TR201811105T4 - Bir mikro akış modülatörü kullanarak kapsamlı çok boyutlu kromatografi ayrımlarına yönelik yöntem ve enstrümantasyon. - Google Patents

Abstract

Mevcut buluş, 0.01 mm ila 0.53 mm arasında değişen bir iç çapa sahip bir kılcal kolon, 0.01 mm ila 0.53 mm arasında bir iç çapa sahip başka bir kılcal kolondan elde edilen, numune çözünmüş fraksiyonlarının (sabit veya değişken hacimdeki bir kılcal döngüsünde tutulan) tutulması ve serbest bırakılmasına yönelik olarak, kapsamlı çok boyutlu kromatografi ayırmalarında kullanılmak üzere bir modülatörü refere eder. Mikro-cihaz, iki kolonun bağımsız sıcaklık kontrolüne yönelik iki fırından oluşan bir gaz kromatografik sisteme entegre edilmiştir; mikro-cihaz, dahili olarak, gaz akışının kontrollü olarak bölünmesini sağlayan, ikinci kılcal kısmına giren bir sistem aracılığıyla, ikinci kolonda maksimum ayırma verimliliğini elde etme amacı ile, optimum bir gaz lineer hızını üretmek üzere ve basıncı fazla miktarda bırakmak üzere karakterize edilir. Ayrıca, sistem, ikinci kolondan çıkan akışı, aynı veya farklı basınçlarda çalışan iki farklı detektörde bölmek üzere ikinci bir cihaz ile donatılır.

Description

TARIFNAME BIR MIKRO AKIS MODÜLATÖRÜ KULLANARAK KAPSAMLI ÇOK BOYUTLU KROMATOGRAFI AYRIMLARINA YÖNELIK YÖNTEM VE ENSTRÜMANTASYON Mevcut bulus, 0,01 mm ila 0,53 mm arasinda degisen bir iç çapa sahip bir kilcal kolon, 0.01 mm ila 0.53 mm arasinda bir iç çapa sahip baska bir kilcal kolondan elde edilen, numune çözünmüs fraksiyonlarinin (sabit veya degisken hacimdeki bir kilcal döngüsünde tutulan) tutulmasi ve serbest birakilmasina yönelik olarak, kapsamli çok boyutlu kromatografi ayirmalarinda kullanilmak üzere bir modülatörü refere eder. Mikro-cihaz, iki kolonun bagimsiz sicaklik kontrolüne yönelik iki firindan olusan bir gaz kromatografik sisteme entegre edilmistir; mikro-cihaz, dahili olarak, gaz akisinin kontrollü olarak bölünmesini saglayan, ikinci kilcal kismina giren bir sistem araciligiyla, ikinci kolonda maksimum ayirma verimliligini elde etme amaci ile, optimum bir gaz lineer hizini üretmek üzere ve basinci fazla miktarda birakmak üzere karakterize edilir. Ayrica, sistem, ikinci kolondan çikan akisi, ayni veya farkli basinçlarda çalisan iki farkli detektörde bölmek üzere ikinci bir cihaz ile donatilir.

Gaz kromatografisi (GC), genellikle bir karisimin bilesenlerinin ayrilmasina yönelik bir kilcal kolonun kullanilmasi araciligiyla elde edilir. Kapsamli çok boyutlu gaz kromatografisi (GCXGC), kesinlikle gaz kromatografisi alanindaki en büyük devrimci ve yenilikçi olan bir tekniktir. Ideal kapsamli çok boyutlu gaz kromatografi sisteminde, en yüksek kapasite, iki boyuttaki iki tekli pik kapasitenin (nl x n2) ürününe esittir. Böyle bir deger Optimistik olmasina karsin, GCxGC sistemleri tarafindan üretilen en yüksek kapasitenin, kesinlikle benzeri görülmemistir ve tespit sisteminden önce, uçucularin karmasik olan karisimlarinin ayrilmasina yönelik özellikle uygundur. Bu yöntemlerin avantajlari, geleneksel olanlara (tek boyutlu) kiyasla, esas olarak asagidaki üç unsurdur: o artan ayirma gücü 02053-P-0001 . gelismis hassasiyet . kimyasal olarak benzer bilesikler tarafindan isgal edilen bölgelerle iki boyutlu kromatogramlarin olusturulmasi. Bu özellik, bilinmeyen bilesiklerin, kütle spektral kütüphanelerinin yoklugunda veya kütle spektrumlari çok benzer oldugunda (örnegin, yag asitleri, terpenler ve benzerleri gibi bilesiklerin homolog dizileri) tanimlanmasinda Özellikle önemlidir.

