Einführung in die Chromatographie

Transkript

1 Einführung in die Chromatographie Vorlesung WS 2007/2008 VAK AnC2-1 Johannes Ranke Einführung in die Chromatographie p.1/34

2 Programm Trennmethoden im Überblick und Geschichte der Chromatographie Thermodynamik der Stofftrennung Stofftransport und intermolekulare Wechselwirkungen Präparative Chromatographie und Dünnschichtchromatographie Kenngrößen für die Säulenchromatographie Gaschromatographie: Probenaufgabe und Trennsäulen Gaschromatographie: Detektoren und Quantifizierung Flüssigkeits-Chromatographie: Trennsäulen und Laufmittel Flüssigkeits-Chromatographie: Gradienten und Detektion Charakterisierung von Analyten in der Chromatographie Ionenchromatographie Gelpermeationschromatographie Trenntechniken für die Probenvorbereitung Beispiele aus Akademie und Praxis Einführung in die Chromatographie p.2/34

3 Literatur H. Hein und W. Kunze Umweltanalytik mit Spektrometrie und Chromatographie Wiley-VCH, Weinheim (2004). Einführung in die Chromatographie p.3/34

4 Überblick Hintergrund Einführung in die Chromatographie p.4/34

5 Überblick Hintergrund Probenvorbereitungstechniken Einführung in die Chromatographie p.4/34

6 Probenkomplexität Anzahl der koexistierenden Stoffe Konzentration [kg/kg] Maximal mögliche Anzahl Einführung in die Chromatographie p.5/34

7 Probenkomplexität Anzahl der koexistierenden Stoffe Konzentration [kg/kg] Maximal mögliche Anzahl Wahrscheinliche Situation Einführung in die Chromatographie p.5/34

8 Arbeitsaufwand Anzahl der Parameter Messbereich [g] Einführung in die Chromatographie p.6/34

9 Arbeitsaufwand Anzahl der Parameter Messbereich [g] Einführung in die Chromatographie p.6/34

10 Probenvorbereitung Einführung in die Chromatographie p.7/34

11 Aufgaben der Probenvorbereitung Überführung der Probe in eine der Bestimmung zugängliche Form (Lösen) Einführung in die Chromatographie p.8/34

12 Aufgaben der Probenvorbereitung Überführung der Probe in eine der Bestimmung zugängliche Form (Lösen) Zerstörung der Matrix (Aufschluss) Einführung in die Chromatographie p.8/34

13 Aufgaben der Probenvorbereitung Überführung der Probe in eine der Bestimmung zugängliche Form (Lösen) Zerstörung der Matrix (Aufschluss) Abtrennung des Analyten von störenden Begleitsubstanzen (Trennung) Einführung in die Chromatographie p.8/34

14 Aufgaben der Probenvorbereitung Überführung der Probe in eine der Bestimmung zugängliche Form (Lösen) Zerstörung der Matrix (Aufschluss) Abtrennung des Analyten von störenden Begleitsubstanzen (Trennung) Konzentrierung niedriger Analytgehalte (Anreicherung) Einführung in die Chromatographie p.8/34

15 Probenvorbereitung Physikalische Techniken Hein/Kunze 2004 Einführung in die Chromatographie p.9/34

16 Probenvorbereitung Physikalische Techniken Lösungen, Eluate und Aufschlüsse Hein/Kunze 2004 Einführung in die Chromatographie p.9/34

17 Probenvorbereitung Physikalische Techniken Lösungen, Eluate und Aufschlüsse Abtrennungs- und Anreicherungsverfahren Hein/Kunze 2004 Einführung in die Chromatographie p.9/34

18 Probenvorbereitung Physikalische Techniken Lösungen, Eluate und Aufschlüsse Abtrennungs- und Anreicherungsverfahren Clean-up-Verfahren Hein/Kunze 2004 Einführung in die Chromatographie p.9/34

19 Gefriertrocknung Anwendung und Zweck Schlämme, Sedimente, abfiltrierbare Stoffe, Abfallstoffe, Böden... Einführung in die Chromatographie p.10/34

20 Gefriertrocknung Anwendung und Zweck Schlämme, Sedimente, abfiltrierbare Stoffe, Abfallstoffe, Böden... quasi verlustfreie Herstellung von Trockenmasse Einführung in die Chromatographie p.10/34

