Velikosti nástřiku a mimokolonové příspěvky v HPLC | LabRulez LCMS

Tipy a triky v HPLC: Velikosti nástřiku a mimokolonové příspěvky v HPLC

Po, 21.3.2022
| Originální článek z: Česká chromatografická škola/Michal Douša
Na účinnost kolony má velikost nástřiku vliv zejména u mikrokolon. Objemy všech částí HPLC aparatury mají být co nejmenší, aby se zamezilo mimokolonovému rozmývání píků a tím snížení účinnosti kolony.
Wikipedia/YassineMrabet: Tipy a triky v HPLC: Velikosti nástřiku a mimokolonové příspěvky v HPLC

Wikipedia/YassineMrabet: Tipy a triky v HPLC: Velikosti nástřiku a mimokolonové příspěvky v HPLC

Vliv velikosti nástřiku na účinnost kolony

Na účinnost kolony má vliv velikost nástřiku zejména u mikrokolon. Experimentálně bylo zjištěno, že velikost nástřiku neovlivní účinnost kolony, jestliže vzorek zaujme v koloně prostor odpovídající √n/2 to znamená, že pro kolonu s n = 1000 může zaujmou asi 16 pater a 1,6 % její délky, pro kolonu s n = 5000 asi 35 pater, ale jen 0,7 % její délky.

Exaktně vyjádřeno je maximálně použitelný objem dávkovaného vzorku VI závislý na účinnosti chromatografického systému vyjádřený počtem teoretických pater n a na retenčním objemu VR:

HPLC.cz: Výpočet velikosti objemu nástřiku

kde a je konstanta vyjadřující rozmytí píku. Nemá-li rozmytí dosáhnout 10 % je a = 1,1, pak vyjádřením mimokolonového příspěvku nástřiku vzorku k rozšíření zóny (vzhledem k aditivitě jednotlivých příspěvků k rozmytí eluční zóny dostaneme):

HPLC.cz: Výpočet velikosti objemu nástřiku

kde svI² je rozptyl objemového rozmytí způsobeného objemem dávkovaného vzorku.

Při použití mikrokolony s vnitřním průměrem 1 mm, délkou 150 mm a sorbentem s částicemi o velikosti 5 µm by dávkovaný objem neměl přesáhnout 0,84 µl, při použití kolony s vnitřním průměrem 0,5 mm a délkou 100 mm se tento objem snižuje na 0,17 µl a při zkrácení kolony na 20 mm je pak maximálně dávkovaný objem 0,08 µl.

Tento objem je technicky nemožné dávkovat na mikrokolonu a vzniká tedy paradox mezi objemem dávkovaného vzorku a malým retenčním objemem.

Na mikrokolonu se dávkuje vzorek o objemu VI, který přesahuje daleko retenční objem VR a v tomto případě můžeme na proces dávkování hledět jako na chromatografii se stupňovitým gradientem síly mobilní fáze - významnou roli zde totiž hraje retenční síla solventu vzorku, která je charakterizována kapacitním poměrem solutu v solventu vzorku kS. V tomto případě musí platit, že kapacitní poměr kS >> k, kde k je kapacitní poměr solutu v mobilní fázi a pak platí pro retenční objem:

VR = VI + kVM

ze kterého je zřejmé, že je na mikrokolonu možné dávkovat vzorek o objemu několikanásobně převyšující mrtvý objem kolony. V případě, že kS = k, pak velikost VI je omezena pouze rovnicí.

Pro velikost objemu nástřiku VI vyhovuje velmi dobře vztah:

HPLC.cz: Výpočet velikosti objemu nástřiku

Máme-li kolonu o vnitřním průměru 4,6 mm a kapacitní poměr k = 5, účinnost kolony je n = 10 000, pak objem nástřiku VI by měl zaujmout maximálně 289 pater tj. 2,9 % délky kolony. Pro kolonu o délce L = 250 mm to pak odpovídá asi nástřiku 120 µl, ale pro kolonu o délce L = 100 mm pouze 50 µl aniž by došlo k ovlivnění účinnosti separace.

