Instrukcja Ćwiczenie nr 2.
Transkrypt
Instrukcja Ćwiczenie nr 2.
Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych dla studentów specjalizacji Technologia Organiczna Przedmiot: LABORATORIUM TECHNOLOGICZNE Semestr VII Ćwiczenie nr 2. Optymalizacja rozdziału mieszanin gazowych w chromatografii gazowej Miejsce ćwiczenia: Katedra Technologii Chemicznej Organicznej i Petrochemii Gliwice, ul. B. Krzywoustego 4, III p.309 Prowadzący : dr inż. Krzysztof Skutil (pokój nr 308) Instrukcję opracował: dr inż. Krzysztof Skutil Gliwice, 2002 r. (zmodyfikowano 2007 r.) 1 Część ogólna Wstęp Chromatografia gazowa należy obecnie do podstawowych sposobów ilościowej i jakościowej analizy substancji chemicznych. Znajduje szczególnie powszechne zastosowanie w przypadku konieczności oznaczenia składu złożonych mieszanin substancji (np. produktów reakcji chemicznej) zarówno w pracach badawczych jak i do bieżących lub ciągłych analiz przemysłowych. Podstawowa cecha tej metody analitycznej polegająca na selektywnym rozdzieleniu złożonych mieszanin na pojedyncze, indywidualne składniki daje także możliwości wydzielenia substancji ze złożonych mieszanin i wytwarzanie na tej drodze czystych składników (tzw. chromatografia preparatywna). W większości przypadków technikę chromatograficzną stosuje się w celach oznaczeń ilościowych. Możliwość zidentyfikowania poszczególnych składników analizowanej mieszaniny (analiza ilościowa), choć jest możliwa, rzadko odbywa się wyłącznie przy użyciu techniki chromatograficznej. W przypadku konieczności jakościowego oznaczenia składu mieszanin o zupełnie nieznanym charakterze, stosuje się na ogół doskonalsze techniki identyfikacyjne (np. spektroskopię masową, NMR, UV, IR itp.) lub sprzęga chromatograf gazowy z wyżej wymienionymi metodami identyfikacyjnymi. W takim przypadku rola chromatografu sprowadza się w zasadzie do rozdzielenia mieszaniny na pojedyncze składniki, a informacje dotyczące rodzaju i budowy substancji uzyskuje się w oparciu o wymienione techniki (w praktyce najczęściej stosuje się układ złożony z chromatografu gazowego i spektroskopu masowego). Bardzo często użytkownik chromatografu z góry wie lub z dużym prawdopodobieństwem może przewidzieć jakościowy skład analizowanej mieszaniny. Wówczas istnieje prosta metoda identyfikacyjna polegająca na porównaniu prostych parametrów identyfikacyjnych substancji wzorcowej (czystej) z wielkościami uzyskanymi dla poszczególnych składników rozdzielanej mieszaniny (bardziej szczegółowo opisano to w pkt. III). Taka metodyka jest obecnie powszechnie stosowana. I. Istota techniki chromatograficznej Istota metody chromatografii gazowej polega na wykorzystaniu różnic w powinowactwie składników rozdzielanej mieszaniny w stosunku do tzw. fazy nieruchomej wypełniającej podstawowy element chromatografu - kolumnę rozdzielczą. W strumieniu gazu nośnego przepływającego w sposób ciągły przez kolumnę następuje selektywne, zróżnicowane zatrzymywanie składników na powierzchni aktywnego wypełnienia. Wykorzystywane jest zjawisko różnic właściwości adsorpcyjnych fazy stałej w odniesieniu do poszczególnych składników rozdzielanej mieszaniny lub różnic w absorpcji składników w aktywnej cieczy naniesionej na stałą powierzchnię wypełnienia kolumny. W tym pierwszym przypadku o sile powiązania rozdzielanej substancji z fazą aktywną wypełnienia kolumny (z fazą nieruchomą) decyduje wartość współczynnika adsorpcji i mówi się wówczas o tzw. chromatografii adsorpcyjnej. Częściej jako fazę aktywną stosuje się różne substancje ciekłe (o małej lotności) naniesione na powierzchnię (zwykle celowo silnie rozwiniętą) porowatego ciała stałego (chromatografia absorpcyjna), a o sile powiązania z fazą nieruchomą decyduje współczynnik podziału. Zjawiska powierzchniowe zachodzące w fazie stacjonarnej mają charakter dynamiczny - składają się z wielokrotnie następujących po sobie zjawisk adsorpcji (lub absorpcji) i desorpcji , a dynamikę i ruch substancji wzdłuż kolumny chromatograficznej i towarzyszący mu stopniowy rozdział mieszaniny wywoływany jest przepływem strumienia gazu, tzw. nośnego. Po rozdzieleniu mieszaniny na składniki, już po wyjściu z kolumny chromatograficznej znajduje się urządzenie zwane detektorem, którego zadaniem jest wytwarzanie dynamicznego sygnału 2 (zwykle elektrycznego) będącego reakcją na obecność (i ilość) analizowanej substancji. Sygnał ten może być przetwarzany, wzmacniany i przesyłany do odpowiednich urządzeń rejestrujących (samopiszące rejestratory mechaniczne) i integrujących (często sprzężonych z pamięcią komputera). II. Podstawowe elementy chromatografu gazowego Każdy chromatograf gazowy musi składać się z kilku podstawowych, niezbędnych elementów warunkujących prawidłową pracę urządzenia: kolumna wraz z odpowiednim wypełnieniem (fazą stacjonarną), detektor, rejestrator (lub integrator sygnałów), urządzenie do wprowadzania gazu nośnego, elementy dozowania próbek substancji oraz cały szereg układów pomocniczych ułatwiających obsługę, zwiększających precyzję i powtarzalność analiz. W ostatnich latach nastąpił burzliwy rozwój w doskonaleniu techniki chromatografii gazowej wskutek szerokiego i wszechstronnego zastosowania nowoczesnej elektroniki i metod komputerowych. 