Wybór kolumny kapilarnej GC
Czynniki wyboru kolumny do chromatografii gazowej
Zoptymalizowany rozdział chromatograficzny rozpoczyna się od kolumny. Wybór odpowiedniej kolumny kapilarnej do każdego zastosowania powinien opierać się na czterech istotnych czynnikach:
Praktyczny wpływ tych czynników na wydajność kolumny został pokrótce omówiony poniżej, w kolejności ich ważności. Należy pamiętać, że informacje te mają charakter ogólny. Specyficzne sytuacje mogą uzasadniać odstępstwa od tych wytycznych.
Chemicy serwisu technicznego są cennym źródłem wskazówek dotyczących wyboru i użytkowania kolumn kapilarnych. Kontakt Supelco Technical Service online lub pod numerem 1-800-325-5832.
1.Faza stacjonarna
Wybór fazy stacjonarnej jest najważniejszym krokiem w wyborze kolumny, ponieważ dyktuje selektywność lub zdolność kolumny do oddzielania składników próbki. Faza stacjonarna jest warstwą chemicznie związaną lub powleczoną na wewnętrznej ścianie kolumny kapilarnej i powinna być wybrana w oparciu o aplikację, która ma być wykonana. Różnice we właściwościach chemicznych i fizycznych wstrzykiwanych związków organicznych oraz ich interakcje z fazą stacjonarną są podstawą procesu separacji. Gdy siła oddziaływania analitu z fazą stacjonarną różni się znacząco dla dwóch związków, jeden z nich jest zatrzymywany dłużej niż drugi. Czas zatrzymania w kolumnie (czas retencji) jest miarą tych oddziaływań analit-faza stacjonarna.
Zmiana właściwości chemicznych fazy stacjonarnej zmienia jej właściwości fizyczne. Dwa związki, które koeluują (nie rozdzielają się) na określonej fazie stacjonarnej, mogą rozdzielić się na innej fazie o innym składzie chemicznym, jeśli różnica w interakcjach analit-faza jest znacząca. Jest to powód dostarczania szerokiej gamy faz do kolumn kapilarnych. Każda faza zapewnia określoną kombinację oddziaływań dla każdej klasy chemicznej analitów.
- Mechanizmy retencji kolumn niepolarnych są przede wszystkim dyspersyjne, co oznacza, że są regulowane przez siły Van der Waalsa. Są to przyciągania międzycząsteczkowe, które zwiększają się wraz z wielkością związku. Zatem większe związki o wyższych temperaturach wrzenia mają dłuższą retencję. Fazy z fenylowymi grupami funkcyjnymi mogą również podlegać umiarkowanej ilości oddziaływań π - π. Kolejność elucji generalnie podąża za temperaturami wrzenia związków.
- Mechanizmy retencji kolumn pośrednio polarnych i polarnych są silnie dyspersyjne. Możliwe są również umiarkowane ilości wiązań wodorowych i oddziaływań zasadowych. Fazy z fenylowymi grupami funkcyjnymi mogą również ulegać oddziaływaniom π - π dipol-dipol i dipol-indukowany dipolem. Fazy z cyjanopropylowymi grupami funkcyjnymi mogą również ulegać silnym oddziaływaniom dipol-dipol i umiarkowanym oddziaływaniom zasadowym. Separacje są określane przez różnice w ogólnych efektach tych mechanizmów.
- Mechanizmy retencji kolumn wysoce polarnych i ekstremalnie polarnych są silnie dyspersyjne, bardzo silnie dipol-dipol i bardzo silnie dipol-indukowany dipolem. Możliwe są również umiarkowanie podstawowe interakcje. Rozdzielenia są określane przez różnice w ogólnych efektach tych mechanizmów.
Ustalone zastosowania
Chromatografia gazowa, po raz pierwszy opracowana w latach 50-tych XX wieku, jest dojrzałą techniką analityczną o wielu ustalonych zastosowaniach. W związku z tym prawdopodobne jest, że istnieje literatura, taka jak pisemna metodologia lub czasopisma, określająca, które fazy stacjonarne zostały z powodzeniem wykorzystane do danego zastosowania. Ponadto producenci kolumn rutynowo publikują wykresy doboru faz, takie jak te w naszym Przewodniku doboru kolumn GC. Wykresy takie jak te są wygodnie uporządkowane według branży, aby uprościć proces wyboru odpowiedniej fazy. Najpierw znajdź wykres, który pasuje do Twojej branży lub obszaru zainteresowań. Następnie zlokalizuj aplikację na tym wykresie, aby zidentyfikować zalecaną fazę kolumny.
