2013-10-11-C-TEHNICI-CROMATOGRAFICE-PPT

download 2013-10-11-C-TEHNICI-CROMATOGRAFICE-PPT

of 121

Transcript of 2013-10-11-C-TEHNICI-CROMATOGRAFICE-PPT

  • 110. Tehnici cromatografice

    METODE DE CHIMIE ANALITICA APLICATE IN CERCETAREA CRIMINALISTICA

    MASTER: CRIMINALISTICAANUL UNIVERSITAR 2012-2013

    SEMESTRUL II

    Conf. Dr. Cecilia ARSENE/ Conf. Dr. Romeo Iulian OLARIUFACULTATEA DE CHIMIELABORATORUL DE CHIMIE ANALITICA

  • 2z botanistul rus Mikhail Semanovich Tswett -printele cromatografiei, prin studiul fenomenului de adsorbie n coloane cu umplutur, dezvoltat n jurul anilor 1900

    z pe o coloan mpachetat, cercettorulsepara extracte din pigmenii frunzelor, precum clorofila i xantofil spiriloxantina

    z separa carotenul (zon galben roie),xantofilul (zon galben) (carotinoida oxigenat la C40) i clorofila (zon verde) pe o coloan umplut cu inulin (C6H10O5-H2O, o polizaharid solubil, alctuit din grupri fructoz, ce apare n diferite plante ca rezerv de hran)

    z foloseste ligroin ca solvent (un amestec de hidrocarburi cu p.f. 70-120 C)

    z cromatografie (grecescul chroma pentru culoare i graphein pentru scriere)

    Aspecte generale

    Mikhail Semanovich Tswett, (18721919), parintele

    cromatografiei

  • z pas important nregistrat n 1931 cnd Kuhn (laureat al premiului Nobel n 1938) i Lederer au separat n scop preparativ carotenul din morcovi(morcovi roii) n dou hidrocarburi alfa i beta caroten (C40H56), prin adsorbie pe coloane umplute cu oxid de aluminiu

    z n aceeai perioad, Winterstein separa pe o coloan cu umplutur de CaCO3 (cu diametru de 7 cm) dou xantofile, violaxantina (pigment xantofilic de culoare portocalie care protejeaz plantele de eventualele distrugeri foto-oxidative) i luteina (carotenoid natural cu aciune antioxidant)

    3

    Aspecte generale

    alfa-caroten

    beta-caroten

    violaxantinaluteina

  • 4Aspecte generalez 1903 Tswett: Fenomenul de adsorbie n coloan cu umplutur

    z 1931 Kuhn, Lederer, Winterstein: Primele separri semnificative din punct de vedere preparativ

    z 1937 Tiselius: Electroforeza soluiilor libere ntr-un tub

    z 1938 Izmailov, Shraiber: Cromatografia n strat subire (TLC)

    z 1941 Martin, Synge: Cromatografia de partitie/repartiie (liquid chromatography, LC)

    z 1944 Consden, Gordon, Martin: Cromatografia pe hrtie (planar chromatography, PC)

    z 1949 Spedding, Tompkins: Cromatografie de schimb ionic (ionic exchange chromatography, IEC)

    z 1952 James, Martin: Cromatografia de gaze (gas chromatography, GC)

    z 1957 Galay: Cromatografia de gaze cu coloane capilare (CGC)

    z 1959 Parath, Fladin: Gel cromatografia - gel filtrarea

    z 1966 Piel: Cromatografia de lichide de nalt performan (high performance (pressure) liquid chromatography, HPLC)

    z 1969 Klesper: Cromatografia de fluide supercritice (supercritical fluid chromatography, SFC)

    z 1981 Nakagawa: Cromatografia electrocinetic

  • 5Aspecte generale

    z In 1952, A.J.P. Martin si R.L.M. Synge au primit premiul Nobel pentru

    cercetrile lor in descoperirea cromatografiei de partiie

    z Synge spunea

    z While still at school I heard tell of the science of biochemistry,

    which should draw together two aspects of nature into a common

    study. I had long been fascinated by living things (particularlly the

    wilde plants) and more recently by chemistry.

  • 6Aspecte generale

    Clasificare general Metoda specific Faza staionar Tipul de echilibru Lichid-lichid sau partiie Lichid adsorbit pe un

    solid Partiie/repartiie/distribu ie ntre lichide nemiscibile

    Faz cu lichid legat Specii organice legate la o suprafa solid

    Partiie/repartiie/distribu ie ntre lichid i suprafaa legat

    Lichid solid sau adsorbie

    Solid Adsorb ie

    Schimb ionic Rini schimbtoare de ioni

    Schimb ionic

    Cromatografia de lichide (faza mobil lichid)

    Excluziunea mrimii Lichid n interstiiile unui polimer solid

    Partiie/repartiie/distribu ie

    Gaz lichid Lichid adsorbit pe un solid

    Partiie/repartiie/distribu ie ntre gaz i lichid

    Faz cu gaz legat Specii organice legate la o suprafa solid

    Partiie/repartiie/distribu ie ntre lichid i suprafaa legat

    Cromatografie de gaz (faza mobil gaz)

    Gaz solid Solid Adsorb ie Cromatografia cu fluide supercritice

    Specii organice legate la o suprafa solid

    Partiie/repartiie/distribu ie ntre f luidul supercritic i suprafaa legat

    Clasificare funcie de natura fazelor implicate n procesele cromatografice

  • 77

    Distributia solutului (analitului) ntre dou faze

    Faza I (mobila)

    Faza I (stationara)

    analit

    analit

    Distribuia analitului ntre fazeleaflate n contact.

    z Distribuia solutului (analitului) ntre faze -concept de baz n cromatografie

    z Dezvoltarea conceptelor termodinamice care guverneaz separarea cromatografic are la baz folosirea noiunilor dez faz staionar (sa fie sub form de solid

    sau gel)

    z faz mobil (s fie lichid)

    z Existenta celei de-a treia faze care contineANALITUL (SOLUT)

    z Inceperea procesului de partitie/distributiea analitului intre fazele mobila si stationara

  • Procesul de distributie a solutului/analitului

    Fazamobila

    (u)

    Spre detectoruAuB

    AB

    InjectieA + B

    Elutia solutilortr,A < tr,B

    Solutul i (A sau B) se distribuie intre faze

    iS

    iM Faza mobila

    Faza stationara8

    u - viteza liniara a fazei mobile

  • 9Coeficient de distribuie (partiie/repartiie) notat KD

    Distributia solutului (analitului) ntre dou faze

    MSD CCK =CS denot concentraiile solutului n faza staionar

    CM concentraiile solutului n faza mobil

    La distribuia solutului determinat pe criterii statistice KD are intotdeauna valoare unitar

    Procesul este nsoit (biased) de procesele chimice suplimentare ale celor dou faze i, din acest motiv, KD este diferit de valoare 1

    Pentru sistemele n care solutul are afinitate mare pentru faza staionar, KD poate avea valori mari (KD >1)

    Pentru sistemele n care solutul prefer faza mobil, KD ia valori foarte mici (KD < 1))

  • 10

    Separarea cromatografic a solutului (analitului)

    Echilibrul - timpul mediu petrecut de o molecul de solut n una din cele dou faze

    Analiii A i B, caracterizai de KDA < KDB, analitul A fa de B va petrece o fracie mai mic a timpului n faza staionar

    Ambii analii elueaz din coloan i funcie de viteza de deplasare din fazastaionar se pot obine separri pariale sau picuri suprapuse

    A B

    Timp sau VolumD

    Faza mobila

    Zona pentru B

    Zona pentru A

    Separarea cromatografic a dou specii A i B. KDB > KDA i de aceea B esteeluat cu ntrziere fa de A.

  • 1111

    Tipuri de izoterme si forma picurilor n cromatografie

    Procesul de separare cromatografic - echilibre interfazice sucesive

    Valorile lui KD - estimate cu uurin atunci cnd se cunosccoeficienii de activitate pentru un domeniu larg de concentraii al analitului n ambele faze

    Idealitatea atribuita din izotermele de distribuie valabile

    Izotermele de distribuie caracterizeaz procesul de separare i descriumodul n care coeficientul de distribuie KD (CS/CM) variaz la echilibru

  • 12

    Izoterma - funcia care raporteaz concentraiile unui sistemmulticomponent ntre dou faze la temperatur constant

    Tipuri de izoterme si forma picurilor n cromatografie

    Concentratia in faza mobila

    A

    B

    C

    Tipuri de izoterme pentrudistribuia unei specii ntre dou

    faze.

    z comportarea ideal liniara (coloanacromatografic strbtut cu o vitezindependent de concentraia analitului in celedoua faze; KD = 1)

    z izoterme neliniare de tip convex sau concav(constanta de distribuie depinde de concentraia solutului n faza mobil)

    z izotermele neliniare convexe: viteza de strbatere a coloanei mai mare la concentraiimici (KD > 1)

    z izotermele neliniare concave: viteza este maimic la concentraii mici (KD < 1)

  • 13

    La eluia unui amestec de componeni ce prezint mobiliti cromatografice apropiate i izoterme de distribuie curbe (convexe) apar dificulti comparativ cu un amestec ce prezint izoterme liniare

    Dificulti:- dispersie mai mare a zonelor cromatografice- suprapunerea parial a zonelor- lrgirea exagerat a benzilor (anvelopare)

    Tipuri de izoterme si forma picurilor n cromatografie

    A B

    Distanta Distanta

    C

    Distanta

    Picuri distorsionate. Profilul concentraiei unui analit de-a lungul coloanei funcie de distana parcurs de la intarea n coloan. A, profil pentru KD constant. B, profil pentru izoterma de tip B. C, profil pentru

    izoterma de tip C.

  • 14

    z Lire sau largirea picurilor - proces inevitabil n cromatografie

    z De nedorit atunci cnd se are n vedere separarea unor picuri multiple

    z Picurile oblice sunt nedorite

    z Cu ct izoterma este mai convex (concav), cu att efectul va fi mai pronunat imai duntor

    z Examinarea picurilor dintr-o cromatogram reliefeaz similariti cu o curb de distribuie Gaussian

    Distribuia benzilor cromatografice. Lrgirea benzilor cromatografice

    Cmax

    w1/2

    20,607Cmax0,5Cmax

    w

    Diverse metode de a determina deviaia standard din curba Gaussiana: w1/2=2,354; w=4.