1) Kolumna chromatograficzna. Najczęściej konstruowana w postaci rury zwykle zwiniętej w kręgi lub w kształt litery „U” (w celu zmniejszenia gabarytów) o bardzo zróżnicowanych wymiarach. W zależności od wymiarów rozróżnia się 2 podstawowe typy stosowanych kolumn chromatograficznych: a) tzw. kolumny pakowane, o stosunkowo dużej średnicy wewnętrznej (zwykle kilka mm) i niezbyt dużej długości (raczej nie przekraczającej kilku metrów) b) tzw. kolumny kapilarne, o bardzo małej średnicy (ułamki mm) i długości kilkudziesięciu a nawet kilkuset metrów. W kolumnach kapilarnych substancja aktywna (na której odbywa się właściwy rozdział składników mieszaniny) nanoszona jest na powierzchnię wewnętrzną ścianki kolumny (kapilary). Duża długość kolumny i dzięki temu silne „rozwinięcie” powierzchni czyni ściankę kolumny kapilarnej swoistym nośnikiem. W praktyce po prostu powleka się ściankę kapilary cienką warstwą, ciekłej substancji aktywnej w rozdziale mieszanin. W przypadku kolumn pakowanych substancja aktywna (na ogół ciecze wysokowrzące) nanoszona jest na powierzchnię ciała stałego tzw. nośnika, zwykle substancji o silnie rozwiniętej powierzchni. W przypadku tzw. chromatografii adsorpcyjnej sam nośnik może spełniać rolę substancji aktywnej i na jego powierzchni zachodzą zjawiska rozdziału (na zasadzie selektywnej adsorpcji składników mieszaniny). Jako nośniki wykorzystywane są najczęściej różne postaci tlenku glinowego, węgle aktywne, żele krzemionkowe, zeolity (tzw. sita molekularne), a także rozmaite substancje polimeryczne o różnym składzie i strukturze. Substancje aktywne to przeważnie wysokowrzące ciecze organiczne (estry, alkohole, kwasy, wyższe węglowodory typu olejów itp.) o różnych właściwościach fizykochemicznych pozwalających na selektywne zróżnicowanie rozpuszczalności (absorpcji) składników rozdzielanej mieszaniny. Nie istnieje uniwersalny sposób doboru odpowiednich rodzajów wypełnienia kolumny dla rozwiązania konkretnego problemu analitycznego. Podstawową wskazówką jest powszechnie znana ogólna zasada doboru podobieństwa fazy aktywnej w stosunku do rozdzielanej mieszaniny (podobne rozpuszcza się w podobnym). Zgodnie z tą regułą dla rozdzielenia mieszaniny zawierającej składniki o dużej polarności dobiera się na ogół fazy silnie polarne (estry, kwasy itp.), a dla niepolarnych układy typu wysokowrzących olejów lub wręcz rezygnuje z ciekłej fazy aktywnej i do selektywnej adsorpcji wykorzystuje się same nośniki o silnie rozwiniętej powierzchni (np. Al2O3, węgiel aktywny, silikażel, sita molekularne itp.). Istnieje wiele firm zajmujących się wytwarzaniem najróżnorodniejszych nośników i faz aktywnych lub nawet gotowych wypełnień kolumn. W ostatnich latach coraz częściej produktami sprzedaży są gotowe (tj. wypełnione) kolumny chromatograficzne ze specjalnymi atestami prezentującymi możliwości zastosowania danej kolumny. Dotyczy to zwłaszcza kolumn kapilarnych, których właściwe napełnienie wymaga na ogół profesjonalnego przygotowania. 3 2.Detektory chromatografu. Po rozdzieleniu mieszaniny konieczne jest „wykrycie” obecności poszczególnych indywidualnych składników i przekształcenie w sygnał umożliwiający ilościową ocenę i dalszą obróbkę (wzmocnienie, rejestrowanie, integrowanie itp.). Tę rolę spełniają detektory chromatografu, które będąc wrażliwe na pewne cechy analizowanej substancji przekształcają mierzoną wielkość na sygnał elektryczny dobrze nadający się do dalszej obróbki. Istnieje znaczna ilość różnych typów detektorów stosowanych w chromatografii gazowej, podstawową jednak rolę ze względu na uniwersalność odgrywają: detektor cieplnoprzewodnościowy zwany też katarometrem (TCD) oraz detektor płomieniowo- jonizacyjny (FID). Zasada działania detektora katarometrycznego polega na wykorzystaniu różnicy w przewodnictwie cieplnym pomiędzy parami analizowanej substancji a gazem odniesienia (gazem nośnym). Konstrukcja detektora TCD oparta jest na idei elektrycznego mostka Whestona. Część czujnika omywana jest (i na tej drodze chłodzona) stałym strumieniem gazu nośnego (tzw. cela porównawcza), przez drugie ramię mostka przepływać może gaz nośny wraz z rozdzielaną próbką. Różnica w przewodnictwie cieplnym powoduje zmianę temperatury czujników, zmieniają się zatem ich opory elektryczne i indukowany jest sygnał elektryczny będący miarą ilości wykrywanej substancji. Detektor FID zbudowany jest na zasadzie palnika wodorowego (wodór spalany w strumieniu powietrza) o wysokiej temperaturze płomienia. Większość substancji organicznych może ulegać w tych warunkach jonizacji (rozpadowi na naładowane elektrycznie fragmenty). Jony analizowanej substancji „zbierane” są przez różnoimiennie naładowane elektrody, a przepływ jonów generuje prąd będący miarą ilości oznaczanej substancji. Zaletą detektora TCD jest jego stosunkowo duża uniwersalność (można oznaczać także substancje o wysokim potencjale jonizacyjnym np. gazy „trwałe”) natomiast poważną wadą jest ograniczona czułość. Istnieje jeszcze cała gama innych detektorów, zwykle specjalnych zastosowań np. wychwytu elektronów (ECD), detektor termojonizacyjny, detektor płomieniowo- fotometryczny (FPD) itd. 3. Urządzenia do wprowadzania analizowanej substancji. W chromatografii gazowej mogą być poddawane analizie substancje o różnych stanach skupienia, istotne jest to by w trakcie w trakcie rozdziału znajdowały się w stanie gazowym (parowej). Próbki gazowe można dozować za pomocą odpowiednich strzykawek gazoszczelnych lub częściej specjalnych zaworów dozujących zapewniających dużą powtarzalność dozowanych ilości. Wielkość wprowadzanej próbki zależna jest od gabarytów tzw. pętli dozującej (zwanej też naczyńkiem chromatograficznym). wl o no t ga śn zu eg o w do ylot kol gaz um u ny Pętla dozująca t wlo ki b pró b) Faza analizy próbki Rys. 1. Schemat działania zaworu dozującego do wprowadzania próbek gazowych t wlo ki b pró lot i wy óbk pr w do ylot kol gaz um u ny wl o no t ga śn zu eg o lot i wy óbk pr Pętla dozująca a) Faza płukania (napełniania pętli) 4 Urządzenie do dozowania zbudowane jest na zasadzie zaworu 6-drogowego. W jednym z jego położeń ( tzw. faza płukania) analizowana próbka wypełnia naczyńko, przepłukuje je nie łącząc się przy tym się ze strumieniem gazu nośnego (rys.1a). w położeniu - „analiza”(rys.1 b) wewnętrzne kanały zaworu zostają tak ustawione, że gaz nośny przepływa do kolumny przez pętlę dozującą wcześniej napełnioną analizowaną próbką. Każdorazowe przekręcenie zaworu w położenie - „analiza” po uprzednim napełnieniu pętli jest równoznaczne z wprowadzeniem próbki do kolumny (jest to zwykle moment startowy - rozpoczęcie analizy). Takie rozwiązanie zapewnia prostotę operacji wprowadzania gazów lub par do analizy i bardzo dużą powtarzalność. Próbki ciekłe dozuje