Комплексная двухмерная газовая хроматография - Comprehensive two-dimensional gas chromatography

Комплексный двухмерный газовая хроматография, или же GCxGC многомерный газ хроматография метод, который был первоначально описан в 1991 году профессором Филлипсом и его ученицей Зайю Лю.[1]

GCxGC использует две разные колонки с двумя разными стационарные фазы. В GCxGC весь сток из колонки первого измерения отводится в колонку второго измерения через модулятор. Модулятор быстро захватывает, а затем «закачивает» сток из столбца первого измерения во второе измерение. Этот процесс создает удерживающую плоскость разделения 1-го измерения x разделения 2-го измерения.

Нефтяная и газовая промышленность были первыми, кто применил технологию сложных проб нефти для определения множества различных типов Углеводороды и это изомеры. В настоящее время в этих типах образцов сообщается, что более 30000 различных соединений могут быть идентифицированы в сырая нефть с этой технологией комплексной хроматографии (CCT).

CCT превратилась из технологии, используемой только в академических научно-исследовательских лабораториях, в более надежную технологию, используемую во многих различных промышленных лабораториях. Комплексная хроматография используется в судебной экспертизе, пищевой и вкусовой, экологической, метаболомика, биомаркеры и клиническое применение. Некоторые из наиболее авторитетных исследовательских групп в мире, которые работают в Австралия,[2][3] Италия,[4] Нидерланды, Канада,[5] Соединенные Штаты,[6][7] и Бразилия используйте эту аналитическую технику.

Модуляция: процесс

В ГХ × ГХ две колонки соединены последовательно, обычно первое измерение - это обычная колонка, а второе измерение - это короткая быстрая ГХ, с модулятором, расположенным между ними. Функцию модулятора можно разделить на три основных процесса:

  1. непрерывно собирать небольшие фракции сточных вод из 1D, обеспечивая разделение в этом размере;
  2. сфокусировать или перефокусировать сток узкой полосы;
  3. для быстрой передачи собранной и сфокусированной двумерной фракции в виде узкого импульса. Взятые вместе, эти три этапа называются циклом модуляции, который повторяется на протяжении всего хроматографического цикла.

Температурная модуляция

Наиболее часто используемым типом модуляции является тепловая модуляция (патентообладатель - ZOEX Corporation), при которой жидкий азот используется для (криогенного) улавливания (иммобилизации) всех компонентов, элюируемых из первого измерения. По истечении заданного промежутка времени импульс горячего потока снова мобилизует часть соединений. Этот горячий импульс можно рассматривать как отправную точку инжекции во второй столбец измерения. Последняя версия называется термомодулятором петлевого типа, в котором высвобождаемые соединения улавливаются и повторно фокусируются (и снова высвобождаются), чтобы иметь идеальные формы пиков и максимальное разрешение во втором измерении. С помощью термомодулятора можно регулировать очень летучие соединения.

Тепловая модуляция на практике представляет собой жидкий азот система с охлаждаемым контуром, которая обеспечивает самую низкую температуру для тепловой модуляции и регулирует самый широкий диапазон (от C2 до C55) органических соединений. Температура на жиклере -189 ° C. Максимальная температура горячей струи 475 ° C. Даже метан был модулирован с помощью газовых струй, охлаждаемых жидким азотом, как в модуляторах этого типа.

Модуляция замкнутого цикла охлаждаемого контура

Эта система модуляции контура устраняет необходимость в жидком азоте для тепловой модуляции. В системе используется холодильник / теплообменник с замкнутым циклом для обеспечения -90 ° C на струе. Охлаждение осуществляется путем непрямого охлаждения газообразным азотом, поэтому этот тип модулирует летучие и полулетучие соединения в диапазоне C6 +.

Модуляция потока

Это подход на основе клапана, при котором дифференциальные потоки используются для «заполнения» и «промывки» контура отбора пробы. Модуляция потока не страдает теми же ограничениями по летучести, что и тепловая модуляция, поскольку она не зависит от улавливания аналитов с помощью холодной струи, а это означает, что летучие вещества [8]

Период модуляции

Время, необходимое для завершения цикла, называется периодом модуляции (временем модуляции) и фактически представляет собой время между двумя горячими импульсами, которое обычно длится от 2 до 10 секунд и связано со временем, необходимым для элюирования соединений в 2D.

Чувствительность

Другой ключевой аспект GC x GC, который можно выделить, заключается в том, что результат перефокусировки в 2D, который происходит во время модуляции, приводит к значительному увеличению чувствительности при использовании тепловых модуляторов. Процесс модуляции приводит к тому, что хроматографические полосы в системах ГХ × ГХ в 10-50 раз ближе, чем в 1D-ГХ, что приводит к значениям для гораздо лучшей ширины пиков (FWHM Full Width Half Mass) от 50 мс до 500 мс, что требует детекторов с быстрый отклик и небольшие внутренние объемы.

