Plynová chromatografie: Porovnání verzí

Smazaný obsah Přidaný obsah
m narovnání odkazu - Halogen -> Halogeny
Čmejrek (diskuse | příspěvky)
m nadpisy Literatura a Externí odkazy a portál Chemie
Řádek 1:
[[Soubor:Gaschromatograph.jpg|thumb|Plynový chromatograf Hewlett Packard. Model 5890]]
'''Plynová [[chromatografie]]''' ([[Angličtina|anglicky]]: Gas chromatography, zkratka '''GC''') je typ separační metody, kdy se od sebe oddělují složky obsažené ve vzorku a které mohou být převedeny do plynné fáze, aniž by došlo k jejich rozkladu. Stacionární (nepohyblivá) fáze interaguje se složkami vzorku, který je unášen mobilní (pohyblivou, zde plynovou) fází, a proto se při pohybu zdržují. Na konec stacionární fáze se tedy dostávají dříve složky méně zadržované.
 
'''Plynová [[chromatografie]]''' ([[Angličtinaangličtina|anglicky]]: ''Gas chromatography'', zkratka '''GC''') je typ separační metody, kdy se od sebe oddělují složky obsažené ve vzorku a které mohou být převedeny do plynné fáze, aniž by došlo k jejich rozkladu. Stacionární (nepohyblivá) fáze interaguje se složkami vzorku, který je unášen mobilní (pohyblivou, zde plynovou) fází, a proto se při pohybu zdržují. Na konec stacionární fáze se tedy dostávají dříve složky méně zadržované.
== Princip metody==
 
== Princip metody ==
 
Vzorek se dávkuje do proudu plynu, který jej dále unáší kolonou. Proto se mobilní fáze nazývá nosný plyn. Aby vzorek mohl být transportován, musí se ihned přeměnit na plyn. V koloně se složky separují na základě různé schopnosti různě silně se poutat se stacionární fází. Složky opouštějící kolonu indikuje detektor. Signál z detektoru se vyhodnocuje a z časového průběhu intenzity signálu se určí druh a kvantitativní zastoupení složek.
 
== Instrumentace==
 
[[Soubor:Gas Chromatograph Autosampler.jpg|thumb|left|Autosampler GC]]
 
[[Soubor:Kolony.jpg|thumb|Dvě kolony, uložené v termostatu.; Rovnoměrnérovnoměrné rozložení teploty zajišťuje větrák (za mřížkou uprostřed vzadu)]]
*'''Zdrojem nosného plynu''' je tlaková lahev obsahující [[dusík]], [[helium]] nebo [[argon]]. Druh plynu je určen jeho úkolem unášet vzorek kolonou a potřebou inertního chování vůči jeho složkám. Nemá přímý vliv na separaci. Při použití detekce ionizací plamenem (FID) je zapotřebí ještě přívod [[vodík]]u a [[kyslík]]u do oblasti detektoru (t.j. až za kolonou).
 
