بهینه سازی پارامترهای گاز کروماتوگرافی GC برای جداسازی سریعتر
بهینه سازی پارامترهای گاز کروماتوگرافی GC برای جداسازی سریعتر
آزمایشگاه های امروزی به طور فزاینده ای به دنبال راه هایی برای سرعت بخشیدن به زمان تجزیه و تحلیل به منظور افزایش توان نمونه و کاهش هزینه های آنالیز، بدون به خطر انداختن نتایج هستند.
این مقاله استفاده از ستونهای Thermo Scientific TraceGOLD Fast GC را مورد بحث قرار میدهد و نشان میدهد که متدها را میتوان از ستونهای GC معمولی به I.D کوتاهتر و باریکتر منتقل کرد.
ستون هایی با حداقل method development و بدون کاستی در کیفیت نتایج.
همچنین افزایش تا 50٪ زمان آنالیز به همراه دارد
معرفی
هدف اصلی ایجاد جداسازی کروماتوگرافی، جدا کردن مخلوطی از آنالیت ها است.
از معادله general resolution (معادله 1) و گراف نشان داده شده در شکل 1، مشهود است که سه پارامتر وجود دارد که resolution را کنترل می کنند، یعنی کارایی efficiency (N)، انتخاب پذیری selectivity (α) و ضریب بازداری retention factor (k’).
انتخاب پذیری selectivity و ضریب نگهداری را می توان با تغییر شیمی ستون، سرعت خطی گاز حامل carrier gas و نرخ رمپ دما temperature ramp rate بهبود بخشید.
انتخاب پذیری selectivity مربوط به جداسازی دو جزء است.
اگرچه این پارامترها مهم ترین متغیر برای رزولوشن resolution است، برای مخلوط های پیچیده، عامل کارایی efficiency برای ارائه کاربرد کروماتوگرافی گسترده تر استفاده می شود.
راندمان کروماتوگرافی، و در نتیجه رزولوشن resolution ، را می توان با استفاده از یک ستون طولانی تر افزایش داد، اما این منجر به زمان آنالیز طولانی تر می شود.
روش های مورد علاقه برای افزایش کارایی کروماتوگرافی، کاهش قطر داخلی ستون column internal diameter (dc) یا کاهش ضخامت لایه film thickness (df) است.
مزیت استفاده از ستونهای باریکتر و لایههای نازکتر این است که کاربران روشهای متداول GC میتوانند زمان تحلیل را با حداقل توسعه روش method development کاهش دهند.
بهبودهای قابل توجهی در عملکرد سنجش را می توان بدون نیاز به ایجاد تغییرات در تنظیمات سیستم با استفاده از یک ستون GC سریع (20 متر × 0.15 میلی متر × 0.15 میکرومتر) در مقایسه با ابعاد ستون معمولی (30 متر × 0.25 میلی متر × 0.25 میکرومتر) به دست آورد.
راندمان پیک بهبود یافته Improved peak efficiencies را می توان با استفاده از یک ستون GC سریع بدون کاهش وضوح رزولوشن پیک به دست آورد، مشروط به اینکه:
- نسبت طول ستون به I.D. یکسان باشد
- فاز ثابت ستون column stationary phase ثابت بماند
- نسبت فاز ستون column phase ratio (β) در صورت امکان یکسان نگه داشته شود
بهبود بیشتر در بهره وری را می توان با ترکیب سرعت خطی بهینه بالاتر optimal linear velocity با افزایش نرخ رمپ دما به دست آورد.
اثرات تغییرات پارامترهای مختلف سیستم بر بازده کروماتوگرافی و سرعت آنالیز در این مقاله مورد بحث قرار گرفته است.
شکل 1: نمایش گرافیکی معادله رزولوشن
طول ستون
جداسازی 16 هیدروکربن پلی آروماتیک (PAHs) بر روی یک ستون Thermo Scientific TraceGOLD TG-5SilMS GC تحت یک گرادیان برنامه دما در شکل 2 نشان داده شده است.
با نصف کردن طول ستون و استفاده از شرایط کروماتوگرافی یکسان، سرعت آنالیز 34 درصد افزایش یافت.
رزولوشن Resolution critical pairs در نتیجه کاهش بازده efficiency از بین می رود.
شکل 2: اثر طول ستون بر زمان تحلیل و وضوح برای جداسازی مخلوط استاندارد 16 PAH
Inlet – SSL at 250 °C
Carrier gas – 1.2 mL/min helium, constant flow
Split injection – 30:1
Injection volume – 1.0 μL
Oven – 90 °C (1 min), 25 °C/min, 280 °C, 4 °C/min, 320 °C (5 min)
Detector – FID at 280 °C
آنالیت ها: 1. نفتالین، 2. آسنفتیلن، 3. آسناپتن، 4. فلورن، 5. فنانترن، 6. آنتراسن، 7.فلورانتن، 8. پیرن، 9.بنزو[a]آنتراسن، 10. کریسن، 11. بنزو[b]فلورانتن،12. بنزو[k]فلورانتن، 13. بنزو[a]پیرن، 14. ایندنو[1،2،3-cd]پیرن، 15. دی بنزو[a،h]آنتراسن،
- بنزو[g,h,i]پریلن.
