Chromatographie: instrumentelle Analytik mit Chromatographie und Kapillarelektrophorese
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Würzburg
Vogel
1997
|
| Ausgabe: | 1. Aufl. |
| Schriftenreihe: | LaborPraxis
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 481 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3802315820 9783802315824 |
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Geleitwort............................................................... 5
Vorwort................................................................. 7
1 Einführung........................................................... 19
1.1 Wissen ist gefragt................................................. 24
2 Die Chromatographie und ihre Techniken .................................. 27
2.1 Historie ........................................................ 27
2.1.1 Der Weg bis heute........................................ 30
2.2 Prinzip ......................................................... 31
2.2.1 Einteilung nach dem Aggregatzustand ........................ 32
2.2.2 Einteilung nach dem Trennvorgang........................... 33
2.2.3 Einteilung nach der Technik ................................ 33
2.3 Theoretische Grundlagen .......................................... 34
23
Λ
Chromatographischer Prozeß ............................... 35
2.3.2 Bandenverbreiterung ...................................... 36
2.4 Säulenchromatographie............................................ 38
2.4.1 Das Chromatogramm und seine Aussage ...................... 39
2.4.2 Theoretische Bodenzahl ................................... 42
2.4.3 Van-Deemter-Diagramm ................................... 43
2.4.4 Instrumentelle Gesichtspunkte .............................. 44
2.4.4.1 Fördersystem ............................................ 44
2.4.4.2 Probenaufgabe........................................... 45
2.4.4.3 Trennsäule .............................................. 45
2.4.4.4 Detektor ............................................... 46
2.5 Integratoren..................................................... 52
2.5.1 Vorteile des Integrators .................................... 52
2.5.2 Ablauf einer Integration ................................... 52
2.5.3 Kriterien für den Kauf eines Integrators ....................... 54
3 Gaschromatographie ................................................... 57
3.1 Prinzip ......................................................... 58
3.2 Gas-Versorgungssysteme ........................................... 59
3.2.1 Trägergasströmung ....................................... 60
3.2.2 Betrieb von Trennsäulen ................................... 61
3.2.2.1 Druckregler ............................................. 61
3.2.2.2 Strömungsregler ......................................... 62
3.3 Säulen für die Gaschromatographie .................................. 63
3.3.1 Gepackte Säulen ......................................... 64
3.3.2 Kapillarsäulen ........................................... 65
3.3.2.1 Phasenverhältnis ......................................... 68
11
3.3.3 Wahl der Trennsäule ...................................... 68
3.3.3.1 Phasenpolarität .......................................... 71
3.3.3.2 Säulen-Innendurchmesser .................................. 72
3.3.3.3 Optimale Filmdicke ....................................... 73
3.3.3.4 Auswahl der Säulenlänge .................................. 73
3.3.3.5 Analyse von Gasen ....................................... 74
3.3.4 Säulenschaltungen ........................................ 75
3.4 Säulenofen ...................................................... 77
3.5 Systematische Entwicklung von GC-Trennverfahren ..................... 79
3.6 Probenaufgabe................................................... 80
3.6.1 Gasförmige Proben ....................................... 82
3.6.1.1 Gasdichte Spritzen........................................ 82
3.6.1.2 Gasdosierschleifen und Mehrwegeventile ...................... 83
3.6.2 Flüssige Proben .......................................... 83
3.6.2.1 Probenaufgabe mit Verdampfung ............................ 84
3.6.3 Probenaufgabe für Kapillarsäulen ............................ 85
3.6.3.1 Klassische Methoden der heißen Probenaufgabe ................ 86
3.6.3.2 On-column-Probenaufgabe ................................. 88
3.6.3.3 Kaltaufgabesystem ....................................... 90