Nowe aplikacje
W przypadku nowych aplikacji często nie ma istniejącego odniesienia, które zapewniałoby wskazówki. W tych przypadkach "opracowywania metody" należy posiadać pewną wiedzę na temat składu chemicznego analizowanych związków. Wybór fazy opiera się na ogólnej zasadzie chemicznej, że "lubi się rozpuszczać jak." Kolumna niepolarna jest zalecanym punktem wyjścia do analizy związków niepolarnych. Podobnie, kolumny polarne są zwykle zalecane do rozdzielania związków polarnych. Tabela 1 opisuje kilka zalecanych faz dla każdej grupy polarności związków.
Fazy związane i niezwiązane
Fazy związane są unieruchomione i/lub związane chemicznie (usieciowane) wewnątrz rurki, podczas gdy fazy niezwiązane są po prostu powlekane na ściance. Ogólnie rzecz biorąc, preferowana jest faza związana, ponieważ wykazuje mniejszy wyciek podczas użytkowania, może być stosowana w wyższych temperaturach, a w razie potrzeby może być płukana rozpuszczalnikami w celu usunięcia nagromadzonych nielotnych materiałów. Gdy faza związana nie jest dostępna, na przykład w przypadku faz wysoce polarnych, należy szukać fazy stabilizowanej. Fazy te nie są tak trwałe jak fazy związane (nie mogą być płukane), ale mają większą stabilność termiczną niż fazy niezwiązane. W przypadku niektórych zastosowań jedynym wyborem jest faza niezwiązana.
2. Średnica wewnętrzna kolumny
Obecny zakres dostępnych na rynku średnic wewnętrznych kolumn kapilarnych (I. D.) umożliwia zrównoważenie średnic wewnętrznych kolumn kapilarnych (I. D.).D.s) umożliwia zrównoważenie dwóch czynników: wydajności (liczby teoretycznych płytek) i pojemności próbki (ilości dowolnego składnika próbki, który można zastosować w kolumnie bez powodowania przeciążenia pożądanego ostrego piku). Optymalizacja jednego z tych czynników wymaga poświęcenia drugiego. Idealna średnica wewnętrzna dla danego zastosowania zależy od potrzeb analitycznych.
Wpływ średnicy wewnętrznej kolumny na wydajność i pojemność próbki przedstawiono w Tabeli 2. Jak pokazano, kolumny o średnicy wewnętrznej 0,25 mm zapewniają odpowiednią liczbę płytek/metr dla większości zastosowań, zapewniając jednocześnie akceptowalną pojemność próbki. Ze względu na ten kompromis między wydajnością a pojemnością próbki, 0,25 mm jest najpopularniejszym I.D. dla kapilarnych kolumn GC. Kolumny o mniejszym lub większym średnicy wewnętrznej pozwalają użytkownikowi zoptymalizować wydajność lub pojemność próbki, w zależności od wymagań aplikacji.
Wysoka wydajność
Wydajność jest obserwowana chromatograficznie jako wąskie i dobrze rozdzielone piki. Wydajność kolumny kapilarnej, mierzona w płytkach (N) lub płytkach na metr (N/m), wzrasta wraz ze zmniejszaniem się średnicy wewnętrznej kolumny. Jest to jedna z podstawowych zasad szybkiej GC. Jeśli analizowana próbka zawiera wiele analitów lub ma anality, które eluują blisko siebie, należy wybrać najwęższą kolumnę kapilarną, jaka jest możliwa. Należy pamiętać, że kolumny o bardzo wąskim otworze, takie jak 0,10 lub 0,18 mm I.D., mogą wymagać specjalistycznego sprzętu, takiego jak GC z regulatorem ciśnienia, który pozwala na wyższe ciśnienie głowicy kolumny.
Nasza broszura Fast GC zawiera praktyczne rozważania, dyskusję teoretyczną, listę kolumn w wymiarach szybkich GC, chromatogramy, listę powiązanych produktów zaprojektowanych w celu maksymalizacji wydajności, a także listę literatury do dodatkowej lektury.