21 Gefriertrocknung Anwendung und Zweck Schlämme, Sedimente, abfiltrierbare Stoffe, Abfallstoffe, Böden... quasi verlustfreie Herstellung von Trockenmasse weitere Zerkleinerung erleichtert Einführung in die Chromatographie p.10/34

22 Kugelmühle M. Nüchter, Uni Jena Einführung in die Chromatographie p.11/34

23 Anreicherung aus Luft Probenahme mit Pumpe (Aktivsammler) zur Pumpe Probenahme durch Diffusion (Passivsammler) Einführung in die Chromatographie p.12/34

24 Aktivsammler bis zu 10 L bei ml/min Einführung in die Chromatographie p.13/34

25 Aktivsammler bis zu 10 L bei ml/min typische Adsorbentien: Tenax TA, XAD-4, Molekularsieb 3 oder 5 Å, carbotrap, carbosieve, carboxen Einführung in die Chromatographie p.13/34

26 Aktivsammler bis zu 10 L bei ml/min typische Adsorbentien: Tenax TA, XAD-4, Molekularsieb 3 oder 5 Å, carbotrap, carbosieve, carboxen leichtflüchtige Organika Einführung in die Chromatographie p.13/34

27 Passivsammler Personenbezogene Probenahme möglich Einführung in die Chromatographie p.14/34

28 Passivsammler Personenbezogene Probenahme möglich Nur bei starker Adsorption Einführung in die Chromatographie p.14/34

29 Extraktion aus Feststoffen Soxhlet Einführung in die Chromatographie p.15/34

30 Extraktion aus Feststoffen Soxhlet Ultraschall Einführung in die Chromatographie p.15/34

31 Extraktion aus Feststoffen Soxhlet Ultraschall Accelerated Solvent Extraction (ASE) Einführung in die Chromatographie p.15/34

32 Extraktion aus Feststoffen Soxhlet Ultraschall Accelerated Solvent Extraction (ASE) Supercritical Fluid Extraction (SFE) Einführung in die Chromatographie p.15/34

33 Extraktion aus Feststoffen Soxhlet Ultraschall Accelerated Solvent Extraction (ASE) Supercritical Fluid Extraction (SFE) Mikrowellenassistierte Extraktion Einführung in die Chromatographie p.15/34

34 Anreicherung aus Flüssigkeiten Purge- and Trap Einführung in die Chromatographie p.16/34

35 Anreicherung aus Flüssigkeiten Purge- and Trap Dampfraumanalyse Einführung in die Chromatographie p.16/34

36 Anreicherung aus Flüssigkeiten Purge- and Trap Dampfraumanalyse Flüssig-flüssig Extraktion Einführung in die Chromatographie p.16/34

37 Anreicherung aus Flüssigkeiten Purge- and Trap Dampfraumanalyse Flüssig-flüssig Extraktion Festphasen-Extraktion Einführung in die Chromatographie p.16/34

38 Purge- and Trap Abbildung aus Hein/Kunze 2004 Einführung in die Chromatographie p.17/34

39 Headspace Statische Headspace Einstellung eines Gleichgewichts Einführung in die Chromatographie p.18/34

40 Headspace Statische Headspace Einstellung eines Gleichgewichts Nahezu vollständige Verdampfung bei hohem Dampfdruck und geringem Gehalt (linearer Bereich) Einführung in die Chromatographie p.18/34

41 Headspace Statische Headspace Einstellung eines Gleichgewichts Nahezu vollständige Verdampfung bei hohem Dampfdruck und geringem Gehalt (linearer Bereich) Äquilibrierung z.b. 30 min bei 80 C (bei wasserhaltigen Proben) Einführung in die Chromatographie p.18/34

42 Headspace Statische Headspace Einstellung eines Gleichgewichts Nahezu vollständige Verdampfung bei hohem Dampfdruck und geringem Gehalt (linearer Bereich) Äquilibrierung z.b. 30 min bei 80 C (bei wasserhaltigen Proben) relativ hohe Nachweisgrenzen Einführung in die Chromatographie p.18/34

