03 Chromatography GC Lab

30
Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC) Πέτρος Α. Ταραντίλης Υπεύθυνοι Άσκησης: Δρ. Δήμητρα Δαφερέρα και Δρ. Χάρης Κανάκης Ενόργανη Ανάλυση Εργαστήριο

description

03 Chromatography GC Lab

Transcript of 03 Chromatography GC Lab

Page 1: 03 Chromatography GC Lab

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

Πέτρος Α. Ταραντίλης Υπεύθυνοι Άσκησης: Δρ. Δήμητρα Δαφερέρα και Δρ. Χάρης Κανάκης

Ενόργανη Ανάλυση Εργαστήριο

Page 2: 03 Chromatography GC Lab

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

Αέρια - Στερεή Χρωματογραφία (Gas Solid Chromatography, GSC)

Στατική φάση: στερεό Κινητή φάση: αέριο Χρωματογραφία στερεού-αέριου, Προσρόφησης (Gas-Solid,

Adsorption) Αέρια - Υγρή Χρωματογραφία (Gas Liquid Chromatography,

GLC) Στατική φάση: υγρό σε στερεό φορέα Κινητή φάση: αέριο Χρωματογραφία υγρού-αέριου, Κατανομής (Gas-Liquid,

Partition) 2

Page 3: 03 Chromatography GC Lab

1. Οβίδα ή φιάλη φέροντος αερίου (κινητής φάσης), Ρυθμιστής πίεσης - Ροόμετρο

2. Σύστημα εισαγωγής δείγματος 3. Θερμοστατούμενος κλίβανος, Στήλη χρωματογραφίας 4. Ανιχνευτής, Ενισχυτής 5. Καταγραφέας ή ηλεκτρονικός υπολογιστής - εκτυπωτής

Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

3

Page 4: 03 Chromatography GC Lab

Φέρον αέριο - Kινητή φάση Χρησιμοποιούνται κυρίως 1. άζωτο (N2), 2. ήλιο (He) και 3. αργό (Ar). Η επιλογή του φέροντος αερίου γίνεται με βάση το τύπο του χρησιμοποιούμενου ανιχνευτή Ταχύτητα ροής του φέροντος αερίου πληρωμένες στήλες (packed columns) 10-60 mL/min, ενώ όταν χρησιμοποιούνται τριχοειδής στήλες (capillary

columns) 1-6 mL/min

Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

4

Ροόμετρο σαπωνοδιαλύματος

Page 5: 03 Chromatography GC Lab

Σύστημα εισαγωγής δείγματος

Μικροσύριγγα Θάλαμος εξαέρωσης

Όγκος του δείγματος:

• 0,5-2 mL για αέρια • 1-10 μL για υγρά

Το μέγεθος του δείγματος καθορίζεται από: διαθέσιμη ποσότητα, χωρητικότητα της στήλης, ευαισθησία ανιχνευτή κ.λ.π. πληρωμένες στήλες (packed columns) 1-10 μL τριχοειδείς στήλες (capillary columns) 0,1-1μL

Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

5

Page 6: 03 Chromatography GC Lab

Συστήματα εισαγωγής δείγματος

Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας

Μικροσύριγγες Automatic

liquid sampler (ALS)

Ηeadspace sampler

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

6

Page 7: 03 Chromatography GC Lab

Συστήματα εισαγωγής δείγματος

Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

7

τεχνική HS-SPME

(Head Space – Solid-Phase Micro Extraction)

Page 8: 03 Chromatography GC Lab

Θερμοστατούμενος κλίβανος - Στήλη

Θερμοκρασία: σταθερή, ισόθερμη ανάλυση μεταβαλλόμενη κατά τη διάρκεια της ανάλυσης Στήλη: επιμήκης σωλήνας με μορφή σπειράματος, Υλικό: ανοξείδωτος χάλυβας, γυαλί ή πλαστικό, Διαστάσεις: μήκος 1-3 m και διάμετρος 3-10 mm

πληρωμένες στήλες (packed columns) μήκος 10-50 m και διάμετρος 0,2-1,2 mm για τις τριχοειδείς

στήλες (capillary columns) ή πληρωμένες με επικάλυψη (coated).

Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

8

Page 9: 03 Chromatography GC Lab

Στήλες

α) Πληρωμένες στήλες (packed columns).

β) Τριχοειδής στήλες

(capillary columns).

Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

9

Page 10: 03 Chromatography GC Lab

Στήλες Οι στατικές φάσεις μπορούν να

ταξινομηθούν σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με την πολικότητα τους:

α) πολικές, β) σχετικά πολικές και γ) μη πολικές.

Η καταλληλότερη στατική φάση για

δεδομένο δείγμα είναι εκείνη, η οποία είναι χημικά παρόμοια με αυτό (ίδιας πολικότητας).

Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας

Διαχωρισμός

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

10

Page 11: 03 Chromatography GC Lab

Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας Στατική (Υγρή)

φάση Εφαρμογές Πολικότητα Μέγιστη

θερμοκρασία 0C

Squalane Υδρογονάνθρακες Ν 125

Apiezon L Υδρογονάνθρακες μεγάλου σ.ζ., εστέρες, αιθέρες

Ν 300

Methyl silicone Στερεοειδή, αλκαλοειδή εστέρες, εντομοκτόνα

Ν 300

Dinonul phthalate Όλα τα είδη Ι 175

Silicone oil Όλα τα είδη Ι 275

Diethyleneglycol Succinate

Eστέρες Ρ 200

Carbowax 20M Αλκοόλες, αρωματικά αμίνες, κετόνες

Ρ 250

Polymid Resin Αμινο – ενώσεις Ρ 300

q.q -Oxydipropio - nitrile

Oλεφίνες, αλκοόλες Αλδεϋδες

Ρ 100

AgNO3 in propylene Glycol

Ολεφίνες, κυκλικοί Υδρογονάνθρακες

Ρ 50

Ν = μη πολική, Ι = λίγο πολική, Ρ = πολική

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

11

Page 12: 03 Chromatography GC Lab

Ανιχνευτές Οι συνηθέστερα χρησιμοποιούμενοι ανιχνευτές είναι: α) ανιχνευτής ιονισμού φλόγας (Flame Ionization Detector, FID) β) ανιχνευτής θερμικής αγωγιμότητας (Thermal Conductivity Detector, TCD), και γ) ανιχνευτής συλλήψεως ηλεκτρονίων (Electron Capture Detector, ECD).

Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

12

Page 13: 03 Chromatography GC Lab

Ανιχνευτές

Ανιχνευτής

Όριο Ανίχνευσης

g

Περιοχή γραμμικότητας

Όριο θερμοκρασίας

oC

Παρατηρήσεις

Θερμικής

αγωγιμότητας TCD

10-6

105

450

Δεν καταστρέφει το δείγμα. Χρησιμοποιείται για ανόργανες και

οργανικές ουσίες. Ευαίσθητος σε μεταβολές

θερμοκρασίας και ροής αερίου

Ιονισμού φλόγας,

FID

10-11

108

400

Καταστρέφει το δείγμα. Πολύ σταθερός. Χρησιμοποιείται για οργανικές

ενώσεις. Δεν ανταποκρίνεται σε πολλά

ανόργανα αέρια: Η2Ο, CO2, CO, H2S, SO2, NH3

Συλλήψεως

ηλεκτρονίων, ECD

10-3

102

350

Δεν καταστρέφει το δείγμα. Χρησιμοποιείται για ενώσεις που

περιέχουν O, P,S, -NO2, αλογόνα, ανάλυση εντομοκτόνων

Σύγκριση ανιχνευτών αέριας χρωματογραφίας

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

13

Page 14: 03 Chromatography GC Lab

Ενισχυτής S/N > 2

Καταγραφέας ή ηλεκτρονικός υπολογιστής-εκτυπωτής

Οργανολογία αέριας χρωματογραφίας

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

14

Page 15: 03 Chromatography GC Lab

Det

ecto

r R

espo

nse

time

Τυπικό χρωματογράφημα

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

Page 16: 03 Chromatography GC Lab

Θερμοκρασία θαλάμου εισαγωγής του δείγματος: 50oC πάνω από το σημείο βρασμού των συστατικών. Θερμοκρασία κλιβάνου-στήλης: 50-250oC σταθερή, ισόθερμη ανάλυση μεταβαλλόμενη κατά τη διάρκεια της ανάλυσης Θερμοκρασία ανιχνευτή: πιο πάνω από τη θερμοκρασία της στήλης

