Kapilláris GC oszlop kiválasztása
A gázkromatográfiás oszlop kiválasztásának tényezői
Az optimális kromatográfiás elválasztás az oszlop kiválasztásával kezdődik. A megfelelő kapillárisoszlop kiválasztásánál minden alkalmazáshoz négy jelentős tényezőt kell figyelembe venni:
Az alábbiakban röviden, fontossági sorrendben tárgyaljuk ezeknek a tényezőknek az oszlop teljesítményére gyakorolt gyakorlati hatásait. Vegye figyelembe, hogy ezek az információk általánosak. Konkrét helyzetek indokolhatják az ezen irányelvek alóli kivételeket.
A műszaki szolgálat vegyészei értékes segítséget nyújtanak a kapilláris oszlopok kiválasztásához és használatához. Vegye fel a kapcsolatot a Supelco műszaki szolgálatával online vagy az 1-800-325-5832-es telefonszámon.
1. Stationary Phase
Az állófázis kiválasztása az oszlop kiválasztásának legfontosabb lépése, mivel ez határozza meg a szelektivitást, vagyis azt, hogy az oszlop mennyire képes elválasztani a minta komponenseit. Az állófázis a kapilláris oszlop belső falához kémiailag kötött vagy bevont film, amelyet az elvégzendő alkalmazás alapján kell kiválasztani. A befecskendezett szerves vegyületek kémiai és fizikai tulajdonságainak különbségei és az állófázissal való kölcsönhatásaik képezik az elválasztási folyamat alapját. Ha az analit-fázis kölcsönhatások erőssége két vegyület esetében jelentősen különbözik, az egyiket tovább tartják vissza, mint a másikat. Az, hogy mennyi ideig tartják vissza őket az oszlopon (retenciós idő), ezeknek az analit-fázis kölcsönhatásoknak a mérőszáma.
Az állófázis kémiai tulajdonságainak megváltoztatása megváltoztatja annak fizikai tulajdonságait. Két vegyület, amelyek egy adott állófázison együttelutálnak (nem válnak szét), egy másik, más kémiai tulajdonságú fázison szétválhatnak, ha az analit-fázis kölcsönhatások közötti különbség jelentős. Ez az oka annak, hogy a kapilláris oszlopfázisok széles választéka áll rendelkezésre. Mindegyik fázis az egyes kémiai analit-osztályok számára a kölcsönhatások meghatározott kombinációját biztosítja.
- A nem poláris oszlopok visszatartási mechanizmusai elsősorban diszperzívek, azaz a Van der Waals-erők irányítják őket. Ezek olyan molekulák közötti vonzások, amelyek a vegyület méretével növekednek. Így a nagyobb, magasabb forráspontú vegyületek hosszabb visszatartási idővel rendelkeznek. A fenil funkciós csoportokat tartalmazó fázisok szintén mérsékelt mennyiségű π - π kölcsönhatáson mehetnek keresztül. Az eluálási sorrend általában a vegyületek forráspontját követi.
- A köztes poláros oszlopok és a poláros oszlopok visszatartási mechanizmusai erősen diszperzívek. Mérsékelt mennyiségű hidrogénkötés és bázikus kölcsönhatás is lehetséges. A fenil funkciós csoportokat tartalmazó fázisok π - π dipólus-dipólus, és dipólus-indukált dipólus kölcsönhatásoknak is alávethetők. A cianopropil funkciós csoportokat tartalmazó fázisok szintén erős dipól-dipól és mérsékelt bázikus kölcsönhatásoknak lehetnek kitéve. Az elválasztásokat e mechanizmusok általános hatásainak különbségei határozzák meg.
- A nagymértékben poláros oszlopok és a rendkívül poláros oszlopok visszatartási mechanizmusai erősen diszperzív, nagyon erősen dipól-dipól és nagyon erősen dipól-indukált dipól kölcsönhatások. Mérsékelten bázikus kölcsönhatások is lehetségesek. Az elválasztásokat e mechanizmusok általános hatásainak különbségei határozzák meg.
Megalapozott alkalmazások
A gázkromatográfia, amelyet először az 1950-es években alapítottak, kiforrott analitikai technika, számos megalapozott alkalmazással. Ezért valószínű, hogy létezik olyan irodalom, például írott módszertan vagy folyóiratok, amelyekben szerepel, hogy mely állófázisokat használták sikeresen egy adott alkalmazáshoz. Ezenkívül az oszlopgyártók rendszeresen közzétesznek fázisválasztási táblázatokat, mint például a GC Column Selection Guide (GC oszlopválasztási útmutató). Az ilyen táblázatok iparágak szerint kényelmesen elrendezve egyszerűsítik a megfelelő fázis kiválasztásának folyamatát. Először keresse meg az iparágának vagy érdeklődési területének megfelelő táblázatot. Ezután keresse meg az alkalmazást a táblázaton belül, hogy azonosítsa az ajánlott oszlopfázist.
