A mérések pontossága

2.5.1. Enantioszelektív hidrogénezés

Az enantioszelektív hidrogénezés vizsgálata során minden mérést kétszer végeztem el. Kísérleti eredményként a két mérés számtani átlagát fogadtam el. A mérések ismétlése során a mért értékek szórása igen alacsonynak bizonyult, ami elsősorban a bemérések hibájából, illetve egyéb tényezőkből fakadt (pl. a reakcióelegy hőmérséklete 1-2 °C-kal eltért vagy a kezdeti hidrogén nyomás néhány %-kal magasabb/alacsonyabb volt stb.). Az eredmények nagyobb szórását (< 4,1%) a katalizátor recirkulációja során tapasztaltam, ahol az (R+S) hozam már 100% alatt maradt, így a csúcsok méretének csökkenésével arányosan nőtt a mérési hiba is.

Amennyiben a katalizátort csak egy ciklusban alkalmaztam az eredmények szórása minden esetben 1,6% alatt volt.

2.5.2. Etil-acetát enzimes előállítása szakaszos rendszerben

Tekintettel arra, hogy az etil-acetát megoszlása az ionos folyadék és a hexán között különböző típusú ionos folyadékok alkalmazásánál különböző lehet, mindegyik alkalmazott ionos folyadék esetében kimértem az extrahálás etil-acetátra vonatkozó hatásfokát, valamint hibáját. A hatásfok számításához először etil-acetát valamint etanol bemérésével modelloldatokat készítettem n-hexánban. A modelloldatokból három párhuzamos analízist végeztem a GC-n, majd a kapott impulzusszámokat átlagoltam és a hozam függvényében ábrázoltam (hibasávokkal együtt), és a kapott pontokra origóból kiinduló egyenest illesztettem. A szórással a GC elemzés hibájára következtettem. Ezután ionos folyadék oldószerben, analitikai mérlegen történő beméréssel többféle etil-acetát-tartalmú modellelegyet készítettem, minden ionos folyadék esetén külön-külön. Ezeket a modellelegyeket a minták elemzésével megegyező módon extraháltam (úgy, hogy három párhuzamos extrakciót végeztem minden oldatból), majd a GC analízis során kapott értékek átlagát és szórását határoztam meg, amiből az extrakció és a GC analízis együttes hibájára következtettem.

A kapott átlagértékeket a hibasávokkal együtt a koncentráció függvényében ábrázoltam,

és ezekre is egy origóból induló egyenest illesztettem. A hatásfokot a két egyenes meredekségének aránya alapján számítottam ki.

Az egyik ilyen mérés (melyben az extrakció [bmim]PF₆ ionos folyadékból történik) során kapott diagram a 4.2.1. ábrán látható. A többi ionos folyadék esetén kapott adatok a 2.5.1. táblázatban láthatók.

2.5.1. ábra: Etil-acetát modellelegyek alapján készített GC kalibráló egyenes („elméleti egyenes”) és a [bmim]PF₆ ionos folyadékból kapott extraktumok GC analízise során kapott impulzusszámok alapján illesztett egyenes

A 2.5.1. ábrán látható, hogy a mérési pontokra illesztett egyenes R²>0,999 pontosságú. Ez elfogadható érték. A 2.5.1. táblázatban látható, hogy a módszer és az analitika kellően pontos, mivel

az extrakció hatásfoka az ionos folyadék típusától függően 90,3% és 93,5%

között változott, azaz megfelelő (η > 90%) volt,

A GC analízis során kapott eredmények szórása 2,3% volt, az extrakció és a GC együttes szórása pedig 3,6% és 4,1% között volt.

Mivel a mintaelőkészítés és az analízis szórás értéke minden esetben jóval kisebb, mint 5%, így az enzimes mérések esetén minden elemzés együttes hibájára (mintavétel, mintaelőkészítés, analízis) szintén feltételeztem, hogy értéke 5%-nál kisebb. A mérés hibája megfelelő az enzimes reakciók nyomon követésére, ezért az enzimes kísérletek során elegendőnek tartottam a kísérlet egyszeri végrehajtását.

