Základy analýzy potravin Přednáška 6

Základy analýzy potravin

Přednáška 6

PLYNOVÁ CHROMATOGRAFIE (GC) Mobilní fází v GC je nosný plyn (N2, Ar, He, H2). Interakce analytu s nosným plynem jsou slabé. • GSC (gas-solid chromatography): separované látky jsou adsorbovány tuhou stacionární fází • GLC (gas-liquid chromatography): separované látky se rozdělují mezi kapalnou a plynnou fázi podle rozpustnosti a těkavosti Retenční veličiny Redukovaný retenční objem V′R V′R = VR –VM = t′R . F Čistý retenční objem VN VN = j . V′R j = 3 [(pi/po)2-1] / 2 [(pi/po)3-1]

(Martinův faktor)

Specifický retenční objem Vg je retenční veličina nejméně závislá na podmínkách analýzy Vg = (VN/ws) . (273/T) ws je hmotnost stacionární fáze v koloně [g] T je teplota kolony [K] pro dělené látky 1 a 2 platí log (Vg2/Vg1) = log (p01/p02) + log (γ01/γ02) tR2/tR1 ≈ (p01 . γ01) / (p02 . γ02) 25


Přednáška 6

Schema plynového chromatografu

Hlavní části GC aparatury Tlaková láhev s nosným plynem Vlastnosti nosných plynů při 0°C a 101,3 kPa Plyn H2 He N2 Ar

Hustota [g/dm3] 0,09 0,178 1,25 1,78

Viskozita [µPa s] 8,44 18,6 16,58 21,2

Důležitý požadavek: plyn nesmí obsahovat vodu a kyslík Nástřikové zařízení • dávkovač vzorku (mikrostříkačka) • 0,5-20 µl: náplňové kolony • ≤ 1 µl: kapilární kolony • septum • nástřiková komůrka (zplynění roztoku vzorku, teplota: teplota varu nejméně těkavé složky + 50°C) • dělič toku (splitter): při použití kapilárních kolon 26


Přednáška 6

Chromatografická kolona uložená v termostatu GC • isotermická • s programovanou teplotou (teplotním gradientem)

GC separace směsi alkoholů a) isotermická chromatografie (t = 175 °C)

b) chromatografie s teplotním gradientem (48-285 °C)

Kolony • náplňové (kovové, skleněné): kolona je naplněna tuhou stacionární fází (GSC) nebo tuhým nosičem, který je pokryt vrstvou kapalné stacionární fáze (GLC) • kapilární (křemenné, skleněné): tenký film (0,1-6 µm) kapalné stac. fáze je nanesen na vnitřní povrch kapiláry • WCOT(wall coated open tubular) • SCOT (support coated open tubular) • PLOT (porous layer open tubular) Parametr kolony délka, m vnitřní průměr, mm Počet pater, m-1 Množství vzorku, µg Tlak

Náplňové 1-5 2-4 500-1000 0,01-1000 velký

WCOT 10-100 0,1-0,75 1000-4000 0,01-1 malý 27

SCOT 10-100 0,5 600-1200 0,01-1 malý


Přednáška 6

Vnitřní povrch kapilární kolony nebo povrch tuhého nosiče stacionární fáze se deaktivuje silanizací. Povrch se stává hydrofobní; zabrání se tak nežádoucímu chvostování píků.

Silanizace povrchu kapiláry nebo nosiče

Porovnání GC analýzy na kapilární (a) a náplňové (b) koloně se stacionárními fázemi podobné polarity píky: 1 – p-chlorfenol 2 – dodekan 3 – 1-decylamin 4 – 1-undekanol 5 – tetradekan 6 – acenaften 7 – pentadekan

28


Přednáška 6

Detektor požadavky: • • • • •

rychlá odezva vysoká citlivost selektivita linearita odezvy stabilita

Detektory • tepelně vodivostní detektor, katarometr (TCD, thermal conductivity detector) • plamenový ionizační detektor (FID, flame ionization detector) • termoionizační detektor, plamenový ionizační detektor se solí alkalického kovu, dusíko-fosforový detektor (TID, thermionic detector, AFID alkali flame ionization detector, NPD) • detektor elektronového záchytu (ECD, electron capture detector) • plamenový fotometrický detektor (FPD, flame photometric detector) • atomový emisní detektor (AED, atomic emission detector) • hmotnostně spektrometrický detektor (MSD, mass spectrometric detector) • další detektory • heliový nebo argonový ionizační detektor • infračervený (FTIR) detektor • fotoionizační detektor (PID) • chemiluminiscenční detektor

29


Přednáška 6

Vlastnosti detektorů Detektor

selektivita

TCD

neselektivní, univerzální

FID

neselektivní, téměř univerzální (odezvu neposkytuje H2O, anorg. plyny, HCHO, HCOOH) molekuly obsahující elektronegativní skupiny (halogeny, kyslík, NO2…) nebo aromatická jádra sloučeniny N a P sloučeniny P a S (N, As) prvkově selektivní (možnost detekce charakteristického emisního záření vybraného prvku) látkově selektivní (možnost detekce vybraných iontů), téměř univerzální