Tüm kapsamli çok boyutlu kromatografi yöntemleri arasinda, GCXGC, büyük bir ihtimalle en fazla uygulanmistir ve gelistirilmistir. Bir GCxGC ayrimi, normal olarak, seri olarak baglanmis iki kilcal kolonda ve iki kolon arasinda konumlandirilmis inodülatör olarak tanimlanan bir transfer cihazi ile elde edilir.

Modülatörün islevi, analiz boyunca sürekli olarak birincil kolondan ikincil kilcal kolona atiklarin fraksiyonlarini ayirmak, yeniden konsantre etmek ve ilave etmektir. Bu islemi tamamlamak üzere gereken süre, modülasyon süresi olarak tanimlanir (genellikle 1 ile 10 saniye arasindadir). Birincil kolon, genellikle apolardir ve dolayisiyla ayirma, farkli analitler arasindaki kaynama noktasi farklarina (sadece bunlara degil) dayanir. Her modülasyon, genellikle polar kimyadan olusan ikinci kolon üzerinde daha hizli olan baska bir ayrismaya maruz kalan fraksiyonlari üretir: isouçucu bilesikler, polarite bazli etkilesimler (dipol- dipol, hidrojen bagi, polarizasyon etkileri) temelinde çözülür.

GCXGC, 1991 yilinda, bir termal modülatör kullanilarak John B. Phillips ve Zaiyou Liu (Z. Lui et al. J. Chromatogr. Sci. 29, 227, 1991., US patent kriyojenik sivilari kullanan diger modülatörler tanitilmistir (R.M. Kinghorn et al.

J. High Resolut. Chromatogr. 21, 620, 1998; RE. Ledford et al. J. High Resolut. bahsedilen modülatörler, kriyojenik sivilar gerektirir ve kriyojenik sivilari gaz 02053-P-0001 kromatografik firina sokmak üzere yeterli cihazlar gerektirir. Son on yilda, C02 ve Nz gibi kriyojenik sivilar kullanan modülatörler, artan popülerlige kavusmustur. Bununla birlikte, kullanilan miktarlar göz önüne alindiginda, kriyojenik sivilarin kullaniminin oldukça pahali oldugu vurgulanmalidir.

Sonuç olarak, kriyojen içermeyen GCXGC tekniklerinin gelistirilmesi, çesitli arastirma gruplarinda her zaman ilgi uyandirmistir.

