Keuzedeel 0751 Verdieping Chromatografie

Keuzedeel 0751 Verdieping Chromatografie
Gaschromatografie (GC) Marco Houtekamer, mei 2019

Voorwoord Deze presentatie gaat over het onderwerp gaschromatografie (GC) en is gemaakt voor studenten van de opleiding Laboratoriumtechniek van Scalda. Als student volg je de lessen die m.b.v. deze presentatie worden gegeven. Daarnaast zijn er aan het eind van een les vragen, die je maakt als huiswerk. Hoofdstuk één tot en met vijf wordt het basisprincipe van GC met name de uitwisseling van componenten over verschillende types stationaire en mobiele fase. De instrumentatie van een GC (injector, kolom en detector) wordt behandeld in de hoofdstukken zes, zeven en acht. In hoofdstuk negen worden verschillende retentie-indices uitgelegd, gekoppeld aan scheiding en kolommen. Vervolgens worden een aantal voorbehandelingsmethoden uitgelegd in hoofdstuk tien. In hoofdstuk elf wordt je geleerd om kwantitatieve getallen te berekenen met chromatografische data. Tot slot wordt hoofdstuk twaalf de optimalisatie van een GC systeem aangeleerd via modulatie software. Je kan door de presentatie navigeren met de pijltjes toetsen op het toetsenbord, of door op de iconen te drukken onderaan de pagina. Als je op het “huisje” klikt, kom je bij de inhoudsopgave en van daaruit kan je ieder hoofdstuk aanklikken. Klik ook op de links die in de tekst staan voor meer uitleg! Veel plezier met het lezen van deze presentatie en het leren van het onderwerp Gaschromatografie!

Inhoudsopgave (I) H1: GC–algemeen pagina 6 H2: Scheidingsprincipes pagina 7 H3: Mobiele fase pagina 12 H4: Stationaire fase pagina 14 H5: Scheidingsvariabelen pagina 18 H6: Instrumentatie-injector pagina 27 H7: Instrumentatie; kolom pagina 37

Inhoudsopgave (II) H8: Instrumentatie; detectoren pagina 43 H9: Scheiding; retentie index pagina 53 H10: Voorbereidingstechnieken pagina 62 H11: Kwantitatieve analyse pagina 64 H12: Optimalisatie via moduleren pagina 87 H13: Test je kennis! pagina 102 H14: Samenvatting pagina 103 Literatuur pagina 104

Doelen Hoofddoel Chromatografie: Het kunnen uitvoeren van een chromatografische analyse van een complex analysemonster, waarbij een juiste analyseopzet wordt gekozen. De totale tijdsduur is ongeveer 90 SBU (studie belasting uren) verspreid over 16 weken. Subdoelen GC: Na het doornemen van deze presentatie kan je tevens 1. Het scheidingsprincipe van gaschromatografie uitleggen; 2. Een blokschema tekenen van een GC en van alle onderdelen de functie beschrijven; 3. Het verschil uitleggen tussen isocratische en gradiënt elutie; 4. Tenminste drie GC detectoren noemen en beschrijven; 5. Een juiste analyse opzet maken inclusief instellingen voor een GC analyse van een (complex) monster met behulp van modulatie software; 6. Chromatografische data interpreteren; 7. Berekeningen uitvoeren aan chromatografische analyses.

H1: GC - algemeen GC: Gas Chromatography Bij GC wordt een mengsel van stoffen gescheiden in zijn individuele componenten d.m.v. een verdeling over de stationaire en mobiele fase. Stationaire fase: vast of vloeibaar (dunne film) Mobiele fase: gas Monster: matig vluchtig tot vluchtige (organische) componenten. Beperking: hoog kokende componenten (T > °C) (Chemistry LibreTexts, 2018) (Teaching.Shu.ac.uk, 2019)

H2: Scheidingsprincipe
De afremming (retentie) van een component wordt veroorzaakt door verschillende molecuuleigenschappen, die gekoppeld zijn aan een scheidingsprincipe. De mogelijkheden zijn bij GC minder dan bij HPLC. Eigenschap Scheidingsoort Toepassing Oplosbaarheid Verdeling GLC (Gas-Liquid Chromatography) Adsorptie GSC (Gas-Solid Chromatography)

H2: Scheidingsprincipe - GLC
Bij Gas-Liquid Chromatography (GLC) berust de scheiding op verdeling. De “vloeistof” c.q. stationaire fase is aangebracht als een dunne laag op de binnenwand van de kolom en zit vast. De componenten lossen in meer of mindere mate op in de stationaire fase en men krijgt op die manier scheiding.

H2: Scheidingsprincipe - GSC
Bij Gas-Solid Chromatography (GSC) berust de scheiding op adsorptie. De kolom is geheel of gedeeltelijk gevuld met deeltjes van de stationaire fase. Men spreekt dan van een gepakte kolom. Toepassing: gasanalyses. Soms de fase is aangebracht als een DIKKE laag op de binnenwand van de kolom en zit vast. De scheiding van de componenten berust voornamelijk op polariteit. Reminder: apolair - polair

H2: Scheiding – Verdeling vs adsorptie
Bij verdelingschromatografie verdelen de componenten zich over de stationaire en mobiele fase afhankelijk van de oplosbaarheid. De verschillende componenten doen dat op een verschillende manier. Dus: in de stationaire fase Toepassingen: > 90% van de GC-analyses Bij adsorptiechromatografie kunnen de stoffen niet in de stationaire fase oplossen, ze blijven op het grensvlak hangen. Dus: aan de stationaire fase. Toepassingen: bij specifieke analyses van GC vooral gebaseerd op polariteit. (Revise.im, 2018)

H2: Scheiding – Verdeling vs adsorptie
Daardoor is de isotherm (van Freundlich, ) van beide principes verschillend! Een isotherm geeft de verhouding weer tussen de concentratie van stof X in de stationaire fase t.o.v. de concentratie van stof X in de mobiele fase. Verdelingscoëfficiënt K = Cs/Cm De isotherm is afhankelijk van: De eigenschappen van stof X Temperatuur En alleen bij adsorptie ook: Concentratie van stof X Als [X] < verdeling Als [X] > adsorptie VERDELINGSCHROMATOGRAFIE ADSORPTIECHROMATOGRAFIE (Dictaat Scalda Chr 1)

H3: Mobiele fase - draaggas
Mobiele fase = gas = draaggas Belangrijk eigenschappen: Inert!!, viscositeit en diffusiesnelheid Bruikbare gassen: Helium (He), Waterstof (H2) en Stikstof (N2) Bij MS-detector is alleen He toepasbaar.