3.6.4 Probenaufgabe per Dosierschleife ............................ 91
3.6.5 Feste Proben ............................................ 92
3.6.6 Pyrolyse ................................................ 92
3.6.7 Zersetzliche Proben ....................................... 94
3.6.8 Injektionssepten ......................................... 94
3.6.8.1 Septumfreie Probenaufgabe ................................. 96
3.7 Gaschromatographische Detektoren .................................. 96
3.7.1 Detektor-Kenngrößen ..................................... 97
3.7.1.1 Konzentrationsabhängige Detektoren ......................... 98
3.7.1.2 Massenstromabhängige Detektoren .......................... 98
3.7.1.3 Make-up-Gas ........................................... 99
3.7.1.4 Übersicht über die GC-Detektoren ........................... 99
3.7.2 Wärmeleitfähigkeitsdetektor ................................ 100
3.7.3 Flammenionisationsdetektor ................................ 103
3.7.4 Elektroneneinfangdetektor ................................. 106
3.7.5 Stickstoff-Phosphor-Detektor ............................... 107
3.7.6 Flammenphotometerdetektor ............................... 109
3.7.7 Elektrolytischer Leitfähigkeitsdetektor ........................ 110
3.7.8 Photoionisationsdetektor .................................. 111
3.7.9 FAR-UV-Detektor ........................................ 112
3.7.10 Heliumionisationsdetektor ................................. 113
3.7.11 Redox-Chemilumineszenz-Detektor .......................... 114
3.8 GC-Kopplungstechniken ........................................... 115
3.8.1 Massenspektrometer ...................................... 115
3.8.1.1 Quadrupol-Massenspektrometer ............................ 118
3.8.1.2 GC-MS-Betrieb .......................................... 120
3.8.1.3 Chemische Ionisierung .................................... 123
3.8.1.4 Isotopenverdünnungsanalyse bei der GC-MS ................... 123
3.8.1.5 GC-MS/MS-Tandembetrieb ................................ 124
3.8.2 GC-FTIR ............................................... 126
3.8.2.1 Kopplung von GC-FTIR und MS ............................ 129
3.8.3 Atomemissionsdetektor .................................... 131
3.8.4 LC-GC-Kopplung ........................................ 133
12
3.9 Welcher GC-Detektor für welche Probe? .............................. 134
3.10 Wahl des Trägergases ............................................. 134
3.10.1 Zusätze zur Trägergasreinigung ............................. 137
3.11
Multidimensionale GC
............................................ 138
3.11.1 Fraktionssammler in der GC ................................ 140
3.12 Hochtemperatur-Gaschromatographie ................................ 141
3.12.1 Säulen für die HTGC ..................................... 142
3.12.2
I
nstrumentelle Voraussetzungen .............................. 142
3.13 Dampfraumanalyse (Headspace-Analysis) ............................. 145
3.13.1 Praktische Durchführung der Dampfraumanalyse ............... 145
3.13.1.1 Statische Dampfraumanalyse ............................... 146
3.13.1.2 Dynamische Dampfraumanalyse ............................. 148
3.13.2 Grundlagen der quantitativen Dampfraumanalyse ............... 148
3.13.3 Kaltaufgabesystem als Anreicherungsverfahren ................. 149
3.14 Zusammenfassung und Ausblick..................................... 151
3.14.1 Trennsäulen ............................................. 152
3.14.1.1 Enantiomerentrennung .................................... 154
3.14.1.2 Schnellanalysen (Expreß-GC) ............................... 154
3.14.1.3 Hochtemperatur-GC ...................................... 155
3.14.2 Gerätetechnik/Methodik ................................... 156
3.14.2.1 Probenvorbereitung ....................................... 156
3.14.2.2 Probendosierung ......................................... 157
3.14.2.3 Trägergasdruck-Programmierung............................ 158
3.14.2.4 Mehrsäulentechnik ....................................... 159
3.14.2.5 Detektion/Kopplungstechniken .............................. 160
3.14.2.6 Software ............................................... 162
3.14.2.7 Miniaturisierung ......................................... 163
3.14.2.8 Vor-Ort-Analyse ......................................... 164
High Performance Liquid
(Column)
Chromatography ......................... 165