Pojemność próbki
Pojemność wzrasta wraz ze wzrostem średnicy wewnętrznej kolumny. Kolumny z szerokim otworem mogą pomieścić większą masę każdego analitu w próbce niż kolumny kapilarne z wąskim otworem. Przekroczenie pojemności próbki kolumny spowoduje przekrzywienie pików i zmniejszenie rozdzielczości. Dlatego też, jeśli analizowane próbki zawierają związki w wysokich stężeniach lub reprezentują szeroki zakres stężeń, należy rozważyć zastosowanie kolumny z szerokim otworem. Jeśli wybrana zostanie odpowiednia średnica wewnętrzna, kolumna powinna pozwolić systemowi na zapewnienie wystarczającej czułości dla mniejszych składników bez przeciążenia głównymi składnikami. Analityk musi zdecydować, czy utrata wydajności wynikająca z zastosowania kolumny z szerokim otworem jest problematyczna dla jego zastosowania. Należy pamiętać, że charakter składników próbki i polarność fazy wpływają na pojemność próbki. Fazy niepolarne mają większą pojemność dla analitów niepolarnych, a fazy polarne mają większą pojemność dla analitów polarnych.
3.Grubość filmu
Większość kolumn o średnicy wewnętrznej 0,25 mm ma grubość filmu 0,25 lub 0,50 µM. W zależności od zastosowania, optymalna grubość folii może być inna.
Zmniejszanie grubości folii
Korzyści płynące ze zmniejszania grubości folii to ostrzejsze piki (co może zwiększyć rozdzielczość) i zmniejszony wyciek z kolumny. Obie te korzyści zwiększają stosunek sygnału do szumu. Dodatkowo zwiększona zostanie maksymalna temperatura pracy kolumny. Wadami są zwiększona interakcja analitu ze ścianką rurki i zmniejszona pojemność analitu. Zmniejszenie grubości powłoki pozwala również na eluowanie analitów przy krótszych czasach retencji i w niższych temperaturach, co może być pożądane lub niepożądane, w zależności od zastosowania. Zmniejsz grubość folii w przypadku analitów o wysokich (300 °C) temperaturach wrzenia (takich jak pestycydy, PCB, FAME, estry ftalanowe i inne związki półlotne) lub w przypadku analiz śladowych.
Zwiększanie grubości folii
Zaletami są zmniejszona interakcja analitu z rurką i zwiększona pojemność próbki. Wadami są zwiększona szerokość piku (co może zmniejszyć rozdzielczość), zwiększony wyciek z kolumny i obniżona maksymalna temperatura pracy kolumny. Zwiększenie grubości warstwy prowadzi również do zwiększonej retencji analitu (może również zwiększyć rozdzielczość, szczególnie w przypadku związków o niskim k) i zwiększonej temperatury elucji. W zależności od zastosowania, te ostatnie efekty mogą być pożądane lub niepożądane. Zwiększenie grubości warstwy dla analitów o niskiej temperaturze wrzenia (takich jak lotne związki organiczne i gazy). Jest to konieczne do zapewnienia odpowiedniej retencji i może wyeliminować potrzebę stosowania warunków pieca poniżej temperatury otoczenia. Należy również zwiększyć grubość warstwy dla próbek o wyższym stężeniu, aby zminimalizować ryzyko przeciążenia związkami.
Stosunek faz (β)
Wpływ grubości warstwy fazowej jest współzależny z średnicą wewnętrzną kolumny. Stosunek faz, beta (β), wyraża stosunek objętości gazu do objętości fazy stacjonarnej w kolumnie:
| β = promień kolumny (µM) 2 x grubość warstwy (µM) |
W przeciwieństwie do terminów względnych ("cienka warstwa" i "gruba warstwa" ), wartości β ustalają odrębny ranking dla każdej kolumny. Ogólną zasadą jest wybieranie kolumn według wartości β, jak pokazano w Tabeli 3.
Wartość Beta jest również przydatna przy zmianie kombinacji średnicy wewnętrznej kolumny i grubości warstwy dla konkretnej analizy, ponieważ kolumny o tym samym stosunku faz zapewnią bardzo podobne czasy retencji i kolejność elucji w tych samych warunkach analitycznych. Przykład pokazano na Rysunku 1.
Rysunek 1.Kolumny o podobnych wartościach β
Jak długość kolumny wpływa na chromatografię gazową?
Dłuższe kolumny
Dłuższe kolumny zapewniają większą rozdzielczość, ale zwiększają ciśnienie wsteczne. Należy podkreślić, że podwojenie długości kolumny NIE spowoduje podwojenia rozdzielczości (rozdzielczość wzrasta tylko zgodnie z pierwiastkiem kwadratowym z długości kolumny). Jeśli rozdzielczość między parą krytyczną jest mniejsza niż 1, podwojenie długości kolumny nie doprowadzi jej do wartości wyjściowej (wartość rozdzielczości co najmniej 1,5). Zwiększenie długości kolumny w celu zwiększenia rozdzielczości należy traktować jako ostateczność.