H3: Mobiele fase - draaggas
Het gas is onder hoge druk (P = 200 bar) opgeslagen in een gascilinder. Voor gebruik in GC wordt de druk via een drukregelaar (reduceerventiel) verlaagd naar ongeveer 5 bar. In de GC zit een (digitale) flowregelaar om het draaggas te regelen naar 1 tot 10 ml/min. De zuiverheid van het gas: 99,999% Benaming: N2 5.0, zuiverheid > 5 negens! Kleurcodering gascylinders

H4: Stationaire fase Het dragermateriaal van de stationaire fase is meestal silica (SiO2, zeer polair!). Aan de drager is de stationaire fase chemisch gebonden. De film aan de wand ontstaat na silaniseren (= reactie met Si en organische subgroepen zoals Methyl of Phenyl). Andere groepen geven andere eigenschappen m.b.t. oplosbaarheid en polariteit. Zie website Chromacademy voor meer info. (LCGC.com 2019)

H4: Stationaire fase Chemisch type Naam/code Max T (°C) type
toepassing alkaan Squalaan 100 apolair Koolwaterstoffen dimethylsiloxaan HP-1, DB-1, OV-1, CP-Sil-5 300 Algemeen Difenyldimethylsiloxaan (5% fenyl) HP-5, CP-sil-8, OV-23, SE-54 340 Zwak polair Algemeen, esters, halogeenalkanen Difenyldimethylsiloxaan (50% fenyl) HP-17, OV-17, SP-2250 Esters, drugs, halogeenalkanen Trifluoropropyl-siloxaan (50%) HP-210, OV-210, SP-2401 260 polair Halogeenaromaten, pcb/ pesticiden, fenolen Polyethyleenglycol HP20M, CP-wax 52 CB, Carbowax Aldehyden, esters, alkanolen, aromaten Cyanopropylsiloxaan CP-sil-58, OV-275, DB-23 250 Zeer polair Alkanolen, aminen, dioxine

H4: Vragen Vraag 1: Juist of onjuist?
De isotherm van adsorptiechromatografie is afhankelijk van de concentratie van de te bepalen component; De belangrijkste eigenschap van een draaggas is inert zijn; Het draaggas He 4.5 heeft een lagere zuiverheid dan He 5.0; Bij GLC is het scheidingsprincipe gebaseerd op polariteit; De scheiding van methanol en ethanol is beter bij een HP-1 fase dan bij Carbowax; De fase cyanopropyl wordt voornamelijk toegepast bij de analyse van apolaire koolwaterstoffen; Naarmate een GC-fase meer polair wordt, wordt de kolom meer geschikt voor analyse voor hoogkokende componenten.

H4: Vragen - Antwoorden Antwoorden vraag 1: Juist of onjuist?
Juist, de isotherm buigt af bij hogere concentratie van X omdat dan de plaatsen op de stationaire fase zijn bezet; Juist, het draaggas mag niet blijven plakken aan de stationaire fase of reageren met te bepalen componenten! Juist; He 4.5 betekent zuiverheid > 99,995% en 5.0 betekent zuiverheid > 99,999% Onjuist; GLC = gas-liquid, het scheidingsprincipe is gebaseerd op verdeling en dus is oplosbaarheid het principe; Onjuist, HP-1 is een apolaire fase en Carbowax polair. De polaire componenten methanol en ethanol geven meer retentie bij de Carbowax, dus betere scheiding; Onjuist, cyanopropyl is een polaire fase en niet bedoeld voor apolaire koolwaterstoffen; Onjuist, de polaire groepen maken de fase minder geschikt voor hoog kokende componenten, want de maximale belastbare temperatuur wordt steeds lager.

H5: Scheidingsvariabelen
Scheidingsvariabelen die behandeld zijn in KD-CHR-Alg: Relatieve retentie en selectiviteit Resolutie Schotelgetal Schotelhoogte

H5: Scheidingsvariabelen – Piek-asymmetrie
Bij HPLC zijn pieken vaak niet symmetrisch: op 10% hoogte van de piek wordt de asymmetry of “tailingfactor” bepaald. PIEK TAILING (Crawford Scientific, 2019)

H5: Schotelhoogte-Van Deemter vergelijking
De schotelhoogte wordt beïnvloed door: De snelheid van de mobiele fase De diffusiesnelheid in de mobiele en stationaire fase De dikte van de stationaire fase De Van Deemter-vergelijking berekend de schotelhoogte (H) als functie van de snelheid van de mobiele fase (u). Met behulp van drie grootheden (A,B en C). Voor elk analysesysteem kan men de snelheid van de mobiele fase regelen, zodat de H zo klein mogelijk is.

H5: Van Deemter vergelijking
De grootheden in de Van Deemter vergelijking zijn: A- Eddydiffusie; hangt af van deeltjesgrootte. Mobiele fase legt directe en indirecte weg af. Eddydiffusie is onafhankelijk van u. De verschillen in weglengte veroorzaken piekverbreding. B – B-factor; longitudinale diffusie (willekeurige molecuulbewegingen) van een component. Als: u > verblijftijd < diffusie < piekverbreding < C – C-factor; onvolledig evenwicht. De instelling van het evenwicht van de component in de stationaire en mobiele fase kost tijd. Als de snelheid te hoog is dan kan de component niet in voldoende mate in de stationaire fase gaan. Als: u > evenwicht [X stationair]/[X mobiel] onvolledig piekverbreding >. Dus optimalisatie!

H5: Van Deemter vergelijking
INVLOED KOLOMDIAMETER (LCGC’s CHROM Academy, 2019) INVLOED TYPE DRAAGGAS (LCGC’s CHROM Academy, 2019) Invloed diameter: kleinere diameter heeft een hogere optimale flow EN het optimale gebied is minder kritisch (curve is vlakker) Invloed draaggas: Waterstof heeft de hoogste optimale flow EN het optimale gebied is minder kritisch (curve is vlakker)

H5: Scheiding - temperatuurprogramma
Temperatuurprogrammering wordt toegepast omdat: Totale analysetijd te lang wordt; De pieken scherper worden -> verbetering Rs Gebruikelijk temperatuurprogramma: beginT iets lager dan laagste kookpunt eindT is gelijk aan kookpunt hoogst kokende component Temperatuurstijging ongeveer 10 °C per minuut Altijd proefondervindelijk vaststellen

H5: Vragen Vraag Vraagstelling 14
De selectiviteitsfactor voor 1-butanol en n-hexaan op een apolaire kolom is 1,7. Welke component wordt het sterkst vertraagd? Zal de selectiviteitsfactor voor de onderstaande verbindingen groter of kleiner zijn dan 1,7? I n-hexaan en n-heptaan II n-hexaan en butaanzuur 15 Hoe verandert de resolutiefactor (Rs) als men een gegeven kolom tweemaal zo lang maakt? 16 Een GC-kolom heeft een lengte van 15 m. Component X heeft een bruto retentie van 7,44 min en component Y van 9,31 min. De piekbreedte is voor X: 0,14 min en voor Y: 0,17 min. Bereken Rs voor X en Y Bereken N voor X Bereken H.

H5: Vragen Vraag Vraagstelling 17 Gegeven de volgende meetwaarden:
Component Retentietijd (min) piekbreedte basis (min) Onvertraagd , A , ,18 B , ,22 C , ,23 D , ,34 Bereken: Het schotelgetal voor elke component De retentiefactor voor elke component De resolutiefactor voor A en B, B en C, C en D.

H5: Antwoorden De antwoorden en uitwerkingen van de vragen worden gegeven door op onderstaand icoon te klikken.

