ALKOHOLIT SEKAISIN KOHDERYHMÄ: Työ soveltuu lukion kursseille KE1, KE2 ja KE4. KESTO: Työ kestää n.1h MOTIVAATIO: Työ on havainnollinen ja herättää pohtimaan kaasujen kemiaa. TAVOITE: Työssä opiskelija tutustuu kaasukromatografiaan erotusmenetelmänä. Teoriassa poolisuus ja poolittomuus tulevat hyvin esille ja saavat konkreettisen sovelluskohteen. VINKKEJÄ: Työn voi tehdä joko demomaisesti tai antaa opiskelijoiden tehdä se pienissä ryhmissä. Opiskelijoiden kanssa voi myös miettiä, kuinka monella mittauksella työn saa suoritettua. AVAINSANAT: Kromatografia Erotusmenetelmät Analyysi Poolisuus Kaasut Orgaaninen kemia
TAUSTAA Kaasukromatografia 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. Kaasukromatografiajosta saadaan lopputuotteena kromatogrammi. Kaasukromatografi 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.) Työstä löytyy esittelykalvot osoitteesta: http://prezi.com/8s0rb-_8zp_q/gadolin-kaasukromatografia-esitys/
REAGENSSIT TYÖVAIHEET etanoli 1-propanoli 1-pentanoli asetonia laitteen puhdistukseen TYÖTURVALLISUUS JA JÄTTEI- DEN KÄSITTELY Laboratoriotakki, -lasit ja hansikkaat. Työssä käytettävät reagenssit ovat haihtuvia ja herkästi syttyviä, joten niitä täytyy käsitellä vetokaapissa. Pentanoli ärsyttää ihoa. Huuhtele roiskeet vedellä. Tarvittaessa lääkäriin. Työhön valmistautuminen Tehtäväsi on selvittää etanolin, propanolin ja pentanolin eluutiojärjestys (= missä järjestyksessä kaasut kulkevat kromatografin läpi). Suunnittele ajojärjestely, jolla saat selvitettyä alkoholien eluutiojärjestyksen. Esitä tämä ohjaajalle, luvan saatuasi toteuta se. Tee tuloksesta hypoteesi. Mikä on alkoholien eluutiojärjestys? Eluutiojärjestys etanoli, 1-propanoli ja 1-pentanoli Miksi järjestys on mahdollisesti kyseinen? Mitkä asiat vaikuttavat eluutiojärjestykseen? molekyylin koko, muoto ja funktionaaliset ryhmät Kaasukromatografin 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 Collect. e. Aseta lämpötila-painearvot seuraavan kaavion mukaisiksi:
Aloituslämpötila Pitoaika Nousunopeus Loppulämpötila Pitoaika Kokonaiskesto Paine 35 C 2 min 10 C 75 C 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. 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. RUISKU ON ERITTÄIN HAURAS! Ole varovainen sitä käsitellessä. Älä koskaan vedä ruiskua taakse enempää kuin puolet sen tilavuudesta!
b. Aseta neula hyvin varovasti, kahdella kädellä, kuten viereinen kuva osoittaa. c. 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 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 Collect. 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. Esimerkiksi etanolin valmistuksen yhteydessä, alkoholien puhtauksien määrityksessä jne. Kromatografin puhdistus: Aja 0,4 µl asetonia 15 minuuttia, 120 C ja 20kPa paineessa. Yksinkertaistettu kuva kaasukromatografin toiminnasta.