Analytes: 1. Naphthalene, 2. Acenaphthylene, 3. Acenapthene, 4. Flourene, 5. Phenanthrene, 6. Anthracene, 7.Fluoranthene, 8. Pyrene, 9. Benzo[a]anthracene, 10. Chrysene, 11. Benzo[b]fluoranthene,12. Benzo[k]fluoranthene, 13. Benzo[a]pyrene, 14. Indeno[1,2,3-cd]pyrene, 15. Dibenzo[a,h]anthracene,16. Benzo[g,h,i]perylene.
قطر داخلی ستون Internal Diameter (DC)
شکل 3 نشان می دهد که با کاهش قطر ستون، راندمان افزایش می یابد و در نتیجه قدرت تفکیک نیز افزایش می یابد.
راندمان همیشه در ستون باریکتر بیشتر است.
بنابراین، ستونهای کوتاهتر را میتوان برای کاهش زمان آنالیز و در عین حال جبران کاهش بازده ناشی از طول ستون کوتاهتر استفاده کرد.
جدول 1 کارایی نرمال شده برای طول و قطر ستون را نشان می دهد.
مزیت دیگر استفاده از ستون narrow bore این است که سرعت خطی بهینه گاز حامل نیز افزایش مییابد که زمان تحلیل کوتاهتری را ممکن میسازد.
از نمودارهای Golay برای یک ستون GC سریع، سرعت خطی بهینه که بالاترین راندمان را فراهم می کند 32.7 سانتی متر بر ثانیه در مقایسه با 28.5 سانتی متر بر ثانیه برای ستون GC معمولی است.
برخی ملاحظات عملی در مورد استفاده از ستون های narrow bore وجود دارد، از جمله ظرفیت بارگذاری loading capacity نمونه کمتر، به این معنی که ممکن است برای جلوگیری از overloadستون، نسبت تقسیم split ratios بالاتر یا کاهش تزریق نمونه مورد نیاز باشد.
شکل 3: تأثیر قطر ستون بر سرعت velocity بهینه گاز و HETP
جدول 1: بازده نرمال شده نسبت به طول و قطر ستون.
راندمان نرمال شده با استفاده از ابعاد ستون 30 متر × 0.25 میلی متر محاسبه می شود.
ضخامت فاز فیلم (df) و نسبت فاز (β)
جداسازی 11 ترکیب بر روی ستون Thermo Scientific TraceGOLD TG-5MS GC تحت برنامه دمای گرادیان در شکل 4 نشان داده شده است.
با کاهش ضخامت لایه از 0.50 میکرومتر به 0.25 میکرومتر و استفاده از شرایط کروماتوگرافی یکسان، سرعت آنالیز 13 درصد افزایش می یابد.
وضوح جفت های بحرانی به طور قابل توجهی برای این اجزای نیمه فرار در نتیجه افزایش کارایی افزایش می یابد.
شکل 4: اثر ضخامت لایه بر زمان آنالیز و وضوح برای جداسازی یک مخلوط استاندارد یازده فنل
Experimental conditions: Inlet – SSL at 250 °C
Carrier gas – 1.2 mL/min helium, constant flow
Split injection – 80:1
Injection volume – 1.0 μL
Oven – 60 °C (1 min), 10 °C/min, 240 °C
Detector – FID at 280 °C
Analytes: 1. Phenol, 2. 2-Chlorophenol, 3. 2-Nitrophenol, 4. 2,4-Dimethylphenol, 5. 2,4-Dichlorophenol,
- 4-Chloro-3-methylphenol, 7. 2,4,6-Trichlorophenol, 8. 2,4-Dinitrophenol, 9. 4-Nitrophenol,
- 2-Methyl-4,6-dinitrophenol, 11. Pentachlorophenol.
آنالیت ها: 1. فنل، 2. 2-کلروفنل، 3. 2-نیتروفنل، 4. 2،4-دی متیل فنل، 5. 2،4-دی کلروفنل،
- 4-کلرو-3- متیل فنل، 7. 2،4،6-تری کلروفنل، 8. 2،4-دینیتروفنل، 9. 4-نیتروفنل،
- 2-متیل-4،6-دی نیتروفنل، 11. پنتاکلروفنل.
اگر نسبت فاز (معادله 2) ثابت نگه داشته شود، ترتیب شستشوی elution order ترکیبات یکسان پیش بینی می شود.