GCXGCWC yönelik kriyojenik akiskanlara gerek duyulmayan ilk pnömatik Ikinci sistem, birinci ve ikinci boyut arasinda yer alan 6 portlu bir valfin kullanimina dayanir. Iki asama, modülasyon islemini karakterize eder: birinci boyuttan bir kromatografi bandinin bir numune döngüsünde biriktirildigi bir birinci birikme asamasinin ardindan, ikinci bir kolonun basinin üzerine, yüksek bir gaz akisi yoluyla sokuldugu bir yeniden-enjeksiyon asamasi gelir. Valf, modülasyon periyodunun yaklasik %80'ine yönelik birikme pozisyonunda tutulur ve kalan %20'lik oran yeniden enjeksiyona yönelik kullanilir; ikinci periyot sirasinda birincil kolon atik maddesi, Çöpe yönlendirilir. Böyle bir konfigürasyon kullanilarak, birincil kolon kromatografisi bantlari, alandan daha fazla, süre boyunca sikistirilir. Ikinci boyuttaki analiz süresi, hizli bir analize yönelik oldukça hizli ve optimum olmayan kosullar altindadir. Bir baska dezavantaj, diyafram valfinin firinin içindeki pozisyonu ile ilgilidir, bu durum, maksimum valf operasyon sicakligina bir kromatografi kolonunun kullanimini sinirlandirir. Diger deneyler, gelistirilmis sicaklik limitlerine sahip pnömatik modülatörler kullanilarak gerçeklestirilmistir (örnegin, valfin basliginin firinin içine yerlestirilmesi ve kalan parçalarin disarida biraklimasi araciligiyla). Daha sonra, baska bir pnömatik modülatör sistemi kullanan diger kriyojen içermeyen GCXGC yaklasimlarinin üzerinde, bu makale yazari (Bueno P.A. et al. J. Chromatogr. A 02053-P-0001 Modülatör, iki metalik brans üzerinden bir elektronik basinç kontrol sistemi vasitasiyla bir yardimci gaz alan 3 yollu bir solenoid valfe baglanan iki örnekleme döngüsü içerir. Iki örnekleme döngüsüden biri, solenoidin valf toplama asamasinda oldugu sirada, birinci kolondan atik su ile doldurulur; döngüyü doldurmak üzere gereken süre, genellikle 2 saniyeden azdir ve bu, birincil kolon gaz akisina baglidir. Toplama asamasinin sonunda, döngü, yaklasik olarak 0,1 saniye olan yeniden enjeksiyon fazina solenoidin degistirilmesi, yüksek bir gaz akisi (yaklasik olarak 20 mL/dakika) kullanilarak bosaltilir. Bu toplama ve yeniden enjeksiyon asamasi, her döngüde alternatif bir modda gerçeklesir.

Geleneksel GCXGC deneylerinde, birinci ve ikinci boyuttaki kilcal damarlar, her zaman, diger bir deyisle birincil kolonda neredeyse ideal olan ve ikincisinde oldukça yüksek olan, uyusan gazin akis kosullari altinda çalistirilir. Böyle bir olumsuz açi, 2009 yilinda Tranchida P.Q. ve arkadaslari (Analytical Chemistry, bir T-birlesimi vasitasiyla, bir apolar 30 111 x 0.25 mm i.d. kolunundan olusan kriyojenik olarak modüle edilmis bir GCXGC sisteminin, bir alev iyonizasyon detektörüne bagli yüksek çözünürlüklü 1 m >< 0.05 mm i.d. polar olana baglandigini ve bir 0.20 m >< 0.05 mm i.d. kaplanmamis kilcal segmente baglandigini açiklar; daha sonra, ikinci GC'nin üstünde bulunan elle çalistirilan bir bölünme banasina baglanir. Her iki boyutta, optimum gaz lineer hizlarinin üretilmesi, igneli valfin düzenlenmesi araciligiyla elde edilir, böylece ayirma gazi, birinci Çikista akar.

US , çok boyutlu kromatografide modülatör olarak kullanilabilen bir önceki teknikteki mikro akiskan cihazi (Sekil 46) açiklar. 02053-P-0001 BULUSUN DETAYLI AÇIKLAMASI Mevcut bulus, istem 1'e göre bir kromatografi cihazi saglar.

Söz konusu cihazin diger açilari, istemler l-7*de açiklanir. Söz konusu cihazin çesitli kullanimlari, istemler 8-9'da açiklanir.

Söz konusu cihaz, Tranchida ve digerleri (Analytical Chemistry, vol. 81(20), çalisir, burada bölünmüs akis cihazinin amaci, sadece ikinci boyuttaki dogrusal hizi azaltmak olmustur.

