автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.11, диссертация на тему:Исследование новых областей капиллярной ГЖХ (колонки со сверхтолстыми пленками неподвижной жидкой фазы и сверхкороткие колонки)

На правах рукописи

ЛАПИН Алексей Борисович

ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ ОБЛАСТЕЙ КАПИЛЛЯРНОЙ ГЖХ (КОЛОНКИ СО СВЕРХТОЛСТЫМИ ПЛЕНКАМИ НЕПОДВИЖНОЙ ЖИДКОЙ ФАЗЫ И СВЕРХКОРОТКИЕ КОЛОНКИ)

05.11.11. - Хроматография и хроматографические приборы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

3 0 2т

МОСКВА-2008

003460483

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук

Ордена Трудового Красного Знамени Институте нефтехимического синтеза

им. A.B. Топчиева РАН

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Березкин Виктор Григорьевич

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Яшин Яков Иванович НПО «Химавтоматика»

кандидат химических наук Ревельский Александр Игоревич Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Ведущая организация:

Московская Академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова

Защита диссертации состоится 27 января 2009 г. в 15:00 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 002.259.04 при Институте физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект 31, корп. 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН.

Отзывы на автореферат (заверенные печатью) просим высылать по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский проспект 31, корп. 4, ИФХЭ им. А.Н. Фрумкина РАН, ученому секретарю диссертационного совета Д. 002.259.04.

Автореферат разослан 26 декабря 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кандидат химических наук Л.Н. Коломиец

Актуальность темы

Капиллярная газовая хроматография в настоящее время является основной областью практического приложения газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ). Она активно используется как аналитический метод и как метод физико-химического исследования в промышленности, медицине, охране окружающей среды, научных исследованиях, определении следов взрывчатых веществ и т.д. В связи с этим поиск и исследование новых неизвестных ранее областей капиллярной газовой хроматографии, и, как следствие, расширение ее практического приложения представляет несомненный интерес для развития этой важной области.

Однако, несмотря на интенсивное развитие капиллярной хроматографии, многие ее важные и перспективные для практического применения области не были изучены. Так, не были исследованы, во-первых, капиллярные колонки со сверхтолстыми пленками неподвижной жидкой фазы (с толщиной пленки 10-18 мкм), и, во-вторых, сверхкороткие колонки (с длиной до 1 см включительно). Следовало ожидать, что изучение вышеуказанных областей капиллярной ГЖХ позволило бы расширить наши представления о капиллярной ГЖХ и ее практическом приложении. Поэтому обсуждаемая научно-техническая проблема связана как с развитием капиллярной ГЖХ как науки, так и с расширением области ее практического применения.

Цель работы

Расширение наших представлений об определенной научной дисциплине обычно связано с поиском новых, неизученных областей (направлений) и изучением их характерных особенностей и оценкой их практического приложения. В качестве таких новых направлений капиллярной ГЖХ нам представлялось целесообразным исследовать, во-первых, область капиллярных колонок со сверхтолстыми пленками НЖФ (10 - 18 мкм) и, во-вторых, область очень коротких капиллярных колонок (длиной вплоть до 1 см, что в 100 раз меньше длины, ранее описанной в литературе). Поскольку колонки с такими экстремальными параметрами (по сравнению с традиционно используемыми) характеризуются относительно невысокой эффективностью, то нами были проведены исследования, связанные с решением ряда принципиальных методических задач, связанных с оптимальной реализацией хроматографического процесса. К этим задачам следует отнести так же разработку нового метода ввода пробы в хроматографическую систему. Одновременно была подробно изучена и оценена практическая значимость проведенных исследований.

Научная новизна работы

1. Впервые изучена новая область капиллярной ГЖХ, в которой используются колонки со сверхтолстыми пленками НЖФ (10-18 мкм). Показано, что эти колонки представляют собой новую область капиллярной ГЖХ, которая отличается рядом качественно новых закономерностей (характеристик), а именно:

1.1. Зависимость высоты, эквивалентной теоретической тарелке (ВЭТТ), от линейной скорости газа-носителя описывается следующим линейным уравнением:

Н=Суи

где: Н - высота, эквивалентная теоретической тарелке; Сг - обобщенный коэффициент сопротивления массопередаче в жидкой и газовой фазах; и - скорость газа-носителя.

1.2. Относительные величины удерживания нелинейно зависят от скорости газа-носителя.

1.3. Коэффициент асимметрии хроматографируемых соединений достаточно резко и нелинейно возрастает при увеличении скорости газа-носителя.

2. Впервые систематически изучены особенности сверхкоротких и коротких (длиной 1 - 500 см) капиллярных газо-жидкостных колонок (минимальная длина колонки, которая описана в литературе, составляет 1,0 м). Функциональные зависимости ВЭТТ от линейной скорости газа-носителя для коротких колонок аналогичны известным для традиционных колонок (длиной 5-60 м). Проведение данного исследования позволило рекомендовать применение коротких колонок для решения следующих аналитических задач: разделение высококипящих и термолабильных соединений, проведение экспресс-анализа и изучение фракционного состава различных смесей по температурам кипения.

3. В процессе выполнения работы предложен новый общий метод ввода анализируемой пробы в хроматографическую систему, позволяющий существенно повысить эффективность разделения. Предложенный метод основан на введении исследуемого образца в поток газа-носителя при скорости меньшей, чем используемая при дальнейшем разделении скорость газа-носителя. Применение данного нового метода ввода пробы позволяет заметно увеличить эффективность используемой хроматографической системы, а также чувствительность (при условиях, использованных в ходе выполнения данной работы, величина ТЪ увеличивалась на 50%, отношение сигнал/шум - на 30%).

Предложенный метод является новым, простым и достаточно общим - он был с успехом применен как в капиллярной ГЖХ, так и в градиентной препаративной ВЭЖХ.

Практическая значимость работы

1. Показана целесообразность практического использования капиллярных колонок со сверхтолстым слоем НЖФ (10 - 18мкм) для решения следующих важных практических задач:

1.1. Проведение предварительного концентрирования пробы при использовании относительно короткой колонки со сверхтолстым слоем НЖФ длиной 10-300 см, расположенной между устройством для ввода пробы и аналитической колонкой, и оборудованной устройством с независимым нагревом с целью быстрого и эффективного переноса анализируемой пробы в аналитическую колонку;

1.2. Введение в хроматографическую систему анализируемой пробы без делителя потока, в том числе при изотермическом разделении; 1.3. Введение больших объемов анализируемых проб (вплоть до 100 мкл) без использования специальных устройств.

2. Показана целесообразность практического использования сверхкоротких капиллярных колонок длиной 1 - 500 см для решения следующих задач: 2.1. Определение термолабильных соединений; 2.2. Определение высококипящих

соединений; 2.3. Проведения экспресс-анализа ряда объектов; 2.4. Симулированной дистилляции.

3. Предложен новый метод повышения эффективности хроматографической системы, основанный на введении исследуемой пробы в хроматографическую систему при меньшей скорости газа-носителя, чем используемая при последующем разделении. Продемонстрирована возможность использования аналогичного способа ввода пробы в некоторых приложениях градиентной препаративной ВЭЖХ, что свидетельствует об универсальности нового метода.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 5 статей в российских и зарубежных журналах и тезисы 7 докладов на российских и международных научных конференциях.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Диссертация содержит 125 страниц машинописного текста, 8 таблиц и 29 рисунков. Список литературы включает 137 наименований.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих международных и отечественных симпозиумах и конференциях: Научная конференция Института нефтехимического синтеза им. A.B. Топчиева РАН (Москва, 2003), 12th International Symposium on Advances and Applications of Chromatography in Industry (Bratislava, Slovak Republic, 2004), 27th International Symposium on Capillary Chromatography and Electrophoresis (Riva del Garda, Italy, 2004), 30th International Symposium & Exhibit on High Performance Liquid Phase Separation and Related Techniques HPLC-2006 (San Francisco, CA, USA, 2006), Conference on Small Molecule Science CoSMoS-2006 (San Diego, CA, USA, 2006), Научная конференция с международным участием «Хроматография на благо России» (Москва-Клязьма, 2007). Основное содержание работы опубликовано в России и за рубежом в следующих журналах: Доклады Академии наук и Journal of Chromatography А.

Положения, выносимые на защиту

1. Капиллярные газо-жидкостные колонки со сверхтолстыми пленками неподвижной жидкой фазы - новая область капиллярной хроматографии, характеризующаяся новыми закономерностями;

2. Систематическое исследование сверхкоротких и коротких капиллярных колонок (длиной 1 - 500 см), применение которых позволяет расширить область практического использования капиллярной ГЖХ;

3. Новый метод введения разделяемой пробы, позволяющий повысить эффективность хроматографической системы, основанный на введении разделяемой пробы при пониженной скорости подвижной фазы, который может быть применен как в ГЖХ, так и в некоторых приложениях градиентной ВЭЖХ.

5

Основное содержание работы

1. Капиллярные колонки со сверхтолстыми пленками НЖФ

1.1. Капиллярные колонки со сверхтолстыми пленками НЖФ как новая

область газо-жидкостной хроматографии

Этот раздел посвящен систематическому изучению основных характеристик капиллярных колонок со сверхтолстыми пленками НЖФ. Колонки этого типа отличаются необычными хроматографическими характеристиками. Поэтому целесообразно рассматривать эти колонки как новый класс колонок, характеризующийся принципиально новыми функциональными зависимостями.

Колонки со сверхтолстыми пленками НЖФ для нашей работы были предоставлены фирмой Quadrex Corporation (США). В начале настоящей работы была известна только очень скудная рекламная информация, опубликованная фирмой-производителем, согласно которой данные колонки, в основном, могут быть применены для анализа легколетучих веществ, например, таких как углеводородные газы и легкокипящие растворители. Никакой информации о хроматографических характеристиках колонок этого типа, например, таких как функциональные зависимости эффективности и величин удерживания от скорости газа-носителя для этих колонок опубликовано не было. Опираясь на известные ранее закономерности капиллярной ГЖХ, полученные для колонок с существенно менее толстыми пленками НЖФ (3-5 мкм), следовало ожидать, что колонки данного типа будут принципиально отличаться от традиционно используемых. Данные о результатах изучения данных колонок были получены впервые в нашей работе и отражены в опубликованных нами статьях.

Так, в диссертационной работе излагаются впервые полученные основные результаты по изучению особенностей ГЖХ на капиллярных колонках со сверхтолстыми слоями НЖФ и экспериментально показана перспективность их использования для решения некоторых важных типовых аналитических задач, например, таких как введение в хроматографическую систему больших объемов пробы, разделение легколетучих веществ, а так же использование колонок со сверхтолстой пленкой НЖФ, расположенной перед основной аналитической, с целью предварительного концентрирования анализируемой пробы.

