aphie IV matogra 2012/13 Chrom WS 2

Transkript

1 atographie IV GC Seminar 1 atographie IV 012/13 R. Vasold

2 aphie IV matogra 2012/13 atographie II GC Seminar I.1 Einleitung (siehe Skript Praktikum) I.2 Ziele des Praktikums I.3 I3 Die stationäre Phase I.4 Die mobile Phase I.5 I5 Der Säulenofen I.6 Die Injektionseinheit I.7 Die Detektoreinheit I.8 Die Software I.9 Die Methode des ISTD (siehe Skript Praktikum) I.10 I10 Aufgaben zum theoretischen Teil 2

3 atographie II I.2 Ziele des Praktikums 3 Nach diesem Praktikum soll man u.a.: Ziel 1 Über den Aufbau einer GC-Anlage Anlage, sowie über stationäre und mobile Phase Bescheid wissen. aphie IV matogra 2012/13 Ziel 2 Über die Einzelbestandteile (z.b. Säulenofen, Injektoreinheit und Detektoren Bescheid wissen. Ziel 3 Ziel 4 Wichtige chromatographische Kenngrößen (z.b. t m, t R (X), V m, V R (X), u m, u(x) (X), k etc.) bestimmen können. Eine quantitative Bestimmung mit der Methode des Internen Standards durchführen können.

4 4 matogra aphie IV 012/13 Kapitel I Theoretischer Teil

5 I.2.1 I21Komponenten der GC Anlage V old aphie IV R. Vas matogra 012/13 1 5

6 I.2.1 I21Komponenten der GC Anlage V old aphie IV R. Vas matogra 2012/ Abb Komponenten eines GC-Systems

7 I3DieStationäre I.3 Phase 7 GC Säulen lassen sich einteilen in: Gepackte Säulen (Länge 4-5 Meter) matogra aphie IV 012/13 Kapillar-Säulen (Länge Meter)

8 I3DieStationäre I.3 Phase 8 Kapillar-Säulen len lassen sich einteilen in: matogra aphie IV 012/13 Abb Verschiedene Arten von Kapillarsäulen

9 I3DieStationäre I.3 Phase 9 Die PLOT-Säulen (engl. porous-layer-open-tubular-column) Feste stationäre Phase befindet sich innen an der Kapillarwand aphie IV matogra 2012/13 Die Menge an stationärer Phase ist sehr groß (relativ gesehen) Für Analyten, die nicht an einer flüssigen stationären Phase getrennt werden können (z.b. Permanentgase, kurzkettige Kohlenwasserstoffe) Gas-fest fest-adsorptions Adsorptions-atographie

10 I3DieStationäre I.3 Phase 10 Die SCOT-Säulen (engl. support-coated-open-tubular-column) aphie IV matogra 2012/13 stationäre Phase ist ein Flüssigkeitsfilm, der auf einen festen Träger an der Kapillarwand aufgebracht ist. Die Menge an stationärer Phase ist größer als bei wandbeschichteten Kapillaren (z.b. WCOT) Trennung von leichtflüchtigen Verbindungen, die zu stark auf PLOT-Säulen retardiert (zurückgehalten) werden. Schlechtere ht Trennleistung als bei WCOT-Säulen Gas-flüssig-Verteilungs Verteilungs-atographie g

11 I3DieStationäre I.3 Phase 11 Die WCOT-Säulen (engl. wall-coated-open-tubular-column) stationäre Phase befindet sich als dünner Flüssigkeitsfilm, direkt an der Innenseite der Kapillarwand. aphie IV matogra 2012/13 Diese Säulen besitzen die höchste Trennleistung Einsatz der WCOT-Säulen vor allem in der Spurenanalytik (nur geringe Probenmengen auftragbar) Gas-flüssig-Verteilungs-atographie

12 I.3.1 Beispiele stationärer Phasen 12 Bei n = 100% besteht die Trennflüssigkeit aus reinem Polydimethylsiloxan. Folge: Sehr unpolare stationäre Phase aphie IV matogra 2012/13 Die Trennflüssigkeit besteht neben n Anteilen an Polydimethylsiloxan auch aus unterschiedlichen Anteilen an Diphenylpolysiloxan m mit (n=100%-m). Folge: Zunehmend höhere Polarität der stationäre ti Phase