H6: Instrumentatie - onderdelen
Blokschema GC INJECTOR: monster-introductie Kan via een automaat (sampler) KOLOM: scheiding componenten via stationaire fase DETECTOR: signaal van gescheiden componenten Werking GC (RSC, 2019)

H6: Instrumentatie – de injector
Verschillende injectietechnieken (injectoren) beschikbaar, vanwege: Concentratie in het monster gebruikte kolom Functie: Injecteren en vervolgens verdampen van het monster Injectietechnieken: Standaardinjectiepoort Split (splitsing van het geinjecteerde volume) Splitless On column Direct (megabore)

H6: Instrumentatie – standaardinjectiepoort
Eigenschappen standaardinjectiepoort: Alleen toepasbaar bij een gepakte kolom Verdampingsinjector; T inj > kookpunt hoogst kokende component Injectievolume: 0,5 tot 5 µl Concentratiegebied 1 tot 10 % Afsluiting door silicone septum Soms wordt een “liner” gebruikt (glazen buisje) Functie: Injecteren en vervolgens verdampen van het monster (chromatography-online.org, 2019)

H6: Instrumentatie – split injector
Eigenschappen split injectiepoort: Alleen toepasbaar bij een capillaire kolom Verdampingsinjector; T inj > kookpunt hoogst kokende component Injectievolume: 0,5 tot 2 µl “splitten” nodig want capillaire kolom heeft genoeg aan nL Split ratio verschilt van 1:20 tot 1:400 Concentratiegebied 1 tot 100 % Altijd wordt een “liner” gebruikt (glazen buisje) VOORDEEL: eenvoudig, robuust, automatisering mogelijk NADEEL: kans op verlies van meest vluchtige componenten via Split (discriminatie), niet geschikt voor lage concentraties, kans op thermische degradatie (chromatography-online.org, 2019)

H6: Instrumentatie – splitless injector
Eigenschappen splitless injectiepoort: Alleen toepasbaar bij een capillaire kolom Verdampingsinjector; T inj > kookpunt hoogst kokende component T kolom is 10 °C lager dan laagst kokende component -> condensatie componenten aan begin kolom -> scherpe injectie Injectievolume: 0,5 tot 1 µl “splitless” dus er wordt GEEN monster afgesplitst! Concentratiegebied is laag (ppb of ppm) VOORDEEL; prima voor lage concentraties, automatisering mogelijk, eenvoudig, robuust NADEEL: kans op terugslag (Backflash), thermische degradatie mogelijk (chromatography-online.org, 2019) Split/splitless (Mr SimpleScience, 2019)

H6: Instrumentatie – On column injector
Eigenschappen On Column injectiepoort (Cold trap): Alleen toepasbaar bij een (widebore) capillaire kolom T inj is laag, onder kookpunt laagst kokende component T kolom is 10 °C lager dan laagst kokende component -> condensatie componenten aan begin kolom -> scherpe injectie Na injectie -> opwarming van de kolom Injectievolume: 0,2 tot 1 µl Speciale injectiespuit (met lange naald) Afsluiting NIET door septum, maar metalen disc of klep Concentratiegebied is zeer laag (ppb) VOORDEEL; geschikt voor hele lage concentraties NADEEL: niet eenvoudig, niet robuust, kans op dubbele pieken, automatisering niet mogelijk (chromatography-online.org, 2019)

H6: Instrumentatie – speciale injectoren
Purge and trap: Meestal in combinatie met een capillaire kolom Toepassing: vluchtige componenten (bijv. BTEX) Monster doorblazen (purgen) met gas N2 of He Componenten adsorberen in een adsorptiebuisje met daarin een sterke fase zoals actieve kool of Tenax Opwarming van adsorptiebuisje (T = °C) Componenten opvangen in koude val (Trap: -30/-180 °C) Injectie; opwarming van de trap; smalle band op kolom VOORDEEL; geschikt voor hele lage concentraties (ppb), automatisering mogelijk NADEEL: niet eenvoudig, kans op discriminatie van hele vluchtige componenten (Kamila Schmidt, 2015)

H6: Instrumentatie – speciale injectoren
Head space: Meestal in combinatie met een capillaire kolom (matig)-vluchtige componenten (bijv. BTEX, parfum) Monster incuberen (opwarmen; T = °C) Componenten komen in gasfase Injectie; ±1 ml gas bovenkant vial wordt geïnjecteerd Concentratiegebied: ppm tot 10 % (split is optie) VOORDEEL; monstermatrix is minder dan vloeistof injectie, automatisering mogelijk NADEEL: niet eenvoudig, kans op discriminatie van hele vluchtige componenten (Nathalya Kosinski Lima , 2018)

H6: Vragen Vraag 2: Waar in de injector zit het septum en wat is de functie ervan? Wat is een “liner” en waar is deze gesitueerd in de injector? Waarom heeft een on-column injector geen septum? Welke van de volgende injectoren is zeer geschikt bij hoge concentraties: on-column, split, splitless, direct/standaard? Welke injector is zeer geschikt bij lage concentraties: on-column, splitless, split? Welke injector maakt gebruik van een adsorptietechniek? Welke injectoren zijn makkelijk te automatiseren?

H4: Vragen - Antwoorden Antwoorden vraag 2:
Het septum zit aan de bovenkant van de injector en dient als afsluiting van de injector ook tijdens injecties; Een “liner” is een glazen of metalen buisje waarin het monster wordt geïnjecteerd. Het is gesitueerd direct onder het septum, aan de onderkant zit de kolom. On-column injecties zijn directe injecties op de kolom m.b.v. een injectiespuit met lange flexibele naald: door een septum prikken is onmogelijk. Hoge concentraties altijd een Split injector. Verdunning van monster tot ratio’s 400! Lage concentraties gebruikt men splitless of On-column. In een purge and trap injector zit een adsorptiebuis, die vluchtige componenten adsorbeert. Vrijwel alle injectoren zijn te automatiseren, behalve On-column.

H7: Instrumentatie – de kolom
Gepakte kolom injectievolume: 10 µl tot 5 ml afmetingen: 2 tot 5 mm * 1 tot 5 m fase: diatomeeënaarde, silicagel of aluminiumoxide voorbewerking fase: met zuur, loog of via silanisering eigenschappen: brede pieken, resolutie laag toepassing: gasanalyses, preparatief Capillaire kolom; WCOT, SCOT en PLOT injectievolume: 0,1 tot 5 µl afmetingen: 0,2 tot 0,5 mm * 5 tot 100 m filmdikte stationaire fase: 0,1 tot 1,0 µm eigenschappen: smalle pieken, resolutie hoog toepassing: vrijwel alle kwantitatieve GC analyses (TEKLab , 2019)

H7: Instrumentatie – de capillaire kolom
Capillaire kolom; WCOT, SCOT en PLOT WCOT – Wall coated open tubular Dunne film van stationaire fase direct op de binnenwand Beperkte capaciteit, injectievolume is laag, max 1 µl Monstersplit is noodzakelijk (Split injector) SCOT – Support coated open tubular Stationaire fase zit op drager => groter opppervlak Capaciteit is groter dan WCOT PLOT – Porous coated layer open tubular Stationaire fase op poreuze laag => nog groter oppervlak Capaciteit is weer groter dan SCOT Diameter kolom is 0,53 mm (widebore of megabore). Invloed filmdikte (web.mnstate.edu, 2019) (Cal State LA , 2019)

H7: Instrumentatie – de capillaire kolom
Eigenschappen: Kwetsbaar, gemaakt van kwarts (SiO2): fused silica (FS) Voordeel FS t.o.v. glas: geen metaalionen aanwezig Buigzaam door polyimide coating Tips voor gebruik: Bewaar in originele verpakking of in kolomoven Kolom zonder spanning in de kolomoven installeren Kolom laten conditioneren (oven lage temperatuur met draaggas) Kolom installatie volgens instructie leverancier Bij installatie: snijd de kolom RECHT af! POLYIMIDE (Chromacademy , 2019)

Welke voordelen heeft een capillaire kolom ten opzichte van een gepakte kolom? Welk nadeel is aan een capillaire kolom verbonden? 2 Wat is het verschil tussen een wall-coated, support-coated en porous open layer kolom? 3 In welk geval wordt een splitinjectie toegepast? In welk geval een cold trap? 4 Welk dragermateriaal wordt het meest toegepast in een gepakte kolom? 5 Welke molecuuleigenschap is heel belangrijk voor de scheiding bij gaschromatografie?

