NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY KAPILÁRNÍ KOLONY

NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY – KAPILÁRNÍ KOLONY BLESKOVĚ ODPAŘUJÍCÍ (Vaporization Injection) • Split • Splitless • On-Column CHLADNÉ (Cool Injection) – nástřik velkých objemů (LVI) • On-Column • On-Column-SVE • PTV

Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA

Plynová chromatografie (Nástřiky) - Kateřina Riddellová

NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY – Bleskově odpařující ODPAŘENÍ

RIZIKA: BACKFLASH a DISKRIMINACE (Obrázky: Allen K. Vickers, Agilent Technologies)



NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY – Bleskově odpařující BACKFLASH -při odpaření vzorek expanduje 100 – 1000 x - je-li objem par > objem lineru Minimalizace: •↑ objem lineru •↓ nastřik. objem •↓ expandující rozp. •↓ teplota nástřiku •↑ průtok nos. plynu - ztráty vzorku •↑ tlak na hlavu kolony - chvostující rozpouštědlo - cizí „ghost“ píky (Obrázky: Allen K. Vickers, Agilent Technologies)



NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY – Bleskově odpařující DISKRIMINACE -nastříknutý vzorek ≠ vzorek vnesený na kolonu -způsobeno rozdílnou těkavostí složek vzorku -↑ těkavost ⇒↑ do kolony Důležité faktory: •efektivní záhřev vzorku •efektivní míchání par vzorku s m.f. •umístění kolony v nástřiku •diskriminace v nástřiku X ve stříkačce •nutno dodržovat stejné podmínky (Obrázky: Allen K. Vickers, Agilent Technologies)



NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY – MANUÁLNÍ NÁSTŘIK FILLED NEEDLE COLD NEEDLE HOT NEEDLE * SOLVENT FLUSH * AIR FLUSH * *.....nediskriminační (Obrázky: Allen K. Vickers, Agilent Technologies)



NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY MANUÁLNÍ x AUTOMATICKÝ NÁSTŘIK MANUÁLNÍ

AUTOSAMPLER

PCB PLOCHA RSD(%) PLOCHA RSD(%) 47896 12 48347 3 28 41066 5 41658 2 52 51353 7 52223 6 101 53425 14 57166 1 153 52353 18 58862 1 138 54007 23 61942 1 180

Průměr

13 %

2%



NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLIT

(Obrázek: Hewlett-Packard (Agilent Technologies))



NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY – TYPY LINERŮ

(Obrázek: Hewlett-Packard (Agilent Technologies)



NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLIT SPLIT POMĚR : podle i.d. kolony a koncentrace vzorku 0,1 mm : 1 : 1000 min: 1 : 50 0,2 - 0,32 mm : 1 : 50 - 1 : 500 min: 1 : 10 0,53 mm : 1 : 5 - 1 : 50 min: 1 : 2 •split poměr určuje množství vzorku vnesené na kolonu

Plocha píku

•split poměr ≠ poměr rozdělení vzorku

Reálné Očekávané

Split poměr

(Obrázek: SGE, www.sge.com)



NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLIT SPLIT POMĚR : Ideální případ : vzorek zcela v plynné fázi a homogenně smíchán s nosným plynem Reálný případ : - vzorek se složkami nestejné těkavosti - neúplné odpaření - různá difůzní rychlost složek vzorku - kolísající split poměr = DISKRIMINACE (zkreslení složení) = NÍZKÁ OPAKOVATELNOST Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLIT SPLIT POMĚR: 1 : 200

1:5 DB-1 (15m x 0.25mm x 0,25µm) (Obrázek: Hewlett-Packard (Agilent Technologies))



NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLIT SPLIT POMĚR OVLIVŇUJE: - těkavost vzorku - nastřikovaný objem - typ rozpouštědla - technika nástřiku stříkačkou - teplota nástřiku - teplota kolony (rekondenzace vzorku - zóna sníženého tlaku, nasátí dalších par vzorku) - objem injektoru Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLIT OMEZENÍ DISKRIMINACE: - linery (skelná vata) - zvýšená teplota nástřiku - rychlý hot needle ZVÝŠENÍ REPRODUKOVATELNOSTI: - stejný nastřikovaný objem - stejné rozpouštědlo - technika vnitřního standardu - stejná počáteční teplota kolony POUŽITELNOST: - analyty eluující se před rozpouštědlem - vzorky „špinavé“ - vysoké koncentrace analytů - při použití kolon s velmi malým i.d. Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLITLESS




NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLITLESS




NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLITLESS SPLITLESS PERIODA (ts) – experimentálně, závisí na: - vlastnostech rozpouštědla - vlastnostech analytů - objemu nástřikového prostoru Vl…objem lineru (mL) F…průtok nosného plynu (mL/min)

- nastřikovaném objemu - nástřikové rychlosti - rychlosti nosného plynu

Teoreticky 1,5 - 2 násobek času potřebného k protečení nosného plynu nástřikovým prostorem Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLITLESS SPLITLESS PERIODA 1 min

8 min

PLOCHA PCB 180: 100 % Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


116 %

NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLITLESS ROZŠIŘOVÁNÍ NANÁŠENÉ ZÓNY: 1. V ČASE – pomalý přenos par vzorku z inletu do kolony 2. V PROSTORU – důsledek migrace kapalného vzorku kolonou (1 µl = 20 – 30 cm) ZAOSTŘENÍ NANÁŠENÉ ZÓNY: jestliže kfront > krear ⇒ KD vzroste, ß klesne (Rozdělovací poměr k = KD / ß)



NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLITLESS ZAOSTŘENÍ NANÁŠENÉ ZÓNY:

kfront > krear

1) STACIONÁRNÍ FÁZÍ - kolona musí být schlazena 2) ROZPOUŠTĚDLEM - teplota kolony 25-30 oC pod bodem varu rozpouštědla kondenzace - dočasná s.f. s tlustým filmem = oblast s ↓ ß - záchyt analytů (s těkavostí podobnou rozp.) v úzkém pásu - programace teploty - postupné odpaření (ROZŠIŘOVÁNÍ PÁSU V PROSTORU - retenční gap) Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLITLESS ZAOSTŘENÍ NANÁŠENÉ ZÓNY:

kfront > krear

3) TEPLOTNÍ ZAOSTŘENÍ - teplota kolony min 150 oC pod bodem varu nejtěkavějšího analytu, rozpouštědlo prochází, analyty kondenzují - programace teploty - postupné odpaření - často následuje zaostření STACIONÁRNÍ FÁZÍ 2) RETENČNÍ GAP – kolona bez s.f. (k → 0) – minim. retence - redukce délky pásu (odpařování rozpouštědla) - na hlavě kolony zaostření ROZPOUŠTĚDLEM a STAC. FÁZÍ Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLITLESS ZAOSTŘENÍ ROZPOUŠTĚDLEM (Hexan,b.v. 68 oC)

(Obrázky: Allen K. Vickers, Agilent Technologies)



NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLITLESS POLARITA s.f. X POLARITA ROZPOUŠTĚDLA X POČÁTEČNÍ TEPLOTA KOLONY (DB-5) 1

1) MeOH, 60 oC 2) MeOH, 50 oC

2

3) HEXAN, 60 oC 3

GC/MSD – SCAN, ftaláty Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY - SPLITLESS OPTIMALIZACE: - b.v. rozpouštědla min o 25 oC < b.v. nejtěkavějšího analytu - počáteční teplota kolony 25 – 30 oC pod b.v. rozpouštědla - stejné nastřikované objemy POUŽITELNOST: - vzorky zředěné - vzorky relativně čisté Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY – ON-COLUMN




NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY – ON-COLUMN Kapalný vzorek je bez předehřátí a smíchání s nosným plynem nanášen přímo do kolony. Výhody: - NÍZKÉ RIZIKO DEGRADACE analytů během nástřiku - ELIMINACE DISKRIMINACE Nevýhody: - KONTAMINACE systému netěkavými látkami - ROZŠIŘOVÁNÍ ZÓN V PROSTORU - riziko „BACKFLASH“ - ↑ teplota kolony ⇒ tlak par > tlak nosného plynu ⇒ expanze v obou směrech ⇒ široký pík rozpouštědla, memory efekty Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY – ON-COLUMN KONTAMINACE systému netěkavými látkami

⇒ RETENČNÍ GAP (umožní i nástřik větších objemů vzorků) Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY – ON-COLUMN SNÍŽENÍ RIZIKA "BACKFLUSH": - teplota kolony ≤ bod varu rozpouštědla - nástřik rychlý, nepřerušovaný - nástřik malých objemů - větší průtok - přídavné chlazení v místě nástřiku - po nástřiku prudce zvýšit teplotu kolony POUŽITELNOST: - vzorky zředěné, „čisté“ - přesné výsledky - analyty eluující se před rozpouštědlem nemohou být zaostřeny - malé nástřikové objemy Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY – SROVNÁNÍ

SPLIT

21 %

SPLITLESS

52 %

ON-COLUMN

100 %



ELEKTRONICKÁ KONTROLA TLAKU (EPC) SPLIT, SPLITLESS, ON-COLUMN, (DETEKTOROVÉ PLYNY)



ELEKTRONICKÁ KONTROLA TLAKU (EPC) DŮVODY PRO POUŽITÍ EPC - TEPLOTNÍ PROGRAM : ↑ TEPLOTA ⇒↓ RETENCE; ↑ DIFUZIVITA ⇒↑ OPTIMUM LINEÁRNÍ RYCHLOSTI pro udržení konstantní účinnosti

X

↑ TEPLOTA ⇒↓ LIN. RYCHLOST ⇒ PROGRAMACE TLAKU VÝHODY EPC: - Zlepšení reprodukovatelnosti RT - Zkrácení analýz - Snížení diskriminace a rozkladu termolabilních látek - Nástřik větších objemů (do 5 µl) - Zlepšení rozlišení (užší píky) Projeví se hlavně u krátkých kolon s velkým vnitřním průměrem Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


ELEKTRONICKÁ KONTROLA TLAKU (EPC) NÁSTŘIK VYŠŠÍCH OBJEMŮ: N á s t ř i k : 1, 3, 5 µl (= 10, 30, 50 pg PCB v nástřiku) K o l o n a : DB-5 (60 m x 0,25 mm x 0,25 µm) Relativní výtěžnost (%) = (A nástřik n µl / n * A nástřik 1 µl)*100 a) Konstantní tlak : 16 psi = 0,74 ml/min/60oC, 0,33 ml/min/270oC PCB 28 180

1 µl 100 100

3 µl 93 78

5 µl 91 52

b) Konstantní průtok : 0,74 ml/min = 16 psi/60oC, 28,2 psi/270oC PCB 28 180

1 µl 100 100

3 µl 85 89

5 µl 94 118



ELEKTRONICKÁ KONTROLA TLAKU (EPC) NÁSTŘIK VYŠŠÍCH OBJEMŮ: c) Tlakový puls : 150, 200, 250 kPa po dobu splitless periody, dále konstantní průtok 0,74 ml/min 150 kPa PCB 1 µl 3 µl 5 µl 28 100 89 91 180 100 85 94

200 kPa 1 µl 3 µl 5 µl 100 88 95 100 99 100

250 kPa 1 µl 3 µl 5 µl 100 97 97 100 96 100



NÁSTŘIK VELKÝCH OBJEMŮ (LVI) DŮVODY : • CITLIVOST

1 µl roztoku o koncentraci 1 ppm 50 µl roztoku o koncentraci 20 ppb 50 x větší citlivost

