Комплексная двумерная газовая хроматография
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июль 2010 г. ) |
Комплексная двумерная газовая хроматография , или GC×GC , представляет собой метод многомерной газовой хроматографии , который был первоначально описан в 1984 году Дж. Кэлвином Гиддингсом. [ 1 ] и впервые успешно реализованный в 1991 году Джоном Филлипсом и его учеником Цзайю Лю. [ 2 ]
В ГХ×ГХ используются две разные колонки с двумя разными неподвижными фазами . В ГХ×ГХ весь поток из колонны первого измерения направляется в колонну второго измерения через модулятор. Модулятор быстро улавливает, а затем «впрыскивает» сточные воды из колонны первого измерения во второе измерение. Этот процесс создает плоскость удержания разделения 1-го измерения x разделения 2-го измерения.
Нефтяная и газовая промышленность была одной из первых, кто внедрил технологию анализа сложных проб нефти для определения множества различных типов углеводородов и их изомеров . В этих типах образцов в сырой нефти можно идентифицировать более 30 000 различных соединений. с помощью этой комплексной технологии хроматографии (CCT) [ нужна ссылка ]
CCT превратился из технологии, используемой только в академических научно-исследовательских лабораториях, в более надежную технологию, используемую во многих различных промышленных лабораториях. Комплексная хроматография используется в судебно-медицинской экспертизе, пищевой и вкусовой экспертизе, экологии, метаболомике , биомаркерах и клинических применениях. Некоторые из наиболее авторитетных исследовательских групп в мире находятся в Австралии, [ 3 ] [ 4 ] Италия, [ 5 ] Нидерланды, Канада, [ 6 ] Соединенные Штаты, [ 7 ] [ 8 ] и Бразилия используют этот аналитический метод.
Модуляция: процесс
[ редактировать ]В GC × GC две колонки подключаются последовательно, обычно первое измерение представляет собой обычную колонку, а второе измерение представляет собой короткий тип быстрого GC, между которыми расположен модулятор. Функцию модулятора можно разделить на три основных процесса:
- непрерывно собирать небольшие фракции стоков из 1D, обеспечивая сохранение разделения в этом измерении;
- фокусировать или перефокусировать истечение узкой полосы;
- для быстрой передачи собранной и сфокусированной 2D-фракции в виде узкого импульса. В совокупности эти три этапа называются циклом модуляции, который повторяется на протяжении всего хроматографического цикла.
Тепловая модуляция
[ редактировать ]Термомодуляторы используют широкую разницу температур (посредством горячих и холодных струй) для улавливания и высвобождения аналитов, элюируемых из основной колонки. В коммерческих устройствах обычно используется двухступенчатая модуляция либо с помощью четырехструйного подхода (где есть две пары форсунок для улавливания и высвобождения аналитов в двух разных секциях колонки), либо с помощью петли задержки (когда колонка переключается между одной парой струй). струй). Оба подхода обеспечивают две возможности для фокусировки аналитов.
Также существуют разные варианты термомодуляторов в зависимости от того, что используется для охлаждения холодной струи (поток сухого газа, обычно воздуха или азота). Система охлаждения контура жидким азотом обеспечивает самую низкую температуру для термомодуляции, что означает, что она способна модулировать летучие вещества из C2. Однако существует компромисс: жидкий азот дорог и вызывает дополнительные проблемы со здоровьем и безопасностью. В качестве альтернативы доступны термомодуляторы, не требующие расходных материалов, которые используют холодильную установку замкнутого цикла для охлаждения холодной струи. [ 9 ]
Термомодуляция без расходных материалов
[ редактировать ]Такой подход исключает необходимость использования жидкого азота для термомодуляции. В системе используется холодильник/теплообменник замкнутого цикла, обеспечивающий температуру -90 °C на струе. Охлаждение осуществляется путем непрямого охлаждения газообразного азота (или воздуха) и, следовательно, способно модулировать летучие и полулетучие соединения в диапазоне C7+. [ 10 ]
Модуляция потока
[ редактировать ]Это подход, основанный на использовании клапана, при котором дифференциальные потоки используются для «заполнения» и «промывки» контура отбора проб. Модуляция потока не страдает от тех же ограничений летучести, что и термическая модуляция, поскольку она не основана на улавливании аналитов с помощью холодной струи – это означает, что летучие вещества <C5 могут быть эффективно модулированы. [ 11 ]
Период модуляции
[ редактировать ]Время, необходимое для завершения цикла, называется периодом модуляции (время модуляции) и на самом деле 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
[ редактировать ]Еще один ключевой аспект GC x GC, который можно выделить, заключается в том, что результат перефокусировки в 2D, происходящей во время модуляции, вызывает значительное увеличение чувствительности при использовании термомодуляторов. [ 12 ] Процесс модуляции приводит к тому, что хроматографические полосы в системах ГХ × ГХ располагаются в 10–50 раз ближе, чем в 1D-ГХ, что приводит к значительно лучшим значениям ширины пика (полная ширина на полувысоте, половина массы) от 50 мс до 500 мс, что требует детекторов с быстрый отклик и малые внутренние объемы.