В связи с оценкой перспективности практического использования колонок со сверхтолстыми пленками НЖФ необходимо отметить следующее. Традиционно используемые капиллярные колонки, наряду с неоспоримыми преимуществами (например - высокой эффективностью, «инертностью» стенок капиллярных колонок - своеобразного твердого носителя), характеризуются и определенными ограничениями, важнейшими из которых является необходимость использования делителя потока даже для введения в колонку небольших проб. Как известно из литературы по газовой хроматографии1, метод введения пробы с делением потока потенциально является источником искажений количественных результатов анализа. Капиллярные колонки со сверхтолстыми слоями НЖФ приближаются по емкости к насадочным колонкам, и поэтому их можно использовать для хроматографического разделения при вводе образца без деления потока, а так же

1 Grab, К., Split and splitless injection in capillary GC, 1993, Heidelberg: Hiithig, 1-207

6

при прямом вводе образца в колонку, что повышает надежность и достоверность получаемых результатов.

При исследовании колонок этого типа следовало так же ожидать некоторых новых для капиллярных колонок явлений, связанных, в первую очередь, с проявлением неравновесности хроматографических процессов, вызванной большим временем диффузии сорбатов через сверхтолстый слой НЖФ. Так, по нашей оценке, с увеличением толщины слоя НЖФ (например, от 0,25 до 18 мкм), время диффузии должно увеличиваться согласно уравнению Эйнштейна в

Данная оценка согласуется с тем, что для колонок со сверхтолстыми пленками НЖФ нами был установлен эффект неравновесности хроматографического процесса. Это проявилось проявилось, во-первых, в зависимости относительных величин удерживания разделяемых соединений от скорости газа-носителя, во-вторых, в резкой зависимости асимметричности хроматографической зоны от скорости газа-носителя, и, в третьих, в линейной зависимости ВЭТТ от скорости газа-носителя.

С целью экспериментального изучения неравновесности процесса разделения на капиллярных колонках со сверхтолстыми пленками НЖФ впервые была изучена зависимость величин относительного удерживания (г) от линейной скорости газа-носителя (и). Выбор относительной величины для исследования обсуждаемого возможного эффекта обусловлен, во-первых, большей точностью и помехоустойчивостью данных величин удерживания, и, во-вторых, большим интересом хроматографистов именно к относительным характеристикам удерживания как наиболее воспроизводимым по сравнению с абсолютными величинами.

Из теории ГЖХ следует, что «относительное удерживание не зависит от длины колонки, скорости потока и отношения жидкой фазы к инертному носителю»1. На Рис. 1 приведены зависимости величин относительного удерживания г для углеводородных газов (пропан и н-бутан) от линейной скорости газа-носителя (гелий) для трех колонок с различной толщиной НЖФ. Как следует из приведенных данных, величины относительного удерживания заметно изменяются с увеличением линейной скорости газа-носителя для колонок со сверхтолстыми пленками НЖФ (10 и 18 мкм) и практически остаются неизменными для классической капиллярной колонки с толщиной слоя НЖФ 0,33 мкм. Аналогичные зависимости для относительного удерживания были получены также и для других углеводородных газов.

Вторым важным показателем характеристики неравновесности процесса является зависимость асимметрии хроматографической зоны от линейной скорости подвижной фазы. На Рис. 2 показана зависимость коэффициента асимметрии Ая (на 1/10 высоты пика) от линейной скорости газа-носителя для трех колонок, различающихся толщиной пленки НЖФ: для колонки с обычной пленкой (<1|=0,33 мкм) и двух колонок со сверхтолстыми пленками (с1г=10 и 18 мкм). Для

1 Ногаре, С.Д., Джувет, P.C., Газо-жидкостная хроматография. Ленинград, «Недра», 1966, с.472

7

10 мкм 1.6421.6401.6381.6361.6341.6321.6301.6281.6261.624-

18 мкм 1.910

0,33 мкм 1.317

50 100 и, см/сек

50 100

и, см/сек

150

Рис. 1. Зависимость относительного удерживания г пары н-бутан/пропан от линейной скорости газа-носителя (Не) для колонок с ёрШ и 18 мкм в сравнении с традиционной колонкой (с1г=0,33 мкм). НЖФ - ПДМС. Температура колонки 40 "С.

Рис. 2. Зависимость коэффициента асимметрии Ав (на 1/10 высоты) пика н-бутана от линейной скорости газа-носителя (Не) для колонок с (1<=10 и 18 мкм в сравнении с традиционной колонкой (ёг=0,33 мкм). НЖФ - ПДМС. Температура колонки 40 °С.

обычной колонки изменение асимметричности незначительно (около 5,6%), а для колонок со сверхтолстыми пленками слоями изменение величины Аб составляет 17% (<1г=10 мкм) и 33% (ё{=18 мкм).

Таким образом, для сверхтолстых пленок НЖФ характерны различные и весьма значительные проявления неравновесности, что позволяет рассматривать ГЖХ на обсуждаемых здесь колонках как неравновесную хроматографию в области больших скоростей газа-носителя.

Неизученные ранее особенности этих колонок так же проявляются и в новом теоретическом описании полученных нами закономерностей удерживания и размывания хроматографических зон. В традиционной капиллярной хроматографии наиболее широко для характеристики размывания зон применяют величину высоты, эквивалентной теоретической тарелке (ВЭТТ или Н), для описания зависимости которой от линейной скорости газа-носителя обычно используют различные формы уравнения Голея:

Н-—л-Си (1.1)

и

В случае открытых капиллярных колонок коэффициенты В и С рассчитывают по следующим уравнениям:

В = 2 Д.

(1.2)

С = СШ+С,

(1.3)

О 50 100 150

и, см/сек

Рис. 3. Зависимость ВЭТТ н-бутана от линейной скорости газа-носителя (Не) для колонок с толщиной пленки НЖФ ¿¡=10 и 18 мкм в сравнении с традиционной колонкой (с!г=0,33 мкм). НЖФ - ПДМС. Температура колонки 40°С.

„ 1 + 6к + 1/к2 ¿с2 _ 2 к ¿1) С"'= 96(1 +к)2 хтг М (1-5)

где В - коэффициент продольной диффузии; С - общий коэффициент сопротивления массопередаче; к - фактор удерживания; Ов - коэффициент диффузии сорбата в газовой фазе; Ст и С5 - коэффициенты сопротивления массопередаче в газовой фазе и НЖФ, соответственно; с!с - диаметр колонки; и - коэффициент диффузии сорбата в подвижной и неподвижной фазах, соответственно.

На Рис. 3 приведены зависимости ВЭТТ от линейной скорости газа-носителя и для трех колонок (с ё(=0,33 мкм, (1г=10 мкм и ёг=18 мкм). Зависимость ВЭТТ от и для колонки с с!(=0,33 мкм описывается уравнением (1.1); а для колонок с с!г=10 мкм и с!г=18мкм зависимость ВЭТТ от линейной скорости газа-носителя характеризуются линейной зависимостью. Полученные результаты могут быть объяснены на основе уравнения Голея. Действительно, для колонок со сверхтолстыми пленками НЖФ (ё(=10 мкм и с!(=18 мкм) В/и«Си, и, следовательно, из уравнения (1.1) с некоторым приближением можно получить линейное уравнение Н = Сти (1.7)

где

Ст =

1

¿(1+бк+1 \к2Устт)+ 2к{а}ю1 (1<8)

т 3(1 +Л)2 [32

Таким образом, нами была впервые экспериментально показана и теоретически обоснована новая для области капиллярной газовой хроматографии линейная зависимость эффективности капиллярных колонок со сверхтолстыми пленками НЖФ от скорости газа-носителя.

1.2. Области практического применения капиллярных колонок со

сверхтолстой пленкой неподвижной жидкой фазы

Используя проведенные исследования особенностей обсуждаемых колонок, можно рекомендовать их использование для решения некоторых типичных аналитических задач.

Обычно колонки со сверхтолстыми пленками НЖФ имеют большой внутренний диаметр (как правило 0,53 мм). Соответствующая такому внутреннему диаметру относительно большая (для капиллярной ГЖХ) объемная скорость газа-носителя и высокая нагрузочная емкость колонки по анализируемой пробе создают существенные преимущества при вводе пробы. Действительно, на Рис. 4 показан пример введения образца в колонку с с1г=10 мкм и внутренним диаметром 0,53 мм без деления потока (и даже без обычной продувки испарителя для удаления из него следов пробы после переноса образца в колонку) в изотермических условиях. За счет указанных выше преимуществ удалось получить симметричный пик определяемого вещества (дихлофос).

Возможности по использованию колонок со сверхтолстыми пленками НЖФ для ввода больших объемов пробы (и, соответственно, без деления потока) наглядно продемонстрированы на Рис. 5, где за счет большой нагрузочной емкости колонки по образцу и большой объемной скорости газа-носителя (27,6 мл/мин) 100 мкл пробы были введены со скоростью введения образца 100 мкл/мин в обычный испаритель без использования каких-либо дополнительных устройств или опций, таких, например, как устройств для ввода пробы с программированием температуры испарителя.

На Рис. 6 показано определение дихлофоса при использовании колонки со сверхтолстой пленкой НЖФ в качестве колонки-концентратора, имеющей независимый от основной колонки нагрев и расположенной между устройством для ввода образца и основной аналитической колонкой. При таком варианте ввода

г

1 ГИ1

END ОГ flBHRk

[НО or II6NHI

Рис. 4. Введение пробы без деления потока при изотермическом разделении. Колонка 30м х 0,53мм, НЖФ - ПДМС, dr 10 мкм. Температура колонки 150 °С. Газ-носитель: Не, 180 см/сек (32,5 мл/мин ). Объем пробы: 1 мкл. Пик со временем удерживания 5,391 мин - дихлофос.

Рис. 5. Определение дихлофоса (1 мг/л в хлороформе) при введении 100 мкл пробы. Колонка 30 м х 0,53 мм, НЖФ - ПДМС, df= 10 мкм. Температура колонки 80 °С (1,2 мин), далее до 190 °С со скоростью 30 °С/мин. Газ-носитель: (Не) 150 см/сек (27.6 мл/мин). Скорость введения образца 100 мкл/мин. Пик со временем удерживания 8,07 мин - дихлофос.