4.1 HPLC-Apparatur ................................................ 168
4.2 Pumpen für die HPLC ............................................. 169
4.2.1 Diskontinuierliche Verdrängerpumpen ........................ 170
4.2.2 Kontinuierlich arbeitende Pumpen ........................... 171
4.3 Gradientenelution ................................................ 174
4.3.1 Niederdruckgradient ...................................... 177
4.3.2 Hochdruckgradient ....................................... 179
4.3.3 Optimierung der Gradientenelution .......................... 181
4.4 Probenaufgabesysteme ............................................ 182
4.4.1 Septuminjektion ......................................... 183
4.4.2 Dosierschleife ........................................... 183
4.5 HPLC-Säulen.................................................... 184
4.5.1 Normal-phase-Chromatographie ............................ 185
4.5.2 Polar gebundene Phasen................................... 186
4.5.2.1 Diol-Phase .............................................. 187
4.5.2.2
ΝΗ,
-Phase
.............................................. 188
4.5.2.3 CN-Phase .............................................. 188
4.5.3 Reversed-phase-Chromatographie ........................... 189
4.5.4 Ausschluß-Chromatographie ............................... 193
4.6 Methodenauswahl für die HPLC-Analyse.............................. 198
4.6.1 Probenvorbereitung ....................................... 198
4.6.2 Chromatographische Trennung.............................. 199
13
4.6.2.1 Bedingungen der Normal-phase-Chromatographie .............. 200
4.6.2.2 Bedingungen der Reversed-phase-Chromatographie.............. 202
4.6.3 Lösungsmittel-Optimierung ................................ 203
4.6.3.1 Computerunterstützte Optimierung .......................... 204
4.6.4 Detektion............................................... 206
4.7 HPLC-Detektoren ................................................ 206
4.7.1 Allgemeine Forderungen an HPLC-Detektoren ................. 207
4.7.2 UV/Vis-Detektoren ....................................... 208
4.7.3 Diodenarray-Detektor ..................................... 212
4.7.4 Differentialrefraktometer .................................. 216
4.7.5 Fluoreszenzdetektor ...................................... 218
4.7.5.1 Fluoreszenz und Phosphoreszenz ............................ 218
4.7.5.2 Anwendung des Fluoreszenzdetektors......................... 221
4.7.6 Elektrochemischer Detektor ................................ 223
4.7.7 Lichtstreudetektoren ...................................... 225
4.7.8 Spezielle Detektoren ...................................... 226
4.7.9 Transportdetektoren ...................................... 226
4.7.10 HPLC-Kopplungstechniken ................................ 227
4.7.10.1 HPLC-MS-Kopplung ..................................... 228
4.7.10.2 HPLC-IR-Kopplung ...................................... 231
4.7.10.3 HPLC-NMR-Kopplung.................................... 232
4.7.10.4 HPLC-ICP-Kopplung ..................................... 233
4.7.10.5 HPLC-GC-Kopplung ..................................... 233
4.8 Prozeß-HPLC ................................................... 233
4.9 Miniaturisierung in der HPLC ...................................... 236
4.9.1 Microbore-Technik ....................................... 237
4.9.1.1 Vorteile der Microbore-Chromatographie ..................... 237
4.9.2 Kapillar-LC ............................................. 239
4.9.2.1 Vorteile der Kapillar-LC ................................... 240
4.9.2.2 Systemfehler der Mikromethode ............................. 241
4.10 Präparative HPLC ................................................ 243
4.11 Zusammenfassung und Ausblick..................................... 245
4.11.1 Vergleich GC-HPLC ...................................... 245
4.11.1.1 Trennsäulen ............................................. 247
4.11.1.2 Detektoren ............................................. 249
4.11.1.3 Geräte ................................................. 249
4.11.2 HPLC in der Umwelt- und Lebensmittelanalytik ................ 249
4.11.3 HPLC in der Arzneimittelanalytik............................ 250
4.11
A HPLC
in der biomedizinischen Analytik ....................... 251
4.11.5 Probenaufbereitung ....................................... 252
4.11.6 HPLC-Trennsäulen ....................................... 252
