Spośród wielu różnych metod i technik analitycznych, czołowe miejsce zajmuje chromatografiachromatografia chromatografia, która ze względu na swoje zalety jest powszechnie stosowana zarówno w laboratoriach kontrolno‑pomiarowych, jak i naukowo‑badawczych. Do rozdziału i identyfikacji m.in związków organicznych, stosowania jest chromatografia gazowa (GC) i wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC). Czy wymienione metody są w pełni zautomatyzowane?

Chromatografia gazowa (GC – ang. gas chromatography) jest metodą analityczną, w której do rozdziału, jako fazy ruchomejfaza ruchomafazy ruchomej, używa się gazu nośnego (najczęściej jest to hel lub argon). Fazą stacjonarnąfaza stacjonarnaFazą stacjonarną (nieruchomą) jest porowate ciało stałe lub polimer organiczny.

Zastosowanie

Chromatografia gazowa wykorzystywana jest do rozdziału oraz identyfikacji próbek zarówno gazowych, jak i ciekłych. Mogą to być mieszaniny lotnych związków organicznych i nieorganicznych, które w trakcie analizy mają postać gazów lub par. W praktyce oznacza to, że temperatury wrzenia analizowanych substancji nie przekraczają $350-400°\mathrm{C}$, a ich masy są mniejsze niż $500$ DaDaDa. Z tego względu czasem istnieje konieczność przeprowadzenia procesu derywatyzacjiderywatyzacjaderywatyzacji, która zapewnia uzyskanie żądanych właściwości próbki. Chromatografia gazowa umożliwia przeprowadzenie analizy jakościowej oraz ilościowej.

1

1. Analiza jakościowa

1. Analiza jakościowa

Ze względu na precyzję czasów retencjiczas retencjiczasów retencji, GC można stosować do identyfikacji składników mieszaniny pod warunkiem, że próbki są czyste, a składniki rozdzielają się na kolumnie. Poniższy rysunek przedstawia chromatogramchromatogram chromatogram GC próbki zawierającej $3$-pentanol oraz $1$-pentanol.

RaLxbjMLmAAcv

Ilustracja przedstawia chromatogram GC próbki zawierającej 3-pentanol i 1-pentanol. Na osi x znajduje się czas wyrażany w minutach. Oś y jest opisana jako intensywność sygnału z detektora. Między 0 a 2 minutą intensywność jest na stałym poziomie, równa zero. Z początkiem drugiej minuty intensywność wzrasta i dla czasu 2,2 minuty osiąga wartość maksymalną, po czym zaczyna spadać do zera. Przy około 3 minucie intensywność ponownie wzrasta i osiągane jest kolejne maksimum w 3,5 minucie. Następnie intensywność obniża się i osiąga wartość zero.

Z kolei kolejny rysunek przedstawia chromatogramchromatogram chromatogram GC $1$-pentanolu, a jego czas retencji ściśle odpowiada jednemu z dwóch pików w oryginalnej mieszaninie, umożliwiając w ten sposób jego identyfikację.

Rql7ysWI9IvCP

Ilustracja przedstawia chromatogram GC 1-pentanolu. Na osi x znajduje się czas wyrażany w minutach. Oś y jest opisana jako intensywność sygnału z detektora. Do trzeciej minuty intensywność jest na stałym poziomie, równa zero. Z początkiem trzeciej minuty intensywność wzrasta i dla czasu 3,5 minuty osiąga wartość maksymalną, po czym zaczyna spadać do zera.