13 I.3.1 Beispiele stationärer Phasen 13 Die Trennflüssigkeit besteht neben n Anteilen an Polydimethylsiloxan auch aus unterschiedlichen Anteilen an Cyanopropylphenylpolysiloxan m mit (n=100%-m). aphie IV matogra 2012/13 Folge: Zunehmend höhere Polarität der stationären Phase (n=100%) Die Trennflüssigkeit besteht aus 100% Polyethylenglykol. Folge: Sehr hohe Polarität der stationären Phase. Achtung!! Empfindlich gegenüber Sauerstoff und hohen Trenntemperaturen.

14 I.3.1 Beispiele stationärer Phasen 14 Im Praktikumsversuch wird folgende Säule eingesetzt: V old aphie IV R. Vas matogra 2012/13 Hersteller: Typ: J+W Scientific HP-5MS Länge: 30 Meter I.D mm Film 0.25 µm Material: Polydimethylsiloxan (mit 5% Diphenyl-Anteil) Temp. Limit: i C 325 C C(3 (350 C)

15 I.4 Die mobile Phase 15 Anforderungen an die mobile Phase (Trägergas): V old aphie IV R. Vas matogra 2012/13 Besondere Reinheit (mind. 5.0 Qualität ) = 99,9990 % Reinheit Besser noch (6.0 Qualität ) = 99,99990 % Reinheit Keine Reaktion bei hohen Temp. mit Säulenmaterial und Trennkomponente gebräuchlich sind He,,H 2,(N 2 ) Versorgung g aus Gasbomben mit Druckminderer (4 bar)

16 I.4 Die mobile Phase Phase 16 aphie IV matogra 2012/13 Abb. I.4: gebräuchlich sind He, H 2, (N 2 ) Van-Deemter-Kurven für N 2 2, He, H 2

17 I.5. Der Säulenofen 17 matogra aphie IV 012/13 Abb. I.5.0: GC-Säulenofen

18 I.5. Der Säulenofen 18 I.5.1 Die isotherme e GC Die Temperatur im Säulenofen ändert sich während der chromatographischen Trennung nicht: matogra aphie IV 012/13 Abb. I.5.1: Temperaturverlauf bei isothermer GC

19 I52Dietemperaturprogrammierte I.5.2 GC 19 Die Temperatur im Säulenofen ändert sich während der chromatographischen Trennung: matogra aphie IV 012/13 Abb. I.5.2: Temperaturverlauf bei temperaturprogrammierter GC

20 I6 I.6. DieInjektionseinheit I.6.1 Der Split/Splitless Injektor 20 matogra aphie IV 012/13 Abb. I.6.0: Split/Splitless Splitless -Injektor

21 I6 I.6. DieInjektionseinheit I.6.1 Der Split/Splitless Injektor 21 matogra aphie IV 012/13 Abb. I.6.1: Split/Splitless Splitless Injektor (schematisch) h)

22 I6 I.6. DieInjektionseinheit I.6.2 Der On-Column-Injektor 22 matogra aphie IV 012/13 Abb. I.6.2: On-Column Column-Injektor

23 I7 I.7. DerDetekorDetekor I.7.1 Der Flammenionisationsdetektor (FID) 23 matogra aphie IV 012/13 Abb. I.7.0: Flammenionisationsdetektor i t (FID)

24 I7 I.7. DerDetekorDetekor I.7.1 Der Flammenionisationsdetektor (FID) 24 matogra aphie IV 012/13 Abb. I.7.1: FID (schematisch) h)

25 I7 I.7. DerDetekorDetekor I.7.2 Der massenselektive Detektor (MSD) 25 Transferline (310 C) V old aphie IV R. Vas matogra 012/13 GC Abb. I.7.2: massenselektiver-quadrupol-detektor (MSD)-

