Výběr kapilární GC kolony
Faktory pro výběr kolony pro plynovou chromatografii
Optimalizovaná chromatografická separace začíná u kolony. Výběr správné kapilární kolony pro jakoukoli aplikaci by měl vycházet ze čtyř významných faktorů:
Praktický vliv těchto faktorů na výkonnost kolony je stručně popsán níže, v pořadí podle důležitosti. Všimněte si, že tyto informace jsou obecné. Specifické situace mohou být důvodem k výjimkám z těchto pokynů.
Chemici z technického servisu jsou cenným zdrojem informací, které vám pomohou s výběrem a použitím kapilárních kolon. Obraťte se na Technický servis společnosti Supelco online nebo na čísle 1-800-325-5832.
1. Stationary Phase
Výběr stacionární fáze je nejdůležitějším krokem při výběru kolony, protože určuje selektivitu neboli schopnost kolony oddělovat složky vzorku. Stacionární fáze je film chemicky vázaný na vnitřní stěnu kapilární kolony nebo na ní nanesený a měla by být vybrána na základě prováděné aplikace. Rozdíly v chemických a fyzikálních vlastnostech vstřikovaných organických sloučenin a jejich interakce se stacionární fází jsou základem separačního procesu. Pokud se síla interakcí mezi analytem a fází u dvou sloučenin výrazně liší, jedna z nich je zadržována déle než druhá. To, jak dlouho jsou v koloně zadržovány (retenční čas), je měřítkem těchto interakcí mezi analytem a fází.
Změnou chemických vlastností stacionární fáze se mění její fyzikální vlastnosti. Dvě sloučeniny, které se na určité stacionární fázi koelují (nerozdělují), se mohou oddělit na jiné fázi s jiným chemickým složením, pokud je rozdíl v interakcích mezi analytem a fází významný. To je důvod, proč je k dispozici široká škála fází kapilárních kolon. Každá fáze poskytuje specifickou kombinaci interakcí pro každou chemickou třídu analytů.
- Retenční mechanismy nepolárních kolon jsou primárně disperzní, což znamená, že se řídí Van der Waalsovými silami. Jedná se o mezimolekulární přitažlivosti, které se zvyšují s velikostí sloučeniny. Proto mají větší sloučeniny s vyššími body varu delší retenci. Fáze s fenylovými funkčními skupinami mohou také podléhat mírnému množství π - π interakcí. Eluční pořadí se obecně řídí body varu sloučenin.
- Retenční mechanismy středně polárních kolon a polárních kolon jsou silně disperzní. Je možné také mírné množství vodíkových vazeb a bazických interakcí. Fáze s fenylovými funkčními skupinami mohou také podléhat π - π dipólově-dipólovým a dipólově-indukovaným dipólovým interakcím. Fáze s kyanopropylovými funkčními skupinami mohou rovněž podléhat silným dipólově-dipólovým a středně silným bazickým interakcím. Separace jsou určeny rozdíly v celkovém působení těchto mechanismů.
- Retenční mechanismy vysoce polárních kolon a extrémně polárních kolon jsou silně disperzní, velmi silně dipólově-dipólové a velmi silně dipólově indukované dipólové. Možné jsou také mírně základní interakce. Separace jsou určovány rozdíly v celkovém působení těchto mechanismů.
Uzavedené aplikace
Plynová chromatografie, která byla poprvé zavedena v 50. letech 20. století, je vyspělou analytickou technikou s mnoha zavedenými aplikacemi. Proto je pravděpodobné, že existuje literatura, například písemné metodiky nebo časopisy, kde je uvedeno, které stacionární fáze byly pro danou aplikaci úspěšně použity. Kromě toho výrobci kolon běžně publikují tabulky pro výběr fází, například v našem Průvodci výběrem GC kolon. Takové tabulky jsou vhodně uspořádány podle odvětví, aby se zjednodušil proces výběru správné fáze. Nejprve najděte tabulku, která odpovídá vašemu odvětví nebo oblasti zájmu. Poté v této tabulce vyhledejte aplikaci a určete doporučenou fázi kolony.