się za pomocą odpowiednich, wycechowanych mikrostrzykawek. Ich pojemność najczęściej nie przekracza 1- 10 l (10-3 cm3). Próbka jest pobierana do strzykawki za pomocą cienkiej igły, a następnie po przekłuciu membrany z gumy silikonowej dozownika wprowadzana do kolumny chromatograficznej. Najczęściej istnieje specjalnie wydzielona ogrzewana i termostatowana komora nastrzykowa (injektor) umożliwiająca szybkie odparowanie ciekłej próbki, tak aby gaz nośny mógł ją transportować w postaci par. Powtarzalność dozowania przy tej technice zależna jest głównie od jakości strzykawki i dokładności „operatora” chromatografu. Ten sposób wymaga już nieco większej wprawy dla zapewnienia powtarzalności analiz. Więcej problemów nastręcza oznaczenie próbek ciał stałych. Czasem możliwe jest przesublimowanie substancji stałej w komorze dozownika. Znacznie częściej stosuje się rozpuszczanie analizowanej substancji w odpowiednio dobranym rozpuszczalniku, a dalej wprowadzenie próbki odbywa się już w sposób analogiczny jak w przypadku próbek ciekłych. 4.Gaz nośny. Spełnia rolę czynnika wymuszającego dynamiczne zjawiska adsorpcji (absorpcji) desorpcji w trakcie rozdziału na powierzchni fazy aktywnej, a także umożliwia przesuwanie próbki wzdłuż kolumny chromatograficznej. Zapewnia również przemieszczania analizowanej substancji z dozownika do kolumny rozdzielczej i dalej do systemu detekcji. W detektorach typu TCD spełnia rolę czynnika „porównawczego” w czujniku katarometru. Podstawowe cechy jakie musi posiadać odpowiedni gaz nośny to jego neutralność wobec środowiska, w którym jest stosowany (próbka, kolumna, wypełnienie, detektor itp.). Jako gazy nośne stosuje się najczęściej obojętne gazy (argon, azot, hel), czasami także wodór ze względu na bardzo wysokie przewodnictwo cieplne i dużą różnicę tej właściwości w porównaniu z większością substancji chemicznych. Jednak z powodu szerokich granic wybuchowości wymaga zachowania specjalnej ostrożności, dlatego często zastępowany jest bezpieczniejszym helem o podobnych właściwościach cieplnych (lecz znacznie droższym). Czasami w charakterze gazu nośnego stosowane jest powietrze lub dwutlenek węgla (detektor Janacka). Szczególnie ważny jest właściwy dobór gazu nośnego przy zastosowaniu detektora TCD - należy użyć gaz nośny o możliwie jak najbardziej różnym przewodnictwie cieplnym w porównaniu z analizowanymi substancjami. Wpływa to w sposób decydujący na czułość przyrządu i ograniczenie błędów pomiarowych. 5. Elementy pomocnicze chromatografu. Wymienione wyżej elementy chromatografu są absolutnie niezbędne dla umożliwienia pracy analizatora. Istnieje jednak cały szereg dodatkowych urządzeń, które usprawniają, poprawiają i ułatwiają obsługę, a przede wszystkim ograniczają możliwość błędów pomiarowych i zwiększają dokładność oznaczeń. a) komora termostatująca. Zapewnia możliwość utrzymania określonej (zwykle eksperymentalnie dobranej) optymalnej temperatury rozdziału. Ma to decydujący wpływ na jakość rozdziału i powtarzalność analiz, a także całkowity czas trwania oznaczenia. Na ogół analizy chromatograficzne prowadzi się w podwyższonych temperaturach i współczesne chromatografy zaopatrzone są zawsze w sprawnie pracujące komory termostatujące. W zależności od konkretnego problemu analitycznego stosowane są różne reżimy temperaturowe w trakcie 5 prowadzenia rozdziału mieszanin. W najprostszym przypadku prowadzi się analizę w stałej, optymalnej temperaturze (rys. 2a). Czasem, zwłaszcza dla bardziej złożonych mieszanin, zawierających składniki znacznie różniące się powinowactwem do aktywnej fazy stacjonarnej stosuje się zmienną temperaturę w trakcie rozdziału (rys 2b). Wówczas po pewnym czasie (tzw. izoterma początkowa p ) podnosi się temperaturę w kontrolowany, zwykle liniowy sposób z określoną (dobraną eksperymentalnie szybkością) do temperatury końcowej (tzw. izoterma końcowa k ). W rezultacie takiego postępowania trudniej rozdzielające się składniki wymywane są w początkowej fazie analizy przy niższej temperaturze, a czas silniej zatrzymywanych w kolumnie substancji ulega skróceniu wskutek przyspieszającego wyjście oddziaływania podwyższonej temperatury (patrz wpływ temp. na rozdział pkt. V.2). W niektórych typach chromatografów możliwy jest wielostopniowy narost temperatury (rys. 2c) stosowany w szczególnie złożonych analizach wieloskładnikowych mieszanin. Komory termostatujące najczęściej ogrzewane są elektrycznie, a w celu uzyskania równomiernego pola temperatur stosuje się nadmuch gorącego powietrza (wentylatory). Chłodzenie kolumn (w celu powrotu do warunków początkowych) na ogół odbywa się przez otwarcie komory termostatu i (lub) nadmuch strumienia zimnego powietrza. Sterowanie przebiegiem zmian temp. najczęściej realizowane jest przy użyciu systemu elektronicznych regulatorów temperatury i pneumatycznych układów otwierania i zamykania klapy komory termostatującej. b) Zawory regulujące przepływ gazu nośnego. Stabilną pracę chromatografu warunkuję stałe natężenie przepływu gazu nośnego. Szczególnie ważne jest to w przypadku detektorów TCD bardzo wrażliwych na wszelkie zmiany w odbiorze ciepła (np. wskutek zmiany przepływu gazu nośnego). W większości chromatografów stosuje się układ iglicowego zaworu regulacyjnego i pneumatycznego regulatora przepływu, którego zadaniem jest utrzymanie żądanego, stałego natężenia przepływu gazu nośnego. Pomiar rzeczywistego natężenia przepływu gazu nośnego (a także gazów pomocniczych) dokonuje się najczęściej przy pomocy prostego przepływomierza z „bańką mydlaną” (pomiar objętości wypływu gazu w jednostce czasu). W niektórych chromatografach istnieją układy zwężki pomiarowej wyposażone w elektroniczny odczyt przepływu dla danego typu gazu lub ciśnienia panującego przed kolumną. Istnieją także rozwiązania pozwalające na pracę przy zmiennym, programowanym natężeniu przepływu gazu nośnego, c) Urządzenia rejestrujące i integrujące. Sygnał z detektora musi być rejestrowany aby możliwa była ilościowa i jakościowa