ECD TID, NPD, AFID FPD AED MSD

30

Přibližný detekční limit 10-9 g/s

Lineární rozsah Poznámka 104

10-13 g/s

107

10-15 g/s

104

10-15-10-14 g/s 10-13-10-11 g/s 10-13-10-12 g/s

105 105 103-104

10-15-10-12 g/s

106-108

nosný plyn H2, He plamen vodíkvzduch, nosný plyn N2, He


Přednáška 6

Plynová adsorpční chromatografie (GSC) Stacionární fáze (tuhý adsorbent) tvoří náplň kolony nebo je nanesena jako porézní vrstva na vnitřní povrch kapilární kolony (PLOT). Druhy stacionárních fází pro GSC Název Chromosorb

Charakteristika 101 styren-divinylbenzen 102 styren-divinylbenzen 104 akrylonitril-divinylbenzen 108 zesítěný akrylát

Porapak

P

styren-divinylbenzen

P-S silanizovaný Porapak P Q ethylvinylbenzendivinylbenzen Q-S silanizovaný Porapak Q Tenax Molekulová síta Chromosil Porasil Sperosil Carbosieve Carbopack Alumina

3A 4A 5A

2,6-difenyl -p-fenylenoxid K12(AlO2)12(SiO2)12 .x H2O Na12(AlO2)12(SiO2)12 .x H2O Ca9Na6(AlO2)24(SiO2)24 . xH2O čištěný silikagel

B uhlík B,C uhlík Al2O3

Použití karboxylové kyseliny, glykoly, alkoholy, estery, ketony, aldehydy, ethery permanentní plyny, voda, alkoholy, oxidy nekovů sirné sloučeniny, nitrily, nitrosloučeniny plyny, voda, alkoholy, aldehydy, ketony, nitrily karbonylové sloučeniny, alkoholy, glykoly aldehydy, glykoly uhlovodíky, kyslíkaté org. látky, voda, oxidy nekovů karboxylové kyseliny, voda, sirné sloučeniny alkoholy, glykoly, ethanolamin plyny, CO2 H2S, SO2 Cl2 a HCl permanentní plyny, CS2, H2S, SO2, thioly

nižší uhlovodíky

31


Přednáška 6

Plynová rozdělovací chromatografie (GLC) Kapalná stacionární fáze je zachycena na tuhém nosiči (náplňové kolony, kapilární kolony typu SCOT) nebo je nanesena na vnitřní stěnu kapiláry (kolony typu WCOT) Požadavky na kapalnou stacionární fázi • • • • • •

dobrá rozpustnost dělených látek ve stacionární fázi nízká těkavost (tenze 1-10 Pa při pracovní teplotě) termická stabilita chemická inertnost vůči děleným látkám nízká viskozita při pracovní teplotě schopnost smáčet nosič nebo povrch kapiláry

Nosiče stacionárních fází pro GLC jsou zrnité materiály se specifickým povrchem 0,4-1 m2/g nejčastěji na bázi křemeliny. Nosič nesmí vykazovat adsorpční vlastnosti. Běžné způsoby úpravy: promytí kyselinou, silanizace povrchu Chromaton N, Inerton

základní typy

Chromaton AW, Inerton AW, Chromosorb AW

promyté kyselinou

Chromaton AW DMCS, Inerton AW DMCS Chromaton AW HMDS, Inerton AW HMDS

silanizované

Chromaton A Super, Inerton Super

Příprava náplňových kolon pro GLC • • • • •

rozpuštění stacionární fáze v těkavém rozpouštědle (CHCl3) smočení nosiče roztokem stacionární fáze odpaření rozpouštědla naplnění kolony kondicionování kolony 32


Přednáška 6

Typy stacionárních fází pro GLC Skupina Uhlovodíky Polyglykoly Estery Dusíkaté sloučeniny Polysiloxany (silikony)

Fáze (označení) skvalan Apolan 87 polyethylenglykoly (CARBOWAX) ethylenglykolsukcinát diisopropyladipát 1,2,3-tris (2-kyanoethoxy) propan (CYANO B) methylsilikon (OV-1, SE-30) fenylsilikon (OV-22) fenylmethylsilikon (OV-17) (50% fenyl) trifluorpropyl-methylsilikon (OV-210)

33

Teploty [°C] 20-150 50-300 50-225

Polarita nepolární nepolární polární

100-200 50-125 110-200

velmi polární středně polární polární

20-350

nepolární

20-300 20-300

středně polární středně polární

20-300

dosti polární


Přednáška 6

Výběr stacionární fáze pro GLC • polarita (Mc Reynoldsovy konstanty) • selektivita Nepolární analyty mají vysokou retenci na nepolárních stacionárních fázích a naopak. Nepolární sloučeniny a sloučeniny o střední polaritě je vhodné dělit na nepolární nebo středně polární stacionární fázi. Pro dělení polárních sloučenin se hodí polární a středně polární fáze. Analytické využití plynové chromatografie Možnosti GC • dělení složitých mnohasložkových směsí strukturně odlišných i podobných látek • stopová analýza, analýza z malého množství vzorku • identifikace látek • podle retenčních dat (Kovatsovy retenční indexy) • použitím selektivních detektorů (MSD, AED) • použitím dvourozměrné chromatografie • preparativní chromatografie Podmínka pro použití GC: látka musí být těkavá a termicky stabilní, látky netěkavé je třeba derivatizovat. Derivatizace (pro zvýšení těkavosti nebo citlivosti) • • • • •

silylace skupin NH2, OH (činidla TMCS, HMDS…) methylace skupin OH, COOH (diazomethan, CH3OH+CH3ONa…) acetylace (acetanhydrid), trifluoracetylace reakce s pentafluorbenzylbromidem alkylace Grignardovými sloučeninami 34

Základy analýzy potravin Přednáška 6

Recommend Documents