséklet függés
ALKALMAZÁSOK:
KlinikaiGyógyszeripariÉlelmiszeripari
Környezetvédelmi
eltérés a HPLC-tıl:•Ionokat mérünk (HPLC is)•Ioncserélı oszlopokat használ (HPLC is)
Kapilláris elektroforézis
elektroforézis:valamely vezetı közegben (általában víz) elektromos erıtér hatására a töltéssel rendelkezı részecskék elmozdulnak
elektroforetikus elválasztás:az elválasztandó komponensek adott elektromos tér hatására kialakuló eltérı migrációs sebességén alapul
elektroozmotikus áramlás:(electroosmotic flow, EOF) a folyadék elektromos tér hatására valamely töltéssel bíró felület mentén kialakuló elmozdulása
κ = G K κ: fajlagos vezetıképesség [S cm-1]G: vezetıképesség [S]K: cellaállandó [cm-1]
cm
κ=Λ moláris fajlagos vezetıképességet (Λm)
Kohlrausch elsı törvénye
−+ +=Λ λλm
λ+ : a kation moláris fajlagos vezetıképessége [cm2Ω-1mol-1]
λ-: az anion moláris fajlagos vezetıképessége [cm2Ω-1mol-1]
az elektroforetikus mozgékonyság függ:az ion töltésétıl (lehet pozitív ill. negatív töltésének elıjelétıl függıen) sugarátólalakjátólszolvatáltságának mértékétıla közeg viszkozitásátólpH-jától, ionerısségtılhımérséklettıl
üveg felület & víz: szilanol csoportokpH > 2,5: deprotonált forma: pozitív töltéseket vonzanak:
negatív elektród (katód) felé mozognak: folyamatos áramlás (dugószerő áramlási profil)
PP
E EK
V
D
D
PC
„inlet”„outlet”
A kapilláris elektroforetikus készülék sematikus rajzaE: elektród; K: kapilláris; D: detektor, P: puffertartó edény; PC: személyi
számítógép; V: tápegység
µµµµa = µµµµe + µµµµEOF
µa: látszólagos mozgékonyság µe: effektív mozgékonyságµEOF: elektroozmotikus áramlás
Alapeset:bemenet: +kimenet: -
kation: komigrálanion: kontramigrál
kation
semleges molekula
anion
ELEKTROFEROGRAM
inlet outlet
katód (-) anód (+) EOF
V
D
vk
va
követelmények:•kémiailag és elektromosan inert•hajlékony•kellıen szilárd•megfizethetı•ne nyeljen el az UV-Vis tartományban
kvarc kapilláris(poliimid bevonattal)
A kapilláris
25 µm - 100 µm 10 – 100 cm
bevonatos kapillárisok: polimerek, PVA,teflon
Kondícionálás: üvegfelület helyreállítása (NaOH)
A detektor
UV-Visfluoreszcenciavezetıképesség
MS
megfelelı érzékenységkimutatási határkicsiny zajjalnagy linearitási tartománnyal gyors válaszidıvel
Többféle mérési elv
UV-Vis: egyszerő, olcsó, széleskörben alkalmazható
UV-Vis
Lambert-Beer: A=εcl
háttérelektrolit elnyelése
fluoreszcencia
A tápegység U=5-30 kV I=3-300 µA
A feszültség változtatásának hatása:
növelve a kapillárisra kapcsolt feszültséget:•nı a térerısség•nı az EOF•csökkennek a migrációs idık•élesebb csúcsokat kapunk
célszerő nagyobb feszültségen dolgozni
növelve a kapillárisra kapcsolt feszültséget:•nı az áramerısség•egyre több hı szabadul fel (Joule-hı)•kiszélesednek a csúcsok•csúsznak a migrációs idık
célszerő kisebb feszültségen dolgozni
Mintabevitel
hidrodinamikai injektálás:nyomás alkalmazása
elektrokinetikus injektálás:feszültség alkalmazása
elektroforetikus mozgékonyságtólfügg
EOF lamináris áramlás
Áramlási profil
áramlás hajtóereje a kapilláris belsejében mindenütt azonos
lamináris áramlási profilból eredı zónakiszélesedés a kapilláris elektroforézisnél elhanyagolható
Elınyök•rövid analízis idı
•nagy felbontóképesség (N: 105-106)•kicsiny oldószerfelhasználás•egyszerőmintaelıkészítés
Hátrányok:•kisebb érzékenység
•kevésbé robusztus (reprodukálhatósági problémák)
Szelektivitás:•puffer minısége, koncentrációja
•pH
ALKALMAZÁSOK:bármi, ami befér a kapillárisba
KlinikaiGyógyszeripariÉlelmiszeripari
Környezetvédelmi
Min ıségi analízis
Alapja: a retenciós idı a minta komponenseinek minıségétıl függ
A legegyszerőbb módszer: a retenciós idık(pontosabban a redukált retenciós idık) összehasonlítása ismert vegyületek retenciós idejével
relatív retenció (rx,r): a kísérleti körülmények különbözıségébıl származóeltéréseket kompenzálja egy kiválasztott (r) anyagra vonatkoztatott redukált retenciós idı hányadosaként adnak meg:
rt
tx r
R
R
x
r
,
'
'=
idı
jel
tx
idı
jel
txtr
Mennyiségi értékelésa kromatogramon levı csúcsok területe (magassága) arányos a mintakomponensek
mennyiségével, ill. koncentrációjával.