4.11.6.1 Andere Phasen ........................................... 253
4.11.6.2 Neue Materialien ........................................ 254
4.11.6.3 Miniaturisierung ......................................... 254
4.11.7 Detektoren ............................................. 255
4.11.8 Auswertsysteme .......................................... 256
4.11.9 Perspektiven auf dem Gebiet der Hochleistungsanalytik .......... 256
Dünnschicht-Chromatographie........................................... 259
5.1 DC-Analyse ..................................................... 262
5.2 Stationäre Phase (Sorbens) ......................................... 263
5.2.1 Chemische Zusammensetzung und Struktur .................... 263
14
5.2.1.1 Kieselgel ............................................... 263
5.2.1.2
Aluminiumoxid
.......................................... 264
5.2.1.3
Cellulose
............................................... 265
5.2.1.4
Polyamid
............................................... 265
5.2.1.5 Reversed-phase-DC-Platten ................................. 265
5.2.1.6 Spezielle Schichten ........................................ 266
5.2.2 Korn- und Porencharakteristik .............................. 266
5.2.3 Schichtparameter......................................... 267
5.2.4 Fertigplatten ............................................ 267
5.3 Vorbereiten der Schichten .......................................... 268
5.3.1 Aktivieren .............................................. 269
5.3.2 Aufbewahrung und Vorreinigung ............................ 269
5.4 Mobile Phase .................................................... 269
5.4.1 Kammersättigung ........................................ 270
5.5 Probenaufbereitung ............................................... 271
5.6 Probenauftragen ................................................. 272
5.6.1 Dosierung mit Kapillarpipetten .............................. 275
5.6.2 Variable Auftragesysteme .................................. 276
5.6.3 Contact-spotting-Verfahren................................. 277
5.6.4 Probenautomaten ........................................ 277
5.7 Chromatogrammentwicklung ....................................... 279
5.7.1 Fließmittel .............................................. 280
5.7.2 Kammertypen ........................................... 280
5.7.2.1 Normalkammer.......................................... 281
5.7.2.2 Doppeltrogkammer ....................................... 281
5.7.2.3 Sandwichkammer (S-Kammer) .............................. 282
5.7.3 Einfachentwicklung ....................................... 283
5.7.4 Eindimensionale Mehrfachentwicklung ....................... 283
5.7.5 Zweidimensionale Entwicklung ............................. 283
5.7.6 Automatische Entwicklungskammer.......................... 283
5.7.7 HPDC-Linear-Entwicklungskammer.......................... 285
5.7.8 Instrumentelle Mehrfachentwicklung ......................... 286
5.7.9 Zirkularentwicklung ...................................... 289
5.7.9.1 Prinzip der U-Kammer .................................... 290
5.7.9.2 Besonderheiten der Zirkularchromatographie .................. 290
5.7.9.3 Prinzip der Naßdosierung .................................. 291
5.7.10 Antizirkularentwicklung ................................... 292
5.7.11 Forced-flow-Techniken .................................... 293
5.8 Auswertung der Dünnschicht-Chromatograrnrne ........................ 294
5.8.1 Detektion mittels UV-Strahlung ............................. 294
5.8.2 Detektion durch Derivatisierung ............................. 295
5.8.3 Qualitative Analyse ....................................... 297
5.8.4 Trennleistung der DC-Analyse .............................. 298
5.8.5 Quantitative Analyse ...................................... 299
5.8.5.1 Visueller Vergleich ........................................ 300
5.8.5.2 Extraktion .............................................. 300
5.8.5.3 Spektroskopische Methoden............................... - 301
5.8.6 Meßtechniken der Densitometrie ............................ 305
5.8.7 Integration .............................................. 307
5.8.8 Kopplungstechniken ...................................... 308
5.9 Zuverlässigkeit von DC-Analysendaten ............................... 309
5.10 Vergleich
DC
mit HPLC ........................................... 309
15
