Ввод пробы без деления потока

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 22Следующая ⇒

При вводе пробы без делителя потока вентиль делителя потока закрыт. Введенная проба мгновенно испаряется в камере испарителя. Отсюда потоком газа-носителя пары пробы переносятся в колонку. Перенос пробы продолжается несколько сотен миллисекунд, поэтому можно предположить, что исходные зоны будут довольно широкими. Однако размывание исходной зоны можно подавить, если использовать эффекты фокусирования: эффект растворителя, термическое фокусирование и фокусирование подвижной жидкой фазой.

Основным преимуществом ввода пробы без делителя потока является то, что вся введенная проба попадает в колонку и в результате этого чувствительность существенно выше, чем при использовании делителя. В течение длительного времени ввод проб без деления потока был единственным методом, применяемым в капиллярной газовой хроматографии при определении следовых концентраций.

На рис. 8 представлена схема подсоединения устройства для ввода пробы без деления потока с обдувом мембраны. Разводка газовых линий в этом устройстве аналогична разводке, используемой при делении потока. Для того чтобы избежать загрязнений в системе, мембрана постоянно обдувается потоком газа (2 мл/мин). При этом объемная скорость газа на выходе из делителя составляет 20-50 мл/мин (рис. 8 а). Непосредственно перед вводом пробы вентиль регулировки сброса переводят в такое положение, чтобы линия деления потока была закрыта, а обдув мембраны при этом продолжался. На рис. 8 б приведена разводка потоков при вводе пробы с закрытым делителем. После того как пары анализируемой смеси переносятся в колонку (через 30 - 80 сек после начала ввода пробы) вентиль открывают.

Оставшиеся в камере испарителя пары выводятся через линию деления потока сброса. По этой причине линию сброса при вводе пробы без делителя называют линией продувки.

Эксплутационные качества устройства ввода без делителя потока зависят от условий эксперимента. Наибольшее влияние оказывают объем пробы, скорость введения, продолжительность продувки, температура ввода пробы, исходная температура термостата колонки, тип и объемная скорость газа-носителя. Практически невозможно априори дать какие-либо общие рекомендации по учету этих факторов. Часто влияние того или иного фактора можно оценить только методом проб и ошибок.

При вводе пробы без деления потока неизбежно размывание пробы как во времени, так и в пространстве. Размывание во времени обусловлено малой скоростью переноса зоны из камеры испарения в колонку. Этот процесс занимает несколько десятых секунды. Попадая в колонку, анализируемые вещества распространяются по части длины колонки. В результате происходит размывание зоны в пространстве. Если перед началом хроматографирования не проводить фокусирования пробы, то описанные явления приведут к появлению на хроматограмме размытых пиков неправильной формы.

Размывание пробы во времени подавляется путем фокусирования растворителем или термического фокусирования, которое также называют “холодным улавливанием”.

Эффект растворителя. Для того, чтобы использовать этот эффект для концентрирования анализируемых соединений на входе в колонку, температура колонки во время ввода пробы должна быть на 25 - 30 ⁰С ниже точки кипения растворителя. Парообразный растворитель конденсируется на входе в колонку и удерживается неподвижной фазой. Образующаяся при этом жидкая пробка временно играет роль толстой пленки неподвижной фазы, удерживая испаренные компоненты пробы. Другими словами, растворитель действует как своего рода барьер для компонентов пробы.

Рис.8. Схема устройства ввода пробы без деления потока с указанием разводки газовых потоков: а) в течение хроматографирования; б) в момент ввода пробы с закрытым делителем

После того как вся проба переходит из камеры испарения в колонку и конденсируется на входе, включают линию обдува и повышают температуру колонки по заданной программе. При этом растворитель испаряется первым и начинается хроматографирование пробы, причем исходные зоны анализируемых веществ имеет небольшую величину.

Термическое фокусирование, или “холодное улавливание”, проводят при температуре колонки, достаточно низкой для конденсации анализируемых веществ, но в то же время достаточно высокой для испарения растворителя. В таких условиях эффект растворителя не достигается.

При термическом фокусировании эффективное сужение зон компонентов происходит, если разность температуры колонки и температур кипения анализируемых веществ достаточно велика (не менее 100 ⁰).

В опытах с программированием температуры колонки холодное улавливание происходит автоматически.

Размывания зон в пространстве является прямым следствием эффекта растворителя. За счет эффекта растворителя зоны анализируемых веществ, размывание которых произошло во времени, вновь фокусируется на толстом слое растворителя. Однако при конденсировании слой растворителя на первых нескольких сантиметрах колонки становится слишком толстым и вследствие этого неустойчивым. Газ-носитель проталкивает пробку растворителя в колонку, в результате чего образуется зона, смоченная растворителем (рис. 9). Затем компоненты пробы распределяются по всей длине этой зоны. Таким образом, ширина образующейся зоны вещества на входе в колонку равна ширине зоны, смоченной растворителем.

