SE463282B - Fokuseringsmetod foer loesta aemnen foer att infoera ett vaetskeprov i en gaskromatografisk kolonn - Google Patents

Description

4\ CR Qn I 282 2 Ett av försöken att reducera effekten av vätskeprovsöversvämning, som beskrivs av K Grob, Jr., m fl i J. Chromatogr., Vol. ZUÅ (1982) på sid. 183, har varit att avlägsna den stationära fasen på de första metrarna av kolonnen, för att hindra kvarhållning av de olikformiga fördelade molekylerna av lösta ämnen.

Efter insprutning uppvärms den översvämmade kolonnens inloppszon för att förånga , provmolekyler till att ledas nedströms till den kolonnzon, där stationär vätska fångar molekyler av lösta ämnen i en smal initialprovzon. Tekniken förbättrar ¿ toppformen jämfört med den som erhålls med en konventionell injektor på kolonn.

Denna teknik har emellertid begränsad framgång i praktiska tillämpningar på grund av följande nackdelar. För det första är det svårt att i praktiken strippa stationär fas från ett kolonnínlopp. Särskilt kan icke nonpolära faser och kemiskt bundna faser avlägsnas helt. Användningen av en förkolonn kan medge tillfreds- ställande ytegenskaper för behovet med att utnyttja retentionsgaptekniken men de praktiska svårigheterna och begränsningarna med förfaranden för kolonnförbindelse måste beaktas. För det andra löser icke retentionsgaptekniken det fundamentala problemet med begränsning av provstorlek. Den mängd prov som insprutas begränsas åter av retentionsgapets längd. En provstorlek av 3 fl kan kräva 2-3 m retentions- gap för att medge tillfredsställande toppform. För det tredje kan obelagda, nakna kolonnväggar för retentionsgapet alstra icke önskvärda adsorptionseffekter. De- aktivering av förkolonnen kan eventuellt icke ge tillfredsställande resultat på grund av möjligheten till retention av lösta molekyler på den aktiverade fasen eller faserna, vilket förstör retentionsgapeffekten. För det fjärde kräver tek- niken att kolonnens ugnstemperatur nedkyls till under lösningsmedlets kokpunkt före varje insprutning. Detta kan kräva mer tid än som erfodras för en kromato- grafisk separation. Analyshastigheten begränsas sålunda av insprutningstekníken.

Det är därför ett ändamål med föreliggande uppfinning att anvisa en foku- seringsmetod för att införa ett vätskeprov i en gaskromatografisk kolonn._ Ett annat ändamål med uppfinningen är att anvisa en insprutningsmetod på kolonn i gaskromatografi, vilken kan ge kromatogram med god kvalitet med relativt stora provdimensioner, utan att orsaka oacceptabel toppformsdistorsion och följ- aktligen värdelös kromatografisk information. ' De ovan nämnda och andra ändamål uppnås genom användning av fokuseringsför- faranden på lösta ämnen vid insprutning på kolonn. Insprutningszonen eller in- loppsänden av den kromatografiska kolonnen hålls vid en temperatur under lösnings- medlets kokpunkt, medan den närbelägna nedströmszonen hålls vid en högre tempera- tur så att de följande egenskaperna för en idealisk insprutningsprocess på kolonn kan uppnås: (1) att medge vätskeprovinsprutning; (2) att förånga och separera lösningsmedel från molekyler av lösta ämnen snabbt efter insprutning; (3) att 54-32 282 använda fokuseringsteknik för lösta ämnen för att minimera initialutbredning av molekylzonen för lösta ämnen; och (4) att medge separat temperaturprogrammerade insprutnings- och förångningszoner för att erhålla optimal upplösning och hastig- het hos analysen.

En som exempel vald anordning för utförande av förfarandet enligt uppfin- ningen beskrivs närmare nedan med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 schematiskt visar principen för fokuseringsteknik med lösta ämnen, vilken tillämpas vid insprutning på kolonn enligt metoden för föreliggande upp- finning, fig. 2 visar ett parti av de experimentella resultaten av metoden enligt uppfinningen, utvisande effekterna av ökande provstorlek på toppform, och fig. 3 visar ett resultat av jämförande experiment utan fokusering av lösta ämnen, utvisande effekterna av ökande provstorlek på toppform.

