Tipovi i odabir kolona za GC/MS, instalacija i mogući problemi

doc dr Nenad Vuković,Institut za hemiju,

Prirodno-matematički fakultet u Kragujevcu

Tipovi kolona➢ Kolone su ‚‚srce‚‚ jednog gasnog hromatografa.

✓ Odabir odgovarajuće i fizički/fizičko-hemijski ispravne kolone ćedati dobre i reproduktivne rezultate kvalitativne i kvantitativneanalize

Tipovi kolona➢ Pakovane kolone

➢ Open tubular kolone (kapilarne kolone)

Kapilarne kolone➢ Na prvi pogled, kapilarna kolona predstavlja jednostavan sistem.

➢ Da li je to zapravo tako?

Kapilarne kolone➢ Nije.

➢ Kapilarne kolone su mnogo više od jedne tanke cevčice, maloginternog prečnika.

Kapilarne kolone➢ Od čega su sastavljene?

Kapilarne kolone➢ Od čega su sastavljene?

✓ Staklene cevčice,

✓ Poliimidnog sloja,

✓ Stacionarne faze.

Kapilarne kolone➢ Funkcija poliimidnog sloja.

❖ Popunjava sve šupljine na silikatnoj cevčici.

❖ Obezbeđuje pouzdanu i jaku vodootpornu barijeru.

❖ Obezbeđuje uvećanje odgovarajućih mehaničkih osobina (ne lomise staklena cev pri savijanju, itd.)

Kapilarne kolone➢ Funkcija poliimidnog sloja.

❖ Svako oštećenje će rezultovati u umanjenju mehaničkih osobina.Na mestu gde je sloj skinut lako dolazi do pucanja kolone.

❖ Zbog starenja premaza, čak i kolone čije su hromatografskeosobine odlične, postaju krte, tj. postoji mogućnost pucanjasilikatne cevi.

❖ S obzirom da je spoljni sloj, tokom nekog perioda rada bojakolone se može promeniti (boja poliimidnog sloja). Kako je tospoljni sloj, ne utiče na hromatografske karakteristike kolone.

Kapilarne kolone➢ Staklena kapilarna cev.

❖ Prave se od sintetičkog kvarca, sa manje od 1 ppm primesametala.

❖ Interni dijametar tokom pravljenja mora biti konstantan, aunutrašnjost dobro isprana i deaktivirana (na taj način seobezbeđuje hemijska uniformnost za stacionarnu fazu).

Kapilarne kolone➢ Stacionarna faza.

❖ Razdvajanje komponenti prisutnih u analitu. Supstance se različitovežu za tanki sloj stacionarne faze.

❑ Interakcije sa molekulima analita su elektrostatske prirode:

➢ Van Der-Waals-ove veze

➢ London-ove veze

➢ Dipolne interakcije

➢ Dipol-indukovani dipol interakcije.

Kapilarne kolone➢ Stacionarna faza.

❑ Interakcije sa molekulima analita su elektrostatske prirode:

➢ Van Der-Waals-ove veze

➢ London-ove veze

➢ Dipolne interakcije

➢ Dipol-indukovani dipol interakcije.

✓ Rezultat svega je uspostavljanje dinamičke ravnoteže izmedjugasne i tečne faze.

✓ Koeficijent raspodele ili particioni koeficijent. K=Ct/Cg

Kapilarne kolone➢ Stacionarna faza.

Kapilarne kolone➢ Postoje tri tipa kapilarnih kolona:

❑ WCOT,

❑ SCOT,

❑ PLOT

Kapilarne kolone➢ WCOT kapilarne kolone:

▪ Tečni polimerni film kojim je obložena unutrašnja strana staklenekapilare. (debljina tečnog sloja mora biti uniformna-reda veličine ~0.25 mm).

▪ Najčešće su u upotrebi.

Kapilarne kolone➢ WCOT kapilarne kolone:

▪ Uobičajene stacionarne faze su silikonski polimeri.

❑ Šta određuje separacione karakteristike?

Kapilarne kolone➢ WCOT kapilarne kolone:

❑ Šta određuje separacione karakteristike?

✓ Tip supstituenata i broj supstituenata na polisiloksanskom nizu.

O Si

R

RR=CH3 metilR=CH2CH2CH2CN cijanopropilR=CH2CH2CF3 trif luoropropilR=Ph fenil

n

Kapilarne kolone➢ WCOT kapilarne kolone:

❑ Šta određuje separacione karakteristike?

✓ Tip supstituenata i broj supstituenata na polisiloksanskom nizu.

▪ Primer: (5 % - fenil)-metil faza ima vezane dve fenil grupe na 2.5 %od ukupnog broja atoma silicijuma; na ostatak od 97.5 %silicijumovih atoma su vezane metil grupe.

Kapilarne kolone➢ WCOT kapilarne kolone:

❑ Šta određuje separacione karakteristike?

✓ Tip supstituenata i broj supstituenata na polisiloksanskom nizu.

✓ Jedna od često korišćenih polarnijih faza sadrži hemijski vezanemolekule polietilen glikola.

HO C C O H

H

H

H

Hn

Kapilarne kolone➢ WCOT kapilarne kolone:

❑ Šta određuje separacione karakteristike?

✓ Carbowax 20M faza kao visoko polarna, daje izvanredneseparacione osobine.

✓ Nedostatak je strukturno oštećenje dejstvom kiseonika na višimtemperaturama (>100 °C).