  • 15

    Informaii ce se pot obine dintr-o cromatogram

    z Parametrii cantitativiz nlimea picului (h)z aria picului cromatografic (A) iar

    z Parametrii calitativiz timpii de retenie (tR = L/v unde L este lungimea coloanei i v este viteza de eluie a

    unui component)z volumele de retenie

    z Timpul mort, tM, este timpul necesar eluentului sau unui component nereinut de faza staionar s ajung la detector

    z Timpul de reinere, tR, reprezint timpul necesar componenilor s ajung la detector

    00 Timp

    tR

    tM

    W

    Profilul unei cromatograme obinut prin reprezentarea grafic a dependenei semnalului nregistrat funcie de timpul

    de nregistrare a cromatogrameiw latimea picului la baza

  • 16

    Informaii ce se pot obine dintr-o cromatogram

    z Ali parametri specifici separrilor cromatografice includ eficiena i selectivitatea coloanelor cromatografice care se determin n funcie de:

    z N numrul talerelor teoreticez H - nlimea unui taler teoreticz factorul de selectivitate

    z N, H sunt mrimi caracteristice dispersiei zonelor cromatografice

    z N = L/Hz H are semnificaia unei lungimi din coloan, pe care

    se realizeaz echilibrul complet al componenilor n cele dou faze

    z Estimarea lui H se poate face din:z teoria talerelor teoretice: H = L/N

    z din teoria cinetic:

    A, B, C constante u viteza liniar de deplasare a fazei mobile sau

    eluentului A contribuia difuziei turbulente (Eddy difussion) B contribuia difuziei moleculare longitudinale C contribuia transferului de mas ntre faze

    L

    H

    Tratarea ipotetic a unei coloane.

    uCu

    BAH ++=

  • z Coeficientul de partiie

    z Timpul de reteniez parametrul calitativ care red timpul necesar dup efectuarea injeciei

    pentru ca picul analitului s ajung la detector (tR)z Timpul mort (aferent noiunii de void volume)

    z timpul necesar speciilor nereinute de coloan s ajung la detector (tM)z Viteza liniar medie v (deplasarea analitilor)

    z Viteza liniar medie u (deplasarea moleculelor fazei mobile)

    z L - lungimea coloanei17

    Overview pentru parametrii cu care se opereaz

    stationara fazamobila faza AA

    M

    SD

    CCK =

    RtLv =

    MtLu =

  • 18

    z Factorul de capacitate kAz parametru important folosit pentru descrierea vitezelor de migrare a analiilor

    prin coloanz funcie de tipul cromatografiei implicate, de adsorbie, de schimb ionic, de

    excluziune steric, factorul a fost denumit coeficient de adsorbie, de distribuie ionic, respectiv de difuziune.

    z pentru o specie oarecare A, factorul de capacitate kA definit prin relaia:

    z factor de capacitate mare indic o reinere mai puternic n coloan a unuicomponent

    z cuprini ntre 1 i 5

    Overview pentru parametrii cu care se opereaz

    M

    SA'A

    VVKk =

    'Ak1

    1uv +=

    'AMR k1

    1tL

    tL

    += MMR'

    At

    ttk =

    MSMMSSSSMM

    MM

    V/KV11u

    VC/VC11u

    VCVCVCuv +=+=+=

    k = 1k = 0

  • 19

    Overview pentru parametrii cu care se opereaz

    z Factorul de separare (selectivitate) z descrie diferenele ce apar ntre vitezele de migrare specifice componenilorz trebuie s fie ntotdeauna mai mare dect 1z este definit prin raportul dintre coeficientul de partiie dintre componenta mai

    puternic reinut (B) i coeficientul de partiie pentru specia mai puin reinutsau mai rapid eluat (A)

    A

    BKK

    =

    'A

    'B

    kk =

    M

    SA'A

    VVKk =

    M

    MR'A

    tttk =

    MR(A)

    MR(B)

    tttt

    =

  • 20

    Rezoluia (R)

    z termenul cel mai adesea utilizatpentru a descrie calitatea separriicromatografice

    z furnizeaz o msur cantitativ a capacitii sale de a separa doi analii

    z V1 si V2 sunt volumele de eluentfolosite pentru eluia a doi analiiadiaceni

    z w1 si w2 sunt limile picurilor la baz, determinate prin trasarea tangentelorla punctele de inflexiune ale picurilor(Z = tR2 tR1)

    ( ) ( )21

    RR

    21

    12

    ww

    tt2

    wwVV2

    R 12+=+

    =

    ( ) ( )[ ]BA

    ARBR

    BABAS

    WWtt2

    WWZ2

    /2W/2WZR +

    =+=+=

    W2W1

    V2

    V1

    Rezoluia la separarea a doi analii printr-o coloan cromatografic.

    Overview pentru parametrii cu care se opereaz

  • 21

    Rezolutie si eficienta in separarile cromatografice

    Picurile sunt rezolvate in totalitate atunci cand nu se suprapunEficienta este o masura a capacitatii coloanei de a rezolva intre doua picuri

    Eficienta scazutaRezolutie slaba

    Eficienta crescutaRezolutie buna

  • Rezolutie si suprapunerea picurilor

    RezolutieRs 1.5

    Rezolutii 0.8 sunt necesare pentru a obtine arii de incredere ale picurilorcromatografice

    ( ) ( )( )0.5

    R B

    R

    R A

    A B

    tR

    t tw w

    sw

    = +

    =

    22

  • Migrarea solutilor si largirea benzilor

    Odata cu migrarea solutilor prin coloana are loc separarea intervine efectul de largire a benzilor cromatografice

    Daca efectul de largire este marcant, este posibil ca separarea sa nu aiba loc.De aceea, efectul de largire trebuie minimizat.

    23

  • Eficienta coloanei sau inaltimea unui taler, HDispersia pe unitatea de lungime

    2

    HL=

    Inaltimea unui taler

    Pentru a minimiza efectul de largire minimizarea dispersiei () minimizarea lui H

    Dispersare: Imprastiere.Deviatia standard () este o masura a dispersiei

    Proba in Detector

    Umplutura

    Distanta migrata

    Profilul analitului la sfarsitul coloanei

    N

    u

    m

    a

    r

    m

    o

    l

    e

    c

    u

    l

    e

    24

  • Calculul numarului de talere si a inaltimii unui taler

    2

    16 rtNw

    = LHN

    =

    tr si w trebuie sa aiba aceleasi unitati (timp sau distanta)

    Punct de inflexiune

    25

  • 26

    z Teoria talerelorz Teoria cineticz Eficiena coloanelor cromatografice crete odat cu

    creterea numrului talerelor i odat cu scderea nlimii talerului

    z Eficiena, n termeni de numr de talere, poate varia de la cteva sute la cteva sute de mii, n timp ce, nlimea unui taler poate varia de la cteva zeci la o mie m, sau chiar dimensiuni mai mici.

    Teorii care guverneaza separarile cromatografice

  • 27

    z Nu reprezint o teorie cromatografic propriu-zisz Este mai mult o adaptare analogic pentru procesul cromatograficz A fost dezvoltat de ctre Martin si Synge

    z Sistemul anterior prezentat include o serie de talere pe parcursul crora coninutul fazei mobile din talerul 0 este transferat n talerul 1, ulterior 2, n timp ce coninutul corespunztor fazei staionare rmne stabil. Se poate considera o molecul care se afl n talerul 0. Dup echilibrare, faza mobil din talerul 0 este transferat n talerul 1 cu o probabilitate p. n alte cuvinte, se poate spune c un transfer va permite deplasarea moleculei printr-un numr de p talere astfel nct, numrul etapei (M) n care molecula se afl cu cea mai mare probabilitate dup un numr de r transferuri va fi dat de relaia M = rp. Pentru un numr mare de molecule, talerul M este talerul n care concentraia moleculelor va fi maxim.

    z Limitari ale teoriei talerelor:z are capacitate redus de a prezice valori realez poate oferi o relaie de legtur credibil ntre lrgimea benzii i lungimea acesteiaz nu poate furniza o modalitate de prezicere a mrimii dispersieiz nu pot fi prezise efectele modificrii unor variabile cum ar fi debitul sau dimensiunea particulei, ntruct

    nu se ine cont de aceti factori

    z Avantaj - simplitatea abordrii

    Teoria talerelor

    0 1 2 3 n

    faza mobila

    faza stationara

  • 28

    Teoria cinetic i variabile cinetice care afecteaz lrgirea benzilor

    z Cauze care conduc la largirea benzilor:z echilibrul de distribuie al solutului ntre faze nu se stabilete instantaneu n toate punctele

    coloaneiz apar modificri n structura solidelor din faza staionar datorit diferenelor dintre faza

    mobil i faza staionarz curgerea fazei mobil are loc n mod ntmpltor prin canale de lungimi diferite i direcii

    diferite antrennd moleculele de solut cu viteze diferite (proprii cromatogramelor ideale)z faza staionar solid reine o parte din faza mobil care rmne fixat n micropori,

    participnd n final la procesul de separarez distribuia fazei staionare lichide sub form de filme neuniforme n jurul granulelor de

    suport (solid inert)z Eficiena unei coloane cromatografice poate fi aproximat de expresiaz H = B/u + Csu +CMu (ecuaia lui Van Deemter)z Eficiena coloanei controlata prin:

    z diametrul particulelor umpluturiiz diametrul coloanei

    Viteza liniara a fazei mobile, u, cm s-1

    H

    CSu

    CMu

    B/u

    Contribuiile coeficienilor transferului de mas la nlimea talerelor, H.