Vliv objemu nástřiku na selektivitu systému a retenci je (popsán zde).

Mimokolonové příspěvky k rozšíření chromatografické zóny

K rozšíření chromatografické zóny přispívají nemalou měrou i mimokolonové příspěvky. Ty představují rozšíření chromatografických píků v nastřikovacím zařízení, spojovacích zařízení (potrubí, spojky) a detektoru. Na reverzní fázi hraje velkou úlohu k rozšíření chromatografické zóny zbytková koncentrace silanolových skupin.

Tento příspěvek je úměrný celkovému objemu těchto částí. Rozptyl v šířce chromatografické zóny je tedy roven součtu rozptylů v koloně a ve všech ostatních objemových částech chromatografického systému a matematicky můžeme psát:

HPLC.cz: Výpočet rozptylu v šířce chromatografické zóny

Objemy všech částí aparatury mají být tedy co nejmenší, aby se zamezilo mimokolonovému rozmývání píků a tím snížení účinnosti kolony.

Toto je zejména markantní u použití mikrokolon (krátké a extrémně úzké, plněné malými částečkami), kdy klesá volný objem kolony jejím zkrácením a zmenší se i výškový ekvivalent teoretického patra.

Nástřik vzorku a objem cely detektoru

Pro odhad směrodatné odchylky příspěvku objemu nástřiku Vi, použijeme-li varianci obdélníkového koncentračního pulsu, můžeme psát:

HPLC.cz: Výpočet příspěvku objemu nástřiku Vi

a pro objemový příspěvek detektoru Vdet můžeme napsat stejnou rovnici:

HPLC.cz: Výpočet příspěvku detektoru Vdet

Mimokolonový příspěvek objemu nástřiku a objemu cely detektoru se sníží objemovým snížením těchto parametrů.

Spoje

Spojovací kapiláry mezi kolonou a detektorem, kolonou a nástřikovým zařízením musí být voleny tak, aby zbytečně nezvyšovaly mrtvý objem celého chromatografického systému a tím nepřispívaly k rozmývání elučních křivek. Rozšiřování píků v kapilárních spojích je možné vyjádřit rozptylem Taylor-Arisovou rovnicí:

HPLC.cz: Výpočet příspěvku kapilárních spojů

kde L je délka kapiláry, dt je její vnitřní průměr.(1),(2) Pro mimokolonové příspěvky je nutné, aby kapiláry byly co nejkratší a měly co nejmenší vnitřní průměr, ale v praxi se nemůže omezeně zmenšovat jejich vnitřní průměr pro značný vzrůst odporu (0,08-0,25 mm).

Vliv spojovacího potrubí lze demonstrovat tím, že při průchodu mobilní fáze spojovacím potrubím (kapilárou, kolonou) dochází k deformaci zóny složky. Ve středu kapiláry postupuje mobilní fáze (a tím i zóny složky) pomaleji než u stěn kapiláry.

Výsledkem je, že směrodatná odchylka v šířce zóny je větší než očekávaná hodnota ( viz obrázek č. 1) a je rovna hodnotě B místo očekávané hodnotě A (projevuje se u kapilár s velkým vnitřním průměrem).

HPLC.cz: Obr. 1 Profil zóny složky v chromatografické koloně

Elektronika detektoru

Časová konstanta detektoru

Pro experimentální modifikovanou Gaussovu křivku je rozptyl dán součtem rozptylu symetrického Gaussova rozdělení a časové konstanty t²

HPLC.cz: Výpočet příspěvku elektroniky detektoru

Pro retenční čas 1 min a účinnost kolony n = 10 000 pater je s asi 0,6 s (kolona 3,9x150 mm Fm = 1,5 ml/min) a proto by měly mít detektory časovou konstantu < 1s, lépe okolo 0,1 s.

A/D převodník a digitální filtr

Pro časovou konstantu tA/D převodníku (filtr) můžeme vyjít z rovnice pro nástřik vzorku a substitucí dostaneme:

HPLC.cz: Výpočet příspěvku A/D převodníku

Vliv časové konstanty detektoru je ukázán na obrázku č. 2 ze kterého je zřejmý mimokolonový příspěvek časové konstanty k rozšiřování šířky píku.

