ES2951785T3 - Cromatografía de gases completa multidimensional multicanal - Google Patents

Abstract

La presente divulgación proporciona un método para realizar análisis cromatográficos completos. En términos generales, el método comprende separar una muestra en una primera columna cromatográfica para generar una corriente primaria, que se dirige hacia un sistema de conmutación no modulador que comprende al menos un microinterruptor y al menos una válvula. El sistema de conmutación sin modulador se opera continuamente para: (a) dirigir selectivamente una porción de la corriente primaria a uno de una pluralidad de inyectores térmicos y acumular la porción de la corriente primaria durante un período de tiempo predeterminado; (b) inyectar la porción de la corriente primaria en una de una pluralidad de columnas cromatográficas secundarias; (c) detectar uno o más analitos en una corriente secundaria que sale de la columna cromatográfica secundaria; y repetir (a)-(c) para dirigir selectivamente otras porciones de la corriente primaria a otros inyectores térmicos y columnas cromatográficas secundarias hasta que se detecten todos los analitos en la muestra. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Cromatografía de gases completa multidimensional multicanal

La presente divulgación se refiere a métodos de realizar cromatografía de gases completa multidimensional multicanal, en especial micro-cromatografía de gases cromatografía de gases completa multidimensional multicanal.

Esta sección proporciona información de antecedentes relacionados con la presente divulgación que no es necesariamente estado de la técnica.

La cromatografía de gases (CG) se usa mucho en muchas industrias para separar e identificar analitos diana, tal como compuestos orgánicos volátiles o compuestos orgánicos semivolátiles. La CG es particularmente útil para analizar muestras complejas que tienen múltiples analitos diana que requieren detección individual. La CG funciona observando “picos” de sustancias químicas que pasan a través de una columna de separación. Por tanto, una muestra que tiene diferentes sustancias químicas o analitos diana se introduce a través de un inyector en una columna de lecho empaquetado. Diferentes porciones de la muestra pasan a través de la columna a diferentes velocidades (debido a las interacciones físicas y químicas de cada sustancia química con el material contenido en la columna). Según se eluyen (salen) los analitos diana de la columna, el detector puede diferenciar las especies eluidas a lo largo del tiempo basado en la velocidad a la que los analitos pasan a través de la columna. Tales analitos se pueden identificar y/o cuantificar electrónicamente durante o después de la detección.

La micro-cromatografía de gases se lleva a cabo a una escala miniaturizada de la cromatografía de gases tradicional. Un tipo específico de micro-cromatografía de gases es cromatografía de gases bidimensional (2-D) completa (“CG * CG”). La cromatografía de gases bidimensional completa (CG * CG) es muy adecuada para el análisis y la separación de mezclas complejas de compuesto volátiles y/o semivolátiles. En general, la CG * CG o cromatografía de gases bidimensional completa utiliza dos columnas de selectividades diferentes conectadas en serie por un dispositivo modulador. En un sistema de cromatografía de gases (CG) completa bidimensional (2-D) convencional, el dispositivo modulador se coloca entre las columnas de primera (1a) y segunda (2a) dimensión. El dispositivo modulador, por tanto, envía porciones de eluyente de la ia columna a la 2a columna, continuamente atrapando, orientando y reinyectando componentes eluidos de la primera columna a la segunda columna (como un inyector continuo para la segunda columna). El modulador corta los eluyentes de la columna de la ia dimensión (1D) periódicamente (periodo de modulación (P^m ): aproximadamente 1-10 segundos) y después reinyecta cada segmento cortado en la columna de la 2a dimensión (2D) secuencialmente. Por consiguiente, cada analito es sujeto de dos procesos de separación independientes, primero por su presión de vapor en la columna 1D y después por su polaridad en la columna 2D. Se puede reconstruir un cromatograma 2-D que consiste en los tiempos de retención de 1D y 2D analizando los picos eluidos detectados por un detector de vapor instalado al final de la columna 2D. La capacidad de pico es una característica de sistemas de CG que describe una cantidad global de picos que eluyen -correspondientes al número de sustancias químicas perceptibles- que se pueden separar de una muestra por el sistema. Una capacidad de pico total de CG x CG es noGxCG = n-i x n² , donde ni y n² son la capacidad de pico para la separación de 1D y 2D, respectivamente. Por tanto, es deseable mayor capacidad de pico en un sistema de C^g .

Sin embargo, la CG completa 2-D convencional padece (1) menor capacidad de pico en la ia dimensión debido al ensanchamiento de picos durante la reconstrucción producida por el muestreo; y (2) tiempo de separación de la 2a dimensión corto (y por tanto menor capacidad de pico), que está limitado por el periodo de modulación (o periodo de muestreo). Según esto, sería deseable resolver estos problemas para mejorar la cromatografía de gases completa 2-D.

De Jing Liu et al.: “Smart multi-channel two-dimensional micro-gas chromatography for rapid workplace hazardous volatile organic compounds measurement", Lab Chip, vol. 13, 818-825 se conoce un método de análisis de cromatografía, que comprende:

separar una muestra en una columna cromatográfica primaria;

dirigir una corriente primaria que sale de la columna cromatográfica primaria hacia un sistema conmutador no modulador, y

operar continuamente el sistema conmutador no modulador para dirigir selectivamente la corriente primaria a una pluralidad de inyectores térmicos y una pluralidad de columnas cromatográficas secundarias, en donde cada uno de la pluralidad de inyectores térmicos se proporciona en paralelo uno a otro y está en comunicación fluida con una respectiva columna cromatográfica secundaria de la pluralidad, en donde el operar continuamente incluye:

(a) dirigir selectivamente una porción de la corriente primaria a uno de la pluralidad de inyectores térmicos y acumular la porción de la corriente primaria durante una cantidad de tiempo predeterminada;

(b) inyectar la porción de la corriente primaria en una de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias en comunicación fluida con el uno de la pluralidad de inyectores térmicos;

(c) detectar uno o más analitos diana en una corriente secundaria que sale de la una de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias; y

repetir (a)-(c) para dirigir selectivamente otras porciones de la corriente primaria a otros inyectores térmicos de la pluralidad de inyectores térmicos y la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias en comunicación fluida con los mismos.

En vista de esto es el objeto de la invención divulgar un método de análisis de cromatografía completa en donde sustancialmente todos los analitos diana en la muestra se detectan para proporcionar un análisis completo de la muestra.

Este objeto se logra mediante un método según la reivindicación 1.

Esta sección proporciona un resumen general de la divulgación, y no es una divulgación completa de su ámbito entero o todas sus características.

En ciertos aspectos, la presente divulgación proporciona un método para realizar análisis de cromatografía completa que comprende separar una muestra en una columna cromatográfica primaria para generar una corriente primaria. La corriente primaria se dirige hacia un sistema conmutador no modulador. El sistema conmutador no modulador comprende al menos un microconmutador y al menos una válvula. El método además comprende operar continuamente el sistema conmutador no modulador para selectivamente dirigir la corriente primaria a una pluralidad de inyectores térmicos y una pluralidad de columnas cromatográficas secundarias. Cada uno de la pluralidad de inyectores térmicos se proporciona en paralelo uno con otro y está en comunicación fluida con una respectiva columna cromatográfica secundaria de la pluralidad. Operar continuamente comprende (a) dirigir selectivamente una porción de la corriente primaria a uno de la pluralidad de inyectores térmicos y acumular la porción de la corriente primaria durante una cantidad de tiempo predeterminada. Operar continuamente además comprende (b) inyectar la porción de la corriente primaria en una de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias en comunicación fluida con el uno de la pluralidad de inyectores térmicos. Operar continuamente también comprende (c) detectar uno o más analitos diana en una corriente secundaria que sale de la una de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias. Operar continuamente incluye repetir (a)-(c) para dirigir selectivamente otras porciones de la corriente primaria a otros inyectores térmicos de la pluralidad de inyectores térmicos y la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias en comunicación fluida con los mismos hasta que todos los analitos diana en la muestra se detectan después de salir de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias, proporcionando de esta manera un análisis completo de la muestra.

En otros aspectos que no son parte de la invención, la presente divulgación se refiere a un método para realizar análisis de cromatografía completa. El método comprende recibir una corriente primaria de una muestra en un sistema conmutador no modulador. El sistema conmutador no modulador comprende al menos un microconmutador y al menos una válvula. El método además incluye operar continuamente el sistema conmutador no modulador para dirigir selectivamente la corriente primaria a una pluralidad de inyectores térmicos y una pluralidad de columnas cromatográficas. Cada uno de la pluralidad de inyectores térmicos se proporciona en paralelo uno con otro. Cada uno de la pluralidad de inyectores térmicos está en comunicación fluida con una respectiva columna cromatográfica de la pluralidad. El operar continuamente comprende (a) dirigir selectivamente una porción de la corriente primaria a uno de la pluralidad de inyectores térmicos y acumular la porción de la corriente primaria durante una cantidad de tiempo predeterminada. El operar selectivamente además comprende (b) inyectar la porción de la corriente primaria en una de la pluralidad de columnas cromatográficas en comunicación fluida con el uno de la pluralidad de inyectores térmicos. El operar selectivamente además comprende (c) detectar uno o más analitos diana en una corriente secundaria que sale de la una de la pluralidad de columnas cromatográficas. El operar selectivamente además comprende repetir (a)-(c) para dirigir selectivamente otras porciones de la corriente primaria a otros inyectores térmicos de la pluralidad de inyectores térmicos y la pluralidad de columnas cromatográficas en comunicación fluida con los mismos hasta que sustancialmente todos los analitos diana en la muestra se detectan después de salir de la pluralidad de columnas cromatográficas para proporcionar un análisis completo de la muestra.

En aún otros aspectos que no son parte de la presente invención, la presente divulgación se refiere a un método para aumentar un tiempo de separación máximo en una segunda dimensión de un análisis de cromatografía completa bidimensional. El método comprende separar una muestra en una columna cromatográfica primaria. El método además comprende detectar uno o más analitos diana en una corriente primaria que sale de la columna cromatográfica primaria durante o después de la separación de la muestra en la columna cromatográfica primaria. El detectar uno o más analitos diana en la corriente primaria incluye pasar la muestra a través de un detector en la columna no destructor. El método además comprende dirigir la corriente primaria hacia un sistema conmutador no modulador. El sistema conmutador no modulador comprende al menos un microconmutador y al menos una válvula. El método además incluye operar continuamente el sistema conmutador no modulador para dirigir selectivamente la corriente primaria a una pluralidad de inyectores térmicos y una pluralidad de columnas cromatográficas secundarias. Cada inyector térmico de la pluralidad de inyectores térmicos se proporciona en paralelo uno con otro y está en comunicación fluida con una respectiva columna cromatográfica secundaria de la pluralidad. El operar continuamente incluye (a) dirigir selectivamente una porción de la corriente primaria a uno de la pluralidad de inyectores térmicos y acumular la porción de la corriente primaria durante una cantidad de tiempo predeterminada. El operar continuamente además incluye (b) inyectar la porción de la corriente primaria en una de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias en comunicación fluida con el uno de la pluralidad de inyectores térmicos El operar continuamente además incluye (c) detectar uno o más analitos diana en una corriente secundaria que sale de la una de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias. El operar continuamente además incluye repetir (a)-(c) para dirigir selectivamente otras porciones de la corriente primaria a otros inyectores térmicos de la pluralidad de inyectores térmicos y la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias en comunicación fluida con los mismos hasta que sustancialmente todos los analitos diana en la muestra se detectan después de salir de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias para proporcionar un análisis completo de la muestra. El tiempo de separación máximo es un producto de la cantidad de tiempo predeterminada y una cantidad de columnas cromatográficas secundarias en la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias.

Åreas de aplicabilidad adicionales serán aparentes de la descripción proporcionada en el presente documento. La descripción y los ejemplos específicos en este resumen se pretenden para fines de ilustración solo y no se pretende que limiten el ámbito de la presente divulgación.

Los dibujos descritos en el presente documento son para fines ilustrativos solo de formas de realización seleccionadas y no todas las implementaciones posibles, y no se pretende que limiten en el ámbito de la presente divulgación.

La figura 1 es un esquema ejemplar simplificado que muestra un dispositivo de micro-cromatografía de gases bidimensional completa convencional (CG * CG).

La figura 2 muestra esquemas de una forma de realización ejemplar de un dispositivo de micro-cromatografía de gases bidimensional (2-D) preparado según ciertos aspectos de las presentes enseñanzas. Una columna cromatográfica primaria y una pluralidad de distintas columnas cromatográficas secundarias se disponen en serie y en comunicación fluida entre sí. Cada una de la pluralidad de distintas columnas cromatográficas secundarias están en paralelo una con otra. Un dispositivo conmutador no modulador comprende un dispositivo regulador de flujo (por ejemplo, válvula de tres vías) y un microconmutador Deans dispuestos entre una primera columna cromatográfica y la pluralidad de segundas columnas cromatográficas posteriores.

Las figuras 3A-3C muestran una simulación por ordenador de la reconstrucción de picos de primera dimensión (1D) usando un modelo de EMG y el cromatograma de 1D detectado por el detector de 1D. La figura 3A muestra un pico individual. La figura 3B muestra dos picos coeluidos. La figura 3C muestra tres picos coeluidos.

