Detektorok Feladatuk a kolonnából kilépő vívőgázáramban megjelenő komponensek folyamatos, gyors és érzékeny észlelése, az anyagmennyiséggel, vagy a koncentrációval arányos jel szolgáltatása. Többféle, vagy egyszerre több detektor is alkalmazható! Szabályozott fűtés 400C-ig.
Detektorok jellemzése Válaszjel
1, Linearitási tartomány
Dinamikus tartomány
Lineáris tartomány
Mennyiség vagy koncentráció
2, Érzékenység
Kalibrációs görbe meredeksége =
d (válaszjel) d (koncentráció) Közhasználatban a mérhető legkisebb koncentrációt is jelentheti! Kimutatási határ (limit of detection = LOD) A kimutatási határ a mért alkotónak az a legkisebb mennyisége, amely az adott módszerrel megbízhatóan megkülönböztethető a vak mintától. Megállapodás szerint, egy adott komponens: J LOD = J vak + 3 s vak J = válaszjel S vak = vakminta válaszjelének tapasztalati szórása
Gyakorlatban
alapvonal zaj
Kimutatási határ- LOD > 3×zaj
alapvonal emelkedés
3, Szelektivítás
Szelektivitás ill. specifikusság alatt értjük az adott detektor kiemelkedő érzékenységét a vegyületek bizonyos csoportjára. Specifikus detektorok azok, amelyek elemekre, elemek bizonyos csoportjára, funkciós csoportokra, vagy egyéb tulajdonságokra szelektíven adnak értékelhető jelet. Mátrix hatás csökkentése! Univerzális detektorok azok, amelyek minden, az oszlopról eluálódó komponensre értékelhető jelet szolgáltatnak. Ilyen a tömegspektrométer (MS Mass Spectormeter).
Lángionizációs detektor FLAME IONIZATION DETECTOR, (FID)
Kollektor elektród (+) anód
Mikroégő – jet (-) katód
2.
A lángionizációs detektor egy kisméretű H2/levegő gáz-eleggyel táplált láng, amely fölé elektródpárt kapcsolnak. Az égés során a lángba bejutó szerves anyag először termikusan bomlik (pirolízis), utána oxidálódik, majd ionizálódik, mely lépésben a molekulák C atomszámával arányos számú e- keletkezik. Pirolízis: CnHm → n CH. + (m-n) H. Oxidáció: n CH. + n O. → n CHO.
3.
Ionizáció: n CHO. → n CHO+ + n e-
1.
Az ionok és e- képződése → gyenge áram, mely erősítés után mérhető és a komponens koncentrációjával (C atomszámával) arányos jelet szolgáltat. Érzékeny – 10-12 g/anyag Széles linearitási tartomány: 107
Kapilláris oszlopok esetén make-up gázt kell keverni a vivőgázhoz, hogy nagyobb jelet kapjunk és stabilizáljuk a lángot, ez általában N2. Ideális esetben - hidrogén:(vivőgáz+make-up gáz) = 1:1 Nagyon széleskörben alkalmazott detektor. Majdnem univerzális, kivételek: Formaldehid, hangyasav, N2, O2, nemesgá-zok, CO, CO2, SO2, SO3, H2S, NO, NO2, NH3, HX és H2O. Tipikus áramlási sebességek Vívőgáz Makeup gáz Hidrogén gáz Levegő
1 mL/perc 30 mL/perc 30 mL/perc 300 mL/perc
Elektronbefogási detektor ELECTRON CAPTURE DETECTOR (ECD)
Specifikus ionszelektiv detektor, mely a halogéntartalmú (F, Cl, Br) növényvédő- és rovarirtószer maradványok meghatározásában nélkülözhetetlen. Negatív pólus: 63 Ni természetes β-sugárzó izotópot tartalmazó fólia az elektródba építve = sugárforrás. Pozítiv pólus: kollektor elektród, melynek irányába haladnak az e- -ok. Az így létrejött polarizációs feszültség csak néhány volt (1-10V) → 10-12 A állandó alapionáramot hoz létre.
Ha nagy elektronegativitású elemeket (F, Cl, Br, ,O) tartalmazó molekulák jutnak a detektorba → abszorbeálják az e- -okat → alapionáram csökken, mivel nagy tömegű és kis mozgékonyságú anionok képződnek. Leggyakrabban nitrogén vivőgázzal használják.