5.11 Zusammenfassung und Ausblick..................................... 312
5.11.1
DC
als
Screening-
Verfahren ................................ 313
5.11.2
DC
als mikroanalytische Bestimmungsmethode ................. 313
5.11.3 Moderne Trenntechniken .................................. 314
5.11.4 Schlußbemerkung ........................................ 315
Ionenchromatographie ................................................. 317
6.1 Ionenpaar-Chromatographie ........................................ 318
6.2 Ionenaustausch-Chromatographie ................................... 320
6.2.1 Trennmechanismus ....................................... 321
6.2.2 Chemische
Suppression
.................................... 323
6.2.2.1 Zweisäulensysteme ....................................... 324
6.2.2.2 Hohlfasermembran-Suppressoren ............................ 327
6.2.2.3 Elektrochemische
Suppression
.............................. 328
6.2.3 Elektronische
Suppression
.................................. 330
6.2.3.1 Analyse von
Anionén
..................................... 331
6.2.3.2 Analyse von Kationen ..................................... 333
6.2.4 Probenaufkonzentrierung in der 1С........................... 333
6.3 Trennung von Übergangsmetallen .................................... 334
6.3.1 Sauerstoffhaltige
Anionén
der Übergangsmetalle ................ 335
6.3.2 Komplexgebundene Übergangsmetalle ........................ 335
6.4 Ionenausschluß-Chromatographie ................................... 336
6.5 Detektionsmöglichkeiten ........................................... 337
6.5.1 Leitfähigkeitsdetektor ..................................... 338
6.5.1.1 Linearität ............................................... 338
6.5.1.2 Auflösung .............................................. 338
6.5.1.3 Grundrauschen .......................................... 339
6.5.1.4 Temperaturkompensation .................................. 340
6.5.1.5 Einsatz des Leitfähigkeitsdetektors in der SCIC ................. 340
6.5.2 Amperometrische Detektion ................................ 340
6.5.3 UV-Detektion ........................................... 343
6.5.3.1 Nachsäulenderivatisierung ................................. 343
6.5.3.2 Indirekte UV-Detektion .................................... 345
6.5.3.3 Kopplung der 1С mit der ICP-OES und ICP-MS ................. 346
6.6 Simultaner Ionenchromatograph..................................... 347
6.7 Säulen für die Ionenaustausch-Chromatographie ........................ 348
6.8 Anwendungsmöglichkeiten ......................................... 349
6.8.1 1С in der Kraftwerkschemie ................................ 350
6.8.2 1С in der galvanotechnischen Industrie ........................ 351
6.8.3 1С in der Halbleiterindustrie ................................ 353
6.8.4 1С in der Nahrungsmittelindustrie ........................... 354
6.8.5 Weitere Anwendungsmöglichkeiten .......................... 354
6.9 Zusammenfassung und Ausblick..................................... 355
Kapillarelektrophorese ................................................. 357
7.1 Historischer Hintergrund und Entwicklung............................ 358
7.2 Physikalische Grundlagen und Trennprinzipien ......................... 359
7.2.1 Elektrophorese .......................................... 361
7.2.2 Elektroosmotischer Fluß ................................... 362
7.2.3 Trennvorgang ........................................... 364
7.2.4 Elektrodispersion ........................................ 365
7.3 Verschiedene Trennmethoden ....................................... 367
16
7.3.1 Kapillarzonen-Elektrophorese ............................... 367
7.3.2 Mizellare elektrokinetische Chromatographie.................. 370
7.3.3 Kapillar-Gelelektrophorese ................................. 373
7.3.4 Kapillare isoelektrische Fokussierung ......................... 374
7.3.5 Kapillare Isotachophorese .................................. 375
7.4 Instrumentierung ................................................. 377
7.4.1 Probenaufgabe........................................... 378
7
АЛЛ
Hydrodynamische Injektion ................................ 379
7.4.1.2 Elektrokinetische Injektion ................................. 380
7.4.1.3 Aufkonzentriertechniken................................... 381
7.4.2 Kapillare ............................................... 381
7.4.2.1 Konditionierung ......................................... 382