ТЕРМОПАРА

ИСПАРИТЕЛЬ

1 НАГРЕВАТЕЛИ

3,0м х 0,53мм, <Н=18мкм

НАПОЛНИТЕЛЬ

1Ш 11 СО 12.Х

Время мин

АНАЛИТИЧЕСКАЯ КОЛОНКА

Рис. 6. Устройство концентратора и пример его использования для введения 25 мкл пробы в аналитическую колонку (30 м х 0,25 мм, НЖФ - ПДМС, ёр0,25 мкм). Температурная программа концентратора: 80 °С в течение 5,0 мин, затем 250 °С . Программирование температуры колонки: от 80 °С (начальные условия, изотерма в течение 5,5 мин), затем до 200 °С со скоростью программирования температуры 30 °С/мин. Газ-носитель - Не. Образец: 0,1 мг/л дихлофоса в хлороформе. Пик со временем удерживания 9,52 мин - дихлофос. Масс-спектрометрический детектор.

пробы происходит концентрирование определяемых компонентов пробы на колонке-концентраторе с последующим ее независимым нагревом, переносом и улавливанием на основной аналитической колонке при более низкой температуре. Использование подобного простого устройства позволяет вводить большие объемы пробы без использования более сложных и дорогих устройств.

Необходимо отметить, что введение пробы без деления потока в капиллярную колонку в изотермических условиях является достаточно редким и нетривиальным решением, однако задачи такого типа в ряде случаев являются важными. Так, например, на Рис. 7 показан пример разделения летучих примесей в этиловом спирте, определение которых требуется проводить методом ГЖХ в соответствии с ГОСТ Р 51698-2001. Обычно для выполнения такого анализа используется колонка с НЖФ на основе ПЭГ с с1г=0,5 мкм и внутренним диаметром 0,32 мм. Основной сложностью является, с одной стороны, наличие в образце легколетучих примесей, что требует применения изотермического разделения при минимально возможной температуре (60 °С для НЖФ на основе ПЭГ) на начальном этапе разделения, а с другой стороны - необходимость проводить измерения на очень высокой для пламенно-ионизационного детектора чувствительности (на уровне 0,1-0,5 мг/л). Задача усложняется необходимостью определения содержания в пробе изопропанола, элюирующегося непосредственно перед пиком растворителя (этанол), что требует использования значительного деления потока (обычно 1:15 -1:50, в зависимости от колонки и конструкции испарителя используемого хроматографа) при вводе пробы, что, соответственно, снижает чувствительность определения. Использование силоксановых НЖФ для этих объектов не нашло применения из-за низкого удерживания наиболее легколетучих компонентов пробы.

О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Время, мин

Рис. 7. Определение летучих примесей в водке (тестовая смесь). Колонка 30 м х 0,53 мм, НЖФ -ПДМС, df=10 мкм. Программирование температуры от 40 °С (начальные условия, изотерма в течение 6,5 мин), до 150 °С со скоростью программирования температуры 10 °С/мин. Газ-носитель - Не, 30 см/сек. Деление потока 1:3. Концентрация 0,001% об. для каждого из компонентов: (1) - ацетальдегид, (2) - метанол, (3) - изопропанол, (4) - метилацетат, (5) -н-пропанол, (6) - этилацетат, (7) - изобутанол, (8) - н-бутанол, (9) - изоамилол.

Хроматограмма, показанная на Рис. 7, была получена на колонке с df=10 мкм (ПДМС) с делением потока всего 1:3 при изотермических условиях на начальном этапе разделения, при этом пики ацетальдегида и метанола достаточно хорошо удерживаются, пик этанола относительно узкий и не мешает определению изопропанола.

Таким образом, колонки со сверхтолстыми пленками НЖФ целесообразно использовать для следующих важных практических приложений: 1) введение пробы без деления потока; 2) введение больших объемов пробы; 3) разделение легколетучих веществ; 4) проведение предварительного концентрирования, располагая относительно короткую колонку (10-500 см) с независимым нагревом между устройством ввода образца и аналитической колонкой.

В заключение подчеркнем, что в результате систематического изучения основных хроматографических параметров капиллярных колонок со сверхтолстыми слоями НЖФ было показано, что колонки данного типа характеризуются новыми, ранее неизученными зависимостями (Табл. 1), а так же было обоснованы области их практического применения.

Табл. 1.

Сравнение некоторых характеристик традиционных капиллярных колонок и капиллярных колонок со сверхтолстыми пленками НЖФ._

Характеристика Традиционные капиллярные колонки Капиллярные колонки со сверхтолстой пленкой НЖФ

Зависимость г от и Не зависит Существенная зависимость

Зависимость ВЭТТ от и Нелинейная зависимость Линейная зависимость

Зависимость As от и Зависит незначительно Существенная зависимость

2. Изучение сверхкоротких капиллярных колонок

Этот раздел посвящен систематическому изучению основных хроматографических характеристик сверхкоротких капиллярных колонок с длиной 1-500 см. Нужно отметить, что основное внимание исследователей в России и за рубежом обращено на исследование и практическое применение длинных капиллярных колонок (от 10 до 150 м), причем в периодической хроматографической литературе опубликованы только единичные работы по разделению конкретных образцов с использованием более коротких капиллярных колонок1.

В результате проведения настоящего исследования впервые систематически изучен новый класс сверхкоротких капиллярных колонок длиной 1 - 500 см и показана целесообразность и перспективность практического применения открытых капиллярных колонок этого типа.

Ниже приведены основные уравнения, описывающие время (продолжительность) анализа и разрешение хроматографических пиков при изменении длины колонки2:

tR=-(k + \) (3.1)

и

п 1 L а-1 к. R, =-. —х-х

4 V#2 а к2+1

(3.2)

где а - фактор разделения; Н2 - ВЭТТ, соответствующая второму пику из рассматриваемой пары элюатов.

Из уравнений (3.1) и (3.2) следует, что в изотермической ГЖХ при уменьшении длины колонки в 10 раз время (продолжительность) анализа сокращается в 10 раз, в то время как разрешение сокращается в -Ло раз, т.е. всего в 3,2 раза.

Так же необходимо обратить внимание на тот факт, что минимальные значения ВЭТТ (Нт;„) могут быть достигнуты на колонках небольшого диаметра с!с:

Я-=<Ч 12(1+ *)' (3'3)

Таким образом, основными преимуществами использования коротких капиллярных колонок является, во-первых, возможность проведения разделения при пониженных температурах и, во-вторых, сокращение времени анализа. В результате появляется принципиальная возможность расширения круга анализируемых термолабильных и высококипящих соединений за счет разделения при более низких температурах и за более короткое время. Необходимо так же упомянуть, что понижение температуры колонки позволяет изменять селективность разделения.

1 Tranchida, P.Q., Mondello, M., Sciarrone, D., Dugo, P., Dugo, G., Mondello, L., Evaluation of use of a very short polar microbore column segment in high-speed gas chromatography analysis. // J. Sep. Set, 2008,31,2634-2639

2 Hinshaw, J. V., Optimization of separations and computer assistance. In: Grob, R.L., Barry, E.F. (Eds), Modern practice of gas chromatography, 2004, Wiley Interscience, Hobo ken, New Jersey, 193-229

13

ВЭТТ для н-декана

1.25

г 2

о ш

0.45

0.35

ВЭТТ для н-тетрадекана

0.25

Длина колонки, м 3 -о-2 1 -О-0.5

Рис. 8. Зависимость ВЭТТ от скорости газа-носителя (Не) для колонок разной длины (0,35, 0,5, 1, 2, 3 и 5 м) с внутренним диаметром 0,15мм и 11£=2мкм (ПДМС) для н-декана и н-тетрадекана при температуре колонки 170 СС.

Изотермическое разделение

Программирование температуры

1 2 3 4 5 Длина колонки, м о, см/сек -*-10 -о-30

1 2 3 4 5 Длина колонки, м

-50

Рис. 9. Зависимость числа разделений TZ от длины колонки, при разных скоростях газа-носителя (10, 30 и 50 см/сек), для пары w-додекан/н-ундекан при изотермическом разделении (левый рисунок) и при программировании температуры (правый рисунок). При изотермическом эксперименте температура колонки 170 °С; при программировании температуры: начальная - 30 °С, конечная - 150 °С, скорость программирования температуры - 10 °С/мин.

На Рис. 8 приведены графики зависимости ВЭТТ как функции от скорости газа-носителя для сверхкоротких капиллярных колонок. Экспериментально полученные данные для изученных колонок совпадают с общеизвестной зависимостью эффективности от скорости газа-носителя. Однако, важно обратить внимание на тот факт, что полученные значения по ВЭТТ не принципиально отличаются от традиционно получаемых значений для колонок стандартной длины (10-30 м). По мере уменьшения длины колонки не происходит значительного увеличения величины ВЭТТ (т. е. падения удельной эффективности).

Как видно из Рис. 9, значения ТЪ при проведении хроматографического процесса при программировании температуры выше аналогичных в изотермических условиях. При рассмотрении зависимости Т Ъ от длины колонки при изотермическом разделении и при программировании температуры становится очевидным, что в условиях программирования температуры величина ТЪ в меньшей степени зависит от длины колонки, т. е. в пределе при увеличении длины колонки свыше определенной величины при программировании температуры величина 72 не увеличивается.

Полученные нами результаты показали, что короткие и сверхкороткие капиллярные колонки характеризуются общей эффективностью, близкой к эффективности традиционно используемых насадочных колонок. Однако, капиллярным колонкам по сравнению с насадочными колонками присущи определенные преимущества. Во-первых, поверхность твердого носителя (стенки капилляра) является более инертной, что позволяет проводить разделение полярных компонентов пробы без потерь в результате необратимой адсорбции элюатов поверхностью твердого носителя и без образования несимметричных хроматографических зон в результате нелинейной изотермы адсорбции. Во-вторых, поскольку количество НЖФ в капиллярной колонке существенно меньше, чем в насадочной, то значительно сокращается продолжительность анализа. В третьих, температура разделения (для одной и той же пробы) при использовании коротких капиллярных колонок ниже, чем при использовании традиционных капиллярных или насадочных колонок.

Таким образом, сверхкороткие капиллярные колонки целесообразно использовать для решения многих важных аналитических задач, когда необходимо провести хроматографическое разделение за короткое время (экспресс-анализ), в условиях, при которых эффективность стандартной капиллярной колонки избыточна, а также при анализе термолабильных и высококипящих соединений за счет возможности снижения температуры колонки и уменьшения времени удерживания этих веществ. Применение сверхкоротких колонок также может вызывать интерес с точки зрения миниатюризации хроматографического оборудования, например, для использования в полевых лабораториях.

Приведем несколько практических примеров, свидетельствующих о целесообразности практического применения коротких колонок.

На Рис. 10 приведен пример экспресс-анализа 10 веществ, входящих в разных сочетаниях в некоторые фармацевтические препараты. Несмотря на широкий диапазон температур кипения анализируемых веществ, время разделения этого образца составило немногим более 3,5 мин, причем первые семь компонентов элюировались из колонки за первые 1,5 мин.