Welke fysische constante van de component is heel belangrijk voor de scheiding bij GC? 7 Rangschik de volgende typen stationaire fasen naar de volgorde van toenemende polariteit: Fenylgroepen C18 groepen Methylgroepen Polyethyleenglycol 8 In welke volgorde komen de volgende componenten uit de kolom? Gebruik de tabel van pagina 15! Cyclohexaan (kpt 81 °C) en 1 –pentanol (kpt 138 °C) bij 150 °C op de fase squalaan Methoxybenzeen (kpt 154 °C) en 1-methylethylbenzeen (kpt 177 °C) bij 170°C op Polyethyleenglycol 1,1-dichloorpropaan (kpt 88°C) en 1,3-dichloorpropaan (kpt 120°C) bij 130°C op fenylmethylsiloxaan

H8: Instrumentatie – detectoren
Functie: De componenten na de scheiding reproduceerbaar signaleren. Eisen aan de “ideale” detector: Lineair over groot concentratie bereik Gevoelig voor heel lage concentraties Stabiel: niet gevoelig voor variaties (gas of temperatuur) De component wordt niet afgebroken Korte responstijd (milliseconden!) Detectielimiet: S/N ratio > 3 (AGC Instruments , 2019)

H8: Instrumentatie – TCD-detector
Principe: Detectie van componenten door verandering in warmtegeleiding. Een weerstandsdraad wordt continu gekoeld door draaggas, de warmte geleiding wordt minder als een component passeert. Gebaseerd op de “Brug van Wheatstone”. Toepassing: analyse van gassen TCD: Thermal Conductivity Detector – Brug van Wheatstone Voordelen Nadelen Algemeen toepasbaar Geringe gevoeligheid (vanaf 0,1 %) Geen verbrandingsgas nodig Beperkte lineariteit De component wordt niet afgebroken, dus kan naar 2e detector Neiging tot tailing van de pieken vanwege traagheid

H8: Instrumentatie – FID-detector
Principe: Detectie van componenten door verandering van de elektrische geleiding van de gasmassa in een waterstofvlam. Toepassing: Vrijwel alle organische analyses. Meest gebruikte detector! FID: Flame Ionisation Detector Voordelen Nadelen Algemeen toepasbaar Alleen voor brandbare componenten Zeer hoge gevoeligheid (vanaf ppb) 1000* gevoeliger dan TCD Geen hergebruik van monster mogelijk vanwege verbranding Groot lineair bereik Bijmengen van H2 nodig Relatief goedkoop

H8: Instrumentatie – ECD-detector
Principe: Detectie van componenten door verandering van vrije elektronen (=stroom). Reactie stikstofgas wordt geïoniseerd: N2 + β -> N2+ + e- Β straling wordt gecreëerd door radioactieve bron zoals 63Ni Reactie component: CH3Cl + e- -> ●CH3 + Cl- Toepassing: Gehalogeneerde organische verbindingen (pesticiden) ECD: Electron Capture Detector Voordelen Nadelen Meest gevoelige detector Alleen voor elektronegatieve componenten Geen hergebruik van monster mogelijk Bijmengen van N2 nodig Beperkt lineair bereik Radioactieve bron noodzakelijk

H8: Instrumentatie – speciale detectoren
FPD – Flame Photometric Detector: Detectie van componenten door stralingsemissie bij specifieke golflengte. Organische componenten met elementen fosfor (λ = 526 nm) of zwavel (λ = 394 nm). Toepassing: analyse van pesticiden, herbiciden of zenuwgassen AED – Atomic Emission Detector Detectie van componenten door emissie bij hoge temperatuur (in een plasma). Het plasma wordt gecreëerd door draaggas te mengen met He en via microgolven. Door de hoge temperatuur zenden metalen emissielijnen uit die gedetecteerd worden door een diode array detector. Toepassing: zwavel in benzine of organo-tin verbindingen

H8: Instrumentatie – Massaspectrometrie (GC/MS)
Principe: Detectie van componenten op basis van molgewicht. Werking: Het draaggas Helium stroomt continu in de MS, die onder vacuüm staat (10-4 bar) m.b.v. een vacuümpomp. Het lichte He wordt weggepompt en de componenten worden in de ionenbron geïoniseerd bij 70eV. Vervolgens worden de +-deeltjes gescheiden op massa met het massafilter (quadropool). Daarna volgt detectie met een electromultiplier (EMP). Als resultaat verkrijgt men een massaspectrum. (Organic Spectroscopy International , 2019)

Data uit de GCMS: 3D detectie vergelijkbaar met DAD Men verkrijgt: Total Ion Chromatogram (TIC): retentietijd vs totaal signaal alle massa’s (vergelijkbaar met FID) Chromatogram (retentietijd vs signaal) bij een selecteerde massa MS spectrum (massa vs signaal) bij een geselecteerde retentietijd Met spectrum: identificatie met “Library-search” Werking GCMS (Siegfried J. Bauer, 2002) (NFSTC, 2015)

Toepassing: Kan bij vrijwel iedere GC-analyse worden toegepast. Voorbeelden: pesticiden, raffinaderij producten, biomoleculen (aminozuren) Eigenschappen: de ideale detector!! Voordelen Nadelen Zeer lineair Vacuüm en Helium noodzakelijk Zeer gevoelig (tot ppt) Geen hergebruik van monster mogelijk Universeel toepasbaar Vrij duur t.o.v. andere detectoren Structuuridentificatie mogelijk

Welke eisen moet men in het algemeen aan een detector stellen? 10 Welke detector heeft de voorkeur voor de scheiding van elk van de onderstaande verbindingen? Alkanen Halogeenkoolwaterstoffen Alkanolen Pesticiden (bevatten S en P) 11, 12 en 13 Wat is een TCD, FID en ECD? Noem van iedere detector twee voordelen en een belangrijk nadeel.

H9: Scheiding – Kovats index
Kleine verschillen in netto retentietijd van een component worden veroorzaakt door: Verschil in temperatuur Verschil in filmdikte (van een nieuwe kolom) De Kovats retentie-index corrigeert hiervoor. De retentie van een component wordt vergeleken met de retentie van een reeks n-alkanen. Elke alkaan krijgt een retentie-index (I): I = 100 * n ; n = aantal C-atomen van het alkaan Bijv.: ethaan -> I = 200 en propaan = 300. Men krijgt zowel bij isotherm als bij temperatuurprogrammering een lineair verband. (Shimadzu.com , 2019)

H9: Scheiding – Kovats index
Een rekenvoorbeeld: De onbekende component ligt tussen C8 en C9 Dus de index (I) ligt tussen 800 en 900 Vul de formule in en vergeet niet de t0!

