SU ANALİZLERİNDE KROMATOGRAFİK YÖNTEMLER. Sem A.Ş. Taner TÜRKAN

Transkript

1 SU ANALİZLERİNDE KROMATOGRAFİK YÖNTEMLER Sem A.Ş. Taner TÜRKAN

2 İçmesuyu Elde Edilen veya Elde Edilmesi Planlanan Yüzeysel Suların Kalitesine Dair Yönetmelik Parametreler Tespit Sınırı Hassasiyet ± Doğruluk ± Referans Ölçüm Metodu Kap olarak önerilen materyaller 31 Fenoller (fenol indeksi) Para nitranilin 4 aminoantiprin Moleküler absorpsiyon spektrofotometrisi 4 aminoantipyrine metodu Cam (mg/l C6 H5OH) 33 Polisiklik aromatik hidrokarbonlar (mg/l) ( 10 ) 0.001( 6 ) % 30 % 50 -Paranitraline metodu % 50 % 50 -İnce tabaka kromotografisi ile ayrıştırmadan sonra UV de flüoresans ölçümü Aynı konsantrasyondaki altı kontrol maddesinin karışımı ile orantılı olarak mukayeseli ölçüm( 8 ) Cam yada alüminyum Cam yada alüminyum

3 İçmesuyu Elde Edilen veya Elde Edilmesi Planlanan Yüzeysel Suların Kalitesine Dair Yönetmelik Parametreler Tespit Sınırı 34 Toplam Pestisit(Parathion, BHC,dieldrin)(mg/l) ( 10 ) Hassasiyet ± Doğruluk ± Referans Ölçüm Metodu %50 % 50 -Uygun solventler ve saflaştırma yoluyla ekstraksiyondan sonra gaz yada sıvı kromotografisi Karışımın içindekilerin belirlenmesi Nicel Analiz( 9 ) Kap olarak önerilen materyaller Cam

4 Tehlikeli Maddelerin Su ve Çevresinde Neden Olduğu Kirliliğin Kontrolü Yönetmeliği ÇOK TEHLİKELİ MADDELER VE BUNLARA AİT ÖZEL HÜKÜMLER a) ÇOK TEHLİKELİ MADDELER LİSTESİ 1. Civa(Hg), 2. Kadmiyum (Cd), 3. Hekzoklorosiklohekzan (HCH), 4. Carbontetraklorür (CCI4), 5. DDT 6. Pentaklorofenol (PCP), 7. Aldrin 8. Dieldrin 9. Endrin 10. İsodrin 11. Hekzaklorbenzen (HCB), 12. Hekzaklorbutadin HCBD), 13.Triklormethan (cloroform), 14.1,2 Dikloretan (EDC), 15.Trikloretilen (TRI), 16.Perkloretilen (PER), 17.Triklorbenzen (TCB),

5 GAZ KROMATOGRAFİ TEMEL BİLGİLER Malzeme Buharlaşabilir olmalı Molekül yapısı sıcağa dayanabilir olmalı, sıcaklıktan bozunmamalı Molekül ağırlığı < 400 amu olmalı Gaz fazda stabil olmalı ve taşıyıcı gazlar ile reaksiyona girmemeli Analiz edilen diğer malzemeler ile reaksiyona girmemeli

6 Hava Hidrojen Taşıyıcı gaz Gaz Kromatografi Genel Görünüm GAZ FİLİTRELERİ Regülatörler AKIŞ KONTROLLERİ ENJEKSİYON BLOĞU DETEKTÖR ELEKTROMETRE KOLON BİLGİSAYAR FIRIN

7 Enjeksiyon Sistemleri Purge packed ( Dolgulu kolonlar için ) Split / Splitless ( Kapiler Kolonlar için ) Cool on-column ( Kapiler Kolonlar için ) PTV ( Programable Temparature Vaporization ) ( Kapiler Kolonlar için ) VI ( Volatile Interface ) ( Kapiler Kolonlar için ) CIS ( Cooled Injection System ) ( Kapiler Kolonlar için )

