*Discussion forum*
|
Magisterské štúdium
N-CHAL-018 Elektroseparačné metódy
Prednášajúci a vedúci predmetu:
Prof. RNDr. Dušan Kaniansky, Dr.Sc., e-mail: kaniansky@fns.uniba.sk
Anotácia predmetu
Sylabus prednášok
Sylabus simulačných úloh
Sylabus experimentálnych cvičení
Harmonogram výučby
Podmienky pre absolvovanie
Literatúra
Experimentálne cvičenia + návody
Anotácia predmetu
Predmet je zameraný na základné poznatky z elektromigračných a elektrochromatografických separácií s ťažiskom na unifikovaný výklad vychádzajúci z racionálnej klasifikácie elektroseparačných techník. Podáva výklad elektroforetickej koncepcie pohyblivosti iónogenných látok, disperzných efektov uplatňujúcich sa v elektroforetických separáciách, základnú fyzikálno-chemickú charakterizáciu jednotlivých elektroforetických techník a ich analytickú implementáciu.
Simulácie elektroforetických separácií na PC slúžia na overenie základných teoretických znalostí a sú úvodom do experimentálných cvičení. Experimentálne cvičenia využívajú elektroforetické separačné techniky v kapilárach a na čipoch a fyzikálne metódy detekcie, pričom sú zamerané na separáciu modelových aj praktických vzoriek. Výučba končí vyhodnotením protokolov zo simulácií a experimentálnych cvičení a obhajobou seminárnych prác, ktoré predchádzajú písomnému testu alebo ústnej skúške.
Sylabus prednášok
- Úvod do elektroforetických separácií
História elektroforetických separácií a ich väzba na riešenie analytických a preparatívnych separačných problémov.
- Elektroforetická koncepcia pohyblivosti iónov
Ohmov zákon, merná vodivosť roztokov elektrolytov a pohyblivosť iónov; Prenos hmoty a náboja spojený s prechodom elektrického prúdu v roztokoch; Zmesi elektrolytov; Molárna vodivosť roztokov elektrolytov; Prevodové čísla iónov; Absolútna pohyblivosť iónov; Stokesov zákon a absolútna pohyblivosť iónov; Absolútna pohyblivosť iónov ako funkcia ich hmotnosti a náboja; Vzťah medzi pohyblivosťou iónov a difúznym koeficientom; Aktuálna pohyblivosť iónov; Elektroforetická a relaxačná retardácia iónov; Efektívna pohyblivosť iónov; Acidobázické rovnováhy a pohyblivosť iónogenných látok; Komplexné rovnováhy kov - ligand a efektívna pohyblivosť iónov kovov; Tvorba iónových párov a efektívna pohyblivosť; Tvorba inklúznych komplexov a efektívna pohyblivosť; Efektívna pohyblivosť elektroneutrálnych látok v micelárnom prostredí.
- Klasifikácia elektromigračných separačných techník
Klasifikačné kritéria a klasifikácia elektroforetických techník; Klasifikácia podľa počiatočných a okrajových podmienok; Zovšeobecnená schéma separačných systémov v elektroforéze; Úloha roztokov elektrolytov vyplňujúcich elektroforetický separačný systém; Technika pohyblivého rozhrania a jej základná charakterizácia; Izotachoforéza; Ustálený stav v izotachoforéze a jeho dôsledky na analytické vyhodnotenie separácie; Kohlrauschova regulačná funkcia a koncentračná adaptácia separovaných látok v izotachoforéze; Difúzia a zaostrujúci efekt elektrického poľa v izotachoforéze; Izotachoforetická migrácia látok v hraničných vrstvách medzi zónami; Zónová elektroforéza a jej základná charakterizácia; Difúzia a zónovo-elektroforetická separácia; Zónová elektroforéza v géloch; Izoelektrická fokusácia a jej základná charakterizácia; Izoelektrický a izoprotický bod; Vytváranie pH gradientu v elektroforetickom separačnom systéme; Stabilizácia fokusovaných zón v izoelektrickej fokusácii; Mobilizácia fokusovaných zón v izoelektrickej fokusácii; Analógie medzi elektroforetickými a chromatografickými separačnými technikami; Ustálený stav v elektroforetických separáciách.
- Zónová elektroforéza a disperzné efekty
Hydrodynamické koncepcie separačných systémov v ZE; Hydrodynamicky otvorené a zatvorené separačné systémy; Mimokolónové disperzné efekty ; Injekčná disperzia; Disperzné efekty detekčného systému; Disperzné efekty vznikajúce a uplatňujúce sa počas elektroforetickej separácie; Difúzna disperzia; Tepelná disperzia; Elektroosmotická disperzia; Elektromigračná disperzia; Hydrodynamická disperzia; Adsorpčná disperzia; Implementácia separačných mechanizmov v ZE; Kvalitatívna a kvantitatívna analýza v ZE; Separačná kapacita v ZE.