H9: Scheiding – McReynolds constante
Er zijn vele verschillende stationaire fasen bij capillaire kolommen. Van apolair tot polair. De mate van polariteit wordt weergegeven door de McReynolds-constante. De constante wordt bepaald door een standaard mengsel te analyseren en de Kovatsindex (I) te bereken op de fase en deze af te trekken van de Isqualaan (C30H62 - zeer apolair). Er geldt: McReynolds (ΔI) hoger -> Component meer retentie -> Hogere polariteit Component Groep I (Squalaan) I (fase) ΔI = McReynolds Benzeen Aromaten, alkanen 653 668 15 Butaan-1-ol Alcoholen, zuren, fenolen 590 643 53 Pentaan-2-on Ketonen, ethers, esters, aldehyden 627 671 44 Nitropropaan Nitro- en nitrilgroepen 652 716 64 Pyridine Organische basen, dioxaan 699 740 41

H9: Scheiding – kolomindex (CP-index)
Door firma Chrompack (oud-leverancier GC-kolommen; nu Agilent) is een polariteitsindex gemaakt van stationaire fasen, gebaseerd op de McReynolds-constante, variërend De CP-index = Σ ΔI(kolom) Σ ΔI(OV275) * voorbeeld: CP-index = * 100 = 5 (de kolom = CP-Sil-5) Er geldt: CP-index hoger -> stationaire fase is hoger in polariteit! Component Groep I (Squalaan) I (fase) ΔI (kolom) ΔI (OV-275) Benzeen Aromaten, alkanen 653 668 15 690 Butaan-1-ol Alcoholen, zuren, fenolen 590 643 53 992 Pentaan-2-on Ketonen, ethers, esters, aldehyden 627 671 44 853 Nitropropaan Nitro- en nitrilgroepen 652 716 64 1110 Pyridine Organische basen, dioxaan 699 740 41 1000 Σ som 217 4644

Bereken de (Kovats) retentie-indices van de componenten A, B en C: Component t’R (min) propaan ,42 n-butaan ,60 n-pentaan ,51 n-hexaan ,06 n-heptaan ,12 n-octaan ,14 A ,73 B ,05 C ,85

Bereken de (Kovats) retentie-indices van de componenten A, B en C: Component t’R (min) n-butaan ,30 n-pentaan ,51 n-hexaan ,10 n-heptaan ,93 n-octaan ,60 A ,22 B ,10 C ,20

Bereken de (Kovats) retentie-indices van de componenten A, B en C: Component t’R (min) n-butaan ,25 n-pentaan ,30 n-hexaan ,10 n-heptaan ,30 n-octaan ,00 A ,00 B ,10 C ,00

Gegeven van de homologe reeks van alkanolen, de volgende netto retentietijden: n t’R (min) ,41 ,31 ,55 ,90 X ,90 Hoeveel C-atomen heeft de component X? Maak een diagram (een lijn) met log(t’R) op de Y-as en n op de X-as en bereken de formule van deze lijn. Welke netto retentietijd verwacht je voor n-decanol?

H10: Voorbereidingstechnieken
Toepassingen voor GC: grote diversiteit Biologische monsters, zoals serum, urine en voeding (Analyse: vetzuren) Milieu monsters, zoals grond en afvalwater of zeewater (Analyse: PAK’s of minerale olie) Industriële monsters, zoals petrochemische nafta (Analyse: BTEX) Monstermatrix: naast de te bepalen componenten zitten in deze monsters ook storingen zoals zouten, eiwitten en vele organische verbindingen. Voorbehandeling is noodzakelijk! Met als doel: Storende verbindingen verwijderen Te bepalen componenten op gewenst concentratieniveau brengen Componenten oplossen in de te gebruiken mobiele fase Soxlet extractie (LCGC.com , 2019)

H10: Voorbereidingstechnieken
Voorbehandelingstechnieken: vloeistof-vloeistof extractie (bij watermonsters); evt. met ISTD en correctie extractierendement (EF = extraction efficiency) Vast-vloeistof extractie (bij grondmonsters); evt. met ISTD en correctie extractierendement Indampen bijv. via rotatieverdamper of met stikstof Clean-up d.m.v. minikolommen oftewel “cartridges” gepakt met een kleine hoeveelheid stationaire fase, die het analyt concentreren en de matrix wegspoelen. SPE-extractie; Solid Phase Extraction, vergelijkbaar met clean-up Centrifugeren (vaste deeltjes plakken aan de bodem) Filtreren (over 0,45 µm filter!) Drogen organische laag met hygroscopisch zout Meer uitleg over voorbehandeling vind je hier

H11: Kwantitatieve analyse
Chromatografische analyse heeft 4 stappen: Scheiding naar individuele componenten Identificeren van de componenten (kwalitatief) Kalibratie van een component (kwantitatief) Meting van het onbekende monster en dit vergelijken met de kalibratie (kwantitatief) Er zijn 4 kwantitatieve berekeningsmethoden: 100% methode (“normalization”) Externe standaard methode (ESTD) Verbeterde 100% methode Interne standaard methode (ISTD)

H11: Kwantitatieve analyse – 100% methode
Procedure: één injectie van een monsteroplossing Analyse van een standaard is niet nodig Uitkomst is relatief (x % van het totaal) Eis: Alleen toepasbaar bij zuiver mengsel en overeenkomstige componenten zoals homologe reeksen van alkanen, alkenen en alkanolen. Dus: geen oplosmiddel / geen onbekende pieken of deze niet integreren. Nadeel: houdt geen rekening met verschil in gevoeligheid (respons) van de componenten.

H11: Kwantitatieve analyse – 100% methode
De data van de componenten: component RT (min) Piekopp (counts) % O2 6.02 998 16,81 N2 6.64 1002 16,87 CO 8.70 1151 19,38 CH4 12.18 1100 18,52 CO2 14.01 1687 28,41 Totaal - 5938 100

H11: Kwantitatieve analyse – ESTD methode
Procedure: Minimaal 2 injecties nodig: van een monsteroplossing en een standaard(reeks)! Vaak is 1 standaard voldoende i.v.m. goede lineariteit van de detector Uitkomst is absoluut (bijv. ppm of ppb) Eisen: exact dezelfde hoeveelheid injecteren (autosampler) chromatografische omstandigheden gelijk Autosampler GC (CTC Analytics , 2019)

H11: Kwantitatieve analyse – ESTD methode
De data van een monster en een standaard: component Piekopp standaard (counts) monster Conc. Standaard (ppm) Responsfactor Rf (counts/ppm) Monster A 250 199 105 2,380 83,6 B 500 80 3,125 160 C 300 5 150 2,000 2,50 D 350 110 200 1,750 62,9 E 275 1,719 145 Bereken eerst de Rf van de component a.d.h.v. standaard Rf = AS/ρ Bereken daarna de concentratie in het monster ρ= AM/Rf Hierin is: A = piekoppervlak (st of monster) ρ = massaconcentratie Rf = responsfactor

H11: Vragen De data van een monster en een standaard: Component
Piekopp standaard (counts) monster Conc. Standaard (ppm) Monster (%) A 600 444 200 ? B 1200 400 C 800 333 300 Bereken het relatieve gehalte (in %) in het monster via de 100% methode Bereken het gehalte (in ppm) in het monster via de ESTD methode