Las figuras 4A-4B se refieren a un micro-preconcentrador/inyector (^j PI) que alcanza 270°C en 0,6 s y después se mantiene a 250°C durante 10 s. La figura 4a muestra una respuesta a la temperatura del j PI. El recuadro muestra el lado frontal y trasero del ^j PI empaquetado con Carbopack™ B. En la parte trasera, el calentador y detector de temperatura resistivo (RTD) están unidos por cable a una placa de circuito impresa. La figura 4B muestra el pico de tolueno normalizado obtenido con mirodetector de fotoionización (^j PID) en la condición de inyección de la figura 4A. La velocidad de flujo de helio es 2 ml/min. FWHM = 700 ms.

Las figuras 5A-5D muestran esquemas de un módulo conmutador de flujo 1 x 4 que incluye tres microconmutadores Deans (j DS) (se muestra una imagen del j DS en el recuadro) y dos válvulas de 3 puertos. La figura 5A muestra que el analito es dirigido de la columna 1D a la columna 2A en 2D. La figura 5B muestra las dimensiones del ^j DS. Las figuras 5C-5D muestra diagramas esquemáticos del sistema de direccionamiento de flujo que comprende tres j DS y dos válvulas de 3 puertos según los analitos se envían a una segunda columna cromatográfica secundaria (2B) y una tercera columna cromatográfica secundaria (2C).

Las figuras 6A-6B muestran fotografías de un dispositivo de CG x CG de 1 x 4 canales portátil automatizado. Un peso de un dispositivo de CG x CG de 1 x 4 canales portátil automatizado es menor de 5 kg. La figura 6A muestra un exterior del dispositivo de CG x CG de 1 x 4 canales portátil automatizado. La figura 6B muestra un interior del dispositivo de CG x C^g de 1 x 4 canales portátil automatizado.

Las figuras 7A-7D muestran varios cromatogramas detectados y reconstruidos para sistemas de doblete y triplete. La figura 7A muestra un cromatograma de primera dimensión (1D) obtenido con un detector primario (j PID 1) para una mezcla de 3-clorotolueno y 1,3-diclorobenceno y cromatograma de 1D reconstruido para 3-clorotolueno y 1,3-diclorobenceno. La figura 7B muestra una comparación de los cromatogramas de 1D reconstruidos en la figura 7A para 3-clorotolueno y 1,3-diclorobenceno y los obtenidos con j PID 1 cuando 3-clorotolueno y 1,3-diclorobenceno se inyectan individualmente. La figura 7C muestra un cromatograma de 1D obtenido con ^j PID 1 para una mezcla de heptano, 1,4-dioxano, y metil-isobutil-cetona y cromatograma de 1D reconstruido para heptano, 1,4-dioxano, y metilisobutil-cetona. La figura 7D muestra una comparación de los cromatogramas de 1D reconstruidos en la figura 7a para heptano, 1,4-dioxano, y metil-isobutil-cetona y los obtenidos con j PID 1 cuando heptano, 1,4-dioxano, y metil-isobutilcetona se inyectan individualmente.

Las figuras 8A-8F muestran gráficos de contorno bidimensionales (2-D) y tridimensionales (3-D) usando las ecuaciones (9) y (10). La figura 8A es un gráfico 2-D de un analito singlete. La figura 8B es un gráfico 3-D de un analito singlete. La figura 8C es un gráfico 2-D de analitos dobletes. La figura 8D es un gráfico 3-D de analitos dobletes. La figura 8E es un gráfico 2-D de analitos tripletes. La figura 8F es un gráfico 3-D de analitos tripletes.

La figura 9 muestra un cromatograma monodimensional (1D) de 50 compuestos orgánicos volátiles (VOC) detectados por |^j PID 1.

La figura 10 muestra un gráfico de contorno 2-D de 50 VOC generado con el dispositivo de CG x CG de 1 x 4 canales portátil.

La figura 11 muestra una tabla de 50 VOC usados en experimentos, y su tiempo de retención de 1D y 2D y anchura de pico.

La figura 12 muestra una tabla que calcula la capacidad de pico y la producción de capacidad de pico del dispositivo de CG x CG de 1 x 4 canales portátil basado en las ecuaciones (12) y (13).

Los números de referencia correspondientes indican partes correspondientes a lo largo de varias vistas de los dibujos.

Se proporcionan formas de realización de ejemplo de modo que esta divulgación será exhaustiva, y transmitirá completamente el ámbito a los expertos en la materia. Se exponen numerosos detalles específicos tal como ejemplos de composiciones, componentes, dispositivos, y métodos específicos, para proporcionar un entendimiento exhaustivo de las formas de realización de la presente divulgación. Será aparente para los expertos en la materia que no se necesitan emplear detalles específicos, que las formas de realización de ejemplo pueden estar representadas en muchas formas diferentes y que ninguna se debe interpretar que limita el ámbito de la divulgación. En algunas formas de realización de ejemplo, procesos bien conocidos, estructuras de dispositivos bien conocidas, y tecnologías bien conocidas no se describen en detalle.

La terminología usada en el presente documento es para el fin de describir formas de realización de ejemplo particulares solo y no se pretende que sea limitante. Como se usa en el presente documento, se puede pretender que las formas singulares “un”, “una”, “el” y “la” incluyan las formas plurales también, a menos que el contexto claramente indique otra cosa. Los términos “comprende”, “comprender”, “ incluir” y “tener”, son inclusivos y por tanto especifican la presencia de características, elementos, composiciones, etapas, números enteros, operaciones y/o componentes indicados, pero no excluyen la presencia o adición de una o más otras características, números enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes, y/o grupos de los mismos. Aunque el término abierto “comprender” se debe entender como un término no restrictivo usado para describir y reivindicar varias formas de realización expuestas en el presente documento, en ciertos aspectos, el término se puede entender alternativamente que es en su lugar un término más limitante y restrictivo, tal como “consistir en” o “consistir esencialmente en”. Por tanto, para cualquier forma de realización determinada que enumera composiciones, materiales, componentes, elementos, características, números enteros, operaciones y/o etapas de proceso, la presente divulgación también incluye específicamente formas de realización que consisten en, o que consisten esencialmente en, tales composiciones, materiales, componentes, elementos, características, números enteros, operaciones y/o etapas de proceso enumeradas. En el caso de “consistir en”, la forma de realización alternativa excluye cualquier composición, material, componente, elemento, característica, número entero, operación y/o etapa de proceso adicional, mientras en el caso de “consistir esencialmente en”, cualquier composición, material, componente, elemento, característica, número entero, operación y/o etapa de proceso adicional que afecte materialmente las características básicas y novedosas se excluyen de tal forma de realización, pero cualquier composición, material, componente, elemento, característica, número entero, operación y/o etapa de proceso que no afecte materialmente las características básicas y novedosas se pueden incluir en la forma de realización.

Cualquier etapa de método, proceso, y operación descrita en el presente documento no se deben interpretar como que necesariamente requiere su realización en el orden particular discutido o ilustrado, a menos que específicamente se identifique como un orden de realización. También se debe entender que se pueden emplear etapas adicionales o alternativas, a menos que se indique otra cosa.

Cuando un componente, elemento, o capa se denomina que está “sobre”, “engranado con”, “conectado a”, o “acoplado a” otro elemento o capa, puede estar directamente sobre, engranado, conectado o acoplado al otro componente, elemento, o capa, o pueden estar presentes elementos o capas intermedios. Al contrario, cuando un elemento se denomina que está “directamente sobre”, “directamente engranado con”, “directamente conectado a”, o “directamente acoplado a” otro elemento o capa, no puede haber elementos o capas intermedios presentes. Otras palabras usadas para describir la relación entre elementos se deben interpretar de una manera similar (por ejemplo, “entre” frente a “directamente entre”, “adyacente” frente a “directamente adyacente”, etc.). Como se usa en el presente documento, el término “y/o” incluye cualquiera y todas las combinaciones de uno o más de los artículos enumerados asociados.

Aunque los términos primero, segundo, tercero, etc., se pueden usar en el presente documento para describir varias etapas, elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones, estas etapas, elementos, componentes, regiones, capas y/o secciones no deben estar limitadas por estos términos, a menos que se indique de otra manera. Estos términos se pueden usar solo para distinguir una etapa, elemento, componente, región, capa o sección de otra etapa, elemento, componente, región, capa o sección. Términos tales como “primero”, “segundo”, y otros términos numéricos cuando se usan en el presente documento no implican una secuencia u orden a menos que claramente esté indicado por el contexto. Por tanto, una primera etapa elemento componente región capa o sección discutida posteriormente se podría denominar una segunda etapa, elemento, componente, región, capa o sección sin separase de las enseñanzas de las formas de realización de ejemplo.

Los términos espacial o temporalmente relativos, tal como “antes”, “después”, “interno”, “externo”, “debajo”, “abajo”, “menor”, “encima”, “superior”, y similares, se pueden usar en el presente documento para facilidad de la descripción para describir una relación de elementos o características a otro(s) elemento(s) o característica(s) como se ilustra en las figuras. Se puede pretender que los términos espacial o temporalmente relativos abarquen diferentes orientaciones del dispositivo o sistema en uso u operación además de la orientación representada en las figuras.

A lo largo de esta divulgación, los valores numéricos representan medidas aproximadas o límites a intervalos que abarcan desviaciones menores de los valores dados y las formas de realización que tienen aproximadamente el valor mencionado, así como las que tienen exactamente el valor mencionado. Además de en los ejemplos de trabajo proporcionados al final de la descripción detallada, todos los valores numéricos de parámetros (por ejemplo, de cantidades o condiciones) en esta especificación, incluyendo las reivindicaciones, se deben entender que están modificados en todos los casos por en término “aproximadamente” aparezca o no realmente “aproximadamente” antes del valor numérico. “Aproximadamente” indica que el valor numérico indicado permite alguna ligera imprecisión (con alguna aproximación a la exactitud en el valor; aproximadamente o razonablemente cerca del valor; casi). Si la imprecisión proporcionada por “aproximadamente” no se entiende de otra manera en la técnica con este significado habitual, entonces “aproximadamente” como se usa en el presente documento indica al menos variaciones que pueden surgir de métodos normales de medir y usar tales parámetros. Por ejemplo, “aproximadamente” puede comprender una variación de menor que o igual al 5%, opcionalmente menor que o igual al 4%, opcionalmente menor que o igual al 3%, opcionalmente menor que o igual al 2%, opcionalmente menor que o igual al 1%, opcionalmente menor que o igual al 0,5%, y en ciertos aspectos, opcionalmente menor que o igual al 0,1%.

Además, la divulgación de intervalos incluye la divulgación de todos los valores e intervalos divididos adicionales en el intervalo entero, incluyendo puntos finales y subintervalos dados para los intervalos.

Ahora se describirán formas de realización de ejemplo más completamente con referencia a los dibujos acompañantes.

En varios aspectos, las presentes enseñanzas pertenecen al análisis de cromatografía de gases, más en particular a dispositivos y métodos de micro-cromatografía de gases mejorados, tal como métodos mejorados de realizar microcromatografía de gases completa bidimensional. Los sistemas de cromatografía de gases típicamente tienen cinco componentes: (1) un suministro de gas portador; (2) un sistema de inyección de muestras; (3) una o más columnas de cromatografía de gases; (4) un detector; y (5) un sistema de procesamiento de datos. Un gas portador (también denominado fase móvil) es un gas de alta pureza y relativamente inerte, tal como helio, hidrógeno, nitrógeno, argón, o aire. El gas portador en un sistema convencional fluye a través de la columna al mismo tiempo que el fluido de muestra que se va a ensayar (a lo largo del proceso de separación). El inyector de muestras introduce un volumen predeterminado de la mezcla de muestra que comprende uno o más analitos diana que se va a ensayar (por ejemplo, en forma gaseosa) en la columna combinándolo con el gas portador que fluye de un suministro de gas portador. Típicamente, la separación se logra en una columna cromatográfica porque las superficies interiores de una columna están recubiertas (o el interior de la columna está relleno) con un material que sirve como una fase estacionaria. La fase estacionaria adsorbe diferentes analitos diana en la mezcla de muestra a diferentes grados. Las diferencias en adsorción producen diferentes retrasos y por tanto velocidades de movilidad para las diferentes especies químicas según descienden la columna, llevando a cabo de esta manera una separación física de los analitos diana en la mezcla de muestra.

En un sistema convencional, un único detector está localizado al final de una o más columnas. El detector, por tanto, sirve para detectar las varias sustancias químicas o analitos diana en la muestra que surge o se eluye de la columna a diferentes tiempos. Tal detector típicamente opera en el sistema de cromatografía de gases por análisis destructivo de las fracciones eluidas. Un sistema de procesamiento de datos también está típicamente en comunicación con el detector, de modo que típicamente sea capaz de almacenar, procesar, y registrar los resultados de las pruebas de separación

Con referencia a la figura 1, se muestra un aparato de CG x GC (cromatografía de gases bidimensional completa) convencional 10. Un suministro de gas portador 12 y una muestra 14 (que potencialmente tiene uno o más analitos diana) se introducen en una primera columna de cromatografía 20. La muestra 14 se mueve a través con el gas portador coinyectado del suministro de gas portador 12. La especie de analito diana de la muestra 14 se separa y transporta a través de la primera columna 20 y por tanto se eluye de la misma.