Nové aplikace
Pro nové aplikace často neexistuje žádný existující odkaz, který by poskytl vodítko. V těchto případech "vývoje metody" je třeba mít určité znalosti o chemii analyzovaných sloučenin. Výběr fáze je založen na obecném chemickém principu, že "rádo se rozpouští jako rádo." Nepolární kolona je doporučeným výchozím bodem pro analýzy nepolárních sloučenin. Podobně se pro separaci polárních sloučenin obvykle doporučují polární kolony. Tabulka 1 popisuje několik doporučených fází pro každou skupinu polarit sloučenin.
Vázané vs. nevázané fáze
Vázané fáze jsou imobilizovány a/nebo chemicky vázány (zesíťovány) uvnitř trubice, zatímco nevázané fáze jsou pouze naneseny na stěnu. Obecně se dává přednost vázané fázi, protože vykazuje menší únik během používání, lze ji používat při vyšších teplotách a v případě potřeby ji lze oplachovat rozpouštědly, aby se odstranily nahromaděné netěkavé materiály. Pokud není k dispozici vázaná fáze, například u vysoce polárních fází, hledejte stabilizovanou fázi. Tyto fáze nejsou tak trvalé jako vázané fáze (nelze je oplachovat), ale mají větší tepelnou stabilitu než nevázané fáze. Pro některé aplikace je jedinou volbou nevázaná fáze.
2. Vnitřní průměr kolony
Současný rozsah komerčně dostupných vnitřních průměrů kapilárních kolon (I.D.s) umožňuje vyvážit dva faktory: účinnost (počet teoretických destiček) a kapacitu vzorku (množství libovolné jedné složky vzorku, které lze aplikovat na kolonu, aniž by došlo k přetížení požadovaného ostrého píku). Optimalizace jednoho z těchto faktorů vyžaduje obětování druhého. Ideální I.D. pro danou aplikaci závisí na analytických potřebách.
Vliv I.D. kolony na účinnost a kapacitu vzorku je znázorněn v Tabulce 2. Jak je znázorněno, kolony s I.D. 0,25 mm poskytují pro většinu aplikací dostatečné destičky/metr a zároveň umožňují přijatelnou kapacitu vzorku. Vzhledem k tomuto kompromisu mezi účinností a kapacitou vzorku je 0,25 mm nejoblíbenějším I.D. pro kapilární GC kolony. Kolony s menším nebo větším I.D. umožňují uživateli optimalizovat buď účinnost, nebo kapacitu vzorku na základě požadavků jeho aplikace.
Vysoká účinnost
Účinnost se projevuje chromatograficky jako úzké a dobře rozlišené píky. Účinnost kapilární kolony, měřená v destičkách (N) nebo destičkách na metr (N/m), se zvyšuje s klesajícím vnitřním průměrem kolony. To je jeden ze základních principů rychlé GC. Pokud analyzovaný vzorek obsahuje mnoho analytů nebo má analyty, které eluují těsně vedle sebe, měla by být zvolena co nejužší kapilární kolona s I.D., která je prakticky použitelná. Všimněte si, že kolony s velmi úzkým otvorem, jako jsou kolony s vnitřním průměrem 0,10 nebo 0,18 mm, mohou vyžadovat specializované vybavení, například GC s regulátorem tlaku, který umožňuje vyšší tlak v hlavě kolony.
Naše brožura o rychlém GC obsahuje praktické úvahy, teoretickou diskusi, seznam kolon v rozměrech pro rychlé GC, chromatogramy, seznam souvisejících produktů určených k maximalizaci výkonu a seznam literatury pro další čtení.
