KromatográfiaBevezetés

Anyagszerkezet vizsgálati módszerekPannon Egyetem

Mérnöki Kar

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 1/ 37

Analitikai kémia kihívása

Hagyományos módszerek

Elválasztástudomány

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 2/ 37

Analitikai kémia kihívása

Hagyományos módszerek Elválasztástudomány

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 2/ 37

Extrakció

(A+ B + C +D) −→ (A) + (B + C +D)

S(1)K

GGGGGGGGBFGGGGGGGG S(2)

K ={S}2{S}1

' [S]2[S]1

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 3/ 37

Extrakció

(A+ B + C +D) −→ (A) + (B + C +D)

S(1)K

GGGGGGGGBFGGGGGGGG S(2)

K ={S}2{S}1

' [S]2[S]1

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 3/ 37

Extrakció hatékonysága

K ' [S]2[S]1

=

(1−q)mV2q mV1

q =V1

V1 + K V2

n extrakciós lépés után:

qn = qn =

(V1

V1 + K V2

)n

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 4/ 37

Extrakció hatékonysága

K ' [S]2[S]1

=

(1−q)mV2q mV1

q =V1

V1 + K V2

n extrakciós lépés után:

qn = qn =

(V1

V1 + K V2

)n

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 4/ 37

Extrakció hatékonysága

K ' [S]2[S]1

=

(1−q)mV2q mV1

q =V1

V1 + K V2

n extrakciós lépés után:

qn = qn =

(V1

V1 + K V2

)n

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 4/ 37

Extrakció hatékonyságaPélda

A komponens megoszlási hányadosa toluol és víz között 3. A100ml 0.010M-os vizes oldatát extraháljuk 500ml toluollal.Mekkora hányada marad vissza A-nak, ha (a) az extrakciót egy, ill.ha (b) 5 lépésben (5 × 100ml) hajtjuk végre?

(a)

q =100

100+ 3 · 500= 0, 062 ' 6%

(b)

q =

(100

100+ 3 · 100

)5

= 0, 00098 ' 0, 1%

Sok kicsi sokra megy.

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 5/ 37

Extrakció hatékonyságaPélda

A komponens megoszlási hányadosa toluol és víz között 3. A100ml 0.010M-os vizes oldatát extraháljuk 500ml toluollal.Mekkora hányada marad vissza A-nak, ha (a) az extrakciót egy, ill.ha (b) 5 lépésben (5 × 100ml) hajtjuk végre?

(a)

q =100

100+ 3 · 500= 0, 062 ' 6%

(b)

q =

(100

100+ 3 · 100

)5

= 0, 00098 ' 0, 1%

Sok kicsi sokra megy.

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 5/ 37

Extrakció hatékonyságaPélda

A komponens megoszlási hányadosa toluol és víz között 3. A100ml 0.010M-os vizes oldatát extraháljuk 500ml toluollal.Mekkora hányada marad vissza A-nak, ha (a) az extrakciót egy, ill.ha (b) 5 lépésben (5 × 100ml) hajtjuk végre?

(a)

q =100

100+ 3 · 500= 0, 062 ' 6%

(b)

q =

(100

100+ 3 · 100

)5

= 0, 00098 ' 0, 1%

Sok kicsi sokra megy.

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 5/ 37

Extrakció hatékonyságaPélda

A komponens megoszlási hányadosa toluol és víz között 3. A100ml 0.010M-os vizes oldatát extraháljuk 500ml toluollal.Mekkora hányada marad vissza A-nak, ha (a) az extrakciót egy, ill.ha (b) 5 lépésben (5 × 100ml) hajtjuk végre?

(a)

q =100

100+ 3 · 500= 0, 062 ' 6%

(b)

q =

(100

100+ 3 · 100

)5

= 0, 00098 ' 0, 1%

Sok kicsi sokra megy.

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 5/ 37

Kromatográfia

Extrakció:

(A+ B + C +D) −→ (A) + (B + C +D)

Kromatográfia:

(A+ B + C +D) −→ (A) + (B) + (C) + (D)

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 6/ 37

Kromatográfia

Extrakció:

(A+ B + C +D) −→ (A) + (B + C +D)

Kromatográfia:

(A+ B + C +D) −→ (A) + (B) + (C) + (D)

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 6/ 37

Kromatográfia

ChromatographyChromatography is a physicalmethod of separation in which thecomponents to be separated aredistributed between two phases,one of which is stationary (sta-tionary phase) while the other (themobile phase) moves in a definitedirection.

http://www.iupac.org/publications/analytical_compendium/

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 7/ 37

Kromatográfia

ChromatographyChromatography is a physicalmethod of separation in which thecomponents to be separated aredistributed between two phases,one of which is stationary (sta-tionary phase) while the other (themobile phase) moves in a definitedirection.

http://www.iupac.org/publications/analytical_compendium/

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 7/ 37

Kromatográfia története

Már a görögök is . . .χρώμα: kroma, színγραφειν: grafein, írni

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 8/ 37

Kromatográfia története

Már a görögök is . . .χρώμα: kroma, színγραφειν: grafein, írni

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 8/ 37

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 9/ 37

Kromatográfiás folyamat

Det

ekto

r je

l

Idő

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 10/ 37

Kromatogram

A detektor által szolgálatott jel az idő függvényében ábrázolva.