Por tanto, el aparato de CG 2-D 10 comprende dos columnas de cromatografía distintas (designadas primera columna primaria 20 y una segunda columna secundaria 22) en conexión fluida en serie con un componente de modulación (modulador 30) dispuesto entre ellas. Cada columna cromatográfica 20, 22 se selecciona para tener diferentes selectividades para el uno o más analitos diana, habitualmente al contener distintas fases estacionarias en cada columna respectiva. Por ejemplo, la primera columna 20 puede ser no polar, mientras la segunda columna 22 es polar o semipolar, o viceversa. Habitualmente, la segunda columna 22 es más corta que y tiene un diámetro que es menor que en la primera columna 20. Tal segunda columna puede por tanto operar a alta velocidad y separa una fracción inyectada antes de comenzar la separación de la siguiente fracción en el siguiente intervalo inyectado (por ejemplo, varios segundos después). El uso del término “columna” se pretende que incluya de forma amplia varias rutas de flujo a través de las cuales los fluidos pueden fluir, tal como un campo de flujo modelado de microcaracterísticas definidas en uno o más sustratos u otras rutas de flujo de fluidos reconocidas por los expertos en la materia.

Se indica que la muestra eluida que tiene uno o más analitos diana se puede eluir de la primera columna 20 en fracciones parciales, dependiendo del retraso de la respectiva especie de analito diana según pasan a través y se separan por la primera columna cromatográfica 20. Además, las fracciones de muestra que eluyen de la primera columna 20 se pueden opcionalmente atrapar y reinyectar posteriormente. En un sistema de cromatografía de gases convencional, los componentes eluidos de la primera columna primaria 20 entran a un detector para análisis después de salir de la segunda columna secundaria 22.

En un aparato de CG 2-D 10, un dispositivo modulador 30 y una segunda columna 22 están dispuestos después y en comunicación fluida con la primera columna 20. Después de salir de la primera columna 20, porciones de la muestra eluida 14 son procesadas por un dispositivo modulador 30 (en lugar de ser directamente analizadas por el detector), de modo que las muestra eluida se introduce a la segunda columna 22 (que tiene una fase estacionaria distinta de la columna primaria). Por tanto, un dispositivo modulador 30 está dispuesto entre la primera columna 20 y la segunda columna 22 y continuamente recoge y reinyecta los componentes (la muestra eluida) de la primera columna cromatográfica 20 en la segunda columna cromatográfica 22.

Una de las funciones principales de un dispositivo modulador convencional 30 es transformar los picos eluidos de la primera columna 20 en una serie de pulsos o porciones estrechas. Un dispositivo modulador convencional puede comprender un modulador neumático o un modulador térmico, por ejemplo. Mientras que sencillo y adaptable, un modulador neumático carece de la capacidad de reorientación vista en un modulador térmico, produciendo así ensanchamiento de picos en la separación 2D y sensibilidad de detección disminuida.

La modulación térmica es el tipo más común de dispositivo modulador 30 y opera concentrando las muestras según surgen de la primera columna 20 recogiéndolas en una región de retención del dispositivo. Esta retención con frecuencia se hace por enfriamiento rápido de la corriente de gas para recogida/retención, seguido por calentamiento rápido para desorción y liberación de los contenidos. El dispositivo modulador 30 sirve por tanto como un inyector continuo para la segunda columna 22. En ciertos aspectos, el dispositivo modulador 30 puede muestrear efluente que sale de la primera columna 20 y lo transfiere a través de un pulso a la segunda columna 22. El proceso de transferencia se produce a intervalos o periodos de modulación repetitivos predeterminados. El modulador 30 habitualmente recoge el eluyente de la primera columna 20 durante una pequeña fracción del tiempo, habitualmente en orden de sub- a varios segundos. Cada fracción se reorienta en una banda muy estrecha por el dispositivo modulador 30 y después secuencialmente se inyecta en la segunda columna 22 para separación adicional. Puesto que el dispositivo modulador 30 hace la separación en dos columnas independientemente, los analitos se pueden diferenciar entre sí por sus respectivos tiempos de retención en la primera y segunda columnas cromatográficas 20, 22, proporcionando de esta manera información de separación bidimensional.

Un modulador térmico de microescala ejemplar incorpora dos microcanales de Pyrex sobre Si acoplados en serie recubiertos con una capa fina (0,3 μm) de polidimetilsiloxano (PDMS). Emplea un refrigerador termoeléctrico (TEC) para atrapar criogénicamente los analitos eluidos de la columna 1D, y los reorienta y térmicamente los inyecta en la columna 2D. El modulador térmico se puede calentar desde -30°C a aproximadamente 210°C a una velocidad de 2400°C/s, generando de esta manera un pico tan estrecho como aproximadamente 100 ms (anchura a media altura, FWHM). Un sistema CG x CG híbrido se construye usando este modulador térmico de microescala y las columnas microfabricadas en obleas de silicio (6 m y 0,5 m de longitud para 1D y 2D, respectivamente), así como inyector macroscópico, detector de ionización de llama, y horno de CG en un CG de sobremesa convencional, que muestra separación 2-D de 36 analitos en 22 minutos. Sin embargo, este tipo de modulador térmico afronta varios desafíos, tal como comunicación cruzada térmica que puede afectar la eficacia de atrapamiento, exudado de los materiales de recubrimiento (actualmente PDMS) a alta temperatura (actualmente la mayor temperatura es 210°C), y avance de compuestos muy volátiles (tal como benceno). Además, la refrigeración constante del modulador térmico usando un TEC requiere una energía de 20-40 W. Por último, su arquitectura CG x CG es todavía la misma que para la CG x GC de sobremesa regular, heredando de esta manera las mismas limitaciones comúnmente vistas en todos los sistemas CG x CG existentes, es decir, capacidad de pico de 1D degradada debido al ensanchamiento de picos producido por la modulación e insuficiente capacidad de separación de 2D que surge del corto tiempo de separación de 2D máximamente permitido impuesto por el periodo de modulación (por ejemplo, 6 s).

Por tanto, los dispositivos moduladores términos típicos, tal como el mostrado en la figura 1, recogen las especies de la muestra eluidas de la primera columna 20 y periódicamente inyectan los contenidos recogidos en la segunda columna 22 a intervalos predeterminados (por ejemplo, habitualmente a intervalos que varían desde subsegundos hasta 5 segundos) mientras se enfrían constantemente. Tales fracciones inyectadas se separan adicionalmente en la segunda columna 22 y eluyen en un detector posterior 32 dispuesto después de la segunda columna 22. En una operación típica, las fracciones de muestra se separan rápidamente en la segunda columna 22 y eluyen en el detector 32, donde se identifican y/o miden. El dispositivo modulador 30 típicamente controla el flujo de analitos desde la primera columna 20 a la segunda columna 22, funcionando como una puerta para inyectar fracciones de una manera consistente y reproducible.

En un sistema convencional, un único detector como 32 puede identificar y opcionalmente cuantificar las especies eluidas de la segunda columna cromatográfica 22, que típicamente se hace por técnicas de análisis destructivo. Los detectores típicos pueden ser un espectrómetro de masas (MS) (por ejemplo, un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo (TOFMS)), un detector de ionización de llama (FID), un detector de captura de electrones (EDC), o similares. El dispositivo detector analítico 32 en la figura 1 se muestra en una versión simplificada, así mientras no se muestra, tal sistema también tiene elementos calefactores convencionales, reguladores y conductos de flujo de fluidos, y electrónica de control para muestreo, calentamiento, y adquisición de datos, entre otros componentes. El dispositivo analítico puede estar asociado con una unidad de registro y procesamiento de datos (por ejemplo, un ordenador o similar).

La cromatografía de gases multidimensional (CG x CG), tal como la mostrada en la figura 1, permite mayor selectividad para mejorar la calidad de separación de analitos diana. A pesar de su capacidad de separación aumentada, la |^jCG 2-D convencional padece varias desventajas, tal como una alta frecuencia de modulación, que consume una cantidad considerable de energía y altos requisitos de rendimiento para el modulador (por ejemplo, 30) debido a operación frecuente, y reconstrucción complicada de cromatograma 2-D, que requiere extraer los tiempos de retención de los analitos en la primera y segunda columnas de información limitada y aislada. La limitación más significativa puede ser la corta longitud de la segunda columna cromatográfica, ya que la segunda etapa de separación debe completarse en un periodo de modulación (que habitualmente varía desde subsegundos a unos pocos segundos) con el fin de evitar el potencial problema de envoltura. Por consiguiente, la capacidad de separación en la segunda columna está gravemente degradada.

La CG completa 2-D convencional, por tanto, padece (1) menor capacidad de pico en la 1a dimensión debido al ensanchamiento de pico durante la reconstrucción producido por el muestreo; y (2) tiempo de separación de 2a dimensión corto (y por tanto menor capacidad de pico), que está limitado por el periodo de modulación (o periodo de muestreo). Por tanto, varios aspectos de la tecnología inventiva mejoran tales dispositivos analíticos de cromatografía de gases convencional mejorando la capacidad de pico mientras proporciona tiempos de procesamiento reducidos y análisis completo para todos los analitos en la muestra.

En varios aspectos, la presente divulgación proporciona métodos para cromatografía completa, tal como cromatografía de gases mutidimensional completa, que abordan estos dos problemas al (1) añadir múltiples columnas de 2a dimensión; y (2) añadir un detector en la columna. Las múltiples segundas columnas de la 2a dimensión permiten que el eluyente de la 1a dimensión sea enviado secuencialmente a cada una de las columnas de la 2a dimensión. Por consiguiente, el tiempo de separación en cada columna se puede extender a un tiempo de separación máximo que es mayor que un tiempo de separación en un sistema convencional que tiene una única columna de 2a dimensión. Más específicamente, el tiempo de separación máximo es menor que o igual a un producto de la cantidad de columnas de 2a dimensión y el periodo de muestreo. Por tanto, la capacidad de pico de las columnas de la 2a dimensión también se aumenta. Añadir un detector en la columna permite que los picos de elución de la 1a columna se reconstruyan de forma precisa sin problema de ensanchamiento de picos. Por consiguiente, la capacidad de pico de la 1a columna se aumenta. Además, se usa un dispositivo conmutador no modulador que reduce el consumo de energía en comparación con los termomoduladores o moduladores neumáticos convencionales. El tiempo de separación aumentado en las columnas de la 2a dimensión reduce la frecuencia de operación de cada inyector térmico de la pluralidad, permitiendo de esta manera que los inyectores térmicos se enfríen lentamente. Por tanto, al contrario que los moduladores convencionales, la necesidad para mecanismos de refrigeración, tal como TEC o nitrógeno líquido, se reduce o elimina y el dispositivo conmutador no modulador se puede operar a temperatura ambiente. Al combinar las características (1) y (2) esbozadas anteriormente, la capacidad de pico total de la CG completa 2-D (capacidad de pico total = capacidad de pico de la 1a dimensión multiplicada por la capacidad de pico de la 2a dimensión) aumenta significativamente. Al eliminar un modular convencional con un dispositivo conmutador de direccionamiento de flujo no modulador como se describe en el presente documento, el sistema y los métodos descritos en el presente documento proporcionan ahorros de energía significativos.

La presente divulgación, por tanto, contempla nuevos métodos de análisis de cromatografía completa. Tales métodos pueden incluir separar una muestra en una columna cromatográfica primaria. Después una corriente primaria (por ejemplo, una primera corriente) que sale que la columna cromatográfica primaria se puede dirigir hacia un sistema conmutador no modulador. El sistema conmutador no modulador comprende al menos un microconmutador y al menos una válvula. El método además incluye operar continuamente el sistema conmutador no modulador para dirigir selectivamente la corriente primaria que sale de la columna primaria a una pluralidad de inyectores térmicos y una pluralidad de columnas cromatográficas secundarias. Cada uno de la pluralidad de inyectores térmicos se proporciona en paralelo uno con otro y está en comunicación fluida con una respectiva columna cromatográfica secundaria de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias. El operar continuamente puede incluir: (a) dirigir selectivamente una porción de la corriente primaria a uno de la pluralidad de inyectores térmicos y acumular la porción de la corriente primaria durante una cantidad de tiempo predeterminada (o periodo de muestreo); (b) inyectar la porción de la corriente primaria en una de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias en comunicación fluida con el inyector térmico; (c) detectar uno o más analitos en una corriente secundaria (por ejemplo una segunda corriente) que sale de la columna cromatográfica secundaria; y repetir (a)-(c) para dirigir selectivamente otras porciones de la corriente primaria a otros inyectores térmicos de la pluralidad de inyectores térmicos y la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias en comunicación fluidas con los mismos hasta que sustancialmente todos los analitos en la muestra se detectan después de salir de la pluralidad de segundas columnas cromatográficas para proporcionar un análisis completo de la muestra. Por tanto, las etapas (a)-(c) se pueden realizar múltiples veces, incluyendo en múltiples inyectores térmicos distintos y múltiples columnas cromatográficas secundarias.