همانطور که جدول 2 نشان می دهد، با جایگزینی یک ستون GC 0.25 × 0.25 میکرومتر با یک ستون 0.15 × 0.15 میکرومتر و در نتیجه حفظ نسبت فاز یکسان، همان ترتیب شستشوی ترکیبات مشاهده می شود، مشروط بر اینکه فاز ثابت ستون ثابت بماند.
با این حال، راندمان در قطر ستون 0.15 میلی متری بیشتر خواهد بود و اجازه می دهد تا جداسازی مشابهی با طول ستون کوتاه تر انجام شود.
Temperature Ramp Rate
برای مثال نشان داده شده در شکل 5، جداسازی مخلوط فنل، سرعت آنالیز با افزایش نرخ رمپ دمای کوره GC افزایش می یابد.
هر 16 درجه سانتیگراد در دقیقه افزایش نرخ رمپ دما، retention factor را تقریباً 50٪ کاهش می دهد، اما به قیمت تفکیک پذیری resolution.
با این حال، اگر رزولوشن کافی باشد، می توان از نرخ رمپ دمای بالا استفاده کرد.
عملکرد ستون نیز با افزایش نرخ رمپ کاهش می یابد.
در این مورد، راندمان را نمی توان به عنوان معیاری برای عملکرد ستون استفاده کرد، در عوض به طور کلی از عرض پیک peak width یا ظرفیت پیک peak capacity استفاده می شود.
ظرفیت پیک peak capacity (Pc) با افزایش نرخ رمپ دما از 10 درجه سانتی گراد در دقیقه به 20 درجه سانتی گراد در دقیقه، 22 درصد کاهش می یابد.
مفهوم عملی این است که دمای آنالیت های late-eluting نیز افزایش می یابد.
دمای کار ستون ممکن است به اندازه کافی برای شستشوی elute ترکیبات بالا نباشد.
علاوه بر این، در سرعت بالاتر از 40 درجه سانتیگراد در دقیقه، تغییرات بیشتری در زمان ماند ترکیبات دیر شسته شده late eluting وجود خواهد داشت.
این به دلیل قرائت نادرست دمای آون GC > 40 درجه سانتیگراد در دقیقه است.
شکل 5: تأثیر ramp rate دمای کوره بر زمان آنالیز، تفکیک پذیری resolution و دمای شستشو elution temperature
Method Transfer to a Fast GC Column
برای نشان دادن کاربرد این روش، جداسازی متیل استر اسید چرب (FAME) از یک ستون معمولی به یک ستون GC سریع منتقل شد.
جدول 3 پیکربندیهای ستون GC معمولی و سریع را نشان میدهد، که اجازه میدهد زمان تجزیه و تحلیل روش به آسانی با تغییرات جزئی در روش کاهش یابد.
نسبت طول ستون به I.D. و نسبت فاز تقریباً یکسان نگه داشته میشوند، با نرخ جریان گاز حامل و نرخ شیب فرعی متغیر است تا اطمینان حاصل شود که عملکرد کروماتوگرافی مشابهی به دست میآید و در عین حال زمان تجزیه و تحلیل کلی را کاهش میدهد.
نتیجه
زمان آنالیز GC را می توان با انتقال یک روش به ستون های سریع GC به میزان قابل توجهی کاهش داد.
لازم نیست عملکرد با بررسی دقیق موارد زیر به خطر بیفتد:
- طول ستون
- ستون I.D.
- ضخامت فیلم ستون
- سرعت خطی گاز حامل
- نرخ رمپ دما
این رویکرد برای انتقال ترکیب FAMEs C8-C24 از یک استاندارد استفاده شده است
ستون GC 30 متر × 0.25 × 0.25 میکرومتر به یک ستون GC سریع، تا 50٪ زمان تجزیه و تحلیل سریعتر را ارائه میکند، بدون کاهش در رزولوشن و بدون تغییر در پیکربندی سیستم.
بهینه سازی گاز کروماتوگرافی GC, گاز کروماتوگرافی,GC, جداسازی, کروماتوگرافی, ستون GC, ستون GC اسید چرب fame,ستون کروماتوگرافی,ستون,column,
بهینه سازی پارامترهای گاز کروماتوگرافی GC برای جداسازی سریعتر
بهینه سازی پارامترهای گاز کروماتوگرافی GC برای جداسازی سریعتر
بهینه سازی پارامترهای گاز کروماتوگرافی GC برای جداسازی سریعتر
بهینه سازی پارامترهای گاز کروماتوگرافی GC برای جداسازی سریعتر
روش بهینه سازی پارامترهای گاز کروماتوگرافی GC برای جداسازی سریعتر
بهینه سازی انجام پارامترهای گاز کروماتوگرافی GC برای جداسازی سریعتر
بهینه سازی پارامترهای انالیز گاز کروماتوگرافی GC برای جداسازی سریعتر
بهینه سازی پیشرفته پارامترهای گاز کروماتوگرافی GC برای جداسازی سریعتر
دیدگاهتان را بنویسید