8 Enjeksiyon Bloğu Çalışma Sistemi Septum Septum purge hattı O-ring Liner ISITICI BLOK Buharlaşma yeterli ısıl enerji ısıtıcı blok tarafından örneğe transfer edildiğinde inert taşıyıcı gaz içinde gerçekleşir. Gerçekte bu değişim blok içindeki liner ın sıcak yüzeylerinde oluşur. = Taşıyıcı gaz = Örnek molekülleri = Solvent molekülleri Ferrül Kolon

9 Örnek Enjeksiyon Teknikleri Split Injeksiyon. Örnek ısıtılır, buharlaşır ve sadece küçük bir oranı analiz amacı ile kolona geçer. Bu teknik derişik örneklerde kullanılır. Splitless Injeksiyon. Örnek ısıtılır, buharlaşır ve örneğin 95% den fazlası kolona analiz için geçer. Bu teknik seyreltik örneklerde kullanılır.

10 Örnek Enjeksiyon Teknikleri Programmed temperature vaporization (PTV). Yüksek hacimde örnek soğuk enjeksiyon bloğuna enjekte edilir, sonra enjeksiyon bloğu solventin buharlaşacağı seviyeye ısıtılır ve solvent vent hattından dışarı atılır. Blok ısıtılarak analitin buharlaşması ve kolona transferi sağlanır. Bu teknik temiz örneklerde kullanılarak zaman ve iş kaybına neden olan örnek zenginleştirme gereğini ortadan kaldırır. Cool on-column Injection. Örnek direk olarak soğuk enjeksiyon bloğunda kapiler kolon içine enjekte edilir. Bu teknik kompleks örneklerde yüksek molekül ağırlıklı ve ısıdan bozunan maddelerin yüksek hassasiyetli miktarsal analizlerinde kullanılır. Uçucu olmayan maddeler içeren örnekler bu teknikte problem oluşturur.

11 Ayırım ve Temel ilkeler Gaz Kolon yüzey kaplaması Taşıyıcı Faz Örnek Sabit Faz

12 Kromatografik Ayırım Modeli Maddelerin ayırımı Akış A B C D

13 Gaz Sıvı Kromatografi (GLC) Dolgulu kolon Ayrıcı Dolgu Taşıyıcı gaz Katı destek Sıvı Faz Kapiler kolon Sıvı Faz

14 Kolon Tiplerinin Karşılaştırması Kolon test numunesi Packed Column Analysis: 5% OV101 on 80/100 Chromosorb Capillary: MegaBore 30m X 0.53mm X.88m Conventional: 30m X 0.32mm X.25m

15 Kolon Sıcaklık Çalışmaları Izo termal: Fırın sıcaklığı analiz boyunca sabit sıcaklıkta tutulur. Geç çıkan malzemelerde yüksek pik genişlemesi görülür. Sıcaklık Programlaması: Analiz edilen malzemelerin geniş kaynama sıcaklığı aralığında olması (>100 ). Analiz süresi kısalır ve daha düzgün pik yapıları elde edilir. Artan kolon kanaması baseline kaymalarına neden olur. Çok kademeli program yapılabilir.

16 Kolon Sıcaklığı Çalışması Isothermal Temperature Programmed

17 Çıkış zamanı Fırın Sıcaklığı o A. 30 C. 1 2 o B. 40 C. 1 2 o C. 50 C. 1 2 o D. 60 C. 1 2 From pg BASIC GAS CHROMATOGRAPHY by A.M. McNair & E.J. Bonelli, VARIAN

18 HETP (mm) BASINÇ (psi) AKIŞ (ml/min) AKIŞ (ml/min) Elektronik Basınç Kontrolü Sabit basınç Modu SICAKLIK Sabit akış modu 0.92 ml/min SICAKLIK SICAKLIK AKIŞ Sabit Basınç (Constant Pressure) Sabit Akış (Constant Flow) Basınç Akış Programlama Basınç akış değişikliği kullanıcı tarafından programlanır. Başlangıç programı sonrasında sabit akışa geçilebilir.