S 5

- 1.340 7

0.389 2 ...... °0J3¡.748 3 4

2.922 s —— 2.511 9

3.545 10

Рис. 10. Экспресс-анализ 10 веществ, входящих в состав фармацевтических препаратов, на колонке длиной 2 м. Колонка CP-Sil 5СВ (ПДМС) 2 м х 0,15 мм, df=2,0MKM. Газ-носитель: Не, 80 см/сек. Программирование температуры от 210 °С до 320 "С со скоростью программирования 30 °С/мин. Деление потока 1:100. (1) - уротропин, (2) - эфедрин, (3) - парацетамол, (4) -фенацетин, (5) - кофеин, (6) - теофиллин, (7) - фенобарбитал, (8) - атропин, (9) - кодеин, (10) -папаверин.

9 12

15

7.00 8.00 9.00 10.0 11.0 12.0 время, мин Рис.11. Анализ методом ГЖХ - масс-спектрометрии смеси хлороганических пестицидов при вводе образца без деления потока на колонке CP-Sil 5СВ (ПДМС) 5 м х 0,15 мм, df=2,0 мкм с программированием температуры от 110 °С до 290 °С. (1) - «-ГХЦГ, (2) - /?-ГХЦГ, (3) - р-ГХЦГ, (4) - 5-ГХЦГ, (5) - гептахлор, (6) - алдрин, (7) - гептахлор эпоксид, (8) - аг-эндосульфан, (9) -п.м'-ДЦЕ, (10) - дильдрин, (11) -уЗ-эндосульфан, (12)- к,и'-ДДЦ, (13) - эндосульфансульфат, (14)-п,п -Д ДТ, (15) - метоксихлор.

"1

1 «.»9

•.-.». н-СЛ» ^и-СЛ1м 1"" ""C|eHl1

г

11-СцНц

■ 5.175 ii-CuHjg

2.S60

Г 11.»

SIOP

е.зов II-СпПц >.246 h-СцНя

н-СиНл

7.315 H-C,»Hu

U.Í41 H-СщН«

ЮР

Рис. 12. Хроматограмма тестовой смеси для симулированной дистилляции на колонке длиной 0,35 м. Колонка CP-Sil 5СВ (ПДМС) 0,35 м х 0,15 мм, df=2,0 мкм. Газ-носитель: Не, 100 см/сек. Программирование температуры от 30 °С до 100 °С со скоростью программирования 6 °С/мин. Деление потока 1:100.

На Рис. 11 приведен пример хроматографического разделения стандартной смеси 15 хлорорганических пестицидов при программировании температуры с использованием ввода пробы без деления потока. Как следует из этого рисунка, даже на колонках небольшой длины (5 м) удается разделять сложные многокомпонентные смеси с получением симметричных хроматографических зон без деления потока. При этом необходимо отметить, что для анализа использовали колонку с относительно толстой пленкой неподвижной фазы (2 мкм), а, следовательно, с большой емкостью по пробе.

На Рис. 12 приведена хроматограмма разделения стандартного образца для симулированной дистилляции (смесь н-алканов от С9Н20 до С20Н42) на колонке длиной 0,35 м. Как следует из этого примера, Н-С20Н42 (эйкозан), имеющий температуру кипения 342,7 °С, элюируется из колонки при температуре менее 100 °С, что свидетельствует о перспективности использования сверхкоротких колонок при проведении разделения выскокипящих или термолабильных соединений.

В качестве возможных затруднений, связанных с использованием коротких капиллярных колонок, можно отметить, во-первых, возможность перегрузки колонки по количеству анализируемого образца и относительно низкую общую эффективность в сравнении с обычно используемыми колонками длиной 10-50 м. Однако, затруднения, связанные с перегрузкой коротких колонок по образцу, можно компенсировать при использовании колонок с толстыми пленками НЖФ. В случае высокоскоростной ГЖХ на сверхкоротких колонках может потребоваться модификация узлов ввода пробы и детектирования. Так же, согласно литературным сведениям, для колонок такого типа и быстрых разделений с программированием температуры желательно использовать безинерционные термостаты колонок, обеспечивающие быстрый нагрев в соответствии с температурной программой.

В заключение отметим, что применение коротких и сверхкоротких капиллярных колонок позволяет расширить область применения капиллярной газовой хроматографии за счет принципиальных преимуществ при анализе термолабильных и высококипящих соединений, а так же при экспресс-анализе (см. Табл. 2). По нашему мнению, аналогичные результаты могут быть получены и для коротких колонок в области газо-твердофазной хроматографии.

Табл. 2.

Зависимость некоторых хроматографических характеристик от длины колонки (при изотермическом разделении) _

Характеристика Влияние на параметры разделения

Время удерживания, ^ Уменьшение длины колонки, например, в 10 раз приводит к сокращению времени разделения в 10 раз

Разрешение, Уменьшение длины колонки в 10 раз приводит к потери разрешения в -Ло раз, т.е. в 3,2 раза

Температура разделения, Тс Уменьшение длины колонки позволяет проводить разделение при пониженной температуре

з. Новый общий метод повышения эффективности хроматографнческой колонки при введении пробы в хроматографическую систему при пониженной скорости подвижной фазы

Повышение производительности работы - одна из постоянных задач аналитика. Уменьшение продолжительности аналитического определения позволяет улучшить этот важный показатель. Для сокращения времени анализа целесообразно использовать короткие и сверхкороткие капиллярные колонки при больших скоростях газа-носителя. Однако, проведение разделения при высоких скоростях газа-носителя приводит обычно к существенному уменьшению общей эффективности колонки, которая в случае коротких капиллярных колонок и так относительно невелика.

Размывание хроматографических зон определяется двумя аддитивными процессами: во-первых, образование начальной (часто широкой) зоны при введении пробы в поток газа-носителя в испарителе; во-вторых, последующим размыванием начальной зоны в хроматографнческой колонке в процессе разделения. В том случае, если скорости газа-носителя при введении образца и в ходе разделения на колонке отличаются, для окончательной ширины хроматографнческой зоны на выходе из колонки можно записать:

Мсот Minj (l'i,,j ) + Mol (Ucol ) (3.1)

где Hinj(Umj) - начальная линейная ширина хроматографнческой зоны, которая образуется при вводе анализируемой пробы в хроматографическую систему в поток газа-носителя при скорости газа-носителя Ujnj; nCoi(uCOi) - линейная ширина хроматографнческой зоны, обусловленная размыванием хроматографической зоны только в колонке (колоночное размывание) при скорости газа-носителя Uc0i.

Рассмотрим линейную протяженность хроматографической зоны при введении пробы, т. е. при переносе образца из иглы в поток газа-носителя в устройстве для ввода пробы. В том случае, если пренебречь размыванием зоны вещества, обусловленным температурным фактором и переходом из жидкого состояния в газообразное (парообразное), упрощенно линейная начальная ширина зоны может быть представлена следующими уравнениями:

и. (и .) = и xt (З'2)

г- mt \ ¡щ J ит/ у

ИЛИ

inj Vщ/ / inj

Mi„№c„l) = "<olxts (3l3)

Уравнение (3.2) соответствует двухступенчатому (по скорости газа-носителя) процессу, а уравнение (3.3) - одноступенчатому.

Обычно в хроматографической практике величина u¡„j не отличается от скорости, при которой проводится последующее разделение в колонке (за исключением специального приема, получившего название pressure pulse, используемого в основном при вводе пробы без деления потока, когда во время ввода пробы и переноса образца в колонку используется давление газа-носителя, превышающее используемое при дальнейшем разделении), т. е.

"/«/ = "со/ (3.4)

Однако, это условие не является обязательным. Более того, с целью

увеличения эффективности хроматографического разделения целесообразно

18

уменьшить начальную ширину хроматографической полосы ц,п](иС01), образующуюся при введении пробы в хроматографическую систему. Для реализации этой задачи, в соответствии с уравнением (3.2), целесообразно уменьшить скорость газа-носителя, при которой происходит введение пробы в хроматографическую систему. В этом случае линейная протяженность начальной зоны уменьшается. После переноса пробы в колонку сразу же целесообразно увеличить скорость газа-носителя в колонке до оптимальной величины для данного

ВЫСОКАЯ СКОРОСТЬ ГАЧЛ-НОСМТЕЛЯ ПШ НВОДЕ ПРОВЫ

ПОНИЖЕННАЯ СКОРОСТЬ ГАЗА-НОСИТЕЛЯ ПРИ ВВОДЕ ПРОБЫ

Проба

Шприц

/

юз йэ ез

Колонка

□

Газ-носитель

Испаренная проба /

Испар| -* камера

Ит]—11со1—СОЛБ(

Дзит

Рис. 13. Схемы, иллюстрирующие эффект повышения эффективности при введении образца в испаритель при небольшой скорости газа-носителя с дальнейшим ее увеличением до необходимой для процесса разделения. Схемы слева - без программирования скорости газа-носителя. Схемы справа - скорость газа-носителя в момент ввода образца меньше, чем используемая при дальнейшем разделении.

Рис. 14. Сравнение хроматограмм с программированием скорости потока газа-носителя в момент ввода пробы (справа) и при обычном вводе пробы (слева). Колонка: CP-Sil 5 СВ (ПДМС) 20 м х 0,15 мм, df=2,0 мкм. Газ-носитель: N2. Скорость газа-носителя в процессе разделения 100 см/сек. Скорость газа-носителя в момент ввода образца (для правого рисунка): 10 см/сек (в течение 10 сек), далее 100 см/сек. Деление потока: 1:50. Температура колонки: 150 °С. Скорость ввода пробы: 30 мкл/сек (автоматический пробоотборник). Объем пробы: 1 мкл. Вещества: (6) -н-додекан; (7) - нафталин; (9) - н-тридекан; (10) - метиловый эфир каприновой кислоты.

конкретного разделения. Обычно под оптимальной скоростью понимают наивысшую скорость, при которой еще достигается необходимое для данной аналитической задачи разделение. С целью повышения эффективности разделения и сокращения его времени, хроматографический анализ целесообразно проводить двухступенчато: на первом этапе при небольшой скорости газа-носителя u¡njopt вводят анализируемую пробу в хроматограф, а на втором этапе после повышения скорости газа-носителя до оптимальной величины Uc0i проводят разделение анализируемой смеси. Таким образом, применение при вводе пробы в колонку пониженной скорости газа-носителя позволяет уменьшить начальную ширину пробы (а, следовательно, и общую конечную ширину зоны), т. е. улучшить разделение.

На Рис. 13 представлены упрощенные схемы, поясняющие описанный выше вариант хроматографического разделения с использованием пониженной скорости газа-носителя при вводе пробы с ее дальнейшим повышением до необходимой для разделения.