Detektor: a komponensek vagy az eluens fizikai vagy kémiai tulajdonságainak mérése
1. kalibrációs módszer2. addíciós módszer
3. belsı standard módszer
T = mc
T: csúcs területec: koncentráció (anyagmennyiség)m: arányossági tényezı (érzékenység)
T
c
A kalibrációs módszer
m
idı
jel
idı
jel
idı
jel
c1 T1
c2 T2
c3 T3
c1
T1
c2
T2
c3
T3
1. független standard (kalibráló) oldatok
ismeretlen oldat: Tx
Tx
cx
T
c
Standard addíció
idı
jelcx Tx
cx
Tx
c1
T1
c2
T2
idı
jelcx+ c1 T1,x
idı
jel c2 + cx T2,x
T1,x= Tx+T1
T1=T1,x-Tx
T2,x= Tx+T2
T2=T2,x-Tx
Belsı standard:relatív terület meghatározása
a mintán belüli referencia
rögzített (meghatározott és állandó) koncentrációban (mennyiségben) a mintához hozzáadjuk a referencia anyagota referencia anyag csúcsára vonatkoztatjuk a meghatározni kívánt csúcsok területét
Elınyök:az analízis során fellépı hibák egy részét küszöböli ki:adagolásérzékenység változása
Analitikai információ:minıségi: retenciós (migrációs) idı
rt
tx r
R
R
x
r
,
'
'=
retenciós (migrációs) idı függ:alkalmazott körülmények:•mozgófázis
•anyagi minıség•áramlási sebesség
•állófázis•minıség•hossz
•hımérséklet•pH, ionerısség•stb
minıségi információ: UV-Vis: spektrumNövekvı igények: új detektorok alkalmazása, fejlesztése
Tömegspektrométer
Tömegspektrometria (MS)
Alapelve: a gázállapotú ionizált molekulákat, ezek töredékeit (un. fragmenseit) vagy bizonyos esetekben az atomokból képzıdött ionokat tömegük alapján szétválasztja, majd mennyiségileg meghatározza
1. mintabevitel és a minta gázállapotba hozása2. ionizáció és bizonyos esetekben fragmentáció
3. a keletkezett ionok töltésegységre jutó tömegük szerinti elválasztása 4. a szétválasztott, különbözı tömegő ionok mennyiségének meghatározása
A készülék felépítése:
mintabevitel ionforrás analizátor detektor
vákuumrendszer
vezérlı- és adatfeldolgozó rendszer
Nobel-díj: 1922, 1989, 2002
A vákuumrendszer
1. az ionforrásban megfelelı hatékonysággal elı állíthatók legyenek az ionok
2. megfelelı hosszúságú szabad úthosszat kell biztosítani:az ionforrásban képzıdött ionok ütközés nélkül eljuthassanak a detektorba
kb. 10-3 Pa
vákuumszivattyú:1. atmoszférikus nyomásról képes közvetlenül gázt elszívni (rotációs szivattyúk)2. mőködéséhez un. elıvákuum megteremtése szükséges (diffúziós szivattyúk)
kétlépcsıs nyomáscsökkentés:1. elıvákuum: néhány torr2. nagyvákuum: 10-3 Pa
elınye: kicsiny háttérzaj
Elıny:
Kicsiny molekula tömeg ő eluens (pl. H 2) is hatékonyan eltávolítható
Ionizációs módszereklehetıvé teszik a különféle halmazállapotú, igen eltérı tulajdonságokkal bíró
anyagféleségek ionizációját
Elektronionizáció(electron impact ionization, EI )legáltalánosabban alkalmazott ionizációs technika
1: mintabevezetı nyílás; 2: ionvisszaverı lemez (repeller); 3: izzószál; 4: elektronbevezetı nyílás; 5 és 6: iongyorsító rés; 7: belépı nyílás; 8: ionképzıdés
helye; 9: anód∆U=5-100 V
EI
EIT≈ 200 oCp ≈ 10-8-10-9 atm
elektronok Uenergia molekula
gerjesztett molekula
elektron emisszió
molekulaion fragmens ionok
fragmentáció: elektronok energiája (gyorsító feszültség: 70 eV)minıségi azonosítás (ujjlenyomat)
