Χρήστος Παππάς - Επίκουρος καθηγητής

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Χρήστος Παππάς - Επίκουρος καθηγητής"

Ζωτικός Μόνιμος Αγγελίδου
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Ενόργανη Χημική Ανάλυση Instrumental Chemical Analysis Πέτρος Ταραντίλης- Αναπληρωτής καθηγητής Χρήστος Παππάς - Επίκουρος καθηγητής

2 Ενόργανη Χημική Ανάλυση Α. Φυτικό Υλικό: Συλλογή, Συντήρηση, ειγματοληψία Β. Παραλαβή Συστατικών: Μέθοδοι εκχύλισης και απόσταξης Γ. ιαχωρισμός-απομόνωση Συστατικών: Χρωματογραφικές Τεχνικές 1. Αέρια Χρωματογραφία 2.Υγρή Xρωματογραφίαρ μ φ. Ταυτοποίηση Συστατικών: Φασματοσκοπικές Τεχνικές Ανάλυσης 1. Φασματοφωτομετρία Yπεριώδους Oρατού 2. Φασματοσκοπία Yπερύθρου 3. Φασματοσκοπία Raman 4. Φασματοσκοπία Πυρηνικoύ Μαγνητικού Συντονισμού 5. Φασματομετρία Μαζών 6. Συνδυασμός Φασματοσκοπικών εδομένων για την Ταυτοποίηση Τεχνικές Ενόργαν νης Ανά άλυσης 2

3 Αναλυτική Χημεία Αναλυτική Χημεία (Analytical Chemistry) είναι ο κλάδος της Χημείας, που έχει ως αντικείμενο το χαρακτηρισμό της ύλης με σκοπό τον καθορισμό της ποιοτικής και ποσοτικής σύστασης ενός χημικού συστήματος. Ποιοτική Ανάλυση (Qualitative Analysis) έχει ως σκοπό την ταυτοποίηση των συστατικών (στοιχείων ή ενώσεων) ενός δείγματος. Ποσοτική Ανάλυση (Quantitative Analysis) έχει ως σκοπό τον ακριβή προσδιορισμό ενός ή περισσοτέρων συστατικών (στοιχείων ή ενώσεων) ενός δείγματος. 3

4 Αναλυτική Χημεία Χημική Ανάλυση Κλασσικές Τεχνικές Ενόργανες Τεχνικές Σταθμικές Ογκομετρικές Οπτικές Χρωματογραφικές Καταβύθιση Ογκομέτρηση Εκπομπή Χρωματογράφημα Ζύγιση Απορρόφηση Ηλεκτροχημικές Ηλεκτρόλυση 4

5 Η γλώσσα της Αναλυτικής Χημείας Αναλυτική Τεχνική (Technique) Αναλυτική Μέθοδος (Method) ιαδικασία ή Πορεία Ανάλυσης (Procedure) Πρωτόκολλο (Protocol) Αναλυτής (Analyte) Μήτρα (Matrix) Ευαισθησία (Sensitivity) Όριο Ανίχνευσης (Detection Limit) Εκλεκτικότητα (Selectivity) Ακρίβεια (Accuracy) Επαναληψιμότητα (Precision) Αξιοπιστία (Reliability) Βαθμονόμηση (Calibration) Καμπύλη Βαθμονόμησης μη ης (Calibration curve) 5

6 Στρατηγική για την επίλυση ενός προβλήματος ανάλυσης 1. Καθορισμός του προβλήματος 2. Επιλογή μεθόδου ή μεθόδων ανάλυσης 3. ειγματοληψία (χονδρικό δείγμα -grosssample, εργαστηριακό δείγμα - laboratory sample) 4. ιατήρηση δείγματος 5. Προετοιμασία δείγματος 6. Μεθοδολογία μέτρησης 7. Επεξεργασία αποτελεσμάτων 8. Παρουσίαση και αξιολόγηση αποτελεσμάτων 6

Στρατηγική για την επίλυση ενός προβλήματος ανάλυσης Έχουμε καμιά εμπειρία σχετικά με αυτή την ανάλυση; άρθρα ρ ανασκόπησης, ης, Ενόργανη ή κλασική ανάλυση Εκλεκτικότητα Ευαισθησία Ακρίβεια Όριο