H11: Antwoorden De data van een monster en een standaard: component
Piekopp standaard (counts) monster Conc. Standaard (ppm) Monster (%) A 600 444 200 32,2 148 B 1200 400 43,6 C 800 333 300 24,2 125 1377 100 Bijv. component B = AB/A totaal * 100% = 600/1377 * 100% = 43,6 % Bijv. component B = Am/As*conc standaard = 600/1200 * 400 = 200 ppm

H11: Kwantitatieve analyse – verbeterde 100% methode
Procedure: Idem als 100% methode maar nu met Rf factor! 2 injecties: standaard → voor bepaling Rf componenten daarna monster → bepaling gehalte Uitkomst is relatief (x % van het totaal) Eis: Alleen toepasbaar bij zuiver mengsel. Dus: geen piek van oplosmiddel of onbekende pieken

H11: Kwantitatieve analyse – verbeterde 100% methode
De data van de componenten: Bereken eerst de Rf van de component a.d.h.v. standaard Rf = AS/ρ Bereken daarna de concentratie in het monster ρ= AM/Rf Tot slot: maak een optelsom van alle concentratie (%) en maak een normalisatie naar 100%. Comp. RT (min) Area monster (counts) Std Conc. (%) Rf (counts/%) Monster Area/Rf Gehalte O2 6.02 998 1100 20,00 55,0 18,15 15,68 N2 6.64 1002 900 45,0 22,27 19,20 CO 8.70 1151 1000 50,0 23,02 19,87 CH4 12.18 24,44 21,08 CO2 14.01 1687 1200 60,0 28,12 24,17 Totaal - 5938 5100 100,00 116,00 % O2 = 𝑝𝑖𝑒𝑘𝑜𝑝𝑝. 𝑂2 𝑚𝑜𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟 /𝑅𝑓 Σ 𝑝𝑖𝑒𝑘𝑜𝑝𝑝 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒𝑛 /𝑅𝑓 ∗100% % O2 = 998/55,0 116,00 ∗100%

H11: Vragen De data van een monster en een standaard: Comp. RT (min)
Area monster (counts) Std Conc. (%) Gehalte Monster 100 % methode Verbeterde 100% methode O2 4.01 201558 245017 79,00 N2 5.12 75821 58012 19,00 CO2 8.78 1542 3849 2,00 Bereken het relatieve gehalte (in %) in het monster via de 100% methode Bereken het relatieve gehalte (in %) in het monster via de verbeterde 100% methode

H11: Antwoorden-100% methode
De data van een monster en een standaard: Comp. RT (min) Area monster (counts) Std Conc. (%) Gehalte Monster O2 4.01 201558 245017 79,0 72,26 N2 5.12 75821 58012 19,0 27,18 CO2 8.78 1542 3849 2,00 0,553 Totaal - 278921 306878 100,00 Bijv. component O2 = Acomponent/A totaal * 100% = / * 100% = 72,3 %

H11: Antw: verbeterde100% methode
De data van een monster en een standaard: Comp. RT (min) Area monster (counts) Std Conc. (%) Rf (counts/%) Monster Area/Rf Gehalte O2 4.01 201558 245017 79,00 3101 65,00 71,72 N2 5.12 75821 58012 19,00 3053 24,83 27,40 CO2 8.78 1542 3849 2,00 1924,5 0,801 0,884 Totaal - 278921 306878 100,00 90,631 % O2 = 𝑝𝑖𝑒𝑘𝑜𝑝𝑝. 𝑂2 𝑚𝑜𝑛𝑠𝑡𝑒𝑟 /𝑅𝑓 Σ 𝑝𝑖𝑒𝑘𝑜𝑝𝑝 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑡𝑒𝑛 /𝑅𝑓 ∗100% % O2 = / ,631 ∗100%

Bereken de procentuele samenstelling van mengsel van alkanen met het volgende resultaat : Component oppervlak pentaan octaan decaan 23 Van pentaan en octaan worden oplossingen gemaakt van respectievelijk 50,0 mg/L en 100,0 mg/L. Voor dit standaardmengsel worden oppervlakten bepaald van 226 (pentaan) en 512 (octaan). Het te analyseren monster levert na injectie van een gelijk volume als bij de standaard, de oppervlakken van 95,2 (pentaan) en 127 (octaan). Bereken de massaconcentraties in het monster (in mg/L).

Voor de bepaling van 2-propanol (dichtheid: 0,786 g/mL) in een waterige oplossing worden standaarden gemaakt door verdunning van respectievelijk 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 en 5,0 mL tot steeds 10,0 mL oplossing. Injectie van steeds 3,0 µL standaard en vervolgens 3,0 µL monster, levert de volgende resultaten: Standaard (mL) oppervlak 1, 2, 3, 4, 5, monster Bepaal de massaconcentratie 2-propanol (in g/L) in het monster.

H11: Kwantitatieve analyse – ISTD methode
Procedure: Toevoeging van extra component (= de interne standaard) aan monster en standaard Minimaal 2 injecties nodig: van een monsteroplossing en een standaard! Vaak is 1 standaard voldoende i.v.m. goede lineariteit van de detector Eis van ESTD vervalt! Niet noodzakelijk om exact dezelfde hoeveelheid injecteren Uitkomst is absoluut (bijv. ppm of ppb) Voorbeeld: analyse % ethanol in monster; ISTD is ook een alkanol (1-propanol)

Functie Interne standaard: Bepaling van relatieve retentietijden (r) t.o.v. de ISTD Bepaling van recovery (opbrengst): verliezen van voorbehandeling doorrekenen Berekening van de concentraties van de componenten a.d.h.v. de piekoppervlaktes, responsfactoren en de standaardconcentratie. Eisen Interne standaard: moet goed gescheiden zijn (RS > 2) mag niet in monster voorkomen bezit dezelfde chemische en fysische eigenschappen als de te bepalen componenten moet goed mengbaar zijn met standaard en monster en stabiel blijven Het is niet altijd eenvoudig om een goede ISTD te vinden!

Berekening: Berekening van de concentraties van de componenten a.d.h.v. de piekoppervlaktes, responsfactoren en de standaardconcentratie. In formule: 𝐴𝑐 𝐴𝑖𝑠 =𝑅𝐹 ∗ 𝑐𝑐 𝑐𝑖𝑠 → 𝑐𝑐= 1 𝑅𝐹 ∗ 𝐴𝑐 𝐴𝑖𝑠 ∗𝑐𝑖𝑠 Hierin is: Cc = concentratie component Cis = concentratie interne standaard Ac = oppervlakte component Ais = oppervlak interne standaard RF = responsfactor = r.c. kalibratielijn ISTD kalibratielijn (Sepscience.com , 2019)

De data van een monster en een standaard: component Area Comp. Std Counts Conc. (ppm) ISTD counts Comp sample Sample Conc Relatieve Responsfactor RF Monster A 250 105 450 100 199 850 200 0,529 88,5 B 80 425 500 890 0,588 191 C 300 150 475 55 920 0,421 28,4 1. Bereken de RF factor per component uit de std: RFB: 𝐴𝑟𝑒𝑎𝐵 𝑐𝑜𝑛𝑐𝐵 𝑠𝑡𝑑 𝐴𝑟𝑒𝑎𝐼𝑆 𝑐𝑜𝑛𝑐𝐼𝑆 𝑠𝑡𝑑 = = 2.5/4.25 = 0.588 2. Bereken daarna de concentratie in het sample: Conc B = 𝐴𝑟𝑒𝑎𝐵 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒 𝐴𝑟𝑒𝑎𝐼𝑆 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒 * 𝐶𝐼𝑆 𝑅𝐹𝐵 = ∗ ,588 = 191 ppm

Gegevens standaardmengsel: Gegevens analysemengsel: Comp Concentratie Oppervlak RF Comp Oppervlak Concentratie (mg/L) (mg/L) _ A ? A ? B ? B ? C ? C ? ISTD , ISTD Bereken voor iedere component de relatieve gevoeligheidsfactor (RF) en de concentratie in het analysemengsel.

