KROMATOGRAF Kromatografi bir karmda bulunan maddelerin biri sabit

KROMATOGRAFİ Kromatografi, bir karışımda bulunan maddelerin, biri sabit diğeri hareketli faz olmak üzere birbirleriyle karışmayan iki fazlı bir sistemde ayrılması, tanınması ve saflaştırılması yöntemlerinin genel adıdır. Çeşitli maddelerin hareketli faz yardımıyla, sabit faz üzerinde, değişik hızlarla hareket etmeleri veya sürüklenmeleri esasına dayanır 10/31/2020 1

Kromatografi tekniğinin temelinde üç ana unsur yer alır. • Sabit faz: Bu faz daima bir "katı" veya bir "katı destek üzerine emdirilmiş bir sıvı tabakasından" oluşur. • Hareketli faz: Bu faz daima bir "sıvı" veya "gazdan" oluşur. • Sabit faz, hareketli faz ve karışımında yer alan maddeler arasındaki etkileşimin türü: Kromatografide "yüzey tutunması veya adsorpsiyon" ile "çözünürlük" gibi olgular temel etkileşim türlerini oluştururlar. 10/31/2020 2

Kromatografi ‘nin Sınıflandırılması 1 -Uygulama Biçimine Göre 2 -Ayrılma Mekanizmalarına Göre 3 -Faz Tiplerine Göre 10/31/2020 3

1 -Uygulama Biçimine Göre - Düzlemsel kromatografi Kağıt kromatografisi İnce tabaka kromatografisi (TLC) -Kolon kromatografisi Gaz kromatografisi (GC) Yüksek basınçlı sıvı kromatografisi (HPLC) Süperkritik akışkan kromatografisi 10/31/2020 4

2 -Ayrılma Mekanizmalarına Göre • Adsorpsiyon kromatografisi • Dağılma kromatografisi • İyon değiştirme kromatografisi • Jel filtrasyon (Moleküler eleme) kromatografisi • İyon çifti kromatografisi • Afinite kromatografisi 10/31/2020 5

3 -Faz Tiplerine Göre -Sıvı kromatografisi Sıvı-Katı kromatografisi Sıvı-Sıvı kromatografisi -Gaz kromatografisi Gaz-Katı kromatografisi Gaz-Sıvı kromatografisi 10/31/2020 6

GAZ KROMATOGRAFİSİ 10/31/2020 7

GAZ KROMATOGRAFİSİ Numunenin buharlaştırılıp kromatografi kolonuna enjekte edildiği ve hareketli gaz fazı ile taşındığı kromatografi çeşitidir. Diğer kromatografik yöntemlerin aksine taşıyıcı gaz faz ile analit molekülleri etkileşmez; gazın tek işlevi, analiti kolon boyunca taşımaktır. 10/31/2020 8

GC’nin Avantajları GC’nin dezavantajları • Hızlı analiz • Uçuçu maddeler ile sınırlıdır. • Yüksek ayrışım – Kolon sıcaklığı ~ 380 °C ile sınırlıdır. – bu sıcaklıkta analitin Pbuh~ 60 torr olması gerekir. – Analitin kaynama noktası 500 °C nin altında olmalıdır. • Güvenilir, diğer yöntemlere göre basit ve ucuz (~ $20, 000) • Termal olarak kararsız bileşikler için uygun değildir. • Az miktarda numune(μl or μg needed) • Tahrip edici değil –on-line olarak diğer cihazlara bağlanabilir. , e. g. to MS • Hassas dedektörler (easy ppm, Kesinliği yüksek ölçümler(1 -5% 10/31/2020 RSD) • Bazı örneklerin hazırlanması pahalı olabilir. – Örnekler çözünebilir olmalı ve kolonla rxn a girmemelidir. • MS gibi piklerin doğrulanması için spektroskopik cihazlar gerekebilir. 9