Рис. 9. Формирование зоны, смоченной растворителем.

Для проб объемом 1 мкл длина зоны, смоченной растворителем, составляет примерно 20 -30 см при условии, что неподвижная фаза полностью смачивается растворителем (например, если при анализе на неполярной диметилсиликоновой фазе в качестве растворителя используется изооктан, то на полярной фазе полиэтиленгликоле - этилацетат). При использовании обычных капиллярных колонок длиной 30 м и внутренним диаметром 0, 32 мм и объеме пробы 1 мкл в этом случае размывание зоны в пространстве не оказывает существенного влияния на эффективность анализа и искажение формы пиков.

Если растворитель плохо смачивает неподвижную фазу, что имеет место при использовании полярного растворителя (например, метанола) на неполярной фазе (например, диметилсиликоне), форма пиков на хроматограмме существенно искажена. Это объясняется тем, что длина зоны, по которой распределен растворитель, слишком велика (несколько метров) и растворитель распределяется по зоне неравномерно, т.е. смоченные и не смоченные растворителем участки чередуются. В этом случае эффективность заметно снижается, форма пиков искажена, а некоторые пики даже расщеплены.

Размывание зоны в пространстве можно подавить путем фокусирования неподвижной фазой с применением капилляра или “бреши” (пробела) в удерживании. Пустой капилляр - это определенный начальный участок колонки, на который не нанесена НФ. В этой части колонки значения k всех анализируемых веществ будут близки к нулю. При испарении растворителя все вещества, распределенные по смоченной растворителем зоне, переносятся на НФ, где происходит их удерживание. На рис. 10 приведена схема, иллюстрирующая механизм фокусирования.

Рис. 10. Механизм действия эффекта “бреши” (пробела). 1. Растворитель и анализируемые вещества перемещаются от тыльной части зоны, смоченной растворителем, к фронтальной зоне. 2. Фокусирование неподвижной фазой - k растворенных веществ > > k растворителя. 3. Фокусирование растворителем - k растворенных веществ в 1-5 раз выше, чем k растворителя.

На практике “пустой” участок колонки получают, смывая НФ или подсоединяя к аналитической колонке отрезок деактивированного кварцевого капилляра. Как правило, при объеме пробы 1 - 2 мкл длина этого участка должна составлять 0, 5 - 1, 0 м. При дезактивации следует учитывать специфику проводимого анализа. Для того чтобы концентрирование на колонке было успешным, растворитель пробы должен однородно смачивать поверхность. Если используются неполярные растворители, дезактивацию следует проводить с помощью неполярных силизирующих агентов, например HMDS. В случае более полярных растворителей дезактивацию проводят с помощью с помощью силизирующих агентов, содержащих фенильные группы, например дифенилтетраметилсилазана. В случаях, если в качестве растворителя предполагается использовать воду или метанол, дезактивацию осуществляют путем нанесения тонкой пленки полиэтиленгликоля.

В последние годы метод ввода пробы без деления потока вытесняется методом непосредственного ввода пробы в колонку, однако, в каждодневной практике он используется еще достаточно часто (анализ объектов окружающей среды, пестицидов, лекарственных препаратов и т.д.) Основные причины применения метода ввода пробы без деления потока обусловлены его достоинствами:

· возможностью определения микропримесей в пробе;

· высококипящие загрязнения, содержащиеся в пробе, в основном остаются на входе в испаритель, а эту часть узла ввода пробы легко очистить;

· высокая воспроизводимость, стандартное отклонение составляет ± 1-2 %;

· для количественного определения можно использовать как метод стандартной добавки, так и метод абсолютной калибровки, который легко адаптировать к автоматическому вводу пробы.

Рекомендации по вводу пробы без деления потока:

· При проведении количественного анализа можно применять методы стандартной добавки, внутреннего стандарта и абсолютной калибровки.

· Для получения достоверных результатов необходимо вводить воспроизводимые объемы проб (обычно 1 - 2 мкл). Воспроизводимость результатов анализа существенно возрастает при использовании автоматических устройств ввода пробы. При вводе пробы вручную предпочтение отдается методу ввода горячей иглой, а скорость подачи пробы не должна превышать 1 мкл/с.

· При определении летучих веществ с температурой кипения ниже 150⁰С ширина исходной зоны должна быть уменьшена за счет использования эффекта растворителя. Ширина зоны веществ со сравнительно высокой температурой кипения существенно уменьшается при использовании холодного улавливания. При анализе неизвестных проб можно реализовать как эффект растворителя, так и холодное улавливание, что достигается в условиях программирования температуры колонки.

· Для реализации эффекта растворителя начальная температура термостата колонки должна быть на 20 - 30 ⁰ ниже температуры кипения растворителя.

· В случае полярных растворителей форма пиков анализируемых соединений существенно улучшается при использовании эффекта концентрирования в пустом капилляре.

· Ввод проб без деления потока неприменим, если компоненты пробы элюируются раньше, чем растворитель.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