- Micelárna elektrokinetická chromatografia (MEKC) - zónová elektroforéza v micelárnom prostredí
Tvorba miciel vo vodných roztokoch; Kraftova teplota a tvorba miciel; Základné aspekty MEKC; Kapacitný faktor; Efektívne pohyblivosti látok v micelárnom prostredí; Faktory ovplyvňujúce reprodukovateľnosť MEKC separácií; Rozlíšenie látok v MEKC ; Ovplyvňovanie selektivity v MEKC; Výber surfaktantu a modifikácia miciel; Implementácia ďalších distribučných procesov ovplyvňujúcich separačný mechanizmus; MEKC bez elektroosmotického toku.
- Elektroforetické separácie v roztokoch polymérov a v géloch
Interakcie separovaných látok s vodorozpustnými polymérmi a ich dopad na elektroforetické separácie; Základné aspekty elektroforetických separácií látok v géloch; Sieťový efekt gélov a ich dopad na elektroforetické separácie; Separácie vysokomolekulárnych látok.
- Izotachoforéza
Separačný proces v ITP a ustálený stav; Implementácia separačných mechanizmov v ITP; Charakterizácia zón za ITP ustáleného stavu; Migrácia látok v hraničných vrstvách medzi vlastnými ITP zónami; Migračné anomálie a migračné poradie látok v ITP; Zmesné zóny v ITP; Separačná kapacita v ITP; Kvalitatívna a kvantitatívna analýza v ITP; Použitie spacerov v ITP a ich úloha.
- Prístrojová technika pre kapilárnu elektroforézu
Dôvody na vykonávanie elektroforetických separácií v kapilárach; Základné koncepcie separačných systémov pre kapilárnu elektroforézu; Elektroosmotický transport roztoku v kapilárnej elektroforéze; Požiadavky na vlastnosti kapilár; Techniky dávkovania vzoriek; Základné princípy detekčných techník v kapilárnej elektroforéze; Kolónová a pokolónová detekcia; Rozdiely v detekcii v ITP a CZE; Pokročilé techniky kapilárnej elektroforézy; Technika spájania kolón v kapilárnej elektroforéze; Preparatívne techniky kapilárnej elektroforézy.
- Chirálne separácie v kapilárnej elektroforéze.
Úvod do chirálnej analýzy; Chiralita a separácia optických izomérov; Priame a nepriame metódy separácie optických izomérov; Chirálne selektory v kapilárnej elektroforéze; CZE separácia enantiomérov; MEKC separácia enantiomérov; ITP separácia enantiomérov.
Sylabus simulačných úloh
- Kapilárna zónová elektroforéza
Možnosti programu HPCESIM na simuláciu elektroforetických separácií v kapilárach technikou kapilárnej zónovej elektroforézy. Základná filozofia a štruktúra programu HPCESIM. Ako pracuje program HPCESIM. Obmedzenia programu HPCESIM. Práca s programom HPCESIM. Položky menu v programe HPCESIM. Užitočné klávesové skratky v programe HPCESIM. Ako spustiť simuláciu. Prezeranie si údajov, ktoré poskytuje program HPCESIM buď vo forme vstupných alebo výstupných údajov. Práca so súbormi. Tlačenie výsledkov simulácií.
Úlohy na simulácie:
Prístrojové parametre; Otvorený a uzatvorený separačný systém; Zéta potenciál a jeho vplyv na kvalitu separácie v otvorenom resp. v uzatvorenom separačnom systéme; Možnosti súčasného delenia katiónov a aniónov v jednom separačnom kroku; Materiál kapiláry; Vnútorný a vonkajší priemer kapiláry a ich vplyv na kvalitu delenia analytov; Dĺžka kapiláry k detektoru a celková dĺžka kapiláry a ich dôsledky; Teplota v separačnom priestore a jej vplyv na parametre separácie a na delenie analytov; Dávkovanie vzorky v CZE; Rôzne možnosti dávkovania v CZE a ich dôsledky na kvalitu delenia analytov; Konštrukcia kalibračného grafu v CZE; Obmedzenia a ich dôsledky; Vzorka a jej zloženie; Vplyv zloženia vzorky na kvalitu separácie v CZE; Prítomnosť makrokomponenty vo vzorke; Dôsledky na kvalitatívnu analýzu v CZE - posun migračných časov analytov a na kvantitatívnu analýzu - vydeľovanie mikrozložiek z makrozložky; Parametre nosného elektrolytu; pH nosného elektrolytu a dôsledky na kvalitu delenia; Iónová sila a jej vplyv na parametre separácie; Zloženie nosného elektrolytu - požiadavky na výber aniónu a katiónu nosného elektrolytu; Detekčný systém; Rozličné spôsoby detekcie v CZE a ich dôsledky; Vplyv štrbiny detektora na detekciu a na detekčný limit analytov; Časová konštanta detektora a dôležitosť jej správneho výberu; Šum detektora jeho vplyv na detegovateľnosť analytov - možnosti jeho potlačenia a z toho vyplývajúce dôsledky.