26 I.7.3 I73GC GC-Detektoren (Auswahl) 26 GC-Detektoren Anwendung Nachweisgrenze Linearität FID (flame ionization detector) selektiv nur ionisierbare Komponenten in H 2 /Luft-Flamme ca pg* organic compd 1 x 10 7 TCD (WLD) (thermal conductivity detector) für alle Analyte mit unterschiedlicher thermischer Leitfähigkeit zum Trägergas < 400 pg* 1 x 10 6 aphie IV matogra 2012/13 ECD (electron capture detector) selektiv; besonders für Analyte mit Heteroatomen 0,05-1 pg* 1 x 10 4 NPD (nitrogen-phosphorus h selektiv für Stickstoff t und 01 0,1 10 pg* 1 x 10 4 detector) -phosphorhaltige organische Analyte MSD (mass selective det.) für alle im MS ionisierbaren Analyte 10 pg 10 ng* 1 x 10 5 Quelle: Buffington R., Wilson M.K., Detectors for Gas atographie a practical primer, Hewlett Packard, 1987 Abb. I.7.3: häufig eingesetzte GC-Detektoren

27 I.8. Software 27 matogra aphie IV 012/13 Abb. I.8: Software MSD-ChemStation D (Jun 2004)

28 I.10 Fragen zum Theoretischen Teil (Auszug) 28 aphie IV matogra 2012/13 1.) Welche beiden unterschiedlichen atograpiearten werden in der GC hauptsächlich eingesetzt? 2.) In der Gaschromatographie unterscheidet man im Wesentlichen zwischen zwei unterschiedlichen Kategorien von Trennsäulen. Wie heißen sie und worin unterscheiden sie sich? 3.) Nennen sie einen wesentlichen Vorteil, bei der Verwendung von Kapillarsäulen. 4.) Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Schichtdicke (Film) der Trennflüssigkeit in Kapillarsäulen und der Kapazität der Trennsäule bzw. der Trennleistung der Kapillarsäule. 5.) Nennen sie drei Beispiele fester Adsorbentien die bei gepackten Säulen zum Einsatz kommen und für welche Substanzen sie verwendet werden. 6.) Aus welchem Material ist in der Regel die Kapillarwand einer Kapillarsäule hergestellt. Wie heißt der entsprechende Fachausdruck? 7.) Was versteht man unter Säulenbluten, wie kommt es zustande und wie macht es sich bemerkbar? 8.) Wie kann eine Säule hinsichtlich des aufgebrachten stationären Trägermaterials modifiziert werden, um Säulenbluten zu verhindern und wie nennt man eine so veränderte Phase? 9.) Welche notwendigen Voraussetzungen muss die in einer Kapillarsäule aufgebrachte Trennflüssigkeit u.a. aufweisen (5 Beispiele)? 10.) Wann wird in der GC mit Split-Injektion und wann im Splitless-Mode gearbeitet (je 1 Beispiel)? 11.).. Nennen sie einen wesentlichen Unterschied zwischen dem Bauprinzip eines Split- Splitlos Detektors und eines On-Column-Detektors. Wie nennt man das Injektionsverfahren bei der On-Column-Injektion?

29 29 matogra aphie IV 012/13 Kapitel II Experimenteller Teil

30 Kapitel II: Experimenteller Teil 30 aphie IV matogra 2012/13 II.1 II.2 II.2.1 II II II II.2.2 II.3 Einleitung (siehe Skript Praktikum) Versuchsdurchführung Vorbereitung der Lösungen (siehe Skript) Vorbereitung der Stammlösungen (siehe Skript Praktikum) Vorbereitung der Eich-(Kalibrierlösung) (siehe Skript Praktikum) Vorbereitung der Probenlösungen (siehe Skript Praktikum) Durchführung der GC/MS-Analysen Aufgaben zum experimentellen Teil

31 II Experimenteller Teil 31 atographie IV 012/13 R. Vasold

32 II Experimenteller Teil II Durchführung der GC/MS-Analysen 32 V old aphie IV R. Vas matogra 2012/13 A B C Abb. II.2.2.a: 2 Die Injektor-Programmierung