19 DEDEKTÖRLER Detektör Tipleri TCD FID Kısa Açıklama Filament sıcaklığı analitin taşıyıcı gaz içinde bulunması durumunda yükselir, böylece filament rezistansı artar. Alev içinde yanan maddenin ürettiği iyonlar akım değişikliğine neden olur. ECD NPD FPD Elektro negatif madde dedektörden geçerken düşük enerjili termal iyonları yakalar, hücre içinde akım düşmesine neden olurlar. Nitrogen ve phosphor lu maddeler Alkali metal tuzu buharı ile zenginleştirilmiş alevde akımın yükselmesine neden olurlar. Sülfür ve Fosfor iceren maddeler alev içinde yanarken kimyasal ışıma oluştururlar ve selektif dalga boyunda bu ışıma ölçülür. ELCD Halojenler, sülfür, veya azotlu maddeler özel reaksiyon hücresinde reaksiyon gazı ile karıştırılırlar. Oluşan ürün daha sonra uygun bir sıvı ile karıştırılarak elektrik geçirgen bir sıvı elde edilir.

20 Detektör Tipleri PID Kısa Açıklama Helyum İyonizasyon dedektör MSD Kütle Dedektör IRD İnfrared Dedektör AED Atomik Emiston Dedektör

21 GC Detektörleri karşılaştırması. FID TCD ECD AED PID NPD (N) IRD NPD (P) fg pg ng m g mg ppt ppb ppm ppthousand percent 1 ppm = FPD (S) MSD (SIM) (SCAN) (X) ELCD ELCD (S or N) 1 ng 1 L m 1 mg = = Liter 1 L m Liter

22 Elektron Yakalayıcı Dedektör e e e e e e e e e e e e e e = SAMPLE e = ELECTRON The electrons emitted from the nickel plating set up a background current at the anode.

23 ANODE e - - e e - e - = IONIZED CARRIER GAS e All (-) species are attracted to the anode. The relative velocities are: sample molecule - 1 carrier gas - 10 electron - 100

24 Elektron Yakalayıcı Dedektör Bağıl Cevap Verme Katsayıları Hydrocarbons 1 Esters, ethers 10 Alcohols, ketones, mono-cl, F, amines 100 Mono-Br, di-cl, F 1,000 Anhydrides, tri-cl 10,000 Mono-I, di-br, poly Cl, F 100,000 Di-I, tri-br, poly Cl, F 1,000,000

25 50 fg Organoklorlu pestisidler Column: Oven: Carrier: Injection: Detector: 30 m X 250 mm id, 0.25 mm HP-5MS 80 C (2 min) to C/min to C/min to 300 C (2 25 C/min Helium, 23.9 psi, flow 2.2 ml/min 1 ml splitless 330 C, makeup gas: nitrogen, constant column plus makeup flow Sample: EPA Method CLP pesticides (HP p/n ) ppb * 1 * * * * * * 12 * * * ppt * Impurity/interference min

26 50 fg PCBs * * * * * ppt 20 ppb mi n

27 FID Dedektör Hava Giriş FID Detector Assembly Kapiler kolon Sonu (1-2 mm from Top of Jet) H 2 Giriş + Make-Up Jet Kolonun bitiş tarafı

28 CO 2 CHO + H 0 2 CHO + CO 2 H 0 2 H 0 2 H 2 CHO + CHO + CHO + CH 4 H 2 CO 2 H 0 2 FID tahribatlıdır, Alevde oluşturulan Katyonlar sinyal oluşturmak üzere sayılır. Düşük oksidasyon seviyeli karbon içeren maddeler daha yüksek sinyaller oluşturur. Yoğunluk ( Kütle ) hassas dır. H 2 CH 4 H 2 H 2 CH 4 H 2 H 2 H 2 H 2 CH 4 CH 4 CH 4 H 2 H 2 H 2 Kolon Jet

29 FID yanıtı olmayan veya çok az olan maddeler Rare Gasses NH 3 CS 2 Nitrogen Oxides H 2 COS Silicon Halides CO O 2 H 2 O CO 2 N 2 Perhalogenated cpds HCOH HCOOH

30 FID Yanıtı 10 Relative Response (by wt.) H H H H H H H H C OH H C C OH H C C C C OH H H H H H H H Methanol Ethanol Butanol Yanıt karbon-hidrojen bağlarının çokluğuna oranlıdır.

