1.2. Получение капилляров для кварцевых колонок

Появление кварцевых капиллярных колонок явилось главным прорывом в области высокоэффективной газовой хроматографии. В 1980 г. менее 10 % выпускаемых промышленностью хроматографов были приспособлены для работы с капиллярными колонками, а в настоящее время практически все выпускаемые промышленностью приборы можно использовать для высокоэффективного анализа. Разработка технологии производства кварцевых капиллярных колонок тесно связана с достижениями в области волоконной оптики. Сырьем обычно является синтетический плавленый кварц.

Схема стандартной установки для вытягивания капилляров представлена на рис. 4. Исходная заготовка поступает в высокотемпературную печь (2000⁰С). Кварцевый капилляр вытягивают при строгом контроле величины внутреннего и внешнего диаметра. Затем на капилляр наносится защитное покрытие.

Рис. 4. Схема установки для вытягивания капилляра.

При вытягивании гибкие капилляры, естественно, получаются прямыми; чтобы установить их в термостат обычного газового хроматографа, капилляры необходимо свернуть в спираль. Для удерживания колонки ее наматывают на специальный каркас. Чем меньше диаметр каркаса, тем больше нагрузка на стенки капилляра и тем выше вероятность образования трещин и изломов. Внешние стенки колонки подвержены также действию влаги воздуха. Молекулы воды действуют на связи кремний - кислород с образованием силанольных групп. При этом образуются трещинки, которые разрастаются и через сравнительно небольшое время приводят к ломке капилляра. Поэтому на колонку наносится защитное покрытие. Наиболее распространены покрытия из полиимида или алюминия.

Капилляры из синтетического плавленого кварца отличаются от стеклянных не только гибкостью и прочностью, но и высокой инертностью, необходимой для анализа кислот, оснований и других веществ с высокой реакционной способностью. В синтетическом плавленом кварце содержание оксидов металлов мало ( 110^-4 %), но на поверхности присутствуют силанольные группы, что обуславливает остаточную активность колонки. Поэтому используются различные способы ликвидации или блокировки этих активных центров на внутренних стенках капилляра.

1.3. Типы капиллярных колонок

Наиболее часто в настоящее время используются капиллярные колонки с неподвижной фазой, нанесенной на внутреннюю стенку трубки, так называемые классические открытые капиллярные колонки (wall-coated open tubular columns, или WCOT - колонки). Выпускаемые промышленностью WCOT-колонки имеют внутренний диаметр от 0,1 до 0,53 мм. Слой неподвижной фазы толщиной от 0,1 до 0,8 мкм равномерно покрывает внутреннюю поверхность колонки.

Самыми распространенными неподвижными фазами, используемыми для получения WCOT-колонок, являются метилсиликоновые (OV-1, SE-30), фенилметилсиликоновые (OV-17, SE-54), цианопропилметилсиликоновые (OV-225, OV-275), трифторпропилметилсиликоновые фазы (OV-210), полиэтиленгликоли (карбовакс 20М) и полиэтиленгликоли, модифицированные терефталевой кислотой (OV-101, SP-2100) или жирными кислотами (FFAP).

В качестве НФ используют полимеры, представляющие собой маловязкую жидкость (OV-225), каучуки (OV-1, SE-30) или твердые вещества (карбовакс 20М). Эти фазы растворяют в соответствующих растворителях и наносят на внутреннюю поверхность капилляра. Существуют различные способы нанесения НФ. Чаще всего используют динамический или статический методы. После нанесения НФ можно провести сшивание или прививку фазы.

В табл. 1 перечислены наиболее часто используемых в WCOT-колонках НФ и приведены их хроматографические характеристики. Благодаря высокой эффективности капиллярной хроматографии промышленностью выпускается сравнительно небольшой ассортимент НФ, поэтому выбор для анализа нужной фазы является сравнительно простым делом. Кроме перечисленных НФ фирмы производители для проведения определенных разделений выпускают в широком ассортименте специально приготовленные фазы.

WCOT - колонки обладают высокой эффективностью по отношению к различным трудно разделяемым смесям, состоящим из большого числа компонентов. Однако стандартная толщина пленки НФ не позволяет достичь достаточно высокой емкости колонки, необходимой при анализе концентрированных растворов. На этих колонках также нельзя провести эффективное разделение соединений с очень низкой молекулярной массой или инертных газов при обычных температурах. Чтобы преодолеть эти ограничения и увеличить емкость колонки, были предложены WCOT-колонки с толстым слоем (0,8 мкм) НФ и большим диаметром (0,53 мм). Для решения этих задач можно также использовать PLOT-, SCOT- и микронасадочные колонки.

Таблица 1. Традиционные НФ, используемые в WCOT-колонках

Состав	Полярность НФ	Определяемые вещества	Фазы с близкими конст. Мак -Рейнольдса	Диапазон темпера- тур, 0C
100% диметилполисилоксан (каучук) 100% диметилполисилоксан (силиконовое масло) 3. 50% трифторпропил- полисилоксан 4. Фенилсиликоны с малым содержанием фенильных групп 5-20 мол.% 5. Фенилсиликоны с высоким содержанием фенильных групп  35 мол.% 6. Цианопропил- фенилполисилоксаны 7. ПЭГ 8. ПЭГ, модифициро- ванный кислотами	неполярная - “ - - “ - низкая средняя - “ - полярная - “ -	Фенолы, углеводороды, амины, серосодержащие соединения, пестициды, полихлорирован- ные бензолы Производные аминокислот, эфирные масла Галогенсодержащие + ароматические соединения, алкалоиды, инсектициды Жирные кислоты, метиловые сложные эфиры, алкалоиды, лекарственные препараты, галогенсодержащие соединения Ароматические соединения, лекарственные средства, стероиды, пестициды, гликоли метиловые эфиры жирных кислот, стероиды, пестициды, амины, ароматические соединения, Свободне кислоты, спирты, простые эфиры, эфирные масла, гликоли Кислоты, спирты, альдегиды, акрилаты, нитрилы, кетоны	OV-1 SE-30 OV-101 SP-2100 ПМС OV-210 SE-52 OV-3 ПФМС-2 SE-54 OV-17 SP 2250 ПФМС-6 OV-105 OV-225 OV-275 Карбовакс 20 М SP-1000 FFAP	- 60−325 0 − 300 45 − 240 60 − 325 -20 − 375 -20 − 280 60 − 220 45 − 240

PLOT-колонки (porouslayer open tubular colums, или PLOT colums) − это кварцевые капиллярные колонки с нанесенным на внутренние стенки слоем адсорбента. В настоящее время в качестве адсорбента используют Al₂O₃/KCl, молекулярные сита или пористые полимеры (близкие по составу к порапаку Q). К недостаткам этих колонок можно отнести меньшую эффективность по сравнению с WCOT-колонками, невысокую инертность и снижение стабильности и воспроизводимости во времени.

SCOT-колонки (support-coated open tubular colums, или SCOT colums) – это капиллярные колонки, в которых НФ наносится на твердый носитель, прикрепленный к внутренним стенкам колонки. Основным достоинством колонок этого типа является возможность применения широкого ассортимента НФ и более высокая емкость по сравнению с WCOT-колонками.

Микронасадочные капиллярные колонки практически полностью заполненны носителем и их емкость сопоставима с емкостью обычных насадочных колонок. Однако они, также как и SCOT-колонки, значительно реже используются в высокоэффективной ГХ из-за сложности изготовления, высокой стоимости и низкой инертности носителя.