En ciertos aspectos, por ejemplo, la corriente secundaria comprende al menos una primera corriente secundaria y una segunda corriente secundaria. El operar continuamente además comprende dirigir una primera porción de la corriente primaria a un primer inyector térmico de la pluralidad de inyectores térmicos y acumular la primera porción de la corriente primaria durante una cantidad de tiempo predeterminada, seguido por inyectar la primera porción de la corriente primaria del primer inyector térmico en una primera columna cromatográfica secundaria de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias para formar la primera corriente secundaria. Después se detectan uno o más analitos en la primera corriente secundaria que sale que la primera columna cromatográfica secundaria. A continuación, una segunda porción de la corriente primaria se dirige a un segundo inyector térmico de la pluralidad de inyectores térmicos y acumula la segunda porción de la corriente primaria durante una cantidad de tiempo predeterminado, seguido por inyectar la segunda porción de la corriente primaria del segundo inyector térmico en una segunda columna cromatográfica secundaria de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias para crear la segunda corriente secundaria, y detectar uno o más analitos en la segunda corriente secundaria que sale de la segunda columna cromatográfica secundaria. Estas etapas se pueden repetir hasta que sustancialmente todos los analitos en la muestra se detectan después de salir de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias.

En ciertos aspectos, el método puede además comprender detectar uno o más analitos en la corriente primaria durante o después de la separación de la muestra en la columna cromatográfica primaria. La detección de uno o más analitos diana puede incluir pasar la muestra a través de un detector en la columna no destructivo. Se indica que mediante “en la columna” se quiere decir que el detector está estrechamente asociado con la columna cromatográfica; por ejemplo, el detector puede estar dispuesto en, sobre, o cerca de una salida de la columna cromatográfica, o alternativamente dispuesto en proximidad estrecha a la columna cromatográfica, pero después en una ruta de flujo a través de la cual pasan las fracciones de muestra eluidas. Un detector no destructivo puede estar asociado con y detecta el paso de materiales eluidos de una columna cromatográfica primaria. Además, cada columna cromatográfica presente en el dispositivo analítico de cromatografía de gases opcionalmente comprende al menos un detector dispuesto sobre la misma o dispuesto después de la columna para seguir los contenidos de las respectivas columnas. Por tanto, un primer detector de vapor en la columna puede detectar no destructivamente uno o más analitos que pasan a través/eluidos de la primera columna de CG o primaria. Una columna de separación de CG secundaria similarmente puede tener un segundo detector dispuesto cerca de su salida para detectar uno o más analitos diana que eluyen de la misma. El primer detector o sensor puede ser del mismo tipo que el segundo detector o sensor terminal o, alternativamente, el primer detector puede ser de un tipo diferente que el segundo sensor/detector. En otras variaciones, donde se emplea una pluralidad de columnas cromatográficas adicionales después de la primea columna cromatográfica y el componente modulador, cada respectiva columna cromatográfica comprende un detector para detectar las especies eluidas de la misma. En ciertos aspectos, un detector en la columna no destructivo adecuado opcionalmente se selecciona del grupo que consiste en: un dispositivo resonador de anillo óptico basado en capilar (CBORR), un sensor basado en interferómetro de Fabry-Perot, un sensor quimio-resistor, un sensor de onda acústica de sonido, y un sensor de conductividad térmica. En otros aspectos, un detector en la columna no destructivo comprende un detector de fotoionización.

En ciertas variaciones, el detectar uno o más analitos diana en la corriente primaria genera una primera señal de salida. El detectar uno o más analitos diana en la corriente secundaria genera una segunda señal de salida. El método además comprende reconstruir un pico de elución en la primera dimensión para cada analito basado en la primera señal de salida, la segunda señal de salida, y la cantidad de tiempo predeterminada.

En ciertas variaciones, el uno o más microconmutadores del sistema conmutador no modulador comprende un microconmutador Deans. En otros aspectos, el sistema conmutador no modulador y la pluralidad de inyectores térmicos se operan a temperatura ambiente. En aún otros aspectos, la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias puede comprender cuatro columnas cromatográficas. Un tiempo de separación en cada columna cromatográfica secundaria de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias puede ser menor que o igual a un producto de la cantidad de tiempo predeterminada y una cantidad de columnas cromatográficas secundarias en la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias.

En otras ciertas variaciones, el uno o más microconmutadores comprenden un primer microconmutador Deans, un segundo microconmutador Deans, y un tercer microconmutador Deans. La una o más válvulas comprenden una primera válvula de tres puertos y una segunda válvula de tres puertos. Una primera entrada del primer microconmutador Deans está en comunicación fluida con la corriente primaria. Una segunda entrada y una tercera entrada del primer microconmutador Deans están en comunicación fluida con la primera válvula de tres puertos. Una primera entrada del segundo microconmutador Deans está en comunicación fluida con una primera salida del primer microconmutador Deans. Una primera entrada del tercer microconmutador Deans está en comunicación fluida con una segunda salida del primer microconmutador Deans Una segunda entrada y una tercera entrada del segundo microconmutador Deans están en comunicación fluida con la segunda válvula de tres puertos. Una segunda entrada y una tercera entrada del tercer microconmutador Deans están en comunicación fluida con la segunda válvula de tres puertos. Una primera salida del segundo microconmutador Deans está en comunicación fluida con una primera columna cromatográfica secundaria. Una segunda salida del segundo microconmutador Deans está en comunicación fluida con una segunda columna cromatográfica secundaria. Una primera salida del tercer microconmutador Deans está en comunicación fluida con una tercera columna cromatográfica secundaria. Una segunda salida del tercer microconmutador Deans está en comunicación fluida con una cuarta columna cromatográfica secundaria.

En ciertas variaciones, el detectar uno o más analitos en la corriente secundaria que sale de la columna cromatográfica secundaria incluye pasar la muestra a través de un detector en la columna no destructivo. En ciertos aspectos, el detector en la columna no destructivo se selecciona del grupo que consiste en: un detector de fotoionización, un dispositivo resonador de anillo óptico basado en capilar (CBORR), un sensor basado en interferómetro de Fabry-Perot, un sensor quimio-resistor, un sensor de onda acústica de sonido, y un sensor de conductividad térmica.

En ciertas variaciones, el detectar uno o más analitos en la corriente secundaria que sale de la columna cromatográfica secundaria incluye pasar la muestra a través de un detector en la columna destructivo. En ciertos aspectos, el detector en la columna destructivo se selecciona del grupo que consiste en: un espectrómetro de masas (MS), y un detector de ionización de llama (FID).

Otro método de cromatografía de gas completa según ciertos aspectos de la presente divulgación comprende recibir una corriente primaria de una muestra en un sistema conmutador no modulador. El sistema conmutador no modulador comprende al menos un microconmutador y al menos una válvula. El método además incluye operar continuamente el sistema conmutador no modulador para dirigir selectivamente la corriente primaria a una pluralidad de inyectores térmicos y una pluralidad de columnas cromatográficas. Cada uno de la pluralidad de inyectores térmicos se proporciona en paralelo uno con otro. Cada uno de la pluralidad de inyectores térmicos está en comunicación fluida con una respectiva columna cromatográfica de la pluralidad. El operar continuamente comprende (a) dirigir selectivamente una porción de la corriente primaria a uno de la pluralidad de inyectores térmicos y acumular la porción de la corriente primaria durante una cantidad de tiempo predeterminada. El operar selectivamente además comprende (b) inyectar la porción de la corriente primaria en una de la pluralidad de columnas cromatográficas en comunicación fluida con el inyector térmico. El operar selectivamente además comprende (c) detectar uno o más analitos diana en una corriente secundaria que sale de la columna cromatográfica. El operar selectivamente además comprende repetir (a)-(c) para dirigir selectivamente otras porciones de la corriente primaria a otros inyectores térmicos de la pluralidad de inyectores térmicos y la pluralidad de columnas cromatográficas en comunicación fluida con los mismos hasta que sustancialmente todos los analitos en la muestra se detectan después de salir de la pluralidad de columnas cromatográficas para proporcionar un análisis completo de la muestra.

En otras ciertas variaciones, el uno o más microconmutadores comprenden un primer microconmutador Deans, un segundo microconmutador Deans, y un tercer microconmutador Deans. La una o más válvulas comprenden una primera válvula de tres puertos y una segunda válvula de tres puertos. Una primera entrada del primer microconmutador Deans está en comunicación fluida con la corriente primaria. Una segunda entrada y una tercera entrada del primer microconmutador Deans están en comunicación fluida con la primera válvula de tres puertos. Una primera entrada del segundo microconmutador Deans está en comunicación fluida con una primera salida del primer microconmutador Deans. Una primera entrada del tercer microconmutador Deans está en comunicación fluida con una segunda salida del primer microconmutador Deans. Una segunda entrada y una tercera entrada del segundo microconmutador Deans están en comunicación fluida con la segunda válvula de tres puertos. Una segunda entrada y una tercera entrada del tercer microconmutador Deans están en comunicación fluida con la segunda válvula de tres puertos. Una primera salida del segundo microconmutador Deans está en comunicación fluida con una primera columna cromatográfica. Una segunda salida del segundo microconmutador Deans está en comunicación fluida con una segunda columna cromatográfica. Una primera salida del tercer microconmutador Deans está en comunicación fluida con una tercera columna cromatográfica. Una segunda salida del tercer microconmutador Deans está en comunicación fluida con una cuarta columna cromatográfica.

En ciertas variaciones, el uno o más microconmutadores del sistema conmutador no modulador comprende un microconmutador Deans. En otros aspectos, el sistema conmutador no modulador y la pluralidad de inyectores térmicos se operan a temperatura ambiente.

Un método de aumentar un tiempo de separación máximo en una segunda dimensión de un análisis de cromatografía completa bidimensional según ciertos aspectos de la presente divulgación comprende separar una muestra en una columna cromatográfica primaria. El método además comprende detectar uno o más analitos diana en una corriente primaria que sale de la columna cromatográfica primaria durante o después de la separación de la muestra en la columna cromatográfica primaria. El detectar uno o más analitos diana en la corriente primaria incluye pasar la muestra a través de un detector en la columna no destructor. El método además comprende dirigir la corriente primaria hacia un sistema conmutador no modulador. El sistema conmutador no modulador comprende al menos un microconmutador y al menos una válvula. El método además comprende operar continuamente el sistema conmutador no modulador para selectivamente dirigir la corriente primaria a una pluralidad de inyectores térmicos y una pluralidad de columnas cromatográficas secundarias. Cada inyector térmico de la pluralidad de inyectores térmicos se proporciona en paralelo uno con otro y está en comunicación fluida con una respectiva columna cromatográfica secundaria de la pluralidad. El operar continuamente incluye (a) dirigir selectivamente una porción de la corriente primaria a uno de la pluralidad de inyectores térmicos y acumular la porción de la corriente primaria durante una cantidad de tiempo predeterminada. El operar continuamente además incluye (b) inyectar la porción de la corriente primaria en una de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias en comunicación fluida con el inyector térmico. El operar continuamente además incluye (c) detectar uno o más analitos diana en una corriente secundaria que sale de la columna cromatográfica secundaria. El operar continuamente además incluye repetir (a)-(c) para dirigir selectivamente otras porciones de la corriente primaria a otros inyectores térmicos de la pluralidad de inyectores térmicos y la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias en comunicación fluida con los mismos hasta que sustancialmente todos los analitos diana en la muestra se detectan después de salir de la pluralidad de columnas cromatográficas para proporcionar un análisis completo de la muestra. El tiempo de separación máximo es un producto de la cantidad de tiempo predeterminada y una cantidad de columnas cromatográficas secundarias en la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias. En ciertas variaciones, la cantidad de columnas cromatográficas secundarias en la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias es cuatro.

Un dispositivo analítico de micro-cromatografía de gases (^j CG) adecuado es un ^j CG bidimensional (2-D) que comprende al menos dos columnas cromatográficas de gases distintas. Por ejemplo, tal dispositivo analítico de microcromatografía de gases (j CG) integra dos columnas de CG con diferentes selectividades (por ejemplo, cada columna tiene un recubrimiento distinto), mientras también tiene al menos un detector. En ciertos aspectos, el dispositivo analítico de CG 2-D incluye una columna cromatográfica primaria y una pluralidad de columnas cromatográficas secundarias. El dispositivo analítico de CG 2-D también incluye un sistema conmutador no modulador. El sistema conmutador no modulador comprende al menos un microconmutador y al menos una válvula o dispositivo regulador de flujo. El dispositivo analítico de CG 2-D además incluye al menos un inyector térmico dispuesto entre la columna primaria y una columna secundaria. El dispositivo analítico de CG 2-D puede además comprender una o más bombas.

Un sistema 2-D de cromatografía de gases ejemplar 100 que se puede usar para realizar tal método como se ha descrito anteriormente se muestra en la figura 2. Tal sistema de CG ejemplar es una configuración 1 x 4. Por tanto, una columna cromatográfica primaria 120 (columna 1D) y una pluralidad de distintas columnas cromatográficas secundarias 130 (columnas 2D) están dispuestas en serie y en comunicación fluida entre sí. La pluralidad de distintas columnas cromatográficas secundarias 130 incluye una primera columna cromatográfica secundaria 130A, una segunda columna cromatográfica secundaria 130B, una tercera columna cromatográfica secundaria 130C, y una cuarta columna cromatográfica secundaria 130D. Cada una de la pluralidad de distintas columnas cromatográficas secundarias 130A, 130B, 130C, 130D están en paralelo entre sí.