• ZJEDNODUŠENÍ PŘÍPRAVY VZORKU - odstranění nutnosti zakoncentrace (RVO) - snížení navážky • MOŽNOST ON-LINE SPOJENÍ - přípravy vzorku s GC a GC/MS (např. SPE) - HPLC - GC Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIK VELKÝCH OBJEMŮ (LVI) PROBLÉMY:

ŘEŠENÍ:

Velké množství rozpouštědla X Kolony, detektory (MSD)

Odstranění rozpouštědla před analytickou kolonou

Rozšíření zóny vzorku

Zaostřující techniky

REALIZACE: • COOL ON-COLUMN NÁSTŘIK (COC) • COC S VÝSTUPEM PAR ROZPOUŠTĚDLA (COC - solvent vapor exit, COC-SVE) • TEPLOTNĚ PROGRAMOVANÝ SPLIT/SPLITLESS NÁSTŘIK (Programmed Temperature Vaporizing Injector, PTV) Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIK VELKÝCH OBJEMŮ (LVI) TECHNIKA

POŽADAVKY NÁSTŘIK •5-10m

COC

OMEZENÍ

do 100 µl v koloně akumulace netěkavých látek

předkolona •předkolona

do 1 ml

v koloně akumulace netěkavých látek

•SVE

COC-SVE •kontrolovaná

PTV

do 1 ml

ztráta těkavých látek

rychlost nástřiku •liner s náplní (•cryo-chlazení) Izolační a separační metody

VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIK VELKÝCH OBJEMŮ – COC, COC-SVE Referenční vzorek minerálního oleje v hexanu, GC/FID: A) koncentrace 1 mg/ml, nástřik 1µl, COC B) zředěno 50x (=0,02 mg/ml), nástřik 50 µl, COC-předkolona C) zředěno 50x (=0,02 mg/ml), nástřik 50 µl, COC-SVE

(F.David a kol. : poster na 18. Mezinárodním symposiu o kapilární chromatografii, 20.-24.5.1996, Riva del Garda, Itálie)



NÁSTŘIK VELKÝCH OBJEMŮ – COC-SVE Odstranění rozpouštědla za předkolonou, programování teploty kolony



NÁSTŘIK VELKÝCH OBJEMŮ – COC-SVE -Nedochází ke ztrátě těkavých analytů -Pro „čisté“ vzorky (kontaminovaná předkolona způsobuje chvostování píků)



NÁSTŘIK VELKÝCH OBJEMŮ – PTV Odstranění rozpouštědla v nástřikovém prostoru, programování teploty nástřiku



NÁSTŘIK VELKÝCH OBJEMŮ – PTV POŽADAVKY: - malý vnitřní objem injektoru pro usnadnění rychlého záhřevu - malý vnitřní objem insertu (stejný důvod), cca 15 - 150 µl - insert naplněný skelnou vatou či jiným nosičem (zádrž kapalného vzorku) Jestliže rychlost nástřiku = rychlosti odpařování rozpouštědla, je možné nastřikovat jakékoliv množství vzorku (teoreticky) 1) sensor rozpouštědla na splitové linii, který dává informaci o rychlosti jeho vypařování a umožňuje odstranit předem určené množství 2) rychlost nástřiku je regulovatelná Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIK VELKÝCH OBJEMŮ – PTV SPLIT – SPLITLESS NÁSTŘIK (solvent split nástřik) - vzorek nastřikován do chladného injektoru s otevřeným splitem - rozpouštědlo a těkavé látky jsou unášeny nosným plynem do splitové linie - po uzavření splitu vyhřátí injektoru a přenos analytů do kolony Výhody/Problémy: - ztráta těkavých analytů (optimalizace náplně insertu, solvent efekt) - menší problémy s kontaminací kolony - není diskriminace v jehle a degradace termolabilních sloučenin (oproti klasickému Split/Splitless) Izolační a separační metody VŠCHT PRAHA


NÁSTŘIK VELKÝCH OBJEMŮ – COC x PTV



NÁSTŘIKOVÉ TECHNIKY KAPILÁRNÍ KOLONY

Recommend Documents