На Рис. 14 приведено сравнение результатов разделения сложной смеси веществ при постоянной скорости газа-носителя (100 см/сек) в процессе анализа и

при использовании ввода образца при пониженной скорости газа-носителя (10 см/сек) в момент ввода пробы с дальнейшим ее увеличением до 100 см/сек. На полученной хроматограмме видно улучшение разделения пар н-додекан - нафталин и н-тридекан - метиловый эфир каприновой кислоты при вводе пробы в условиях программирования скорости газа-носителя.

Очевидно, что установленный нами эффект приобретает еще большее значение при введении образца, занимающего весь объем шприца, включая иглу, т. е. в том случае, когда не используется вариант ввода пробы типа «сэндвич», когда игла не заполнена образцом, а проба находится между двумя воздушными пузырьками. Если проба занимает весь объем шприца, то испарение образца из иглы начинается, как только игла проникает в испаритель. Испарение пробы может происходить и после ввода пробы, если игла извлекается из испарителя с некоторой задержкой. Эти явления приводят к дополнительному увеличению времени переноса образца в испаритель, и, следовательно, понижению эффективности.

Наиболее целесообразно использовать предложенный метод в высокоскоростной изотермической ГЖХ, поскольку максимальный эффект будет наблюдаться при наибольшей разнице между скоростью газа-носителя в момент ввода образца и скоростью газа-носителя в ходе хроматографического разделения.

К аналогичному улучшению эффективности разделения может приводить программирование скорости подвижной фазы при некоторых специфичных вариантах ввода пробы в градиентной препаративной ВЭЖХ. Например, во избежание известного эффекта искажения хроматографичеких зон при вводе большого объема пробы, растворенной в растворителе, отличающимся по составу от элюента, можно медленно вводить образец в поток подвижной фазы1. В этом случае происходит переразбавление образца подвижной фазой с последующим концентрированием компонентов пробы на начальном участке колонке (в то время как растворитель образца вымывается из колонки элюентом), которые затем по мере градиента подвижной фазы начинают элюироваться по колонке в виде относительно узких хроматографических зон. Однако, данный вариант ввода пробы применим только к относительно хорошо удерживаемым веществам, т. к. в противном случае вещество начинает элюироваться по колонке в виде сильно растянутой хроматографической зоны еще до начала градиентной программы. Снижение скорости элюента во время ввода пробы позволяет существенно повысить эффективность разделения таких веществ .

Таким образом, можно говорить о программировании скорости подвижной фазы как об общем способе вводе пробы в хроматографии в тех случаях, когда вводимый образец "смешивается" с подвижной фазой до хроматографической колонки.

1 Neue, U.D., Mazza, C.B., Cavanaugh, J.Y., Lu, Z., Weat, T.E., At-column dilution for improved loading in preparative chromatography. // Chromatographia, 2003,57, Suppl., 121-127

2 Lapin, A.B., Osokin, D.M., Jeffries, C., At-column dilution technique in preparative HPLC // 30,h International symposium & exhibit on high performance liquid phase separation and related techniques (HPLC-2006), San Francisco, CA, USA. Abstracts, P-542-TH, 2006

3 Lapin, A.B., Programmed injection as a way to eliminate peak distortion caused by a strong sample solvent in gradient reversed phase preparative HPLC. // Conference on small molecule science (CoSMoS-2006), San Diego, CA, USA, 2006

выводы

1. Впервые изучена новая область капиллярной ГЖХ, в которой используются колонки со сверхтолстыми пленками НЖФ (10 - 18 мкм). Эта область капиллярной ГЖХ отличается качественно новыми закономерностями, характерными только для этой области. Зависимость высоты, эквивалентной теоретической тарелке (ВЭТТ) от линейной скорости газа-носителя описывается линейным уравнением Н=Сги. Показано, что величины относительного удерживания нелинейно зависят от скорости газа-носителя. Коэффициент асимметрии аналитов нелинейно и заметно возрастает при увеличении скорости газа-носителя. Установленные зависимости свидетельствуют о том, что хроматографический процесс в колонках этого типа является неравновесным. Рекомендованы основные перспективные области применения колонок со сверхтолстыми пленками неподвижной жидкой фазы. Показаны преимущества использования колонок этого типа при вводе пробы без деления потока, при вводе больших объемов пробы, а так же для предварительного концентрирования образца перед основной аналитической капиллярной колонкой.

2. Впервые систематически изучены особенности хроматографических процессов в сверхкоротких и коротких капиллярных газо-жидкостных колонках (длиной 1 - 500 см). Показано, что в условиях программирования температуры эффективности колонок малой длины достаточно для высокоскоростного разделения относительно сложных объектов. Проведенные исследования представляют интерес для оценки характеристик сверхкоротких колонок и для их практического использования с целью расширения области хроматографического анализа термолабильных и высококипящих соединений, а так же для экспресс-анализа.

3. Предложен новый, более эффективный по сравнению с традиционным, способ ввода анализируемой пробы в хроматографическую систему, основанный на введении исследуемой пробы в поток газа-носителя при скорости меньшей, чем используемая при дальнейшем разделении скорость газа-носителя, а так же проведено его теоретическое обоснование. Применение данного метода ввода пробы позволяет заметно увеличить эффективность используемой хроматографической системы, а так же увеличить чувствительность определения (при условиях, использованных в ходе выполнения данной работы, величина ТЪ увеличивалась на 50%, отношение сигнал/шум - на 30%). Новый метод является оригинальным, легковоспроизводимым и достаточно общим.

Основное содержание работы изложено в

следующих публикациях:

1. Березкин, В.Г., Лапин, А.Б., Капиллярная газожидкостная хроматография на коротких и сверхкоротких колонках. // Доклады Академии Наук, 2001, Т.379,

2. Березкин, В.Г., Лапин, А.Б., Газовая хроматография на капиллярных колонках со сверхтолстыми пленками неподвижной жидкой фазы: неравновесная газовая хроматография. // Доклады Академии Наук, 2002, Т.382, N1, 78-81

3. Berezkin, V.G., Lapin, А.В., Malukova, I.V., Effect efficiency improvement by injecting a sample at carrier gas velocity in isothermal gas-liquid chromatography.// Journal of Chromatography A, Vol919, Issue 2,2001, 357-361

4. Berezkin, V.G., Lapin, A.B., Ultra-short open capillary columns in gas-liquid chromatography. II Journal of Chromatography A, Voll075, Issues 1-2, 2005, 197203

5. Berezkin, V.G., Lapin, A.B., Lipsky, J.В., Investigation of a new field in gas chromatography: Capillary columns with a super-thick layer of stationary liquid phase. II Journal of Chromatography A, Voll084, Issues 1-2, 2005, 18-23

и следующих тезисах сообщений на научных конференциях:

1. Березкин, В.Г., Лапин, А.Б., Исследование новой области в газовой хроматографии: капиллярные колонки со сверхтолстыми пленками неподвижной жидкой фазы. // Научная конференция Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН, Москва, Сб. Тез., 32, 2003

2. Berezkin, V.G., Lapin, А.В., Lipsky, J.B., Investigation of a new field in GC: capillary columns with a super-thick layer of stationary liquid phase. // 12th International symposium on advances and applications of chromatography in industry, Bratislava, Czech Republic., Abstracts, 41, 2004

3. Berezkin, V.G., Lapin, A.B., Ultrashort open tubular capillary columns in GC // 27th International symposium on capillary chromatography and electrophoresis in Riva del Garda, Italy., Abstracts, 30, 2004

4. Lapin, A.B., Osokin, D.M., Jeffries, C., At-column dilution technique in preparative HPLC // 30th International symposium & exhibit on high performance liquid phase separation and related techniques (HPLC-2006), San Francisco, CA, USA. Abstracts, P-542-TH, 2006

5. Lapin, A.B., Programmed injection as a way to eliminate peak distortion caused by a strong sample solvent in gradient reversed phase preparative HPLC. // Conference on small molecule science (CoSMoS-2006), San Diego, CA, USA, 2006

6. Лапин, А.Б., Березкин, В.Г., Исследование новой области в газовой хроматографии: капиллярные колонки со сверхтолстыми пленками неподвижной жидкой фазы. // Научная конференция с международным участием «Хроматография на благо России», Москва-Клязьма, 2007

N1.69-71

Заказ № 185/12/08 Подписано в печать 24.12.2008 Тираж 120 экз. Усл. п.л. 1,25

\ ООО "Цифровичок", тел. (495) 797-75-76; (495) 778-22-20 '^^Ч'У www.cfr.ru; е-таИ:info@cfr.ru

ВВЕДЕНИЕ.

Список сокращений.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Капиллярные колонки для газо-жидкостной хроматографии

1.1.1. Сравнение капиллярных и насадочных колонок.

1.1.2. Открытые капиллярные колонки с толстым слоем НЖФ.

1.1.3. Открытые капиллярные колонки со сверхтолстым слоем НЖФ.

1.1.4. Короткие открытые капиллярные колонки.

1.2. Ввод пробы в капиллярную колонку.

1.2.1. Ввод пробы в капиллярную колонку с делением потока.

1.2.2. Ввод пробы в капиллярную колонку без деления потока.

1.2.3. Ввод больших объемов пробы в капиллярную колонку.

Актуальность темы

Капиллярная газовая хроматография в настоящее время является основной областью практического приложения газо-жидкостной хроматографии (ГЖХ). Она активно используется как аналитический метод и как метод физико-химического исследования в промышленности, медицине, охране окружающей среды, научных исследованиях, определении следов взрывчатых веществ и т.д. В связи с этим поиск и исследование новых неизвестных ранее областей капиллярной газовой хроматографии, и, как следствие, расширение ее практического приложения представляет несомненный интерес для развития этой важной области.

Однако, несмотря на интенсивное развитие капиллярной хроматографии, многие ее важные и перспективные для практического применения области не были изучены. Так, не были исследованы, во-первых, капиллярные колонки со сверхтолстыми пленками неподвижной жидкой фазы (с толщиной пленки 10-18 мкм), и, во-вторых, сверхкороткие колонки (с длиной до 1 см включительно). Следовало ожидать, что изучение вышеуказанных областей капиллярной ГЖХ позволило бы расширить наши знания и представления о капиллярной ГЖХ и ее практическом приложении. Поэтому обсуждаемая научно-техническая проблема связана как с развитием капиллярной ГЖХ как области науки, так и с расширением ее практического применения.

Цель работы

Расширение наших представлений об определенной научной дисциплине обычно связано с поиском новых, неизученных областей направлений), изучением их характерных особенностей и оценкой их практического приложения. В качестве таких новых направлений капиллярной ГЖХ нам представлялось целесообразным исследовать, во-первых, область капиллярных колонок со сверхтолстыми пленками НЖФ (10 — 18мкм) и, во-вторых, область очень коротких капиллярных колонок (длиной вплоть до 1 см, что в 100 раз меньше длины, ранее описанной в литературе). Поскольку колонки с такими экстремальными параметрами (по сравнению с традиционно используемыми) характеризуются относительно невысокой эффективностью, то нами были проведены исследования, связанные с решением ряда принципиальных методических задач, связанных с оптимальной реализацией хроматографического процесса. К этим задачам следует отнести так же разработку нового метода ввода пробы в хроматографическую систему. Одновременно была подробно изучена и оценена практическая значимость проведенных исследований.