Pro digitální filtr (záměna elektronického filtru) se zavádí faktor b:

HPLC.cz: Výpočet příspěvku digitálního filtru

V případě, že b=10 a časová konstanta tA/D = 0,1 je s = 0,3 s.

Kromě elektronických konstant detektoru existuje u některých typů detektorů i možnost nastavení rychlosti sběru a ukládání dat (bodů za sekundu, SR), které má vliv na tvar elučního píku. Minimální počet bodů přes celý pík je 15 bodů a pro určení velikost SR zde platí rovnice:

HPLC.cz: Výpočet velikosti rychlosti sběru a ukládání dat (SR)

kde YV je šířka píku v základně píku (s). V případě, že šířka píku W=3 s, pak SR = 15/3 = 5 s¯¹. Pro pochopení je vliv nastavení SR ukázán na obrázku č. 3.

HPLC.cz: Obr. 2 Vliv časové konstanty detektoru (filtr) na mimokolonové rozšíření píku

HPLC.cz: Obr. 3 Vliv nastavení SR (Sampling Rate ) na tvar píku. (SR = 5,0 tj. 5 bodů za sekundu; SR = 0,25 tj. 1 bod za 4 sekundy)

Mimokolonové příspěvky, zde zejména příspěvky objemu cely detektoru, by měly dosahovat maximálně 10-30 % směrodatné odchylky, jinak rozmytí zón je pak daleko větší a uplatňují se tím daleko významněji k rozšíření chromatografického píku.

Zdroje

(1) Taylor G.I.: Proc. Roy. Soc. A219, 196 (1953)

(2) Aris R.: Proc. Roy. Soc. A235, 67 (1965)

Česká chromatografická škola
 

Mohlo by Vás zajímat

Exploring the Impact of Part Per Billion Mass Accuracy for Metabolite Identification using Multi Reflecting Time of Flight MS with UPLC Part B

Aplikace
| 2023 | Waters
Instrumentace
LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS
Výrobce
Waters
Zaměření
Metabolomika

LC-MS/MS Analysis of Immunosuppressant Drugs in Whole Blood using the Xevo TQ Absolute with the Capitainer® B Device for Clinical Research

Aplikace
| 2023 | Waters
Instrumentace
Příprava vzorků, LC/MS, LC/MS/MS, LC/QQQ
Výrobce
Waters
Zaměření
Klinická analýza

Fat- and Water-Soluble Vitamin Analysis in Foods and Supplements (Consumable Workflow Ordering Guide)

Příručky
| 2023 | Agilent Technologies
Instrumentace
Spotřební materiál, LC kolony
Výrobce
Agilent Technologies
Zaměření
Potraviny a zemědělství

Simultaneous Analysis of 20 Steroid Hormones and High-Sensitivity Analysis of Estrogens

Aplikace
| 2023 | Shimadzu
Instrumentace
LC/MS, LC/MS/MS, LC/QQQ
Výrobce
Shimadzu
Zaměření
Klinická analýza

Determination of tetrafluoroborate, perchlorate, and hexafluorophosphate in an electrolyte sample for lithium-ion battery production

Aplikace
| 2023 | Thermo Fischer Scientific
Instrumentace
Iontová chromatografie
Výrobce
Thermo Fischer Scientific
Zaměření
Průmysl a chemie
 

Podobné články

Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Vliv chromatografických podmínek na eluční charakteristiky separovaných látek

Které parametry nebo podmínky separace nejčastěji ovlivňují eluci Vašich analytů? Podívali jsme se na Teplotu, Složení mobilní fáze nebo Rozměry kolon.
Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Problémy přenosu HPLC metod a jejich vhodné korekce

Jak prakticky postupovat při změně/přenosu HPLC metody mezi různými instrumenty nebo pracovišti rozebere další díl Tipů a Triků v HPLC.
Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Ultra fast high temperature LC (UFHTLC)

Dnešní díl tipů & triků v HPLC blíže rozebere možnosti a dopady zvýšené teploty na chromatografické koloně a techniku UFHTLC.
Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Teorie toku mobilní fáze postkolonovým reaktorem

Derivatizace za kolonou (post-column derivatization) se někdy rovněž nazývá on-line derivatizace a jedná se o průtočný reaktor, který je umístěn za chromatografickou kolonu.
 