G. C. ÇEŞİTLERİ İKİ TÜR GAZ KROMATOGRAFİ VARDIR; 1. GAZ - KATI KROMATOGRAFİ (GSC) 2. GAZ - SIVI KROMATOGRAFİ (GLC) 10/31/2020 10

GAZ – KATI KROMATOGRAFİSİ Analitlerin, katı bir faz üzerinde fiziksel adsorpsiyon sonucu alıkonmasını esas alır. Uygulaması sınırlıdır. Çünkü; • Polar moleküllerin kalıcı denecek ölçüde alıkonması • Adsorpsiyon olayının doğrusal olmayışı nedeniyle kuyruklanmanın aşırı oranda meydana gelmesi 10/31/2020 11

GAZ – SIVI KROMATOGRAFİSİ Analitin gaz haldeki hareketli faz ile bir katının yüzeyine tutturulmuş sabit sıvı faz arasında dağılımı üzerine kurulmuştur. Uygulamada yaygın olarak kullanıldığından gaz – sıvı kromatografi yerine kısaca gaz kromatografi terimi kullanılır. 10/31/2020 12

Alıkonma zamanı: Bir maddenin GC cihazına enjekte edildikten sonra, dedektörde sinyalinin görülmesine kadar geçen zamanıdır. Alıkonma hacmi: Bir maddenin sinyalinin dedektörde meydana çıkmasına kadar harcanan 13 taşıyıcı gazın hacmidir. 10/31/2020

10/31/2020 14

GAZ KROMATOGRAFİ CİHAZI 10/31/2020 15

Kolon Kromatografisi a)Gaz Kromatografi (GC) b)Yüksek Basınçlı Sıvı Kromatografi (HPLC)

GAZ KROMATOGRAFİ CİHAZI 10/31/2020 17

GAZ KROMATOGRAFİ CİHAZININ KISIMLARI • TAŞIYICI GAZ • NUMUNE ENJEKSİYON SİSTEMİ • KOLONLAR • DEDEKTÖRLER • VERİ KAYDEDİCİ 10/31/2020 18

Taşıyıcı Gaz Taşıyıcı gaz olarak genellikle helyum, hidrojen, azot kullanılır. Gaz seçimi kullanılan dedektör tipine göre ayarlanır. Gaz kromatografisinin kesinliği kullanılan taşıyıcı gazın akış hızının ve basıncının ayarlanmasına bağlıdır. 10/31/2020 19

Enjeksiyon, kolon ve dedektör 10/31/2020 20

NUMUNE ENJEKSİYON SİSTEMİ GC’de cihaza numune enjekte edilmesi çok önemli bir işlemdir. Sıvı numuneler mikro şırıngalar yardımıyla silisli kauçuktan yapılmış bir tıpadan buharlaştırma hücresine enjekte edilirler. Hücre sıcak olduğundan sıvı buharlaşır ve taşıyıcı gazla ayırma kolonuna sürüklenir. Enjeksiyon kısa sürede yapılmalıdır. Enjekte edilen numune miktarı 0. 2 -10 μL olmalıdır. Gaz numuneler özel olarak yapılmış şırıngalar ile enjekte edilir. 10/31/2020 Katı numuneler ya çözelti haline getirilip cihaza enjekte edilir veya çok küçük ve ince cidarlı bir ampul vasıtasıyla cihaza yerleştirilir. Ampul dışardan yapılacak bir darbeyle 21 numune yuvasında kırılır ve numune gaz akışı ile kolona ve sonra da dedektöre sürüklenir.

