WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Рис. 9. Зависимость числа разделений TZ от длины колонки, при разных скоростях газаносителя (10, 30 и 50 см/сек), для пары н-додекан/н-ундекан при изотермическом разделении (левый рисунок) и при программировании температуры (правый рисунок). При изотермическом эксперименте температура колонки 170 °С; при программировании температуры: начальная – 30 °С, конечная – 150 °С, скорость программирования температуры – 10 °С/мин.

На Рис. 8 приведены графики зависимости ВЭТТ как функции от скорости газа-носителя для сверхкоротких капиллярных колонок. Экспериментально полученные данные для изученных колонок совпадают с общеизвестной зависимостью эффективности от скорости газа-носителя. Однако, важно обратить внимание на тот факт, что полученные значения по ВЭТТ не принципиально отличаются от традиционно получаемых значений для колонок стандартной длины (10-30 м). По мере уменьшения длины колонки не происходит значительного увеличения величины ВЭТТ (т. е. падения удельной эффективности).

Как видно из Рис. 9, значения TZ при проведении хроматографического процесса при программировании температуры выше аналогичных в изотермических условиях. При рассмотрении зависимости TZ от длины колонки при изотермическом разделении и при программировании температуры становится очевидным, что в условиях программирования температуры величина TZ в меньшей степени зависит от длины колонки, т. е. в пределе при увеличении длины колонки свыше определенной величины при программировании температуры величина TZ не увеличивается.

Полученные нами результаты показали, что короткие и сверхкороткие капиллярные колонки характеризуются общей эффективностью, близкой к эффективности традиционно используемых насадочных колонок. Однако, капиллярным колонкам по сравнению с насадочными колонками присущи определенные преимущества. Во-первых, поверхность твердого носителя (стенки капилляра) является более инертной, что позволяет проводить разделение полярных компонентов пробы без потерь в результате необратимой адсорбции элюатов поверхностью твердого носителя и без образования несимметричных хроматографических зон в результате нелинейной изотермы адсорбции. Во-вторых, поскольку количество НЖФ в капиллярной колонке существенно меньше, чем в насадочной, то значительно сокращается продолжительность анализа. В третьих, температура разделения (для одной и той же пробы) при использовании коротких капиллярных колонок ниже, чем при использовании традиционных капиллярных или насадочных колонок.

Таким образом, сверхкороткие капиллярные колонки целесообразно использовать для решения многих важных аналитических задач, когда необходимо провести хроматографическое разделение за короткое время (экспресс-анализ), в условиях, при которых эффективность стандартной капиллярной колонки избыточна, а также при анализе термолабильных и высококипящих соединений за счет возможности снижения температуры колонки и уменьшения времени удерживания этих веществ. Применение сверхкоротких колонок также может вызывать интерес с точки зрения миниатюризации хроматографического оборудования, например, для использования в полевых лабораториях.

Приведем несколько практических примеров, свидетельствующих о целесообразности практического применения коротких колонок.

На Рис. 10 приведен пример экспресс-анализа 10 веществ, входящих в разных сочетаниях в некоторые фармацевтические препараты. Несмотря на широкий диапазон температур кипения анализируемых веществ, время разделения этого образца составило немногим более 3,5 мин, причем первые семь компонентов элюировались из колонки за первые 1,5 мин.

Рис. 10. Экспресс-анализ 10 веществ, входящих в состав фармацевтических препаратов, на колонке длиной 2 м. Колонка CP-Sil 5CB (ПДМС) 2 м 0,15 мм, df=2,0 мкм. Газ-носитель: Не, 80 см/сек. Программирование температуры от 210 °С до 320 °С со скоростью программирования 30 °С/мин. Деление потока 1:100. (1) – уротропин, (2) – эфедрин, (3) – парацетамол, (4) – фенацетин, (5) – кофеин, (6) – теофиллин, (7) – фенобарбитал, (8) – атропин, (9) – кодеин, (10) – папаверин.

9 2 4 5 10 8 7.00 8.00 9.00 10.0 11.0 12.время, мин Рис.11. Анализ методом ГЖХ – масс-спектрометрии смеси хлороганических пестицидов при вводе образца без деления потока на колонке CP-Sil 5CB (ПДМС) 5 м 0,15 мм, df=2,0 мкм с программированием температуры от 110 °С до 290 °С. (1) - -ГХЦГ, (2) - -ГХЦГ, (3) - -ГХЦГ, (4) - -ГХЦГ, (5) - гептахлор, (6) - алдрин, (7) - гептахлор эпоксид, (8) - -эндосульфан, (9) - п,п’-ДДЕ, (10) - дильдрин, (11) - -эндосульфан, (12) - п,п’-ДДД, (13) - эндосульфан сульфат, (14) - п,п’-ДДТ, (15) - метоксихлор.

