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 , 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