  • Tipuri de cromatografii dupa natura fazelor mobila si stationara

    1. Cromatografia lichid-lichid

    2. Cromatografia lichid-solid

    3. Cromatografia gaz-lichid/gaz-solid

    CroCromatmatogrografafiaia

    29

  • Cromatografia lichid-lichid

    Faza stationara: lichidFaza mobila: lichid

    Tehnici:1. Cromatografia pe hartie

    30

    CroCromatmatogrografafiaia

  • Cromatografia solid-lichid

    Faza stationara: solidFaza mobila: lichid

    Tehnici:1. Cromatografia pe coloana

    2. Cromatografia in strat subtire (TLC)

    3. Cromatografia secventiala pe coloana

    4. Cromatografia de lichide de inalta performanta (HPLC)

    31

    CroCromatmatogrografafiaia

  • Cromatografia gaz-lichidCromatografia gaz-lichid

    Faza stationara: lichid/solidFaza mobila: gaz

    Tehnici:1. Cromatografia de gaze

    32

    CroCromatmatogrografafiaia

  • AdsorbentiAdsorbenti utilizatiutilizati in in cromatografiecromatografie

    z Actiunea selectiva a unui adsorbent se datoreaza atractiilorintermoleculare de tipul:

    z fortelor Van der Waals

    z atractiilor dipol-dipol

    z legaturilor de hidrogen

    z interactiilor de coordinare

    z formarii de saruri

    33

    CroCromatmatogrografafiaia

  • Interacii intre moleculele analitului i fazele mobil i staionar

    Interacii Van der Waals

    Legturi de hidrogen

    Legturi de hidrogen

    Interacii dipol-dipol

    34

    CroCromatmatogrografafiaia

  • z Legtura covalent (formare de saruri)z reprezint cea mai puternic interacie molecular (200-800 kJ/mol)z este de dorit ca aceasta s nu intervin n procesele cromatografice deoarece poate

    conduce la absorbii ireversibile

    z Interaciile ionicez interactiile dintre doi ioni de sarcin opus prezint de asemenea o trie crescut (40-400

    kJ/mol)

    z Interactiuni tip dipol-dipol sau dipol-dipol indusz sunt interactii slabe cu raz medie de aciune

    z Forele Van der Waalsz caracterizate ca interaciuni de raz redus ntre dipoli permaneni sau indui ntr-o alt

    molecul alturat, dar i fore dispersive ntre moleculele neutre

    Interacii intre moleculele analitului i fazele mobil i staionar

    35

    CroCromatmatogrografafiaia

  • Adsorbenti uzuali folositi in cromatografia pe coloana

    Cresterea puteriide adsorbtie

    pentru molecule polare

    AluminaCarbune activatSilicat de magneziuSilica gelCarbonati anorganiciCeluloza, sucroza

    In general, 20-30 g de adsorbent pe gram de probaInaltimea coloanei ar trebui sa fie de cel putin 10 ori diametrul sau

    36

    CroCromatmatogrografafiaia

  • Cel mai des utilizate solide:

    Silica gel sau acid silicic SiO2xH2OAlumina Al2O3xH2O

    O AlO

    OC O

    R

    R+

    +-

    O AlO

    OH

    RO+

    +-

    dipol-dipol legaturi de H

    37

    RO

    SiO

    SiO

    SiO

    R

    OH OH OH

    R RR

    CroCromatmatogrografafiaia

  • O AlO

    ONR H2

    --

    -+

    interactii de coordinare

    O AlO

    O

    H+

    RCOO-

    formare de saruri

    Taria interactiilor pe silice sau alumina:

    formare de saruri > legaturi de H > dipol-dipol > Van der Waals

    38

    CroCromatmatogrografafiaia

  • Ordinea de elutie asteptata a claselor de compusi organici

    39

    Numele clasei Formula generala

    alcanialcheneeterihidrocarburi halogenate

    RHR2C CR2R2ORX

    hidrocarburi aromatice

    CH3

    , etc

    aldehide si cetone

    esteri RCORalcooli ROHamine RNH2, R2NH, R3N

    acizi carboxilici RCOH

    RCH O and R2C O

    O

    O

    rapid

    crestereapolaritatii

    lent

    CroCromatmatogrografafiaia

  • Solventii utilizati in separarile cromatografice

    zz SolventiiSolventii suntsunt compusicompusi organiciorganicizz ActiuneaActiunea unuiunui solvent, solvent, sausau a a uneiunei seriiserii de de solventisolventi, , poatepoate fifi

    utilizatautilizata pentrupentru a a realizarealiza o o separaresepararezz PolaritateaPolaritatea solventuluisolventului nunu trebuietrebuie modificatamodificata rapidrapid

    40

    CroCromatmatogrografafiaia

  • Solventi utilizati in cromatografia pe coloana

    41

    Nume Structura

    alcani (eter de petrolhexan)benzen C6H6toluen C6H5CH3hidrocarburi halogenate CH2Cl2, CHCl3(diclorometan, cloroform)dietil eter (CH3CH2)2O

    etil acetat CH3COCH2CH3acetona (CH3)2Calcooli CH3OH,CH3CH2OH

    acid acetic CH3 COH

    O

    O

    O

    crestepolaritatea

    CroCromatmatogrografafiaia

  • Cromatografia pe hartie

    Cromatografia in strat subtire

    CromatografiaCromatografia planaraplanara

    42

  • 4343

    Cromatografia pe hrtie (paper chromatography, PC)

    z bazata pe distribuirea/repartizarea difereniat a componeniloramestecului de separat ntre dou faze

    z una staionar lichid (apa sau un alt electrolit fixat pe hrtia cromatografic)

    z o faz mobil care poate fi un solvent organic sau un amestec de solveni

    z folosit la separarea coloranilor, separarea aminoacizilor i peptidelor, analiza hidrailor de C, studiul diverselor substane organice (acizi grai), etc

    z funcia de separare/distributie, in cazul repartiiei solutului ntre dou faze lichide, devine echivalent cu coeficientul de distribuie dat de raportul

    M

    S

    C

    CD =

  • 44

    Funcie de sensul de migrare a fazei mobile de-a lungul fazei staionare

    z cromatografia descendent faza mobil migreaz n sensul forelor de gravitaie

    z cromatografia ascendent faza mobil migreaz prin fore capilare n sens inversforei de gravitaie

    z cromatografia radial, circular sau pe discuri faza mobil migreaz din centruldiscului de hrtie de filtru n direcie radial

    Funcie de numrul de coordonate fa de care se face separarea

    z cromatografie unidimensional (migrare pe o singur direcie folosind un solvent s-au amestec de solveni unici)

    z cromatografie bidimensional (migrarea se realizeaz pe dou direcii, n acelaiamestec de solventi n ambele direcii sau, mai performant, n amestecuri diferite se solveni pentru fiecare direcie)

    Cromatografia pe hrtie

  • 45

    z principalul material folosit este hrtia cromatografic

    z poate fi o hrtie de filtru obinuit sau o hrtie de filtru cu o serie de caracteristici de puritate, porozitate, granulaie, omogenitate, rezistenmic, stabilitate mare

    z in general hrtia cromatografic coninez o cantitate mic de grupe carboxilice care determin o ncrcare negativ a

    celulozei n soluii apoase i eventuale proprieti de schimb de ioni

    z substane lipofile care pot stnjeni determinarea substanelor cu Rf ridicat

    z ioni de Mg2+, Co2+, Cu2+, Fe3+ n proporiile 0,04 0,07 % ceea ce conduce la o serie de erori n separare

    Cromatografia pe hrtie

    45

    OH

    CH2OH

    OH

    H OH

    H

    H

    O

    m

    celuloza

    OH

    CH2OCOCH3

    OH

    H OH

    H

    H

    O

    m

    celuloza monoacetat

  • Una dintre cele mai populare metode de analiza

    Avantaje

    1. Usor de utilizat

    2. Gama larga de aplicatii la un numar mare de probe

    3. Sensibilitate ridicata

    4. Viteza la separare

    5. Cost relativ scazut

    Tehnica analitica calitativa utila in:

    1. Verificarea puritatii unui compus

    2. Determinarea numarului de componenti dintr-un amestec

    3. Identificarea solventului potrivit pentru cromatografie

    4. Verificarea initiala a identitatii unui compus necunoscut

    Cromatografia in strat subtire

    46

  • z are drept scop separarea i concentrarea cantitilor mici de substandin amestecuri complexe

    z bazele tehniciii TLC au fost puse de Izmailov i Schreider (1939) care au folosit extracte de plante medicinale, iar ca suport Al2O3

    z zece ani mai trziu Mainhard i Hall au folosit aceast tehnic pentrusepararea unor ioni anorganici folosind ca adsorbant alumina, ca liantamidonul iar ca suport solid lamele de microscop

    z mai trziu Kelles (1951) folosete ca suport silicagelul, iar ca liant ipsosul

    47

    Cromatografia n strat subire

  • Condiii pentru adsorbent:

    z s nu reacioneze cu substana de separat, cu solvenii sau cu reactivii folosiipentru vizualizarea spoturilor

    z s fie rezisteni la temperaturi nalte

    z s aib o suprafa activ i specific

    z s aib o granulaie ct mai fin i un numr mare de pori cu diametru mic icontrolat (de aceeai dimensiune).

    Adsorbeni

    z geluri de silice cum ar fi silicagel G care este un silicagel cu liant (ipsos), silicagel cu indicator de fluorescen

    z adsorbeni anorganici de tipul aluminei (Al2O3)

    48

    Adorbeni folosii n TLC

  • SILICAGELULz adsorbentul cu cea mai larg utilizare (caracter

    polar, slab acid)z este produsul de policondensare a cidului orto-silicic

    49

    Adorbeni folosii n TLC

    Si

    OH

    OSi

    OH

    SiO

    Si

    O

    a) legturi siloxanice obinute prin dehidroxilarea unei anumite cantiti din

    aceste grupri.

    Si

    O

    OSi

    O

    H HO

    H H

    b) grupe silanolice hidratate ce pot apare ntr-o anumit proporie chiar dup uscare. Se

    prefer aceast form pentru compuii

    polari deoarece are suprafa de contact

    mare.

    Si OH Si O- + H+

    Si

    OH

    O Si

    OH

    SiH3C

    CH3

    CH3

    HN Si

    CH3

    CH3

    CH3

    + Si

    O

    O Si

    O

    Si SiH3C

    CH3

    CH3

    CH3

    CH3

    H3C

    Si

    O

    O Si

    OSi

    H3C CH3

    Si

    OH

    O

    O

    O

    Si+

    -

    -

    -

    +

  • ALUMINA

    z caracter bazic si mult mai reactiva decat silica gelul

    z dup natura gruprilor funcionale superficiale pe care le prezint alumina existtrei tipuri de faze staionare pe baza de alumina

    50

    Adorbeni folosii n TLC

    Al

    OH

    Al

    OH

    O

    a) Alumin acid

    Al AlO

    O

    b) Alumin neutr obinut prin dehidroxilare

    Al

    O-Na+

    Al

    O-Na+

    O

    c) Alumin bazic

  • Deplasarea analitilor are loc sub actiunea fortelorcapilare.

    Compusi distincti se deplaseaza cu viteze diferite, functie de fortele intermoleculare dintre analit sifaza stationara de silica gel si component si fazamobila.

    Faza stationara este SiO2 si este foarte polara.

    Este capabila de interactii puternice dipol-dipol and legaturi donor-acceptor de H cu analitii.

    Analitii foarte polari interactioneaza mult mai puternic cu faza stationara si se deplaseaza foarte incet in directia vertical in sus de-a luncul placutei de TLC.