Lehetővé teszi a halogéntartalmú gázkromatográfiásan vizsgálható vegyületek mérését 10-12-10-15 g-ig. A detektor szénhidrogénekre gyakorlatilag érzéketlen, nagy elektronvonzó-képességű csoportot (pl. -NO2, konjugált rendszerek) tartalmazó vegyületek specifikus mérésére alkalmas. Linearitási tartománya 3-4 nagyságrend fluor és klór tartalmú vegyületekre. Make-up gáz használata szükséges, hogy gyorsabban kiürüljön a detektor tér (N2,Ar+CH4). Halogénmentes oldószerek használata kötelező!
Minőségi azonosítás
Lgt’R
Minőségi azonosításra a retenciós időt, illetve a relatív retenciós időt használjuk. Kováts-féle retenciós index – szerves vegyületek homológ sorain belül az egyes alkotók redukált retenciós idejének a logaritmusa a C atomszám lineáris függvénye. I = 100n.
n-alkánok homológ sora
lg t’R
lg t 'Rx lg t 'Rn Ix 100 100n lg t 'Rn 1 lg t 'Rn
lg t’R n+1 lg t’Rx lg t’Rn
C’ C
lg t 'Rn 1 lg t 'Rn
A B
700
Ix
B’
800
lg t 'Rx lg t 'Rn
I
A Kováts féle retenciós index adott vegyületre, adott állófázison, izoterm körülmények között független az oszlop méreteitől, a nyomáseséstől és az áramlási sebességtől. Apoláris állófázison mért retenciós index egyenes arányban van a forrásponttal, tehát a vegyület forráspontja közelítőleg meghatározható. Poláris alkotók indexének hőmérsékletfüggése nem mindig lineáris. Hasonló szerkezetű vegyületeknél azonos helyettesítések a retenciós indexet azonos mértékben változtatják meg.
DB-5 OV-17 CM-20
1094 1096 1100 1100 1100 1104 1105 1107
1085 1086 1100 1197 1202 1195 1246 1347
1442 1345 1100 1444 1537 1385 1767 2205
< TARGET="display">
COMPOUND
pentyl butanoate Z-3-nonenal undecane Z,Z-2,6-nonadienal linalool nonanal 2-acetyl-2-thiazoline sotolon
AROMA
banana cucumber alkane fatty lemon soapy roasty curry
Mennyiségi elemzés 1.
Kalibrációs módszer - külső standard módszer Különböző ismert koncentrációjú oldat kromatográfiás csúcs alatti területét mérjük, majd ezek felhasználásával kalibrációs egyenest készítünk, melynek iránytangense az érzékenység. Ismeretlen minta koncentrációja az általa szolgáltatott terület / az érzékenység:
Ai ci ai
Kalibrációs egyenes képlete
Ai ai bi wi
Ai: az i-edik komponens csúcsterülete, wi az i-edik komponens mennyisége
2.
Belső standard módszer
Egy ún. belső standardot - mindig azonos mennyiségben hozzáadunk, mind a kalibráló oldatokhoz, mind a mintákhoz. A relatív érzékenység (fi) használatán alapszik.
ai Ai cs fi as As ci
Előnye, hogy kiküszöböli a térfogatos mintabevitelből adódó hibát (a minta komponenseinek teljes és pillanatszerű elpárologtatásának hiánya). Kalibrációs egyenes képlete Ai = ai + bi wi AS As a belső-standard csúcsterülete az aktuális kromatogramban, wi az i-edik komponens mennyisége a belső standard mennyiségével osztva.
GC Calibration Curve for Cocaine with Internal Standard Cocaine Standard mg/mL 1 2,50 2 5,00 3 10,00 4 25,00
Int. Std. mg/mL 5,00 5,00 5,00 5,00
cx/cis 0,500 1,000 2,000 5,000
Ax 120 241 480 1198
Aix 600 601 600 600
Ax/Ais 0,200 0,401 0,800 1,997
Cocaine with Interal Standard 1.0 microliter injections 2,500 y = 0,3991x + 0,0013
Ax/Ais
2,000 1,500
1,000 0,500 0,000 0,000
1,000
2,000
3,000 cx/cis
4,000
5,000
6,000
Alkalmazhatóságának feltételei
A mintában biztosan ne forduljon elő. Kémia és fizikai tulajdonságai hasonlóak legyenek a meghatározandó komponensekéihez. A minta egyik komponensével se lépjen fel együttes elúció (koelúció).