Gegevens standaardmengsel: Gegevens analysemengsel: Comp Concentratie Oppervlak RF Comp Oppervlak Concentratie (mg/L) (mg/L) _ D ? D ? E ? E ? F ? F ? ISTD , ISTD Bereken voor iedere component de relatieve gevoeligheidsfactor (RF) en de concentratie in het analysemengsel.

Gegevens standaardmengsel: Gegevens analysemengsel: Comp Concentratie Oppervlak RF Comp Oppervlak Concentratie (mg/L) (mg/L) _ G ? G ? H ? H ? I ? I ? ISTD , ISTD Bereken voor iedere component de relatieve gevoeligheidsfactor (RF) en de concentratie in het analysemengsel. 28 Welke eisen worden gesteld aan een interne standaard?

H12: Optimaliseren – Stappenplan
Hoe ga je een GC methode ontwikkelen voor een component? Via een stappenplan! Welke component(en) wil je gaan analyseren? Wat zijn de structuurformules van de component(en) en bijbehorende fysische eigenschappen? Is de te bepalen component analyseerbaar met de GC? Of eenvoudiger met een HPLC? Kolom: gepakt of capillair? Voor gasmonsters heeft gepakt de voorkeur of capillair PLOT. Welke (capillaire) kolom is het meest geschikt of voorradig qua dimensies en stationaire fase? Hoe verwacht je de elutie volgorde van de componenten op basis van de gekozen kolom? Welke injector is het meest geschikt of voorradig? Welke detector is het meest geschikt of voorradig? Welke mobiele fase is het meest geschikt en voorradig? Denk ook aan de detectie! Welke flow is optimaal? Denk aan de schotelhoogte c.q. de Van-Deemter-vergelijking! Werk je met een isocratische temperatuur of met een temperatuurprogramma? Welke voorbehandeling is nodig voor isolatie van de component uit de matrix?

H12: Optimaliseren – Voorbeeld stappenplan
Componenten: o-, m-, p-xyleen Structuurformules, benzeenring (π-bindingen!) en 2 CH3-groepen. Dus organische verbindingen alleen apolaire eigenschappen. Zoek eigenschappen op via CAS-nummer, MSDS of Chemicalbook Kookpunten (o, m, p): 144, 139 en 138 °C Oplosbaarheid H2O (o, m, p): 0.2, nihil, en 0.2 g/L Stabiliteit (o, m, p): allen stabiel Uitvoerbaar met HPLC: verbinding vrijwel onoplosbaar in water; alleen lage concentraties of met apolaire mobiele fase (= “normal phase”) Uitvoerbaar met GC: componenten zijn stabiel en kookpunten acceptabel (<350 °C); de kookpunten liggen wel dichtbij elkaar, dus uitdaging!

Voorbeeld: Men wil het gehalte (tot 10 % v/v) van o-, m- en p-xyleen in hexaan bepalen. Stappenplan: Kolom; capillair want het monster is een oplossing en geen gas. Kolomkeuze: componenten zijn apolair, dus apolaire kolom, zoals RTX-1 of RTX-5. Kookpunten dichtbij elkaar dus mogelijk probleem bij scheiding. WAX-kolom kan soms uitkomst bieden. Verwachting elutievolgorde op RTX-1/RTX-5: op kookpunt dus: p-, m- en daarna o-xyleen. Op WAX is het moeilijker te voorspellen, scheidt op polariteit (π-binding van de benzeen). Injector: capillaire kolom en gehaltes vrij hoog, dus SPLIT injectie is mogelijk. Split is een zeer robuuste techniek die ook te automatiseren is. Componenten hebben geen last van discriminatie (bij verdamping in de liner). Split ratio: 50 tot 400 afhankelijk van de conc.

Voorbeeld: Men wil het gehalte (tot 10 % v/v) van o-, m- en p-xyleen in hexaan bepalen. Stappenplan: Detector: Organische componenten, dus veel C en gevoelig voor FID. FID is zeer lineair en robuust. Ook MS is bruikbaar, echter deze is duurder Mobiele fase-draaggas: bij voorkeur helium, zeker bij MS detectie. Flow: afhankelijk van kolomlengte en draaggas. Vuistregel: bij kolom van 25m/0,32mm i.d. en als draaggas N2 beginnen bij 0.7 ml/min, He 1.4 ml/min en H2 3 tot 4 ml/min. Isocratisch of temperatuurprogramma. Beide kan, gezien klein verschil in kookpunt zal de temperatuur essentieel zijn. Voorbewerking: De componenten zijn opgelost in een oplosmiddel wat direct geïnjecteerd kan worden op de GC. Afhankelijk van de SPLIT instelling, het monster eventueel verdunnen.

H12: Optimaliseren – Via simulatie software!
Hoe ga je een GC methode ontwikkelen voor een component? Via simulatie software! Gebruik het programma van een leverancier van GC-kolommen. In dit geval RESTEK. Ga naar: Kies de tab bovenin: Chromatograms Kies voor: Pro EZGC Chromatogram Modeler Om het programma te gebruiken dien je eerst jezelf te registreren. Klik rechtsboven op het oranje “Register” en volg de instructies op het scherm. Bewaar je inloggegevens!! In het vervolg gebruik je “Log In” om het programma te gebruiken.

EZGC modeler: 1e stap, componenten Kies de tab “Compounds” en de melding “search by Name or CAS#” Geef de namen of CAS-nummers in van de te analyseren componenten. Bijv. 1,2 dichlorobenzene (let op: Engels!!) Klik op “Solve”; De mogelijke kolommen worden weergegeven bij “Stationary phases” Als je op een fase/kolom (bijv. Rxi-5Sil MS) klikt dan wordt het chromatogram weergegeven. Tevens staat er dat 3 van de 3 componenten worden gescheiden.

EZGC modeler: 2e stap, instellingen Kies “Conditions” Selecteer het juist draaggas: bijv. N2 Bij “column” kun je diverse kolomdimensies kiezen. Kies de kolom waarbij de resolutie (Rs) tussen de componenten zo hoog mogelijk is of neem een beschikbare kolom. Optimum is in dit geval: 10m*0,10mm*0,10µm Kies bij “control parameters” voor “vacuum” als je een MS gebruikt. Ovenprogramma kan je evt. bijstellen met “Refine Oven Program”

EZGC modeler: 3e stap, instellingen vervolg Bij “Control method” geef je aan of je het draaggas regelt via constante flow of via “Constant Pressure”. Voorkeur is constante flow maar oude GC’s kunnen soms alleen constante druk regelen. Bij “Results” kan je kiezen waarop geoptimaliseerd wordt: efficiency of speed. Bij “custom” kan je een eigen instelling ingeven. Zodra je een instelling wijzigt, wordt het chromatogram aangepast.