Рис. 12. Хроматограмма тестовой смеси для симулированной дистилляции на колонке длиной 0,35 м. Колонка CP-Sil 5CB (ПДМС) 0,35 м 0,15 мм, df=2,0 мкм. Газ-носитель: Не, 100 см/сек.

Программирование температуры от 30 °С до 100 °С со скоростью программирования 6 °С/мин.

Деление потока 1:100.

На Рис. 11 приведен пример хроматографического разделения стандартной смеси 15 хлорорганических пестицидов при программировании температуры с использованием ввода пробы без деления потока. Как следует из этого рисунка, даже на колонках небольшой длины (5 м) удается разделять сложные многокомпонентные смеси с получением симметричных хроматографических зон без деления потока. При этом необходимо отметить, что для анализа использовали колонку с относительно толстой пленкой неподвижной фазы (2 мкм), а, следовательно, с большой емкостью по пробе.

На Рис. 12 приведена хроматограмма разделения стандартного образца для симулированной дистилляции (смесь н-алканов от С9Н20 до С20Н42) на колонке длиной 0,35 м. Как следует из этого примера, н-С20Н42 (эйкозан), имеющий температуру кипения 342,7 °С, элюируется из колонки при температуре менее 100 °С, что свидетельствует о перспективности использования сверхкоротких колонок при проведении разделения выскокипящих или термолабильных соединений.

В качестве возможных затруднений, связанных с использованием коротких капиллярных колонок, можно отметить, во-первых, возможность перегрузки колонки по количеству анализируемого образца и относительно низкую общую эффективность в сравнении с обычно используемыми колонками длиной 10-50 м.

Однако, затруднения, связанные с перегрузкой коротких колонок по образцу, можно компенсировать при использовании колонок с толстыми пленками НЖФ. В случае высокоскоростной ГЖХ на сверхкоротких колонках может потребоваться модификация узлов ввода пробы и детектирования. Так же, согласно литературным сведениям, для колонок такого типа и быстрых разделений с программированием температуры желательно использовать безинерционные термостаты колонок, обеспечивающие быстрый нагрев в соответствии с температурной программой.

В заключение отметим, что применение коротких и сверхкоротких капиллярных колонок позволяет расширить область применения капиллярной газовой хроматографии за счет принципиальных преимуществ при анализе термолабильных и высококипящих соединений, а так же при экспресс-анализе (см.

Табл. 2). По нашему мнению, аналогичные результаты могут быть получены и для коротких колонок в области газо-твердофазной хроматографии.

Табл. 2.

Зависимость некоторых хроматографических характеристик от длины колонки (при изотермическом разделении) Характеристика Влияние на параметры разделения Время удерживания, tR Уменьшение длины колонки, например, в 10 раз приводит к сокращению времени разделения в 10 раз Разрешение, Rs Уменьшение длины колонки в 10 раз приводит к потери разрешения в 10 раз, т.е. в 3,2 раза Температура разделения, Tc Уменьшение длины колонки позволяет проводить разделение при пониженной температуре 3. Новый общий метод повышения эффективности хроматографической колонки при введении пробы в хроматографическую систему при пониженной скорости подвижной фазы Повышение производительности работы – одна из постоянных задач аналитика. Уменьшение продолжительности аналитического определения позволяет улучшить этот важный показатель. Для сокращения времени анализа целесообразно использовать короткие и сверхкороткие капиллярные колонки при больших скоростях газа-носителя. Однако, проведение разделения при высоких скоростях газа-носителя приводит обычно к существенному уменьшению общей эффективности колонки, которая в случае коротких капиллярных колонок и так относительно невелика.

Размывание хроматографических зон определяется двумя аддитивными процессами: во-первых, образование начальной (часто широкой) зоны при введении пробы в поток газа-носителя в испарителе; во-вторых, последующим размыванием начальной зоны в хроматографической колонке в процессе разделения. В том случае, если скорости газа-носителя при введении образца и в ходе разделения на колонке отличаются, для окончательной ширины хроматографической зоны на выходе из колонки можно записать:

µcom = µinj (uinj ) + µcol (ucol ) (3.1) где µinj(uinj) – начальная линейная ширина хроматографической зоны, которая образуется при вводе анализируемой пробы в хроматографическую систему в поток газа-носителя при скорости газа-носителя uinj; µcol(ucol) – линейная ширина хроматографической зоны, обусловленная размыванием хроматографической зоны только в колонке (колоночное размывание) при скорости газа-носителя ucol.