Mohlo by Vás zajímat

Exploring the Impact of Part Per Billion Mass Accuracy for Metabolite Identification using Multi Reflecting Time of Flight MS with UPLC Part B

Aplikace
| 2023 | Waters
Instrumentace
LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS
Výrobce
Waters
Zaměření
Metabolomika

LC-MS/MS Analysis of Immunosuppressant Drugs in Whole Blood using the Xevo TQ Absolute with the Capitainer® B Device for Clinical Research

Aplikace
| 2023 | Waters
Instrumentace
Příprava vzorků, LC/MS, LC/MS/MS, LC/QQQ
Výrobce
Waters
Zaměření
Klinická analýza

Fat- and Water-Soluble Vitamin Analysis in Foods and Supplements (Consumable Workflow Ordering Guide)

Příručky
| 2023 | Agilent Technologies
Instrumentace
Spotřební materiál, LC kolony
Výrobce
Agilent Technologies
Zaměření
Potraviny a zemědělství

Simultaneous Analysis of 20 Steroid Hormones and High-Sensitivity Analysis of Estrogens

Aplikace
| 2023 | Shimadzu
Instrumentace
LC/MS, LC/MS/MS, LC/QQQ
Výrobce
Shimadzu
Zaměření
Klinická analýza

Determination of tetrafluoroborate, perchlorate, and hexafluorophosphate in an electrolyte sample for lithium-ion battery production

Aplikace
| 2023 | Thermo Fischer Scientific
Instrumentace
Iontová chromatografie
Výrobce
Thermo Fischer Scientific
Zaměření
Průmysl a chemie
 

Podobné články

Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Vliv chromatografických podmínek na eluční charakteristiky separovaných látek

Které parametry nebo podmínky separace nejčastěji ovlivňují eluci Vašich analytů? Podívali jsme se na Teplotu, Složení mobilní fáze nebo Rozměry kolon.
Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Problémy přenosu HPLC metod a jejich vhodné korekce

Jak prakticky postupovat při změně/přenosu HPLC metody mezi různými instrumenty nebo pracovišti rozebere další díl Tipů a Triků v HPLC.
Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Ultra fast high temperature LC (UFHTLC)

Dnešní díl tipů & triků v HPLC blíže rozebere možnosti a dopady zvýšené teploty na chromatografické koloně a techniku UFHTLC.
Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Teorie toku mobilní fáze postkolonovým reaktorem

Derivatizace za kolonou (post-column derivatization) se někdy rovněž nazývá on-line derivatizace a jedná se o průtočný reaktor, který je umístěn za chromatografickou kolonu.
 

Mohlo by Vás zajímat

Exploring the Impact of Part Per Billion Mass Accuracy for Metabolite Identification using Multi Reflecting Time of Flight MS with UPLC Part B

Aplikace
| 2023 | Waters
Instrumentace
LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS
Výrobce
Waters
Zaměření
Metabolomika

LC-MS/MS Analysis of Immunosuppressant Drugs in Whole Blood using the Xevo TQ Absolute with the Capitainer® B Device for Clinical Research

Aplikace
| 2023 | Waters
Instrumentace
Příprava vzorků, LC/MS, LC/MS/MS, LC/QQQ
Výrobce
Waters
Zaměření
Klinická analýza

Fat- and Water-Soluble Vitamin Analysis in Foods and Supplements (Consumable Workflow Ordering Guide)

Příručky
| 2023 | Agilent Technologies
Instrumentace
Spotřební materiál, LC kolony
Výrobce
Agilent Technologies
Zaměření
Potraviny a zemědělství

Simultaneous Analysis of 20 Steroid Hormones and High-Sensitivity Analysis of Estrogens

Aplikace
| 2023 | Shimadzu
Instrumentace
LC/MS, LC/MS/MS, LC/QQQ
Výrobce
Shimadzu
Zaměření
Klinická analýza