El sistema 2-D de cromatografía de gases 100 incluye un sistema de direccionamiento anterior que alimenta muestras y gas portador a la columna cromatográfica primaria 120. Por ejemplo, una fuente de muestra, aquí una bolsa Tedlar 118 que contiene una muestra con analitos gaseosos está en comunicación fluida con una válvula de 2 puertos 122 que está en comunicación fluida con la columna cromatográfica primaria 120. Un sistema de suministro de gas portador incluye una fuente de gas de suministro 124, una válvula de 3 puertos 126, una bomba 127, y un micropreconcentrador/inyector (^j PI) 128. Los analitos gaseosos de la fuente de muestra 118 pueden primero ser extraídos por la bomba 127 a través de la válvula de 2 puertos 122 al ^j PI 128. Después, el ^j PI 128 se puede calentar para inyectar los analitos en la columna cromatográfica primaria 120 (columna 1D).

Una pluralidad de distintos inyectores térmicos 132, que pueden ser microinyectores térmicos (j TI), están dispuestos entre la columna cromatográfica primaria 120 y la posterior pluralidad de distintas columnas cromatográficas secundarias 130. La pluralidad de distintos inyectores térmicos 132 incluye un primer inyector térmico 132A, un segundo inyector térmico 132B, un tercer inyector térmico 132C, y un cuarto inyector térmico 132D. Por tanto, el primer inyector térmico 132A está asociado con la posterior primera columna cromatográfica secundaria 130A, un segundo inyector térmico 132B está asociado con la posterior segunda columna cromatográfica secundaria 130B, un tercer inyector térmico 132C está asociado con la posterior tercera columna cromatográfica secundaria 130C, y un cuarto inyector térmico 132D está asociado con la posterior cuarta columna cromatográfica secundaria 130D. Se debe indicar que se pueden incluir columnas cromatográficas secundarias e inyectores térmicos adicionales en el sistema, y cuatro son simplemente representativos.

Después de la separación de la muestra en la columna cromatográfica secundaria 120, la muestra sale en una corriente primaria y después se dirige hacia el sistema conmutador no modulador 112 que comprende al menos una válvula 114, mostrada como una válvula de tres vías, y al menos un microconmutador 116. Puede estar presente un primer detector o primario 110 (j PID 1) opcional después de la columna primaria 120 para detectar la presencia de uno o más analitos diana eluidos de la columna primaria 120 (en la corriente primaria) y proporciona una correspondiente señal de salida. La válvula 114 está dispuesta entre la columna primaria 120 y la pluralidad de columnas secundarias 130 y funciona para regular o cambiar la conexión fluida entre las columnas primaria y respectivas secundarias 120, 130. Una pluralidad de detectores secundarios (^j PID 2) 140 está dispuesto después de la pluralidad de columnas secundarias 130 para analizar cada respectiva corriente secundaria que sale de la pluralidad de columnas secundarias 130 (por ejemplo, primera, segunda, tercera, y cuarta corrientes secundarias). La pluralidad de detectores secundarios 140 incluye un primer detector secundario 140A, un segundo detector secundario 140B, un tercer detector secundario 140C, y un cuarto detector secundario 140D Por tanto el primer detector secundario 140A está dispuesto después de y en comunicación fluida con la primera columna cromatográfica secundaria 130A, el segundo detector secundario 140B está asociado con la segunda columna cromatográfica secundaria 130B, el tercer detector secundario 140C está asociado con la tercera columna cromatográfica secundaria 130C, y el cuarto detector secundario 140D está asociado con la cuarta columna cromatográfica secundaria 130D. Se pueden colocar bombas (no mostrado) al final de las columnas secundarias 130 para proporcionar flujo fluídico al sistema entero. Los detectores en columna (primer y segundo sensores 110, 140) se pueden incluir en el sistema para seguir y/o registrar el tiempo de retención de cada analito de la correspondiente columna. En ciertas variaciones, tal detector en columna pude ser un detector de vapor en columna como se ha discutido anteriormente. En ciertas variaciones, el detector puede ser un detector óptico en columna. En ciertas variaciones un detector óptico en columna adecuado para el primer detector es no destructivo y comprende un dispositivo resonador de anillo óptico basado en capilar (CBORR), un detector de Fabry-Pérot, un sensor quimio-resistor, un sensor de onda acústica de sonido, o un sensor de conductividad térmica, como se ha discutido previamente antes. Mientras los detectores primario y secundario 110, 140 pueden ser el mismo tipo de detector colocado en diferentes posiciones en el sistema, en otras variaciones alternativas, el primer y segundo detectores pueden ser diferentes entre sí. Además de los detectores no destructivos descritos anteriormente, un segundo detector puede ser un detector en columna destructivo tal como un espectrómetro de masas (MS) (por ejemplo, un espectrómetro de masas de tiempo de vuelo (TOFMS)), un detector de ionización de llama (FID), u otros detectores conocidos o que se descubran en la técnica.

El sistema conmutador no modulador 112 comprende una válvula de tres vías 114 y un microconmutador Deans 116 (después de la columna primaria 120 y detector primario opcional 110 (sensor 1)). Por tanto, el sistema conmutador no modulador 112 sirve para dirigir selectivamente una corriente primaria que sale de la columna primaria 120 a la pluralidad de inyectores térmicos 132 y la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias 130. En ciertas variaciones, mientras no se muestra, se puede suministrar un gas portador al sistema conmutador no modulador 112 para que fluya con la muestra introducida en la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias. Cada uno de la pluralidad de inyectores térmicos 132 se proporciona en paralelo entre sí y está en comunicación fluida con una respectiva columna cromatográfica secundaria 130A, 130B, 130C, 130D.

La operación continua del sistema conmutador no modulador 112 puede incluir: (a) dirigir selectivamente una porción de la corriente primaria a uno de la pluralidad de inyectores térmicos, por ejemplo, al primer inyector térmico 132A y acumular la primera porción de la corriente primaria durante una cantidad de tiempo predeterminada y (b) inyectar la porción de la corriente primaria en una de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias en comunicación fluida con el inyector térmico 132A, por ejemplo, en la primera columna cromatográfica secundaria 130A. Después, (c) detectar uno o más analitos de una primera corriente secundaria que sale de la primera columna cromatográfica secundaria 130A en el primer detector secundario 140A. Las etapas (a)-(c) se pueden repetir para dirigir selectivamente otras porciones de la corriente primaria a otros inyectores térmicos (uno de 132B-132D) y la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias (una respectiva de 130B-130D) en comunicación fluida con los mismos hasta que sustancialmente todos los analitos en la muestra se detectan (por respectivos detectores secundarios 140B-140D) después de salir de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias 130 para proporcionar un análisis completo de la muestra. Más específicamente, donde el sistema 100 incluye cuatro columnas cromatográficas secundarias 130A-130D como se muestra, la corriente primaria (por ejemplo, una primera corriente) se puede dividir en la primera corriente secundaria (por ejemplo, una segunda corriente), una segunda corriente secundaria (por ejemplo, una tercera corriente), una tercera corriente secundaria (por ejemplo, una cuarta corriente), y una cuarta corriente secundaria (por ejemplo, una quinta corriente). Por tanto, la primera, segunda, tercera y cuarta corrientes secundarias se pueden denominar colectivamente “una corriente secundaria”. La primera, segunda, tercera y cuarta corrientes secundarias pasan a través de la primera, segunda, tercera y cuarta columnas cromatográficas secundarias 130A, 130B, 130C, 130D, respectivamente, y el primer, segundo, tercer y cuarto detectores secundarios 140A, 140B, 140C, 140D, respectivamente.

Los dispositivos inyectores térmicos 132 atrapan y recogen las fracciones eluidas de la columna cromatográfica primaria 120. Los dispositivos inyectores térmicos 132, por tanto, reorientan el pico eluido de la columna cromatográfica primaria 120 (fracción(es) recogida(s)) y reinyectan la muestra eluida en la columna secundaria 130, por ejemplo, subiendo su temperatura a un nivel suficiente.

Puesto que el sistema conmutador no modulador 112 opera continuamente para regular el flujo de la muestra en una pluralidad de columnas cromatográficas posteriores secundarias 130, proporciona análisis completo de la muestra entera que sale de la columna primaria 120. Sin embargo, al operar a temperatura ambiente, el sistema conmutador no modulador evita el consumo de energía y temperaturas y presiones extremas asociadas con montajes moduladores convencionales, incluyendo un termomodulador que requiere no solo calentamiento, sino enfriamiento a temperaturas bajas (por ejemplo, -120°C). Según ciertos aspectos de la presente divulgación, el direccionamiento de flujo eficaz y la operación continua se produce sin el modulador consuntivo de energía tradicional.

En ciertos aspectos, los métodos son particularmente adecuados para uso en sistemas de cromatografía de gases (CG) portátiles, que se usan para una amplia gama de aplicaciones de campo tal como seguimiento de gas medioambiental (por ejemplo, aire, agua, y tierra), químico (por ejemplo, vapores explosivos, y agentes de guerra química), farmacéutico o clínico (por ejemplo, orina), y antropogénico (por ejemplo, gas y operación interior). Sin embargo, los sistemas de CG portátiles actuales comercialmente disponibles son sencillamente la versión miniaturizada de CG de sobremesa unidimensional (1-D). Mientras que despegables en el campo y rápidos en análisis de vapor, padecen gravemente de capacidad de separación o capacidad de pico deteriorada debido principalmente a la corta longitud de columna, amplia anchura de pico resultante de la miniaturización, y requisito para corto tiempo de análisis. Por tanto, habitualmente pueden separar solo un pequeño conjunto o clase limitada, bien definida de vapores (tal como gasolina, alquenos clorados, y diésel) y con frecuencia fallan cuando están presentes matrices de mezclas complejas.

Como se ha discutido anteriormente, la CG bidimensional (2-D) completa (es decir, CG x CG) mejora la capacidad de pico sobre CG 1-D. En la CG x CG, una larga columna de 1a dimensión (1D), habitualmente recubierta con una fase estacionaria no polar, está conectada a una corta columna de 2a dimensión (2D) que habitualmente está recubierta con una fase estacionaria polar. En ciertos aspectos de la presente divulgación, se proporciona un dispositivo de CG 2-D completa portátil completamente automatizado, que, en ciertas variaciones, puede tener dimensiones de aproximadamente 60 cm * 50 cm * 10 cm y un peso de menos de aproximadamente 5 kg. Un dispositivo de CG x CG portátil emplea múltiples canales en 2D para aumentar el tiempo de separación de 2D máximo (hasta 32 s) y por tanto la capacidad de pico de 2D y un detector de vapor de flujo continuo no destructivo instalado al final de la columna 1D para seguir la separación en 1D y ayudar en la reconstrucción de los picos de elución de 1D. El dispositivo entero comprende un micro-preconcentrador/inyector (jP I), una columna comercial (que se puede sustituir con columnas microfabricadas), microconmutador Deans (jDS), micro-inyector térmico (jTI), y micro-detector de fotoionización (|jPID), así como válvula, bomba, cartucho de helio, y fuente de alimentación miniaturizadas. También se implementan un interfaz de usuario basado en Labview™ y control de operación para automatización. Los detalles de los principios operacionales del sistema se abordan en el presente documento, junto con sus ventajas sobre la organización CG x CG convencional (es decir, 1x1 canal con detector de vapor instalado solo al final de la columna 2D). El enfoque y algoritmo para reconstruir los picos de elución de 1D usando información obtenida conjuntamente por los detectores de 1D y 2D se discuten después, seguido por la descripción y caracterización de cada componente. El algoritmo de reconstrucción de 1D se valida experimentalmente. Por último, se demuestra la separación 2-D de 50 analitos en 14 minutos. La capacidad de pico y la producción de capacidad de pico de este sistema se estima que son 430-530 y 40-80/min, respectivamente, usando tres analitos representativos.

Principio operacional de un CG x CG multicanal ejemplar.

El principio de operación general del CG x CG multicanal 100 se ilustra en la figura 2, como se ha discutido anteriormente. Los analitos primero se separan por la columna 1D 120 y la elución se sigue por el detector primario no destructivo 110 instalado al final de la columna 1D 120 sin interrumpir el flujo. Notablemente, este detector primario inicial 110 es opcional, pero ayuda a mejorar la operación del sistema. El módulo del sistema conmutador no modulador 112 se usa para mandar periódicamente porciones de eluyentes de la columna 1D 120 a las múltiples columnas 2D 130A-130D secuencialmente. Los eluyentes de las columnas 2D 130A-130D se detectan al final de las columnas por los detectores secundarios 140A-140D. Los picos de elución de 1D se pueden reconstruir de la información obtenida conjuntamente por los detectores primario y secundario 110, 140 en la columna 1D 120 y la columna 2D 130 (discutido adicionalmente en el contexto del algoritmo de reconstruir picos 1D posteriormente). La organización CG x CG 1 x 4 canales ejemplar 100 de la figura 2 tiene los siguientes módulos y procesos de operación.

