Podstawy szybkiej chromatografii gazowej

Transkrypt

1 Podstawy szybkiej chromatografii gazowej Katarzyna Pokajewicz sigma-aldrich.com

2 Fast GC W fast GC manipuluje się parametrami kolumny i aparatu w celu skrócenia czasu analizy przy zachowaniu dobrej rozdzielczości Czy warto? Obniżenie jednostkowego kosztu analizy Większa ilość próbek może być zanalizowana w tym samym czasie Może być zastosowane do każdej aplikacji bez utraty jakości rozdziału Zwykle nie wymaga zakupu nowej aparatury

3 Szybki przykład szybkiego GC EPA 8270D Tradycyjne GC, ~20 minut (~115 ekstraktów/tydzień) Krótsza analiza Rozdzielczość utrzymana G Fast GC, ~8,5 minuty (~190 lab ekstraktów/tydzień) GC-MS SVOC mieszanina 86 związków G

4 Jak skrócić czas analizy GC? Krótsza kolumna Szybszy program temperaturowy Szybszy przepływ gazu Mniejsza średnica kolumny Mniejsza grubość filmu Wodór jako gaz nośny 4

5 Podstawy teoretyczne czyli jak i dlaczego to działa

6 Jak zwiększyć szybkość analizy GC? Krótsza kolumna Szybszy program temperaturowy Szybszy przepływ gazu Mniejsza średnica kolumny Mniejsza grubość filmu Wodór jako gaz nośny (niekoniecznie) 6

7 Szybkość analizy t R ~ L (k +1) Mamy trzy opcje, by zmniejszyć czas retencji t R : 1. Zmniejszyć L (długość kolumny) 2. Zmniejszyć k (współczynnik retencji) przez podwyższenie temperatury 3. Zwiększyć u (prędkość liniową gazu nośnego) u Ale te zmiany pogarszają rozdział! 7

8 Jak zwiększyć szybkość analizy GC? Krótsza kolumna Szybszy program temperaturowy Szybszy przepływ gazu Mniejsza średnica kolumny Mniejsza grubość filmu Wodór jako gaz nośny (niekoniecznie) 8

9 Jakość rozdziału Rozdzielczość poprawić możemy zwiększając sprawność kolumny (N) N = L/H Sprawność kolumny (N) będzie tym większa, im więcej półek teoretycznych w danej jednostce długości będzie ona miała, a więc gdy wysokość półki (H) będzie jak najmniejsza

10 Równanie van Deemtera H (HETP) - wysokość równoważna półce teoretycznej H = A + B/u + Cu Dyfuzja wirowa ang. eddy diffusion A Flow Dyfuzja podłużna B Opór przenoszenia masy C Mobile phase Stationary phase 1 na podstawie: Michael Dong (2006). Modern HPLC for Practicing Scientists

11 Jak zmniejszyć H? Wysokość równoważną półce teoretycznej H = A + B u + C u u

12 Jak zmniejszyć H? Wysokość równoważną półce teoretycznej B/u C m u + C s u 1. Mniejszy promień (r ) kolumny [wykorzystanie kolumn o mniejszej średnicy] 2. Większy D m (współczynnik dyfuzji, faza ruchoma) [wykorzystanie wodoru jako gazu nośnego] 3. Większy D s (współczynnik dyfuzji, faza stacjonarna) [wykorzystanie kolumn z cienką warstwą filmu]

13 Średnica kolumny Ultrafast GC ID <=0,05 mm Fast GC ID 0,10-0,18 mm Tradycyjne GC ID >= 0,25 mm 13

14 Rodzaj gazu nośnego 14

15 Fast GC w praktyce

16 Aspekty praktyczne Dozowanie Nastrzyk z podziałem próbki (split) Program temperaturowy Szybkość programu ograniczają możliwości aparatu Szybkość detektora Wąskie piki wymagają większej ilości punktów pomiarowych Detektory MS Niektóre starsze detektory MS nie są kompatybilne z wodorem

17 Aplikacja Fast GC Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne

18 Skrócenie kolumny 1 Kolumna SLB-5ms 30 m x 0,25 mm, 0,25 µm 70 C (0,2 min.), 20 C/min. do 325 C (3 min.) Hel, 25 cm/sec 16 analitów (WWA) 2 Kolumna SLB-5ms 15 m x 0,25 mm, 0,25 µm 70 C (0,2 min.), 20 C/min. do 325 C (3 min.) Hel, 25 cm/sec.

19 Zamiana gazu nośnego na wodór 2 Kolumna SLB-5ms 15 m x 0,25 mm, 0,25 µm 70 C (0,2 min.), 20 C/min. do 325 C (3 min.) Hel, 25 cm/sec 3 Kolumna SLB-5ms 15 m x 0,25 mm, 0,25 µm 70 C (0,2 min.), 20 C/min. do 325 C (3 min.) Wodór, 40 cm/sec.

20 Zmniejszenie średnicy kolumny 3 Kolumna SLB-5ms 15 m x 0,25 mm, 0,25 µm 70 C (0,2 min.), 20 C/min. do 325 C (3 min.) Wodór, 40 cm/sec 4 Kolumna SLB-5ms 15 m x,0,10 mm, 0,10 µm 70 C (0,2 min.), 20 C/min. do 325 C (3 min.) Wodór, 40 cm/sec.

21 Skrócenie kolumny (2) 4 Kolumna SLB-5ms 15 m x,10 mm, 0,10 µm 70 C (0,2 min.), 20 C/min. do 325 C (3 min.) Wodór, 40 cm/sec 5 Kolumna SLB-5ms 10 m x 0,10 mm, 0,10 µm 70 C (0,2 min.), 20 C/min. do 325 C (3 min.) Wodór, 40 cm/sec.