    Faza mobila folosita este mai putin polara (nepolara) si este capabila sainteractioneze cu analitii prin forte London puternice, sau prin interactii dipol-dipol si legaturi de H.

    Analitii nepolari interactioneaza slab cu silica gelul polar si mult mai puterniccu faza mobila si se deplaseaza pe o distanta mai mare de-a lungul placuteiTLC.

    http://www.instructables.com/id/EW1YDCYF4REC0IU/

    51

    Interactii si mecanisme de actiune n TLC

  • Adsorbtia solutilor/analitilor

    Intensitatea adsorbtiei compusilor creste cu cresterea polaritatii grupelorfunctionale, asa cum este aratat mai jos:

    -CH=CH2, -X, -OR, -CHO, -CO2R, -NR2, -NH2, -OH, -CONR2, -CO2H.(slab adsorbiti) (puternic adsorbiti)

    (nepolari) (mult mai polari)

    Interactii si mecanisme de actiune n TLC

    52

  • Puterea de elutie a fazei mobile ()Puterea de elutie este considerata a fi echivalenta cu polaritatea. Puterea de elutie a unui solvent depinde de forteleintermoleculare dintre solvent si analiti si dintre analiti si fazastationara.

    Un solvent de elutie polar sau mai puternic polar va deplasa intr-ooarecare masura toti analitii fata de un solvent mai putin polar.De exemplu, puterea de elutie a hexanului este foarte scazuta; = 0.01.

    puterea de elutie a acetatului de etil este ridicata; = 0.45puterea de elutie a etanolului este foarte ridicata; = 0.68

    Interactii si mecanisme de actiune n TLC

    53

  • Solvent MFMW

    Bp (oC)Density (g/mL)

    Hazards* Dipole Elution Stength

    () Hexane CH3(CH2)4CH3

    C6H14 86.17

    68.7 0.659

    Flammable Toxic

    0.08 0.01

    Toluene C6H5CH3

    C7H8 92.13

    110.6 0.867

    Flammable Toxic

    0.31 0.22

    Diethyl ether CH3CH2OCH2CH3

    C4H10O 74.12

    34.6 0.713

    Flammable Toxic, CNS Depressant

    1.15 0.29

    Dichloromethane CH2Cl2

    CH2Cl2 84.94

    39.8 1.326

    Toxic, Irritant Cancer suspect

    1.14 0.32

    Ethyl Acetate CH3CO2CH2CH3

    C4H8O2 88.10

    77.1 0.901

    Flammable Irritant

    1.88 0.45

    Acetone CH3COCH3

    C3H6O 58.08

    56.3 0.790

    Flammable Irritant

    2.69 0.43

    Butanone CH3CH2COCH3

    C4H8O 72.10

    80.1 0.805

    Flammable Irritant

    2.76 0.39

    1-Butanol CH3CH2CH2CH2OH

    C4H10O 74.12

    117.7 0.810

    Flammable Irritant

    1.75 0.47

    Propanol CH3CH2CH2OH

    C3H8O 60.09

    82.3 0.785

    Flammable Irritant

    1.66 0.63

    Ethanol CH3CH2OH

    C2H6O 46.07

    78.5 0.789

    Flammable Irritant

    1.70 0.68

    Methanol CH3OH

    CH4O 32.04

    64.7 0.791

    Flammable Toxic

    1.7 0.73

    Water HOH

    H2O 18.02

    100.0 0.998

    1.87 >1

    54

    Proprietatile solventilor si puterea de elutie

  • Solventi

    z Solventii se aleg functie de polaritatea compusilorz Slab polari

    z Puternic polar

    Eter de petrol

    Ciclohexan

    Toluen

    Cloroform

    Acetona

    Etanol

    Metanol

    55

  • z Pentru separri se folosesc cromatoplaci activate (introducerea n etuv la o temperatur n jur de 100 oC, timp de 45 minute 1 or)

    z Pentru localizarea spoturilor (vizualizare) dup realizarea separrii se pot folosi attreactivi anorganici ct i organici

    z Metodele de localizare a spoturilor pot fi sistematizate n orice caz dup cum urmeaz:z folosirea caracteristicilor de luminiscen a analitului (fenomenul de fluorescen pentru

    compui organici i fenomenul de fosforescen pentru compui anorganici)

    z impregnarea stratului fazei staionare cu o substan indicatoare fluorescent (ca substaneindicatori se pot folosi derivaii de piren, fluoresceina, morina sau rodamina B)

    z spray-ere cu un oxidant pouternic nespecific (HNO3, KMnO4, H2SO4). Apar spoturi negre la oxidarea compyilor organici

    z spray-ere cu soluii de reactivi specifici (ninhidrina pentru a vizualiza gruparea NH2 conform reactiei de mai jos)

    56

    Dezvoltarea cromatogramei i detecia (localizarea) analiilor pe cromatoplac

    C

    C

    O

    O

    C

    OH

    OH

    ninhidrina

    R-NH2

    C

    C

    C

    O

    O

    N

    O

    O

    produs albastru colorat

    Formarea produsului colorat n albastru din reacia dintre ninhidrin i gruprile

    NH2.

  • Vizualizarea

    z Metode destructive Pulverizarea placutei cu H2SO4, urmata de uscare la 110

    C pentru 15-20 minute. Compusii vor fi distrusi dar toatespoturile vor fi vizibile

    z Metode nedestructive datorita utilizarii luminii UV probele nu vor fi distruse. In orice caz, nu toatespoturile de pe placuta vor fi vizibile. Lungimi de unda lungi UV Lungimi de unda scurte UV Vizualizare semi-destructiva

    57

  • Definiia i metodele de calcul pentru factorul Rf

    58

    A= distana parcurs de solut B= distana parcurs de solvent

    BARf =

    Figura 5.1: Principiul determinrii factorului Rf.

    Rf factor de retardare/intarzaiere/retentie

  • Valorile specifice factorului Rf

    z Valorile factorului Rf trebuie sa fie intre 0,0 si 1,0

    z daca valoarea este peste 0,0 sau mai mica decat 1,0, se considera ca exista o greseala de calcul

    z Daca valorile factorului Rf sunt mai mari de 0,8 sau mai micide 0,2 valorile sunt greu de interpretat, ceea ce poate conduce la erori

    z Valorile optime pentru Rf trebuie sa fie intre 0,3 si 0,6

    59

  • Aspecte de avut in vedere:1. Polaritatea fiecarui compus din amestec

    Butil amina este polara; ciclohexanul este nepolar2. Polaritatea fazei stationare

    Silica gel (sau alumina) este polar inseamna ca butil amina va interactionacu faza stationara mult mai puternic

    3. Polaritatea fazei mobile - solventul: se determina ce solvent se foloseste

    Si

    OO +-

    N

    H

    H-+

    H2C

    H2CCH2

    CH2

    CH2

    H2C

    Predictii:Ciclohexanul va elua primul/mai rapid prin faza stationaraButil amina va elua ultima/mai incet

    Separarea unui amestec de butil amina siciclohexan pe o placuta TLC

    60

    Predictii la folosirea unei faze mobile nepolare:Ciclohexanul si butil amina vor fi transportate de faza mobilaCiclohexanul va elua primul/mai rapid prin faza stationaraButil amina va elua ultima/mai incet deoarece interactionaeaza si cu silica gelulpe masura ce se deplaseaza

  • placuta TLC (etichetata) cu probele incarcate

    PREZICETI ORDINEA ELUTIEI ACESTOR

    COMPUSI PE O PLACUTA De SILICAGEL FOLOSIND

    CA ELUENT..

    Separarea unui amestec de analgezice pe o placutaTLC

    61

    depth of mobile phase

    Ac As C I

    Aceaminophen spot

    Aspirin spot

    Caffeine spot

    Ibuprofen spot

    pencil mark 1 cmfrom bottom

    Spotul aspirinei

    Spotul acetaminofenului

    Spotul cafeinei

    Spotul ibuprofenului

    Linia de baza la 1 cm de la partea inferioara

    Nivelul fazei mobile

    CO2H

    O CH3

    O

    Aspirin

    OH

    HN

    CH3

    O

    AcetaminophenCO2H

    Ibuprofen

    N

    N N

    N

    O

    O

    CH3

    CH3

    H3C

    Caffeine

    Aspirina

    Acetaminofen CafeinaIbuprofen

  • Pros si cons pentru TLC

    PROSz Sensibilitateaz Vitezaz Costuri relativ scazute

    CONSz Cantitati prea mici din probez Cantitati prea mari din probez Subiectiva

    62

  • 63

    Cromatografia de lichide (faza mobila lichid, fazastationara solid)/clasificare dupa principiul de separarez Cromatografia de partiie/repartiie

    z cromatografie de repartiie direct (cu faze normale clasic)z cromatografia de repartiie cu faze inversate metoda preferat n prezent

    pe care se realizeaz cele mai numeroase separriz Cromatografia prin schimb ionic

    z cromatografie de transfer cu schimb ionic clasic n procesul de baz din coloana cromatografic

    z cromatografie prin perechi de ioni (substane ionice sau ionizabile) folosete faze staionare capabile s fixeze ioni de semn contrar (deriv din LC)

    z Cromatografia de afinitatez afinitatea specific a unor molecule cu alte molecule fixate pe suport

    z Cromatografia de excluziunez efectul indus de mrimea moleculelor, ceea ce nseamn c molecule de o

    anumit dimensiune nu pot intra n porii unui sorbent utilizat i sunt excluin raport cu molecule de dimensiuni mai mici

    Principiul separrii n cromatografia de adsorbie (a), de partiie (b), prin schimb

    ionic (c), de excluziune (d) i prin electroforez (e). semnific un component mai puternic reinut.

  • Chromatografia de lichide pe coloana

    Faza mobila

    Faza mobila

    Timp 1 2 3 4 5

    Separare in acord cu: -masa moleculara/marime-sarcina-hidrofobicitate-afinitate

    Proba continand analiti/soluti

    64

  • 65

    Scopul cromatografiei de lichide de naltperforman

    z Popularitatea metodei data dez sensibilitatez capacitatea de a fi adaptat

    la determinri cantitativeacurate

    z potrivit pentru separareaspeciilor nevolatile sauinstabile termic

    z folosit n analiza amino acizilor, proteinelor, acizilornucleici, hidrocarburilor, carbohidrailor, medicamentelor, terpenelor, pesticidelor, antibioticelor, steroizilor, speciilor organo-metalice, i a unei varietimari de substaneanorganice

    AdsorbtiePartitie

    Schimb ionic

    Partitienormala

    Partitie cu fazeinversate

    Permeatie prin gel Filtrare prin gel

    Excluziune

    102

    103

    104

    105

    106

    Polari neionici

    Nepolari Ionici

    Insolubili in apa Solubili in apa

    Cresterea polaritatii

    Aplicaiile cromatografiei de lichide.