Kapacita vzorků
Kapacita se zvyšuje s rostoucím průměrem kolony. Kolony se širokým otvorem mohou pojmout větší hmotnost každého analytu ve vzorku než kapilární kolony s úzkým otvorem. Překročení kapacity kolony pro vzorek bude mít za následek zkreslení píků a snížení rozlišení. Pokud tedy analyzované vzorky obsahují sloučeniny ve vysokých koncentracích nebo představují široký rozsah koncentrací, je třeba zvážit použití širokorozchodné kolony. Pokud je vybrána správná I.D., měla by kolona umožnit, aby systém poskytoval dostatečnou citlivost pro vedlejší složky, aniž by byl přetížen hlavními složkami. Analytik se musí rozhodnout, zda ztráta účinnosti vyplývající z použití kolony se širokým otvorem je pro jeho aplikaci problematická. Všimněte si, že povaha složek vzorku a polarita fáze ovlivní kapacitu vzorku. Nepolární fáze mají vyšší kapacitu pro nepolární analyty a polární fáze mají vyšší kapacitu pro polární analyty.
3. V případě, že se jedná o polární fázi, je nutné ji použít pro polární analyty. Tloušťka filmu
Většina kolon o průměru 0,25 mm má tloušťku filmu 0,25 nebo 0,50 µM. V závislosti na aplikaci se může optimální tloušťka filmu lišit.
Zmenšování tloušťky filmu
Výhodou zmenšování tloušťky filmu jsou ostřejší píky (což může zvýšit rozlišení) a menší výtok z kolony. Obě tyto výhody zvyšují odstup signálu od šumu. Kromě toho se zvýší maximální provozní teplota kolony. Nevýhodou je zvýšená interakce analytu se stěnou trubice a snížená kapacita analytu. Snížení tloušťky filmu také umožňuje eluci analytů s kratšími retenčními časy a při nižších teplotách, což může být v závislosti na aplikaci žádoucí nebo nežádoucí. Snižte tloušťku fólie u analytů s vysokými (>300 °C) body varu (jako jsou pesticidy, PCB, FAME, estery ftalátů a další polotěkavé sloučeniny) nebo u stopových analýz.
Zvyšování tloušťky fólie
Výhodou je snížení interakce analytu s trubičkou a zvýšení kapacity vzorku. Nevýhodou je zvětšení šířky píku (což může snížit rozlišovací schopnost), zvýšený výtok z kolony a snížená maximální provozní teplota kolony. Zvětšení tloušťky filmu vede také ke zvýšení retence analytu (může také zvýšit rozlišení, zejména u sloučenin s nízkým k) a zvýšení eluční teploty. V závislosti na aplikaci mohou být tyto poslední účinky buď žádoucí, nebo nežádoucí. Zvětšete tloušťku filmu u analytů s nízkými body varu (jako jsou těkavé organické sloučeniny a plyny). To je nezbytné pro zajištění dostatečné retence a může to eliminovat potřebu subambientních podmínek pece. Tloušťku filmu zvyšte také u vzorků s vyšší koncentrací, abyste minimalizovali riziko přetížení sloučeninou.
Fázový poměr (β)
Vliv tloušťky fázového filmu je vzájemně závislý na I.D. kolony. Fázový poměr, beta (β), vyjadřuje poměr objemu plynu a objemu stacionární fáze v koloně:
| β = poloměr kolony (µM) 2 x tloušťka filmu (µM) |
Na rozdíl od relativních pojmů (" tenký film" a " tlustý film" ) hodnoty β stanovují pro každý sloupec odlišné pořadí. Obecně platí, že sloupce vybírejte podle hodnot β, jak je uvedeno v tabulce 3.
Hodnota beta je také užitečná při změně kombinace I.D. a tloušťky vrstvy kolony pro konkrétní analýzu, protože kolony se stejným poměrem fází budou poskytovat velmi podobné retenční časy a pořadí eluce za stejných analytických podmínek. Příklad je uveden na obrázku 1.
Obrázek 1.Sloupce s podobnými hodnotami β
Jak ovlivňuje délka kolony plynovou chromatografii?
