ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΜΕΘΟΔΟΥΣ ΧΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΑΣ ΧΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΑ: ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ οργανικών, οργανομεταλλικών και ανόργανων ουσιών. Ο ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΕΠΙΤΥΓΧΑΝΕΤΑΙ ΕΞΑΙΤΙΑΣ ΤΩΝ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΙΚΗ ΣΥΓΓΕΝΕΙΑ ΤΩΝ ΟΥΣΙΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΔΥΟ ΦΑΣΕΙΣ: ΣΤΑΤΙΚΗ ΦΑΣΗ: ΣΤΡΩΜΑ ΣΤΕΡΕΟΥ Ή ΥΓΡΟΥ ΑΚΙΝΗΤΟΠΟΙΗΜΕΝΟΥ ΣΕ ΣΤΕΡΕΟ ΥΠΟΣΤΡΩΜΑ ΜΕΓΑΛΟΥ ΕΜΒΑΔΟΥ ΚΙΝΗΤΗ ΦΑΣΗ: ΡΕΥΣΤΟ ΠΟΥ ΚΙΝΕΙΤΑΙ ΔΙΑΜΕΣΟΥ ΚΑΙ ΚΑΤΑ ΜΗΚΟΣ ΤΗΣ ΣΤΑΤΙΚΗΣ ΦΑΣΗΣ Οι δυο φάσεις επιλέγονται έτσι ώστε τα συστατικά του δείγματος να κατανέμονται μεταξύ κινητής και στατικής φάσης σε διαφορετικό βαθμό: ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΗ ΕΥΚΙΝΗΣΙΑ ΚΑΤΑΛΑΜΒΑΝΟΥΝ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΕΣ ΖΩΝΕΣ ΓΕΝΙΚΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ: ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ: δυνάμεις μοριακής φύσης (ρευστό επί στερεού) ΚΑΤΑΝΟΜΗ: Διαφορά στη διαλυτότητα (υγρό επί υγρού) «Τα όμοια διαλύουν όμοια» ΙΟΝΑΝΤΑΛΑΓΗ: δυνάμεις ιοντικής φύσεως (υγρό επί στερεού)
ΧΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΑ ΕΚΛΟΥΣΗΣ ΣΕ ΣΤΗΛΗ ΧΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ - ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΡΥΘΜΙΖΟΥΝ ΤΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΚΑΙ ΤΗ ΔΙΕΥΡΥΝΣΗ ΖΩΝΩΝ Μ Ε Τ Α Ν Α Σ Τ Ε Υ Σ Η Δ Ι Ε Υ Ρ Y Ν Σ Η ΚΙΝΗΤΗ ΦΑΣΗ () Α ΣΤΑΤΙΚΗ ΦΑΣΗ (s) Α κινητή Α στατική K Συντελεστής Κατανομής Κ σταθερή σε μεγάλο εύρος ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΧΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΑ: Συμμετρικές κορυφές κατά Gauss Χρόνοι κατακράτησης ( ) ανεξάρτητους από τη της ουσίας h ax ΚΙΝΗΤΗ ΦΑΣΗ () (ρευστό έκλουσης) Β ΖΩΝΕΣ Α ΣΤΑΤΙΚΗ ΦΑΣΗ (s) K 0.607h ax σ 0.5h ax 0.h ax β W / a. 00 α β σ σ Σημεία μέγιστης κλίσης (0,607h ax ) : εύρος W 0,607h σ Εύρος κορυφής (στη βάση) : W 4σ Εύρος κορυφής στο μισό του ύψους της: W / W/,7,35σ Συμμετρία στο 0% του h ax α/β,00 (ιδανική συμμετρία)
ΧΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ ΧΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ Μέση γραμμική ταχύτητα μετανάστευσης ουσίας v : μήκος στήλης Μέση γραμμική ταχύτητα κινητής φάσης: u ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΑΣΧΕΣΗΣ ή ΚΑΤΑΚΡΑΤΗΣΗΣ ( ): ο χρόνος που χρειάζεται από τη στιγμή εισαγωγής του δείγματος μέχρι τη στιγμή που η κορυφή της ουσίας φτάνει στον ανιχνευτή ΝΕΚΡΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ( ): o χρόνος που χρειάζεται μια μη κατακρατούμενη ουσία για να φτάσει στον ανιχνευτή ΑΝΗΓΜΕΝΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΑΝΑΣΧΕΣΗΣ ( ): ΌΓΚΟΣ ΑΝΑΣΧΕΣΗΣ (V ): ΝΕΚΡΟΣ ΌΓΚΟΣ (V Μ ): V F V Μ Μ F ΑΝΗΓΜΕΝΟΣ ΌΓΚΟΣ ΑΝΑΣΧΕΣΗΣ (V ): ' V F Όπου F: η ταχύτητα ροής της κινητής φάσης (/i) V : όγκος της κινητής φάσης που χρειάζεται να διέλθει από τη στατική φάση για να εκλουστεί μια ουσία V Μ : όγκος της κινητής φάσης στη στατική φάση (στήλη) Σχέση μεταξύ και σταθεράς κατανομής, Κ: v u X c v u c V V + c V s u oλ u u + c V / c + KV / V s V ( + KV / V ) + u + KV / V + KV / V 3