22 Zwiększenie szybkości gazu nośnego 5 Kolumna SLB-5ms 10 m x 0,10 mm, 0,10 µm 70 C (0,2 min.), 20 C/min. do 325 C (3 min.) Wodór, 40 cm/sek. 6 Kolumna SLB-5ms 10 m x 0,10 mm, 0,10 µm 70 C (0,2 min.), 20 C/min. do 325 C (3 min.) Wodór, 60 cm/sek..

23 Szybszy program temperaturowy 6 Kolumna SLB-5ms 10 m x 0,10 mm, 0,10 µm 70 C (0,2 min.), 20 C/min. do 325 C (3 min.) Wodór, 60 cm/sec 7 Kolumna SLB-5ms 10 m x 0,10 mm, 0,10 µm 70 C (0,2 min.), 40 C/min. to 175 C, 25 C/min. to 270 C, 20 C/min. to 325 C Wodór, 60 cm/sec.

24 Voilà! 1 Kolumna SLB-5ms 30 m x 0,25 mm, 0,25 µm 70 C (0,2 min.), 20 C/min. do 325 C (3 min.) Hel, 25 cm/sec 16 analitów (WWA) 7 Krótsza analiza Lepsza rozdzielczość Kolumna SLB-5ms 10 m x 0,10 mm, 0,10 µm 70 C (0,2 min.), 40 C/min. to 175 C, 25 C/min. to 270 C, 20 C/min. to 325 C Wodór, 60 cm/sec.

25 Rozdział estrów kwasów tłuszczowych (FAMEs) na kolumnie Omegawax (tradycyjne GC) Column: Omegawax 250, 30m x 0.25mm ID x 0.25µm film (nr kat ) Inj.: 1µL of split 100:1, 250 C Det.: FID (2 x 10-11), 260 C Oven: 50 C (2 min) to 220 C at 4 C/min, hold 15 min Carrier: helium, 30cm/sec, 205 C Sample: 10mg/mL Supelco 37 Component FAME Mix 60 min! 25

26 Rozdział estrów kwasów tłuszczowych(fames) na kolumnie Omegawax (szybkie GC) 12 17, , ,31 28, Time (min) Column: 15m x 0.10mm ID x 0.10µm Omegawax (23399-U) 4.5min! Inj: 250 C Det. 260 C (FID) Oven: 140 C, 40 C/min to 280 C (2 min) Carrier: H2, 50 cm/sec, constant Injection: 0.2 ul, 200:1 split Sample: 37-Component FAME Mix (cat. # U), 2-4% by wt. in methylene chloride Liner: 4mm ID, cup split 26

27 FAMEs olej z wątroby dorsza Dzięki uprzejmości Prof. Luigi Mondello SUPELCOWAX m x 0.10 mm, 0.10 µm hydrogen 28 G003783

28 FAMEs 37-Component FAME Mix SP m x 0.18 mm, 0.14 µm hydrogen G

29 FAMEs PUFA (Rybi olej, Brevoortia tyrannus) Omegawax m x 0.10 mm, 0.10 µm hydrogen 30 G003891

30 Cytrynowy olejek eteryczny Dzięki uprzejmości Prof. Luigi Mondello SLB-5ms 10 m x 0.10 mm, 0.10 µm hydrogen 31 G003786

31 Podrobiony olejek cytrynowy Dzięki uprzejmości Prof. Luigi Mondello The ratio of δ-3-carene/camphene cannot exceed for a lemon essential oil to be considered pure Lemon Essential Oil Sweet Orange Essential Oil SLB-5ms 10 m x 0.10 mm, 0.10 µm hydrogen Lemon Essential Oil + 5% Sweet Orange Essential Oil (δ-3-carene/camphene ratio = 0.275) G G G003833

32 Związki półlotne odpady stałe SLB-5ms, GC-MS 20 m x 0.18 mm, 0.18 µm helium 34 G003739

33 Dioksyny i furany SLB-5ms, GC-ECD 15 m x 0.10 mm, 0.10 µm hydrogen G

34 Pestycydy chloroorganiczne SLB-5ms 15 m x 0.10 mm, 0.10 µm hydrogen G Equity m x 0.10 mm, 0.10 µm hydrogen 36 G003900

35 Olej transformatorowy (Aroclor) - PCB SLB-5ms 15 m x 0.10 mm, 0.10 µm hydrogen G Equity m x 0.10 mm, 0.10 µm hydrogen 37 G003881

36 Benzyna bezołowiowa Equity-1 15 m x 0.10 mm, 0.10 µm hydrogen 38 G003889

37 Kolumny do szybkiego GC Ogólnego przeznaczenia: EQUITY-1,SPB-1 SLB-5ms, EQUITY-5, SPB-5 SUPELCOWAX 10 Specjalnego przeznaczenia: VOCOL SPB-624 EQUITY-1701 Omegawax SP-2560 TCEP Kolumny z cieczami jonowymi: SLB-IL59, SLB-IL61, SLB-IL76, SLB-IL82, SLB-IL100, SLB-IL111

38 Podsumowanie W szybkim GC wykorzystujemy głównie kolumny o Φ 0,10 mm Wodór to preferowany gaz nośny Szybsze programy temperaturowe Zalety Krótki czas analizy Sprawność Koszty Problemy Ładowność kolumny Ograniczenia aparaturowe

39 Literatura 41

40 Literatura 42

41 Literatura 43

42 44

43 45

44 46

45 Dziękuję za uwagę! 47