🗊Презентация Metode cromatografice

Metode cromatografice

Analiza chimică cromatografică este un domeniu al analizei instrumentale care include mai multe metode de separare şi totodată de analiză a componenţilor amestecului din probă. Analiza chimică cromatografică este un domeniu al analizei instrumentale care include mai multe metode de separare şi totodată de analiză a componenţilor amestecului din probă.

separarea precede analiza şi se realizează prin repetarea, de un număr mare de ori, a echilibrului de distribuţie între două faze. separarea precede analiza şi se realizează prin repetarea, de un număr mare de ori, a echilibrului de distribuţie între două faze. Una dintre faze este imobilă şi poartă denumirea de fază staţionară (aflată de regulă într-un tub numit coloană) iar cealaltă - faza mobilă - aflată în mişcare, se deplasează prin golurile primei faze.

Separarea se petrece în coloana cromatografică. Separarea se petrece în coloana cromatografică. Faza mobilă, denumită şi eluent - scurgându-se continuu (deci cu viteză constantă) prin interstiţiile fazei staţionare, adeseori poroase, poate provoca migrarea, cu viteze diferite, a celor n componenţi ai amestecului de separat de-a lungul coloanei.

Amestecul supus separării se introduce sub formă de soluţie la începutul coloanei, folosindu-se un dispozitiv de introducere a probei (de exemplu o seringă micrometrică), şi se află iniţial “fixat” într-o zonă îngustă de la începutul coloanei. Spălaţi de eluent, o parte din componenţii probei migrează apoi prin coloană cu viteze diferite. Acest lucru se datorează interacţiunilor fizice specifice, dintre moleculele probei şi faza staţionară. Amestecul supus separării se introduce sub formă de soluţie la începutul coloanei, folosindu-se un dispozitiv de introducere a probei (de exemplu o seringă micrometrică), şi se află iniţial “fixat” într-o zonă îngustă de la începutul coloanei. Spălaţi de eluent, o parte din componenţii probei migrează apoi prin coloană cu viteze diferite. Acest lucru se datorează interacţiunilor fizice specifice, dintre moleculele probei şi faza staţionară.

Clasificarea tehnicilor cromatografice se distinge cromatografia de lichide (LC) când faza mobilă este un lichid, cromatografia de gaze (GC) când aceasta este un gaz sau cromatografia cu fluide supracritice la care faza mobilă este un lichid aflat peste temperatura critică. În cadrul cromatografiei de lichide se mai face distincţie între cromatografia pe coloană deschisă şi cea pe coloană închisă. Pe de altă parte, în cadrul fiecăreia dintre acestea, distingem mai multe variante.

În cadrul LC se disting, în funcţie de mecanismele de separare: Cromatografia de adsorbţie, una dintre primele tehnici utilizate, veche de mai bine un secol (Ţvet, 1903), utilizată pentru separarea substanţelor organice cu molecule de dimensiuni mici şi medii pe adsorbenţi, ca silicagel şi alumină, folosindu-se, ca faze mobile, diferite amestecuri de solvenţi organici.

Cromatografia ionică (de schimb ionic), care se petrece pe o fază staţionară solidă, poroasă, formată din materiale specifice – schimbătorii de ioni – substanţe cu o reţea solidă afânată, de natură organică sau anorganică, pe care se găsesc grefate, prin procesul de obţinere, nişte „centre de schimb ionic”. Cele mai răspândite sunt răşinile schimbătoare de ioni – organice – la care scheletul-suport este unul organic – un polimer poros. Cromatografia ionică (de schimb ionic), care se petrece pe o fază staţionară solidă, poroasă, formată din materiale specifice – schimbătorii de ioni – substanţe cu o reţea solidă afânată, de natură organică sau anorganică, pe care se găsesc grefate, prin procesul de obţinere, nişte „centre de schimb ionic”. Cele mai răspândite sunt răşinile schimbătoare de ioni – organice – la care scheletul-suport este unul organic – un polimer poros.