7 Στρατηγική για την επίλυση ενός προβλήματος ανάλυσης Έχουμε καμιά εμπειρία σχετικά με αυτή την ανάλυση; άρθρα ρ ανασκόπησης, ης, Ενόργανη ή κλασική ανάλυση Εκλεκτικότητα Ευαισθησία Ακρίβεια Όριο ανίχνευσης Ταχύτητα Ποσότητα δείγματος Τηλέφωνο σε κάποιον ειδικό. Πρότυπη μέθοδος: βιβλία, επιστημονικές δημοσιεύσεις, υπηρεσίες πληροφοριών, ηλεκτρονικές βάσεις δεδομένων. Προετοιμασία δείγματος ιαλυτοποίηση, Συμπύκνωση, Απώλειες, Μόλυνση 7

8 Ενόργανη Χημική Ανάλυση Χρωματογραφικές τεχνικές ανάλυσης Τεχνικές διαχωρισμού συστατικών 8

1. Κλασικές Χρωματογραφία Στήλης (Column Chromatography, C.C.) Χρωματογραφία Λεπτής Στοιβάδας (Thin Layer Chromatography, T.L.C.) Χρωματογραφία σε Χαρτί (Paper Chromatography, P.

9 1. Κλασικές Χρωματογραφία Στήλης (Column Chromatography, C.C.) Χρωματογραφία Λεπτής Στοιβάδας (Thin Layer Chromatography, T.L.C.) Χρωματογραφία σε Χαρτί (Paper Chromatography, P.C.) 2. Ενόργανες Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, G.C.) Υγρή Χρωματογραφία Υψηλής Πίεσης (High Pressure Liquid Chromatography, HPLC) 9

10 Chromatography Greek roots chroma = color, graphein = writing Χρωματογραφία στήλης ήης (Column Chromatography, C.C.) Michael Tswett (1903) ιαχώρισε τις χλωροφύλλες Στατική Φάση: CaCO 3 Μέσο: Γυάλινη στήλη ήη Κινητή φάση: Πετρελαϊκός Αιθέρας

11 Υγρή Χρωματογραφία (Liquid Chromatography) Χρωματογραφία Στήλης (Column Chromatography, C.C.)

12 Η εξέλιξη της Χρωματογραφίας 1903 Tswett - Χλωροφύλλες 1931 Lederer & Kuhn - Καροτενοειδή 1938 Χρωματογραφία Λεπτής Στοιβάδας (Thin Layer Chromatography, TLC) και Χρωματογραφία Ιονανταλλαγής (Ion Exchange Chromatography) 12

13 Χρωματογραφία Λεπτής Στοιβάδας (Thin Layer Chromatography, T.L.C.) Στατική φάση: Ανόργανο Οξείδιο (SiO 2 ή Al 2 O 3 ) Μορφή στατικής φάσης: λεπτή στοιβάδα πάνω σε γυάλινο ή πλαστικό πλακίδιο Κινητή φάση: διαλύτης ή σύστημα διαλυτών, Μηχανισμός διαχωρισμού: προσρόφηση, διαλυτότητακατανομή 13

14 Χρωματογραφία Λεπτής Στοιβάδας Περιγραφή της μεθόδου (Thin Layer Chromatography, T.L.C.) 1. Παρασκευή της λεπτής στοιβάδας πάνω σε πλακίδιο 2. Τοποθέτηση η του μίγματος μγμ 3. Εκλογή του διαλύτη - Ανάπτυξη του χρωματογραφήματος 4. Εμφάνιση του χρωματογραφήματος 5. Υπολογισμός του Rf Rf λόγος μετώπου ή συντελεστής ανάσχεσης (frontal ratio ή retardation factor )

15 Χρωματογραφία Λεπτής Στοιβάδας (Thin Layer Chromatography, T.L.C.) Γρήγορη ποιοτική ανάλυση Προσδιορισμός ρ Καθαρότητας Ανίχνευση ειδικών κατηγοριών συστατικών 15

16 Χρωματογραφικές τεχνικές Τεχνικές φυσικού διαχωρισμού των συστατικών μείγματος O διαχωρισμός επιτυγχάνεται με κατανομή των συστατικών μεταξύ δύο φάσεων:» μιας στατικής και» μιας κινητής (φέρουσας), που βρίσκονται μέσα / πάνω στη χρωματογραφική στήλη / πλάκα 16

