흐름 열 커튼 : 효율성과 감도의 최적화

요약

여기에서는 분리 성능 향상을 위해 CF(Curtain flow) 모드에서 AFT(Active Flow Technology) 컬럼의 작동 및 최적화를 위한 프로토콜을 제시합니다.

초록

Active Flow Technology(AFT)는 특별히 제작된 멀티포트 엔드 피팅을 사용하여 HPLC 컬럼의 분리 성능을 향상시키는 컬럼 기술의 한 형태입니다. 커튼 흐름(CF) 컬럼은 AFT 컬럼 제품군에 속하며, 특히 CF 컬럼은 샘플이 베드의 방사형 중앙 영역에 주입되고 용질 주입을 둘러싼 이동상의 커튼 흐름이 샘플이 벽으로 방사형 분산되는 것을 방지하도록 설계되었습니다. 컬럼은 '무한 직경' 컬럼으로 기능합니다. 이 설계의 목적은 컬럼 베드의 방사형 이질성을 극복하는 동시에 컬럼 베드의 방사형 중앙 영역으로의 샘플 부하를 최대화하여 검출 감도를 높이는 것입니다. 여기에 설명된 프로토콜은 최적화된 무한 직경 '가상' 컬럼에 대한 시스템 및 CF 컬럼 설정과 튜닝 프로세스를 간략하게 설명합니다.

서론

최근에는 고속 액체 크로마토 그래피 (HPLC) 컬럼을위한 기술이 크게 발전하고있다; 최대 용량은 주로 작은 입자 크기를 사용하고,보다 효율적으로 코어 쉘 입자 상당히 확실히 증가하고있다. 분리는 일반적으로 더 효율적이기 때문에 피크가 지금 선명하고 ^1-8 따라서 키가 있기 때문에, 플로우에 대한 효과는 감도가 증가하고있다.

그럼에도 불구하고, 방사 층 얼룩이 모든 컬럼의 성능에 제한 요소가 여전히 있지만, 이것은 크로마토 그래피 수년이 알려진 이후 새로운 스토리 아니다. 열 침대 반경 방향 ^9-12 모두에서 이질적이며, ^10,12-15 축 열을 따라. 벽 효과, 특히 분리 성능 ^7,16-18 손실에 중요한 공헌자이다. Shalliker와 리치 ⁷ 최근에 열 침대 이질성의 측면을 검토하고, 따라서이 discusse 할 필요는 없다D 여기에 추가. 충분할 말하고 있지만, 열 베드 패킹 밀도의 변동과 벽 효과 밴드 부분적 스프 충전과 유사한 플러그의 컬럼을 통해 용출되도록 용질 플러그의 왜곡을 초래할 오히려있는 얇은 평평한 고체 디스크 ^7보다 그릇 일반적으로 기본 교육 텍스트에 묘사. 실험 베드를 통하여 용질 이동이 가시화 될 수 있도록 수행 될 때 열 내부 플러그 프로필 부분적 중공이었고 밴드의 테일링 부는 주로 샘플 플러그의 벽 컴포넌트이다. 최종 결과는 디스크가 고체 ^12,14,17 평면 인 경우 요구되는 것보다 이들 '부분적으로 중공'플러그를 분리하는 많은 판을 소요한다는 것이다. 벽 효과 반경 패킹 밀도의 변화와 관련된 문제를 확대 대역을 극복하기 위해, 액티브 플로우 기술 (AFT)라는 열 기술의 새로운 형태가 ^{7,19 설계} 하였다. 이러한 설계의 목적이었다컬럼 ^(19)의 방사상 중심 영역에 용출 이동상과는 벽 영역을 따라 용출 용매의 물리적 분리 벽을 통해 효과를 제거한다. AFT 열 두 가지 유형이있다; 병렬 분단 흐름 (PSF) 열 및 커튼 흐름 (CF) 열 ^일곱. 이 프로토콜은 CF 컬럼의 최적화를 대상으로하기 때문에, PSF 열은 더 이상 설명되지 않을 것이다.

커튼 흐름 (CF)