2.5.1. táblázat: Az etil-acetát hexános extrakciójának hatásfoka, valamint az analízis során kapott eredmények szórása a mintaelőkészítés reprodukálása után (3 reprodukció, 3 párhuzamos GC analízis minden esetben)

Ionos folyadék

Az etil-acetát extrakciós hatásfoka hexánnal (%)

Szórás (%)

[bmim]BF4 92,1 3,8

[bmim]PF6 90,7 3,9

[bmim]MeSO4 92,7 4,1

[emim]ToS 90,3 4,0

[bpy]BF₄ 90,4 3,8

[bmpyr]Tf2N 91,0 3,6

[bmmmN]Tf2N 93,5 4,1

2.5.3. Etil-acetát enzimes előállítása folyamatos rendszerben

A folyamatos rendszer vizsgálatánál az etil-acetát mellett az etanol koncentrációváltozását is nyomon követtem. Az etanolt szintén gázkromatográfiásan elemeztem. A GC analízis kalibrációját, egyúttal a hiba számítását az etil-acetátéhoz hasonlóan végeztem, így csak az eredményeket közlöm:

Extrakció hatásfoka [bmim]PF6 ionos folyadékból: 91,3%

GC analízis szórása < 2,4%

Extrakció + analízis szórása < 4,3%

A folyamatos rendszer vizsgálata során a 4.2. pontban tárgyalt analitikai módszer mellett két titrimetriás módszert is alkalmaztam: a savtartalom meghatározására egy sav-bázis titrálást, a víztartalom analízisére pedig Karl Fischer titrálást.

A kálium hidroxidos titrálás hibáját a következőképpen számítottam ki: három különböző összetételű ionos folyadék/ecetsav modellelegyek kálium-hidroxidos titrálása során a szórás < 1,8%-nak adódott (három különböző ecetsav-koncentrációnál, minden koncentrációnál három párhuzamos mérés esetén). Ennek alapján a sav-bázis titrálást minden mintavétel esetén elegendőnek tartottam egyszer elvégezni.

A Karl-Fischer titrálás hibáját hasonlóképpen, ionos folyadék/víz modellelegyek segítségével határoztam meg. Ennek során három különböző víztartalomnál, minden

elegynél három párhuzamos mérés esetén a hiba <2,5%-nak adódott. Ennek alapján a Karl-Fischer titrálást minden mintavétel esetén elegendőnek tartottam egyszer elvégezni.

2.5.4. 2-klór-propionav enzimes észterezése n-butanollal

A gázkromatográfiás mérések kalibrációját hasonlóan végeztem, mint az etil-acetát elemzése során (4.2. pont). A beméréssel készített modellelegyek analízisénél megállapítottam a GC analízis szórását, ami 2,6% volt. Az észter extrakcióját minden ionos folyadékban vizsgáltam, amiben később reakciót játszattam le; a tapasztalt extrakciós hatásfokokat, illetve a mérések szórásaiból számított hibahatárokat a 2.5.2.

táblázat mutatja.

2.5.2. táblázat: Az (R,S)-BUKP hexános extrakciójának hatásfoka, valamint az analízis során kapott eredmények szórása

Ionos folyadék

A (R,S)-BuKP extrakciós hatásfoka heptánnal (%)

Szórás (%)

[bmim]BF4 95,3 3,7

[bmim]PF6 94,7 3,9

[nmim]PF₆ 94,9 3,6

Az enantioszelektivitás meghatározását a két enantiomerre kapott impulzus összegéből és arányából számítottam ki (ee számítását részletesen a „Definíciók és rövidítések” c. fejezetben írtam le). A modellelegyek extrakciója során nem tapasztaltam szignifikáns különbséget a két enantiomer extrakciója között.

A folyamatos rendszer alkalmazása során nemcsak az észter, hanem a butanol és a 2-klór-propionsav mennyiségét is nyomon követtem. Az egyes komponensek [bmim]PF₆-ból heptánnal történő extrakciója során tapasztalt hatásfokok és mintaelőkészítés és analízis együttes szórása összefoglalóan a 2.5.3. táblázatban láthatók.

2.5.3. táblázat: Különböző komponensek extrakciója során tapasztalt hatásfokok, illetve a mért pontok szórása

Komponens Extrakciós hatásfok [bmim]PF6-ból heptánnal

(%)

GC szórása (%)

Extrakció + analízis szórása (%)

(R,S)-BuKP 94,7 2,6 3,7

Butanol 93,8 2,8 3,9

(R,S)-KPS 92,6 2,5 3,4

A víztartalom nyomon követésére használt Karl Fischer titrálás hibáját az előző pontban írtam le. Mivel a mérések egyesített szórása minden esetben jóval 5% alatt volt, feltételeztem, hogy ez a szórás az enzimes reakcióelegyek analízise esetén is fennállt, ennek alapján elegendőnek tartottam a kísérleteket egyszer elvégezni.