(1) El módulo de muestreo e inyección incluye la bolsa Tedlar 118, el jP I 128, la bomba 127, la válvula de 2 puertos 122, y la válvula de 3 puertos 126. Los analitos gaseosos de la bolsa Tedlar 118 son primero extraídos por la bomba 127 a través de válvula de 2 puertos 122 en el jP I 128. Después, el jP I 128 se calienta e inyecta los analitos en la columna 1D 120.

(2) El módulo de separación y detección de 1D incluye el detector primario 110, que puede ser una columna de separación de temperatura programable casera y un detector de vapor (jP ID 1).

(3) El módulo de modulación y cambio incluye tres jD S 116 para enviar secuencialmente el eluyente de la columna 1D 120 a una de las cuatro columnas 2D 130, es decir, columna 130A, 130B, 130C, 130D, y después de vuelta a 130A, y así sucesivamente.

(4) Los cuatro módulos de separación y detección de 2D idénticos incluyen los jT I 132A-132D, la columna de separación de temperatura programable 130A-130D, y el detector de vapor (jP ID ) 140A-140D. Durante la operación, una porción de eluyente de 1D dirigido por el jD S 116 es atrapada por el jT I 132 y después el jT I 132 se calienta para inyectar el analito en la columna 2D (por ejemplo, 130A) para separación. Mientras tanto, las porciones del eluyente de 1D se dirigen a las restantes tres columnas 2D (por ejemplo, 130B-130D) para separación. Por tanto, el tiempo de separación total en cada columna 2D 130A-130D podría ser tan largo como cuatro veces el periodo de muestreo.

En comparación con el CG x CG convencional, este diseño de CG x CG tiene varias ventajas. Primero, en el CG x CG convencional, el tiempo de separación en 2D está limitado por el corto periodo de modulación (para evitar el problema de envoltura), produciendo así la menor capacidad de pico de 2D. Al contrario, el diseño de canal múltiple 100 presentado aquí permite un tiempo de separación mucho más largo para aumentar significativamente la capacidad de pico de 2D. Más específicamente, el tiempo de separación puede ser menor que o igual a un producto de las columnas 2D y el periodo de muestreo. Por tanto, se proporciona un método de aumentar el tiempo de separación máximo en 2D comparado con un tiempo de separación en un sistema convencional que tiene un único canal 2D. Segundo, en el CG x CG convencional, los picos de elución de 1D no se detectan directamente. Más bien, se reconstruyen usando el periodo de modulación y la información obtenida por el detector al final de la columna 2D, que produce resolución deteriorada (y por tanto menor capacidad de pico de 1D). Al contrario, el CG x CG presente 100 con el detector primario (|jPID) 110 puede seguir la elución de la columna 1D 120 de modo que los picos de elución en la columna 1D 120 se pueden reconstruir de forma más precisa, aumentando así la capacidad de pico en 1D. Por tanto, se proporciona un método de reconstruir los picos de elución de 1D usando un resultado del detector primario 110. Tercero, en comparación con el modulador térmico de microescala discutido previamente, la modulación, orientación, e inyección de analitos se logran por el jD S 116 y el jT I 132, que son mecánicamente robustos y se pueden operar a temperatura ambiente sin la necesidad para un ^t E^c . No se produce ni exudado del recubrimiento ni avance de analitos. Cuarto, el presente sistema de CG x CG 100 se muy escalable añadiendo más jDS, jT I, jPID, y columnas 2D. Por último, el sistema de CG x CG 100 muestra alta versatilidad para operar en un modo de fracciones medias (más que el modo CG x CG) con modificaciones mínimas (en el software de control).

Algoritmo de reconstrucción de picos de 1D

Mientras en teoría CG x CG aumenta la capacidad de pico, en la práctica el aumento está significativamente deteriorado debido a la falta de información de separación en 1D. Los tiempos de retención o picos en 1D se deducen de la información obtenida de los cromatogramas de 2D. Se han explorado varios métodos tal como quimiometría, pero la capacidad de reconstrucción de 1D aún es limitada.

En varios aspectos, la presente divulgación proporciona un método de reconstruir los picos de elución de 1D basado en un resultado generado por el detector primario 110, los resultados generados por los detectores secundarios 140, y un tiempo de modulación (por ejemplo, cantidad de tiempo predeterminada). El método discutido posteriormente es simplemente ejemplar y se pueden emplear otros métodos para reconstruir los picos de elución de 1D basado en información del primer y segundo detectores, 110, 140 y el periodo de modulación. Aquí se demuestra un método de reconstrucción de picos de 1D usando el modelo gaussiano exponencialmente modificado (EMG) con la ayuda del cromatograma de 1D obtenido con el detector primario (jP ID 1) 110. La función EMG, que empieza con una distribución gaussiana y termina con una caída exponencial, se usa mucho para analizar picos en cromatografía. Se puede definir como:

en donde t es el tiempo, A es la velocidad de caída exponencial, y j y a son la media y la desviación estándar de una función gaussiana normal, respectivamente. erfc es la función de error complementaria y se define como:

Nótese que el área total bajo la función EMG definida en la ecuación (1) se normaliza a la unidad. El tiempo de retención tm de la EMG se define como:

en donde erfcinv es la función inversa de erfc.

Asumiendo que un analito de 1D se modula a 2D n veces en ti, t2, t3, ..., tn, la correspondiente área de pico normalizada en 2D es ai, a2, a3, ..., an (es decir, ai+a2+a3+...+an = 1). Para encontrar la curva de EMG con mejor ajuste para este analito en 1D, se establece una función objetiva. La función objetiva, e, se define como sigue:

Una vez se proporcionan los tres parámetros (|j, o, y A), la función EMG normalizada f(t; |j, o, A) se define por completo. Para encontrar j , o, y A, se asume además que el tiempo de retención para el analito está localizado entre to y tn, es decir, to ≤ tm ≤ tn, lo que permite explorar para tm en el intervalo de to a tn para encontrar los j , o, y A óptimos. Para un tm determinado, solo hay dos parámetros independientes, o y A ( j se puede determinar por la ecuación 3). Por tanto, minimizar la función objetivo e en el plano o-A produce emin, un conjunto de ( j, o, y A), y por tanto la correspondiente función EMG f(t; j , o, A). Repitiendo los mismos procedimientos por exploración de tm (es decir, tm(1), tm(2), ..., tm(p), donde p es el número de los tm usados en la exploración), se obtienen una serie de emin (es decir emm(1), emm(2), ... emm(p)) y las funciones EMG asociadas, f(t; j (1), o(1), A(1)), f(t; j (2), o(2), A(2)), ..., y f(t; j (p), o(p), A(p)).

En el método tradicional que carece del detector primario 110, la función EMG de mejor ajuste f(t; j , o, A) es la que corresponde al menor emin. Al contrario, con la información proporcionada por el detector primario 110 en el presente sistema 100 (es decir, un resultado del detector primario 110), las funciones EMG y por tanto los picos de 1D se pueden obtener con mucha mayor precisión y resolución. Asumiendo que el cromatograma de 1D obtenido con el detector primario 110 es h(t), la diferencia E entre h(t) y f(t; j , o, A) se da como:

donde A representa el área total de los cromatogramas de 2D. La ecuación (6) se prueba con las p funciones EMG obtenidas previamente y la EMG de mejor ajuste (y el área asociada, A) es la que minimiza E. Nótese que aquí se usa el caso singlete (es decir, donde solo hay un analito) en la ecuación (6) para ilustrar el algoritmo por simplicidad e integridad matemática. En la práctica, si solo hay un analito, se puede usar h(t) misma para reconstruir el pico de 1D. En el caso de doblete (es decir, dos analitos coeluidos) y triplete (es decir, tres analitos coeluidos), la ecuación (6) se puede generalizar como:

donde j, k, l = 1, 2, 3, . , p para diferentes analitos coeluidos y A;^m son las áreas totales correspondientes obtenidas de los cromatogramas de 2D (es decir, un resultado de los detectores secundarios 140). Al minimizar E, se puede obtener el mejor conjunto de funciones EMG (junto con las áreas) para los analitos coeluidos.

En las figuras 3A-3C, se simula la reconstrucción de uno, dos y tres picos coeluidos (singlete, doblete, y triplete) usando el algoritmo anterior. Nótese, como se ha discutido previamente, que en la práctica los picos singletes se pueden reconstruir directamente mediante la señal del detector primario en el presente método. El ejemplo de singlete presentado en la figura 3A es simplemente para mostrar la capacidad del algoritmo que contrasta las deficiencias en el método tradicional. Con referencia a la figura 3A, un pico de 1D medido se muestra en 210 ( j = 9, o = 2, y A = 1). Un área de pico está representada por las barras en 212. Una anchura de una barra 212 corresponde al periodo de modulación (es decir, 5 s en el ejemplo presente) y el área representa una cantidad de analito en cada modulación, como se detecta por el detector secundario. Un pico reconstruido según el método discutido anteriormente se muestra en 214.

El caso de doblete en la figura 3B se usa para demostrar los procedimientos de reconstrucción. Primero, los picos de ¹D se generan con varias combinaciones de j , o, y A en la ecuación (1). Un pico generado para un primer analito ( j = 5, o = 1, y A = 2) se muestra en 230 y un pico generado para un segundo analito ( j = 7, o = 2, y A = 1) se muestra en 232. Los picos de ¹D se modulan cada 5 s (P^m = 5 s) y el número de modulaciones es cuatro. Además, el tamaño de etapa de barrido se ajusta a 0,5 s y el intervalo de tm se ajusta de 0 a 20 s, de modo que el número de posibles tiempos de retención (t^m) es 40 (es decir, p = 40). A continuación, se calculan las áreas de los picos de ²D. Se muestra un área de un pico de ²D para el primer analito en las barras en 234 y se muestra un área de un pico de ²D para el segundo analito en las barras en 236. Basado en las ecuaciones (1)-(5) y (7), los picos de ¹D se reconstruyen y muestran como curvas discontinuas. Se muestra un pico de ¹D reconstruido para el primer analito en 238 y se muestra un pico de ¹D reconstruido para el segundo analito en 240. Se muestra un cromatograma de ¹D detectado por el detector primario en 242.

La figura 3C representa un caso de triplete. Se muestra un pico generado para un primer analito ( j = 5, o = 1, y A = 0,5) en 250, se muestra un pico generado para un segundo analito ( j = 7, o = 2, y A = 1) en 252, y se muestra un pico generado para un tercer analito ( j = 10, o = 0,5, y A = 1) en 254. Se muestra un área de un pico de ²D calculado para el primer analito en las barras en 256, se muestra un área de un pico de ²D calculado para el segundo analito en las barras en 258, y se muestra un área de un pico de ²D calculado para el tercer analito en las barras en 260. Se muestra un pico de 1D reconstruido para el primer analito en 262, se muestra un pico de 1D reconstruido para el segundo analito en 264, y se muestra un pico de 1D reconstruido para el tercer analito en 266. Se muestra un cromatograma de 1D detectado por el detector primario en 268.

Las figuras 3A-3C demuestran que el presente algoritmo es capaz de reconstruir los picos de 1D con alta precisión. Al contrario, el método tradicional que usa el mismo modelo de EGM, pero sin el cromatograma de 1D del detector primario no puede reconstruir de forma precisa los picos de 1D.

Experimental

1. Materiales

Todos los analitos usados en el experimento se compran se Sigma-Aldrich (San Luis, MO) y Fisher Scientific (Pittsburgh, PA). Tienen una pureza de más del 97% y se usan como se reciben. Carbopack™ B (malla 60-80) se compra de Supelco (Bellefonte, PA). Se compra un gas helio comprimido (99,998%) de gases Cryogenic (Detroit, MI). Las precolumnas de CG (250 μm d.i. y 380 μm d.e.), Rtx-5ms (10 m x 250 μm d.i., 0,25 μm espesor de recubrimiento), RTX-200 (12 m x 250 μm d.i., 0.25 μm espesor de recubrimiento), conectores de columnas capilares de vidrio ajustados a presión universales, y conectores en Y en ángulo se compran de Restek (Belafonte, PA). Las válvulas solenoides de 2 puertos y 3 puertos se compran de Lee Company (Westbrook, CT). Una bomba de diafragma se compra de Gast Manufacturing (Benton Harbor, MI). Se compra cable de níquel (0,32 mm de diámetro, 1,24 Ohm/m) de Lightning Vapes (Bradenton, FL). Un termopar de tipo K se compra de Omega Engineering (Stamford, CT). Una oblea de silicio se compra de University Wafer (Boston, MA). Las lámparas de UV y los amplificadores para los PID se compran de Baseline-Mocon (Lyons, CO). Un conversor CA/CC de 36V se compra de TDK-Lambda Americas Inc. (National City, CA). Convertidores de AC/CC de 24V y uno de 12V AC/DC y ventiladores axiales se compran de Delta Electronics (Taipéi, Taiwán). Las tarjetas de adquisición de datos (tarjetas DAQ), USB-6212 (16 bits) y USB-TC01 (para medida de termopar), se compran de National Instruments (Austin, TX). La placa de circuito impreso (PCB) personalizada se diseña y fabrica por M.A.K.S., Inc. (Troy, MI).

