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
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
Elméleti tányérszám, N
N = 16( tR
w
)2= 5.55
(tR
w1/2
)2
Anyagszerkezet vizsgálati módszerek Kromatográfia 21/ 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
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