43 Headspace Statische Headspace Einstellung eines Gleichgewichts Nahezu vollständige Verdampfung bei hohem Dampfdruck und geringem Gehalt (linearer Bereich) Äquilibrierung z.b. 30 min bei 80 C (bei wasserhaltigen Proben) relativ hohe Nachweisgrenzen Automatisierung möglich Einführung in die Chromatographie p.18/34

44 Flüssig-flüssig Extraktion Wasser/n-Hexan, Wasser/n-Pentan Einführung in die Chromatographie p.19/34

45 Flüssig-flüssig Extraktion Wasser/n-Hexan, Wasser/n-Pentan v.a. schlecht wasserlösliche Verbindungen z.b. PAK, HKW, PCB, Pestizide... Einführung in die Chromatographie p.19/34

46 Flüssig-flüssig Extraktion Wasser/n-Hexan, Wasser/n-Pentan v.a. schlecht wasserlösliche Verbindungen z.b. PAK, HKW, PCB, Pestizide... Relativ einfaches Verfahren Einführung in die Chromatographie p.19/34

47 Flüssig-flüssig Extraktion Abbildung aus Hein/Kunze 2004 Einführung in die Chromatographie p.20/34

48 Mikroseparator Abbildung 2 aus Stottmeister et al. Fresenius J Anal Chem Einführung in die Chromatographie p.21/34

49 Rotationsperforator Abbildung aus Hein/Kunze 2004 Einführung in die Chromatographie p.22/34

50 Festphasenextraktion und verwandte Techniken Einführung in die Chromatographie p.23/34

51 Festphasenextraktion (SPE) Zunehmende Bedeutung Einführung in die Chromatographie p.24/34

52 Festphasenextraktion (SPE) Zunehmende Bedeutung Vielzahl an Varianten Einführung in die Chromatographie p.24/34

53 Festphasenextraktion (SPE) Zunehmende Bedeutung Vielzahl an Varianten Vielzahl an Festphasentypen Einführung in die Chromatographie p.24/34

54 Festphasenextraktion (SPE) Anwendungsbereiche: Retention des Analyten mit nachfolgender Elution Einführung in die Chromatographie p.25/34

55 Festphasenextraktion (SPE) Anwendungsbereiche: Retention des Analyten mit nachfolgender Elution Retention von Störkomponenten (Clean-Up) Einführung in die Chromatographie p.25/34

56 Festphasenextraktion (SPE) Anwendungsbereiche: Retention des Analyten mit nachfolgender Elution Retention von Störkomponenten (Clean-Up) Lösemittelwechsel Einführung in die Chromatographie p.25/34

57 Allgemeines Vorgehen 1. Reinigung mit dem Elutions-Lösemittel, ev. Konditionierung zur Entfernung von Wasser 2. Beladen der Festphase durch Anlegen von Unterdruck 3. Bei Wasserproben, Trocknung durch Stickstoff 4. Elution, eventuell mit Lösemittelgemischen steigender Elutionsstärke Einführung in die Chromatographie p.26/34

58 Fertigsäule für die SPE Abbildung aus Hein/Kunze 2004 Einführung in die Chromatographie p.27/34

59 Konditionierung der Festphase Abbildung aus Hein/Kunze 2004 Einführung in die Chromatographie p.28/34

60 Beladen der Festphase Abbildung aus Hein/Kunze 2004 Einführung in die Chromatographie p.29/34

61 Trocknen der Festphase Abbildung aus Hein/Kunze 2004 Einführung in die Chromatographie p.30/34

62 Elution der Analyten Abbildung aus Hein/Kunze 2004 Einführung in die Chromatographie p.31/34

63 Varianten der SPE Solid Phase Micro-Extraction (SPME) Einführung in die Chromatographie p.32/34

64 Varianten der SPE Solid Phase Micro-Extraction (SPME) Twister-Extraktion (Stir Bar Sorptive Extraction, SBSE) Einführung in die Chromatographie p.32/34

65 SBSE - Thermodesorption Einführung in die Chromatographie p.33/34

66 Extraktion aus Wasserproben SPE SPME SBSE a Kapazität hoch niedrig mittel/hoch Elution/Einengen Aufgabetechnik flüssig Thermodesorption Aufgabe Aliquot vollständig vollständig Patentlage Supelco Gerstel a Stir bar sorptive extraction Einführung in die Chromatographie p.34/34