- Micelárna elektrokinetická chromatografia
Možnosti programu MEKC na simuláciu elektroforetických separácií v kapilárach technikou micelárnej elektrokinetickej chromatografie. Základná filozofia a štruktúra programu MEKC. Ako pracuje program MEKC. Obmedzenia programu MEKC. Práca s programom MEKC. Položky menu v programe MEKC. Užitočné klávesové skratky v programe MEKC. Ako spustiť simuláciu. Prezeranie si údajov, ktoré poskytuje program MEKC buď vo forme vstupných alebo výstupných údajov. Práca so súbormi. Tlačenie výsledkov simulácií.
Úlohy na simulácie:
Prístrojové parametre; Otvorený a uzatvorený separačný systém; Zéta potenciál a jeho vplyv na kvalitu separácie v otvorenom resp. v uzatvorenom separačnom systéme; Materiál kapiláry; Vnútorný a vonkajší priemer kapiláry a ich vplyv na kvalitu delenia analytov; Dĺžka kapiláry k detektoru a celková dĺžka kapiláry a ich dôsledky; Teplota v separačnom priestore a jej vplyv na parametre separácie a na delenie analytov; Dávkovanie vzorky v MEKC; Rôzne možnosti dávkovania v MEKC a ich dôsledky na kvalitu delenia analytov; Konštrukcia kalibračného grafu v MEKC; Obmedzenia a ich dôsledky; Parametre nosného elektrolytu; pH nosného elektrolytu a dôsledky na selektivitu delenia; Iónová sila a jej vplyv na parametre separácie; Zloženie nosného elektrolytu; Výber vhodného surfaktantu; Vplyv rôznej koncentrácie surfaktantu na selektivitu delenia analytov; Požiadavky na výber aniónu a katiónu nosného elektrolytu; Detekčný systém; Rozličné spôsoby detekcie v MEKC a ich dôsledky; Vplyv štrbiny detektora na detekciu a na detekčný limit analytov; Časová konštanta detektora a dôležitosť jej správneho výberu; Šum detektora jeho vplyv na detegovateľnosť analytov - možnosti jeho potlačenia a z toho vyplývajúce dôsledky.
- Kapilárna izotachoforéza
Možnosti programu ORDER na simuláciu elektroforetických separácií v kapilárach technikou kapilárnej zónovej elektroforézy. Základná filozofia a štruktúra programu ORDER. Ako pracuje program ORDER. Obmedzenia programu ORDER. Práca s programom ORDER. Položky menu v programe ORDER. Ako spustiť simuláciu. Prezeranie si údajov, ktoré poskytuje program ORDER buď vo forme vstupných alebo výstupných údajov. Práca so súbormi. Tlačenie výsledkov simulácií.
Úlohy na simulácie:
Vzorka a jej zloženie; Parametre vodiaceho a zakončujúceho elektrolytu; pH vodiaceho elektrolytu a dôsledky na kvalitu delenia; Závislosť efektívnej pohyblivosti analytov od pH; Výber vhodného pH vodiaceho elektrolytu; Iónová sila a jej vplyv na parametre separácie; Zloženie vodiaceho elektrolytu - požiadavky na výber aniónu a katiónu vodiaceho elektrolytu; Zloženie zakončujúceho elektrolytu - požiadavky na výber aniónu a katiónu zakončujúceho elektrolytu; Výber vhodného štandardu na počítanie RSH hodnôt.