33 II Experimenteller Teil II Durchführung der GC/MS-Analysen 33 V old matogra aphie IV 2012/13 R. Vas Abb. II.2.2.b: D E Der Injektionsmodus

34 II Experimenteller Teil II.2.2 Durchführung der GC/MS-Analysen 34 aphie IV matogra 2012/13 F Abb. II.2.2.c: Die Programmierung des Säulenflusses

35 II Experimenteller Teil II.2.2 Durchführung der GC/MS-Analysen 35 G V old matogra aphie IV 2012/13 R. Vas Abb. II.2.2.d: 2 Die Programmierung des Säulenofens

36 II Experimenteller Teil II.2.2 Durchführung der GC/MS-Analysen 36 V old matogra aphie IV 2012/13 R. Vas Abb. II.2.2.e: H Die Einstellung der Transferline-Temperatur

37 II Experimenteller Teil II.2.2 Durchführung der GC/MS-Analysen 37 V old matogra aphie IV 2012/13 R. Vas I Abb. II.2.2.f: J Die Programmierung des Autosamplers

38 II Experimenteller Teil II.2.2 Durchführung der GC/MS-Analysen 38 V old matogra aphie IV 2012/13 R. Vas K Abb. II.2.2.g: 2 Das Starten t der Probensequence

39 II Experimenteller Teil II.2.2 Durchführung der GC/MS-Analysen 39 L V old matogra aphie IV 2012/13 R. Vas Abb. II.2.2.h: 2 Der Menüpunkt: Data-Analysis

40 II Experimenteller Teil II.2.2 Durchführung der GC/MS-Analysen 40 aphie IV matogra 2012/13 Abb. II.2.2.i: MK N Das Erstellen der Kalibriertabelle

41 II Experimenteller Teil II.2.2 Durchführung der GC/MS-Analyse 41 matogra aphie IV 012/13 Abb. II.2.2.j: Das Erstellen des Quantitativen Reports T

42 II Experimenteller Teil II.3. Aufgaben zum experimentellen Teil 42 aphie IV matogra 2012/13 1.) Was versteht man unter der Durchbruchszeit t m eines chromatographischen Systems und warum ist diese mit der im Praktikumsversuch eingestellten Messmethode nicht zu bestimmen? 2.) Welche apparativen Einflüsse können zu einer deutlichen Beeinflussung der Durchbruchszeit führen (nennen sie 2 Beispiele)? 3.) Für das verwendete chromatographische System sei eine Durchbruchszeit von 2.5 min gegeben. Ermitteln Sie aus dem Tracer-atogramm die Retentionszeiten t R (X) von Acetanilid und Cumarin. 4.) Berechnen sie die lineare Wanderungsgeschwindigkeit der mobilen Phase u m in [cm/s] (Länge der Säule 30 Meter). 5.) Wie würde sich das Trennergebnis verändern, wenn Sie die lineare Wanderungsgeschwindigkeit drastisch erhöhen oder drastisch reduzieren würden. Begründen Sie Ihre Aussage. 6.) Im atogramm des Parfums Joop eluiert Cumarin bei einer Retentionszeit t R = min. Bei t R = min eluiert die Komponente Ethylvanillin. Berechnen Sie für beide Komponenten den jeweiligen Kapazitätsfaktor k und bestimmen Sie den Trennfaktor α zwischen Cumarin und Ethylvanillin. Bewerten Sie das erhaltene Ergebnis. 7.) Berechnen Sie ausgehend von den erhaltenen chromatographischen Ergebnissen der Kalibriermessung den KF-Wert für Cumarin. 8.) Berechnen Sie mit Hilfe des ermittelten KF-Wertes die Konzentration an Cumarin [mg/ml] in den Parfums Joop und Chanel No5. 9.) Identifizieren Sie mit Hilfe des MS-Spektrums die Komponente bei t R = min im atogramm des Parfums Pure (Jil Sander). Welche Schlüsse ziehen Sie daraus? 10.) Untersuchen Sie anhand der erhaltenen EI-Massenspektren alle erhaltenen atogramme der Parfumlösungen auf den möglichen Inhaltsstoff Moschusketon (MW 294).

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