Научная новизна работы

1. Впервые изучена новая область капиллярной ГЖХ, в которой используются колонки со сверхтолстыми пленками НЖФ (10 -18 мкм). Показано, что эти колонки представляют собой новую область капиллярной ГЖХ, которая отличается рядом качественно новых закономерностей (характеристик), а именно:

1.1. Зависимость высоты, эквивалентной теоретической тарелке (ВЭТТ), от линейной скорости газа-носителя описывается следующим линейным уравнением: где: Н — высота, эквивалентная теоретической тарелке; Су -обобщенный коэффициент сопротивления массопередаче в жидкой и газовой фазах; и - скорость газа-носителя.

1.2. Относительные величины удерживания нелинейно зависят от скорости газа-носителя.

1.3. Коэффициент асимметрии хроматографируемых соединений достаточно резко и нелинейно возрастает при увеличении скорости газа-носителя.

2. Впервые систематически изучены особенности сверхкоротких и коротких (длиной 1 — 500 см) капиллярных газожидкостных колонок (минимальная длина колонки, которая описана в литературе, составляет 1,0 м). Функциональные зависимости ВЭТТ от линейной скорости газа-носителя для коротких колонок аналогичны известным для традиционных колонок (длиной 5-60 м). Проведение данного исследования позволило рекомендовать применение коротких колонок для решения следующих аналитических задач: разделение высококипящих и термолабильных соединений, проведение экспресс-анализа и изучение фракционного состава различных смесей по температурам кипения. Таким образом, использование коротких колонок существенно расширяет область применения капиллярной хроматографии.

3. В процессе выполнения работы предложен новый общий метод ввода анализируемой пробы в хроматографическую систему, позволяющий существенно повысить эффективность разделения. Предложенный метод основан на введении исследуемого образца в поток газа-носителя при скорости меньшей, чем используемая при дальнейшем разделении скорость газа-носителя. Применение данного нового метода ввода пробы позволяет заметно увеличить эффективность используемой хроматографической системы, а также чувствительность (при условиях, использованных в ходе выполнения данной работы, величина TZ увеличивалась на 50%, отношение сигнал/шум - на 30%).

Предложенный метод является новым, простым и достаточно общим: он был с успехом применен не только в капиллярной ГЖХ, но и в некоторых приложениях градиентной препаративной ВЭЖХ.

Практическая значимость работы

1. Показана целесообразность практического использования капиллярных колонок со сверхтолстым слоем НЖФ (10 — 18 мкм) для решения следующих важных практических задач:

1.1. Проведение предварительного концентрирования пробы при использовании относительно короткой колонки со сверхтолстым слоем НЖФ длиной 10-300 см, расположенной между устройством для ввода пробы и аналитической колонкой, и оборудованной устройством с независимым нагревом с целью быстрого и эффективного переноса анализируемой пробы в аналитическую колонку;

1.2. Введение в хроматографическую систему анализируемой пробы без делителя потока, в том числе при изотермическом разделении;

1.3. Введение больших объемов анализируемых проб (вплоть до 100 мкл) без использования специальных устройств.

2. Показана целесообразность практического использования сверхкоротких капиллярных колонок длиной 1 - 500 см для решения следующих задач:

2.1. Определение термолабильных соединений;

2.2. Определение высококипящих соединений;

2.3. Проведения экспресс-анализа ряда объектов;

2.4. Симулированной дистилляции.

3. Предложен новый метод повышения эффективности хроматографической системы, основанный на введении исследуемой пробы в хроматографическую систему при меньшей скорости газа-носителя, чем используемая при последующем разделении. Продемонстрирована возможность использования аналогичного способа ввода пробы в некоторых приложениях градиентной препаративной ВЭЖХ, что свидетельствует об универсальности нового метода.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 5 статей в российских и зарубежных журналах и тезисы 7 докладов на российских и международных научных конференциях.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на следующих международных и отечественных симпозиумах и конференциях: Научная конференция Института нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН (Москва, 2003), 12th International Symposium on Advances and Applications of Chromatography in Industry (Bratislava, Slovak Republic, 2004), 27th International Symposium on Capillary Chromatography and Electrophoresis (Riva del Garda, Italy, 2004), 30th International Symposium & Exhibit on High Performance Liquid Phase Separation and Related Techniques HPLC-2006 (San Francisco, CA, USA, 2006),

Conference on Small Molecule Science CoSMoS-2006 (San Diego, CA, USA, 2006), Научная конференция с международным участием «Хроматография на благо России» (Москва-Клязьма, 2007). Основное содержание работы опубликовано в России и за рубежом в следующих журналах: Доклады Академии наук и Journal of Chromatography А.

Положения, выносимые на защиту

1. Капиллярные газо-жидкостные колонки со сверхтолстыми пленками неподвижной жидкой фазы - новая область капиллярной хроматографии, характеризующаяся новыми закономерностями;

2. Систематическое исследование сверхкоротких и коротких капиллярных колонок (длиной 1 - 500 см), применение которых позволяет расширить область практического использования капиллярной ГЖХ;

3. Новый метод введения разделяемой пробы, позволяющий повысить эффективность хроматографической системы, основанный на введении разделяемой пробы при пониженной скорости подвижной фазы, который может быть применен как в ГЖХ, так и в некоторых приложениях градиентной ВЭЖХ.

Список сокращений

Общие сокращения г грамм л мкг мг нг миллиграмм, 1x10" г микрограмм, 1x10"6 г нанограмм, 1x10"9 г литр мкл о мл С миллилитр, 1x10"3 л микролитр, 1x10"6 л градус Цельсия

Сокращения, принятые в хроматографии dc - внутренний диаметр колонки

L — длина колонки

Vs - объем неподвижной фазы df — толщина пленки неподвижной жидкой фазы

J3 — фазовое отношение

Ds — коэффициент диффузии сорбата в неподвижной фазе DM - коэффициент диффузии сорбата в подвижной фазе Deff - эффективный коэффициент продольной диффузии г| - вязкость подвижной фазы Р; - давление на входе в колонку Р0 - давление на выходе из колонки АР — перепад давления в колонке и - линейная скорость подвижной фазы й — средняя (по времени пребывания вещества в колонке) скорость газа-носителя tM — мертвое время

Vm - мертвый объем tR - время удерживания вещества t'R - приведенное время удерживания к - фактор удерживания г — относительное удерживание

N — число теоретических тарелок

Н (или ВЭТТ) - высота, эквивалентная теоретической тарелке а - фактор разделения Rs — разрешение пиков

ВЫВОДЫ

1. Впервые изучена новая область капиллярной ГЖХ, в которой используются колонки со сверхтолстыми пленками НЖФ (10 -18 мкм). Эта область капиллярной ГЖХ отличается качественно новыми закономерностями, характерными только для этой области. Так, зависимость высоты, эквивалентной теоретической тарелке от линейной скорости газа-носителя описывается линейным уравнением Н=Суи; величины относительного удерживания нелинейно зависят от скорости газа-носителя; коэффициент асимметрии аналитов нелинейно и заметно возрастает при увеличении скорости газа-носителя.

Установленные зависимости свидетельствуют о том, что хроматографический процесс в колонках этого типа является неравновесным. Обоснованы основные перспективные области применения колонок со сверхтолстыми пленками неподвижной жидкой фазы. Показаны преимущества использования колонок этого типа при вводе пробы без деления потока, при вводе больших объемов пробы, а так же для предварительного концентрирования образца перед основной аналитической капиллярной колонкой.

2. Впервые систематически изучены особенности хроматографических процессов в сверхкоротких и коротких капиллярных газо-жидкостных колонках (длиной 1 - 500 см). Показано, что в условиях программирования температуры эффективности колонок малой длины достаточно для высокоскоростного разделения относительно сложных объектов. Проведенные исследования представляют интерес для оценки характеристик сверхкоротких колонок и для их практического использования с целью расширения области хроматографического анализа термолабильных и высококипящих соединений, а так же для экспресс-анализа.

3. Предложен новый, более эффективный по сравнению с традиционным, способ ■ ввода анализируемой пробы в хроматографическую систему, основанный на введении исследуемой пробы в поток газа-носителя при скорости меньшей, чем используемая при дальнейшем разделении скорость газа-носителя, а так же проведено его теоретическое обоснование. Применение данного метода ввода пробы позволяет заметно увеличить эффективность используемой хроматографической системы, а так же увеличить чувствительность определения (при условиях, использованных в ходе выполнения данной работы, величина TZ увеличивалась на 50%, отношение сигнал/шум - на 30%). Новый метод является оригинальным, легковоспроизводимым и достаточно общим.

1. Golay, M.J.E. Theory and practice of gas-liquid chromatography with coated capillaries. // In: Coates, V.J., Noebels, H.J., Fagerson, I.S. (Eds), Gas Chromatography. N.Y.: Acad. Press, 1958, 1-13

2. Barry, E.F., Columns: packed and capillary; columns selection in gas chromatography, In: Grob, R.L., Barry, E.F. (Eds), Modern Practice of Gas Chromatography, N.Y.: Willey, 2004, 65-191

3. Ettre, L.S., M.J.E. Golay and the invention of open-tubular (capillary) columns. II J. HighResolut. Chromatogr., 1987, 10, 221-230

4. Ettre, L.S., Open tubular columns: evolution, present status and future. II Anal Chem., 1985, 57, 1418-1438

5. Navotny, M., Zlatkis, A., Glass capillary columns and their significance in biochemical research. // Chromatogr. Rev., 1971, 14, 1-14

6. Welsch, Т., Engewald, W., Klaucke, C., Deactivation of glass capillary columns by silanization. // Chromatographia, 1977, 10, 22-24

7. Dandeneau, R.D., Zerenner, E.H., An investigation of glasses for capillary chromatography. 11 J. High Resolut. Chromatogr., 1979, 2, 351356

8. Dandeneau, R.D., Zerenner, E.H., The invention of fused-silica column: an industrial perspective. IILC-GC North Am., 1990, 8, 908-912

9. Ettre, L.S., Performance of open-tubular columns as function of tube diameter and liquid phase film thickness. // Chromatographia, 1984, 18, 477-488

10. Pretorius V., Bertsch W., Sample introduction in capillary gas-liquid chromatography. II J. High Resolut. Chromatogr., 1983 , 6, 64-67

11. Яшин ЯМ., Физико-химические основы хроматографического разделения, М.: Химия, 1976, 70

12. Lee M.L., Yang, F.J., Bartle, K.D., Open Tubular Gas Chromatography: Theory and Practice, Wiley, New York, 1984, 445

13. Freeman, R.R., High Resolution Gas Chromatography, 2nd ed., Hewlett-Packard, Palo Alto, CA, 1989, 73

14. В.Г. Березкин, Широкие капиллярные колонки с толстым слоем неподвижной жидкой фазы. 11 Заводская лаборатория, 1988, 54, 12

15. Sandra, P., Temmerman, Verstappe, М., On the efficiency of thick film capillary columns. II J. High Resolut. Chromatogr., 1983, 6, 501-504

16. Chen, Y.C., Inbaraj, B.S., Lo, J.G., Efficiency of short, thick-film capillary columns in gas chromatography with sulfur chemiluminescence detector for the separation of sulfur compounds a best performance study. // Chromatographia, 1999, 50, 553-530

17. David, F., Proot, M., Sandra, P., On the efficiency of capillary columns coated with medium polarity thick films. // J. High Resolut. Chromatogr., 1985, 8, 551-557

18. Barry, E.F., Columns: packed and capillary; columns selection in gas chromatography, In: Modern practice of gas chromatography, Grob, R.L., Barry, E.F., 2004, Wiley-Interscience, Hoboken, New Jersey, 65-193

19. Bartle, K.D., Film thickness of dynamically coated open-tubular glass columns for gas chromatography. // Anal. Chem., 1973, 45, 1831.

