4. Приборное оформление

Современная сверхкритическая флюидная хроматография с насадочными колонками — ближайшая родственница ВЭЖХ как в отношении химических и технических приемов, используемых для достижения желаемых результатов, так и в плане приборного оформления. СКФ-хроматограф состоит из насосного блока, колоночного термостата, автосамплера, одного или нескольких детекторов, регулятора давления (back-pressure regulator, BPR, БПР) и системы сбора фракций. Двумя принципиальными техническими отличиями СФХ-систем от ВЭЖХ являются: 1) необходимость контроля давления на всем протяжении пути от насосов до выхода из детектора, осуществляемая регулятором давления БПР, и 2) необходимость охлаждения головок насоса СО₂ для предотвращения перехода диоксида углерода в газовую фазу. Первое требование обычно удовлетворяется установкой охлаждающей системы, в которую включается блок предварительного охлаждения жидкого диоксида углерода после выхода из источника перед попаданием в поршневые камеры насоса и охлаждение самих камер. Это может осуществляться либо с использованием охлаждающего циркуляционного термостата с антифризом, либо с помощью элемента Пельтье. Второе требование выполняется встраиванием в контур автоматического регулятора давления на выходе потока из детектора. Существует много различных вариаций БПР. Наибольшее распространение получили системы, базирующиеся на линейных игольчатых клапанах тонкой регулировки, управляемые с помощью мотора. Ряд дополнительных технических особенностей приборов для СФХ — наличие возможности ввода пробы в поток модификатора до смешения его с диоксидом углерода в случае препаративного разделения веществ высокой полярности; необходимость установки УФ-детекто-ров, снабженных смотровой ячейкой высокого давления; наличие камеры смешения потоков флюида и сорастворителя, выполняющей также функцию демпфера пульсаций потока, — не являются непривычными для производителей хромато-графического оборудования, поскольку схожие задачи приходится решать и при конструировании иных типов приборов.

Меры предосторожности при работе с СФХ также во многом схожи с ВЭЖХ. Использование нетипичных, химически агрессивных либо чересчур вязких сора-створителей может привести к повреждению насосов. При температурах существенно выше комнатной (>60 °C) могут пострадать колонки. Единственной отличительной особенностью техники безопасности СФХ по сравнению с иными хроматографическими методами является обращение с эффлюентом. После БПР СО2, теряя давление, адиабатически расширяется примерно в соотношении 1 : 500, что приводит к формированию сильного потока газа с каплями сорастворителя и аналита в нем, а также резко охлаждается благодаря эффекту Джоуля—Томсона.

Поэтому поток эффлюента в СФХ сначала пропускают через газо-жидкостный сепаратор либо уловитель жидкости, в случае препаративной хроматографии нагревают и только после этого направляют на систему сбора фракций. В противном случае вести количественный сбор очищенного продукта становится весьма затруднительно вследствие выпадения большой части выделенного продукта на охлаж­даемом благодаря адиабатической декомпрессии участке пути и формирования аэрозоля в сборнике ввиду высокой скорости потока газообразного диоксида углерода.

Насадочная СФХ обычно считается нормально-фазовой техникой, поскольку в ней используется неполярная подвижная фаза и полярные сорбенты. И действительно, большинство приложений, для которых используется эта техника, ранее решались с помощью нормально-фазовой ВЭЖХ. СФХ фактически послужила основой для возрождения нормально-фазовой хроматографии, так как до масштабного внедрения СФХ в лабораторную практику нормально-фазовая ВЭЖХ постепенно теряла популярность и вытеснялась более популярной обращенно-фазовой хроматографией. Это вызвано целым рядом причин, среди которых:

• губительное воздействие на разделение даже небольших количеств воды в системе;

• очень большие времена установления равновесных условий;

• трудности с осуществлением градиентных методик;

• генерация большого количества токсичных и взрывоопасных жидких отхо­дов при проведении препаративных разделений;

• невысокие растворяющие способности доступных элюентов.

Как следует из изложенного выше, насадочная СФХ полностью свободна от всех этих сложностей, поэтому нормально-фазовая хроматография вновь вернулась в активную производственную практику с появлением СФХ. Произошедший в 90-е годы переход от насосов, контролирующих рабочее давление в системе, и пассивных рестрикторов к насосам, контролирующим скорость потока флюида, и автоматическим БПР позволил реализовать градиентное элюирование с вариацией содержания сорастворителя в подвижной фазе. При этом рост вязкости по мере роста процента сорастворителя компенсируется падением линейной скорос­ти потока при сохранении эффективности разделения в ходе градиентного элю-ирования. 0днако сверхкритическая хроматография не ограничена этой областью. 0дним из замечательных проявлений двойственной природы полярности диок­сида углерода является тот факт, что перевод между НФ и 0Ф режимами осуще­ствляется простой сменой колонки при сохранении подвижной фазы. На рис. 6 приведен пример использования СФХ в обращенно-фазовом режиме для разделения смеси олигомеров полиэтилена массами вплоть до С84, достигнутого всего за 7 минут [9]. При этом в СФХ наибольшее влияние на удерживание разделяемых компонентов в обоих режимах оказывает природа подвижной фазы, поскольку в ней отсутствует вода, практически не смешивающаяся с СК-С02. Вода нивелирует слабые межмолекулярные взаимодействия, при наличии ее в элюенте механизмы удерживания преимущественно определяются способностью к участию в водородных связях. В СФХ больший вклад в удерживание дают более слабые диполь-дипольные, к—к, поляризационные и иные типы взаимодействий. 0тчасти поэтому на настоящий момент количество сорбентов, применяемых в СФХ, значительно превышает таковое в ВЭЖХ и разрыв продолжает расти, так как поиск механизмов удерживания и разделения, равно как и способов их реализации в хроматографии, продолжается [10].