31 Kütle Spektrometresi İyon Kaynagı Kütle Analizör Detektör Quadrupoles Örnek Giriş İyon Oluşturma ve Yönlendirme * Quadrupoles İyon ayırımı ve özgünleştirilmesi İyon deteksiyonu Ve yükseltilmesi Vakum Odacıgı Yüksek Vakum Pompası Vakum Sistemi Mekanik pompa Atmosfer Çıkışı

32 Kuadrupole Kütle Spektrometre ( + ) HIGH PASS FILTER ( - ) LOW PASS FILTER

33 Kütle Spektrum OH CH OH

34 GCMSMS (GC-Kütle-Kütle Spektrometrisi)

35 GC/MS/MS Çarpışma Gazı(N2 ) İyon Kaynağı 1. Kuadropol Çarpışma Hücresi 2. Kuadropol Dedektör

36 MS/MS? Multiple Reaction Monitoring (MRM Modu) EI: many ions from the source EI-MS/MS Product 2 Q1 SIM isolate precursor before CID Product 3 Product 1 CID + Q2 SIM

37 GC-MS den daha seçici EI-SIM EI-MS/MS interference analyte Product 2 unit mass resolution Product 3 Product 1 interference Precursor Ion

38 100 fg HCB GC/MS SIM MS SIM MS/MS MRM GC/MS/MS QQQ MRM EI 100fg HCB in DIRTY Matrix S/N: 116:1 RMS

39 MS/MS: 283.8:213.9 Single MS: SIM SIM - MRM HCB 100 fg HCB Temiz Matriks Dizel içerisinde 300 fg HCB S/N=26:1 RMS S/N=6:1 RMS S/N=37:1 RMS S/N=86:1 RMS

40 SIM (5973) vs MRM : Isodrin 3.2 pg SIM target m/z 193 RMS S/N 27:1 * m/z 193 -> 123 RMS S/N 131:1

41 Numune Örnekleme Teknikleri HEADSPACE ÖRNEKLEME

42 HeadSpace Gaz Kromatoğrafi Cihazında, ürünlerin üzerinde kalan uçucu madde miktarlarının tayini için örnek hazırlama ünitesi olarak HeadSpace cihazı kullanılır. HeadSpace Cihazında; örnek hazırlama aşaması minimumdur veya hiç yoktur, sıvı, katı, çamur, pasta gibi matrixlerde kolayca çalışılabilir, sıvı enjeksyondan çok daha hassastır, solvent piki küçüktür veya hiç yoktur, kolon ömrü uzundur.

43 HeadSpace GCMS

44 HeadSpace Uygulamaları Su, toprak, çamur içerisindeki uçucu maddeler, Aroma, koku analizleri, İlaç üzerindeki kalıntı solvent miktarı, Kanda-biyolojik sıvılarda alkol ve solvent tayini, Polimer içerisinde monomer kalıntısı, Steril malzemelerde etilen oksit miktarı Baskı mürekkeplerinde-ambalaj kağıtlarında Kalıntı solvent miktarı, Trafo yağlarında gaz analizleri (TOGA)

45 Headspace Örnekleme Tekniği Örnek üzerindeki temiz buhar alınarak analiz edilir. Çok çeşitli örnek tipleri analiz edilebilir. Örnek hazırlama minimumdur.