20. Barry, E.F., Grob, R.L., Columns for gas chromatography, performance and selection. Wiley-Interscience, New Jersey, 2007, 298p.

21. Винарский, B.A., Хроматография, Курс лекций, Часть 1, Газовая хроматография, Издательский центр БГУ, Минск, 2003, 170с

22. Тесаржик, К., Комарек, К., Капиллярные колонки в газовой хроматографии, М.: Мир, 1987, 222с

23. Ettre L.S., Efficiency, resolution and speed of open tubular columns as compared to packed columns. // J. Chromatogr., 1974, 91, 5-24

24. Ettre L.S., The development of gas chromatography. // J. Chromatogr., 1975, 112, 1-26

25. Barry, E.F., Grob, R.L., Columns for Gas Chromatography, Performance and Selection, John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2007, 298p

26. Grob, K, Grob, G., Capillary columns with very thick coatings. // J. High Resolut. Chromatogr., 1983, 6, 133-139

27. Ettre, L.S., McClure, G.L., Walters, J.D., Open tubular columns prepared with very thick liquid phase film II. Investigations on column efficiency. // Chromatographia, 1983, 17, 560-569.

28. Ettre, L.S., Open-tubular columns with very-thick liquid-phase film. I. Theoretical basis. // Chromatographia, 1983, 17, 553-559

29. Berezkin, V.G., Viktorova, E.N., Changes in the basic experimental parameters of capillary gas chromatography in the 20th century. // J. Chromatogr. A., 2003, 985, 3-10

30. Ilkova, E.L., Mistryukov, E.A., A simple versatile method for coating of glass capillary columns. // J. of Chromatogr. Sci., 1971, 9, 569570

31. Jennings, W, Yabumoto, K, R.H. Wohleb, Manufacture and use of the glass open tubular columns. // J. of Chromatogr. Sci., 1974, 12, 344348

32. Onuska, F.I., Narrow-bore wall-coated open-tubular columns for fast high-resolution gas chromatographic separations of toxicants of environmental concern. II J. Chromatogr., 1984, 289, 207-221.

33. PHAT Phase Capillary Columns, Quadrex Corp., 2000, Woodbridge, CT, USA

34. Березкин, В.Г., Лапин А.Б., Газовая хроматография на капиллярных колонках со сверхтолстыми пленками неподвижнойжидкой фазы: неравновесная газовая хроматография. // Доклады Академии Наук, 2002, Т.382. N1, 78-81

35. V.G. Berezkin, Lapin, А.В., Lipsky, J.B., Investigation of a new field in gas chromatography: Capillary columns with a super-thick layer of stationary liquid phase II J. Chromatogr., 2005, 1084, 18-23

36. Б. Лапин, В.Г. Березкин, Исследование новой области в газовой хроматографии: капиллярные колонки со сверхтолстыми пленками неподвижной жидкой фазы. // Научная конференция с международным участием «Хроматография на благо России», Москва-Клязьма, 2007

37. Pereira, A.S, Padilha, M.C., Neto, F.R.A., Two decades of high temperature gas chromatography (1983-2003): what's next? // Microchemical J., 2004, 77, 141-149

38. Pereira, A.S, Neto, F.R.A., High-temperature high-resolution gas chromatography: breaching the barrier to the analysis of polar and high molecular weigh compounds. // Trends in Anal. Chemistry, 1999, 18, 126136

39. Березкин, В.Г., Лапин, А.Б., Капиллярная газожидкостная хроматография на коротких и сверхкоротких колонках. // Доклады Академии Наук, 2001, 379, N1, 69-71

40. Berezkin, V.G., Lapin, А.В., Ultra-short open capillary columns in gas-liquid chromatography. II J. Chromatogr. A, 1075, 2005, 197-203

41. Berezkin, V.G., Lapin, A.B., Ultrashort open tubular capillary columns in GC // 27th International symposium on capillary chromatography and electrophoresis in Riva del Garda, Italy., Abstracts, 30, 2004

42. Grob, K., Jr., Evaluation of capillary gas chromatography for thermolabile phenylurea herbecides: comparison of different columns including fused silica. II J. Chromatogr., 1981, 208, 217-229.

43. Dagan, S., Amirav, A., Fast, high temperature and thermolabile GC-MS in supersonic molecular beams. // Int. J. Mass Spectrom. Ion. Proc., 1994, 133, 187-210

44. Kochman, M., Gardin, A., Goldshlag, P., Lehotay, S.J., Amirav, A., Fast, high-sensitivity, multipesticide analysis of complex mixtures with supersonic gas chromatography-mass spectrometry. // J.Chromatogr. A, 2002, 974, 185-212

45. Dagan, S., Amirav, A., Fast, very fast and ultra-fast gas chromatography-mass spectrometry of thermally labile steroids, carbamates, and drugs in supersonic molecule beams. // J. Am. Soc. Mass Spectrom., 1996, 7, 737

46. Fialkov, A.B., Gordin, A., Amirav, A., Extending the range of compounds amenable for gas chromatography-mass spectrometry analysis. II J. Chromatogr. A, 2003, 991, 217-240

47. Царев, Н.И., Царев, В.И., Катраков, И.Б., Практическая газовая хроматография, Изд-во Алтайского государственного университета, Барнаул, 2000, 156с

48. Trehy, M.L., Yost, R.A., Dorsey, J.G., Short open tubular columns in gas chromatography/mass spectrometry. // Anal. Chem., 1986, 58, 14

49. Rossi, S.A., Johnson, J.V., Yost, R.A., Optimization of short-column gas chromatography/electron ionization mass spectrometry conditions for the determination of underivatized anabolic steroids. // Biol. Mass Spectrom., 1992, 21, 420

50. Rossi, S.A., Johnson, J.V., Yost, R.A., Short-column gas chromatography/tandem mass spectrometry for the detection of underivatized anabolic steroids in urine. // Biol. Mass Specrom., 1994, 23, 131

51. Matisova, E., Domotorova, M., Fast gas chromatography and its use in trace analysis. II J. Chromatogr. A., 2003, 1000, 199-22154. van Es, A., High Speed Narrow-Bore Capillary Gas Chromatography, Htithig, Heidelberg, 1992, 158c

52. De Zeeuw, J., Peene, J., Jansen, H.G., Lou, X., A simple way to speed up separations by GC-MS using short 0.53 mm columns and vacuum outlet conditions. // J. High Resolut. Chromatogr., 2000, 23, 677-680

53. Brenner, N., Callen, J.E., Weis, M.D. (Eds.), Gas Chromatography, Academic Press, NY, 1962, 105

54. Sacks R.D., High-Speed Gas Chromatography, In: R.L. Grob, E.F. Barry (Eds), Modern Practice of Gas Chromatography, John Wiley & Sons, 2004, Hoboken, New Jersey, 234c

55. Cramers, C.A., Janssen H.G., van Deursen M.M., Leclercq P.A., High-speed gas chromatography: an overview of various concepts. // J. Chromatogr., 1999, 856, 315-329

56. Steenackers, D., Sandra, P., Capillary GC on 50 micrometer I.D. columns coated with thick films. Theory and selected practical results. // J. High Resolut. Chromatogr., 2005, 18, 77-82

57. David, F., Gere, D.R., Scanlan, F., Sandra, P., Instrumentation and applications of fast high-resolution capillary gas chromatography. // J. Chromatogr. A, 1999, 21 309-319

58. Tranchida, P.Q., Mondello, M., Sciarrone, D., Dugo, P., Dugo, G., Mondello, L., Evaluation of use of a very short polar microbore column segment in high-speed gas chromatography analysis. // J. Sep. Sci., 2008, 31,2634-2639

59. Xu, F., Guan, W., Yao, G., Guan, Y., Fast temperature programming on a stainless-steel narrow-bore capillary column by direct resistive heating for gas chromatography. // J. Chromatogr. A, 2008, 1186, 183-188

60. Сидельников, B.H., Патрушев, Ю.В., Поликапиллярная хроматография // Рос. Хим. Ж., 2003, XLVII, 1, 23

61. Grob, К., Split and Splitless Injection for Quantitative Gas Chromatography, Concepts, Processes, Practical Guidelines, Sources of Error, 4th ed., Wiley, NY, 2001, p.VI

62. Snow, N.H., Inlet Systems for Gas Chromatography, In: Grob, R.L., Barry, E.F. (Eds.), Modern Practice of Gas Chromatography, 4th ed., Jonh Wiley & Sons, New Jersey, 2004, 461-490

63. Сандра, П., Ввод пробы в капиллярную колонку, в: К. Хайвер (Ред.), Высокоэффективная газовая хроматография, М.: Мир, 1993, 59-132

64. Scott, R.P.W., Chromatographic Detectors, Design, Function, and Operation, 1996, Marcel Dekker, NY, 515p.

65. Grob, K., Split and Splitless Injection in Capillary GC, Hiithig, Heidelberg, 1993, 547p

66. Schomburg, G., Behlau, H., Dielmann, R., Weeke, F., Husmann, H., Sampling techniques in capillary gas chromatography. // J. Chromatogr. A, 1977, 142,87-102

67. Hinshaw, J.V., Split Injection, in: Sandra, P. (Ed.) Sample Introduction in Capillary GC, Vol.1, Hiithig, Heidelberg, 1985, 42