2. Analiza ilościowa

2. Analiza ilościowa

W analizie GC obszar pod pikiem jest proporcjonalny do ilości analituanalitanalitu, wstrzykniętego na kolumnę. Obszar piku jest określany przez integrację, którą zwykle wykonuje się przy pomocy programu na komputerze

RKhLwWrhiecYz

Na ilustracji znajdują się cztery fragmenty chromatogramów. W pierwszy przypadku znajdują się dwa częściowo nałożone piki. Poprowadzono prostą od miejsca przecięcia pików do linii poziomej. W drugim przypadku znajdują się dwa częściowo nałożone piki. Poprowadzono prostą od początku pierwszego piku do miejsca przecięcia pików oraz od miejsca przecięcia do końca drugiego piku. W trzecim przypadku znajdują się dwa częściowo nałożone piki. Poprowadzono poziomą prostą od początku pierwszego do końca drugiego piku oraz krzywą od miejsca przecięcia pików do końca drugiego piku. W czwartym przypadku znajdują się dwa częściowo nałożone piki. Poprowadzono prostą poziomą od początku pierwszego do końca drugiego piku oraz krzywą od miejsca przecięcia do środka linii poziomej.

Wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC – ang. high performance liquid chromatography). Metoda HPLC wykorzystuje efekt rozdziału chromatograficznego z użyciem cieczy jako fazy ruchomejfaza ruchomafazy ruchomej. Skład fazy ciekłej i rodzaj fazy stacjonarnejfaza stacjonarnafazy stacjonarnej jest uzależniony od składu badanych próbek oraz typu oddziaływań, wykorzystywanych do osiągnięcia separacji ich składników.

Podczas analiz prowadzonych techniką HPLC, wykorzystywane są różne sposoby rozdziału. Niewątpliwie podstawowe techniki oparte są o polarność rozdzielanych związków. Do rozdzielenia związków zawartych w mieszaninie dochodzi wtedy, gdy wykazują one inne powinowactwopowinowactwopowinowactwo zarówno do fazy stacjonarnejfaza stacjonarnafazy stacjonarnej, jak i ruchomej. W takiej sytuacji czas, jaki jest potrzebny na przebycie drogi w systemie – od momentu nastrzyku do wykrycia przez detektor, dla każdego związku będzie inny. Stąd wiedza, dotycząca właściwości chemicznych analizowanych związków, jest kluczowa w aspekcie przeprowadzenia ich rozdziału chromatograficznego.

Faza ruchoma

Właściwości fazy ruchomej również odgrywają istotną rolę w procesie rozdziału chromatograficznego. Jeśli faza ruchoma zapewnia wystarczający rozdział związków polarnych, związki mniej polarne będą dłużej zatrzymywane na kolumnie i odwrotnie. Nie zawsze istnieje możliwość uzyskania dostatecznego rozdziału z wykorzystaniem fazy ruchomej składającej się z jednego rozpuszczalnika. Zazwyczaj w takiej sytuacji należy zastosować układ dwóch lub więcej rozpuszczalników.

Warunki rozdziału

Dobór warunków rozdzielania może być procesem trudnym i pracochłonnym. Pomimo możliwości zmiany parametrów chromatograficznych, nie zawsze udaje się uzyskać efektywny rozdział wszystkich składników zawartych w analizowanej próbce. Z tego powodu, w zależności od charakteru analizowanych związków oraz polarności zarówno fazy stacjonarnej, jak i ruchomej, w praktyce stosuje się kilka układów chromatograficznych, scharakteryzowanych w tabeli.

Indeks górny Gdzie: NP – normalny układ faz; RP – odwrócony układ faz; HILC – chromatografia oddziaływań hydrofilowych; IEC –- chromatografia jonowymienna. Indeks górny koniec^{Gdzie: NP – normalny układ faz; RP – odwrócony układ faz; HILC – chromatografia oddziaływań hydrofilowych; IEC –- chromatografia jonowymienna.}

Zastosowanie

Słownik

Bibliografia

Hardy J. K,, Separation Process Principles. Chemical and Biochemical Operations, wyd. 3, 2005.

Kocjan R., Chemia analityczna. Podręcznik dla studentów, t. 2, Warszawa 2000.

Minczewski J., Marczewski Z., Chemia analityczna. T. 3. Analiza instrumentalna, Warszawa.

Szczepaniak W., Metody instrumentalne w analizie chemicznej, Warszawa 1996.

Witkiewicz Z., Podstawy chromatografii, Warszawa 2000.