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 11/ 37

Retenció

Retenciós idő, tRAz analízis kezdete és a komponens detektorba érkezése között elteltidő.

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 12/ 37

Retenció

tR = t0 + t ′R

Holtidő, t0Az az idő, amit a komponens a mozgófázisban tölt a teljes vándorlásasorán.

Nettó retenciós idő, t ′RAz az idő, amit a komponens az állófázison megkötve tölt.

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 13/ 37

Retenció

Retenciós térfogat, VR

F · tR

Holt térfogat, V0

F · t0

Nettó retenciós térfogat, V ′RF · t ′R

F a mozgófázis térfogatárama

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 14/ 37

Retenció

Megoszlási hányados, K

K =[S]s[S]m

=nsVsnmVm

=ns

nm

Vm

Vs=

kϕ

Retenciós tényező, k

k =ns

nm

Fázisarány, ϕ

ϕ =Vs

Vm

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 15/ 37

Retenció

Vándorlási sebesség, u

u =LtR

= u0nm

nm + ns=

u0

1+ k

Eluens lineáris sebessége, u0

u0 =Lt0

Retenciós tényező, k (ha u állandó)

k =tR − t0

t0

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 16/ 37

Hatékonyság

Hatékony, mert. . .

• a komponensek különböző időpontban érkeznek a detektorba(eluálódnak)• keskenyek a csúcsok (sok komponens választható el)

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 17/ 37

Hatékonyság

Hatékony, mert. . .

• a komponensek különböző időpontban érkeznek a detektorba(eluálódnak)• keskenyek a csúcsok (sok komponens választható el)

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 17/ 37

Hatékonyság

Szelektivitás, α

α =K2

K1=

k2

k1=

t ′R,2

t ′R,1

Pl.:k1 = 2k2 = 2, 2=⇒ α = 1, 1

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 18/ 37

Hatékonyság

Felbontás, RS

RS =tR,2 − tR,1

w2+w12

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 19/ 37

Hatékonyság

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 20/ 37

Hatékonyság

Elméleti tányérszám, N

N = 16( tR

w

)2= 5.55

(tR

w1/2

)2

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 21/ 37

Hatékonyság

Tányérmagasság, H

H =LN

=σ2

zL

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 22/ 37

Hatékonyság

Csúcskapacitás, nc

nc =tA − t0

wav

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 23/ 37

Csúcsszélesedés okai

• oszlop előtti (oka a véges térfogatú injektálás)• oszlopban lejátszódó (ld. mindjárt)• oszlop utáni (detektor)

A kromatográfiás rendszer hatékonyságában mindhárom tényezőkiemelten fontos szerepet játszik.

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 24/ 37

Csúcsszélesedés okai

• oszlop előtti (oka a véges térfogatú injektálás)• oszlopban lejátszódó (ld. mindjárt)• oszlop utáni (detektor)

A kromatográfiás rendszer hatékonyságában mindhárom tényezőkiemelten fontos szerepet játszik.

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 24/ 37

Csúcsszélesedés okai

Tányéregyenlet

H = A +BU

+ C · u

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 25/ 37

Csúcsszélesedés okaiMolekuláris diffúzió

σ2z = 2Dm t =

2Dm Lu

H =σ2

zL

=Bu

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 26/ 37

Csúcsszélesedés okaiAnyagátadási gátlás

H = C · u

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 27/ 37

Csúcsszélesedés okaiÖrvénydiffúzió

H = A

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 28/ 37

Kromatográfiás módszerek csoportosításaMozgófázis halmazállapota szerint

• gáz (GC)• folyadék (LC, HPLC, TLC)• szuperkritikus fluidum (SFC)

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 29/ 37

Kromatográfiás módszerek csoportosításaKromatográfiás ágy alakja szerint

• planáris (TLC, OPTLC)• oszlop (GC, LC, HPLC)

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 30/ 37

Kromatográfiás módszerek csoportosításaElválasztás mechanizmusa szerint

• adszorpciós• megoszlásos• ioncserés• kizárásos• affinitás

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 31/ 37

Elválasztás mechanizmusaAdszorpció

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 32/ 37

Elválasztás mechanizmusaMegoszlás

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 33/ 37

Elválasztás mechanizmusaIoncsere

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 34/ 37

Elválasztás mechanizmusaKizárás

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 35/ 37

Elválasztás mechanizmusaAffinitás

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 36/ 37

Folyt. köv.

Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 37/ 37