SEKILLERIN DETAYLI AÇIKLAMASI Kapsamli çok boyutlu kromatografi (GCXGC) için modülatör, mevcut bulusa göre SEKILLER 1-3'te gösterilir. Kisaca modülatör, 0,01 mm ila 0,53 mm arasinda degisen bir iç çapa sahip bir kilcal kolondan, 0.01 mm ila 0.53 mm arasinda degisen bir iç çapa sahip baska bir kilcal kolondan elde edilen bir numunenin (bir degisken (SEKILLER 1,2) veya sabit hacim (SEKIL 3) kilcal döngüsünde toplanan) çözünmüs fraksiyonlarini yakalar ve serbest birakir. Mikro-cihaz, iki kolonun bagimsiz sicaklik kontrolüne yönelik iki firindan olusan bir gaz kromatogratik sisteme entegre edilmistir; mikro-cihaz, dahili olarak, gaz akisinin kontrollü olarak bölünmesini saglayan, ikinci kilcal kismina giren bir sistem (SEKILLER 1-3) araciligiyla, ikinci kolonda maksimum ayirma verimliligini elde etme amaci ile, optimum bir gaz lineer hizini üretmek üzere ve basinci fazla miktarda birakmak üzere karakterize edilir. Ayrica, sistem, ikinci kolondan çikan akisi, ayni veya farkli basinçlarda çalisan iki farkli detektörde bölmek üzere ikinci bir cihaz ile donatilir. SEKIL 1'e referans ile, sistemler iki gaz kromatografi firini (1,6), iki otomatik basinç regülatörü (2,7), iki enjektör (3,9), modülatöre (10) baglanan iki ayirici kilcal kolon (4,22), ortam basincinda veya baska herhangi bir basinçta çalisan bir detektör (28) içerir. Alternatif olarak cihaz (20), sirasiyla, ayirici veya deaktive edilmis bir kolon olarak kilcal (19) kullanilarak iki 02053-P-0001 pozisyonlu bir solenoid valfe (21) baglanabilen bir detektör veya bir igne valfinden olusabilir. Ikinci kolonun (22) sonunda, bir igne valfi (30) kullanilarak düzenlenen ikinci bir cihaz (23), esit veya farkli basinçlarda çalisan iki detektöre (25,28) bagli iki farkli kilcalda (24,26) akis bölünmesini mümkün kilar. Ek olarak, döngünün, 3 yollu vananin (8) anahtarlanmasi araciligiyla üretilen bir basinç artisi ile bosalmasi durumunda, özellikle önemli bir açi, ikincil-kolon lineer hizinin (22) optimizasyonunu arttiran ve asiri basinçin serbest birakilmasini saglayan biriktirme kilcal döngüsünde (14) toplanan atik suyun akis bölmesi ile refere edilir. Akis bölme islemi, farkli uzunluk ve/veya çap ile karakterize edilen iki kilcala bagli (cihaza (20, 21) bagli olan bir kolon (22) ve bir diger kilcal (19) tarafindan refere edilen) cihaz (10) içinde dahili olarak yerlestirilmis olan kanallar yoluyla elde edilir. Akis bölmesi, cihaza (10) entegre bir igne valfi (29) tarafindan düzenlenir ve cihaz (20), bir detektör olarak çalisir (böyle bir konfigürasyonda, cihaz (21) mevcut degildir). Bulusun bir parçasi olmayan bir açida, igne valfinin (29) fonksiyonu, böyle bir durumda, bir detektör degil, bir igne valfi olan cihazi Kisaca, sistem enjektör (3) ve kolon (4) üzerinden, bilesiklerin bir karisiminin kullanilmasini saglar, burada birinci ayirma, gaz kromatografinin (l) bagimsiz sicakliginda gerçeklesir. Bilesikler, uygun bir sicaklikta tutulan isitilmis bir transfer hatti (5) vasitasiyla ikinci gaz kromatografisine (6), modülatörün konumuna aktarilir. Entegre bir iç döngü (38) ile modülatörün bir semasi SEKIL 3°te rapor edilir. Bu duruinda, port sayisinin hariç tutulmasi ile birlikte, cihazin (35) modülasyon mekanizmasi daha önce tarif edilene (10) esdegerdir. Igne valfinin (29) giris noktasini vurgulayarak, SEKIL 4'te bir büyütülmüs cihaz (35) gösterilir.

Kisaca, kilcal kolon (4) üzerinde ayrilan bilesikler, transfer hattindan (5) birinci gaz kromatografisinden ayrildiktan sonra port (11 veya 37) yoluyla modülatöre (10 veya 35) girer. Modülasyon, SEKILLER 2,3A ve B'de gösterilen iki asamaya bölünür. Valfin (8), "normal olarak kapali" pozisyonda (31) oldugu ve "normal 02053-P-0001 olarak açik" pozisyonda (32) oldugu sirada, diger bir deyisle, port (16 veya 39) araciligiyla modülasyon cihazina baglanmis olan bransta (34) (SEKILLER 2A, 3A) bir gaz akisi ile, detayli olarak, bilesenler, dahili olarak yerlestirilmis olan ve örnekleme döngüsünde (14) (veya 37 ile 38 arasinda baglanan kanal üzerinden dahili döngü (38)), cihazdan (2) gelen akis tarafindan itilen, 1-10 saniyelik bir degisken periyota yönelik, iletisim kanallari (11-12-13) modülatöründe biriktirilir.