HO C C O H

H

H

H

Hn

Kapilarne kolone➢ SCOT kapilarne kolone:

✓ Čvrsta faza je vezana na unutrašnjost kvarcne kapilare, a prekonje prevučena tečna faza.

Kapilarne kolone➢ PLOT kapilarne kolone:

✓ Čvrsta faza je polistiren, aluminijum oksid, molekulska sita.

PLOT Kapilarne kolone➢ Situacija analize gasovitih supstanci,

✓ Veliki je problem sa tečnim filmom kao stacionarnom fazomzadržati neko vreme u kapilarnoj koloni!!!

✓ Donekle veoma tanak sloj tečne faze polidimetil siloksana (nprRtx-1 kolona kompanije RESTEK, ili analogna drugog proizvođača)donekle mogu ispuniti uslove retencije i selektivnosti.

PLOT Kapilarne kolone➢ Situacija analize gasovitih supstanci,

✓ Donekle veoma tanak sloj tečne faze polidimetil siloksana (nprRtx-1 kolona kompanije RESTEK, ili analogna drugog proizvođačanpr. HP-1) donekle mogu ispuniti uslove retencije i selektivnosti.

Razdvajanje C1-C5 na 100% polydimethyl siloxane tečnoj

fazi; Kolona: Restek, 60m x 0.32mm Rtx-1, 5 μm;

Temperaturski program: 60 °C, hold 5 min; 60 °C - 175 °C,

10 °C /min.

PLOT Kapilarne kolone➢ Situacija analize gasovitih supstanci,

✓ Šta negativno utiče na hromatografske rezultate kod ove kolone?

Kolona: Restek, 60m x 0.32mm Rtx-1, 5 μm; Temperaturski

program: 60 °C, hold 5 min; 60 °C - 175 °C, 10 °C /min.

PLOT Kapilarne kolone➢ Situacija analize gasovitih supstanci,

✓ Šta negativno utiče na hromatografske rezultate kod ove kolone?

✓ Povećanjem debljine kapilarnog sloja povećava se transfer mase utečnu fazu, što za rezultat ima širenje pikova.

✓ Zato se i kolone sa debljinom tečne faze iznad 7 μm ne koriste!!!

Kolona: Restek, 60m x 0.32mm Rtx-1, 5 μm; Temperaturski

program: 60 °C, hold 5 min; 60 °C - 175 °C, 10 °C /min.

PLOT Kapilarne kolone➢ Situacija analize gasovitih supstanci,

✓ Da li umesto particione hromatografije, adsorpciona može datibolje rezultate???

PLOT Kapilarne kolone➢ Situacija analize gasovitih supstanci,

✓ Da li umesto particione hromatografije, adsorpciona može datibolje rezultate???

✓ Da.

PLOT Kapilarne kolone➢ Situacija analize gasovitih supstanci,

✓ U unutrašnjost staklene kapilare se postavlja porozna čvrstasupstanca od 5-50 mm.

PLOT Kapilarne kolone➢ Situacija analize gasovitih supstanci,

✓ Dobre su za analizu i supstanci niskih tački ključanja.

Kapilarne kolone➢ Većina navedenih faza se koristi sa konvencionalnim GC i GC/MS

sistemima.

➢ Ipak, zarad efikasnosti analize, poželjno je izabrati kapilarnukolonu čija stacionarna faza (tečni film) ima što je moguće manjiColumn Bleed, odnosno curenje kolone.

➢ Curenje kolone ne treba shvatati tragično-prirodan procesrazgradnje kolone na višim temperaturama.

➢ Većina proizvođača deklariše low column bleed na 310 °C, aliproces dizanja bazne linije ide često od 280 °C.

Kapilarne koloneDizanje bazne linije kao posledica curenja kolone.

Kapilarne kolone➢ Kako onda odabrati pravu kolonu?

✓ U saglasnosti sa hromatografskim uslovima, odabrati kolonu sanajmanjim curenjem-Agilent ima fenomenalne kolone,

✓ Ako prethodno nije moguće, uzeti kolonu niske polarnosti samanjom debljinom tankog filma (curenje se intezivira sauvećanjem polarnosti tečne faze, uvećanjem debljine sloja tečnefaze, ili ako je kolona duža),

✓ Ako je neophodno odvajanje nekih izomera, polarnija faza sekoristi.

Instaliranje kapilarne kolone➢ Voditi računa da se celokupan proces instalacije radi u čistim

rukavicama-razlog kontaminacija početnog i krajnjeg dela kolone.

Instaliranje kapilarne kolone➢ Instalirana kolona u GC/MS sistem.

Instaliranje kapilarne kolone➢ Konektovanje kolone za Inlet.

✓ Odabrati odgovarajuće ferule i nut.Ferula, 0.4 mm id, 15% graphite/85%Vespel, 0.1 to

0.25 mm column. Preporučeno za MS detektore.

Instaliranje kapilarne kolone➢ Konektovanje kolone za Inlet.

✓ Odabrati odgovarajuće ferule i nut.

Instaliranje kapilarne kolone➢ Konektovanje kolone za MS.

Oštećenje kapilarne kolone➢ Najveći neprijatelj kapilarne kolone je kiseonik.

➢ Na sobnoj temperaturi ne oštećuje tečni film.

➢ Na radnim temperaturama oštećuje kapilarni film.

✓ proveriti gasnu liniju,

✓ menjati septe.