Эфиры карбоновых и фосфорных кислот содержат в карбоксильных и фосфатных группах атомы кислорода, способные к образованию водородной связи. Поэтому при применении эфирных неподвижных фаз наблюдаются сравнительно высокие величины удерживания для анализируемых веществ, содержащих подвижный водород.
Динонилфталат – минимальная температура колонки 20 оС, максимальная – 130 оС.
Диоктилсебацинат, диоктиладипат – максимальная температура 130 оС и 125 оС соответственно.
Трифенилфосфат, трикрезилфосфат – максимальная температура колонки 100 и 110 оС соответственно.
7.2. ВЛИЯНИЕ КОЛИЧЕСТВА НЕПОДВИЖНОЙ ЖИДКОЙ ФАЗЫ НА СВОЙСТВА НАСАДКИ
При выборе оптимального количества неподвижной жидкой фазы следует исходить из величины степени его влияния на свойства насадки.
Содержание неподвижной жидкой фазы не должно быть чрезмерно высоким, так как в этом случае насадка становится липкой, частицы склеиваются и эффективность разделения снижается.
Максимальная загрузка жидкой фазы в значительной степени зависит от величины площади поверхности носителя и ее структуры. На активный силикагель можно нанести до 60 % жидкой фазы, и силикагель при этом останется еще не полностью смоченным. На стеклянные шарики нельзя наносить более 3 % неподвижной жидкой фазы от их массы, а для диатомитов предельное содержание неподвижной жидкой фазы составляет 20-30 %.
Относительно высокая степень пропитки имеет следующие преимущества:
· остаточная адсорбционная активность твердого носителя мешает разделению в меньшей степени, чем при малом содержании неподвижной жидкой фазы;
· масса вводимой пробы может быть относительно большой. Например, по 20 мг каждого компонента в колонке диаметром 6 мм при соотношении 25 г неподвижной жидкой фазы на 100 г диатомового носителя. Использование больших по объему проб позволяет использовать не очень чувствительные детекторы;
· такие насадки хорошо воспроизводятся.
Однако высокая степень пропитки в обычных условиях работы может приводить к ряду следующих нежелательных явлений:
· число теоретических тарелок снижается, так как жидкая фаза заполняет большие поры твердого носителя;
· высота, эквивалентная теоретической тарелке, сильно зависит от скорости потока газа-носителя, особенно при больших скоростях;
· увеличение массы неподвижной жидкой фазы приводит к увеличению длительности анализа (при постоянной температуре разделения);
· из колонки выходит достаточно большое количество паров неподвижной жидкой фазы, ухудшающих работу детектора.
Использование малых концентраций неподвижных жидких фаз характеризуется следующими преимуществами:
· скорость разделения повышается;
· эффективность колонки выше (толщина пленки входит в уравнение Ван-Деемтера);
· для разделения можно использовать более низкие температуры;
· из колонки выходит меньше паров неподвижной жидкой фазы;
· насадка получается более сыпучей и легко заполняет колонку.
Недостатками насадок с малым содержанием неподвижных жидких фаз являются:
· становится заметной остаточная адсорбционная активность твердого носителя;
· так как существенно снижается допустимая загрузка колонки пробой, приходится снижать массу анализируемой пробы и использовать детекторы с высокой чувствительностью.
На практике наиболее предпочтительной является степень пропитки равная 5 % (не более 20 %).
Оптимальную величину степени пропитки можно установить следующим образом. Приготавливают насадку, содержащую 5 % неподвижной жидкой фазы и исследуют ее разделительную способность. При этом следует исходить из того, что разделительная способность колонки зависит в основном от температуры процесса разделения, а не от количества неподвижной жидкой фазы.
Поэтому определяют для приготовленной колонки такую температуру, при которой наблюдается оптимальное разделение анализируемых компонентов. Если поддерживать эту температуру при разделении, то независимо от степени пропитки степень разделения должна сохраняться оптимальной.
В таком случае степень пропитки выбирают такой, чтобы получить желаемое время анализа.
7.4. ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНКИ НЕПОДВИЖНОЙ ЖИДКОЙ ФАЗЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ КАПИЛЛЯРНОЙ КОЛОНКИ
При исследовании этого вопроса для капиллярной газовой хроматографии необходимо принимать во внимание следующие два обстоятельства:
· толщина пленки неподвижной жидкой фазы входит в уравнение Голея в качестве самостоятельной величины;
· с изменением толщины пленки изменяется и величина фазового отношения b, определяемая отношением объемов газовой и жидкой фаз в соответствии с уравнением
, (49)
а, следовательно, изменяется и величина коэффициента емкости колонки , определяемая соотношением
. (50)
Следовательно, при выборе конкретной капиллярной колонки всегда следует учитывать, какая практическая цель при этом преследуется с учетом следующих положений:
· тонкая пленка приводит к малым значениям и, следовательно, к необходимости увеличения числа теоретических тарелок. Однако в этом случае допустимы высокие скорости потока газа-носителя, что позволяет сократить время анализа;
· разделение на тонкой пленке можно производить при более низких температурах;
· колонки с тонкой пленкой имеют малую емкость, что предопределяет малый объем вводимого образца и, следовательно, использование высокочувствительных детекторов.
В этой связи толщина пленки неподвижной жидкой фазы должна соответствовать некоторой оптимальной величине, удовлетворяющей отмеченным требованиям. Обычно это десятые доли микрометра.