obróbka wyników analizy. W tym celu stosuje się urządzenia samopiszące (tzw. rejestratory), w których sygnał elektryczny zamieniany jest na mechaniczny ruch pisaka. w nowoczesnych urządzeniach sygnał elektryczny przetwarza się na wartości cyfrowe i w takiej postaci może podlegać komputerowej „obróbce”. Współczesne chromatografy 6 wyposażone są zwykle w specjalne programy integrujące (mierzą pole pod krzywą sygnału składnika) i dokonujące szereg dalszych przeliczeń pozwalających na usprawnienie analizy jakościowej i ilościowej. d) Dodatkowe „akcesoria” - w zależności od rodzaju chromatografu, a także zaleceń nabywcy producenci wyposażają urządzenia w cały szereg elementów usprawniających prace chromatografu, np. układy do oczyszczania gazów nośnych i pomocniczych, do pomiaru ich natężeń przepływu, do napełniania kolumn chromatograficznych, niektóre typowe mieszaniny wzorcowe substancji itp. III Analiza jakościowa w chromatografii gazowej W przypadku złożonej mieszaniny składników o zupełnie nieznanym charakterze użycie samego chromatografu do celów identyfikacyjnych jest bardzo trudne i rzadko kończy się pełnym powodzeniem. Jak wspomniano wcześniej znane są znacznie doskonalsze i bardziej niezawodne techniki analizy jakościowej. W prostszych sytuacjach gdy znany jest jakościowy skład rozdzielanej mieszaniny lub przynajmniej jej charakter (rodzaj występujących substancji) możliwa jest identyfikacja metodami chromatograficznymi. Podstawową cechą identyfikacyjną jest parametr zwany objętością retencji - objętość gazu nośnego jaka przepływa przez kolumnę od momentu zadozowania próbki do chwili zarejestrowania tzw. maksimum piku. Wielkość sygnału tr tm t'r Linia podstawowa p k Czas trwania analizy Rys. 3. Interpretacja pojęcia czasu retencji (czasu wyjścia) analizowanego składnika Przy stałym przepływie gazu nośnego (tak jak to ma zwykle miejsce) znacznie bardziej wygodną wielkością pomiarową jest czas retencji t r (patrz rys 3) czyli czas jaki upływa od chwili zadozowania do momentu pojawienia się maksimum piku. Często wykorzystuje się tzw. zredukowany czas retencji t’r (rys. 3) reprezentujący efektywny czas zatrzymywania danego składnika na powierzchni fazy aktywnej (odejmuje się tzw. czas martwy t m niezbędny do przemieszczenia się przez kolumnę bez zatrzymywania na powierzchni fazy aktywnej). Czasy retencji są jednak bardzo silnie uzależnione od podstawowych parametrów pracy chromatografu: temperatury, przepływu gazu nośnego, a przede wszystkim rodzaju wypełnienia i długości kolumny chromatograficznej. Istnieją specjalne tablice, w których zebrane są główne dane chromatograficzne dla typowych wypełnień i różnych grup substancji. Stablicowane zostały 7 również tzw. indeksy retencji, które w oparciu o pewne prawidłowości chromatograficzne (porównywanie czasów retencji z grupą subst. wzorcowych) pozwalają na identyfikację substancji. Należy jednak stwierdzić, że bardzo trudne jest precyzyjne odtworzenie warunków analizy w różnych aparatach, dlatego takie zabiegi identyfikacyjne (często bardzo żmudne) są na ogół niepewne. Zwykle postępuje się w ten sposób, że wiedząc jakiego typu substancje znajdują się w analizowanej mieszaninie wyklucza się lub potwierdza obecność danej substancji przez porównanie czasów retencji danego związku i substancji „podejrzanej” o obecność. Zgodność czasów retencji jest podstawą identyfikacji, pełny dowód można uzyskać potwierdzając identyczność czasów retencji w drastycznie zmienionych warunkach analizy (najlepiej używając do potwierdzenia zupełnie inne w swym charakterze wypełnienie kolumny np. zastępując aktywną fazę polarną wypełnieniem niepolarnym). IV. Analiza ilościowa. W tym przypadku opisywana technika chromatografii gazowej oddaje szczególnie cenne usługi i stanowi dobrą, wygodną, a co najważniejsze dokładną metodę analityczną. Podstawową cechą jaką się wykorzystuje jest zależność pomiędzy wielkością sygnału, a ilością (stężeniem) oznaczanego składnika. W większości przypadków w chromatografii gazowej miarą wielkości sygnału pochodzącego od obecności danego składnika jest pole powierzchni pod pikiem (pole pod krzywą Gaussa). A zatem, określenie ilości analizowanego składnika musi obejmować 2 czynności: a) wyznaczenie sumarycznej wielkości sygnału (najczęściej pola powierzchni pod pikiem) b) określenie korelacji pomiędzy wielkością sygnału a ilością oznaczanej substancji. Wyznaczanie wielkości sygnału odbywa się najczęściej przez zmierzenie (całkowanie) pola powierzchni pod krzywą piku metodami graficznymi (metoda wysokości, trójkątów, planimetrowania, itp.) lub całkowania przy użyciu systemów cyfrowych (tzw. integratory). W tym drugim przypadku konieczna jest zamiana sygnału analowego (zwykle elektrycznego) na cyfrowy i „obróbka” przy użyciu specjalnych programów obliczeniowych. Obecnie bardzo często rolę integratorów spełniają komputery osobiste sprzężone z systemami analitycznymi. Większe trudności sprawia zwykle poprawne i precyzyjne wyznaczenie korelacji pomiędzy wielkością sygnału a ilością analizowanej próbki. Istnieje cały szereg różnych metod i ich właściwy dobór decyduje o poprawności i precyzji oznaczenia. Przy ich wyborze należy uwzględnić najistotniejsze cechy zależne m.inn. od rodzaju analizowanej próbki, typu użytego systemu analitycznego (zwłaszcza detektora) oraz zakresu stężeń oznaczanej substancji. Należy przy tym pamiętać, że: 1. Nie musi występować prostoliniowa zależność pomiędzy wielkością sygnału a ilością próbki w całym obszarze stężeń. Wiele detektorów wykazuje nieliniowość w szerokim obszarze stężeń i konieczne jest często wyznaczenie obszaru liniowości. 