NUMUNENİN ALINMASI VE ENJEKSİYONU 10/31/2020 22

Örnek bir şırınga ile enjeksiyon kısmına enjekte edilir. Örnek buharlaşır ve taşıyıcı gaz (=mobil faz GC’de genelde Helyum) ile kolona itilir. Örnek karışımının bileşenleri sabit faz ile etkileşir ve böylece farklı maddeler kolonu farklı zamanlarda terk eder. Ayrılan bileşenler dedektöre geçer. Elektronik sinyaller GC nin software ine gönderilir ve kromatogram olarak kaydedilir. 10/31/2020 23

A ve B bileşenleri sabit fazla moleküller arası etkileşimlerle etkileşir. (van der Waals or dipole-dipole forces, including hydrogen bonding). Sabit sıvı faz ile daha kuvvetli etkileşen A, B bileşenine göre daha fazla kolonda oyalanır. Bu yüzden B gaz fazda daha çok vakit geçirir ve kolondan daha hızlı ilerler A ya göre alıkonma zamanı daha kısadır. Benzer polaritedeki bileşenler uçuculuklarına göre elue edilirler. Bu yüzden alkanlar artan kaynama noktalarına göre kolonu terk edeceklerdir. Düşük kaynayan alkanlar daha kısa alıkonma zamanına sahiptir. 10/31/2020 24

KOLONLAR Gaz Kromatografide iki tür kolon kullanılır. Dolgulu kolonlar Kılcal (açık boru) kolonlar Kolonlar paslanmaz çelik, teflon, saf bakır ve camdan yapılabilirler. Kolonlar termostatlı bir hücreye yerleştirilir. • Packed Bunun içinde kolonlar çapları 1030 cm arasında değişen kangallar haline getirilir. Kolon içinde kalan numune gazları kolondan uzun süre taşıyıcı gaz geçirilerek temizlenir. 10/31/2020 • Capillary 25

-Daha az ayrılma – Daha az pik(16) – küçük örnekler yeterlidir. – daha iyi ayrılma – daha çok pik – daha hızlı analiz 10/31/2020 26

Kolon sıcaklığı üzerinde çalışılan numuneye ve istenen ayırma derecesine göre değişir. Kaynama aralığı geniş olan numuneler halinde sıcaklık programlaması yapılır. Sıcaklık programlaması ile sıcaklık yavaş yükseltilir. Böyle bir sıcaklık programlamasının önemi yandaki kromatogramlardan kolayca anlaşılabilir. 10/31/2020 27

G. C. İÇİN BAZI YAYGIN SABİT FAZLAR Bir sabit fazdan beklenen başlıca özellikler: i. İnert olmalı ii. Kaynama noktası kolonun çalışma sıcaklığının en az 100 C üstünde olmalı iii. Sıcaklığa dayanıklı iv. Çözücü karakteristikleri istenilen aralıkta olmalı. 10/31/2020 • • • Polidimetil siloksan Polimetilfenil siloksan Politrifloropropildimetil siloksan Polietilen glikol Polidisiyanoallildimetil siloksan 28

Dedektör Sistemleri İdeal bir dedektörün özellikleri; • Yeterli duyarlık • İyi bir kararlılık ve tekrarlanabilirlik • Geniş bir doğrusal çalışma aralığı • 400 C’a kadar varan sıcaklık aralığı • Akış hızından bağımsız küçük cevap zamanı • Yüksek güvenilirlik ve kullanım kolaylığı • Her türden analite benzer cevap alınmalı • Numuneyi parçalamamalı 10/31/2020 29

Dedektör Çeşitleri • • Alev İyonlaşma Dedektörü Termal İletkenlik Dedektörü Kükürt Kemilüminesans Dedektörü Elektron-yakalama Dedektörü Atomik Emisyon Dedektörü Termiyonik Dedektörler Alev Fotometrik Dedektörler Fotoiyonlaşma Dedektörleri 10/31/2020 30

Alev iyonlaşma dedektör 10/31/2020 • En yaygın kullanılan dedektördür. • Kolondan gelen gaz, hidrojen ve hava ile karıştırılıp elektrik çakmağı ile tutuşturularak alev meydana getirilir. • Su, azot ve kükürt gazları ile kirlenmiş organik maddelerin tayini için uygundur. • Dayanıklı ve kolaydır. • Sakıncası numuneyi 31 parçalıyor olmasıdır.