Delší kolony
Delší kolony poskytují větší rozlišení, ale zvyšují protitlak. Je třeba zdůraznit, že zdvojnásobení délky kolony NEZDVOJNÁSOBÍ rozlišení (rozlišení se zvyšuje pouze podle druhé odmocniny délky kolony). Pokud je rozlišení mezi kritickou dvojicí menší než 1, zdvojnásobení délky sloupce jej nepřivede na základní hodnotu (hodnota rozlišení alespoň 1,5). Zvětšení délky sloupce za účelem zvýšení rozlišení by mělo být považováno za poslední možnost. Účinnějším přístupem ke zvýšení rozlišení je zkrácení I.D. kolony
Kratší kolony
Kratší kolony se doporučují v případě, že není vyžadováno velké rozlišení, například pro účely screeningu nebo pro jednoduché vzorky, jejichž složky jsou rozdílné chemické povahy. Pokud se však I.D. kolony sníží spolu s její délkou, lze rozlišení zachovat, nebo v některých případech dokonce zvýšit.
Ochranné kolony a retenční mezery
Časem může dojít ke kontaminaci vstupního konce kapilární GC kolony nahromaděním netěkavého materiálu. Fáze v přední části kolony může být také poškozena neustálou kondenzací a odpařováním rozpouštědla a analytů. Aktivní analyty se nevyhnutelně adsorbují do této kontaminované/poškozené části (analyty se při průchodu vstupním koncem kolony "vlečou"). Může být pozorován špatný tvar píku (chvost píku), ztráta rozlišení a snížená odezva. Když chromatografický systém degraduje na nepřijatelnou úroveň, může být možné obnovit výkonnost odříznutím kontaminovaného/poškozeného úseku od vstupního konce kolony. Při každém oříznutí kolony dojde ke snížení retenčních časů a rozlišení, protože se ztratí teoretické destičky. Nakonec se kolona stane nepoužitelnou.
Použití ochranné kolony/retenční mezery je levnou technikou prodloužení životnosti kapilárních kolon. Ochranná kolona/retenční mezera je krátký (1-5 m) kus nepotažené deaktivované trubičky z taveného oxidu křemičitého, který se umístí do linie mezi vstřikovací port GC a kapilární kolonu. Ochranná kolona/retenční mezera slouží k tomu, aby převzala hlavní tíhu znečištění/poškození od rozpouštědla a vzorku. Tím, že se ochranná kolona/retenční mezera pravidelně připíná, aby se obnovil výkon namísto kapilární kolony, zůstává kapilární kolona nezměněna. Proto není ovlivněna chromatografie (retenční časy a rozlišení). Ochranná kolona/retenční mezera se skládá ze dvou částí: krátké délky trubičky z taveného oxidu křemičitého a konektoru.
Trubička z taveného oxidu křemičitého
Deaktivaci trubičky z taveného oxidu křemičitého přizpůsobte polaritě injekčního rozpouštědla. Ve většině případů se také doporučuje přizpůsobit I.D. kapilární kolony. Tabulka 5 uvádí informace o I.D. a O.D. našich analytických a ochranných kolon. Vyberte si:
- Nepolární deaktivace pro injekční rozpouštědla, jako jsou alkany, disulfid uhlíku a ethery
- Středně polární deaktivace pro injekční rozpouštědla, jako je aceton, methylenchlorid (dichlormethan) a toluen
- Polární deaktivace pro injekční rozpouštědla, jako je acetonitril, methanol a voda
Spojky kapilárních kolon
Tyto spojky se používají k připojení ochranné kolony/retenční mezery k analytické koloně nebo k opravě poškozené kolony. Nabízíme dvě možnosti spojení dvou kusů trubiček z taveného oxidu křemičitého. Tupý konektor je malé nerezové šroubení, které vytváří těsnění s nulovým mrtvým objemem. Konektory GlasSeal nabízejí pohodlí.
Další literatura
Následující seznam literatury o plynové chromatografii napsali odborníci na plynovou chromatografii a výzkumní pracovníci. Nahlédněte do těchto odkazů, abyste se dozvěděli více o mnoha aspektech plynové chromatografie.
Odkazy
Abyste mohli pokračovat ve čtení, přihlaste se nebo vytvořte účet.
Nemáte účet?