  • z Componentele unui cromatograf de lichidez Rezervor pentru mediul de eluie coninnd solventul pentru faza mobilz Coloana de separare n care materialul de umplutur este pstrat prin

    intermediul unor fritez Sering sau valv de injecie pentru introducerea probeiz Colector de fraciuni prin intermediul cruia civa mL de eluat din coloan

    sunt colectai automat

    66

    Instrumente folosite n cromatografia de lichide de nalt performan

    Prezentarea schematica a unui cromatograf de lichide (HPLC) modern.

    Rezervoare faz mobil

    Valv partiionare

    solvent Pomp

    Detector

    C

    o

    l

    o

    a

    n

    Pre-coloan

    Amortizare pulsuri

    Injector, tip 6 ci

  • Faza mobila in cromatografia de lichide

    z conditii faza mobilaz vscozitate cobortz capacitate de dizolvare a

    componenilorz inerie fizico chimic asupra

    funcionrii coloanei i detectoruluiz alegerea fazei mobile se face n

    concordan cu faza stationar, deoarece eluentul n LC nu reprezint un mediu inert precum gazul purtator din GC, depinznd de tipul interaciunilor componentelor separate cu faza staionar din coloan

    z modalitati de operarez eluie isocratic (faza mobile de

    concentratie constanta pe parcursulachizitiei unei cromatograme)

    z eluia n gradient (faza mobila de concentratie variabila pe parcursulachizitiei unei cromatograme)

    67

    Timp

    tip scara

    concavliniar

    convex

    Forme de distribuie a gradientului pentruelueni combinai n regim binar din metanol

    i ap.

  • 68

    Caracteristici faze mobile

    Faze normale Solventi Index polaritate (P) Ecranare UV

    (nm) Faze

    inversate ciclohexan 0.04 210

    n-hexan 0.1 210 tetraclorur de carbon 1.6 265

    toluen 2.4 286 dietil eter 2.8 218

    tetrahidrofuran 4.0 220 etanol 4.3 210

    etil acetat 4.4 255 dioxan 4.8 215

    metanol 5.1 210 acetonitril 5.8 190

    apa 10.2

    Tria relativa a celor mai comune faze mobile (monocomponente) utilizate n cromatografia de repartitie cu faze normale sau inversate.

  • 69

    z proprietile unei faze staionare sunt determinate de naturagruprilor alchil organo-silanice (R este o grupare funcional polar, atunci faza staionar va fi polar)

    z faze staionare polare, cand R conine grupriz diol ((CH2)3OCH2CH(OH)CH2OH)z cian ((CH2)3C=N)z amino ((CH2)n NH2 cu n = 3 sau 4)z dimetil amino (-CH2)3N(CH3)2)z diamino (-(CH2)3NH(CH2)2NH2)

    z fazele staionare nepolare folosesc cel mai des un organoclorosilanpentru care gruparea R este un lan de n-octil (C8) sau n-octildecil (C18)

    z deoarece substratul de silice n soluii bazice poate suferi hidroliz, pH-ulfazei mobile trebuie s fie mai mic de 7,5

    Faze stationare n cromatografia de lichide de nalt performan

    scade polaritatea

  • 70

    z Silicagelul (SiO2) - materialul cel mai important utilizat ca fazstaionar n tehnica HPLC

    z indiferent de form, granulaia trebuie s fie uniform (se elimin parteafin) - caracteristicile curgerii eluentului sunt mult mbuntite

    z structur tridimensional cu o reea de baz, tridimensional, format din legturi Si-O-Si iar pe suprafaa porilor sau cea exterioar mai prezintgrupe silanol, Si-OH

    Faze stationare n cromatografia de lichide de nalt performan

    (a)

    (b)

    Aspectul granulelor de silicagel folosite frecvent la umplerea coloanelor n HPLC (a) i aspectul unei

    granule sferice cu faz staionar chimic legat pe suprafaa suportului (b).

  • 71

    Faze stationare n cromatografia de lichide de nalt performan

    z Coloanele monolit - realizate din aceleai materii prime ca i la silicagelulsferic

    z coloana este format direct n tubul rigid (metalic), de unde i numelez se pot obine coloane cu performane superioare fa de cele umplute cu granule

    z tipuri de grupe silanol superficialez I legatez II reactivez III libere

    z in funcie de tehnologia de obinere difer i porozitatea intern, suprafaaspecific, rezistena la compresiune i polaritatea

    (a) (b)

    Aspectul coloanelor monolit (a) i principalele tipuri de grupri silanolice superficiale (b).

  • Cromatografia cu faze normale si faze inversate

    z tipuri de cromatografii de lichide dupa modul de operare

    z cromatografia de repartiie normal (faza direct) - fazastaionara polar, pentru o faz mobil nepolar

    z cromatografie de repartiie cu faze inverse (faza indirecta) - folosirea unei faze staionare nepolar i a unei faze mobile polar

    72

  • HO SiO

    O

    Cromatografia de lichide cu faza stationara de polaritate normala

    Faza stationara din alumina sau silice prezinta locatiipolare care vor interactiona cu molecule polare

    Cel mai polar.Mai putin polar

    Componentii elueaza inordinea cresterii polaritatiiComponentii elueaza in

    ordinea cresterii polaritatii

    Grupa polara

    silice

    73

  • Si

    Me

    Me

    O SiO

    O

    Mai puternic nepolar.Mai putin nepolar

    Componentii elueaza inordinea scaderii polaritatiiComponentii elueaza in

    ordinea scaderii polaritatii

    faza C18silice

    Cromatografia de lichide cu faza stationara de polaritate inversata

    Daca faza stationara din alumina sau silice prezintalocatii polare blocate de grupari nepolare, acestea vorinteractiona foarte puternic cu molecule nepolare

    74

  • z nu exist detectori care s fie universal aplicabili

    z sistemul de detecie trebuie s fie foarte sensibil deoarececoloanele de separare performante au capaciti de ncrcare mici, iar volumul de prob redus (5-20 l), impune detectori cu volume adecvate pentru sesizarea continu a picului cromatografic

    z tehnica derivatizarii se poate practica nainte de introducerea probein coloan, dar i dup ieirea componentelor separate din aceasta

    Detectori utilizai n HPLC

    75

  • Detectori spectrofotometrici n UV-VIS

    76

    z bazati pe tranzitiile electronice dintr-o molecula

    z disponibilitatea compuilor separai cromatografic de a absorbi lumina pedomeniul lungimilor de und ale detectorului, n timp ce eluentul trebuie sfie practic transparent pe acelai domeniu spectral

    z substanele organice, ce conin legturi duble (electroni ), respectiv au grefate funciuni organice cu electroni neparticipani, absorb lumina n UV-VIS

    z hidrocarburile olefinice i aromatice

    z derivaii tuturor hidrocarburilor cu diferite funciuni organice (=C=O, =C=S, -N-O, -N=N-, -NH2), enzime, acizi nucleici etc.

    z celula de detecie - spectrofotometru miniatural cu un volum de 1-10 l, respectiv un diametru interior de 1 mm la o lungime a celulei de 10 mm fiind insensibil la micile variaii de debit i temperatur

    z drumul optic variaz ntre 2 10 mm

    z pentru msurtori n UV fereastra trebuie s fie din quartz

  • 77Detector spectrofotometric specific sistemului HPLC.

    Lentil

    Celula de fluorescen

    Lampa UV

    Fotocelul

    Lumina fluorescentLumina UV

    Ieire

    Intrare

    Celula de fluorescen

    Lampa UV

    Fotocelul

    Lumina fluorescentLumina UV

    Ieire

    Intrare

    Celul prob

    Fotocelule

    Celul de referin

    Lampa

    Ferestre

    Ferestre

    Schema bloc a unui detector cu dou compartimente (stnga), i a unuia de fluorescen HPLC (dreapta).

    Detectori spectrofotometrici n UV-VIS

  • 78

    Ali detectori LC specifici

    78

    Ali detectori utilizai n LC i limite de detecie i pentru detectorii menionai.

    Detectori LC Limita de detectie*

    LOD(state of art) (daca volumul injectat este

    mai mic)

    Caracteristici

    Absorban 100 pg 1 ng 1 pg

    Fluorimetrici 1 10 pg 10 fg Sensibilitate 10- 10 M Este necesara uneori

    derivatizarea Indice de refracie 100 ng -1 g 10 ng Electrochimici 10 pg - 1 ng 100 fg

    Sensibilitate 10- 10 M Compusi oxidabili sau

    reductibili Spectrometria de masa (MS) 100 pg 1 ng 1 pg

    Coloane capilare, pulverizare

    FT-IR 1 g 100 ng Absorbiie IR

    Difuzia luminii 10 g 500 ng Adecvati pentru macromolecule Activitate optica 1 ng Pentru substante optic active

    Elemente selective 10 ng Doar pentru ioni sau compusi ionizabili Fotoionizare 1 pg 1ng

  • Standarde

    -1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    -500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000

    2-NP2,4-DNP4-NP3-NP2,5-DNPBlanc

    amestec nitrofenoli

    -10

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    -5 0 5 10 15 20 25

    Aplicatii ale tehnicii HPLC

    79

  • MediuFenoli in apele potabileIdentificarea difenhidraminei in probele de sedimenteBiomonitorizarea poluarii cu hidrocarburi aromatice policiclice in lacurile montane de la mare altitudineprin analiza fierii pestilorEstrogeni in apele de coastaToxicitatea tetraciclinei si a produsilor de degradare ai tetraciclinei asupra bacteriilorAtribuirea toxicitatii TNT asupra sedimentelorCriminalisticaCu un HPLC portabil la diferite petreceri identificarea si cuantificarea direct la locatie a drogurilorEcstasyIdentificarea steroizilor anabolici in ser, urina, transpiratie si parAnaliza criminalistica a colorantilor textiliDeterminarea cocainei si a metabolitilor in meconiuCuantificarea simultana a drogurilor psihoterapeutice in plasma umanaClinicCuantificarea DEET un urina umanaAnaliza antibioticelorExcretie urinara intensificata a aquaporin 2 la pacientii cu ciroza hepaticaDetectarea neuropeptidelor endogene in fluidele extracelulare din creierAlimente si aromatizantiAsigurarea consistentei si calitatii bauturilor racoritoareAnaliza dicetonelor vicinale in bereAnaliza zaharurilor in sucurile din fructeAnaliza hidrocsarburilor aromatice policiclice in legumele si fructele BrazilieneAnaliza urmelor de agenti chimici folositi in agriculturaStabilitatea aspratamului in prezenta glucozei si a vanilinei