Biriktirme asamasinin sonunda, valf (8) pozisyona (32) getirilir, diger bir deyisle, bosaltilmasini saglar. Yikama asamasinin süresi degiskendir, diger bir deyisle, 0.1 ila 1 saniye arasindadir. Bosaltma adiininin sonunda, valf (8) açilir ve kilcal (14) (veya iç döngü (38)) içinde yeni bir birikme asamasina olanak saglar ve ayni zamanda, kolon (22 ve/Veya 19) üzerinde hizli bir ayrismayi ve atik maddelerin cihazlara (20, 25 ve 28) elüsyonunu saglar. Bulusun karakterize edici özelligi, cihaz içinde dahili olarak bulunan, entegre igne valfini (29) uygun sekilde bulunan ayirma-akis kanallari ile refere edilir, bu durumda cihaz (20), detektör olarak kullanilir. Bu durumda cihaz (20), bir igne valfi, akis bölme valfi regülasyonuna baglidir. Böyle bir prosedür, ikinci kolonda (22) lineer hizin optimizasyonunu saglamasi nedeniyle ve her seyden önce, branstaki (16-17 (veya 38-40)) ve sonuç olarak, kolondaki (22) fazla basinci serbest birakmak üzere en yüksek öneme sahiptir. Bu durumda, iki pozisyonlu (açik/kapali) solenoid vali` (21) kullanilabilir. Kilcalin (14 (veya 38)) bosaltilmasi sirasinda, valf (21), açik veya kapali pozisyonda birakilabilir, ikinci kolona (22) aktarilan birincil kolondan ayrilan bilesiklerin tam geçisini saglar. Bu noktada, solenoid valf (21), ikinci boyut analizinin tüm süresi boyunca açilir ve basincin, fazladan salinmasina imkan verir.

Ikinci kolondaki ayirma elde edildikten sonra, igne valfi (30) ile donatilmis olan inikro-cihaz (23), yeterli boyutlarda olan, esit veya farkli basinçlarda çalistirilan 02053-P-0001 iki detektör arasinda (25 ve 28), iki kilcal (24 ve 26) kullanilarak, ikincil kolondaki (22) atik maddenin disari atilmasini saglar.

Bulusun ainaci olan SEKIL 1'de rapor edilen sistem kullanilarak elde edilen tipik bir ayirma, SEKILLER 5 ve 6'da gösterilir. Özellikle, SEKIL 6°n1n, bu örnegin bir alev iyonizasyon detektörü ile ayrilmasini gösterdigi sirada, SEKIL 5, bir dört kutuplu kütle spektrometresi ile elde edilen bir naneli uçucu yagin ayrilmasini gösterir. Iki çift boyutlu kromatogram, asagidaki deneysel kosullar kullanilarak, eszamanli olarak elde edilmistir: (yaklasik); sicaklik programi: 5°C/dakika”da 50 - 200 °C; ikinci boyut kolonu (22): 2.5 m x 0.1 mm i.d. X 0.1 mm film kalinligi sicaklik programi: 5°C/dakika,da 50 (3 dakika)-200°C; kilcal (24): 0.5 ni x 0.1 mm i.d.; örnekleme döngüsü (14): 0.1 m x 0.51 mm i.d.; otomatik akis kontrolörü (2), sabit lineer hiz: 751 kPa; otomatik akis kontrolörü (7), sabit lineer hiz: 620 kPa; enjekte edilen hacim: 3 uL; bölünme orani: 1021.

Kütle spektrometresi arayüz sicakligi (27'): 250 0C; kütle spektrometresi örnekleme sikligi (28): 25 Hz; alev iyonizasyon detektörü örnekleme frekansi (25): 125 Hz.