2. Nawet te same ilości (np. masy, stężenia) różnych substancji mogą dawać różne wielkości sygnału chromatograficznego. Detektory są bowiem wrażliwe nie tylko na ilość substancji, ale także na specyficzne właściwości detekcyjne danego związku. Np. detektor TCD reaguje na przewodnictwo cieplne substancji (ściślej na różnicę pomiędzy przewodnictwem cieplnym danej subst. a gazem nośnym), detektor FID na ilość tworzących się jonów, potencjał jonizacyjny itp. Dlatego na ogół nie jest możliwe proste wyznaczenie uniwersalnej zależności pomiędzy wielkością sygnału a ilością wykrywanej próbki. Najczęściej stosuje się następujące metody: a) metoda krzywej kalibracyjnej - polega na eksperymentalnym wyznaczeniu funkcyjnej lub graficznej zależności pomiędzy wielkością sygnału (polem powierzchni pod pikiem) a ilością (lub stężeniem) danego składnika próbki. Dla sporządzonych i precyzyjnie znanych ilości próbki uzyskuje się chromatogramy i sporządza odpowiedni wykres. Punkty na krzywej powinny obejmować zakres ilości substancji oznaczanej. W dobrej klasy chromatografach i przy właściwie 8 dobranych warunkach analizy uzyskuje się na ogół zależność zbliżoną do prostoliniowej. Następnie po wprowadzeniu oznaczanej próbki i określeniu odpowiadającego jej pola powierzchni pod pikiem odczytuje się ilość substancji z wykresu lub w oparciu o wyznaczoną wcześniej z kalibracji zależność funkcyjną: S = f (x) [1] (S - pole pod pikiem, x - ilość (lub stężenie) oznaczanej substancji. Zaletą tej metody jest duża niezawodność oznaczenia i dobra dokładność (jedynie w przypadku poprawnie sporządzonej kalibracji). Wadą jest natomiast duża pracochłonność, zwłaszcza w przypadku dużej liczby oznaczanych składników w próbce. b) metoda normalizacji wewnętrznej - szczególnie chętnie stosowana do wyznaczania stężeń złożonych wieloskładnikowych mieszanin. Wychodząc z definicyjnej zależności na stężenie (wyrażone w % objętościowych lub molowych) X i V V ia [2] i n i w oparciu o i i 1 znane, względne relacje pomiędzy stężeniem danej subst. a odpowiadających im wielkościom sygnału poszczególnych składników mieszaniny (tzw. współczynniki odpowiedzi), oraz zakładając liniowość tej zależności w w stosowanym obszarze stężeń uzyskuje się względnie prosty wzór na stężenie substancji (w %) : Xi S i k 100 [3] i i n S k i gdzie: i i 1 S k - wielkość sygnału składnika (pole powierzchni piku) i i - współczynniki odpowiedzi składnika Metoda pozwala na bardzo szybkie oznaczenie składu złożonych mieszanin, lecz wymaga wcześniej, precyzyjnego wyznaczenia współczynników odpowiedzi. W sposobie tym zakłada się oznaczenie ilości wszystkich składników mieszaniny. W sytuacji, gdy nie jest to możliwe (np. pewne składniki nie są wykrywane) należy oznaczyć ich ilość innymi sposobami. Wówczas wzór ulega modyfikacji do postaci: Xi S i k 100 X n i i n S k i [4] i i 1 X n - ilość (stężenie) składników niewykrywanych (lub oznaczonych inną metodą lub w innym aparacie). Czasami w prostych przypadkach, gdy współczynniki odpowiedzi wszystkich składników są bardzo zbliżone stosuje się uproszczoną postać: X i S (100) S i (tzw. udział pola w sumie pól) [5] i c) metoda wzorca wewnętrznego - polega na wprowadzeniu do analizowanej mieszaniny (zwykle ciekłej) znanej ilości substancji (wzorcowej). Znając relacje pomiędzy współczynnikami odpowiedzi wzorca i substancji analizowanej określa się skład ilościowy mieszaniny: Si ki k i - współczynnik odpowiedzi danej substancji (względem Xi X wz [6] S wz substancji wzorcowej) 9 Najczęściej jako wzorzec wprowadza się substancję, której sygnał (pik) nie nakłada się z analizowanymi składnikami mieszaniny. Pewną odmianą tej metody jest dodatek znanej ilości substancji występującej w mieszaninie. Wówczas z wielkości przyrostu pola powierzchni piku i znanych względnych współczynnikach odpowiedzi można wyznaczyć stężenie (lub ilość) analizowanych substancji w mieszaninie. d) metoda porównania z wzorcem. Przy założeniu (po uprzednim sprawdzeniu) liniowej zależności pomiędzy wielkością sygnału a ilością analizowanej substancji zamiast wyznaczania całej krzywej (prostej) kalibracyjnej wprowadza się tylko 1 punkt stężeniowy dla danej mieszaniny (tzw. wzorzec zewnętrzny), a skład próbki wyznacza się w oparciu o proporcję: Si [7] X i X wz S wz Wybór metody zależy od konkretnego problemu analitycznego, a przede wszystkim od złożoności rozdziału mieszaniny (np. liczby składników), żądanej dokładności i powtarzalności wyników, czasochłonności itp. V. Wpływ parametrów na rozdział składników i jakość oznaczenia 1) Podstawowy wpływ na jakość rozdziału mieszanin w chromatografii gazowej odgrywa dobór odpowiedniej kolumny chromatograficznej, a więc w pierwszym rzędzie decyzja co do typu zastosowanego systemu : kolumn kapilarnych lub pakowanych. Na ogół kolumny kapilarne zapewniają lepszy rozdział, jednak są znacznie droższe, a praca z ich użyciem bardziej kłopotliwa. Kolumny pakowane są wygodniejsze w użyciu i na ogół nie ma też większych problemów z samodzielnym ich przygotowaniem. Przy doborze kolumn najistotniejszy jest wybór właściwego wypełnienia (zarówno substancji aktywnej jak i nośnika), a także długość kolumny. Czym większa długość tym lepszy rozdział składników lecz nadmiernie długie kolumny przedłużają czas trwania analizy, piki stają się szersze, często bardziej „rozmyte”, wzrastają też opory przepływu (ciśnienie) w elementach chromatografu. Należy zatem tak dobrać długość kolumny aby przy niezbyt dużych oporach przepływu zapewnić pełny rozdział wszystkich składników oznaczanej mieszaniny. 2) Temperatura rozdziału. Zjawiska decydujące o rozdzieleniu składników oznaczanej mieszaniny silnie zależą od temperatury, w której odbywa się analiza. W wyższej temperaturze następuje zwiększenie intensywności desorpcji składników z fazy stacjonarnej i skrócenie czasu przebywania na powierzchni fazy aktywnej. W konsekwencji skróceniu ulegają czasy retencji wszystkich składników i całkowity czas trwania analizy. Nadmierne skrócenie tych czasów może spowodować nakładanie się pików i pogorszenie jakości oznaczenia. Dlatego parametr ten należy tak optymalizować aby maksymalnie skrócić całkowity czas trwania analizy ale jednocześnie nie dopuścić do pogorszenia jakości analizy. Bardzo ważnym i pozytywnym efektem wzrostu temp. w trakcie rozdziału jest zmiana kształtu pików - zwiększenie wysokości kosztem szerokości, a przede wszystkim możliwość zlikwidowania lub ograniczenia tworzenia rozmytych końcowych faz sygnałów (tzw. ogonów pików). W przypadku analiz mieszanin wieloskładnikowych i dla substancji o bardzo zróżnicowanych czasach retencji najczęściej stosuje się programowany przebieg zmian temp., dobór odpowiednich parametrów termicznych staje się typowym zadaniem optymalizacyjnym. 