    Aplicatii ale tehnicii HPLC

    80

  • 81

    Cromatografia ionica

    z faza staionar - rin polimeric interlegat (divinil benzen interlegat cu polistiren) cu grupri funcionale ionice ataate covalent

    Structuri ale stirenului, divinil-benzenului i un copolimer modificat de stiren-divinil-benzen pentru a fi folosit ca rin schimbtoare de ioni. Site-ul pentru schimb este de obicei n poziia para i nu este neaprat

    necesar s fie legat la toate unitile de stiren. R- poate fi SO3-H+, COO-H+, -NH3+OH- sau N(CH3)3+OH-.

    stiren divinil benzen

    Locaie pentru schimb ionic Interlegtur

  • 82

    z materiale solide - derivai ai unor polimeri reticulai (poroi), obinui prinlegarea de catenele hidrocarbonate, ramificate, ale unor grupe funcionale

    Schimbtorii de ioni ca faze stationare in cromatografia ionica

    Tip Grupare funcional Exemple Schimbtori cationici puternic acizi Acid sulfonic -SO3-

    -CH2CH2SO3- Schimbtori cationici slab acizi Acid carboxilic -COO-

    -CH2COO- Schimbtori anionici puternic bazici Amine cuaternare -CH2N(CH3)3+

    -CH2CH2N(CH2CH3)3+ Schimbtori anionici slab bazici Amine -NH3+

    -CH2CH2NH(CH2CH3)2+

    Tipuri de schimbtori de ioni.

  • 83

    z amestec de Na+ i K+ pe o coloana umplut cu un cationitz R-H + Na+ R-Na + H+z R-H + K+ R-K + H+

    z eluent prin coloana, (HCl diluat), ionii H+ din acid, fiind n concentraiemai mare, vor deplasa ionii fixai, prin echilibre ionice similare spre o poriune inferioar iar acetia se vor putea fixa din nou, puin mai jos, pealte centre de schimb din coloan

    z R-Na + H+ R-H + Na+z R-K + H+ R-H + K+

    z repetarea procesului migrarea ionilor prin coloanz afinitatea sporita a gruprilor funcionale tip -SO3- pentru K+ fa de

    Na+ migrarea diferentiata separarea ionilor

    Mecanisme de separare

  • 84

    Detectori conductometrici de supresie

    z detectorii conductometriciz sensibili la ioni anorganici sau organici inclusiv acizi organiciz specifici i suficient de sensibili (500 pg 1 ng)z sisteme caracterizate de sensibilitate ridicat, stabilitate, flexibilitate, acuratee

    i reproductibilitate, i de capacitate mare de a furniza date de ncredere

    z la ieirea din coloana cromatografic ionii nu pot fi detectai suficient de sensibil pecale conductometric n mod direct (concentraii coborte, coninui n eluentul format dintr-un electrolit cu o concentraie comparabil sau chiar mai mare)

    z autosupresorul transforma eluentul (un acid sau o baz tare) n ap

    z eluent acid (acidul clorhidric) coloana supresor umplut cu o rin schimbtoare de anioni cu formula general R-OH, caracterizat de capacitate de schimb mare

    z coloana de separare redat ca RHz coloana de supresie redata ca ROH

    z eluentul care conine acid clorhidric diluat de exemplu, la ieirea din coloana de separare va ptrunde n coloana supresor unde se va petrece reacia:

    z R-OH + (H+ + Cl-) R-Cl + H2O

    z srurile speciilor ionice de interes se transform n hidroxizii corespunztori:z R-OH + (Na+ + Cl-) R-Cl + (Na+ + OH-)z R-OH + (K+ + Cl-) R-Cl + (K+ + OH-)

  • 85

    Supresorul electrochimic

    z procesul de schimb ionic n cromatografele moderne este acceleratprin electrodializ (s-a mrit viteza procesului i s-a micorat volumulmort; a crescut durata de funcionare a detectorului)

    z trsturi care furnizeaz stabilitatea liniei de baz (se elimin influenacurentului indus de temperatur care este ntlnit la alte tipuri de detectoare)

    z celula detectorului este localizat ntr-o incint special de reglare a temperaturii, care are rolul de a izola celula detectoruluide fluctuaiile externe de temperatur

    z un schimbtor de cldur unic, nclzete faza mobil i probanainte ca acestea s ajung n celula detectorului

  • 86

    Supresorul electrochimicz sistemul de supresie cu autoregenerare, nlocuiete ionii de sodiu, Na+, (i ali cationi)

    din eluent i i transport odat cu ionii hidroniu (H+ sau H3O+) din apa folosit ca regenerant

    z ionii hidroniu se combin cu ionii hidroxid (OH-) rezultai din eluent i formeaz apa, care are o conductivitatea mult mai mic dect a hidroxidului de sodiu folosit ca eluent

    z conductivitatea analitului este intensificat deoarece anionii analitului se asociaz cu ionii hidroniu care sunt mult mai conductivi

    Reziduuri

    H2O

    HF, HCl, H2SO4, n H2O

    NaF, NaCl, Na2SO4, n H2O

    Coloana analitic

    Sistem de supresie cu regenerare

    Eluent (NaOH) Prob (F-, Cl-, SO42-

    F-

    Cl- SO4

    2- S

    Separare prin supresie

    F-Cl-

    SO42-

    Separare fr supresie

    Tim

    S

    T

    Ionii interfereni

    Reprezentarea schematic a procesului de mbuntirea a raportului semnal-zgomot

  • 87

    Supresorul electrochimic

    Analit Na+OH- eluent

    Anod -+

    Membran schimbtoare de cationi

    Membran schimbtoare de cationi

    H2O H2O

    Analit i H2O

    H2O H2O

    H+ + OH-=H2O

    H2O i O2

    H+ + O2

    H+ Na+

    OH-

    Spre detector

    H2 + OH-

    Na+OH- i H2

    Reziduuri Reziduuri Catod

    Analit Na+OH- eluent Anod

    Catod

    - +

    Membran schimbtoare de anioni

    Membran schimbtoare de anioni

    H2O H2O

    Analit i H2O

    H2O H2O

    MSA-

    H+MSA-i O2

    H+ + O2

    H+

    OH-

    Spre detector

    H2 + OH-

    H2O i H2

    Reziduuri Reziduuri

    H+ + OH-=H2O

    MSA-H+

    Autosupresia ntr-un sistem de supresie cu auto-regenerare anionic.

    Autosupresia ntr-un sistem de supresie cu auto-regenerare cationic.

  • IC-Dionex-3000

    88

    Imagine de ansamblu

    Sectiune pompa

    Sectiune corpcoloana/detector/supresor

  • Solut 1Solut 1

    Solut 2Solut 2

    Faza staFaza staionarionar

    Faza mobilFaza mobil

    IC-Dionex-3000/identificarea i cuantificarea speciilor ionice F-, Cl-, Br-, NO3-, NO2-, SO42-, PO43-, HCOO-, C2O42-, CH3-COO-, Li+, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+

    89

    moleculele cu sarcina mare sunt mai puternic retinute de faza stationara, se deplaseaza mai incet princoloana si se elueaza maitarziumoleculele cu sarcina mediese chilibreaza intre fazastationara si faza mobila multmai usormoleculele cu sarcina mica sunt mai slab retinute de fazastationara, se deplaseaza mairapid prin coloana si se elueaza mai repede

  • z faza mobilaz anioni: 4,5 mM Na2CO3 i 1,4 mM NaHCO3z cationi: 6 mM acid metansulfonic (CH3SO3H)

    z standarde primare (exemplu):z 7 anioni: F-, Cl-, Br-, NO3-, NO2-, SO42-, PO43-

    z 6 cationi: Li+, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+

    z alte materialez ap ultra pur: 18,2 M.cm rezistivitatez ion cromatograf DIONEX ICS-3000

    IC-Dionex-3000/identificarea i cuantificarea speciilor ionice F-, Cl-, Br-, NO3-, NO2-, SO42-, PO43-, HCOO-, C2O42-, CH3-COO-, Li+, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+

    90

  • IC-Dionex-3000/identificarea i cuantificarea speciilor ionice F-, Cl-, Br-, NO3-, NO2-, SO42-, PO43-, HCOO-, C2O42-, CH3-COO-, Li+, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+

    91

    Exemple de cromatograme la analiza cationilor/anionilor

    - anioni

    - cationi

  • IC-Dionex-3000/identificarea i cuantificarea speciilor ionice F-, Cl-, Br-, NO3-, NO2-, SO42-, PO43-, HCOO-, C2O42-, CH3-COO-, Li+, Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+

    92

    Cromatograma cu efect de deformare

    Cromatograma cu vizualizareapicurilor unor analiti in concentratii mici/sensibilitatescazuta a instrumentului

  • 93

    Cromatografia de gaze/Aspecte generale

    z faza mobil nu interacioneaz cu moleculele analitului i funcia sa estedoar aceea de a transporta analitul prin coloan

    z se ntlnescz cromatografie gaz-solid (gas-solid chromatography GSC)z cromatografie gaz-lichid (gas-liquid chromatography GLC)

    z istoricz conceptul a fost enunat pentru prima dat n 1941 de ctre Martin i Syngez in 1955 a aprut primul aparat comercial i de atunci utilizarea acestei tehnici

    a luat o amploare remarcabilz teoria GC capilara (1957) dezvoltata de Golayz instrumente GC capilare (1977)z coloane capilare din silice topita (1979)

    z GSC este de folos pentru separarea speciilor care nu sunt reinute de coloanele gaz-lichid, precum componenii din aer, H2S, S2, NOx, CO, CO2 igazele rare

    z se poate efectua att pe coloane umplute ct i coloane tubulare deschisez coloanele sunt denumite uneori coloane tubulare deschise cu strat poros

    (porous layer open tubular column, PLOT column)