általában : egyszeres pozitív ionok képzıdneknegatív ionok: nagy elektronegativitású atomok vannak jelen a molekulában
Kémiai ionizáció (CI)
a mintát az elektronforrásba történı belépése elıtt un. „reagens” gázzal hígítjáknem a vizsgálandó minta lép közvetlen kölcsönhatásba az elektronokkal, hanem a
hígító gáz molekulái
mintát alkotó komponensek: szekunder ionizáció
RH RH+e-
RH+ + M MH+ + R protontranszfer
primer-ion képzıdésCH4 + e– = CH4
+ + 2e– (CH3+)
szekunder-ion képzıdésCH4
+ + CH4 = CH5+ + CH3
(CH3+ + CH4 = C2H5
+ + H2)
a) proton transzferCH5
+ + MH = CH4 + MH2+
b) hidrogén absztrakcióCH3
+ + MH = CH4 + M+
(C2H5+ + MH = C2H6 + M+)
c) töltésátvitelCH4
+ + MH = CH4 + MH+
Kémiai ionizáció (CI)
[M+H] +, [M-H] -, [M+NH 4]+
Reagens gáz:•metán•i-bután•ammónia
Ionizáció: a hígító gáz minıségétıl függıen
Elınyök:•egyszerősíti a tömegspektrumot•molekulaion tömegét adja meg
Atmoszférikus nyomású ionizációs technikák(atmoszférikus nyomáson mőködnek)
minta elpárologtatásT
ionizálás
kapcsolt technikák: HPLC-MS
•termikus ionizáció•elektromos tér okozta ionizáció
•ionütközés okozta ionizáció•gyors atom ütközési
Analizátorok
az ionok tömeg/töltés szerinti elválasztása
Jellemzése:1. maximális tömegszám: amelynek vizsgálatára még alkalmas az adott analizátor2. transzmisszió: a detektort elérı és az ionforrásban keletkezett ionok hányadosa3. felbontás: az analizátor mekkora tömegkülönbséggel tud elválasztani két iont
•szektor típusú•kvadrupól•ioncsapdás
•repülési idı analizátor
Szektor típusú analizátorok
ionforrás detektor
mágnes
ionnyaláb
Lorentz-erı
mv2/r= zevB
Ionok elválasztása:Mágneses tér vagy a gyorsító feszültség változtatása
Ekin= ½ mv2
FL = zevB
E= qU=zeU ½ mv2 = zeU
v = m
zeU2
Fc = mv2/rFL= Fc
zevB
mv2
r =
r = mv/(zeB) = (m/z) (v/eB)
Elektrosztatikus analizátor
egyszeres fókuszálás: felbontása korlátozott
kétszeres fókuszálás: mágneses + elektromos fókuszálás: jobb felbontás
Kvadrupólus analizátorok
olcsó, egyszerően kezelhetı, stabilis, reprodukálható tömegspektrumot eredményezı
analizátor
1: ionizáló elektronsugár; 2: az analizátor által kiszőrt ionok útja3: az analizátor által átengedett ionok útja; 4: detektor
egymással szemben elhelyezkedı rudakat elektromosan összekötve azokra egyen-és váltóáramot kapcsolva kvadrupoláris változó elektromos tér alakul ki
az ionok oszcilláló mozgást végezve haladnak át
oszcilláció amplitúdója függ:•ion töltése•ion tömege•alkalmazott feszültségek
Ioncsapdás analizátor: (IonTrap)módosított kvadrupólus analizátor„tárolni tudja az ionokat”
Repülési idı analizátorok
Uionforrás Ionok
(egyenlımozgási energia)repülési csı(tér mentes)
Kisebb tömegő ion: nagyobb sebesség
azonos kinetikus energiájú ionok sebessége vákuumban, külsı elektromos vagy mágneses teret nem tartalmazó közegben, tömegük négyzetgyökével fordítva arányos
v = m
zeU2
Detektorok
az analizátor által elválasztott, adott idı alatt becsapódott ionok számát határozza meg
pontdetektor: az ionok egymást követıen érik el a detektor ugyanazon pontjátCsak olyan analizátorral alkalmazható együtt, amely képes az ionokat idıben