Új alkalmazások
Az új alkalmazások esetében gyakran nincs meglévő referencia, amely útmutatást adhatna. Ezekben a "módszerfejlesztési" esetekben ismerni kell az elemzendő vegyületek kémiáját. A fázisválasztás azon az általános kémiai elven alapul, hogy "a hasonló oldódik hasonlóan" A nem poláris vegyületek elemzéséhez a nem poláris oszlop az ajánlott kiindulópont. Hasonlóképpen, a poláris oszlopok általában a poláris vegyületek elválasztásához javasoltak. Az 1. táblázat több ajánlott fázist ír le a vegyületek polaritásának egyes csoportjaihoz.
Kötött és nem kötött fázisok
A kötött fázisok immobilizáltak és/vagy kémiailag kötöttek (térhálósítottak) a csőben, míg a nem kötött fázisok egyszerűen a falon vannak bevonva. Általában a kötött fázis előnyösebb, mert használat közben kevésbé vérzik, magasabb hőmérsékleten is használható, és szükség esetén oldószerekkel öblíthető a felhalmozódott nem illékony anyagok eltávolítása érdekében. Ha nem áll rendelkezésre kötött fázis, például az erősen poláros fázisok esetében, stabilizált fázist kell keresni. Ezek a fázisok nem olyan tartósak, mint a kötött fázisok (nem öblíthetőek), de nagyobb hőstabilitással rendelkeznek, mint a nem kötött fázisok. Egyes alkalmazásoknál az egyetlen választás a nem kötött fázis.
2. Az oszlop belső átmérője
A kereskedelemben kapható kapilláris oszlopok belső átmérőinek (I.D.s) lehetővé teszi két tényező kiegyensúlyozását: a hatékonyság (elméleti lemezek száma) és a mintakapacitás (bármelyik mintakomponensnek az oszlopra felvihető mennyisége anélkül, hogy a kívánt éles csúcs túlterhelődne). E tényezők egyikének optimalizálása a másiktól követel áldozatot. Az ideális I.D. egy adott alkalmazáshoz az analitikai igényektől függ.
Az oszlop I.D. hatását a hatékonyságra és a mintakapacitásra a 2. táblázat mutatja be. Amint látható, a 0,25 mm-es I.D. oszlopok a legtöbb alkalmazáshoz megfelelő lemez/méter értéket biztosítanak, miközben elfogadható mintakapacitást tesznek lehetővé. A hatékonyság és a mintakapacitás közötti kompromisszum miatt a 0,25 mm a legnépszerűbb I.D. a kapilláris GC oszlopoknál. A kisebb vagy nagyobb I.D.-vel rendelkező oszlopok lehetővé teszik a felhasználó számára, hogy az alkalmazás követelményei alapján optimalizálja a hatékonyságot vagy a mintakapacitást.
Nagy hatékonyság
A hatékonyság kromatográfiailag keskeny és jól felbontott csúcsok formájában figyelhető meg. A kapilláris oszlop hatásfoka, amelyet lemezekben (N) vagy lemez/méterben (N/m) mérnek, az oszlop I.D.-jének csökkenésével nő. Ez a gyors GC egyik alapelve. Ha az elemzendő minta sok analitot tartalmaz, vagy olyan analitok vannak benne, amelyek szorosan egymás mellett eluálódnak, akkor a lehető legkeskenyebb I.D. kapilláris oszlopot kell kiválasztani. Megjegyzendő, hogy a nagyon keskeny furatú oszlopok, mint például a 0,10 vagy 0,18 mm I.D., speciális felszerelést igényelhetnek, például olyan nyomásszabályozóval ellátott GC-t, amely nagyobb oszlopfejnyomást tesz lehetővé.
A Gyors GC brosúránk gyakorlati megfontolásokat, elméleti tárgyalást, a gyors GC méretekben lévő oszlopok felsorolását, kromatogramokat, a teljesítmény maximalizálására tervezett kapcsolódó termékek felsorolását, valamint további olvasmányként irodalomjegyzéket tartalmaz.
