ALKOHOLIEN TUNNISTUS KAASUKROMATOGRAFIAN AVULLA Kohderyhmä: Työ on suunniteltu lukiolaisille sekä ammattikoululaisille ja sopii hyvin erotus- ja tunnistusmenetelmien opetuksen yhteyteen. Työn teoriassa poolisuus ja poolittomuus tulevat hyvin esiin ja työ luo asian oppimiselle merkityksen. Aika: n. 1-1½h teorian kanssa. Teoria sijoittuu luontevasti työn odotusvaiheisiin. Motivaatio: Työ on erittäin havainnollinen ja herättää pohtimaan kaasujen kemiaa. 1
Johdanto a on menetelmä, jolla voidaan tutkia haihtuvia, orgaanisia yhdisteitä. Näyte syötetään tavallisesti ruiskulla injektoriin, jossa se höyrystyy ja sekoittuu inerttiin kantajakaasuun, joka virtaa kolonnin läpi. Erot näyteseoksen komponenttien höyrynpaineissa ja liukoisuuksissa stationäärifaasiin (pysyväfaasi) saavat aikaan niiden erottumisen kolonnissa, kun ne kulkevat kolonnin läpi injektorilta detektorille. Detektori ilmaisee kaasun eri komponentit, kun ne saapuvat vuorollaan sille. ajosta saadaan lopputuotteena kromatogrammi. on herkkä ja helppokäyttöinen laite, ja soveltuu sekä kvalitatiiviseen että kvantitatiiviseen analytiikkaan. Kolonnissa kaasuseoksen komponentit liikkuvat erilaisilla nopeuksilla riippuen niiden haihtuvuudesta ja vuorovaikutuksista kolonnin sisäpinnalla olevan stationäärifaasikerroksen kanssa.. Yhdisteiden tunnistaminen perustuu retentioaikaan, joka on kullekin yhdisteelle ominainen aika. (Retentioaika = Se aika, joka kuluu yhdisteen kulkeutumiseen kromatografisen systeemin läpi.) Reagenssit o metanoli o 1-propanoli o 1-butanoli o asetonia laitteen puhdistukseen TYÖTURVALLISUUS: Ennen kuin alat työskentelemään muista, että sinulla on päälläsi: työtakki, suojalasit ja suojahanskat. Pitkät hiukset on suositeltavaa laittaa kiinni. Työssä käytettävät reagenssit ovat haihtuvia ja herkästi syttyviä, joten niitä täytyy käsitellä vetokaapissa. Varmista, että vetokaappi on päällä (ilmastointi toimii sekä valot mielellään päältä)! Pyri työskentelemään lasi mahdollisimman alhaalla, kuitenkin siten, että et joudu turhaan kyykistelemään. Pyri työskentelemään rauhallisesti, ilman kiirettä. Mikäli sinulle sattuisi jokin onnettomuus, jotain kaatuisi vetokaappiin tai päällesi, pysy rauhallisena ja pyydä opettajaa paikalle. 2
Työhön valmistautuminen Työvaiheet Tehtäväsi on selvittää metanolin, propanolin ja butanolin eluutiojärjestys (= missä järjestyksessä kaasut kulkevat kromatografin läpi). Suunnittele ajojärjestely, jolla saat selvitettyä alkoholien eluutiojärjestyksen. Esitä tämä ohjaajalle, luvan saatuasi toteuta se. Tee tuloksesta hypoteesi. (Vastaus: Eluutiojärjestys metanoli, 1-propanoli ja 1-butanoli) Pohdi! Miksi järjestys on mahdollisesti kyseinen? Mitkä asiat vaikuttavat eluutiojärjestykseen? (Vastaus: molekyylin koko, muoto ja funktionaaliset ryhmät) n käyttö: 1. Varmista, että kaikki tarvittavat reagenssit ovat saatavilla. 2. Valmistele kaasukromatografi. a. Laita virta päälle. b. Kiinnitä USB-kaapeli kromatografin ja tietokoneen välille. c. Valitse File-valikosta New. d. Paina ollect. e. Aseta lämpötila-painearvot seuraavan kaavion mukaisiksi: Aloituslämpötila 35 Pitoaika Nousunopeus Loppulämpötila Pitoaika Kokonaiskesto Paine 2 min 10 75 6 min /min 12,0 min 6,0 kpa f. Valitse Done. Kestää hetken ennen kuin kromatografi on valmis. Voitkin tehdä osiot 3-5 sillä aikaa. 3
3. Puhdista ja huuhtele ruisku asetonilla. Tee seuraavat vaiheet: a. Tyhjennä ruisku. b. Upota ruiskun neula asetoniin. c. Täytä ruiskua määrä ruiskusta. d. Tyhjennä ruisku. 1 täyteen, lue asetonin 3 e. Toista vaiheet a-d kahteen kertaan, tai kunnes käyttö on sujuvaa. 4. Tee tämä (kohta 3) uudestaan yhdisteelle, jota haluat tutkia. 5. Täytä ruiskua noin 0,2 µl. Kuivaa tämän jälkeen neula paperilla. 6. Työskentele pareittain, toinen parista käyttää ruiskua, toinen käyttää tietokonetta. a. Kun kromatografi on valmis, voit asettaa neulan näytereikään. Aseta neula hyvin varovasti, kahdella kädellä, kuten viereinen kuva osoittaa. b. Paina mäntä tyhjäksi samanaikaisesti, kun aloitat tietokoneella näytteen keräämisen. Ota neula pois reiästä heti tämän jälkeen. 7. Tee kohta 3 uusiksi asetonille puhdistaaksesi ruiskun. Ruisku on puhdas, kun mäntä liikkuu jouhevasti. Ajoliuokset ovat höyrystyviä kemikaaleja, jotka ovat vaaraksi hengitysteille, jonka vuoksi käytämme työskentelyssä vetokaappeja. Varmista, että vetokaappi on päällä ja pyri työskentelemään lasi mahdollisimman alhaalla. Kuvan lähde Vernier.com RUISKU ON ERITTÄIN HAURAS! Ole varovainen sitä käsitellessä. Älä koskaan vedä ruiskua taakse enempää kuin puolet sen tilavuudesta! 4
8. Analysoi kromatogrammi. a. Valitse Peak integration analysointimenusta. b. Maalaa ensin vasemman puoleisin piikki ja valitse lisää. c. Kirjaa ylös retentioaika alla olevaan taulukkoon. (retentioaika = Se aika, joka kuluu yhdisteen kulkeutumiseen kromatografisen systeemin läpi.) d. Voit kirjata yhdisteen nimen, jos tiedät sen. e. Jos haluat analysoida toisen piikin samasta kaaviosta, niin toista vaiheet b-d. f. Kun analysointi on valmis, niin paina OK. 9. Tee sama seuraavalle näytteelle a. Paina ollect. Jos arvot lämpötila-paine taulukossa ovat sopivat, niin paina Done. Odota, että kromatografi valmistelee seuraavan ajon. b. Toista vaiheet 4-8 yhdisteelle. 10. Tee kohta 9 kaikille muille näytteille. 11. Kun ajot ovat valmiina, tulkitse tulokset. Vastasiko tulos hypoteesiasi? Miksi? Kerro esimerkki, miten voisit hyötyä keinosta tunnistaa alkoholeja alkoholiseoksesta. (Vastaus: Etanolin valmistuksen yhteydessä, alkoholien puhtauksien määrityksessä jne.) Kromatografin puhdistus: Aja 0,4 µl asetonia 15 minuuttia, 120 ja 20kPa paineessa. 5