17 Σε ποια αρχή βασίζεται η χρωματογραφία; Στην κατανομή των ουσιών του μίγματος μεταξύ δύο φάσεων, μιας κινητής και μιας στατικής, που πρακτικά δεν αναμειγνύονται K Cs Cm Κ: Συντελεστής Κατανομής Cs: Συγκέντρωση της ουσίας στη στατική φάση Cm: Συγκέντρωση της ουσίας στην κινητή φάση Η αρχή της χρωματογραφίας είναι παρόμοια με αυτήν της εκχύλισης 17

18 Σε ποια αρχή βασίζεται η χρωματογραφία; Ουσίες που κατανέμονται περισσότερο στην κινητή φάση διαχωρίζονται διαδοχικά από άλλες που κατανέμονται περισσότερο στη στατική φάση. Ο διαχωρισμός βασίζεται στις διαφορές των φυσικοχημικών ιδιοτήτων των συστατικών ενός μείγματος όπως είναι η πολικότητα, το μέγεθος των μορίων, το σημείο ζέσεως κ.ά. Οι διαφορές αυτές διαφοροποιούν την φυσικοχημική συγγένεια κάθε συστατικού ως προς τις δύο φάσεις της χρωματογραφικής στήλης (της στατικής και της κινητής). 18

19 Η κατάταξη των χρωματογραφικών μεθόδων σε είδη γίνεται ανάλογα με: Τη φύση της στατικής και της κινητής φάσης Στατική Φάση: Στερεό ή υγρό Κινητή Φάση: Υγρό ή αέριο Χρωματογραφία στερεού-υγρού, υγρού-υγρού, στερεού-αέριου, υγρού-αέριου Τη μορφή της στατικής φάσης Χρωματογραφία στήλης, λεπτής στοιβάδας, χαρτιού Το μηχανισμό διαχωρισμού Χρωματογραφία προσρόφησης, κατανομής κλπ 19

20 Χρωματογραφία στερεού-υγρού ιαχωρισμός μίγματος δύο ουσιών Α και Β με χρωματογραφία έκλουσης στήλης. 20

21 Θεωρία πλακών Συντελεστής κατανομής K Cs Cm Είσοδος Cm 1 Cm 2 Cm 3 Cm n Cm 1 Cm 2 Cm 3 Cm n Cs 1 Cs 2 Cs 3 Cs n Έξοδος

22 Θεωρία πλακών Συντελεστής κατανομής K Cs Cm Είσοδος Cm 1 Cm 2 Cm 3 Cm n Cs 1 Cs 2 Cs 3 Cs n Έξοδος Ύψος Ισοδύναμο προς μια Θεωρητική Πλάκα h=l/n όπου: h είναι το Υ.Ι.Θ.Π., L το μήκος της στήλης και n ο αριθμός των πλακών της στήλης

23 Χρωματογραφικοί ο παράμετροι ρο Χρόνος συγκράτησης, t R (retention time), Ύψος κορυφής, Υ Πλάτος κορυφής, W b = 4σ ιαχωριστική Ικανότητα, R

24 Χρωματογραφικοί ο παράμετροι ρο Χρόνος συγκράτησης, κατακράτησης ή ανάσχεσης (t R retention time): ο χρόνος που χρειάζεται από τη στιγμή εισαγωγής του δείγματος μέχρι τη στιγμή που η κορυφή της ουσίας φτάνει στον ανιχνευτή Νεκρός χρόνος (t M dead time): o χρόνος που χρειάζεται μια μη κατακρατούμενη ουσία για να φτάσει στον ανιχνευτή Ανηγμένος χρόνος ανάσχεσης (t R ): t R = t R -t M

25 Χρωματογραφικοί παράμετροι ρ De etector Re sponse time or volume Όγκος ανάσχεσης (V R ): V R = t R F Νεκρός όγκος (V Μ ): V Μ = t Μ F Ανηγμένος όγκος ανάσχεσης (V R ): V R = t R F Όπου F: η ταχύτητα ροής της κινητής φάσης (ml/min) V R : όγκος της κινητής φάσης που χρειάζεται να δέλθ διέλθει από τη στατική φάση για να εκλουστεί μια ουσία V Μ : όγκος της κινητής φάσης στη στατική φάση (στήλη)