Származékképzési reakciók
Célja: a mérendő komponens átalakítása valamilyen speciális kémiai reakcióval, annak érdekében, hogy a keletkezett termék könnyen gázkromatografálható legyen. Illékonyság és termikus stabilitás növelése. H-hídképzés csökkentése → csúcsalak javítása Átalakítandó funkciós csoportok: - OH, - COOH, -NH2, - SH, stb. LOD értékek csökkentése – ECD detektornál : halogéntartalmú származékképzés
Származékképzés hatása
Legfőbb típusaik 1)
2) 3)
Szililezés Alkilezés Acilezés
1, SZILILEZÉS Aktív hidrogén lecserélése általában trimetil-szilil csoportra. Általánosan: R-YH + R3Si
R-Y-SiR3 + HX
Reakció hatásfoka a szililezőszer erősségétől és a kémiai reakcióban résztvevő funkciós csoport minőségétől függ.
Szililezhetőségi sorrend: Alkoholok > Fenolok > Karbonsavak > Aminok > Amidok > Tiolok Sztérikus hatások: Primer alkoholok > szekunder alkoholok > tercier alkoholok Reakció feltételei: 1) A reagenst feleslegben alkalmazzuk. 2) 100 %-osnak kell lennie az átalakulásnak. 3) Reakció körülmények optimálása (60-80 0C, 10 – 120 perc, katalizátor). 4) Lehetőleg egyfajta származék keletkezzen (több funkciós csoport esetén), több csúcs keletkezése probléma!
Leggyakrabban alkalmazott szililezőszerek reaktivítási sorrendben Me 3Si
CF3
H3C
N
N N
SiMe3
O
SiMe3
N
SiMe 3
O
SiMe 3
O F3C
N
SiMe3
CH3
N-trimetilszilil-imidazol
TMSI
N,O-bisz-trimetilszililtrifluor-acetamid
BSTFA
N,O-bisz-trimetilszililacetamid
BSA
N-metil-N-trimetilszililtrifluor-acetamid
MSTFA
hexametil-diszilazán
HMDS
Xvégső = NH3 Reakciómechanizmus: Nukleofil szubsztitució Kivitelezés: Oldószer nélkül, csak a szililezőszerrel Oldószerrel (aprotikus): piridin, toluol, acetonitril, hexán Katalizátorok: trifluoro-ecetsav (TFA), trimetil-klórszilán (TMCS) Egyéb követelmények: Szililezőszerek nagytisztaságúak és vízmentesek legyenek és ne zavarják az elválasztást (koelució mentes). Származékolandó minta vízmentessége! Könnyen hidrolizálnak víz és alkoholok hatására. Stabilitás vizsgálat.
2, ALKILEZÉS Aktív hidrogéneket alkil csoportra cseréljük. Pl. Alkohol → Éter; Karbonsav → Észter Fajtái: 1, Alkilhalogenidek (jodidok, bromidok) R-OH + CH3-I → R-O-CH3 + HI Fenolok, karbonsavak, tiolok Katalizátor: ezüst-oxid 2, Diazotálás (diazometánnal, mérgező) R-OH + CH2N2 → R-O-CH3 + N2 Fenolok, karbonsavak, szulfonsavak
3, ACILEZÉS
Aktív hidrogéneket acil csoportra cseréljük Pl. Alkoholok → Észter, Aminok → Savamid Savanhidridek és savkloridok használata O R-OH
+
CF3
O CF3
O CF3
O
RO
+ CF3 OH
O
Legáltalánosabban használt reagensek: 1, trifluoroecetsav-anhidrid (TFAA) 2, pentafluoropropionsav-anhidrid (PFPA) 3, heptafluorobutánsav-anhidrid (HFBA)
A halogén atomok bevitelével lehetőség nyílik az ECD detektor használatára, ami érzékenység növekedést jelent. A reakciót vízmentes körülmények között hajtják végre, majd ezt követi a reagens feleslegének eltávolítása bepárlással, vagy gyenge bázis vizes oldatával való elreagáltatással. A fluorozott származékoknak nagyobb az illékonysága, mint a többi perhalogénezett származéké.
A GÁZKROMATOGRÁFIA ANALITIKAI ALKALMAZÁSA
Kőolajipar, petrolkémiai ipar Környezetvédelmi analízis Gyógyszeripari elemzések Oldószermaradványok elemzése Élelmiszer analitika (aromaanyagok, toxinok, szermaradványok) Kozmetikai ipar (illatanyagok).
