1. CHROMATOGRAF Z POMPĄ PERYSTALTYCZNĄ

Ten artykuł opisuje zastosowanie spektrometru SpektraTM w uproszczonym chromatografie cieczowym, opracowanym dla celów edukacyjnych. Działanie chromatografu przetestowano rozdzielając barwniki wchodzące w skład środka zapachowego Mint.

Aparatura

  • spektrometr SpektraTM,
  • pompa perystaltyczna z wężami elastycznymi umożliwiającymi przepływ 0,25 ml min -1. W opisanym eksperymencie użyto pompy ISMATEC MS-CA2840 o stałej liczbie obrotów i węże Tygon o średnicy wewnętrznej Φi 0,25 mm,
  • przeźroczysta, elastyczna rurka z tworzywa sztucznego o średnicy wewnętrznej 0,8 -1,0 mm służąca do wykonania celki przepływowej i do łączenia części chromatografu,
  • pipeta Pasteura 2 ml PLASTIBRAND, w której odcięto górną część bańki oraz część dolnej końcówki, pozostawiając około 0,5 cm zwężającej się części pipety,
  • statyw laboratoryjny z łapami,
  • kolbka miarowa 50 ml,
  • kolbka miarowa 100 ml,
  • zlewka 25 ml,
  • duża strzykawka,
  • wąż elastyczny do połączenia końcówki strzykawki z dolnym końcem kolumny,
  • mikropipeta pozwalająca odmierzać objętości 20 ml, lub w uproszczonej wersji buteleczka zaopatrzona we wkraplacz pozwalający na odmierzanie kropli o porównywalnej wielkości,
  • wkraplacz,
  • stoper,
  • (opcjonalnie: komputer z interfejsem do automatycznej rejestracji danych lub integrator)

Odczynniki

  • wodny roztwór amoniaku (25%),
  • butan-1-ol (ρ = 0,808 g cm-3),
  • propan-1-ol (ρ = 0,8 g cm-3),
  • żel krzemionkowy (Fluka, Kieselgel 60, 230-400 mesh, wielkość cząstek 0,04 mm – 0,063 mm),
  • piasek,
  • wata szklana,
  • środek zapachowy Mint (Tovarna arom in eteričnih olj, d.d., Slovenia).
     

Zagrożenia
 

Amoniak powoduje oparzenia. Jest niebezpieczny dla organizmów wodnych. W przypadku kontaktu ze skórą lub oczami przemyj je dużą ilością wody i skontaktuj się z lekarzem. Stosuj okulary i rękawice ochronne. Nie wprowadzaj substancji do środowiska. Stosuj się do wskazówek prowadzącego.
Zwroty ryzyka: 34-50, Zwroty bezpieczeństwa: 26-36/37/39-45-61
 

Butan-1-ol jest substancją łatwopalną i szkodliwą po spożyciu. Działa drażniąco na skórę i układ oddechowy, jest szkodliwy w przypadku kontaktu z oczami. Wdychanie oparów może powodować zawroty głowy i dezorientację. Przechowuj substancję w szczelnych pojemnikach w dobrze wentylowanych miejscach. W przypadku kontaktu z oczami przemyj je dużą ilością wody i skontaktuj się z lekarzem. W przypadku spożycia skontaktuj się z lekarzem i pokaż oznaczenia bezpieczeństwa znajdujące się na etykiecie. Stosuj okulary i rękawice ochronne. Nie wprowadzaj substancji do środowiska. Stosuj się do wskazówek prowadzącego.
Zwroty ryzyka: 10-22-37/38-41-67, Zwroty bezpieczeństwa: 7/9-13-26-37/39-46  


Propan-1-ol jest substancją łatwopalną i drażniącą. Wdychanie par powoduje zaburzenia koordynacji ruchowej, dezorientację, mdłości, ból głowy, oszołomienie. Wywołuje suchość i zaczerwienienie skóry oraz zaburzenia wzrokowe. Stosuj okulary i rękawice ochronne.
Zwroty ryzyka: 11-41-67, Zwroty bezpieczeństwa: (2-)7-16-24-26-39

 

Przygotowanie fazy ruchomej

W kolbce miarowej 100 ml przygotuj fazę ruchomą zgodnie ze wskazówkami w poniższej tabeli.

