В прошлых публикациях мы рассмотрели ввод с делением потока и без деления. Сегодня ознакомимся с методами прямого ввода и ввода большого объема пробы.
Прямой on-column ввод
Из всех типов ввода пробы в капиллярную колонку on-column ввод, пожалуй, является идеальным выбором для многих применений, хотя его применение несколько ограничено. Прямой on-column ввод — это способ введения пробы в газовом хроматографе, при котором образец в жидком виде подаётся напрямую в хроматографическую колонку, минуя испаритель. Такой подход исключает контакт пробы с горячими поверхностями, что особенно важно для анализа термочувствительных или высококипящих соединений, склонных к разложению. Проба вводится с помощью специального шприца с длинной тонкой иглой, которая проходит через испаритель и доставляет образец в начало колонки. Температура колонки при этом поддерживается ниже температуры кипения растворителя, чтобы проба оставалась в жидкой фазе до момента конденсации внутри колонки. Это предотвращает термическую деградацию аналитов и обеспечивает полный перенос всех компонентов без потерь и искажений. Метод особенно ценен для точного количественного анализа, работы с сложными матрицами и исследования чувствительных соединений, но требует использования специального оборудования и аккуратного контроля температурных условий.
Это низкотемпературный метод ввода устраняет потенциальные проблемы с дискриминацией как в шприце, так в испарителе, а также возможные химические взаимодействия с материалами испарителя. Основное преимущество on-column ввода заключается в том, что в колонку попадает весь образец, что также является основным недостатком. Это означает, что анализируемые вещества и все посторонние примеси будут попадать в колонку, что может привести к непомерно высоким требованиям к очистке и техническому обслуживанию.
On-column ввод может использоваться для всех типов анализов, но он особенно эффективен для анализируемых веществ, которые являются высококипящими, термически лабильными или иным образом реагирующими в испарителе.
On-column ввод используется в качестве средства контроля при оптимизации других методов, поскольку он не страдает от дискриминации. Аналитическая чувствительность метода, как правило, достигает высоких значений, а пределы обнаружения зачастую сопоставимы или даже ниже, чем при использовании splitess-режима.
Пробы следует вводить максимально быстро, обеспечивая при этом температуру колонки ниже точки кипения растворителя. Медленное введение приводит к осаждению части веществ на поверхности иглы. При длительном нахождении иглы в порте летучие компоненты уносятся газом-носителем в колонку, а менее летучие остаются на стенках иглы. Быстрый ввод минимизирует контакт пробы с иглой, обеспечивая полный перенос всех компонентов в колонку независимо от их летучести.
Быстрый ввод пробы предотвращает оседание её компонентов на стенках иглы. Конденсация пробы происходит прямо в колонке, на достаточном удалении от места ввода.
Этот метод гарантирует полный перенос всех аналитов без потерь и разделения по летучести, что особенно важно для количественных исследований. Сведение к минимуму контакта пробы с иглой сохраняет исходный состав образца и предотвращает разложение термочувствительных соединений.
При прямом вводе начальная температура колонки может быть значительно выше, чем в режиме без деления потока. В отличие от режима без деления, где требуется повторная конденсация растворителя, прямой ввод позволяет пробе поступать в колонку в жидком виде. Эксперименты показывают, что в стандартных условиях работы (при температуре колонки не выше точки кипения растворителя) жидкая проба равномерно распределяется по колонке под действием потока газа-носителя. Растворитель вместе с анализируемыми веществами образует зону в начальной части колонки, где формируется стабильная жидкая плёнка на поверхности неподвижной фазы.
Крайне важно минимизировать протяженность зоны, смоченной растворителем, поскольку именно в этом участке распределяются все растворенные вещества. Длина данной зоны непосредственно определяет ширину стартовой зоны (эффект пространственного размывания). В отличие от временного размывания, которое не наблюдается при прямом вводе, пространственное размывание вызывает уширение и даже расщепление пиков.