Παράγοντας κατακράτησης ΧΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΚΟΙ ΟΡΙΣΜΟΙ ή Παράγοντας χωρητικότητας k ' KV / V k ( + ') ' k Ιδανικά: k 0 Αν k < δεν υπάρχει ικανοποιητικός διαχωρισμός και η έκλουση γίνεται ταχύτατα Αν k > 0 οι χρόνοι έκλουσης είναι υπερβολικά μεγάλοι s ή Λόγος Κατανομής μάζας ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ Ή ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΧΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΚΗΣ ΖΩΝΗΣ K Παράγοντας εκλεκτικότητας ή σχετική συγκράτηση, α, μιας στήλης για δύο ουσίες Α και Β: a K K B A k k ' B ' A, B, A Όπου Β η βραδύτερα εκλουόμενη ουσία (η ισχυρότερα κατακρατούμενη) και Α η ταχύτερα εκλουόμενη ουσία (η ασθενέστερα κατακρατούμενη (δηλ.,a <,B ) O παράγοντας εκλεκτικότητας εξαρτάται από:. Τη φύση της κινητής και στατικής φάσης, και. Τη θερμοκρασία της στήλης 4
ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΧΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΚΗΣ ΖΩΝΗΣ Η παραμόρφωση ζώνης είναι ανεπιθύμητη:. Οι ασύμμετρες κορυφές διευρύνονται ταχύτερα. Η μεγάλη διεύρυνση κορυφών είναι ανεπιθύμητη διότι δεν επιτυγχάνεται ικανοποιητικός διαχωρισμός 3. Οι πολύ διευρυμένες κορυφές είναι ακατάλληλες για ποσοτική ανάλυση Γενικές παρατηρήσεις για τη διεύρυνση κορυφών:. Η χρωματογραφική κορυφή προσεγγίζει την κατά Gauss καμπύλη κατανομής, εφόσον η Κ είναι ανεξάρτητη της της ουσίας στην κινητή φάση. Όσο αυξάνει το μήκος της στήλης τόσο αυξάνει το εύρος της κορυφής ( W ) 3. To εύρος της κορυφής εξαρτάται από την ταχύτητα ροής της κινητής φάσης όταν όλες οι παράμετροι της κινητής και στατικής φάσης είναι σταθερές 4. Το εύρος της κορυφής ελαττώνεται, ελαττωμένου του μεγέθους των σωματιδίων της στατικής φάσης (στήλης), όταν οι άλλες παράμετροι είναι σταθερές. ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΘΕΩΡΙΑ ΠΛΑΚΩΝ ΘΕΩΡΙΑ ΠΛΑΚΩΝ: Μια χρωματογραφική στήλη διαιρείται κατά μήκος αυτής σε διαχωριζόμενες ζώνες, κάθε δε ζώνη έχει τέτοιο μήκος ώστε εντός αυτής να υπάρχει ισορροπία (κατανομή) μεταξύ στατικής και κινητής φάσης. Η ζώνηαυτή καλείται ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΛΑΚΑ και το μήκος αυτής ΥΨΟΣ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟ ΠΡΟΣ ΜΙΑ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΛΑΚΑ (ΥΙΘΠ) YIΘΠ H Όπου : το μήκος της στήλης και Ν : ο αριθμός των θεωρητικών πλακών Όμως: σ H άρα 6 W H 5,54 W σ Επειδή: W 4σ σ W/4 / Για ένα δεδομένο, όσο αυξάνεται το Ν, τόσο μειώνεται το εύρος W (στενότερες κορυφές) Αύξηση του Ν επιτυγχάνεται με αύξηση του Το Ν εξαρτάται από το τρόπο πλήρωσης της στήλης, τη φύση της ουσίας, τη ταχύτητα ροής της κινητής φάσης, F, τη θερμοκρασία και τον τρόπο εισαγωγής του δείγματος. 5
ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΘΕΩΡΙΑ ΠΛΑΚΩΝ Συμπεράσματα:. Αύξηση του μήκους της στήλης, δηλ. του αριθμού Ν, οδηγεί σε αύξηση του χρόνου και του όγκου ανάσχεσης.. Για ένα καθορισμένο μήκος στήλης, ο διαχωρισμός είναι τόσο αποτελεσματικότερος όσο μικρότερο είναι το ΥΙΘΠ (Η). 3. Από δύο στήλες που εκείνη που έχει μεγαλύτερο αριθμό θεωρητικών πλακών, Ν, θα δίνει οξύτερες κορυφές και συνεπώς καλύτερο διαχωρισμό μεταξύ ουσιών που έχουν παραπλήσιους όγκους (χρόνους) ανάσχεσης. ΑΣΚΗΣΕΙΣ στις ΑΝΑΛΥΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΥΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ Δεδομένα από χρωματογράφημα: Χρόνος ανάσχεσης, (s ή i) Εύρος, W (s ή i) Όγκος ανάσχεσης, V () Εύρος, W () Διανυθείσα απόσταση, x (c) Εύρος, W c (c) Να υπολογισθεί ο αριθμός των θεωρητικών πλακών (Ν) και το ύψος το ισοδύναμο προς τη θεωρητική πλάκα (Η) για μια στήλη 0,0 c, ότανηκαμπύληεκλούσεωςμιαςουσίαςέχει όγκο ανασχέσεως V 85 και W 83. Λύση: ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 5. ΣΙΣΚΟY σελ. 36 4. Επειδή, για δεδομένη στήλη, το εύρος W μιας κορυφής είναι ανάλογο με τον όγκο ανάσχεσης, V, οι κορυφές V 6 W l l 85 6 83 l l 80 συνεχώς θα διευρύνονται από την αρχή έως το τέλος του χρωματογραφήματος. Παρατεταμένη έκλουση εκφυλίζει την κανονική κατανομή της κορυφής. 5. Το πλάτος της κορυφής είναι ανεξάρτητο του μεγέθους H H 0,0c 80 H 0, 5c του δείγματος αρκεί η στήλη να μην φτάσει σε κατάσταση κορεσμού 6
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 5. ΣΙΣΚΟY σελ. 37 Να υπολογισθεί ο αριθμός των θεωρητικών πλακών, Ν, και το ισοδύναμο ύψος προς μία θεωρητική πλάκα, Η, για μία στήλη μήκους 30,0 c, εάν κατά τη χρωματογραφική ανάλυση μιας ουσίας, η διανυθείσα απόσταση επί του καταγραφήματος (απότοσημείοεκκινήσεωςστομέγιστο της κορυφής), x, είναι 5,0 c και το εύρος της κορυφής, W, 0,5 c. Λύση: u x W ' W Σταθερή ταχύτητα καταγραφέα σταθερή x W ' W 6 W x 6 W' 5,0 6 0,5 600 30,0c H H H 0,088c 600 ΑΣΚΗΣΕΙΣ 6- και 6-3 (KOOG σελ. 84) Για μία στήλη υγροχρωματογραφίας είναι γνωστά τα ακόλουθα δεδομένα : μήκος πληρωμένης στήλης, : 5,7 c V :,37 V s : 0,64 Ένα χρωματογράφημα μίγματος ουσιών Α, Β, και D παρέχει τα ακόλουθα δεδομένα : ουσία Μη κατακρατουμένη A B D Χρόνος κατακράτησης, i 3, 5,4 3,3 4,,6 Εύρος βάσης κορυφής (W), i - 0,4,07,6,7 Να υπολογιστούν : Α. Ο αριθμός των θεωρητικών πλακών από κάθε κορυφή Β. ΗμέσητιμήκαιητυπικήαπόκλισητουΝ Γ. Το ύψος πλάκας της στήλης Δ. Ο παράγοντας κατακράτησης για κάθε ουσία Ε. Η σταθερά κατανομής για κάθε ουσία 7
8