*'''Čistící zařízení''' zachycuje vlhkost a nečistoty v nosném plynu, Odstraňuje stopy reaktivního kyslíku, který nevratně poškozuje stacionární fázi v koloně.
* '''Zdrojem nosného plynu''' je tlaková lahev obsahující [[dusík]], [[helium]] nebo [[argon]]. Druh plynu je určen jeho úkolem unášet vzorek kolonou a potřebou inertního chování vůči jeho složkám. Nemá přímý vliv na separaci. Při použití detekce ionizací plamenem (FID) je zapotřebí ještě přívod [[vodík]]u a [[kyslík]]u do oblasti detektoru (t.jtj. až za kolonou).
*'''Regulační systém''' zajišťuje stálý nebo programově se měnící průtok nosného plynu. (Ten musí pro kontrolu a možnost regulace snímat a zobrazovat nějaký indikátor) Jiný regulační systém zajišťuje stálou nebo programově se měnící teplotu termostatu (která opět musí také být monitorována).
* '''Čistící zařízení''' zachycuje vlhkost a nečistoty v nosném plynu, Odstraňuje stopy reaktivního kyslíku, který nevratně poškozuje stacionární fázi v koloně.
*'''Dávkovač''' neboli injektor slouží k zavedení vzorku do proudu nosného plynu. Roztoky (nebo zkoumaný vzorek směsi plynů) dávkujeme injekčními stříkačkami (často speciálně vyrobenými a kalibrovanými pro použití v plynové chromatografii - mikrosyringes) přes pryžové septum. Hovoříme o nástřiku vzorku. U moderních chromatografů je lidský faktor (k eliminaci nepřesností) nahrazen autosamplerem - automatickým nástřikem vzorku - viz obrázek vlevo.
* '''Regulační systém''' zajišťuje stálý nebo programově se měnící průtok nosného plynu. (Ten musí pro kontrolu a možnost regulace snímat a zobrazovat nějaký indikátor) Jiný regulační systém zajišťuje stálou nebo programově se měnící teplotu termostatu (která opět musí také být monitorována).
*'''Kolona''' je část chromatografu, ve které je umístěna stacionární fáze. V koloně nastává separace složek. U kolony jsou důležité tyto parametry: materiál (nejčastěji skleněné nebo kovové), délka a počet závitů, plocha průřezu. V závislosti na metodě detekce je použita buď jedna kolona (absolutní detekce; méně často) nebo dvě kolony (srovnávací detekce - kdy jedna kolona poskytuje lineární srovnávací signál a druhá po nástřiku srovnávaný (analyzovaný) signál; častěji).
* '''Dávkovač''' neboli injektor slouží k zavedení vzorku do proudu nosného plynu. Roztoky (nebo zkoumaný vzorek směsi plynů) dávkujeme injekčními stříkačkami (často speciálně vyrobenými a kalibrovanými pro použití v plynové chromatografii - mikrosyringes) přes pryžové septum. Hovoříme o nástřiku vzorku. U moderních chromatografů je lidský faktor (k eliminaci nepřesností) nahrazen autosamplerem - automatickým nástřikem vzorku - viz obrázek vlevo.
*'''Stacionární fáze''' je mikrofilm (kapaliny nebo polymeru) na zrnéčkách pevného nosiče, umístěného uvnitř kolony.
* '''Kolona''' je část chromatografu, ve které je umístěna stacionární fáze. V koloně nastává separace složek. U kolony jsou důležité tyto parametry: materiál (nejčastěji skleněné nebo kovové), délka a počet závitů, plocha průřezu. V závislosti na metodě detekce je použita buď jedna kolona (absolutní detekce; méně často) nebo dvě kolony (srovnávací detekce - kdy jedna kolona poskytuje lineární srovnávací signál a druhá po nástřiku srovnávaný (analyzovaný) signál; častěji).
*'''Náplň kolony''' zrnéčka nosiče, potažená mikrofilmem stacionární fáze. Zrnéčka nosiče musí přesně splňovat požadavky na parametry, vhodné pro určitou oblast analýz: pro různé typy analýz se tyto parametry liší. Mezi tyto parametry patří vnější průměr zrnéček (obvykle 100 - 300 μm), homogenita nebo rozptyl a procentuální zastoupení velikostí zrnéček), jejich pórivitost (také struktura/architektura pórů), materiál/chemické složení. U starších typů se kolony plnívaly ručně - tehdy mělo značný význam rovnoměrnost "upěchování" náplně (aby nemohly vzniknout "hluché" prostory - "kapsy"). V současnosti se používají strojně plněné, bez možnosti další manipulace "Packed Columns".
* '''Stacionární fáze''' je mikrofilm (kapaliny nebo polymeru) na zrnéčkách pevného nosiče, umístěného uvnitř kolony.
*'''Detektor''' slouží k detekci látek v nosném plynu (signalizuje nám její přítomnost). Druhy detektorů:
* '''Náplň kolony''' zrnéčka nosiče, potažená mikrofilmem stacionární fáze. Zrnéčka nosiče musí přesně splňovat požadavky na parametry, vhodné pro určitou oblast analýz: pro různé typy analýz se tyto parametry liší. Mezi tyto parametry patří vnější průměr zrnéček (obvykle 100 - 300 μm), homogenita nebo rozptyl a procentuální zastoupení velikostí zrnéček), jejich pórivitost (také struktura/architektura pórů), materiál/chemické složení. U starších typů se kolony plnívaly ručně - tehdy mělo značný význam rovnoměrnost "upěchování" náplně (aby nemohly vzniknout "hluché" prostory - "kapsy"). V současnosti se používají strojně plněné, bez možnosti další manipulace "Packed Columns".