Длина смоченного участка зависит от нескольких параметров:
· толщины колонки,
· количества пробы,
· температуры впрыска,
· толщины плёнки внутри колонки,
· того, насколько хорошо растворитель смешивается с этой плёнкой (самый важный параметр).
При хорошей смачиваемости (неполярные растворители и неполярные силиконовые фазы) длина зоны составляет приблизительно 20 см на 1 мкл пробы. При плохой смачиваемости данный параметр может возрастать в 10-20 раз, как это происходит, например, при анализе метанола на неполярной силиконовой фазе.
При работе с большими объемами проб или в условиях недостаточной смачиваемости отсутствие предварительного концентрирования аналитов приводит к значительному пространственному размыванию, что делает невозможным проведение как качественного, так и количественного анализа.
На представленной хроматограмме отображены пики додекана, полученные при использовании проб различного объема. Наблюдается полное соответствие ширины пиков для объемов 0,5 и 1,0 мкл. При увеличении объема пробы до 2 мкл отмечается начальное проявление размывания хроматографической зоны, однако симметричность формы пика сохраняется.
Ввод больших объёмов пробы с последующей отдувкой растворителя ( large volume injection )
Данная методика позволяет вводить в испаритель значительные объёмы пробы (до 50 мкл) для повышения чувствительности анализа микроконцентраций компонентов. Процедура состоит из следующих этапов:
· Ввод образца: проба вводится в испаритель в условиях, когда растворитель испаряется и удаляется через линию сброса, а анализируемые компоненты концентрируются в лайнере.
· Фаза переноса: после закрытия канала сброса испаритель быстро нагревается, и аналиты переносятся потоком газа-носителя в хроматографическую колонку.
Благодаря предварительной отдувке растворителя не происходит "перегрузка" колонки, а фокусирование компонентов в лайнере и быстрый нагрев испарителя позволяет вводить пробу в колонку в виде узкой хроматографической зоны. При вводе больших объёмов пробы с последующей отдувкой растворителя необходимо подбирать растворитель таким образом, чтобы его температура кипения была на 100 °C ниже температуры кипения самого летучего из анализируемых веществ.
Температура испарителя
Начальную температуру испарителя задают на 5–10 C ниже температуры кипения растворителя. Сразу после ввода пробы температуру увеличивают со скоростью 200–500 C/мин. Максимальное значение температуры подбирают в соответствии с температурами кипения определяемых компонентов. В случае применения сорбента в лайнере температура не должна превышать предельно допустимую для данного наполнителя. Испаритель выдерживают при максимальной температуре в течение 2–5 минут для обеспечения полного перевода аналитов в колонку, после чего температуру снижают.
Температура колонки
Начальная температура обычно соответствует температуре испарителя, но может устанавливаться на 10 градусов выше или ниже. Программирование температуры колонки запускают после достижения испарителем максимальной температуры.
Время отдувки растворителя
На этапе отдувки растворителя расход по линии сброса устанавливают в диапазоне 50–200 мл/мин. С момента начала нагрева испарителя и переноса пробы в колонку сбросной расход устанавливают на 0 мл/мин. После завершения нагрева испарителя задают сбросной расход 10–30 мл/мин.
Время отдувки растворителя зависит от температуры кипения растворителя, наполнителя лайнера, температуры испарителя, расхода сбросного газа и обычно составляет от 2 до 15 с. Данный параметр подбирается таким образом, чтобы при отдувке растворителя не происходила потеря самых летучих анализируемых компонентов. Графики изменения расходов газов, температур колонки и испарителя при работе в режиме ввода больших объёмов пробы с отдувкой растворителя приведены ниже.
В серии публикаций про ввод пробы- мы рассмотрели варианты ввода в колонку с делением, без деления потока и прямой ввод в колонку. Выбор способа зависит от методики анализа и конфигурации хроматографа. Пишите, если остались вопросы.