Fokuseringstekniken för lösta ämnen enligt föreliggande uppfinning kan ut- föras exempelvis genom användning av den gaskromatografiska injektorn på kolonn, som anges i den amerikanska patentansökan 342 958. Principen för metoden visas schematiskt i fig. 1(a) och (b). För enkelhetens skull visar fig. 1 en situation, där det vätskeprov som införs i kolonnen ll från en nål 12 består av endast var- dera ett slag av molekyler av löst ämne och lösningsmedel (visade med skuggade resp öppna cirklar). Ett inloppsparti 15, som identifieras såsom insprutnings- zonen av kolonnen 1l är omgiven av en temperaturregleringsanordning 25, inne- fattande exempelvis en elektrisk värmare och en kryogenisk kylare, för att reg- lera temperaturen i insprutningszonen 15. Zonen inuti kolonnen 11 invid och ned- ströms från insprutningszonen 15 identifieras såsom förångningszonen 16 och är omgiven av en andra temperaturregleringsanordning (kolonnugn) 26, vilken styr temperaturen i förångningszonen 16. Det är sålunda möjligt att styra insprutnings- och ugnstemperaturerna oberoende av varandra och att välja en mångfald olika kom- binationer av dessa temperaturer.

I drift insprutas provet i sitt flytande tillstånd, såsom visas i fig. l(a).

För fokusering av lösta ämnen hålls insprutningszonen 15 vid en temperatur av 20 till ÄOOC under lösningsmedlets kokpunkt under insprutning, medan förångnings- zonen 16 uppvärms till 10 till ZOOC över lösningsmedlets kokpunkt. Under insprut- ning blir den relativt kalla insprutningszonen 15 översvämmad i viss grad med det flytande provet. När vätskan förflyttas nedströms av bärarflöde och ingår i den heta förångningszonen 16, förångas lösningsmedlet snabbt och förs bort av den rörliga fasen, under kvarlämnande av de lösta ämnena, fångade i ett smalt statio- närt vätskeband vid framdelen av förångningszonen 16 (fig. l(b)). Molekyler, som kan strömma tillbaka från förångningszonen 16, kommer att åter kondenseras i in- sprutningszonen 15, hållna vid den låga temperaturen i insprutningszonen under mellantiden. 4635 282 Omedelbart efter att införingen av vätskeprovet är färdigt, höjs insprut- ningszonens temperatur snabbt till en nivå, som är väsentligt högre än lösnings- medlets kokpunkt. Detta har till verkan att driva eventuellt återstående prov in i förångningszonen 16, där molekyler av lösta ämnen fångas och fokuseras till en mycket smal insprutningsprovbandbredd.

Efter det att insprutningszonen 15 nått sin sluttemperatur startas normal ugnstemperaturprogrammering, så att insprutning på kolonn kan utföras under de ; korrekta, icke förångande förhållandena, medan översvämning av en stor kolonn- sektion undviks. Strippning av inloppssektionen erfordras inte, emedan band- skärpning uppnås genom en kombination av termisk fokusering och retentiv fokuse- ring (kallfångning). Återflöde av ånga under insprutning in i den kylda insprut- ningszonen 15 är inte något bekymmer, emedan hela arean är uppvärmd efter in- sprutning.

Experimentellt observerade effekter av ökning av provstorlek på den kromato- grafiska toppformen visas i tabell l nedan både med och utan fokusering av lösta ämnen. I dessa experiment var provet en blandning av n-alkan i isooktan (kok- punkt 9806). Med fokusering av lösta ämnen höjdes insprutningzonens temperatur från 2006 till 300°C med en hastighet av l8Û°C/min., medan förångningszonens tem- peratur först hölls vid 110°C under en minut och därefter höjdes till 300°C med en hastighet av 1Û°C/min. Utan fokusering av lösta ämnen var insprutnings- och förångníngszonernas temperaturer desamma och hölls under en minut först vid 8006 och höjdes sedan till 30006 med hastigheten 1000/min. Fig. 2 visar kromatogram, som erhållits med fokusering av lösta ämnen under dessa förhållanden. I motsats till resultaten utan fokusering av lösta ämnen (fig. 3) visar dessa kromatogram för provstorlekar av 1 till 8 fl utmärkt toppform och nästan konstanta toppbredder vid insprutningsstorlekar från 1 upp till 8 fl. Tabell I visar de experimentellt bestämda toppbredderna vid halv höjd för ett flertal toppar från de kromatogram som erhållits både med och utan fokusering av lösta ämnen.