** '''[[ECD]]''' (z [[Angličtina|anglického]] electron capture detector - detekce vychytáváním elektronů) - používá se pro detekci látek s vysokou elektronegativitou ([[Halogeny|halogeny]], organokovové sloučeniny, nitrily... - výběr není příliš veliký). Principem je násobení emitovaných elektronů z beta záření, vyzařovaného fólií radioaktivního [[nikl]]u <sup>63</sup>Ni o intensitě 370 M[[becquerel|Bq]]. V případech, kdy lze tuto detekci použít je její citlivost destetkrát až 1000krát lepší, než [[FID]] a milionkrát lepší, než [[TCD]]
* '''Detektor''' slouží k detekci látek v nosném plynu (signalizuje nám její přítomnost). Druhy detektorů:
** '''[[FID]]''' (z [[Angličtina|anglického]] flame ionization detector - detekce ionizací plamenem). Zjednodušeně: detekce je založena na detekci kladných i záporných iontů, vzniklých vzplanutím analyzované látky ve vodíkovém plameni, kdy anionty putují k anodě a kationty ke katodě a vzniklý proud je měřen. Je citlivější, než TCD, ale méně citlivý, než ECD (platí pouze pro látky, ''vhodné'' k detekci ECD). Nevýhodou je nemožnost detekce CO<sub>2</sub>, CO, snížená (a tím nerovnoměrná) citlivost na heteroatomy a v neposlední řadě destrukce analytu - nelze pokračovat v jeho další analýze jinými/navazujícími metodami.
** '''[[ECD]]''' (z [[Angličtinaangličtina|anglického]] electron capture detector - detekce vychytáváním elektronů) - používá se pro detekci látek s vysokou elektronegativitou ([[Halogeny|halogeny]], organokovové sloučeniny, nitrily... - výběr není příliš veliký). Principem je násobení emitovaných elektronů z beta záření, vyzařovaného fólií radioaktivního [[nikl]]u <sup>63</sup>Ni o intensitě 370 M[[becquerel|Bq]]. V případech, kdy lze tuto detekci použít je její citlivost destetkrát až 1000krát lepší, než [[FID]] a milionkrát lepší, než [[TCD]]
** '''[[TCD]]''' (z [[Angličtina|anglického]] thermal conductivity detector - detekce změny [[Tepelná vodivost|tepelné vodivosti]] průchodem analytu, který většinou snižuje tepelnou vodivost), jinak nazývaný také '''katharometr'''. Ve vytemperované komůrce je žhavené vlákno, které stabilizovaně odevzdává teplo stěnám komůrky detektoru, dokud nepřiteče analyt, který sníží tepelnou vodivost a vlákno se více zahřeje a tím dojde ke změně elektrického odporu. Tento výkyv se indikuje za pomoci [[Wheatstoneův můstek|Wheatstoneova můstku]].
** '''[[FID]]''' (z [[Angličtinaangličtina|anglického]] flame ionization detector - detekce ionizací plamenem). Zjednodušeně: detekce je založena na detekci kladných i záporných iontů, vzniklých vzplanutím analyzované látky ve vodíkovém plameni, kdy anionty putují k anodě a kationty ke katodě a vzniklý proud je měřen. Je citlivější, než TCD, ale méně citlivý, než ECD (platí pouze pro látky, ''vhodné'' k detekci ECD). Nevýhodou je nemožnost detekce CO<sub>2</sub>, CO, snížená (a tím nerovnoměrná) citlivost na heteroatomy a v neposlední řadě destrukce analytu - nelze pokračovat v jeho další analýze jinými/navazujícími metodami.
*'''Vyhodnocovací zařízení''' zpracovává signál z detektoru, zakresluje chromatografickou křivku (chromatogram) a provádí její vyhodnocení.
** '''[[TCD]]''' (z [[Angličtinaangličtina|anglického]] thermal conductivity detector - detekce změny [[Tepelnátepelná vodivost|tepelné vodivosti]] průchodem analytu, který většinou snižuje tepelnou vodivost), jinak nazývaný také '''katharometr'''. Ve vytemperované komůrce je žhavené vlákno, které stabilizovaně odevzdává teplo stěnám komůrky detektoru, dokud nepřiteče analyt, který sníží tepelnou vodivost a vlákno se více zahřeje a tím dojde ke změně elektrického odporu. Tento výkyv se indikuje za pomoci [[Wheatstoneův můstek|Wheatstoneova můstku]].
*'''Termostat''' zajišťuje dostatečně vysokou teplotu dávkovače, kolony a detektoru, aby byl vzorek udržen v plynném stavu. Pro určité druhy analýz se používá stanovený teplotní režim, kdy se teplota termostatu plynule mění v čase přesně naprogramovaným způsobem. Termostat kolony představuje největší objem chromatografu, termostaty dávkovače a detektoru jsou podstatně méně objemné.
* '''Vyhodnocovací zařízení''' zpracovává signál z detektoru, zakresluje chromatografickou křivku (chromatogram) a provádí její vyhodnocení.
* '''Termostat''' zajišťuje dostatečně vysokou teplotu dávkovače, kolony a detektoru, aby byl vzorek udržen v plynném stavu. Pro určité druhy analýz se používá stanovený teplotní režim, kdy se teplota termostatu plynule mění v čase přesně naprogramovaným způsobem. Termostat kolony představuje největší objem chromatografu, termostaty dávkovače a detektoru jsou podstatně méně objemné.
 