26 Τυπική κορυφή Η συγκέντρωση της ουσίας στην κινητή φάση άρα και στην έξοδο της στήλης, εάν η ροή της κινητής φάσης είναι σταθερή, ακολουθεί κανονική κατανομή (Gaussian distribution) ib ti Χρόνος συγκράτησης, γρ ηης, t R Ύψος κορυφής, h Πλάτος κορυφής, W= 4σ 1/2h w 1/2 =2.35 h w=4 t 0 time t R

27 ιαχωριστική Ικανότητα (Resolution) ύο παράγοντες επηρεάζουν το πόσο καλά διαχωρίζονται δύο συστατικά: 1. η διαφορά των χρόνων συγκράτασης t R=t 2-t 1 2. το πλάτος των κορυφών, W1 και W 2 R 2( t t W W 1 t ) 2 1 2

28 ιαχωριστική Ικανότητα (Resolution) Μεγαλύτερο R καλλίτερος διαχωρισμός R=0.50 R=0.75 R>1,5 καλός διαχωρισμός t 0 time t 0 time R=1.00 R=1.50 t 0 time time t 0

29 n Βελτίωση της διαχωριστικής ικανότητας: Αύξηση του t R =t 2 -t 1 Ελάττωση του W Αύξηση του αριθμού n των θεωρητικών πλακών της στήλης Αύξηση του μήκους της στήλης ή Μείωση της διαμέτρου του υλικού πλήρωσης Για καθορισμένο μήκος στήλης (L), ο διαχωρισμός είναι τόσο αποτελεσματικότερος όσο μικρότερο είναι το ΥΙΘΠ (h) 29

30 Βελτίωση της διαχωριστικής ικανότητας: 30

31 Η εξέλιξη ξη της Χρωματογραφίας Αέρια Χρωματογραφία (Gas chromatography GSC, GLC, GC) 1945, Fritz Prior with Erika Cremer ανάπτυξαν τον πρώτο αέριο χρωματογράφο, gas-solid (adsorption) chromatograph (GSC) Martin with A.T. James, ανάπτυξαν την αέρια-υγρή χρωματογραφία, gas-liquid (partition) chromatography (GLC) M.J.E. Golay, L. Ettre σχεδίασαν τριχοειδείς στήλες, (capillary columns) 1960, Lipsky πρωτοπόρος στη χρήση του GC σε συνδυασμό με φασματόμετρο μαζών (mass spectrometer, GC- MS) 31

32 Η εξέλιξη ξη της Χρωματογραφίας Υγρή Χρωματογραφία Υψηλής Πίεσης (High-pressure liquid chromatography, HPLC) 1966, Csaba Horvàth Παρασκευή υλικών πλήρωσης πηκτής διοξειδίου του πυριτίου (silica gel) συνδεδεμένου χημικά με αλκύλια s Arne Tiselius και συνεργάτες, εισαγάγουν την βαθμιδωτή έλ έκλουση και νέο υλικό πλήρωση που αποτελούν την βάση του HPLC το πρώτο όργανο LC (Waters) 1970's, αξιόπιστες χρωματογραφικές μέθοδοι ήταν εμπορικά διαθέσιμες στο εργαστήριο 32

33 Ενόργανες Χρωματογραφικές τεχνικές ανάλυσης Αέρια Χρωματογραφία (Gas Chromatography, G.C.) Υγρή Χρωματογραφία Υψηλής Πίεσης (High Pressure Liquid Chromatography, HPLC) 33

Σχετικά έγγραφα

Πέτρος Ταραντίλης- Αναπληρωτής καθηγητής Χρήστος Παππάς -Επίκουρος ρς καθηγητής

Instrumental Chemical Analysis Πέτρος Ταραντίλης- Αναπληρωτής καθηγητής Χρήστος Παππάς -Επίκουρος ρς καθηγητής Οι σπουδαστές και οι επιστήμονες των κλάδων: Χημείας, Βιολογίας, Γεωπονίας, Γεωλογίας, Φαρμακευτικής