Tabela 1. Objętości cieczy potrzebne do przygotowania fazy ruchomej

Woda dejonizowana

propan-1-ol 

amoniak (25%)

butan-1-ol

15 ml 

45 ml

7,5 ml

25 ml 

Wymieszaj dobrze składniki i przechowuj uzyskany roztwór w zamkniętej kolbie.


Montaż układu do chromatografii cieczowej

Z przeźroczystego węża z tworzywa sztucznego wykonaj celkę przepływową, która zostanie umieszczona w miejscu pomiaru w spektrometrze SpektraTM. Sposób wykonania przedstawia Rys. 1. Umieść celkę w miejscu pomiaru i umocuj ją tak, aby nie zmieniała położenia podczas pomiarów.

Rysunek 1. Schemat celki przepływowej

Do sporządzenia kolumny wykorzystaj pipetę Pasteura przyciętą wg wskazówek powyżej (rozdział "Aparatura"). Zatkaj dolną część kolumny zwitkiem z waty szklanej (nie dotykaj waty szklanej gołymi rękami, użyj szczypiec!).

W zlewce wymieszaj 5 g żelu krzemionkowego i 10 ml fazy ruchomej. Wypełnij kolumnę tą mieszaniną. Upakuj warstwę żelu w kolumnie zasysając płyn od spodu strzykawką. Uważaj, aby poziom fazy ruchomej nie opadł poniżej poziomu żelu w kolumnie. Wysokość słupa żelu nie powinna przekraczać 2,5 cm. Przykryj powierzchnię żelu 0,5 cm warstwą drobnoziarnistego piasku. Zamocuj kolumnę w statywie i połącz ją z wlotem do celki przepływowej. Wylot z celki połącz z wężem pompy perystaltycznej. Umieść drugi koniec węża wychodzącego z pompy w zlewce, która będzie służyć jako zbiornik zużytego płynu. 

Zabezpiecz komorę pomiarową przed dostępem światła z zewnątrz, np. przy użyciu folii aluminiowej (światło z zewnątrz będzie wpływać na mierzoną wartość). Zestawiony układ przedstawiono na Rys. 2. Opcjonalnie, wyjście analogowe spektrometru może być podłączone poprzez odpowiedni interfejs do komputera lub do integratora. Pomiary możesz wykonywać również ręcznie.

Rysunek 2. Układ do chromatografii cieczowej


Rozdział chromatograficzny barwników zawartych w środku zapachowym Mint

Środek zapachowy Mint zawiera barwniki E102 i E131. Poszukaj w Internecie informacji o tych barwnikach. Po zestawieniu układu i upewnieniu się, że przepływ fazy ruchomej wynosi 0,25 ml min -1, możesz rozpocząć rozdział barwników.

Napełnij kolumnę fazą ruchomą. Włącz spektrometr i wybierz niebieską lub czerwoną diodę. Ustaw natężenie emitowanego światła na maksimum. Włącz pompę i przepuszczaj fazę ruchomą przez układ do momentu aż objętość przepuszczonej cieczy będzie równa trzykrotnej objętości fazy nieruchomej w kolumnie.

Ustaw wartość transmitancji na 100,0. Gdy poziom fazy ruchomej w kolumnie zrówna się z poziomem piasku, wprowadź na szczyt wypełnienia 20  m l środka zapachowego Mint i włącz stoper. Za pomocą wkraplacza dodawaj ostrożnie fazę ruchomą po ściankach kolumny, uważając aby poziom cieczy nie opadł poniżej warstwy piasku. Odczytuj wartości z wyświetlacza spektrometru co 10 sekund.

Rozdział składników mieszaniny przedstawia Rys. 3.

 

Rysunek 3. Rozdział barwników na kolumnie chromatograficznej   

Przelicz wartości transmitancji na absorbancję i sporządź wykres. Ponieważ składniki różnią się barwą, musisz powtórzyć eksperyment stosując inne źródło światła (jeśli użyłeś najpierw niebieskiej diody, teraz zastosuj diodę czerwoną).

Rys. 4 przedstawia dwa przykładowe chromatogramy uzyskane przez komputerową obróbkę danych przesyłanych bezpośrednio ze spektrometru do komputera.

Próba 1, dioda czerwona

Próba 2, dioda niebieska

Rysunek 4. Chromatogramy otrzymane przy pomocy czerwonej i niebieskiej diody.
 

Opracowanie: Nataša Gros i Domen Klančar, Uniwersytet w Lublanie, Wydział Chemii i Technologii Chemicznej