  • Comparatie: GC & HPLC

    HPLC

    z probe ne-volatile

    z compusi termic instabili

    z macromolecule

    z probe anorganice si probe ionice

    z interfata mult mai complexa la un spectrometru de masa

    Cromatografia de gaze/Aspecte generale

    GC

    z probe volatile & termic stabile

    z analiza rapida

    z rezolutie buna

    z interfata simpla la un spectrometrude masa

    94

  • 95

    z compuii amestecului supus separrii pot fi att lichide ct i solide volatilez substanele de analizat se introduc n coloana de separare, la o

    temperatur superioar celei de volatilizare, prin intermediul unui dispozitivde introducere a probei

    Coloan

    SeptumBloc injector Blocul detector

    Faza mobil

    Debit-metruControl debit

    Regulator presiune

    Cuptor

    Schema de principiu a unui cromatograf de gaze

    Instrumentaia cromatografiei de gaze

  • Gazul purtator in cromatografia de gaze

    z Inert

    z Heliu

    z Alegerea dictata de tipul detectorului, cost si disponibilitate

    z Presiunea controlata pentru valoare constanta a presiunii la intrarea in

    sistem

    z Debit constant asigurat printr-un sistem de control al debitului

    z Gaze de puritate cromatografica (puritate foarte ridicata)

    96

  • z introducerea probei se realizeaz cu seringi micrometricez la probele lichide volumele se situeaz n domeniul 0,1 - 10 L, n timp

    ce pentru gaze se folosesc seringi ~0,5 mL, sau ventile pentruintroducerea probei

    z sistemele de injecie sunt pstrate de obicei la temperaturi care sunt cu 50 oC mai mari dect punctele de fierbere pentru compuiicei mai puin volatili

    z dispozitivele pentru injecie au totodat i rolul volatilizrii probei ncurentul de gaz purttor ct mai aproape de intrarea n coloana

    97

    Sisteme de injecie

  • 98

    Punct de split

    Purjare septum

    Etanare intern

    Coloan

    Septum

    Gaz purttorVentil split

    Liner de sticl

    z dispozitive split/splitless cu ajutorul crora doar o fraciune din prob (1/20 - 1/500) intr n coloaniar restul este evacuat

    z cea mai utilizata metoda de injectiein coloane capilare

    z adeseori cea mai neinteleasametoda

    z acelasi sistem de injectie folosit in ambele tehnici

    z controlul electronic printr-o valvasolenoida modifica debitul gazuluipentru a determina functia de injectie

    98

    Sisteme de injecie

    Diagrama schematic a unui injector split/splitless.

  • Injectia split/splitless

    Split

    z Mecanism prin care doar o portiune din solutia injectata estedescarcata in coloana (1/1000 -1/20 din proba)

    z Utilizata pentru probe concentrate (>0.1%)

    z Poate fi realizata izoterm

    z Viteza mare de injectie

    z Contaminarea injectorului si a septumului nu sunt notificabile

    Splitless

    z Cea mai mare parte a probeitransferata catre coloana (85-100%)

    z Utilizata pentru probe diluate(

  • Alte tipuri de injectii

    Injectie direct in coloanaz Toata proba este

    transferata in coloanaz Acul seringii introdus

    direct in coloanaz Potrivit pentru

    z Analiza urmelorz Compusi termic

    instabili (pesticide, droguri)

    z Domeniu larg al punctelor de fierbere

    z Masa molecularamare

    Injectia de volume mariz Pentru modificarea sensibilitatii in

    aplicatiile de mediu.z Utilizeaza seringi de 100L: Injectii de

    pana la 70 Lz Injectii cu viteze mici (temperatura

    injectorului cu cateva grade sub punctulde fierbere al solventului, debit la 150 mls/ min, optiune de split deschis)

    z Concentrarea analituluiz Split inchisz Rampa rapida de temperatura la

    inceputul coloanei +20Cz Programarea coloanei functie de

    necesitati

    100

  • Sisteme de injeciez Introducerea probelor gazoase cilindri de un

    anumit volum (prevazuti cu robinete)

    z introducerea probelor lichide cea mai comuna metoda este utilizarea unei microseringi

    z metoda headspace care se refera la determinareasubstanelor organice volatile din faza gazoasa, care se afla in echilibru cu cele din faza lichida sau solida

    z Tehnici de introducere a probei prin desorbie termica: desorbia termica a compuilor volatili reinui pe materiale cu proprietati de adsorbtie (C18/Tenax, glass beads, etc.).

    101

  • Materiale utilizate in realizarea coloanelor

    z metal (1957)

    z sticla (1959)

    z silice topita (1979)

    z aluminiu placat (1984)

    z materiale inerte (1990)

    Alte caracteristici

    z alegerea fazei stationare determina selectivitatea

    z sute de faze disponibile

    z multe faze dau separare similara

    z aceleasi faze pot avea nume diferite

    z alegerea fazei stationare pentru coloanele capilare mult mai simpla

    z asemanator dizolva asemanator

    z fazele polare se utilizeaza pentru compusi polari

    z fazele nepolare se utilizeaza pentru compusi nepolari

    Coloane si faze stationare

    102

  • Caracteristicile coloanelor capilare

    Caracteristici

    z lungime (10 m 50 m)

    z diametru intern (0,1 mm 0,53 mm)

    z faza stationara lichida

    z grosimea filmului (0,1 m 5 m) z polaritate (nepolar - polar)

    103

  • Criterii de alegere a coloanelor capilare

    z diametrul internz diametru intern mic

    z rezolutie buna pentru picurile care se elueaza rapid

    z timpi mari de analizaz domeniu dinamic limitat

    z diametru intern marez rezolutie scazuta pentru picurile

    care se elueaza rapidz timpi scurti de analizaz rezolutie satisfacatoare pentru

    amestecuri complexez domeniu dinamic bun

    z grosimea filmuluiz cantitatea de faza stationara de

    acoperirez afecteaza retentia si capacitateaz filmele groase cresc retentia si

    capacitateaz filmele subtiri utilizate pentru composi

    cu puncte de fierbere ridicatez coloane capilare standard tipice de

    0,25 mz 0,53 mm ID (megabore)

    104

    z grosimea filmuluiz cantitatea de faza stationara de

    acoperirez afecteaza retentia si capacitateaz filmele groase cresc retentia si

    capacitateaz filmele subtiri utilizate pentru composi cu

    puncte de fierbere ridicatez coloane capilare standard tipice de 0,25 mz 0,53 mm ID (megabore)

    z lungimez in analiza izoterma

    z retentia dependenta de lungimez dublarea lungimii coloanei dubleaza

    timpii de retentiez rezolutia este o functie de radacina

    patrata a lungimii coloaneiz se castiga 41% imbunatatire a

    rezolutieiz in analiza cu temperatura programata

    z retentia mult mai puternicdependenta de temperatura

    z creste timpul de analizaz conditiile de operare trebuiesc

    optimizatez faza

  • z Pierderi intervin la coloanele cu film gros

    z Coloanele polare au pierderi mai mari

    z Pierderile sunt excesive atunci cand coloanele sunt distruse saudegradatez De evitat acizii si bazele puternicez De utilizat in domeniul de temperatura indicatz De evitat scapari (lipsa de etansietate)

    Pierderile din coloana

    105

  • Cantitatea maxima care poate fi injectata fara o deformare/distorsionare semnificativa a picurilor

    z Capacitatea coloanelor creste cu:z grosimea filmuluiz temperaturaz diametru internz Selectifitatea fazei stationare

    z Daca se depaseste, rezulta:z efect de largire a benzilorz asimetrie

    Capacitatea coloanelor

    106

  • Coloane folosite in gaz cromatografie

    COLOANE

    UMPLUTE CAPILARE

    FSOT-fused silicaopen tubular

    WCOT-wall coatedopen tubular

    SCOT-support coatedopen tubular

    PLOT porous layeropen tubular

    z Coloanele tip wide bore, 530 mm, nu sunt coloane capilare in adevaratul sensal cuvantului si permit folosirea unor debite ale gazului purttor de pana la 15 mL min-1. Au performante superioare coloanelor cu umplutura

    z Coloanele capilare presupun folosirea unor debite de cel mult 1,5 mL min-1107

  • Sectiuni prin coloane

    Coloane capilareLungime: 10 m la 100 mDiametre: 180 m, 250 m, 320 m & 530 mDebite:

    1,0 mL/min la 250 m1,5 mL/min la 320 m2,0 mL/min la 530 m

    108

    Coloane cu umplutura

    Lungime: < 2 m

    Diametre: 1/8 &

    SCOTSupport Coated

    Open Tube

    PLOTPorous LayerOpen Tube

    WCOTWall CoatedOpen Tube

    polyimide coating

    stationaryphase

    fused silicacapillary

    acoperite cu poliimida

    capilara dinsilice topita

    fazastationara

  • Faze stationare

    Fazele stationare sunt de mai multe feluri:z polare (polietilenglicol)z nepolare (cauciucuri siliconice)z intermediarez cu punti de hidrogenz specifice (separarea amestecurilor racemice)

    X=0; nepolarX=0,65; intermediar

    X=0,1; polarX=0; polar

    polar

    nepolar polar

    109

  • Faze stationare

    Faza staionar Nume Temperatura maxim, oC

    Aplicaii

    Polidimetil siloxan OV-1, SE-30 350 Faz nepolar; hidrocarburi, medicamente aromatice polinucleare, steroizi, PCBs

    Poli(fenilmetildimetil)siloxan (10% fenil)

    OV-3, SE-52 350 Esteri metilici ai acizilor grai, alcaloizi, medicamente, compui halogenai

    Poli(fenilmetil)siloxan (50% fenil)

    OV-17 250 Medicamente, steroizi, pesticide, glicoli

    Poli(trifluoro[propildimetil)siloxan

    OV-210 200 Aromate clorurrate, nitroaromate, benzeni alchil-substituii

    Polietilen glicol Carbowax 20 M 250 Acizi liberi, alcooli, eteri, uleiuri eseniale, glicoli

    Poli(dicianoalildimetil)siloxan

    OV-275 240 Acizi grai polinesaturai, acizi liberi, alcooli

    110110

    Faze staionare folosite n GC: siliconice nepolare, intermediare i polare i polietilenglicolice polare.