3) Szybkość przepływu gazu nośnego. Wpływa na przebieg analizy podobnie jak wzrost temperatury. Jednak pozytywne oddziaływanie jest w tym przypadku mniej widoczne (mniej intensywne likwidowanie ogonów), ponadto nadmierny wzrost szybkości przepływu gazu nośnego wpływa na wzrost oporów przepływu, zwiększa zużycie gazu nośnego (czasem drogiego - np. hel) i utrudnia jego wstępne oczyszczenie. W praktyce dobiera się optymalne natężenie przepływu gazu nośnego pod kątem zwiększenia czułości detekcji (istnieje pewien 10 optymalny przepływ, przy którym uzyskuje się największe sygnały). W wyjątkowych sytuacjach stosuje się programowane zmiany natężenia przepływu gazu nośnego dla optymalizacji przebiegu oznaczeń złożonych mieszanin (b. skomplikowane i drogie urządzenia regulacyjne). 4) Wpływ ilości dozowanej próbki. Z oczywistych względów wielkość dozowanej próbki musi być tak dobrana aby uzyskiwany sygnał nadawał się do ilościowej interpretacji. Zbyt mała ilość (lub stężenie) wpływa na pogorszenie dokładność analizy (zbyt duży udział „własnych szumów” urządzenia zakłócających właściwy sygnał) i zwiększa błąd pomiaru. Nadmierna ilość może spowodować trudności w ilościowej interpretacji sygnału (np. wejście w obszar nieliniowości detektora), a w każdym przypadku pogarsza rozdział (zbyt długi czas dozowania próbki powoduje „rozciągnięcie piku”). Często obserwuje się wówczas zjawisko tzw. przeciążenia kolumny polegające na silnym rozciągnięciu początkowej, wznoszącej części sygnału chromatograficznego. 5) Inne czynniki. Na przebieg analizy chromatograficznej mogą mieć wpływ także takie czynniki jak: wielkość ciśnienia w kolumnie, rodzaj użytego gazu nośnego (głównie jego współczynniki dyfuzji i adsorpcji) lecz ich rola na jakość rozdziału jest na ogół niewielka. Nieco większy wpływ obserwuje się w przypadku występowania nadmiernych, pustych (tzw. martwych) przestrzeni na drodze przepływu próbki. Część eksperymentalna I) Cel ćwiczeń. Celem zajęć jest praktyczne doskonalenie umiejętności studentów w zakresie techniki chromatografii gazowej. Na przykładzie konkretnego problemu analitycznego powinny zostać opracowane i wykonane podstawowe czynności niezbędne do właściwego i sprawnego oznaczenia składu złożonej mieszaniny gazowej. II) Zakres ćwiczeń. W ramach prac laboratoryjnych powinny zostać wykonane następujące czynności analityczne: 1) analiza jakościowa mieszaniny (oznaczenie czasów retencji i na tej podstawie identyfikacja indywidualnych składników). 2) dobór optymalnych parametrów rozdziału składników mieszaniny gazowej na wytypowanej kolumnie rozdzielczej 3) wybranie odpowiedniej metodyki analizy ilościowej 4) wykonanie oznaczenia zawartości składników mieszaniny gazowej o nieznanym składzie ilościowym. III. Wykonanie ćwiczenia Jako próbka do oznaczeń użyta zostanie mieszanina zawierająca gazowe składniki jakie mogą tworzyć się w trakcie różnorodnych procesów rafineryjno-petrochemicznych. Zawiera ona węglowodory nasycone (C1 - C4), alkeny: etylen, propylen, izomeryczne buteny, butadien, a także wodór jako typowy produkt procesów termokatalitycznych oraz składniki powietrza tlen i azot (jako możliwe domieszki lub efekt „zapowietrzenia” pobieranych próbek gazowych). Tak duża ilość składników o różnych właściwościach utrudnia prosty wybór metodyki analizy. Obecność składników „trwałych” o wysokim potencjale jonizacyjnym (H2, N2, O2), uniemożliwia użycie czułego detektora FID do oznaczeń tych składników i niezbędne jest użycie detektora katarometrycznego. Z kolei możliwość bardzo niskich stężeń niektórych składników węglowodorowych (np. butanów) narzuca potrzebę wykorzystanie bardziej czułego detektora płomieniowo-jonizacyjnego. W tej sytuacji muszą być użyte oba typy detektorów. Duża liczba składników o zróżnicowanych właściwościach utrudnia zastosowanie tylko jednej kolumny chromatograficznej do rozdzielenia tak złożonej mieszaniny i w związku z tym celowe wydaje się zastosowanie 2 odrębnych układów analitycznych: 11 a) kolumny do rozdziału składników węglowodorowych detektorem FID b) kolumny do rozdziału pozostałych skł. („gazy trwałe”- H2 i składniki powietrza) współpracujące z detektorem TCD. Wszystkie oznaczane substancje mają w zasadzie charakter niepolarny i narzucają potrzebę użycia niepolarnych wypełnień kolumny. Do rozdziału składników o najniższej temp. wrzenia (H2, składniki powietrza, CH4) użyta zostanie kolumna z wypełnieniem o bardzo silnych właściwościach adsorpcyjnych (węgiel aktywny o dużej powierzchni właściwej). Taki układ pozwala oddzielić wodór od powietrza (w stosowanych warunkach praktycznie niemożliwe jest na tym wypełnieniu oddzielenie O2 od N2) oraz metanu. Wyższe węglowodory są tak silnie zatrzymywane, że ich sygnały (na ogół bardzo rozmyte) nie nadają się do precyzyjnego ilościowego oznaczenia. Jako detektor musi być w tym przypadku użyty katarometr, zaś optymalnym gazem nośnym argon (duża różnica w przewodnictwie cieplnym w stosunku do H2 i stosunkowo znaczna w odniesieniu do składników powietrza). Węglowodory mogą być rozdzielone na różnych typach kolumn, w ramach zajęć przygotowane zostało specjalne wypełnienie z tlenku glinowego dezaktywowanego alkaliami (5% K2CO3). Faza aktywna rozdziela węglowodorowe składniki mieszaniny także w tym przypadku na zasadzie zjawisk adsorpcyjnych. Jako detektor użyty będzie wysokoczuły detektor FID. Dobór gazu nośnego ma w tym przypadku mniejsze znaczenie - dla uproszczenia zastosowany będzie także argon (gazy pomocnicze - powietrze i wodór do zasilania palnika detektora). Gazowe próbki należy dozować do układów