Когда используются традиционные модуляторы потока, более высокие потоки, используемые для высвобождения аналитов из ловушки, имеют эффект разбавления и не приводят к увеличению чувствительности (GC × GC-FID). Кроме того, поскольку большинство масс-спектрометров не могут обрабатывать более высокие потоки, необходимо использовать устройство разделения, значительно уменьшающее количество материала, достигающего МС (с 1/10 до 1/20), что вызывает дальнейшую потерю чувствительности. [9]

Набор столбцов

Набор столбцов можно настроить с различными типами. В оригинальной работе наборы столбцов были в основном поли (диметилсилоксан) в первом измерении и поли (этиленгликоль) во втором измерении. Эти так называемые комплекты колонок с прямой фазой подходят для анализа углеводородов. Поэтому они по-прежнему наиболее часто используются в нефтегазовой промышленности. Для приложений, требующих анализа полярных соединений в неполярной матрице, набор столбцов с обращенной фазой дает большее разрешение. Столбец первого измерения в этой ситуации представляет собой столбец полярных значений, за ним следует столбец среднего полярного измерения второго измерения. Другие приложения могут быть настроены по-разному в соответствии с их конкретными потребностями. Например, они могут включать хиральные колонки для оптического разделения изомеров или колонки PLOT для летучих и газовых проб.

Программного обеспечения

Оптимизация приложения является более сложной задачей по сравнению с одномерным разделением, поскольку здесь задействовано больше параметров. Независимо от того, используете ли вы модуляцию потока или тепловую модуляцию, поток в колонке и температурная программа печи по-прежнему важны. Однако при тепловой модуляции, длительности импульса холодной и горячей струи длина столбца второго измерения и время модуляции также влияют на конечные результаты. В случае модуляции потока решающее значение имеют время модуляции, разделенный поток (для MS), поток нагрузки, поток разгрузки, время работы клапана.


Результат также отличается: метод GCxGC позволяет получить трехмерный график, а не традиционную хроматограмму, что облегчается специально разработанными пакетами программного обеспечения. Немного программного обеспечения[10][11] пакеты используются в дополнение к обычным пакетам ГХ (или ГХ-МС), в то время как другие создаются как полноценная платформа,[12] контроль всех аспектов анализа. Новый и отличный способ представления и оценки данных предлагает дополнительную информацию. Например, современное программное обеспечение может выполнять разделение по группам, а также автоматическую идентификацию пиков (с помощью масс-спектрометрии).

Детекторы

Из-за малой ширины пика во втором измерении необходимы подходящие детекторы. Примеры включают пламенно-ионизационный детектор (FID), (микро) детектор электронного захвата (µECD) и масс-спектрометрии анализаторы, такие как быстрое время полета (TOF). Несколько авторов опубликовали работы с использованием квадрупольной масс-спектрометрии (qMS), хотя следует принять некоторые компромиссы, поскольку они намного медленнее.

Рекомендации

  1. ^ Лю, Зайю; Филлипс, Джон Б. (1991-06-01). «Комплексная двумерная газовая хроматография с использованием интерфейса термомодулятора на колонке». Журнал хроматографической науки. 29 (6): 227–231. Дои:10.1093 / chromsci / 29.6.227. ISSN  0021-9665.
  2. ^ https://web.archive.org/web/20100627210058/http://www.rmit.edu.au/staff/philip-marriott. Архивировано из оригинал 27 июня 2010 г.. Получено 9 июля, 2010. Отсутствует или пусто | название = (помощь)
  3. ^ "Домашняя - Школа химии - Университет Тасмании, Австралия". Fcms.its.utas.edu.au. Получено 2012-10-13.
  4. ^ «Аналитическая пищевая промышленность». Sepsci.farmacia.unime.it. Архивировано из оригинал на 2012-03-09. Получено 2012-10-13.
  5. ^ "Проф. Д-р Т. Горецки - Наука Ватерлоо - Университет Ватерлоо". Science.uwaterloo.ca. Получено 2012-10-13.
  6. ^ "Диманджа". Gcxgcroundrobin.org. Архивировано из оригинал на 2012-03-09. Получено 2012-10-13.
  7. ^ "Роберт Э. Синовец - Химический факультет UW". Depts.washington.edu. Получено 2012-10-13.
  8. ^ «Модулятор потока INSIGHT». SepSolve Аналитический. Получено 2012-10-13.
  9. ^ ПРЯМОЕ СРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ МОДУЛЯЦИИ И ДВУХ РЕЖИМОВ МОДУЛЯЦИИ ПОТОКА ДЛЯ GCXGC, вторник, 15 мая, 14:20, лекция 34, 42-й ISCC, 13-18 мая 2018 г., Рива-дель-Гарда, Италия.
  10. ^ «Программное обеспечение ГХ для многомерной хроматографии». Zoex Corp, GC Image LLC. Получено 2016-12-21.
  11. ^ «Программное обеспечение ChromSpace GCxGC». SepSolve Аналитический. Получено 2019-01-08.
  12. ^ «Программное обеспечение ChromaTOF». leco.com. Архивировано из оригинал на 2019-05-26. Получено 2019-05-26.