При использовании традиционных модуляторов потока более высокие потоки, используемые для высвобождения аналитов из ловушки, оказывают разбавляющий эффект и не приводят к увеличению чувствительности (ГХ × ГХ-ПИД) в детекторах, зависящих от концентрации (например, ДЭЗ), однако могут будет увеличение количества детекторов, зависящих от массы, таких как FID. [ 13 ] Поскольку большинство масс-спектрометров не могут обрабатывать более высокие потоки из-за модуляции потока, часто необходимо использовать разделительное устройство, что значительно снижает количество материала, попадающего в МС (от 1/10 до 1/20), что приводит к дальнейшей потере чувствительности. [ 14 ]
Набор столбцов
[ редактировать ]Набор столбцов может быть настроен на различные типы. В исходной работе наборы колонок в основном представляли собой поли(диметилсилоксан) в первом измерении и поли(этиленгликоль) во втором измерении. Эти так называемые наборы 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 колонок с обращенной фазой обеспечивает большее разрешение. Столбец первого измерения в этой ситуации представляет собой полярный столбец, за которым следует столбец второго измерения средней полярности. Другие приложения можно настроить по-разному в соответствии с их конкретными потребностями. Например, они могут включать хиральные колонки для разделения оптических изомеров или колонки PLOT для летучих веществ и проб газа.
Программное обеспечение
[ редактировать ]Оптимизация приложения более сложна по сравнению с одномерным разделением, поскольку здесь задействовано больше параметров. Поток в колонке и температурная программа термостата важны при использовании модуляции потока или термомодуляции. Однако при термической модуляции на конечные результаты также влияют длительность импульса холодной и горячей струи, длина столбца второго измерения и время модуляции. В случае модуляции потока решающее значение имеют время модуляции, разделение потока (для MS), поток загрузки, поток разгрузки, фазы газораспределения.
Результат также отличается: метод ГХ×ГХ дает трехмерный график, а не традиционную хроматограмму, чему способствуют специально разработанные пакеты программного обеспечения. Например, GC Image было первым программным обеспечением, разработанным для двумерной газовой хроматографии. Некоторое программное обеспечение [ 15 ] пакеты используются в дополнение к обычным пакетам ГХ (или ГХ-МС), в то время как другие создаются как полноценная платформа, [ 16 ] [ 17 ] контроль всех аспектов анализа. Новый и другой 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
[ редактировать ]Из-за малой ширины пика во втором измерении необходимы подходящие детекторы. Примеры включают пламенно-ионизационный детектор (FID), (микро)детектор захвата электронов (μECD) и масс-спектрометрические анализаторы, такие как быстропролетный анализатор (TOF). Несколько авторов опубликовали работы с использованием квадрупольной масс-спектрометрии (qMS), хотя необходимо пойти на некоторые компромиссы, поскольку они намного медленнее.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гиддингс, Дж. Кальвин (1 октября 1984 г.). «Двумерное разделение: концепция и обещание». Аналитическая химия . 56 (12): 1258А–1270А. дои : 10.1021/ac00276a003 . ПМИД 6507850 .
- ^ Лю, Цзайю; Филлипс, Джон Б. (1 июня 1991 г.). «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 .
- ^ https://web.archive.org/web/20100627210058/http://www.rmit.edu.au/staff/philip-marriott . Архивировано из оригинала 27 июня 2010 года . Проверено 9 июля 2010 г.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|title=( помощь ) - ^ «Дом — Школа химии — Университет Тасмании, Австралия» . Fcms.its.utas.edu.au. Проверено 13 октября 2012 г.
- ^ «Аналитическая пищевая промышленность» . Sepsci.farmacia.unime.it. Архивировано из оригинала 9 марта 2012 г. Проверено 13 октября 2012 г.
- ^ «Проф. доктор Т. Горецкий - Наука Ватерлоо - Университет Ватерлоо» . Science.uwaterloo.ca . Проверено 13 октября 2012 г.
- ^ «Диманджа» . Gcxgcroundrobin.org. Архивировано из оригинала 9 марта 2012 г. Проверено 13 октября 2012 г.
- ^ «Роберт Э. Синовец - кафедра химии Университета Вашингтона» . Depts.washington.edu . Проверено 13 октября 2012 г.
- ^ «Термомодулятор ИНСАЙТ» . SepSolve Аналитика . Проверено 13 февраля 2024 г.
- ^ «Термомодулятор ИНСАЙТ» . SepSolve Аналитика . Проверено 13 февраля 2024 г.
- ^ «Модулятор потока ИНСАЙТ» . SepSolve Аналитика . Проверено 13 февраля 2024 г.
- ^ Ли, Эндрю Л.; Бартл, Кейт Д.; Льюис, Аластер К. (1 марта 2001 г.). «Модель увеличения амплитуды пика в ортогональной двумерной газовой хроматографии» . Аналитическая химия . 73 (6): 1330–1335. дои : 10.1021/ac001120s . ISSN 0003-2700 .
- ^ Гамильтон, Жаклин Ф.; Льюис, Аластер С.; Бартл, Кейт Д. (13 ноября 2002 г.). «Пиковая амплитуда и разрешение в комплексной газовой хроматографии с использованием клапанной модуляции» . Журнал науки о разделении . 26 (6–7): 578–584. дои : 10.1002/jssc.200390079 . ISSN 1615-9306 .
- ^ ПРЯМОЕ СРАВНЕНИЕ ТЕРМОМОДУЛЯЦИИ И ДВУХ РЕЖИМОВ МОДУЛЯЦИИ ПОТОКА ДЛЯ GCXGC, вторник, 15 мая, 14:20, лекция 34, 42-я конференция ISCC, 13-18 мая 2018 г., Рива-дель-Гарда, Италия.
- ^ «Программное обеспечение GC Image для многомерной хроматографии» . Zoex Corp, ООО «ГК Имидж» . Проверено 21 декабря 2016 г.
- ^ «Программное обеспечение ChromSpace GCxGC» . SepSolve Аналитика . Проверено 8 января 2019 г.
- ^ «Программное обеспечение ChromaTOF» . leco.com . Архивировано из оригинала 26 мая 2019 г. Проверено 26 мая 2019 г.