46 Uçucular için Headspace örnekleme Örneği şişeye koy ve ağzını sıkıca kapat Örneği sabit süre ile sabit sıcaklıkta ısıt. GC sistemine tekrarlanabilir miktarda gaz örneği aktar.

47 Headspace Örnekleme metodu Standby He Loop Vent Pressurization He Loop Vent Neophyte

48 Headspace Örnekleme metodu Venting He Loop Vent Injection He Loop Vent Neophyte

49 Headspace çok hassas olabilir! 1-3 ul 1-3 ml eğer Cgas = Cliquid Headspace örnekleme sıvı örneklemeden 500 kat hassas olabilir.

50 Endüstriyel Alkol Analizi , Methanol 2. Ethanol 3. Ether 4. Acetone 5. i-propanol 6. Acetonitrile 7. Methylene chloride 8. t-butanol 9. Hexane 10. Propanol 11. Methylethylketone Ethylacetate 13. Tetrahydrofuran 14. S-Butanol 15. Chloroform 16. Cyclohexane 17. Benzene 18. Heptane 19. Trichloroethylene 20. 1,4-Dioxane 21. Pyridine 22. Toluene min

51 Kanda Alkol pa Chromatogram of 0.1 g/ 100mL Standard Acetaldehyde Acetone n-propanol 2.2 min Methanol Ethanol i-propanol n-butanol min

52 1 Su içerisinde 20 ppb Standard (FID) Methanol 2. 1,1-dichloroethane 3. 2,2-dichloropropane & bromochloromethane 4. 1,1,1-trichloroethane 5. Carbon tetrachloride 6. Dibromomethane 7. Tetrachloroethene

53 Purge & Trap Konsantrator

54 Su, atık su, çamur ve katı maddelerde uçucu organik maddeleri (Volatile Organic Compounds VOC) analiz etmekte kullanılan Purge&Trap cihazı düşük dedeksiyon limitlerinde analizler yapabilmektedir. EPA 8020, 8240, 502.2, 601, 602, 624 ve 525 gibi metotlarla çalışma olanağı sağlar. Sistem parametreleri GC veya GCMSD ile birlikte bilgisayardan kontrol edilebilir. Otomatik olarak ph, köpük kontrolü ve köpük kırma özelliği vardır.

55 VOC ANALİZ SİSTEMİ DETECTOR VENT PURGE GAS GC CARRIER T R A P GC PURGE STATE

56 DRAIN DETECTOR PURGE GAS GC CARRIER T R A P GC DESORPTION & DRAIN

57 TO TRAP PURGE GAS PURGE GAS TO TRAP

58 TRAP Specified in EPA Methods OV1 PURGE FLOW TENAX SILICA GEL CHARCOAL DESORB FLOW VOLATILES & SEMIVOLATILES GASES FREON 12 PURGE FLOW TENAX SILICA GEL CHARCOAL DESORB FLOW PURGE FLOW TENAX SILICA GEL DESORB FLOW PURGE FLOW TENAX DESORB FLOW

59 VOC Analiz Teknikleri Karşılaştırma Direk Enjeksiyon Yüksek ppb Yüksek ppm Statik HS 20 ppb düşük ppm Purge and Trap 10 ppt 200 ppb

60 Purge and Trap Uygulamaları İçme Suyu Düşük VOC seviyeli atık su Düşük VOC seviyeli toprak veya çamur

61 GAZ KROMATOGRAFİ SU ANALİZ PARAMETRELERİ Pestisitler Fosforlu NPD Dedektör veya GCMS Klorlu EPA 8081A ECD Dedektör PCB TS2627-ISO6468 ECD Dedektör PAH ve Benzo (a) Piren VOC Mineral Yağ ve Türevleri Benzen, 1,2 Diklorethan Epikloridin Tetrakloreten Trikloreten Trihalometanlar Vinil Klorür EPA 8270D EPA EPA 8260 ISO GCMS Purge and Trap GCMS GC-FID

62 AGıLENT GCMSMS KLORLU PESTİSİTLER

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79 Sorularınız? Teşekkürler