Determination of tetrafluoroborate, perchlorate, and hexafluorophosphate in an electrolyte sample for lithium-ion battery production

Aplikace
| 2023 | Thermo Fischer Scientific
Instrumentace
Iontová chromatografie
Výrobce
Thermo Fischer Scientific
Zaměření
Průmysl a chemie
 

Podobné články

Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Vliv chromatografických podmínek na eluční charakteristiky separovaných látek

Které parametry nebo podmínky separace nejčastěji ovlivňují eluci Vašich analytů? Podívali jsme se na Teplotu, Složení mobilní fáze nebo Rozměry kolon.
Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Problémy přenosu HPLC metod a jejich vhodné korekce

Jak prakticky postupovat při změně/přenosu HPLC metody mezi různými instrumenty nebo pracovišti rozebere další díl Tipů a Triků v HPLC.
Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Ultra fast high temperature LC (UFHTLC)

Dnešní díl tipů & triků v HPLC blíže rozebere možnosti a dopady zvýšené teploty na chromatografické koloně a techniku UFHTLC.
Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Teorie toku mobilní fáze postkolonovým reaktorem

Derivatizace za kolonou (post-column derivatization) se někdy rovněž nazývá on-line derivatizace a jedná se o průtočný reaktor, který je umístěn za chromatografickou kolonu.
 

Mohlo by Vás zajímat

Exploring the Impact of Part Per Billion Mass Accuracy for Metabolite Identification using Multi Reflecting Time of Flight MS with UPLC Part B

Aplikace
| 2023 | Waters
Instrumentace
LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS
Výrobce
Waters
Zaměření
Metabolomika

LC-MS/MS Analysis of Immunosuppressant Drugs in Whole Blood using the Xevo TQ Absolute with the Capitainer® B Device for Clinical Research

Aplikace
| 2023 | Waters
Instrumentace
Příprava vzorků, LC/MS, LC/MS/MS, LC/QQQ
Výrobce
Waters
Zaměření
Klinická analýza

Fat- and Water-Soluble Vitamin Analysis in Foods and Supplements (Consumable Workflow Ordering Guide)

Příručky
| 2023 | Agilent Technologies
Instrumentace
Spotřební materiál, LC kolony
Výrobce
Agilent Technologies
Zaměření
Potraviny a zemědělství

Simultaneous Analysis of 20 Steroid Hormones and High-Sensitivity Analysis of Estrogens

Aplikace
| 2023 | Shimadzu
Instrumentace
LC/MS, LC/MS/MS, LC/QQQ
Výrobce
Shimadzu
Zaměření
Klinická analýza

Determination of tetrafluoroborate, perchlorate, and hexafluorophosphate in an electrolyte sample for lithium-ion battery production

Aplikace
| 2023 | Thermo Fischer Scientific
Instrumentace
Iontová chromatografie
Výrobce
Thermo Fischer Scientific
Zaměření
Průmysl a chemie
 

Podobné články

Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Vliv chromatografických podmínek na eluční charakteristiky separovaných látek

Které parametry nebo podmínky separace nejčastěji ovlivňují eluci Vašich analytů? Podívali jsme se na Teplotu, Složení mobilní fáze nebo Rozměry kolon.
Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Problémy přenosu HPLC metod a jejich vhodné korekce

Jak prakticky postupovat při změně/přenosu HPLC metody mezi různými instrumenty nebo pracovišti rozebere další díl Tipů a Triků v HPLC.
Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Ultra fast high temperature LC (UFHTLC)

Dnešní díl tipů & triků v HPLC blíže rozebere možnosti a dopady zvýšené teploty na chromatografické koloně a techniku UFHTLC.
Článek | Akademie

Tipy a triky v HPLC: Teorie toku mobilní fáze postkolonovým reaktorem

Derivatizace za kolonou (post-column derivatization) se někdy rovněž nazývá on-line derivatizace a jedná se o průtočný reaktor, který je umístěn za chromatografickou kolonu.
Další projekty
Sledujte nás
Další informace
WebinářeO násKontaktujte násPodmínky užití

LabRulez s.r.o. Všechna práva vyhrazena.