chromatograficznych za pomocą specjalnych zaworów (pętli) dozujących. Dla umożliwienia zastosowania odmiennych warunków temperaturowych do rozdziału węglowodorów i pozostałych składników (odrębne komory termostatujące) użyte zostaną 2 oddzielne chromatografy gazowe. Parametry pracy chromatografu: Temperatury: termostatu -353 K (80 0C), detektora - 423 K (1500C), dozownika- 393 K (1200C), przepływ gazu nośnego: detektor FID - 40 cm3/min., katarometr 40 cm3/min., gazy pomocnicze: wodór 40 cm3/min., powietrze 200 cm3/min. ad IIa Analiza ilościowa (oznaczanie czasów retencji poszczególnych składników). W tym celu należy zgromadzić próbki czystych, indywidualnych składników analizowanej mieszaniny, a więc węglowodory, wodór i powietrze. Przeprowadzając analizę w warunkach izotermicznych (FID - 80 0C, TCD 100 0C) należy wprowadzać każdorazowo przy pomocy zaworu dozującego do kolumny chromatograficznej wybrane, pojedyncze substancje. W momencie zadozowania gazu (po przepłukaniu zaworu i przekręceniu w położenie „analiza”) uruchomić klawiszem „start” rozpoczęcie zbierania danych przez integrator chromatografu. Równocześnie należy rozpocząć zbieranie danych w pamięci komputera (w programie ”Peak Simple” obsługującym komputerowe zbieranie i przetwarzanie danych). Zwrócić uwagę i zanotować czasy rozpoczęcia (r) i zakończenia wyjścia (z) piku danego składnika oraz zaprogramować odpowiednie „okno” identyfikujące dany pik składnika. W identyczny sposób wykonać analizę wszystkich indywidualnych substancji (wodór i powietrze na chromatografie z detektorem TCD). Zwrócić uwagę na tendencję zmian czasów retencji poszczególnych substancji i kształt (zmiany szerokości) uzyskiwanych pików. Ad II b. Dobór optymalnej temperatury w trakcie rozdziału Na podstawie uzyskanych danych zaproponować program zmian temperatury termostatu w trakcie oznaczenia dla usprawnienia analizy - skrócenia czasu jej trwania bez pogorszenia jakości rozdziału. Podać wartości czasu trwania izotermy początkowej (p), szybkości liniowego narostu temperatury (V - 0C/min), temperatury końcowej termostatu i czasu trwania izotermy końcowej (k). (Dla rozdziału wodoru od powietrza w chromatografie z detektorem TCD optymalizacja temperatury nie powinna być potrzebna). Zaprogramować parametry programu 12 temperaturowego komory chromatografu i sprawdzić przebieg rozdziału całej oznaczanej mieszaniny w zaproponowanych warunkach. Ocenić efekty związane z zastosowaniem wzrostu temperatury i przydatność zastosowanego reżimu do dalszych analiz, ewentualnie zaproponować nowe warunki i ponownie sprawdzić. Wytypowany sposób prowadzenia analizy „wpisać” do pamięci programu po wybraną nazwą i wybranym katalogu. Uzyskane nowe czasy retencji zapisać i użyć do celów identyfikacyjnych przy wykonywaniu właściwych oznaczeń. Ad II c Analiza ilościowa. W tej części ćwiczenia należy wykonać analizę ilościową (oznaczyć skład w % obj.) przygotowanej przez prowadzącego mieszaniny gazowej o nieznanym składzie. Duża ilość składników węglowodorowych (8 - 9) praktycznie narzuca zastosowanie metody normalizacji wewnętrznej. Należy założyć, że w stosowanym zakresie stężeń substancji istnieje liniowa zależność pomiędzy wielkością sygnału a ilością (stężeniem) składnika próbki, ponadto znane są względne współczynniki odpowiedzi (tzw. współczynniki korekcyjne). Dla detektora FID wielkość sygnału zależy od ilości fragmentów, na które rozpada się cząsteczka węglowodoru w trakcie jonizacji. Na ogół przyjmuje się, że ilość ta jest prostą funkcją liczby atomów węgla w cząsteczce węglowodoru. Można więc posłużyć się teoretycznymi wartościami wsp. korekcyjnych i obliczyć je ze wzoru 1 [8] n - liczba atomów węgla w cząsteczce węglowodoru ki n Dla określenia pełnego składu oznaczanej mieszaniny przy użyciu metody normalizacji wewnętrznej niezbędne jest wcześniejsze oznaczenie składników nie wykrywanych w detektorze FID (np. wodór, składniki powietrza). W tym celu należy wykonać analizę zawartości tych składników wykorzystując chromatograf z detektorem TCD z kolumną wypełnioną węglem aktywnym. Z uwagi na małą liczbę składników, podlegających oznaczeniu w tym chromatografie wygodnie jest posłużyć się metodą porównania z wzorcem (patrz pkt. V met.d), w tym celu należy: a) dokonać tzw. kalibracji chromatografu. Wprowadzić na kolumnę przy pomocy zaworu dozującego specjalnie przygotowaną mieszaninę wzorcową zawierającą wodór i azot (o znanym składzie) i wykonać analizę. Dokonać integracji sygnałów, a następnie wybrać przy pomocy lewego przycisku myszy opcję kalibracji i wykalibrować poszczególne składniki analizowanej mieszaniny wzorcowej podając zawartość danego składnika w odpowiedniej tablicy kalibracyjnej. b) wykonać oznaczenie składu oznaczanej próbki (na zawartość H2 i powietrza) w oparciu o sporządzoną kalibrację. W tym celu należy wprowadzić do chromatografu analizowaną próbkę i wykonać analizę podobnie jak przy mieszaninie wzorcowej. Należy jednak przy tym pamiętać, że po wyjściu piku powietrza (można wówczas zakończyć analizę) kolumnę będą opuszczały także składniki węglowodorowe jednak ich poprawne oznaczenie dokonane zostanie przy użyciu chromatografu z bardziej czułym detektorem FID. Po zakończeniu i zapisaniu analizy pod odpowiednią wybraną nazwą dokonać integracji składników oznaczanej mieszaniny i obliczenia ich zawartości. W tym celu należy wybrać opcję rezultaty i przy wyborze „formatu” przedstawiania wyników wybrać metodę wzorca zewnętrznego („External”) - program samoczynnie oblicza i prezentuje uzyskane wartości stężeń integrowanych składników. Po sprawdzeniu poprawności przebiegu całkowania (przeanalizować wykres wyznaczania pól pików) zapisać wyniki do pliku danych pod wybraną nazwą (np. w programie Excel. Wartość sumy stężeń XH2 + XN2 = Xn jest niezbędna przy zastosowaniu metody normalizacji wewnętrznej w trakcie oznaczeń zawartości składników węglowodorowych. c) oznaczenie zawartości węglowodorów. Analizę próbki wykonać w sposób identyczny jak wcześniejsze próby przy optymalizacji programu temperaturowego. Po wyjściu ostatniego z oznaczanych składników analizę zatrzymać (przycisk – spacji). Po takim wymuszonym 13 zatrzymaniu chromatograf sam powraca do początkowych warunków temperaturowych (nadmuch zimnego powietrza do uzyskania temp. izotermy początkowej). W tym czasie można wykonać działania zmierzające do pełnego oznaczeniu składu mieszaniny. 