7.4.2.2 Thermostatisierung ....................................... 382
7.4.2.3 Hochspannungsgenerator .................................. 383
7.4.3 Detektion............................................... 383
7.4.3.1 UV/Vis-Absorption ....................................... 383
7.4.3.2 Anmerkungen zur quantitativen Analyse ...................... 385
7.4.3.3 Kapillaren mit vergrößertem Lichtweg ........................ 387
7.4.4 CE-Apparatur ........................................... 388
7.5 Standortbestimmung der 1С und
CE
für die lonenanalytik ................. 389
7.5.1 Anwendungsbeispiele ..................................... 391
7.6 Zusammenfassung und Ausblick..................................... 394
7.6.1 Kapillaren .............................................. 395
7.6.2 Detektion............................................... 396
7.6.3 Anwendungen ........................................... 397
7.6.4 Neue Richtungen ......................................... 398
Überkritische Fluidchromatographie ...................................... 401
8.1 Physikalische Grundlagen.......................................... 401
8.1.1 Was ist ein überkritisches
Fluid?
............................. 402
8.1.2 Eigenschaften überkritischer
Fluide
.......................... 403
8.1.3 Überkritisches
Fluid
als mobile Phase ......................... 403
8.2 Apparatur ...................................................... 404
8.2.1 Gradienten ............................................. 405
8.3 Mobile und stationäre Phasen ....................................... 406
8.4 Detektoren ..................................................... 407
8.5 Einordnung der SFC zwischen GC und HPLC .......................... 408
8.6 Anwendungen ................................................... 410
8.6.1 Polymere ............................................... 410
8.6.2
Monomere
.............................................. 411
8.6.3 Pestizide................................................ 411
8.7 Überkritische Fluidextraktion ....................................... 413
8.7.1 Instrumentierung ......................................... 415
8.7.1.1 Pumpsysteme ............................................ 416
8.7.1.2 Extraktionszellen und Öfen................................. 417
8.7.1.3 Restriktoren ............................................ 417
8.7.1.4 Probenkonzentrierung ..................................... 418
8.7.2 Offline-SFE ................................. ............ 418
8.7.3 Online-Kopplung von SFE-GC .............................. 419
8.7.3.1 Dynamische Extraktion .................................... 421
8.7.3.2 Statische Extraktion ...................................... 421
8.8 Anwendungen ................................................... 423
17
8.9 Zusammenfassung und Ausblick..................................... 423
8.9.1 Extraktion mit überkritischen Phasen (SFE) .................... 425
9 Analysenqualität ...................................................... 427
9.1 Richtigkeit von Ergebnissen ........................................ 430
9.2 Bedingungen der Praxis ............................................ 432
9.3 Qualitätssicherung in der Analytik ................................... 433
9.4 LIM-Systeme .................................................... 438
9.4.1 Integration im Rahmen von CIM-Projekten .................... 440
9.4.2 Wirtschaftlichkeit von
LIMS
................................ 441
9.5 Probleme der Umweltanalytik ....................................... 442
9.5.1 Öko-Audits ............................................. 444
9.5.2 EPA-Methoden .......................................... 445
9.5.3 Richtige Umweltanalysen .................................. 446
9.5.4 Juristische Entscheidungsschärfe ............................. 447
9.5.5 Probleme der Probennahme ................................ 448
9.5.6 Schlußfolgerungen ........................................ 449
Verzeichnis der Geräteanbieter ............................................... 451
Quellenverzeichnis ........................................................ 457
Literaturverzeichnis ....................................................... 467
Abkürzungsverzeichnis ..................................................... 471
Stichwortverzeichnis ....................................................... 475
18
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