- Chirálne separácie v kapilárnej zónovej elektroforéze
Možnosti programu HPCESIM na simuláciu chirálnych elektroforetických separácií v kapilárach technikou kapilárnej zónovej elektroforézy. Základná filozofia a štruktúra programu HPCESIM pre chirálne separácie. Model chirálnych separácií použitý v programe HPCESIM. Ako pracuje program HPCESIM. Obmedzenia programu HPCESIM. Práca s programom HPCESIM. Položky menu v programe HPCESIM. Užitočné klávesové skratky v programe HPCESIM. Ako spustiť simuláciu. Prezeranie si údajov, ktoré poskytuje program HPCESIM buď vo forme vstupných alebo výstupných údajov. Práca so súbormi. Tlačenie výsledkov simulácií.
Úlohy na simulácie:
Prístrojové parametre; Otvorený a uzatvorený separačný systém; Zéta potenciál a jeho vplyv na kvalitu separácie v otvorenom resp. v uzatvorenom separačnom systéme; Možnosti súčasného delenia katiónov a aniónov v jednom separačnom kroku; Materiál kapiláry; Vnútorný a vonkajší priemer kapiláry a ich vplyv na kvalitu delenia analytov; Dĺžka kapiláry k detektoru a celková dĺžka kapiláry a ich dôsledky; Teplota v separačnom priestore a jej vplyv na parametre separácie a na delenie analytov; Dávkovanie vzorky v CZE; Rôzne možnosti dávkovania v CZE a ich dôsledky na kvalitu delenia analytov; Konštrukcia kalibračného grafu v CZE; Obmedzenia a ich dôsledky; Vzorka a jej zloženie; Vplyv zloženia vzorky na kvalitu separácie v CZE; Prítomnosť makrokomponenty vo vzorke; Dôsledky na kvalitatívnu analýzu v CZE - posun migračných časov analytov a na kvantitatívnu analýzu - vydeľovanie mikrozložiek z makrozložky; Parametre nosného elektrolytu; pH nosného elektrolytu a dôsledky na kvalitu delenia; Iónová sila a jej vplyv na parametre separácie; Zloženie nosného elektrolytu - požiadavky na výber aniónu a katiónu nosného elektrolytu; Výber chirálneho selektora; Parametre ovplyvňujúce separáciu enantiomérov; Koncentrácia chirálneho selektora v nosnom elektrolyte a jej dôsledky na kvalitu delenia enantiomérov; Detekčný systém; Rozličné spôsoby detekcie v CZE a ich dôsledky; Vplyv štrbiny detektora na detekciu a na detekčný limit analytov; Časová konštanta detektora a dôležitosť jej správneho výberu; Šum detektora jeho vplyv na detegovateľnosť analytov - možnosti jeho potlačenia a z toho vyplývajúce dôsledky.
Sylabus experimentálnych cvičení
- Základná obsluha elektroforetického analyzátora so separačnou jednotkou s dvomi separačnými kolónami/kanálikmi v usporiadaní "column-coupling"
Obsluha konvenčného a čipového elektroforetického analyzátora . Súčasná izotachoforetická analýza makro a mikrozložiek vo vzorke a selektívny výber analytu zo zmesi látok pre separáciu v druhom separačnom stupni.
- Selektívna detekcia v ITP
Kvalitatívna a kvantitatívna izotachoforetická analýza. Zostrojenie kalibračných závislostí pre selektívny detektor v ITP. Analýza potravinárskych vzoriek.
- Kapilárna zónová elektroforéza v analýze anorganických iónov
Univerzálna detekcia a možnosti využitia kontaktnej a bezkontaktnej vodivostnej detekcie v CZE. Zostrojenie kalibračných závislostí. Analýza pitnej vody v kapilárach a na čipe.
- Kapilárna zónová elektroforéza v analýze aditív do potravín
Selektívna detekcia v CZE. Zostrojenie kalibračných závislostí pre selektívny detektor v CZE. Analýza potravinárskych vzoriek v kapilárach a na čipe.
- Kapilárna zónová elektroforéza v analýze enantiomérov
Ovplyvňovanie selektivity delenia enantiomérov v CZE. Aditíva a ich vplyv na delenie. Možnosti optimalizácie separácií enantiomérov v CZE. Analýza farmaceutických vzoriek v kapilárach a na čipe.
Harmonogram výučby
Bloková výučba (prednášky, semináre, experimentálne cvičenia) v celkovom rozsahu 91 hodín.
Termín bloku je určený v koordinácii s blokmi zameranými na výučbu chromatografických metód pred začiatkom semestra.
Podmienky pre absolvovanie
Absolvovanie experimentálnych cvičení, odovzdanie vypracovaných protokolov
Obhajoba písomnej seminárnej práce
Písomný test a/alebo ústna skúška
Literatúra
Vybrané kapitoly z monografií, doporučené prehľadné články, študijné a pracovné materiály vypracované učiteľmi predmetu.
|