2. Fabricación y caracterización de componentes

2.1 Fabricación/caracterización de ^j PI y ^j TI

El j PI y j TI son diseños similares. Ambos incluyen una cavidad de silicio grabada profunda con iones reactivos (DRIE) con puertos de entrada/salida cónicos, un calentador de platino integrado, un sensor de temperatura, y canales microfluídicos. El j PI tiene un tamaño de cavidad de 8,15 mm x 2,9 mm x 0,25 mm, mientras la cavidad del j TI es ligeramente menor (4,1 mm x 1,6 mm x 0,25 mm). Se cargan gránulos de Carbopack™ B en la cavidad a través de un tercer puerto usando una bomba de diafragma, que se sella con un adhesivo de silicio después de cargar. Un pequeño segmento de precolumna se inserta en los puertos fluídicos de entrada y salida, y se asegura con un adhesivo epoxi. Para la conexión eléctrica, el calentador y detector de temperatura resistivo (RTD) se unen por cable a una PCB, El RTD en la parte posterior se precalibra en un horno de CG convencional con 50, 100, 150 y 200°C para conseguir la curva de calibración de temperatura (es decir, respuesta de temperatura frente a la resistencia). El j PI y j TI se preacondicionan a 300°C durante 12 horas en un flujo de helio antes del uso.

Los recuadros de la figura 4A muestran el lado frontal y trasero del j PI. La fotografía del lado frontal claramente muestra el Carbopack™ B bien empaquetado en la cavidad. El volumen de la cavidad es 5,9 mm3 y la masa del Carbopack™ B es 1,135 mg. Durante la operación, el j PI se calienta aplicando 36 VDC durante 0,6 s y posteriormente 12 VDC durante 10 s para la desorción completa. Para mantener la temperatura constante durante 10 s por 12 VDC, se aplica una onda cuadrada de 4,0 Hz de señal modulada a anchura de pulso al relé de energía del calentador a través de USB-6212. La figura 4A muestra que el ^j PI alcanzó 270°C en 0,6 s a la velocidad de subida de 314°C/s y después se mantuvo a 250°C durante 10 s. El pico de tolueno normalizado inyectado en esta condición se da en la figura 4B, que muestra una FWHM es de 700 ms.

2.2 Columnas y subida y lectura de temperatura

La columna RTX-5ms de 10 m de largo para 1D (o la columna RTX-200 de 3 m de largo para 2D) y cable de níquel se colocan en paralelo, envueltas por una cinta de TEFLON™ PFTE, y después se enrollan en una hélice de 10 cm (o 5 cm para la columna RTX-200) de diámetro y 1 cm de altura. Se inserta un termopar de tipo K en el hueco entre la columna enrollada para seguir la temperatura de la columna en tiempo real a través de USB-TC01. Para alcanzar un perfil de rampa de temperatura programado, se aplica una señal modulada por anchura de pulso (onda cuadrada de 4,0 Hz) al relé de energía del calentador a través de USB-6212. El ciclo de trabajo de la onda cuadrada se calcula por un controlador proporcional integral derivativo en el programa LabView™ y se actualiza cada 0,4 s basado en la temperatura ajustada y medida.

2.3. Fabricación y operación del microconmutador Deans (sistema j DS)

Se usa un sistema conmutador para lograr el direccionamiento de los eluyentes desde una columna anterior a una de las cuatro columnas posteriores (conmutador 1 x 4). Incluye tres ^j DS y dos válvulas de 3 puestos que están conectadas a una fuente de helio como se muestra en la figura 5. El j DS, como se muestra en la figura 5A, tenía un canal microfluídico grabado profundo con iones reactivos (DRIE) (la dimensión mostrada en la figura 5B) con tres entradas (a la izquierda) y dos salidas (a la derecha), un calentador de platino integrado, y un sensor de temperatura. Un pequeño fragmento de precolumna se inserta en los puertos fluídicos de entrada y salida, y se asegura con un adhesivo epoxi. La entrada media del j DS está conectada a la columna anterior, mientras que las otras dos entradas están conectadas a una válvula de 3 puertos (puerto N.O. y N.C.) para controlar que entre el gas helio. Las dos salidas del ^j DS 1 están conectadas a la entrada media de ^j DS 2 y ^j DS 3, respectivamente, mediante los conectores universales. Como se ejemplifica en la figura 5A, con el fin de dirigir una porción de un eluyente de 1D a la columna 2A en 2D, las dos válvulas de 3 puertos se operan en el modo “cerrado”. Los detalles de dirigir los analitos a las otras columnas cromatográficas secundarias 2D, 2B (por ejemplo, 130B en la figura 2) y 2C (por ejemplo, 130C en la figura 2), se dan en las figuras 5C-5D. Durante la operación, la velocidad de flujo es 2 ml/min para todos los canales de 2D.

2.4. Fabricación, montaje, y calibración del j PID

El módulo j PID usado en este trabajo se ensambla con la lámpara de UV Krypton, el circuido que dirige la lámpara integrado, y el amplificador en un PID comercial de Baseline-Mocon (Lyons, CO, P/N #043-234), así como una cámara de ionización de flujo continuo casera. El j PID emplea un canal microfluídico recto de 2 cm de longitud creado por un hueco de 380 jm entre dos obleas conductoras de tipo p ≤100> con una resistividad de 0,001-0,005 O cm y un espesor de 380 jm . La parte inferior y superior del canal microfluídico está cubierta por una lámpara de UV Krypton y un portaobjetos de vidrio, respectivamente, que se pegan después a las obleas de silicio conductoras con un epoxi óptico. La longitud de iluminación UV eficaz en el canal es aproximadamente 3,5 mm (es decir, el diámetro de la ventana de la lámpara Krypton). Puesto que el lado del canal microfluídico está hecho de una oblea de silicio conductora, sirve como un electrodo de recogida de señales en esta configuración. Dos cables de cobre están unidos a las obleas y conectados al amplificador en el PID comercial. La señal de salida del amplificador se lee por el NI-DAQ (USB-6212). Por último, dos precolumnas (250 jm d.i. y 380 jm d.e.) se insertan en la entrada y la salida del j PID y se sellan con epoxi óptico. Antes del análisis, los cuatro j PID en 2D se calibran con tolueno usando j PID 1 como el detector de referencia. El detalle y los resultados de calibración se describen en J. Lee et al., "In situ calibration of microphotoionization detectors in a multi-dimensional micro-gas chromatography system," Analyst 141,4100-4107 (2016).

3. Montaje y automatización

Las figuras 6A-6B muestran fotografías de un dispositivo CG x CG portátil. El sistema está alojado en una caja de plástico personalizada de 60 cm (longitud) * 50 cm (anchura) * 10 cm (altura) y pesaba menos de 5 kg. Incluye los conversores CA/CC, las tarjetas DAQ, la bomba de diafragma, y el cartucho de helio en la fila posterior, y un módulo de separación 1D y cuatro 2D. y el sistema de los j DS en la fila delantera. El módulo de separación de 1D está situado en el medio de la fila delantera, y el sistema de los ^j DS está colocado bajo el módulo de separación de 1D. Los módulos de separación de 2D de 2a /2B y 2C/2D están apilados con los espaciadores de la placa y están localizados en el lado izquierdo y derecho del módulo de separación de 1D, respectivamente. A continuación, están los procedimientos de operación detallados y los parámetros relacionados a los experimentos discutidos en el presente documento.

Se demuestra la separación 2-D de 50 analitos en 14 minutos en un dispositivo similar al mostrado en las figuras 5A-5D, que muestra la capacidad de pico de 430-530 y la producción de capacidad de pico de 40-80/min. Una mezcla de 50 analitos de concentración 50 jg l-1 colocada en la bolsa Tedlar se extrae por la bomba de diafragma a través de la válvula de 2 puertos y se adsorbe por el Carbopack™ B dentro del j PI a una velocidad de flujo de 25 ml/min durante 2 minutos. Después del muestreo, la válvula de 2 puertos se cierra y el gas helio se pasa a través de la válvula de 3 puertos durante 60 s para estabilizar el flujo. Por último, el ^j PI se calienta hasta 270°C en 0,6 s y después se mantiene a 250°C durante 10 s para desorción térmica completa.

El analito experimenta separación a través de la columna RTX-5ms de 10 m de longitud, y después es detectado por el j PID 1. Durante la separación, la columna 1D se calienta y mantiene a 50°C durante 1 min, y después sube a una velocidad de 5°C min'1 a 120°C y se mantiene a 120°C durante 4 min. El j PID 1 se mantiene a temperatura ambiente (25°C). La velocidad de flujo es 2 ml/min.

Se usa un periodo de muestreo (o cantidad de tiempo predeterminada) de 8 segundos para acumular una porción del eluyente de la columna 1D antes de la inyección a una columna 2D. La 1a porción de 8 s de longitud del eluyente de la columna 1D se dirige a y es atrapada por ^j TI 2A (132A), que se mantienen a temperatura ambiente (25°C). Después el ^j TI se calienta a 270°C en 0,6 s y luego se mantiene a 250°C durante 5 s para inyectar los analitos atrapados a la columna 2A (130A). Inmediatamente después de la inyección, el ventilador en el j TI se enciende para disminuir rápidamente el ^j TI de vuelta a temperatura ambiente en 16 s. Entretanto, la 2a porción de 8 s de longitud del eluyente de la columna 1D se dirige a y es atrapada por j TI 2B (132B), que posteriormente se inyecta en la columna 2B (130B). La misma operación repetida para ^j TI 2C (132C) y ^j TI 2D (132^d ), hasta la 5a porción de 8 s de longitud, que se dirige al j TI 2A (132A) otra vez. Durante la operación entera, el flujo de helio es 2 ml/min para las cuatro columnas 2D.

El analito experimenta separación bidimensional (2D) a través de una de las columnas RTX-200 de 3 m de longitud (mantenidas a 60°C durante la operación entera) y después se detecta por jP ID 2 (mantenido a temperatura ambiente, 25°C). Durante la separación, la velocidad de flujo de helio es 2 ml/min. El tiempo de separación máximo para cada columna 2D es 32 s (4 veces el periodo de muestreo).

Resultados

1. Reconstrucción de picos de 1D

El método de reconstrucción de los picos de 1D se valida inyectando la muestra en el sistema de CG x CG de 1 x 4 canales portátil y comparando los picos experimentales con los picos reconstruidos. Primero, se muestra la reconstrucción de un pico de singlete. En este caso, se inyecta ciclohexano por el jP I en 1D, y experimentó separación de 1D. Después de ser detectado por jP ID 1, se observa la separación de 2D para la modulación a 72 s y 80 s. El pico de 1D se reconstruye según los procedimientos anteriores. El resultado del singlete para mostrar la capacidad del algoritmo. En la práctica, el pico de 1D obtenido directamente del jP ID 1 se usa, si es un singlete.

A continuación, se prueba un pico coeluido que contiene dos analitos. En este caso, se seleccionan 3-clorotolueno y 1.3- diclorobenceno debido a su tiempo de retención similar. La curva 310 en la figura 7A se detecta por jP ID 1. La curva 310 muestra que los dos analitos no están completamente separados en 1D. Este pico de 1D es después modulado a 512 s, 520 s, 528 s, y 526 s, y además separado en 2D y la separación 2D para 512 s, 520 s, 528 s, y 536 s. Los picos de 1D se reconstruyen según los procedimientos descritos anteriormente. Un cromatograma de 1D reconstruido para 3-clorotolueno se muestra en 312 y un cromatograma de 1D reconstruido para 1,3-diclorobenceno se muestra en 314.

Con referencia a la figura 7B, para verificar adicionalmente la reconstrucción de picos de 1D, cada uno de los dos analitos se inyecta individualmente en el sistema preparado según ciertos aspectos de la presente divulgación. La comparación correspondiente entre los picos originales detectados por jP ID 1 y los reconstruidos se presenta en la figura 7B. Los cromatogramas de 1D reconstruido para 3-clorotolueno se muestra en 316 y los cromatogramas de 1D reconstruido para 1,3-diclorobenceno se muestra en 318. La curva 320 se obtiene con |jpID 1 cuando se inyecta 3-clorotolueno individualmente. La curva 322 se obtiene con jP ID 1 cuando se inyecta 1,3-diclorobenceno individualmente. Todas las curvas están normalizadas respecto a sus picos respectivos para fácil comparación.

Por último, la reconstrucción se aplica a un pico coeluido que contiene tres analitos (heptano, 1,4-dioxano y metilisobutilcetona). Un cromatograma de 1D sin resolver detectado por jP ID 1 se muestra en 324 en la figura 7C. La modulación tiene lugar a 88 s, 96 s, 104 s, y 112 s. Los picos reconstruidos se representan en la figura 7C. Un cromatograma de 1D reconstruido para heptano se muestra en 326. Un cromatograma de 1D reconstruido para 1,4-dixano se muestra en 328. Un cromatograma de 1D reconstruido para metilisobutilcetona se muestra en 330.