Cromatografia de excluziune sterică se desfăşoară pe faze staţionare poroase dar cu porozitatea selecţionată astfel încât să corespundă dimensiunilor moleculelor supuse separării. O parte dintre molecule intră prin pori, reuşind să interacţioneze cu suportul solid, prin forţe de adsorbţie foarte slabe, iar altele sunt “excluse” deplasându-se practic nereţinute odată cu faza mobilă. Cromatografia de excluziune sterică se desfăşoară pe faze staţionare poroase dar cu porozitatea selecţionată astfel încât să corespundă dimensiunilor moleculelor supuse separării. O parte dintre molecule intră prin pori, reuşind să interacţioneze cu suportul solid, prin forţe de adsorbţie foarte slabe, iar altele sunt “excluse” deplasându-se practic nereţinute odată cu faza mobilă.

în cazul cromatografiei de gaze (sau mai pretenţios cromatografiei în fază gazoasă), denumită prescurtat GC se disting următoarele tehnici: Cromatografia gaz-lichid în care faza staţionară este un lichid nevolatil imobilizat pe un suport solid. Aici suportul poate fi unul granular, poros, situat într-o coloană în aşa-numita cromatografie de gaze “convenţională” sau chiar pe pereţii coloanei, confecţionată de dimensiuni capilare, în “cromatografia pe coloană capilară”.

Cromatograma. Elementele acesteia şi mărimi fundamentale În orice tip de cromatografie detectorul dă un semnal proporţional, uneori cu concentraţia, alteori cu masa componentului aflat în celula de măsură, semnal ce poate fi înregistrat în funcţie de timp. Diagrama semnal, funcţie de timp sau de volumul de eluent se numeşte cromatogramă.

Pe cromatogramă distingem o serie de maxime, numite picuri (peak = vârf în l. engleză), care se produc deasupra liniei de bază sau a porţiunii orizontale a curbei, paralelă cu axa timpului. Pe cromatogramă distingem o serie de maxime, numite picuri (peak = vârf în l. engleză), care se produc deasupra liniei de bază sau a porţiunii orizontale a curbei, paralelă cu axa timpului. Aceasta apare ori de câte ori în detector nu apare nici un component, în afara eluentului evident

Elementele unei cromatograme

Timpul mort, tM - este timpul în care un component, complet nereţinut de către faza staţionară, parcurge coloana şi tuburile de legătură până la detector. Acesta nu poate fi zero. În cazul CG timpul mort, de exmplu, este egal cu timpul de retenţie al aerului: tM = tR(retenţie). Deci, cu alte cuvinte, reprezintă timpul scurs de la injectarea (introducerea) probei în coloană şi apariţia maximului de concentraţie în detector, pentru componentul nereţinut. Timpul mort, tM - este timpul în care un component, complet nereţinut de către faza staţionară, parcurge coloana şi tuburile de legătură până la detector. Acesta nu poate fi zero. În cazul CG timpul mort, de exmplu, este egal cu timpul de retenţie al aerului: tM = tR(retenţie). Deci, cu alte cuvinte, reprezintă timpul scurs de la injectarea (introducerea) probei în coloană şi apariţia maximului de concentraţie în detector, pentru componentul nereţinut.

Timpul de retenţie, tR - o mărime caracteristică pentru fiecare component al amestecului separat de coloană - reprezintă timpul scurs de la injectarea probei şi apariţia maximului de concentraţie în detector. De exemplu, în cazul prezentat anterior în fig. , acesta este distanţa de la axa ordonatelor (începutul cromatogramei) până la verticala prin vârful picului C.

Volumul de retenţie, VR este volumul de eluent corespunzător timpului de retenţie: Volumul de retenţie, VR este volumul de eluent corespunzător timpului de retenţie: VR = tRFe (1) Acesta este legat de timpul tR prin intermediul debitului eluentului, Fe:

Timpul de retenţie ajustat, tR' - introdus în cromatografie pentru a se putea compara timpii măsuraţi pe coloane diferite, în cazul aceluiaşi component - este dat de diferenţa: t'R = tr - tM (2)

Corespunzător există şi un volum de retenţie ajustat Corespunzător există şi un volum de retenţie ajustat VR' = VR –VM unde VM este volumul mort

Acest volum mort este legat de debitul eluentului coloanei, Fe, prin produsul: VM =tMFe şi reprezintă volumul golurilor din coloană plus volumul tuburilor de legătură de la coloană la detector.

Cromatograme ideale şi reale Aspectul unui pic dintr-o cromatogramă ideală este acelaşi cu curba obţinută prin reprezentarea grafică a funcţiei de distribuţie a erorilor (Gauss).