Tabell I lnsprutad mängd Löst ämne Med fokusering Utan fokusering gul) av löst ämne av löst ämne 1,0 n~C26 3,1 3,5 fl'C3Û 3,0 5,5 n~Cüü 2,6 5,Ä 5,0 n~C26 3,2 1Å,ü n~C30 3,0 17,1 n-CÅÅ 3,8 18,2 8,0 n-C26 3,2 21,7 n-C30 3,1 22,9 n-CÅÄ Ä,0 26,7 Föreliggande uppfinning har beskrivits ovan endast med avseende på den allmänna metoden och en sats av experiment. Beskrivningen ovan är emellertid endast illustrerande men icke begränsande och föreliggande uppfinning skall så- lunda betraktas som vittomfattande. Fig. 1 skall tolkas endast såsom en schematïsk illustration, så att de visade dimensionsförhållandena inte är realistiska. ln- sprutningszonens längd är emellertid normalt mellan 10 och 15 cm, vilken kan ha stationär fas, antingen närvarande eller strippad. lnsprutnings~ och förångningszonernas temperaturer kan även justeras på lämpligt sätt, även om förångningszonens temperatur vanligen bör vara mer än 1000 högre än lösningsmedlets kokpunkt vid 1 bar. Denna initialtemperatur i för- ångningszonen i ett pneumatiskt system med konstant flöde kan bestämmas av och optimeras för analysens kromatografiska upplösning och hastighet. Den kan vara mer än 10 till 1500 över lösningsmedlets kokpunkt för att medge snabbare analys- tid om de lösta komponenterna av intresse kan separeras tillfredsställande. I en pneumatik med konstant tryck begränsas emellertid den tillämpliga temperaturen i förångningszonen till omkring 10 till 1500 över lösningsmedlets kokpunkt. Detta beror på att en hög temperatur i förângningszonen skulle alstra snabb förångning och tryckökning inuti kolonnen, vilket skulle tvinga vätskeflödprovet att strömma tillbaka in i injektorn och medfönaprovförlust och toppformsdistorsion. En pneu- matik med konstant tryck har även en begränsad användbar provstorlek, på grund av det kombinerade gastrycket av bärargasen, och det förångade provet inuti kolonnen kan överskrida trycket vid insprutningszonen under insprutningsprocessen.

Den föreslagna fokuseringstekniken för lösta ämnen fungerar bäst i ett pneumatiskt 282 s stem med konstant flöde med en qasläckningstät injektor å kolonn. En lån sam Y _ P 9 insprutning på kolonn av stor provstorlek i ett pneumatískt system med konstant flöde hindrar återflöde av det förångade provet inuti kolonnen, emedan ett kon- stant flöde av bärargas in i kolonnen bibehålls av konstantflödesregulatorn_ Uppfinningens område definieras endast av Följande krav.

I:

Claims (4)

-F O'\ U I Fx? CD FO Patentkrav

1. Fokuseringsmetod för lösta ämnen för att införa ett vätskeprov i en gaskromatografisk kolonn, vilket vätskeprov innefattar molekyler av lösta ämnen och ett lösningmedel, k ä n n e t e c k n a d av stegen att vid kolonnens inloppsände anbringa en första temperaturreglerad zon, att inspruta provet i den första temperaturreglerade zonen, när temperaturen i den första temperatur- reglerade zonen är T1, vilken är under lösningsmedlets kokpunkt (TB), att öka temperaturen i den första temperaturreglerade zonen från T1 till T2, varvid T2 är högre än TB, att anbringa en andra temperaturreglerad zon i kolonnen väsentligen invid och nedströms den första temperaturreglerade zonen och att under insprutningssteget bibehålla temperaturen i den andra temperaturreglerade zonen vid T3, varvid T3 är högre än Tz.

2. Metod enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att temperaturöknings~ steget åstadkoms av en första temperaturregleringsanordning, som omger kolonnen vid den första temperaturreglerade zonen.

3. Metod enligt ett av krav 1 - 2, k ä n n e t e c k n a d av att steget med att bibehålla temperaturen i den andra temperaturreglerade zonen åstadkoms av en andra temperaturregleringsanordning, som omger kolonnen vid den andra temperaturreglerade zonen.

4. Metod enligt ett av krav 1 - 3, k ä n n e t e c k n a d av att T3- TB är i området 10 till l5°C.