Mintakapacitás
A kapacitás az oszlop I.D. növekedésével nő. A széles furatú oszlopok a mintában lévő egyes analitok nagyobb tömegét képesek befogadni, mint a keskeny furatú kapilláris oszlopok. Az oszlop mintakapacitásának túllépése ferde csúcsokat és csökkent felbontást eredményez. Ezért ha az elemzendő minták nagy koncentrációjú vegyületeket tartalmaznak, vagy koncentrációk széles tartományát képviselik, akkor széles furatú oszlopot kell választani. Ha a megfelelő I.D.-t választjuk, az oszlopnak lehetővé kell tennie, hogy a rendszer elegendő érzékenységet biztosítson a kisebb komponensek számára anélkül, hogy a nagyobb komponensek túlterhelnék. Az elemzőnek kell eldöntenie, hogy a széles furatú oszlop használatából eredő hatékonyságvesztés problémás-e az alkalmazás szempontjából. Vegye figyelembe, hogy a mintakomponensek jellege és a fázis polaritása befolyásolja a mintakapacitást. A nem poláris fázisok nagyobb kapacitással rendelkeznek a nem poláris analitokhoz, a poláris fázisok pedig a poláris analitokhoz.
3. Filmvastagság
A legtöbb 0,25 mm I.D. oszlop 0,25 vagy 0,50 µM filmvastagsággal rendelkezik. Az alkalmazástól függően az optimális filmvastagság eltérő lehet.
Filmvastagság csökkentése
A filmvastagság csökkentésének előnyei az élesebb csúcsok (ami növelheti a felbontást) és a kisebb oszlopvérzés. Mindkét előny növeli a jel-zaj arányt. Emellett az oszlop maximális üzemi hőmérséklete is megnő. A hátrányok a csőfallal való fokozott analit kölcsönhatás és a csökkent analitkapacitás. A filmvastagság csökkentése azt is lehetővé teszi, hogy az analitok rövidebb retenciós idővel és alacsonyabb hőmérsékleten eluálódjanak, ami az alkalmazástól függően kívánatos vagy nem kívánatos lehet. Csökkentse a filmvastagságot a magas (>300 °C) forráspontú analitok (például peszticidek, PCB-k, FAME-k, ftalát-észterek és más félig illékony vegyületek) vagy nyomelemzések esetén.
Növekvő filmvastagság
Az előnyök a csökkentett analit-cső kölcsönhatás és a megnövekedett mintakapacitás. Hátrányai a megnövekedett csúcsszélesség (ami csökkentheti a felbontást), a megnövekedett oszlopvérzés és az oszlop csökkent maximális üzemi hőmérséklete. A filmvastagság növelése az analit visszatartásának növekedéséhez (ami szintén növelheti a felbontást, különösen az alacsony k értékű vegyületek esetében) és az elúciós hőmérséklet növekedéséhez vezet. Az alkalmazástól függően ez utóbbi hatások lehetnek kívánatosak vagy nem kívánatosak. Alacsony forráspontú analitok (például illékony szerves vegyületek és gázok) esetén növelje a filmvastagságot. Ez szükséges a megfelelő visszatartás biztosításához, és kiküszöbölheti a szubambiens sütőfeltételek szükségességét. Növelje a filmvastagságot a magasabb koncentrációjú minták esetében is, hogy minimalizálja a vegyületek túlterhelésének kockázatát.
Fázisarány (β)
A fázisfilm vastagságának hatása kölcsönösen függ az oszlop I.D. értékétől. A fázisarány, béta (β), a gáz térfogatának és az állófázis térfogatának arányát fejezi ki az oszlopban:
| β = oszlop sugara (µM) 2 x filmvastagság (µM) |
A relatív kifejezésekkel (" vékony film" és " vastag film" ) ellentétben a β értékek az egyes oszlopok számára külön rangsort állítanak fel. Általános szabályként az oszlopokat a β-értékek alapján válassza ki, amint azt a 3. táblázat mutatja.
A béta-érték akkor is hasznos, ha egy adott analízishez az oszlop I.D. és filmvastagság kombinációkat változtatjuk, mivel az azonos fázisarányú oszlopok nagyon hasonló retenciós időket és elúciós sorrendet fognak biztosítani azonos analitikai körülmények között. Egy példa látható az 1. ábra.
1. ábra.Hasonló β értékű oszlopok
Hogyan befolyásolja az oszlop hossza a gázkromatográfiát?