1. Obliczanie składu przy pomocy integratora chromatografu. Zastosowany do zajęć chromatograf gazowy wyposażony jest w mikroprocesor umożliwiający wykorzystanie prostych procedur obliczeniowych składu mieszanin (m. in. metodę normalizacji wewnętrznej). w celu zastosowania procedur obliczeniowych należy wprowadzić do pamięci dane identyfikacyjne poszczególnych składników (czasy retencji i ewentualny obszar tolerancji przesunięć tych czasów dla danej analizy) oraz niezbędne wartości współczynników odpowiedzi. w tym celu używa się procedury „DET”, dzięki której można każdemu składnikowi przypisać odpowiedni czas retencji, obszar tolerancji zmian tego czasu (tzw. okno poszukiwań) oraz liczbową wartość współczynnika odpowiedzi. W tym celu należy wykonać następujące operacje przy pomocy klawiatury integratora chromatografu: naciskać kolejno przyciski: „DET” „0” „ENT” i podać liczbę, która w % względnych czasu retencji danego składnika wyznacza obszar poszukiwań (identyfikacji) substancji. Np. podanie pod pozycją „DET” „0” liczby 10 oznacza, że czasy retencji różniące się o mniej niż 10% od wprowadzonego czasu retencji będą nadal identyfikowane jako dany składnik. Pod kolejnymi numerami czynników „DET” wprowadzane są numery kolejnych składników, ich czasy retencji i przypisane im współczynniki odpowiedzi np. dla etylenu: „DET” „3” „ENT” „1.30” „ENT” „1” „ENT” oznacza, że pole piku wychodzącego w 3-ciej kolejności, o czasie retencji 1 min, 30 sek. (lub różniący się od tej wartości o mniej % niż zgłoszono w „oknie poszukiwań”) będzie pomnożone przez liczbę 1. Całą procedurę DET można na trwałe wpisać do numeru stosowanej metody analitycznej. Dla zastosowania odpowiedniej metody obliczenia składu należy z istniejącego w integratorze zestawu dostępnych procedur wybrać właściwą (np. wybór „NORM” oznacza, że mikroprocesor zastosuje sposób normalizacji wewnętrznej - wzór [3]). Chcąc obliczyć właściwe stężenie składników wg. skorygowanego wzoru [4] należy po podaniu dyspozycji użycia procedury „NORM” wprowadzić mnożnik XN - sumę stężeń składników nie oznaczanych w danym chromatografie (np. sumę stężeń wodoru i powietrza). Zapis czynności : „NORM” „0” „ENT” „liczba (XN)” „ENT” spowoduje przeliczenie analizy wg. wzoru [4] i uwzględnieniem stężeń składników oznaczonych na chromatografie z detektorem TCD. Chromatograf pozwala także na wykorzystanie metody wzorca wewnętrznego, zewnętrznego i sposobów kalibracyjnych. 2. Obliczanie składu przy pomocy programu komputerowego „Peak Simple”. Podobną procedurę obliczeniową wykorzystuje się stosując komputerowy program obliczeniowy. W celu dokonania właściwych obliczeń i sporządzenia dokumentu raportu analizy należy: a) wybrać opcję „Components” (prawy przycisk myszy), następnie uaktywnić funkcję „Calibrate” i wprowadzić w pozycję „Injected” liczbę atomów węgla w kalibrowanym składniku (np. dla propylenu – liczbę 3,0), a w pozycji „Area/height” liczbę 1. Zapisać kalibrację pod odpowiednią nazwą (np. FID propylen) i zamknąć okno kalibracyjne. Podobnie czynności wykonać dla wszystkich analizowanych składników węglowodorowych. Tablica taka staje się integralną częścią danego typu analizy i może być wykorzystana w różnych procedurach obliczania składu. c) w celu obliczenia składu met. normalizacji wewn. należy najpierw przeprowadzić integrację, i sprawdzić poprawność całkowania powierzchni pików (przeglądnąć wykres zaznaczonych pól do integracji pików). W razie stwierdzenia nieprawidłowości dobrać właściwe parametry całkowania lub dokonać tzw. integracji ręcznej (Opcja „Manual integration”). Następnie wybrać opcję „Integration” (prawy przycisk myszy) i w pozycjach „Standard weight” i „Simple weight” wpisać liczby 1,00. Dokonać obliczeń. Uzyskaną (fałszywą) wartość sumarycznego stężenia wpisać w pozycję „Standard weight”, natomiast właściwą wartość sumaryczną (100-Xn) w pozycję „Simple weight”, sprawdzić poprawność uzyskanych w trakcie ponownej integracji rezultatów i skopiować do arkusza kalkulacyjnego Excel cały raport wyników. 14 3) Raport analizy należy uzupełnić przez dołączenie chromatogramów analiz (wykresy analiz należy poddać odpowiedniej„obróbce” wprowadzając dane dotyczące wykonywanej analizy w programiePaek Simple). IV. Sposób zaliczenia ćwiczenia 1) Pozytywnie zdać kolokwium poprzedzające prace laboratoryjne 2) Właściwie dobrać warunki temperaturowe analizy 3) Poprawnie wykonać analizę jakościową i ilościową przygotowanej próbki gazowej 4) Przedstawić po zakończeniu zajęć (w umówionym terminie) pisemne sprawozdanie z przebiegu zajęć laboratoryjnych. Sprawozdanie powinno zawierać: a) krótki wstęp ogólny dotyczący techniki i metodyki chromatografii gazowej b) podstawowe informacje dotyczące czasów wyjścia poszczególnych składników (r, z i czas retencji) uzyskane w warunkach izotermicznych i przy zaproponowanym reżimie zmian temperatury w trakcie analizy. c) przedstawić parametry zaproponowanego programu temperatury i opisać jego zalety (w porównaniu z przebiegiem analizy w warunkach izotermicznych). d) przedstawić obliczenia składu przy użyciu komputerowego programu obliczeniowego „Peak Simple”. e) załączyć opisane wykresy analizy (chromatogramy). f) podać krótkie, podstawowe wnioski z ćwiczeń. V. Literatura 1. Edwin Orion Schupp III „Chromatografia gazowa” . Warszawa PWN, 1972 2. W. Rödel, G. Wölm : „Chromatografia gazowa”. Warszawa PWN, 1992 3. Z. Witkiewicz, J. Hepter : „Chromatografia gazowa”. Warszawa WNT, 2001 4. Inne monografie i skrypty dotyczące chromatografii gazowej lub metod instrumentalnych w analizie chemicznej.