    SiR

    R

    R

    O Si

    R

    R

    O Si

    R

    Rn

  • 111

    z sesizeaza n mod continuu, rapid i cu o mare sensibilitate, componentele din probasupus analizei

    z un detector ideal pentru gaz cromatografie are:z sensibilitatea adecvat

    z stabilitate i reproductibilitate

    z rspuns liniar la analii care variaz ntr-un domeniu larg de concentraii

    z temperaturi de la valori normale la 400 oC

    z timp de rspuns rapid independent de debit

    z rspuns selectiv n raport cu o clas de compui

    z nedestructiv n raport cu proba

    z zgomotul de fond apare datorit sensibilitii metodei ce lucreaz la limita undeinterfer zgomotul electronic cu cel dat de detector; const n perturbaii minuscule ale liniei de baz avnd cauze multiple

    z driftul este devierea liniei de baz ntr-un timp dat (1h) exprimat n unitile de msur uzuale ale semnalului nregistrat (mV, mA etc)

    z domeniul dinamic liniar al detectorului - domeniul n care semnalul variaz liniarcu concentraia (sau cu debitul masei de component) ce trece prin detector

    Detectorii gaz cromatografici

  • 112

    Detectorii gaz cromatografici

    Detector Selectivitate Sensibilitate (gmL-1)

    Domeniul liniar

    FID (flame ionization detector) cu ionizare n flacra

    Compui organici ce ard n flacr H2/aer

    10-12 107

    ECD (electron capture detector) cu captura de electroni

    Compui cu grupe funcionale electronegative (X) 10

    -14 104

    TCD (termal conductivity detetcor) catarometrul Detector universal 10

    -7 104

    NPD (nitrogen and phosphorus detector)

    cu emisie termo-ionic

    Detector specific compuilor cu atomi de N sau P 10

    -14 105

    FPD (flame photometric detector) flamfotometrici

    Compui cu potenial de ionizare mare 10

    -11 104

    PID (photoionization detector) bazati pe fotoionizare

    Compui ionizabili cu radiaie UV (hidrocarburi aromatice) 10

    -12 105

    MS - spectrometru de mas Detector universal 10

    -14 105

    Limite de detectie i domeniul dinamic pentru principalii detectori utilizai n GC.

  • z detectori preferaiz detectorul bazat pe conductibilitate termic (TCD)z detectorul cu ionizare n flacr (FID), neselectiv, sensibil la compuii

    organici C-Hz detectorul cu fotoionizare (PID), selectiv la compui aromatici i

    nesaturaiz detectorul cu captura de electroni (ECD) sau de conductivitate

    electrolitic (ELCD), sensibili la compuii clorurai i oxigenaiz detectorul azot-fosfor (NPD), selectiv fa de compuii cu coninut de N

    i Pz detectorul flam-fotometric (FPD), selectiv pentru compuii ce conin S

    i Pz spectrometrul de mas, universal.

    z efectul asupra probei poate fi destructiv sau nedestructivz FID este un detector destructivz TCD este nedestructiv iar proba separat poate fi izolat

    113

    Detectorii gaz cromatografici

  • z sensibil la compuii cu carbonz modificarea conductibilitii electrice a gazelor n prezena unor particule ncrcatez ionizarea moleculelor probei este intensificat de prezena unei flcri de hidrogen (2000

    2200 oC), care arde ntr-o incinta aflata n aerz moleculele covalente simple: N2, O2, CO, CO2, H2O, CS2, NH3, CCl4, SiCl4, NOx, He i alte

    gaze rare, nu pot servi unei analize chimice prin aceast metod, prezentnd cele maislabe semnale

    z detectorul nu este sensibil la gaze necombustibile precum SO2, CO2, H2O i NOx.z gruprile funcionale precum carbonilii, alcoolii, halogenii i aminele formeaz foarte

    puini, sau chiar deloc, ioni n flacrz detector cu efect destructiv asupra probeiz rspunsul depinde de numrul de molecule ionizate ce apar n flacarz cele mai stabile rezultate se obin pentru alcani iar semnalul scade n general cu creterea

    numrului de heteroatomi din moleculz deoarece detectorul FID rspunde la numrul de atomi de C care intr n detector pe

    unitatea de timp acesta este un detector sensibil la mas i nu un sistem sensibil la concentraie (calculul se poate face n baza numrului de atomi de C din molecul).

    z are o sensibilitate ridicat (~10-13 g/s), domeniu liniar de rspuns mare (~107) i zgomotsczut

    z este robust i uor de folosit114

    Coloan

    Gaz purttor

    Surs tensiune

    Colector

    Aer

    H2

    Detectorul de ionizare n flacara (FID)

  • 115

    Detectorul cu captur de electroni (ECD)

    z n detector, gazul purttor (N2) este ionizat de ctre o sursa - radioactiv (civa mCi furnizai de o surs coninnd 63Ni sau tritiu adsorbii pe o folie de platin sau titan), i trece printre doielectrozi, ntre care se asigur o cdere de tensiune de 100V

    z in lipsa oricrei molecule organice n gazul purttor exist un curent de baz redus datoratazotului molecular (N2) molecule ionizate negativ

    z la apariia n detector a unei molecule organice M, care conine elemente electronegative (Cl, F) -cu afinitate pentru electroni, aceasta va capta parte dintre electronii radiaiei -, diminundcurentul de recombinare a ionilor de semne contrare prin aceast ecranare:

    z N2 = N2+ + e- Curent de fondz M + e- = M-

    z M- + N2+ = M + N2 Ecranarea curentului de fond din ultimile dou reaciiz detectorul este unul selectiv, adecvat pentru detecia compuilor halogenai (pesticide)z nu este sensibil la grupri aminice, alcooli i hidrocarburiz nu afecteaz proba ca detectorul FID (efect nondestructiv)z dezavantaj: domeniul de rspuns liniar este limitat la aproximativ dou ordine de mrime

    Electrod +

    Electrod -

    Ieire gaz purttor

    Intrare gaz purttor

    Emitor Principiul detectorului cu captura de

    electroni (ECD).

  • Elutie cu un gaz inert

    Coloana in cuptor la aproximativ 300 oC. Substantele trebuie sa aiba capacitatea savaporizeze si sa nu se descompuna

    Un amestec este injectat in coloana cromatografica

    Proba se injecteaza ca gaz sau lichid

    O componenta solida poate fi dizolvata intr-un solvent dar picul solventului va fi de asemeni observat

    detector FID

    Faza mobila gazoasa

    Injectarea probei

    Extrem de sensibil

    Cromatografia gaz-lichid/coloane capilare/overview

    116

  • 117

    Cromatografia gaz-lichid/coloane capilare/overview

    Instrumente pentru analiza

    Echipamente pentru etapele preparative

  • Cromatograma reala pentru fractiuni petrolieresuperioare

    118

  • z1

    2

    4

    6

    3

    5

    7

    8

    10

    9

    11

    12

    13

    14

    15

    16 17 18

    1. -HCH2. -HCH3. -HCH4. Heptachlor5. -HCH6. Aldrin7. Heptachlor epoxide8. Endosulfan I9. 4,4-DDE

    10. Dieldrin11. Endrin12. 4,4-DDD13. Endosulfan II14. 4,4-DDT15. Endrin aldehyde16. Endosulfan sulfate17. Methoxychlor18. Endrin ketone

    Cromatograma obtinuta la analiza pesticidelorhalogenate din apa

    2 ppb in Water2 ppb in Water 119

    DDT

  • Analiza calitativa - identificarea componenilor de interes s-a realizat utiliznd amestec de 55 hidrocarburi non-metanice C2-C9 (22964-RESTEK, Spectra Gases).

    Analiza cantitativa standard de calibrare cu etan, etena, propan, n-butan.

    F

    I

    D

    S

    i

    g

    n

    a

    l

    Retention time (min)

    E

    t

    h

    a

    n

    e

    n

    -

    B

    u

    t

    a

    n

    e

    P

    r

    o

    p

    a

    n

    e

    E

    t

    h

    e

    n

    e

    P

    r

    o

    p

    e

    n

    e

    A

    c

    e

    t

    y

    l

    e

    n

    e

    t

    -

    B

    u

    t

    a

    n

    e

    1

    -

    B

    u

    t

    e

    n

    e

    c

    i

    s

    -

    2

    -

    B

    u

    t

    e

    n

    e

    C

    y

    c

    l

    o

    -

    P

    e

    n

    t

    a

    n

    e

    n

    -

    P

    e

    n

    t

    a

    n

    e

    1

    ,

    3

    -

    B

    u

    t

    a

    d

    i

    e

    n

    e

    t

    -

    2

    -

    P

    e

    n

    t

    e

    n

    e

    2

    -

    M

    e

    t

    h

    y

    l

    -

    2

    -

    B

    u

    t

    e

    n

    e

    1

    -

    P

    e

    n

    t

    e

    n

    e

    2

    -

    M

    e

    t

    h

    y

    l

    -

    1

    -

    B

    u

    t

    e

    n

    e

    n

    -

    H

    e

    x

    a

    n

    e

    n

    -

    H

    e

    x

    a

    n

    e

    2

    -

    M

    e

    t

    h

    y

    l

    -

    P

    e

    n

    t

    a

    n

    e

    M

    e

    t

    h

    y

    l

    -

    C

    y

    c

    l

    o

    p

    e

    n

    t

    a

    n

    e

    2,2,-Dimethyl-Butane2,3-Dimethyl-Butane Cyclohexane

    i

    s

    o

    -

    B

    u

    t

    e

    n

    e

    i

    s

    o

    -

    P

    e

    n

    t

    a

    n

    e

    c

    i

    s

    -

    2

    -

    P

    e

    n

    t

    e

    n

    e

    3

    -

    M

    e

    t

    h

    y

    l

    -

    P

    e

    n

    t

    a

    n

    e

    i

    s

    o

    -

    B

    u

    t

    a

    n

    e

    I

    s

    o

    p

    r

    e

    n

    e

    Benzene Toluene

    Cromatograma FID a unei probe reale de aer

    120

  • Cromatograme reale in laborator analize off-line

    Timp (min)

    I

    n

    t

    e

    n

    s

    i

    t

    a

    t

    e

    r

    e

    l

    a

    t

    i

    v

    Fr O3

    Cu 100 ppb O3

    Cu 100 ppb O3 i trap de O3

    n

    -

    p

    e

    n

    t

    a

    n

    i

    z

    o

    p

    r

    e

    n

    2

    ,

    2

    -

    d

    i

    m

    e

    t

    i

    l

    b

    u

    t

    a

    n

    m

    e

    t

    a

    c

    r

    o

    l

    e

    i

    n

    a

    m

    e

    t

    i

    l

    v

    i

    n

    i

    l

    c

    e

    t

    o

    n

    a

    b

    e

    n

    z

    e

    n

    m

    -

    x

    i

    l

    e

    n

    -

    p

    i

    n

    e

    n

    121