Έλεγχος Θερμοκρασίας

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

16

Page 17: 03 Chromatography GC Lab

Έλεγχος Θερμοκρασίας

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

17

Page 18: 03 Chromatography GC Lab

Θερμοκρασία κλιβάνου-στήλης: σταθερή 45oC, ισόθερμη ανάλυση σταθερή 120oC, ισόθερμη ανάλυση μεταβαλλόμενη κατά τη διάρκεια της

ανάλυσης από 30 σε 180oC,

Έλεγχος Θερμοκρασίας

Χρόνος, min

Θερμοκρασία, οC

Χρόνος, min

Θερμοκρασία, 45οC

Θερμοκρασία, 120οC Χρόνος, min

Αριθμός κορυφής

Ουσία Σημείο ζέσεως 0C

1 n-προπάνιο -42

2 n-βουτάνιο -0.5

3 n-πεντάνιο 36

4 n-εξάνιο 69

5 n-επτάνιο 98

6 n-οκτάνιο 126

7 Βρωμοφόρμιο 150

8 m-χλωροτολουόλιο

162

9 m-βρωμοτολουόλιο

184

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

18

Page 19: 03 Chromatography GC Lab

Έλεγχος Θερμοκρασίας

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

19

100oC-->200oC

3,0 3,2

3,4

3,6

3,8

4,0

4,2

4,4

4,6

4,8

Arb

150oC

3,0

3,2

3,4

3,6

3,8

4,0

4,2

4,4

4,6

4,8

Arb

100 200 300 400 500 Arbitrary units

Page 20: 03 Chromatography GC Lab

Ποιοτική Ανάλυση

Σύγκριση του tRχ της άγνωστης ουσίας με το tRs συγκεκριμένης πρότυπης ουσίας.

Με τη μέθοδο του εμβολιασμού (spiking)

Σύγκριση του tRχ της άγνωστης ουσίας με το tRΑ αλκανίων (Kovats index).

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

Page 21: 03 Chromatography GC Lab

Ποιοτική Ανάλυση Όλοι οι προαναφερθέντες ανιχνευτές δεν κάνουν

ταυτοποίηση των συστατικών ενός δείγματος. Ο χρόνος συγκράτησης (retention times) από μόνος του

δεν μπορεί να ταυτοποίηση ένα συστατικό Για να γίνει ταυτοποίηση χρειάζεται

Φασματόμετρο Μαζών (Mass spectrometer) Φασματόμετρο Υπερύθρου (Fourier Transform

Infrared Spectrometer) Σύγκριση των φασμάτων με φάσματα γνωστών

συστατικών (fingerprint)

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

Page 22: 03 Chromatography GC Lab

Ποιοτική Ανάλυση Όλοι οι προαναφερθέντες ανιχνευτές δεν κάνουν

ταυτοποίηση των συστατικών ενός δείγματος. Για να γίνει ταυτοποίηση χρειάζεται Αέριο Χρωματογράφος (GC) συνδεδεμένος με

Φασματόμετρο Μαζών (MS)

Φασματόμετρο Υπερύθρου (Fourier Transform Infrared Spectrometer)

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

22

Page 23: 03 Chromatography GC Lab

Η αέρια χρωματογραφία σε συνδυασμό με τη φασματομετρία μαζών, γίνεται ισχυρότατο μέσο ταυτοποίησης πολύπλοκων δειγμάτων

Αέρια χρωματογραφία - φασματομετρία μαζών Gas Chromatography - Mass Spectrometry (Detector), GC-MS (D)

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

Page 24: 03 Chromatography GC Lab

Αέρια χρωματογραφία - φασματομετρία μαζών Gas Chromatography - Mass Spectrometry (Detector), GC-MS (D)

