Capillaire gaschromatografie

Transcriptie

1 1

2 2 Voordelen van een smalle piek: Hoge resolutie, maximaal gebruik van het scheidend vermogen van de kolom. Eenvoudige integratie, begin en einde van piek zijn makkelijk te herkennen. Lagere detectiegrenzen

3 3 De efficiëntie van een kolom wordt beïnvloed door een groot aantal variabelen. Voor het beschrijven van het verband tussen deze variabelen en de schotelhoogte zijn verschillende vergelijkingen ontwikkeld. Een hiervan is de Van Deemter vergelijking die geschikt is voor gepakte GC kolommen. Een schotelhoogtevergelijking geeft het verband aan tussen de schotelhoogte en de lineaire gassnelheid. Men noemt dit de H-u curve. Verhoging van de lineaire gassnelheid leidt aanvankelijk tot een sterke vermindering van de schotelhoogte. Na het bereiken van een minimale waarde neemt de schotelhoogteweer toe. De verschillende variabelen op de totale piekbreedte zijn onder te brengen in drie termen, waardoor de vergelijking in de bovenstaand eenvoudige vorm geschreven kan worden.

4 4 De aanwezigheid van pakkingskorreltjes heeft een grote invloed op de piekverbreding. Afwezigheid leidt dus onmiddellijk tot een hogere efficiëntie. Het hoge schotelgetal van een capillaire "open tubular" kolom is voor een groot deel hiermee verklaard. In de schotelhoogtevergelijking voor capillaire kolommen ontbreekt de Eddy diffusie term.

5 5

6 6 Als we naar de invloed kijken van deze eigen beweging in de stroomrichting van het gas, dit is het verbreden van de wolk componentmoleculen, kan er gesteld worden dat de meeste moleculen ongeveer gelijktijdig de kolom zullen verlaten. Het soms met de stroom mee bewegen, dan weer tegen de stroom in, zal voor de meeste moleculen na uitmiddeling resulteren in een gering effect. Er zullen echter altijd moleculen zijn die toevallig een eigen beweging hebben gehad die meer met de stroom mee zijn geweest dan er tegenin. Deze moleculen zullen iets eerder uit de kolom stromen. Bij moleculen die precies het omgekeerde hebben ondervonden, zal de verblijftijd in de kolom groter zijn dan het gemiddelde. Het gevolg van deze niet gelijktijdige uittreding openbaart zich in de piekverbreding. Dit effect zal relatief het sterkst optreden bij lage gassnelheden. Naarmate de gassnelheid toeneemt zal dit effect relatief minder bijdragen aan de totale piekverbreding. In de praktijk worden er zodanige gassnelheden gekozen dat de longitudinale diffusie nauwelijks invloed heeft op de efficiëntie van de kolom.

7 7

8 8 Tijdens het transport van de moleculen door de kolom komt het front voortdurend aan bij stationaire fase waarin nog geen component aanwezig is. Door dit concentratieverschil diffunderen componentmoleculen van de mobiele fase naar de stationaire fase totdatde evenwichtssituatie isbereikt. Aan de achterzijde van de zone gebeurt het omgekeerde. Zuiver draaggas migreert langs de stationaire fase waarin zich componentmoleculen bevinden. Hier vindt de stofoverdracht in omgekeerde richting plaats. Als de diffusiesnelheid hoog is, migreren de moleculen snel heen en weer tussen beide fasen. Alle moleculen brengen gemiddeld evenveel tijd door in de mobiele fase en migreren daardoor even snel. Bij een lage diffusiesnelheid krijgt het evenwicht geen kans om zich in te stellen. Het zonefront in de mobiele fase loopt de stationaire fase voorbij. De achterzijde van de zone in de stationaire fase blijft achter bij de achterzijde van de zone in de mobiele fase. Het resultaat is dat de zonebreder wordt.

9 9 Duidelijk zichtbare piekverbreding treedt op wanneer de draaggassnelheid veel te hoog is.