Kolumny krótsze
Kolumny krótsze są zalecane, gdy nie jest wymagana duża rozdzielczość, np. do celów przesiewowych lub dla prostych próbek, których składniki nie są podobne pod względem chemicznym. Jeśli jednak średnica wewnętrzna kolumny zostanie zmniejszona wraz z długością, rozdzielczość może zostać utrzymana, a w niektórych przypadkach nawet zwiększona.
Kolumny ochronne i szczeliny retencyjne
Z biegiem czasu wlotowy koniec kapilarnej kolumny GC może ulec zanieczyszczeniu w wyniku nagromadzenia nielotnego materiału. Faza w przedniej części kolumny może również ulec uszkodzeniu w wyniku ciągłej kondensacji i parowania rozpuszczalnika i analitów. Nieuchronnie aktywne anality adsorbują się na tej zanieczyszczonej/uszkodzonej sekcji (anality "przeciągają" podczas przechodzenia przez wlotowy koniec kolumny). Można zaobserwować słaby kształt piku (ogonowanie piku), utratę rozdzielczości i zmniejszoną odpowiedź. Gdy system chromatograficzny ulegnie degradacji do niedopuszczalnego poziomu, możliwe jest przywrócenie wydajności poprzez odcięcie zanieczyszczonej/uszkodzonej sekcji od wlotowego końca kolumny. Zmniejszenie czasów retencji i rozdzielczości następuje za każdym razem, gdy kolumna jest przycinana, ponieważ tracone są teoretyczne płytki. Ostatecznie kolumna stanie się bezużyteczna.
Zastosowanie kolumny ochronnej/szczeliny retencyjnej jest niedrogą techniką przedłużania żywotności kolumn kapilarnych. Kolumna ochronna/szczelina retencyjna to krótki (1-5 m) kawałek niepowlekanej, dezaktywowanej rurki ze stopionej krzemionki, który jest umieszczony w linii między portem wtrysku GC a kolumną kapilarną. Kolumna ochronna/szczelina retencyjna jest używana do przejęcia ciężaru zanieczyszczeń/uszkodzeń z rozpuszczalnika i próbki. Poprzez okresowe przycinanie kolumny ochronnej/szczeliny retencyjnej w celu przywrócenia wydajności zamiast kolumny kapilarnej, kolumna kapilarna pozostaje niezmieniona. Dlatego nie ma to wpływu na chromatografię (czasy retencji i rozdzielczość). Kolumna ochronna/szczelina retencyjna składa się z dwóch części: krótkiej rurki ze stopionej krzemionki i łącznika.
Rurki ze stopionej krzemionki
Dopasuj dezaktywację rurki ze stopionej krzemionki do polarności rozpuszczalnika do wstrzykiwania. W większości przypadków zaleca się również dopasowanie średnicy wewnętrznej kolumny kapilarnej. Tabela 5 zawiera informacje o średnicy wewnętrznej i zewnętrznej naszych kolumn analitycznych i ochronnych. Wybierz:
- Dezaktywacja niepolarna dla rozpuszczalników wtryskowych, takich jak alkany, dwusiarczek węgla i etery
- Pośrednia dezaktywacja polarna dla rozpuszczalników do iniekcji, takich jak aceton, chlorek metylenu (dichlorometan) i toluen
- Dezaktywacja polarna dla rozpuszczalników do iniekcji, takich jak acetonitryl, metanol i woda
Łączniki do kolumn kapilarnych
Służą do mocowania kolumny ochronnej/szczeliny retencyjnej do kolumny analitycznej lub do naprawy uszkodzonej kolumny. Oferujemy dwie opcje łączenia dwóch kawałków rurek ze stopionej krzemionki. Złącze doczołowe to małe złącze ze stali nierdzewnej, które zapewnia zerową objętość martwą. Złącza GlasSeal zapewniają wygodę.
Dodatkowe lektury
Poniżej znajduje się lista literatury GC napisanej przez ekspertów i badaczy chromatografii gazowej. Zapoznaj się z tymi referencjami, aby dowiedzieć się więcej o wielu aspektach chromatografii gazowej.
Referencje
Zaloguj się lub utwórz konto, aby kontynuować.
Nie masz konta użytkownika?