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

24

Page 25: 03 Chromatography GC Lab

Αέρια χρωματογραφία - φασματομετρία μαζών Gas Chromatography - Mass Spectrometry (Detector), GC-MS (D)

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

25

Page 26: 03 Chromatography GC Lab

Αέρια χρωματογραφία - φασματομετρία μαζών Gas Chromatography - Mass Spectrometry (Detector), GC-MS (D)

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

26

Page 27: 03 Chromatography GC Lab

Ποσοτική Ανάλυση

Το εμβαδόν της κάθε κορυφής του χρωματογραφήματος σχετίζεται με την ποσότητα του αντίστοιχου συστατικού μέσα στο δείγμα

1. Προσδιορισμός της % αναλογίας των συστατικών του δείγματος (percentage of total).

2. Προσδιορισμός της συγκέντρωσης των συστατικών του δείγματος i. Μέθοδος εσωτερικού προτύπου( internal standard). ii. Μέθοδος εξωτερικού προτύπου (external standard).

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

Page 28: 03 Chromatography GC Lab

Εφαρμογές Καύσιμα Καυσαέρια Ταυτοποίηση Φυσικών Προϊόντων Έλεγχο διεργασιών Ποιοτικό έλεγχο (τροφίμων, φαρμάκων κλπ) Βιο-ιατρικές εφαρμογές

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

28

'Yes, love is a potent drug indeed...but I still don't think we can analyze it using gas chromatography...‘ «Ναι, η αγάπη είναι ένα ισχυρό φάρμακο όντως ... αλλά εγώ ακόμα δεν πιστεύω ότι μπορούμε να το αναλύσουμε με αέρια χρωματογραφία…»

Page 29: 03 Chromatography GC Lab

29

Ρίγανη VS Θυμάρι Χημική σύσταση αιθερίων ελαίων τυχαίων εμπορικών δειγμάτων

Ρίγανης και Θυμαριού (% του συνολικού αιθερίου ελαίου)

9,923,5

4,7 5,4

12,7

4,3 6,6 2,6

Θυμ

όλη;

63,

3

Θυμ

όλη;

63,

6

Θυμ

όλη;

17,

7

Θυμ

όλη;

0,2

Καρ

βακρ

όλη;

7,8

Καρ

βακρ

όλη;

2,2

Καρ

βακρ

όλη;

61,

9

Καρ

βακρ

όλη;

81,

5

0102030405060708090

100

Ρίγανη 1 Θυμάρι 1 Ρίγανη 2 Θυμάρι 2

%

π-Κυμένιογ-ΤερπινένιοΘυμόληΚαρβακρόλη

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC)

OH

OH

Θυμόλη Θυμάρι

Καρβακρόλη Ρίγανη

Page 30: 03 Chromatography GC Lab

Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, GC) Άσκηση 3η: Πρακτική εφαρμογή

Ποιοτικός και ποσοτικός προσδιορισμός συστατικών αιθερίων ελαίων με αέρια χρωματογραφία – φασματομετρία μαζών (Gas Chromatography - Mass Spectrometry, GC - MS)

Σκοπός Εισαγωγή - Θεωρία Πειραματικό μέρος

Δείγμα – Περιγραφή Συσκευές-Όργανα (Εταιρεία Μοντέλο κλπ) Συνθήκες ανάλυσης (Θερμοκρασίες, ροή κινητής φάσης κλπ)

Αποτελέσματα - Συζήτηση - Συμπεράσματα Χρωματογράφημα, δεδομένα ανάλυσης Δημιουργείστε ένα πίνακα με τα 5 κύρια συστατικά του δείγματος (αυτά με το μεγαλύτερο % ποσοστό). Ταυτοποιήστε τα συστατικά, δώστε τα ονόματα τους (κατά IUPAC, ή εμπειρικό) και τις δομές τους. Σχολιάστε τα αποτελέσματα.

Βιβλιογραφία

Υπεύθυνοι Άσκησης: Δρ. Δήμητρα Δαφερέρα και Δρ. Χάρης Κανάκης