La comparación entre los picos de los analitos inyectados individualmente y los reconstruidos se presentan en la figura 7D. El cromatograma de 1D reconstruido para heptano se muestra en 332, el cromatograma de 1D reconstruido para 1.4- dixano se muestra en 334, y el cromatograma de 1D reconstruido para metilisobutilcetona se muestra en 336. La curva 338 se obtiene con jP ID 1 cuando se inyecta heptano individualmente. La curva 340 se obtiene con jPID 1 cuando se inyecta 1,4-dioxano individualmente. La curva 342 se obtiene con jPID 1 cuando se inyecta metilisobutilcetona individualmente. Todas las curvas están normalizadas respecto a sus picos respectivos para fácil comparación. Los ejemplos anteriores sugieren que el presente sistema y el correspondiente algoritmo son capaces de reconstruir de forma precisa los picos de 1D, mejorando de esta manera la resolución de 1D y, por tanto, la capacidad de pico.

2. Gráfico de contorno

Una de las características distintas de un cromatograma CG x CG es el gráfico de contorno 2-D de analitos bien separados en una mezcla. Tradicionalmente, el resultado de CG x CG es sencillamente una larga serie de cromatogramas de 2D, puesto que no hay detección en 1D. Por tanto, la resolución del gráfico de contorno 2-D tradicional se pierde debido al periodo de modulación y la falta de información en el cromatograma de 1D. Al contrario, en ciertas variaciones de la CG x CG según la presente divulgación con la información obtenida de los picos de 1D reconstruidos, se puede crear el gráfico de contorno 2-D con resolución significativamente aumentada. Para hacer tal gráfico de contorno 2-D, los cromatogramas de 2D primero se deconvolucionan para cada analito. Para el analito s, su cromatograma de 1D se puede definir como la función EMG normalizada por área, fs(1tR), y el cromatograma de 2D

como

(= 1, 2, n) representa la modulación va de 1D a 2D donde [-J es la función suelo. Entonces, el gráfico de contorno 2-D de C₈(1tR, 2tR) se puede obtener como:

Correspondientemente, el gráfico de contorno 2-D, C(1tR, 2tR), de los N analitos enteros se puede escribir como:

Las figuras 8A-8F muestran los gráficos de contorno 2-D y 3-D para analitos singlete, doblete y triplete, y las figuras 8A-8F usando el método descrito en las ecuaciones (9) y (10), muestran picos bien resueltos. Se comparan los gráficos de contorno 2-D y 3-D usando el método tradicional con estos gráficos de contorno.

3. Demostración de separación 2-D de 50 VOC

Se emplea un dispositivo CG x CG de 1 x 4 canales portátil en analizar una mezcla de 50 VOC (véase la tabla en la figura 11). Primero, la mezcla de 50 VOC preparada en una bolsa Tedlar se separa en 1D y el correspondiente cromatograma de 1D se registra por el pPID 1 (véanse las figuras 8A-8F y 9). Con el periodo de muestreo de 8 s, los analitos se dirigen a los módulos de separación 2D y se separan en 2D. La figura 10 representa el gráfico de contorno 2-D de los 50 VOC usando la reconstrucción 1D y los métodos de gráfico de contorno discutidos en el presente documento. Se puede ver que los 50 VOC se pueden separar por completo en solo 850 s (o 14,2 minutos). El correspondiente tiempo de retención reconstruido y anchura de pico en 1D, y el tiempo de retención y anchura de pico en 2D se enumeran en la tabla en la figura 11.

Se evalúa el rendimiento de CG x CG de 1 x 4 canales usando tres analitos ejemplares, acetato de 2-etoxietilo, benzaldehído, y dodecano. La tabla en la figura 12 presenta la capacidad de pico y producción de capacidad de pico de acetato de 2-etoxietilo, benzaldehído, y dodecano. La producción de capacidad de pico varía de 40/min a 80/min, que es similar a esa en un CG x CG convencional. Por comparación, la capacidad de pico y la producción de capacidad de pico de benzaldehído, y dodecano en un sistema |^j CG x |^j CG híbrido, la producción de capacidad de pico es 31/min y 14/min, respectivamente (asumiendo que ¹FWHM es 17,5 s y 12 s para benzaldehído y dodecano, respectivamente).

Por tanto, se proporciona un dispositivo de cromatografía de gas bidimensional (2-D) (CG x CG) portátil completamente automatizado, que tiene la dimensión de 60 cm x 50 cm x 10 cm y pesa menos de 5 kg. El dispositivo incorporaba un micro-preconcentradior/inyector, columnas comerciales, microconmutadores Deans, micro-inyectores térmicos, microdetectores de fotoionización, tarjetas de adquisición de datos, y fuentes de alimentación, así como control por ordenador e interfaz de usuario. Emplea múltiples canales (4 canales) en la segunda dimensión (²D) para aumentar el tiempo de separación de ²D (hasta 32 s) y por tanto la capacidad de pico de ²D. Además, opcionalmente se instala un detector de vapor de flujo continuo no destructivo al final de la columna ¹D para seguir el eluyente de ¹D y ayudar en reconstruir los picos de elución de ¹D. Con la información obtenida conjuntamente de los detectores de ¹D y ²D, se podrían reconstruir los picos de elución de ¹D con resolución de ¹D significativamente mejorada.

En resumen, se proporciona un dispositivo CG x CG de 1 x 4 canales portátil completamente automatizado y un método de operarlo se contempla por ciertos aspectos de la presente divulgación El dispositivo es compacto (60 cm x 50 cm x 10 cm y ≤ 5 kg), robusto (es decir, j TI, y j DS), y rápido (50 VOC en 14 minutos), y proporciona excelente capacidad de pico y producción de capacidad de pico. Aplica una plétora de aplicaciones de campo, tal como seguimiento y protección medioambiental, seguimiento de seguridad en el lugar de trabajo, seguimiento en línea industrial, industrias alimentarias, seguridad nacional, campo de batalla, y biomedicina.

La descripción anterior de las formas de realización se ha proporcionado para fines de ilustración y descripción. No se pretende que sea exhaustiva o limite la divulgación. Los elementos o características individuales de una forma de realización particular en general no están limitados a esa forma de realización particular, sino, donde sea aplicable, son intercambiables y se pueden usar en una forma de realización seleccionada, incluso si no se muestra o describe específicamente. Lo mismo también se puede variar de muchas maneras. La invención se define en las reivindicaciones.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

   i. Un método de análisis de cromatografía completa que comprende:

   separar una muestra en una columna cromatográfica primaria (120);

   dirigir una corriente primaria que sale de la columna cromatográfica primaria (120) hacia un sistema conmutador no modulador (112) en donde el sistema conmutador no modulador (112) comprende al menos un microconmutador (116) y al menos una válvula (114); y

   operar continuamente el sistema conmutador no modulador (112) para dirigir selectivamente la corriente primaria a una pluralidad de inyectores térmicos (132) y una pluralidad de columnas cromatográficas secundarias (130), en donde cada uno de la pluralidad de inyectores térmicos (132) se proporciona en paralelo uno con otro y está en comunicación fluida con una respectiva columna cromatográfica secundaria (130) de la pluralidad, en donde el operar continuamente incluye:

   (a) dirigir selectivamente una porción de la corriente primaria a uno de la pluralidad de inyectores térmicos (132) y acumular la porción de la corriente primaria durante una cantidad de tiempo predeterminada; (b) inyectar la porción de la corriente primaria en una de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias (130) en comunicación fluida con el uno de la pluralidad de inyectores térmicos (132);

   (c) detectar uno o más analitos diana en una corriente secundaria que sale de la una de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias (130); y

   repetir (a)-(c) para dirigir selectivamente otras porciones de la corriente primaria a otros inyectores térmicos (132) de la pluralidad de inyectores térmicos y la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias (130) en comunicación fluida con los mismos hasta que sustancialmente todos los analitos diana en la muestra se detectan después de salir de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias (130) para proporcionar un análisis completo de la muestra, en donde un tiempo de separación en cada columna cromatográfica secundaria (130) de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias (130) es menor que o igual a un producto de la cantidad de tiempo predeterminada y una cantidad de columnas cromatográficas secundarias (130) en la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias (130).
2. 2. El método de la reivindicación 1, en donde la corriente secundaria comprende al menos una primera corriente secundaria y segunda corriente secundaria y el operar continuamente además comprende:

   dirigir una primera porción de la corriente primaria a un primer inyector térmico (132A) de la pluralidad de inyectores térmicos (132) y acumular la primera porción de la corriente primaria durante una cantidad de tiempo predeterminada;

   inyectar la primera porción de la corriente primaria del primer inyector térmico (132A) en una primera columna cromatográfica secundaria (130A) de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias (130) para crear la primera corriente secundaria;

   detectar uno o más analitos diana en la primera corriente secundaria que sale de la primera columna cromatográfica secundaria (130A); y

   dirigir una segunda porción de la corriente primaria a un segundo inyector térmico (132B) de la pluralidad de inyectores térmicos (132) y acumular la segunda porción de la corriente primaria durante una cantidad de tiempo predeterminada;

   inyectar la segunda porción de la corriente primaria del segundo inyector térmico en una segunda columna cromatográfica secundaria (130B) de la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias (130) para crear la segunda corriente secundaria; y

   detectar uno o más analitos diana en la segunda corriente secundaria que sale de la segunda columna cromatográfica secundaria (130B).
3. 3. El método de la reivindicación 1, que además comprende detectar uno o más analitos diana en la corriente primaria durante o después de la separación de la muestra en la columna cromatográfica primaria (120).
4. 4. El método de la reivindicación 3, en donde detectar uno o más analitos diana en la corriente primaria incluye pasar la muestra a través de un detector en columna no destructivo (110) seleccionado del grupo que consiste en: un detector de fotoionización, un dispositivo resonador de anillo óptico basado en capilar (CBORR), un sensor basado en interferómetro de Fabry-Perot, un sensor quimio-resistor, un sensor de onda acústica de sonido, y un sensor de conductividad térmica.
5. 5. El método de la reivindicación 3, en donde detectar uno o más analitos diana en la corriente primaria genera una primera señal de salida y detectar uno o más analitos diana en la corriente secundaria genera una segunda señal de salida, y en donde el método además comprende reconstruir un pico de elución en la primera dimensión para cada analito basado en la primera señal de salida, la segunda señal de salida, y la cantidad de tiempo predeterminada.
6. 6. El método de la reivindicación 1, en donde el al menos un microconmutador del sistema conmutador no modulador comprende un microconmutador Deans.
7. 7. El método de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de columnas cromatográficas secundarias (130) comprende cuatro columnas cromatográficas secundarias (130A, 130B, 130C, 130D).
8. 8. El método de la reivindicación 7, en donde el al menos un microconmutador comprende un primer microconmutador Deans, un segundo microconmutador Deans, y un tercer microconmutador Deans, y la al menos una válvula (114) comprende una primera válvula de tres puertos y una segunda válvula de tres puertos, en donde una primera entrada del primer microconmutador Deans está en comunicación fluida con la corriente primaria, una segunda entrada y una tercera entrada del primer microconmutador Deans están en comunicación fluida con la primera válvula de tres puertos, una primera entrada del segundo microconmutador Deans está en comunicación fluida con una primera salida del primer microconmutador Deans, una primera entrada del tercer microconmutador Deans está en comunicación fluida con una segunda salida del primer microconmutador Deans, una segunda entrada y una tercera entrada del segundo microconmutador Deans están en comunicación fluida con la segunda válvula de tres puertos, una segunda entrada y una tercera entrada del tercer microconmutador Deans están en comunicación fluida con la segunda válvula de tres puertos, una primera salida del segundo microconmutador Deans está en comunicación fluida con una primera columna cromatográfica secundaria (130A), una segunda salida del segundo microconmutador Deans está en comunicación fluida con una segunda columna cromatográfica secundaria (130B), una primera salida del tercer microconmutador Deans está en comunicación fluida con una tercera columna cromatográfica secundaria (130C), y una segunda salida del tercer microconmutador Deans está en comunicación fluida con una cuarta columna cromatográfica secundaria (130D).
9. 9. El método de la reivindicación 1, en donde el sistema conmutador no modulador (112) y la pluralidad de inyectores térmicos (132) se operan a temperatura ambiente.
10. 10. El método de la reivindicación 1, en donde el detectar uno o más analitos diana en la corriente secundaria que sale de la columna cromatográfica secundaria (130) incluye pasar la muestra a través de un detector en columna no destructivo (140).
11. 11. El método de la reivindicación 10, en donde el detector en columna no destructivo (140) se selecciona del grupo que consiste en: un detector de fotoionización, un dispositivo resonador de anillo óptico basado en capilar (CBORR), un sensor basado en interferómetro de Fabry-Perot, un sensor quimio-resistor, un sensor de onda acústica de sonido, y un sensor de conductividad térmica.
12. 12. El método de la reivindicación 1, en donde el detectar uno o más analitos diana en la corriente secundaria que sale de la columna cromatográfica secundaria (130) incluye pasar la muestra a través de un detector en columna destructivo (140).
13. 13. El método de la reivindicación 12, en donde el detector en columna destructivo (140) se selecciona del grupo que consiste en: un espectrómetro de masas (MS), y un detector de ionización de llama (FID).