CHROMATOGRAFIA GAZOWA - ANALIZA ILOŚCIOWA PRÓBEK POWIETRZA
1. Podstawowe pojęcia i definicje:
Chromatografia - technika analityczna, służąca do rozdziału lub/i badania składu mieszanin związków chemicznych. Rozdział mieszanin w chromatografii następuje na odpowiednio dobranym do rodzaju oznaczenia złożu, zwanym fazą stacjonarną. Faza stacjonarna zawiera związki chemiczne oddziałujące w różny sposób i w różnym stopniu ze składnikami mieszaniny. Mieszanina dostaje się na fazę stacjonarną za pomocą fazy ruchomej (fazy nośnej), następnie, w wyniku ciągłego przepływu fazy ruchomej przez fazę stacjonarną, następuje proces wymywania poszczególnych składników mieszaniny (np. jeśli dany składnik mieszaniny został zaadsorbowany na powierzchni fazy stacjonarnej, następuje jego desorpcja). Intensywność tego procesu jest różna dla poszczególnych składników mieszaniny - czas mierzony od rozpoczęcia analizy do pojawienia się danego składnika mieszaniny na chromatogramie (zapisie wyniku chromatografii) to czas retencji tego związku.
Chromatografia gazowa - analityczna technika chromatograficzna, w której fazą nośną jest gaz (najczęściej hel, azot, coraz rzadziej wodór). Technika ta jest jedną z metod rozdziału mieszanin, umożliwia procentowe ustalenie składu mieszanin związków chemicznych, w których występuje ich nawet kilkaset. Nie umożliwia natomiast bezpośredniej identyfikacji struktury chemicznej związków, za wyjątkiem aparatów z detektorem masowym.
Zasada działania - metoda ta polega na rozdzielaniu mieszanin na długich i cienkich kolumnach z odpowiednim wypełnieniem stałym lub żelowym, a następnie detekcji stężenia kolejno wychodzących związków na wylocie kolumny. Mechanizm rozdziału oparty jest na występowaniu oddziaływań międzycząsteczkowych między składnikami rozdzielanych mieszanin i wypełnieniem kolumn. Oddziaływania te hamują przepływ związków chemicznych przez kolumnę. Im są silniejsze, tym czas przejścia związku chemicznego przez kolumnę jest dłuższy. Czas liczony od momentu wprowadzenia próbki, do momentu pojawienia na chromatografie maksimum piku nosi nazwę czasu retencji. Przy odpowiednio długiej i cienkiej kolumnie, czasy retencji związków są na tyle różne, że wychodzą one z kolumny osobno, przy czym cała objętość związku wychodzi w stosunkowo krótkim czasie.
W wyniku analizy otrzymuje się pik chromatograficzny, którego wartościami charakterystycznymi są: pole powierzchni piku oraz jego wysokość. Wartości te służą do analizy jakościowej (wysokość piku) i ilościowej (pole powierzchni).
W celu wykonania analizy chromatograficznej, badaną próbkę wprowadza się do strumienia gazu nośnego (fazy ruchomej) o określonej prędkości przepływu. Za pomocą gazu nośnego, próbka z komory nastrzykowej przenoszona jest do kolumny chromatograficznej, gdzie w określonej temperaturze kolumny, ulega podziałowi na poszczególne składniki (uwaga! faza nośna w chromatografii gazowej pełni wyłącznie funkcję transportową - nie oddziałuje ze składnikami mieszaniny). Z kolumny poszczególne składniki wędrują do detektora. Informacje (sygnały) z detektora rejestrowane są jako piki chromatograficzne lub - przy zastosowaniu integratora - wyniki podawane są jako wartości czasów retencji i pól powierzchni.
Analiza ilościowa - oparta jest na liniowej zależności między sygnałem detektora (powierzchnia lub wysokość piku) a ilością badanego związku. Znanych jest kilka metod ilościowej interpretacji wyników, jedną z nich jest metoda krzywej kalibracyjnej.
Metoda krzywej kalibracyjnej - polega na wprowadzaniu do chromatografu znanych ilości badanego związku zwiększając stopniowo jego ilość, a następnie odczytaniu odpowiadającego dawkowanym ilościom badanego związku - pola powierzchni piku A lub wysokości piku H.
Z uzyskanych danych wykreśla się krzywą kalibracyjną jako zależność sygnału (A lub H) od ilości kalibrowanego związku.
2. Cel i zakres ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest oznaczenie stężenia związków w badanej próbce powietrza przy pomocy chromatografu gazowego, z zastosowaniem metody krzywej kalibracji.
Aparatura i warunki pracy chromatografu:
- chromatograf gazowy z detektorem płomieniowo - jonizacyjnym oraz integratorem;
- kolumna pakowana wypełniona glikolem polietylenowym;
- temperatura kolumny 100oC;
- temperatura detektora 150 - 200oC;
- natężenie przepływu gazu nośnego: 30cm3/min.
3. Przygotowanie wzorców:
a) próbki wzorcowe oznaczanego związku uzyskuje się przez wprowadzenie podanych w tabeli objętości związku do pipety gazowej o określonej objętości. Po wymieszaniu wzorca z powietrzem w pipecie i obliczeniu stężenia oznaczanego związku, z pipety, przy pomocy strzykawki gazowej, należy pobrać 1cm3 wzorcowej mieszaniny gazowej i wprowadzić w strumień gazu nośnego chromatografu. Na podstawie uzyskanych wyników, wykreślić krzywą kalibracji jako zależność A(H) = f (C);
związek |
objętość związku |
objętość pipety |
stężenie związku C |
A |
H |
|
ml |
dm3 |
mg / cm3 |
mVs |
mV
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ANALIZA
|
|
|
|
|
|
b) próbkę o nieznanym stężeniu podać na chromatograf, wyznaczyć pole powierzchni i wysokość piku, a następnie z krzywej wzorcowej określić stężenie badanej próbki w powietrzu /mg/m3/.
4. Zagadnienia związane z realizacją ćwiczenia:
klasyfikacja i podział metod chromatograficznych;
zastosowanie chromatografii gazowej;
charakterystyka i działanie poszczególnych elementów chromatografu;
budowa chromatografu gazowego;
typy detektorów i ich zastosowanie;
opis chromatogramu;
oznaczenie stężenia związków w badanej próbce powietrza z zastosowaniem metody krzywej kalibracji - poszczególne etapy analizy.
Instrukcję przygotował:
mgr Kornelia Kwiecińska
Instrukcję zatwierdził:
Dr hab. inż. Izabela Sówka (kierownik przedmiotu `Chemia powietrza')
Dr inż. Łukasz Szałata (p.o. kierownik Zakładu Ekologistyki)
Wrocław, 28.04.2014