Modülasyon periyodu: 5.5 saniye, yeniden enjeksiyona yönelik 5.3 saniye birikim + 0.2 saniye. 02053-P-0001 02053-P-0001 33 [-i 7 8 3534 33 [-i LI7 8 3.› 02053-P-0001 1601 (110'0 76152 02053-P-0001

Claims (1)

1. ISTEMLER Asagidakileri içeren bir kromatografi cihazidir, asagidakileri içerir: bir birinci kromatografi kolonundan (4) çikan atik maddeyi almaya yönelik bir giris portuna (11, 37) sahip (i) bir modülatör (10) ve söz konusu modülatöre (10) göre harici olarak konumlandirilan bir veya daha fazla elektronik basinç ve/veya akis kontrol cihazindan (7) bir akis almaya yönelik (ii) iki bagimsiz port (12, 16, sirasiyla, 36, 39); söz konusu modülatöre (10) göre harici olarak yerlestirilmis bir veya iki biriktirme kilcal örnekleme döngüsü (14) veya söz konusu modülatöre (10) entegre edilmis bir veya iki biriktirme kilcal örnekleme döngüsü (14); modülatör (10) ayrica, bir entegre kanal sistemi içerir, burada söz konusu biriktirme kilcal örnekleme döngüleri, söz konusu birinci (11,36) ve ikinci (16, 39) bagimsiz portlara ve söz konusu giris portuna (1 1, 37) baglanir; dogrudan modülatöre (10) bagli bir enjektör (9); cihaz, ayrica asagidakileri içermesi ile karakterize edilir: söz konusu biriktirme kilcal örnekleme döngüsünden (14) çikan akisi düzenlemeye yönelik modülatöre (10) entegre edilmis bir igne valfi (29) ve söz konusu biriktirme kilcal örnekleme döngüsüne (14) bagli birinci ve modülatörün (10) içine entegre edilmis kanallara baglanir, birinci kanal, ayrica, ikinci bir kromatografi kolonuna (22) baglanir, ikinci kanal, ayrica, bir kilcal kolona (19), kontrollü bir sekilde, igne valfini kullanarak, biriktirme kilcal döngülerden (14) çikan akisa bölünmek üzere ve birinci kanaldaki fazla basinci ve sonuç olarak, söz konusu biriktirme kilcal döngüsünü (14) bosaltirken, ikinci kromatografi kolonunda (22) serbest birakmak üzere baglanir. . Istem l'e göre bir cihazdir, modülatöre (10) göre harici olarak yerlestirilen bir veya iki kilcal örnekleme döngüsü ( 14) içerir, 5 ile 40 arasinda olan kilcal uzunluk ve iç çap arasindaki bir oran ile karakterize edilir. Istem l'e göre bir cihazdir, sabit hacimli bir veya iki dahili olarak entegre edilmis biriktirme kanali içerir. . Istem l'e göre bir cihazdir, burada entegre edilmis kanal sisteminde, iç baglanti kanallari gruplar halinde ve kesintili bir sekilde düzenlenir ve bu gruplar, modülatöre (10) göre harici olarak konumlandirilan bir veya iki biriktirme kilcali vasitasiyla birbirine baglanir. . Istem l'e göre bir cihazdir, burada entegre edilmis kanal sistemi içinde, dahili baglanti kanallari, bir dahili biriktirme kanali vasitasiyla sürekli bir sekilde düzenlenir. . Istem l'e göre bir cihazdir, burada iki kromatografi kolonu (4, 22) bir veya daha fazla gaz kromatograti firinina (l, 6) yerlestirilir. . Istem l'e göre bir cihazdir, burada enjektör (9), otomatik bir akis kontrol cihazina veya bir otomatik basinç kontrol cihazina (7) baglanir. . Bir GCxGC yönteminde istem l'e göre bir cihazin kullanimidir, ikinci kolonun çikisinda bir kütle spektrometresi veya herhangi bir baska GC detektörünü içerir. . Tek boyutlu gaz kromatografisinde istem l'e göre bir cihazin kullanimidir, enjektörün (9) içinde buharlasan numunelerin hizli yüksek basinçli enjeksiyon sistemi ve giris portu (11) kapatildiginda dogrudan modülatöre (10) baglanir.