elválasztani egymástól: pl. kvadrupólus
Elektronsokszorozó: 1. a fókuszált ionnyaláb egy un. konverziós dinódába ütközve onnan elektronokat
lök ki 2. kilökıdött elektronokat megfelelı feszültséggel gyorsítjuk3. újabb és újabb felülettel ütköztetve megsokszorozott elektronáramot kapunk
fotokonverziós detektorok: a becsapódó ionok hatására kilökıdött elektronokat szcintillátor segítségével fotonokká alakítjuk, majd a kibocsátott fotonokat
fotoelektronsokszorozóval elektromos jellé alakítjuk
jobb hatásfok, hosszabb élettartam és kisebb karbantartási igény
Sordetektor: egymástól térben elválasztott ionok egyidıben érik el a kilépırésnél elhelyezett detektor sort
drága: magasabb árfekvéső készülékekben alkalmazzák (TOF, szektor)
Kapcsolt technikák
A pontos és megbízható minıségi és mennyiségi analízis elképzelhetetlen a mintát alkotó komponensek elválasztása nélkül.
valós minták: komplex, sokkomponenső rendszerek
elválasztástechnikai eljárás alkalmazása szükséges
A hagyományos kromatográfiás technikák azonban még tökéletes szeparációesetén sem kínálnak abszolút biztonságos minıségi azonosítást.
minıségi információ: csak az adott komponens retenciós viselkedése
a manapság megkövetelt megbízható és reprodukálható meghatározások indokolják a tömegspektrometria és az elválasztástechnikai módszerek
kombinálását
A következı feltételeknek kell teljesülnie ahhoz, hogy a két, meglehetısen eltérıkörülmények között mőködımódszert kapcsolni tudjuk egymáshoz:
•A kombináció ne vezessen kromatográfiás hatékonyság csökkenéshez.•A kromatográfból a tömegspektrométerbe történı bevezetés során a minta
alkotóiban nem kontrollált kémiai átalakulás ne menjen végbe.•A minta megfelelı mennyisége bejusson és ionizálódjon a tömegspektrométerben.•A kromatográfot és az MS-t összekapcsoló un. interfész ne növelje számottevıen a
háttérzajt.•Az interfész legyen egyszerő felépítéső, könnyen használható, tisztítható és
karbantartható valamint lehetıség szerint olcsó.•Az interfész legyen kompatibilis valamennyi kromatográfiás körülménnyel (pl.
vivıgázok, oldószerek, áramlási sebesség, pH, hımérséklet, stb.).•Az interfész ne korlátozza az MS nyújtotta lehetıségeket (pl. ionizáció, vákuum,
felbontóképesség, stb.).•Az interfész alkalmazásával nyert eredmények reprodukálhatók legyenek.
Atmoszférikus nyomású ionizációs technikákHPLCMS
ESI (ElectroSpray Ionization) Nobel-díj
ESIaz oldatbeli ionok gázfázisba juttatása
ION EVAPORATIONCOULOMB FISSION
APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization)
nem szükséges ionok jelenléte az oldatbanelektromos kisülés: szekunder ionizáció
CEMS
GCMSInterface:
•jet-szeparátor•membrán alkalmazása
kicsiny átmérıjő (d ≤ 0,25 mm) kapilláris oszlopok elterjedése:interface nélküli, közvetlen csatlakoztatás
EI1. anyamolekula gerjesztıdik2. ionizálódik3. fragmentáció
fragmentáció:•kötéshasadás
•a molekulát alkotó atomok átrendezıdése
tömegspektrum: m/z függvényében ábrázolt beütésszám
molcsúcs: molekulaion csúcsa
báziscsúcs: legintenzívebb vonal
leányion: molekulaionból képzıdı ion
unokaion: leányionokból képzıdı ion