4.4. ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ГАЗО-ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ
В заключение отметим основные преимущества и недостатки варианта газо-жидкостной хроматографии.
Основные преимущества:
· на неподвижных жидких фазах изотерма абсорбции линейна при обычных рабочих условиях в широком диапазоне концентраций и хроматографические пики регистрируются симметричными;
· многообразие неподвижных жидких фаз позволяет выбрать достаточно селективную фазу для данного разделения;
· количество неподвижной жидкой фазы в колонке можно легко изменять, изменяя тем самым параметры удерживания и селектив-ность разделений;
· одна и та же неподвижная жидкая фаза может быть использована для изготовления как препаративных, так и высокоэффективных аналитических колонок;
· неподвижные жидкие фазы достаточно доступны;
· неподвижные жидкие фазы характеризуются высокой степенью чистоты, стабильностью свойств, что способствует получению воспроизводимых параметров удерживания.
Основным недостатком варианта газо-жидкостной хроматографии является возможная высокая летучесть и, следовательно, нестабиль- ность жидких фаз, что затрудняет анализ микропримесей, анализ при высоких температурах, анализ с программированием температуры.
2.8 Двумерная хроматография
Улучшение качества разделения компонентов смеси с использованием единственной колонки не безгранично. Во-первых, любая отдельно взятая колонка обладает определённой селективностью, то есть лучше разделяет одну группу компонентов, и хуже — другую. Во-вторых, применение всё более длинных высокоэффективных колонок приводит к увеличению продолжительности анализа. При анализе летучих веществ растительного происхождения приходится иметь дело со смесями, которые невозможно полностью разделить с использованием ни одной из самых современных колонок. В таких случаях можно использовать многомерную хроматографию — разделение на нескольких соединённых друг с другом колонок. Благодаря прогрессу в области приборостроения и изготовления колонок многомерная газовая хроматография стала широко применяться для проведения сложных анализов.
Частным случаем многомерной хроматографии является двумерная газовая хроматография (двумерная ГЖХ, англ.: 2D GC, GC х GC), которая появилась как мощный инструментальный метод исследования чуть более 10 лет тому назад [292] и которая находит всё более широкое применение в исследовании летучих растительных веществ [293]. Основные принципы и применение двумерной ГЖХ описаны в обзорах [235, 294, 292].
Общая схема функционирования системы для двумерной газовой хроматографии показана на рис. 2.6-1. Анализируемую пробу через испаритель вводят в колонку 1, в которой происходит первое разделение. Поток, выходящий из колонки, с помощью специального крана-переключателя может направляться либо в детектор 1, либо в специальную ловушку, где происходит в течение определённого времени накопление «вырезаемой» таким образом фракции, которая далее поступает в колонку 2, где происходит второе разделение. Элюат из колонки 2 подаётся в детектор 2. Очевидно, что нет смысла применять две однотипные колонки, и положительный эффект использования двумерного варианта достигается тогда, когда колонка 1 и колонка 2 различаются по селективности. Как правило, колонка 1 используется как предколонка (англ.: precolumn), на которой проводится «грубое» разделение исходной смеси и выделяется более или менее узкая фракция для последующего прецизионного анализа на" колонке 2. Предколонка, как правило, представляет собой обычную капиллярную колонку длиной 10-30 м с малополярной полисилоксановой фазой. Особое значение для исследования летучих веществ растений имеет использование в качестве колонки 2 колонки с хиральной фазой, что открывает широкие возможности прямого энантиоселективного анализа компонентов сложных смесей природных соединений [293]. Двумерная хиральная ГЖХ, благодаря прогрессу в области приборостроения и изготовления колонок, стала широко применяться для проведения анализов смесей очень большой сложности. Пример использования двумерной хираль-ной ГЖХ приведен в разделе 3.9 на с. 136.
Рис. 2.6. Принципиальная схема устройства для двумерной ГЖХ: варианты GC х GC с расположением двух колонок в одном термостате 1 и в разных термостатах 2, а также вариант GC х 2GC 3. Обозначения узлов: И — испаритель, К — колонка, Т — термостат колонок, КР — кран - переключатель потоков, Л — ловушка, Д — детектор (см. пояснения в разделе 2.8).
Что касается аппаратурного оформления процесса, то существует два принципиально различных варианта размещения предколонки и основной колонки: в одном термостате (рис. 2.6-1) и в разных термостатах (рис. 2.6-2). В настоящее время производители газо-хроматографического оборудования предлагают готовые простые решения для двумерной хроматографии в виде прибора, у которого обе колонки размещены в одном и том же термостате. Однако такая простота (и выигрыш в цене) достигается за счёт потери гибкости в настройке. Применительно к двумерной хиральной ГЖХ в подавляющем большинстве случаев предколонка и основная колонка с хиральной фазой должны работать в разных температурных режимах для достижения оптимального разделения, чего на практике невозможно достичь с использованием прибора, у которого обе колонки размещаются в одном термостате.
Эффективным комбинированным методом является также он-лайн сочетание жидкостной и газовой хроматографии (LC-GC), однако известно лишь несколько успешных примеров его применения [295].
При двумерной ГЖХ возникают проблемы с определением истинного времени удерживания и мёртвого времени в обоих измерениях, а также в вычислении индексов удерживания в условиях ввода при постоянном давлении, однако к настоящему времени предложены методы