== Eluční parametry==
 
'''Eluční parametry''' jsou veličiny používané v kolonové chromatografii k charakterizaci chování látky v daném chromatografickém systému.
 
Řádek 34 ⟶ 39:
''Distribuční konstanta'' K<sub>D</sub> je poměr rovnovážných koncentrací dělené látky ve stacionární a mobilní fázi za předpokladu, že tato látka je v obou fázích přítomna v téže molekulové formě.
== Účinnost chromatografické kolony ==
 
''Teoretické patro'': Počet teoretických pater udává účinnost chromatografické kolony. Čím větší je počet teoretických pater, tím méně je rozmývána zóna separované látky při průchodu kolonou. Pro tutéž kolonu je počet teoretických pater pro různé látky různý.
Řádek 42 ⟶ 48:
 
== Vyhodnocení analýzy ==
 
'''Kvalitativní vyhodnocení''' je založeno na znalosti retenčních dat (retenční čas, retenční objem). Retenční čas je doba, která uplyne od nástřiku vzorku do dosažení maxima křivky (píku) a retenční objem je proteklý objem kolonou za tuto dobu. Retenční čas a retenční objem jsou charakteristickými veličinami pro každou separovanou látku v daném systému. Pro identifikaci složek provádíme porovnáváním retenčních dat standardu a identifikované látky. Tato retenční data se získají „cejchováním“ pomocí plynů o známém složení, kdy se zjistí jaké retenční časy mají jednotlivé složky.
 
Řádek 51 ⟶ 58:
 
== Methanolová aféra ==
 
Plynová chromatografie byla hojně využívána v souvislosti s [[Metanolovémetanolové otravy roku 2012 v Česku|methanolovou aférou]], která postihla ČR na podzim roku 2012. Plynová chromatografie je totiž jednou z technik, jak stanovit množství relativně (ve srovnání s ethanolem) vysoce toxického methanolu vedle méně škodlivého ethanolu. Mezi dalšími metodami je například Ramanova spektroskopie.
 
== Doplňující a navazující metody ==
Plynová chromatografie může být s výhodou doplněna [[Hmotnostní spektrometrie|hmotnostní spektrometrií (MS)]] (z [[Angličtina|anglického]] mass spectrometry). Toto spojení je označováno [[Plynová chromatografie/hmotnostní spektrometrie|GC-MS nebo GC/MS]] a ve špičkových analytických laboratořích jsou používány přístroje, analyzující tandemově oběma metodami. Tyto analýzy patří ke "zlatému standardu". Pochopitelně, že v první etapě plynové chromatografie nemůže být použit FID.
 
Plynová chromatografie může být s výhodou doplněna [[Hmotnostníhmotnostní spektrometrie|hmotnostní spektrometrií (MS)]] (z [[Angličtinaangličtina|anglického]] mass spectrometry). Toto spojení je označováno [[Plynováplynová chromatografie/hmotnostní spektrometrie|GC-MS nebo GC/MS]] a ve špičkových analytických laboratořích jsou používány přístroje, analyzující tandemově oběma metodami. Tyto analýzy patří ke "zlatému standardu". Pochopitelně, že v první etapě plynové chromatografie nemůže být použit FID.
== Zdroje ==
 
== Literatura ==
 
KLOUDA,* Pavel. Klouda: ''Moderní analytické metody. 2.'', upr.nákladem a dopl. vyd.vlastním, Ostrava: Pavel Klouda2003, 2003. ISBN 80-86369-07-2.
Eldiag [online]. [cit. 2013-05-26]. Dostupné z: http://www.eldiag.cz/cz/texty/seznameni-s-plynovou-chromatografii
VLÁČIL,* František. Vláčil: ''Příklady z chemické a instrumentální analýzy.'', 4. přepr. a rozš. vyd.Informatorium, Praha: Informatorium, 1991, s. 153-156. ISBN 80-85427-04-4, str. 153-156
 
== Externí odkazy ==
KLOUDA, Pavel. Moderní analytické metody. 2., upr. a dopl. vyd. Ostrava: Pavel Klouda, 2003. ISBN 80-86369-07-2.
 
* {{Commonscatcommonscat|Gas chromatography}}
VLÁČIL, František. Příklady z chemické a instrumentální analýzy. 4. přepr. a rozš. vyd. Praha: Informatorium, 1991, s. 153-156. ISBN 80-85427-04-4.
Eldiag* [online]. [cit. 2013-05-26]. Dostupné z: http://www.eldiag.cz/cz/texty/seznameni-s-plynovou-chromatografii Seznámení s plynovou chromatografií]
 
{{portály|Chemie}}
{{Commonscat|Gas chromatography}}
 
[[Kategorie:Separační metody]]