Hosszabb oszlopok
A hosszabb oszlopok nagyobb felbontást biztosítanak, de növelik az ellennyomást. Hangsúlyozni kell, hogy az oszlophossz megduplázása NEM duplázza meg a felbontást (a felbontás csak az oszlophossz négyzetgyökének megfelelően nő). Ha egy kritikus pár közötti felbontás kisebb, mint 1, az oszlophossz megduplázása nem fogja az alapértéket (legalább 1,5 felbontási érték) elérni. Az oszlophossz növelését a felbontás növelése érdekében csak végső megoldásként kell figyelembe venni. A felbontás növelésének hatékonyabb megközelítése az oszlop I.D.
Rövidebb oszlopok
A rövidebb oszlopok akkor ajánlottak, ha nincs szükség nagy felbontásra, például szűrési célokra vagy olyan egyszerű mintákhoz, amelyek összetevői kémiai szempontból nem hasonlóak. Ha azonban az oszlop I.D.-jét a hosszal együtt csökkentjük, a felbontás megtartható, sőt, egyes esetekben még növelhető is.
Gyártóoszlopok és retenciós rések
A kapilláris GC-oszlopok bemeneti vége idővel szennyeződhet a nem illékony anyagok felhalmozódása miatt. Az oszlop elülső részén lévő fázis is károsodhat az oldószer és az analitok folyamatos kondenzációjától és elpárolgásától. Az aktív analitok elkerülhetetlenül adszorbeálódnak ezen a szennyezett/károsodott szakaszon (az analitok "húzódnak" az oszlop bemeneti végén áthaladva). Megfigyelhető a csúcsok rossz alakja (peak taililing), a felbontás csökkenése és a válaszreakció csökkenése. Ha a kromatográfiás rendszer elfogadhatatlan szintre romlik, a szennyezett/károsodott szakasznak az oszlop bemeneti végéről való leválasztásával helyreállítható a teljesítmény. A retenciós idők és a felbontás csökkenése minden egyes alkalommal bekövetkezik, amikor az oszlopot levágják, mivel az elméleti lemezek elvesznek. Végül az oszlop használhatatlanná válik.
A védőoszlop/visszatartási rés használata olcsó technika a kapilláris oszlopok élettartamának meghosszabbítására. A védőoszlop/visszatartási rés egy rövid (1-5 m) bevonat nélküli, deaktivált olvasztott szilícium-dioxid cső, amelyet a GC befecskendezőnyílás és a kapilláris oszlop közé helyeznek. A védőoszlop/visszatartási rés az oldószer és a minta által okozott szennyeződések/károsodások nagy részét viseli el. A teljesítmény helyreállítása érdekében a kapilláris oszlop helyett a védőoszlop/visszatartó rés időszakos lecsípésével a kapilláris oszlop változatlan marad. Ezért a kromatográfiát (retenciós idők és felbontás) nem befolyásolja. Az őroszlop/visszatartási rés két részből áll; egy rövid hosszúságú olvasztott szilikacsőből és egy csatlakozóból.
Az olvasztott szilikacső
Az olvasztott szilikacső deaktiválását az injektáló oldószer polaritásához igazítsa. A legtöbb esetben ajánlott a kapilláris oszlop I.D.-jéhez is igazodni. Az 5. táblázat felsorolja az analitikai és védőoszlopaink I.D. és O.D. adatait. Válasszon!
- Nem poláris deaktiválás olyan injektáló oldószerekhez, mint az alkánok, széndiszulfidok és éterek
- Közepes poláris deaktiválás olyan injektáló oldószerekhez, mint az aceton, a metilén-klorid (diklórmetán) és a toluol
- Poláris deaktiválás olyan injektáló oldószerekhez, mint az acetonitril, a metanol és a víz
Kapillárisoszlop-csatlakozók
Ezeket a védőoszlop/visszatartó rés analitikai oszlophoz való csatlakoztatására vagy törött oszlop javítására használják. Kétféle lehetőséget kínálunk két darab olvasztott szilícium-dioxid cső összekapcsolására. A dugócsatlakozó egy kis rozsdamentes acélból készült illeszték, amely nulla holt térfogatú tömítést biztosít. A GlasSeal csatlakozók kényelmet biztosítanak.
Kiegészítő olvasmányok
Az alábbiakban a gázkromatográfiával foglalkozó szakértők és kutatók által írt GC szakirodalom listája található. Tekintse meg ezeket a hivatkozásokat, ha többet szeretne megtudni a gázkromatográfia számos aspektusáról.
Hivatkozások
Az olvasás folytatásához jelentkezzen be vagy hozzon létre egy felhasználói fiókot.
Még nem rendelkezik fiókkal?