Instrumentelle Analytik V4

Auftrennung der Komponenten (Analyten) in unterschiedliche Verteilung in der mobilen und stat. Phase

• Grenzflächenreaktion zwischen einer gasförmigen oder einer flüssigen Phase und einem festen Stoff
• Wasserstoffbrückenbindungen
• Dipol-Dipol
• verstärkt bei niedrigen Temperaturen
• Anreicherung des Adsorbats an der Phasengrenze

System: 2 nicht oder nur bedingt mischbare Flüssigkeiten + 1 in beiden Phasen löslicher Stoff

• k_c = c₁/c₂
• kc = Verteilungskonstante (Tabelle)
• c1, c2 = Konz. in den Phasen 1 & 2
• im Gleichgewichtsfall bei konstanter Temperatur: kc = konstant

• Je mehr Gleichgewichtseinstellung, desto besser die Trennung
• c₂ - 1 = (c₂ - 0) / (1 + k_c (v₁ / v₂))ⁿ
• c2 - 0 = Anfangskonz. in Lösung 2 (H2O)
• c2 - 1 = Konz. nach Extraktion in der Lösung 2

• flüssig - flüssig / flüssig - fest: Flüssigchromatographie = Liquid Chromatographie = LC
• Gas - füssig / Gas - fest: Gaschromatographie GC

• Analytische Chromatographie: Ergebnis: Chromatogramm (Detektorsignal vs Zeit), Ziel: Identifizierung und Quantifizierung
• Präparative Chromatographe: Ergebnis: Lösungen aufgereinigter Substanzen, Ziel: Ausgang für weiterführende Arbeiten, Analytmengen: möglichst groß = Gramm bis Kilogramm

• Eluent: HPLC
• Trägergas: GC
• Laufmittel: DC

• K_c = c_s/c_m = Konz. stat. Phase / Konz. mob. Phase
• beschreibt die Konz. der Moleküle in beiden Phasen
• spiegelt sich im Retentionsfaktor k wieder

• ß = v_m / v_s = Vol. mob. Phase / Vol. stat. Phase
• Volumenverhältnis der Phasen
• dient Korrektur der Verteilungskoeffizienten
• wenn groß: Säule rel. durchlässig
• ↪ große Menge an mob. Phase liegt vor
• übliche Werte: 5-35 HPLC, 50-1000 GC

• qualitativ: vgl. Retentionszeit - Reinsubstanz
• quantitativ: Detektorsignal (Fläche / Höhe) ⇒ Konz. oder Stoffmenge

Zeit, die die mob. Phase benötigt, um vom Säulenanfang zum -Ende zu gelangen

• Retentionszeit t_u einer Inertsubstanz, die der Probe zugegeben wird
• eine Inertsubstanz fließt gleich schnell wie die mob. Phase durch bzw. über die stat. Phase ⇒ erfährt keine Retention

• Wieviel Strecke / Zeiteinheit passiert der Eluent?
• μ = L/t_u = Säulenlänge / Totzeit

• Welches Vol./Zeiteinheit fließt durch die Säule
• μ_v = v_u/t_u = Vol. Säule / Totzeit

Zeitpunkt des Austretens (Elution) aus der Trennsäule

• t_R korrigiert um die Totzeit
• t'_R = t_R - t_u

• Verweildauer der Moleküle in beiden Phasen
• gibt an, um wie viel länger sich eine Substanz in der stat. Phase aufhält als in der mobilen
• k = (t_p-t_u)/t_u ⇒ K = k ⋅ ß

• rel. Retention 2er benachbarter Peaks
• α > 1 (t_R1 > tt_R1)
• α = 1: Koelieren von 2 Substanzen
• α = (R₂ - t_u)/(R₁ - t_u) = t'_R2/t'_R1 = k₂/k₁

• σ = Standardabweichung
• Gaußfunktion

• Breite des Peaks in halber Höhe
• FWHM: Full Width at Half Maximum
• W_h = 2σ√2ln2
• Wendepunkte: 2σ

• Effizienz einer Trennung
• hängt vom Retentionsunterschied Δt_R und Basispeakbreite 2er benachbarter Peaks ab
• R_s = (t_R2 - t_R1)/[1/2 (W_br + W_b2)] = [1/2(t_R2 - t_R1)]/(W_h1 + W_h2)
• sollte ≥ 1,5 sein
• mehr Elemente, bei denen eine Verteilung stattgefunden hat ⇒ schmalere, besser aufgelöste Peaks
• Trennvermögen einer Säule hängt von Bodenzahl N ab
• theoret. Boden: theoret. räuml. Einheit einer Trennsäule, in der sich zmdst 1x das Nernst-Gleichgewicht einstellen kann

• N = (t_R/σ)² = 16(t_R/W_b)² = 5,54(t_R/W_h)²
• je breiter ein Peak desto ineffizienter die Trennung

• R = [(α-1)/α] [k₂/(1+k₂)] √N/4
• N : Säulenlänge & Flussgeschw.
• K : Zusammensetzung mob. Phase, Säulentemp., Qualität stat. Phase

• H = L/N
• L: Länge der Strecke, auf der sich ein Gleichgewicht einstellt

• Analytteilchen unterliegen versch. Effekten, die verhindern, dass die Probe, wäre sie in einer unendlich schmalen Zeitzone aufgehoben, als linienförmiges Signal beim Detektor registriert wird
• Eddy-Diffusion → A-Therm
• Longitudinal-Diffusion → B-Therm
• Massentransport-Effekt → C-Therm
• H = A + B/μ + μC = van Deemter Gleichung

• Einfluss Packung in der Säule auf Verbreitung der Probenzone, allein durch mechanische Widerstände
• Analytmoleküle legen zw. den Teilchen unterschiedl. lange Wege zurück
• unabhängig von Fließgeschw.

• Teilchenbewegung, die infolge eines Konz.gefälles auftreten
• kann durch einen schnelleren Fluss der mob. Phase gering gehalten werden, da es sich um einen zeitabhängigen Prozess handelt

• für den Analyten notwendige endliche Zeit, die zur Gleichgewichtsherstellung zw. mobiler und stat. Phase gebraucht wird
• sitzt ein Teil des Analyten an der stat. Phase fest, bewegt sich der Rest währenddessen in der mob. Phase weiter, wodurch die Bande des Analyten verbreitert wird

• Zusammenhang mittlere Lineargeschwindigkeit μ der mob. Phase und der Bodenhöhe H / Bodenzahl N
• Minimum H_min = opt. Lineargeschwindigkeit o_opt, bei der die Säule für einen best. Analyten bei den geg. Bedingungen die höchste Trennstufe (N_max) hat