10 10

11 11 Capillaire kolommen hebben een aantal belangrijke voordelen boven gepakte kolommen. Verreweg het belangrijkste kenmerk van een capillair is zijn zeer grote scheidingskracht (resolutie) ten gevolge van zijn hoge efficiëntie. Pieken op een capillair chromatogram zijn vele malen smaller dan pieken op een gepakt chromatogram. De oorzaak voor de toenemende efficiëntie (schotelgetal) volgt uit de theorie van de piekverbreding. Wordt de piekverbreding in een gepakte kolom boven de optimale gassnelheid veroorzaakt door de Eddy diffusie (A-term) en de weerstand tegen massatransport (C-term), in een capillaire kolom wordt die alleen bepaald door de C-term die ook nog een stuk kleiner is. De belangrijkste oorzaak hiervan is het ontbreken van de kolompakking. Omdat de Eddy diffusie geheel en de massaweerstandstermen gedeeltelijk het gevolg zijn van de kolomvulling is het duidelijk dat bij het ontbreken van een "coated packing" de piekverbreding een stuk kleiner moet zijn, met alle positieve gevolgen voorde efficiëntie.

12 12 Er vanuit gaande dat er altijd in het optimum van de H-u curve wordt gewerkt of rechts daarvan betekent dit dat de B-termte verwaarlozen is. De C-term bevat onder andere de diameter en de filmdikte van de capillaire kolom. Algemeen geldt: Een kleine diameter kolom met een dunne film geeft de beste efficiëntie. Een grote diameter kolom met een dikke film heeft een meer beperkte efficiëntie. Het resultaat van deze kolom is echter veel beter dan die van een gepakte kolom.

13 13

14 14

15 15 Een Constante drukregelaar werkt direct en is dus snel in te regelen. Er wordt meer druk op het systeem gezet door de knop in te draaien. Wordt algemeen gebruikt voor capillaire gaschromatografie.

16 16 Een constante flowregelaar werkt indirect en is dus niet snel in te regelen. Er wordt meer flow op het systeem gezet door de knop uit te draaien. Wordt algemeen gebruikt voor gepakte gaschromatografie.

17 17

18 18

19 19

20 20

21 21 T ( C) Pressure Flow % % % Constant % % %

22 22 T ( C) Flow Druk % % % Constant % % %

23 23

24 24 EPC = Electronic Pressure Control DCC = Digital Carrier Control Het principe van een digitale gasregeling berust op het feit dat constant flow door een kolom geregeld wordt door de druk te programmeren als functie van de temperatuur. Dit houdt in dat de electronica de weerstand (kolomlengte, kolomdiameter, soort draaggas en uitgangsdruk) moet weten. Bij EPC en DCC worden de kolomparameters ingegeven waarna er Constant Flow of Flow geprogrammeerd gewerkt kan worden. Bij het invullen van deze kololmparameters bestaat een afwijking met de de daadwerkelijke lengte en diameter. Niet alleen is de interne diameter over de gehele lengte exact hetzelfde, ook de lengte van de kolom zal na enig gebruik korter worden aangezien er steeds een stuk wordt afgesneden na het opnieuw monteren.

25 25 Gas naar injector en kolom Gas in Flow sensor DPFC = Digital Pressure and Flow Control Bij DPFC wordt de weerstandwaarde gemeten waarna er Constant Flow of Flow geprogrammeerd gewerkt kan worden. Bij deze methode maakt het niet uit of de kolomparameters afwijken van de daadwerkelijke waarden.

26 26 Reduceerventiel. Dit onderdeel reduceert de hoge druk in de gascilinder (tot ca. 200 bar) tot een reële druk die voldoende is om alle apparaten in het gebouw van de juiste druk te voorzien. Een redelijke uitgangsdruk is 6 10 bar. Afsluiter. Deze worden vaak in het gasnet aangebracht om afsluitpunten te creëren. Zodoende heeft men de mogelijkheid om onderdelen van het gasnet (tijdelijk) uit te sluiten van gasvoorziening zonder dat andere labzalen of instrumenten daar hinder van ondervinden. Reduceerventiel. Dit onderdeel vermindert de al gereduceerde druk op het gasnet verder tot een voor de apparatuur benodigde werkdruk. Dit reduceerventiel bevindt zich vaak op de labzaal of op de labtafel.

27 27

28 28 28

29 29

30 30