Рассмотрим линейную протяженность хроматографической зоны при введении пробы, т. е. при переносе образца из иглы в поток газа-носителя в устройстве для ввода пробы. В том случае, если пренебречь размыванием зоны вещества, обусловленным температурным фактором и переходом из жидкого состояния в газообразное (парообразное), упрощенно линейная начальная ширина зоны может быть представлена следующими уравнениями:

(3.2) µinj (uinj ) = uinj ts или (3.3) µinj (ucol ) = ucol ts Уравнение (3.2) соответствует двухступенчатому (по скорости газа-носителя) процессу, а уравнение (3.3) – одноступенчатому.

Обычно в хроматографической практике величина uinj не отличается от скорости, при которой проводится последующее разделение в колонке (за исключением специального приема, получившего название pressure pulse, используемого в основном при вводе пробы без деления потока, когда во время ввода пробы и переноса образца в колонку используется давление газа-носителя, превышающее используемое при дальнейшем разделении), т. е.

u = u (3.4) inj col Однако, это условие не является обязательным. Более того, с целью увеличения эффективности хроматографического разделения целесообразно уменьшить начальную ширину хроматографической полосы µinj(ucol), образующуюся при введении пробы в хроматографическую систему. Для реализации этой задачи, в соответствии с уравнением (3.2), целесообразно уменьшить скорость газа-носителя, при которой происходит введение пробы в хроматографическую систему. В этом случае линейная протяженность начальной зоны уменьшается. После переноса пробы в колонку сразу же целесообразно увеличить скорость газа-носителя в колонке до оптимальной величины для данного Рис. 13. Схемы, иллюстрирующие эффект повышения эффективности при введении образца в испаритель при небольшой скорости газа-носителя с дальнейшим ее увеличением до необходимой для процесса разделения. Схемы слева – без программирования скорости газа-носителя. Схемы справа – скорость газа-носителя в момент ввода образца меньше, чем используемая при дальнейшем разделении.

Рис. 14. Сравнение хроматограмм с программированием скорости потока газа-носителя в момент ввода пробы (справа) и при обычном вводе пробы (слева). Колонка: CP-Sil 5 CB (ПДМС) 20 м 0,15 мм, df=2,0 мкм. Газ-носитель: N2. Скорость газа-носителя в процессе разделения 100 см/сек.

Скорость газа-носителя в момент ввода образца (для правого рисунка): 10 см/сек (в течение 10 сек), далее 100 см/сек. Деление потока: 1:50. Температура колонки: 150 °С. Скорость ввода пробы: 30 мкл/сек (автоматический пробоотборник). Объем пробы: 1 мкл. Вещества: (6) - н-додекан; (7) - нафталин; (9) - н-тридекан; (10) - метиловый эфир каприновой кислоты.

конкретного разделения. Обычно под оптимальной скоростью понимают наивысшую скорость, при которой еще достигается необходимое для данной аналитической задачи разделение. С целью повышения эффективности разделения и сокращения его времени, хроматографический анализ целесообразно проводить двухступенчато: на первом этапе при небольшой скорости газа-носителя uinjopt вводят анализируемую пробу в хроматограф, а на втором этапе после повышения скорости газа-носителя до оптимальной величины ucol проводят разделение анализируемой смеси. Таким образом, применение при вводе пробы в колонку пониженной скорости газа-носителя позволяет уменьшить начальную ширину пробы (а, следовательно, и общую конечную ширину зоны), т. е. улучшить разделение.

На Рис. 13 представлены упрощенные схемы, поясняющие описанный выше вариант хроматографического разделения с использованием пониженной скорости газа-носителя при вводе пробы с ее дальнейшим повышением до необходимой для разделения.

На Рис. 14 приведено сравнение результатов разделения сложной смеси веществ при постоянной скорости газа-носителя (100 см/сек) в процессе анализа и при использовании ввода образца при пониженной скорости газа-носителя (10 см/сек) в момент ввода пробы с дальнейшим ее увеличением до 100 см/сек. На полученной хроматограмме видно улучшение разделения пар н-додекан – нафталин и н-тридекан – метиловый эфир каприновой кислоты при вводе пробы в условиях программирования скорости газа-носителя.

Очевидно, что установленный нами эффект приобретает еще большее значение при введении образца, занимающего весь объем шприца, включая иглу, т. е. в том случае, когда не используется вариант ввода пробы типа «сэндвич», когда игла не заполнена образцом, а проба находится между двумя воздушными пузырьками. Если проба занимает весь объем шприца, то испарение образца из иглы начинается, как только игла проникает в испаритель. Испарение пробы может происходить и после ввода пробы, если игла извлекается из испарителя с некоторой задержкой. Эти явления приводят к дополнительному увеличению времени переноса образца в испаритель, и, следовательно, понижению эффективности.

Наиболее целесообразно использовать предложенный метод в высокоскоростной изотермической ГЖХ, поскольку максимальный эффект будет наблюдаться при наибольшей разнице между скоростью газа-носителя в момент ввода образца и скоростью газа-носителя в ходе хроматографического разделения.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»