EZGC modeler: 4e stap, MS detectie! Als je een MS detector tot je beschikking hebt, dan is het handig om het MS-spectrum van de component te zien, zodat je een geschikte massa kan zoeken om te analyseren. Klik hiervoor op “zoom” icoon welke voor de retentietijd staat en het MS spectrum wordt getoond. Op die manier kunnen componenten geanalyseerd worden die onvoldoende gescheiden zijn, maar een verschillend MS spectrum hebben.

H12: Vraag – Via simulatie software!
Opdracht 1: Ontwikkel een efficiënte analysemethode m.b.v. een GC voor de bepaling van ethanol, propaan-1-ol en propaan-2-ol in water (ρ is maximaal 10 g/L). Eis: basislijn scheiding (RS > 2,0) en analysetijd < 6 minuten. Je hebt beschikking over een GC-FID met split injector en stikstof als draaggas. Er zijn twee kolommen in voorraad: Stabilwax®, m, 0.10 mm ID, 0.10 µm Rtx®-1, m, 0.25 mm ID, 0.10 µm Begin met het maken van een stappenplan en werk daarna de bepaling verder uit met het programma EZGC van RESTEK, zodat je een kolomkeuze hebt gedaan en een begininstelling hebt voor het testen van de analyse.

H12: Antwoord – Via simulatie software!
Opdracht 1: Ontwikkel een efficiënte analysemethode m.b.v. een GC voor de bepaling van ethanol, propaan-1-ol en propaan-2-ol in water. Eis: RS > 2,0; Tanalyse < 6 min. Stappenplan: Componenten: ethanol (1), propaan-1-ol (2) en propaan-2-ol (3). Structuurformules, CH-verbindingen met een OH- groep. Dus een organische verbinding met polaire eigenschappen. Eigenschappen op via CAS-nummer, MSDS of Chemicalbook Kookpunten (1, 2, 3): 78, 97 en 82 °C Oplosbaarheid H2O (1, 2, 3): volledig oplosbaar Stabiliteit (1, 2, 3): allen stabiel HPLC: mogelijk want oplosbaarheid is goed GC: mogelijk want kookpunten acceptabel (< 350 °C) 1. 2. 3.

Stappenplan (vervolg): Kolom; capillair want het monster is een oplossing en geen gas. Kolomkeuze: alleen Wax en RTX-1 beschikbaar. Verwachting elutievolgorde op RTX-1: apolaire kolom dus op kookpunt: ethanol, propaan-2-ol en propaan-1-ol. Op WAX is het moeilijker te voorspellen, scheidt op polariteit en alle hebben 1-OH groep. Volgorde: ethanol, propaan-2-ol, propaan-1-ol Injector: capillaire kolom en gehaltes vrij hoog (tot 1%), dus SPLIT injectie is mogelijk. Split is een zeer robuuste techniek die ook te automatiseren is. Componenten hebben geen last van discriminatie (bij verdamping in de liner). Split ratio: 50 of 100 1. 2. 3.

Stappenplan (vervolg): Detector: Organische componenten, dus veel C en gevoelig voor FID. FID is zeer lineair en robuust. Mobiele fase-draaggas: gegeven als N2. Flow: Vuistregel bij kolom van 30m/0,25mm i.d. en als draaggas N2 beginnen bij 0.6 ml/min. Bij 10m/0,10mm is de flow lager: 0.3 ml/min. Isocratisch of temperatuurprogramma. Beide kan, voor een snelle analyse heeft temperatuurprogrammering de voorkeur. Voorbewerking: De componenten zijn opgelost in een oplosmiddel wat direct geïnjecteerd kan worden op de GC. Afhankelijk van de SPLIT instelling, het monster eventueel verdunnen. NU starten met de simulator EZGC van Restek. 1. 2. 3.

EZGC modeler: 1e stap, componenten Geef de componenten in bij “Compounds” Klik op “Solve” Mogelijke kolommen (Stat.phases): 5 stuks waaronder Stabilwax en RTX-1. Klik eerst op Stabilwax en daarna op “Conditions”. Stel in: Carrier gas Nitrogen en Columns: 10*0.10*0.10 Bijgaand chromatogram verschijnt; waarbij alle Rs > 2 en analysetijd is 2.0 minuten.

EZGC modeler: 2e stap, componenten Klik eerst “Compounds” en selecteer nu de kolom RTX-1. Klik daarna op “Conditions”. Stel in: Carrier gas Nitrogen en Columns: 30*0.25*0.10 Bijgaand chromatogram, waarbij de Rs tussen ethanol en 2-propanol 1,2 is; dus onder de gestelde eis van 2. Door isotherm bij 35 °C te analyseren wordt de Rs 2,1. Stabilwax heeft voorkeur vanwege betere Rs: 9,1 t.o.v. 2,1

H13: Test je kennis! Maak de meerkeuzevragen en bekijk je score!
Maak ook het kruiswoordraadsel. Antwoorden van de kruiswoordpuzzel staan hier.

H14: Samenvatting Even alles op een rijtje: In H1 en H2 werd het scheidingsprincipe van gaschromatografie (GC) beschreven. In respectievelijk H3 en H4 worden de mobiele en stationaire fase behandeld. In H5 komen alle scheidingsvariabelen (resolutie, schotelhoogte etc.) aan bod. De instrumentatie van een GC wordt beschreven in H6 (injector), H7 (kolom) en H8 (detector). De scheiding in combinatie met retentie-indices wordt specifiek behandeld in H9. In H10 worden een aantal voorbereidingstechnieken beschreven. Diverse kwantitatieve berekeningen (met rekenvoorbeelden) wordt uitgelegd in H11. Met simulatiesoftware wordt je in H12 aangeleerd om een GC methode te ontwikkelen. Tot slot kan je in H13 je kennis testen via meerkeuzevragen en een kruiswoordraadsel.

Literatuur Chromatography-online.org, R.P. W. Scott (2019, april). Injection devices. Meer, A. v. (2013). Chemische analyse. Utrecht: Syntax Media. RESTEK. (2019, april 11). Pro EZGC moduler. Opgehaald van Syntax Media. (2019, februari). mlo chemie. Opgehaald van GC (H19): Vooys, D. d., Punt, R., Lubbers, P., & Vijver, R. v. (sd). Vlissingen, Nederland: Scalda. De dictaten: Chromatografie I, II en Gaschromatografie.

Dank voor jullie aandacht!
Einde Dank voor jullie aandacht!

Keuzedeel 0751 Verdieping Chromatografie

Verwante presentaties

Presentatie over: "Keuzedeel 0751 Verdieping Chromatografie"— Transcript van de presentatie:

Verwante presentaties

Over het project

Feedback

Inloggen

Inloggen via een sociaal netwerk:

Keuzedeel 0751 Verdieping Chromatografie

Verwante presentaties

Presentatie over: "Keuzedeel 0751 Verdieping Chromatografie"— Transcript van de presentatie:

Verwante presentaties

Over het project

Feedback