68. Grob Jr., K, Neukom, H.P., Pressure and flow changes in vaporizing GC injectors during injections and their impact on split ration and discrimination of sample solvent. // J. High Resolut. Chromatogr., 1979, 2, 563-569

69. Grob, К., Neukom, H.P., The influence of the syringe needle on the precision and accuracy of vaporizing GC injections. // J. High Resolut. Chromatogr., 1979, 2, 15-21

70. Liu, G., Xin, Z., Sample plug tailing and cold trap effect in hot split sampling. // Chromatographia, 1989, 28, № 11/12, 639-642

71. Liu, G., Xin, Z., Basic aspects of stop-flow split injection. // Chromatographia, 1989, 28, № 7-8, 385-390

72. Liu, G., Xin, Z., The glass insert in stop-flow split injection. // Chromatographia, 1990, 29, № 7-8, 385-388

73. Poy, F., A new temperature programmed injection technique for capillary GC: split mode cold introduction and temperature programmed vaporization. // Chromatographia, 1982, 16, №1, 345-348

74. Grob, K., Sample evaporation in conventional GC split/splitless injectors; Part 1: Some quantitative estimations concerning heat consumption during evaporation. // J. High Resolut. Chromatogr., 1992, 15, 190-194

75. Bailey, R., Injectors for capillary gas chromatography and their application to environmental analysis. // J. Environ. Monit., 2005, 7(11), 1054-1058

76. Bayona, J.M., Aparicio, X., Albaiges, J., A comparison of vaporizing injectors for trace analysis in capillary gas chromatography. II J. High Resolut. Chromatogr., 1985, 9, 59-60

77. Vogt, W., Jacob, K., Ohnesorge, A.B., Schwertfeger G., Application of the split-splitless injector to environmental analysis // J. Chromatogr. A, 1981,217,91-98

78. Grob, K, Grob Jr., K, Splittless injection and the solvent effect. // J. High Resolut. Chromatogr., 1978, 1, 57-64

79. Pretorius, V, Lawson, K.H., Rohwer, E.R., Bertsch, W, Solute focusing, using the solvent effect in capillary GLC: The solvent effect in the presence of stationary phase. // J. High Resolut. Chromatogr., 1983, 7, 92-94

80. Grob Jr., K., Peak broadening or splitting caused by solvent flooding after splitless or cold on-column injection in capillary gas chromatography. II J. Chromatogr., 1981, 213, 13

81. Grob Jr., K, Miiller, R., Some technical aspects of the preparation of a "retention gap" in capillary gas chromatography. // J. Chromatogr. A, 1982, 244, 185-196

82. Moldoveanu, S.C., David, V., Sample Preparation in Chromatography, Elsevier Science, Amsterdam, Nederlands, 2002, 930

83. David, F., Stafford, S.S., Pressure programming with the split/splitless inlet, In: Stafford, S.S. (Ed.), Electronic pressure control in gas chromatography, Hewlett-Packard, Wilmington, DE, 1993, 81-97.

84. Vincenti, M., Minero, C., Sega, M, Rovida, C., Optimized splitless injection of hydroxylated PCBs by pressure pulse programming. // J. High Resolut. Chromatogr., 1995, 18, 490-494

85. Vogt, W., Jacob, K., Ohnesorge, A.B., Obwexer, H.W., Capillary gas chromatographic injection system for large sample volumes. // J. Chromatogr., 1979, 186, 197-205

86. Engewald, W., Teske, J., Efer, J., Programmed temperature vaporizer-based large volume injection in capillary gas chromatography. // J. Chromatogr. A, 1999, 842, 143-161

87. Mol, H.G.J., Janssen, H.G., Cramers, C.A., Brinkman, U.A.T., Large-volume injection in gas chromatographic trace analysis using temperature-programmable (PTV) injectors. // Trends in Anal. Chem., 1996, 15, 206-214

88. Bosboom J.C., Janssen, H.G., Mol, H.G.J., Cramers, C.A., Large-volume injection in capillary gas chromatography using a programmed-temperature vaporizing injector in on-column or solvent-vent injection mode. II J. Chromatogr. A, 1996, 724, 384-391

89. Grob, K., Karrer, G., Riekkola, M.L., On-column injection of large sample volumes using thr retention gap technique in capillary gas-chromatography. // J. Chromatogr. A., 1985, 334, 129-155.

90. Engewald, W., Teske, J., Efer, J., Programmed temperature vaporizer-based injection in capillary gas chromatography. // J. Chromatogr. A, 1999, 856, 259-278

91. Jennings W., Takeoka, G., Some theoretical aspects of capillary on-column injections. // Chromatographia, 1982, 15, 575-584

92. Grob K, Laeubli, Т., Brechbuehler, Splitless injection development and state of art, including a comparison of matrix ("dirt") effect in conventional and PTV splitless injection. // J. High Resolut. Chromatogr., 1988, 11, 462.

93. Grob, K., Schmarr, H.G., Mosandl, A., Early solvent vapor exit in GC for coupled LC-GC involving concurrent eluent evaporation. // J. High Resolut Chromatogr., 1989, 12, 375-382

94. Teske, J, Engewald, W., Methods for, and application of, large-volume injection in capillary gas chromatography. // Trends in Anal. Chem., 2002, 21, 584-593

95. Grob Jr., K., Muller, E., Introduction of water and water-containing solvent mixtures in capillary gas chromatography. Principles of concurrentsolvent evaporation with co-solvent trapping. // J. Chromatogr. A, 1989, 473,411-422

96. Grob, K., Muller, E., Sample reconcentration by column-external solvent evaporation or injection of large volumes into gas chromatographic columns. II J. Chromatogr., 1987, 404, 297-305

97. Pacholec, F., Poole, C.F., On-column injection in the spopped-flow mode with opent-tubular columns. // Chromatographia, 1982, 15, №9, 575-576

98. Kristenson, E.M., Kamminga, D.A., Catalina, M.I., Espiga, C., Vreuls, R.J.J., Brinkman, U.A.T., Role of the retaining precolumn in large-volume on-column injections of volatiles to gas chromatography. // J. Chromatogr. A., 2002, 975, 95-104

99. Adahchour, M., Kristenson, E.M., Vreuls, R.J.J., Brinkman, U.A.T., Investigation on analyte losses in systems suited for large-volume on-column injections. // Chromatographia, 2001, 53, №5-6, 237-234

100. Perez, M., Alario, J., Vazquez, A., Villen, J., On-line reversed phase LC-GC by using the new TOTAD (through oven transfer adsorption desorption) interface: application to parathion residue analysis. // J. Microcol. Sep., 1999, 11, 582-589

101. Hoh, E., Mastovska, K., Large volume injection technique in capillary gas chromatography. // J. Chromatogr. A, 2008, 1186, 2-15

102. Sandra, P., David, F., Vanhoenacker, G., Advanced sample preparation technique for the analysis of food contaminants and residues. // Сотр. Anal Chem., 51, 2008, 131-174

103. Bicchi, C., Cordero, C., Liberto, E., Rubiolo, P., Sgorbini, В., Sandra, P., Sorptive tape extraction in the analysis of the volatile fraction amitted biological solid matrices. II J. Chromatogr. A, 2007, 1148, 137-144

104. Gustavsson, Р.Е., Larsson, P.O., Support Materials for Affinity Chromatography, In: Hage, D.S., Handbook of Affinity Chromatography, 2006, CRC Press, 15-35

105. Сивухин, Д.В., Общий курс физики, 1990, T.II, М.: Главы. Ред. физ.-матем. лит.

106. Писарев, О.А., Кручина-Богданов, И.В., Глазов, Н.В., Быченкова, О.В., Кинетическое решулирование селективности сорбции в жидкостной хроматографии низкого давления. // Доклады Академии Наук, 1998, 362, №3, 365-367

107. Giddings, J.C., Kinetic origin of tailing in chromatography // Anal. Chem., 1963, 35, 1999-2002

108. Nojima, S., Appereson, C., Schal, C., A simple, convenient, and efficient preparative GC system that uses a short megabore capillary column as a trap. \\J. of Chem. Ecology, 2008, 34, 418-428

109. Sacks R.D., High-Speed Gas Chromatography, In: R.L. Grob, E.F. Barry (Eds), Modern Practice of Gas Chromatography, John Wiley & Sons, 2004, Hoboken, New Jersey, p.234

110. Лапин, А.Б., Березкин, В.Г., Некоторые закономерности изменения селективности разделения в газо-жидкостной хроматографии с программированием температуры. // Заводская лаборатория, 2003, N4, 69, 7-12.

111. Berezkin, V.G., Lapin, А.В., Shepelev, B.N., Effect of influence of a flow rate of the carrier gas on separation in programmed-temperature gas chromatography. // 22 International Symposium on Chromatography, Rome, Italy, Abstacts, PI80,1998

112. Lapin, A.B., Berezkin, V.G., Influence of some important factors on selectivity in programmed temperature gas chromatography. // 29th International symposium on capillary chromatography and electrophoresis in Riva del Garda, Italy, Abstracts, 2006

113. Gonzalez, F.R., Nardillo, A.M., Aspects of the elution order inversion by pressure changes in programmed-temperature gas chromatography. II J. Chromatogr. A., 1997, 779, 263-274

114. Thompson, M.Q., Pressure/flow relationships in capillary gas chromatography, In: Stafford, S.S. (Ed.), Electronic pressure control in gas chromatography, Hewlett Packard, 1993, 25-42

115. David, F., Sandra, P., Stafford, S., Slavica, В., Imroved sensitivity for the analysis of organochlorine pesticides by CGC-ECD using pressure-pulsed splitless injection. // Application Note, Hewlett Packard, 1993, Pub.No 5091-6695E, 1-9

116. Wylie, P.L., Klein, K.J., Thompson, M.Q., Hermann, B.W., Using electronic pressure programming to reduce the decomposition of labile compounds during splitless injection. // J. High Resolut. Chromatogr., 1992, 15, 763

117. Neue, U.D., Mazza, C.B., Cavanaugh, J.Y., Lu, Z., Weat, Т.Е., At-column dilution for improved loading in preparative chromatography. // Chromatographia, 2003, 57, Suppl., 121-127

118. Blom, K.F., Two-pump at-column-dilution configuration for preparative liquid chromatography-mass-spectrometry. I I J. Comb. Chem., 2002,4, 295-301

119. Huber, U., Injection of high-concentration samples with the Agilent 1100 Series purification system. // Application Note, 2007, Agilent Technologies, Pub.No 5988-8654EN, 1-7

120. Lapin, A.B., Programmed injection as a way to eliminate peak distortion caused by a strong sample solvent in gradient reversed phase preparative HPLC. // Conference on small molecule science (CoSMoS-2006), San Diego, CA, USA, 2006