Termal iletkenlik dedektörü • Kolondan geçmekte olan gazın, içinde analit bulunması halinde ısı iletkenliğinde meydana gelen değişimi inceler. • Üstünlükleri; basittir, geniş bir doğrusal bölge, organik ve inorganik maddelerin hepsine cevap vermesi, maddeyi parçalamamasıdır. 10/31/2020 32

Kükürt Kemilüminesans Dedektör • Temeli, bazı kükürt bileşikleri ile ozonun verdiği reaksiyona dayanır. • Reaksiyon sonrası oluşan ışının şiddeti kükürt derişimi ile orantılıdır. • Kükürt içeren kirleticileri, örneğin merkaptan tayininde yararlıdır. • Kolondan gelen gazlar, hidrojen ve hava ile karıştırılarak yakılır. • Oluşan gazlar ozon ile karıştırılarak oluşan ışının şiddeti ölçülür. 10/31/2020 33

Elektron yakalama dedektörü • Halojen içeren maddelerin tayininde kullanır. • Bu dedektörler seçimlidirler ve elektronegatif fonksiyonel grup içeren moleküllere karşı (halojenler, peroksitler, kinonlar ve nitro grupları) çok duyarlıdır. Bu özelliği büyük avantajdır. 10/31/2020 34

Termiyonik Dedektör (NPD) 10/31/2020 • Fosfor ve azot içeren organik maddelere karşı seçicidir. • Kolon gazları hidrojen ile karıştırılır, alev ucunda yakılır. Sıcak gazlar ısıtılan rubidyum veya potasyum silikat üzerinden geçirilir. Silikat taneciği 600 -800 C sıcaklık veren plazma oluşturur. • Fosfor ve azot içeren maddelerden çok sayıda 35 iyon oluşur.

Alev fotometrik dedektör • Kükürt ve fosfor içeren bileşiklere karşı duyarlıdır • Hava, su kirleticileri, pestisit ve kömür hidrojenasyon ürünlerinin tayininde kullanılır. • Halojenler, azot, bazı metaller (kalay, krom, selenyum) içinde kullanılır. 10/31/2020 36

Fotoiyonlaşma dedektörü • Kolon gazları 8, 3 – 11, 7 e. V enerjideki UV ışınları ile uyarılır. • Bu ışınlar molekülleri iyonlaştırır. • Oluşan iyonlar, uçlarına potansiyel uygulanan bir hücre içinde akım oluşturur. • Bu akım yükseltilerek kaydedilir. 10/31/2020 37

Verilerin kaydedilmesi 10/31/2020 38

G. C. den ELDE EDİLEN YARARLAR GC’de bir karışımda bulunan maddeler önce birbirinden ayrılır; ondan sonra ayrılan maddelerin tek kalitatif ve kantitatif tayinleri yapılır. Kalitatif tayinlerde maddelerin alıkonma zamanlarından ve alıkonma hacimlerinden yararlanılır. Elde edilen piklerin yüksekliğinden ve alanlarından yararlanılarak da kantitatif tayinleri yapılır. -Verilen bir numune içindeki uçucu maddelerin sayısının tayin edilmesi. -Bir maddenin saf olup olmadığının araştırılması. -Yeni geliştirilen bir metodun ne derce hassas olduğunun araştırılması. 10/31/2020 39

10/31/2020 40

10/31/2020 41

G. C. İle Spektroskopik Yöntemlerin Birlikte Kullanımı • Maddelerin kalititatif tayinlerinin yapılması bakımından bu metod spektroskopik metodlar kadar etkin değildir. Metodun değerini artırmak için kolondan çıkan maddeler ya bir kütle spek. veya bir IR cihazına gönderilir. • Gaz kromatografi / Kütle spektrometri ( GC / MS ) • Gaz kromatografi / Fourier dönüşümlü Infrared spektroskopi ( GC / FTIR ) 10/31/2020 42