Numărul de talere teoretice al coloanei, n. Conform “teoriei talerelor” migrarea unei substanţe separate prin coloană se poate descompune teoretic într-o succesiune de deplasări prin dreptul a n mici incinte din interiorul coloanei în care au loc echilibre perfecte între fazele staţionară, din incinte, şi cea mobilă. Numărul de talere teoretice al coloanei, n. Conform “teoriei talerelor” migrarea unei substanţe separate prin coloană se poate descompune teoretic într-o succesiune de deplasări prin dreptul a n mici incinte din interiorul coloanei în care au loc echilibre perfecte între fazele staţionară, din incinte, şi cea mobilă. Similar cu distilarea pe coloane prevăzute cu talere, aceste mici incinte ideale au fost denumite "talere teoretice". Lungimea porţiunii dintr-o coloană, ce corespunde unei asemenea incinte, pe parcursul căreia se realizează un echilibru termodinamic, se notează cu H şi poartă numele de înălţime echivalentă a unui taler teoretic. Aceasta caracterizează performanţa coloanei şi se poate calcula din raportul:

Cu cât valoarea H este mai mare separarea este mai bună. Numărul n se poate calcula pe baza cromatogramei obţinute experimental din lăţimea picului la bază, wb, care după cum se vede din fig. 1, este de 4 ori valoarea dispersiei curbei gaussiene care modelează matematic picul, ceea ce permite scrierea ecuaţiei: Cu cât valoarea H este mai mare separarea este mai bună. Numărul n se poate calcula pe baza cromatogramei obţinute experimental din lăţimea picului la bază, wb, care după cum se vede din fig. 1, este de 4 ori valoarea dispersiei curbei gaussiene care modelează matematic picul, ceea ce permite scrierea ecuaţiei:

Valoarea numărului de talere teoretice, N, constituie de asemenea o măsură a eficacitătii (totale) a coloanei cromatografice utilizate într-o separare sau analiză concretă. Pentru un component dat acest număr reprezintă patratul raportului dintre timpul de retenţie şi deviaţia standard asociată picului corespunzător: Valoarea numărului de talere teoretice, N, constituie de asemenea o măsură a eficacitătii (totale) a coloanei cromatografice utilizate într-o separare sau analiză concretă. Pentru un component dat acest număr reprezintă patratul raportului dintre timpul de retenţie şi deviaţia standard asociată picului corespunzător:

Rezoluţia, simbolizată RS, este mărimea ce exprimă gradul de separare a două componente date de pe o cromatogramă. Pentru componentele oarecare A şi B aceasta se exprimă prin raportul Rezoluţia, simbolizată RS, este mărimea ce exprimă gradul de separare a două componente date de pe o cromatogramă. Pentru componentele oarecare A şi B aceasta se exprimă prin raportul

unde ∆tR este diferenţa dintre timpii de retenţie ai componentelor B şi A adică ∆tR = tRB - tRA, iar w1/2 reprezintă lăţimea medie a picurilor la bază, w1/2= (wA + wB)/2.

Picuri cromatografice separate între ele cu diverse rezoluţii

Ecuaţia lui Van Deemter Această ecuaţie exprimă contribuţia diverşilor factori la lărgirea zonei unui anumit component, în timp ce acesta migrează prin coloană cu o viteză medie v.

Cea mai simplă şi totodată mai cunoscută expresie este cea descoperită iniţial de Van Deemter pentru cromatografia de gaze: Cea mai simplă şi totodată mai cunoscută expresie este cea descoperită iniţial de Van Deemter pentru cromatografia de gaze: H = A + B⋅v + C unde A, B şi C sunt, pentru o coloană dată v nişte constante

aceste constante au în realitate fiecare nişte dependenţe funcţionale ce ţin de natura fizică a fazelor staţionară şi mobilă, de diametrul şi de natura umpluturii, dar şi de condiţiile de operare: temperatură, presiuni etc. aceste constante au în realitate fiecare nişte dependenţe funcţionale ce ţin de natura fizică a fazelor staţionară şi mobilă, de diametrul şi de natura umpluturii, dar şi de condiţiile de operare: temperatură, presiuni etc.

Ecuaţia lui Van Deemter