커튼 흐름 (CF)가 열 형식 입구 및 컬럼의 출구 모두에서 AFT 엔드 피팅 이용한다. AFT 최종 피팅은 멀티 피팅 내부에있는 환상 프릿으로 구성되어 있습니다. 프릿은 세 부분으로 구성된다 : 부속 단부의 중앙 포트 피팅 단부의 주연 포트 (들)과 정렬되는 다공성 외측 부분, 및 배리어 링과 정렬 다공성 방사상 중앙부 그 어떤 단면을 막는 다공질 두 부분을 분리. 상기 유리 재 ^(19)의 반경 방향의 중앙과 외측부 사이 -flow 하나는 AFT 프릿의 설계를 도시한다도 2는 CF 칼럼 포맷을 나타낸다. 추가 이동상의 방사상 중심 영역을 통해 용질의 이동 '커튼'의 입구의 주변 포트를 통해 유입되는 동안 동작 모드 (CF)의 샘플은 피팅의 입구의 직경 중심 포트에 주입 기둥. 그러므로 시료는 그것을 통과 이동상을 갖는 컬럼의 외측 영역과 열 방사상 중심 영역에 침대 들어간다. (말초 포트 중앙)을 4.6 mm 내부 직경 (ID) 칼럼의 최종 피팅 입구 최적 ^6,7,16 인 연구는 약 40:60의 용적 유량비는 것을 보여 주었다. CF 열의 AFT 출구 상대 부 중앙과 주변 유동의 조정이 가능하고 거의 모든 소정 rati로 변화 될 수있다압력 관리를 통해 오. CF 컬럼의 최적화 등이 크게 분리 효율이나 검출 감도 열 기술의 다양한 기능적 측면을 개선 할 수있다. 이러한 방식으로는 '벽없는', '무한 직경'또는 '가상'열은 ^{6,10,18,20를} 설립한다. CF 열 목적 적극적 벽 영역에 도달하는 샘플을 방지하기 위해 칼럼을 통해 샘플의 이동을 관리하는 것이다. 따라서, 검출기 종료시의 용질 농도는 자외선 (UV) 검출부 ^(16)를 사용하는 경우에도 질량 스펙트럼 검출 ^6을 이용하여 더 큰 경우, 종래의 열 형식보다 약 2.5 배 이상의 감도 증가를 극대화한다.

검출 감도가 향상되므로 CF 컬럼은 이상적으로 낮은 농도의 시료에 적합하다. 이러한 질량 분석기 (MS) ^(6)과 같은 속도 제한 검출기를 흐르게하도록 결합 될 때, 또한 그들은 이상적이다. 하는 A예를 들어, 4.6 mm 자료 형식 FT 칼럼은 21 %의 중심 흐름을 종료 조정함으로써, 동일한 선 속도로 작동 할 경우 표준 2.1 mm ID 포맷 열로 검출기에 용매를 동일한 볼륨을 제공하도록 조정될 수있다. 마찬가지로 AFT 칼럼은 43 %의 중심 흐름을 종료 조정함으로써 3.0 mm ID 항목으로서 검출기 동일한 용적 부하를 제공하도록 튜닝 될 수있다. 실제로 임의의 "가상 '열 형식 분석 ^{6,18,22 요구에} 맞게 제조 될 수있다. 입구에서이 특별히 디자인 된 최종 피팅을 사용하고, 출구는 진정한 벽없는 열이 설립되는 것을 보장한다.

입구의 중추 및 말초 포트 용매 전달 시스템 설정하는 방법은 두 가지가 있습니다. 분할 흐름 시스템 ^(6)와 두 개의 펌프 시스템의 ^{6,7 3이} CF 시스템 세트 업의 각을 보여줍니다.

분할 유동 시스템

나는NA 분할 유동 시스템 (도 3a) 인젝터로 이어지는 펌프 유량은 이동상 이상의 유동 스트림은 다음에 접속하는 인젝터에 연결된 제로 데드 볼륨 T 피스를 이용하여 분할 전 인젝터이고 컬럼의 입구 단부 피팅 중앙 포트. 이동상의 제 2 유동 스트림 인젝터 작성자는-통과하여 컬럼 입구의 주변 포트에 연결된다. 중앙과 주변에 펌프 분사기로부터 라인 컬럼에 접속되기 전에, 즉 : 흐름의 분할 중에 유동 흐름 비율은 40:60 (주연 센터)로 조정된다.

두 펌프 시스템

CF 컬럼은 컬럼의 입구 단부 피팅 두 유동 스트림을 필요로한다. 설정된 HPLC 기기, 분할 흐름 오토 샘플러 / 인젝터의 종류에 따라 불가능할 수있다, 따라서 CF는 2 펌프 (도 ²¹ (b))를 통해 달성 될 수있다. 각 펌프는 할당 중앙 또는 주변 장치 포트 및 유량 중앙 포트의 유량의 40 % 및 주변 포트에 대해 60 %를 나타 내기 위해 설정된 어느 하나에 접속된다. 총 유량은 1.0 ml의 분 ^-1 인 경우, 예를 들어, 중앙 펌프 유속을 0.4 mL의 분 ^-1로 설정하고, 주변 펌프는 0.6 ml의 분 ^-1로 설정된다.

동작 모드의 선택은 HPLC 계측 및 동작 모드 크로마토 그래피에 크게 의존한다. 샘플 부하 위치와 샘플 사이의 압력의 변화 위치가 분할 유량비를 방해가 발생할 수 있으므로,이 경우에 설정 이중 펌프 최적 CF 성능을 위해 권장된다 주입 일부 자동 시료 주입기, 예를 들어. 상관없이 CF 컬럼의 입구에 대해 선택된 설정 용매 전달 시스템은 CF 출구 최적화는 동일하게 남아있다. CF 컬럼의 출구 중앙 포트는에 작은을 가진 자외선 - 가시 (UV-비스) 검출기에 부착튜브의 가능한 볼륨 않도록 후 열 죽은 볼륨의 영향을 최소화합니다. , CF 열이 좁은 구멍 열을 에뮬레이트하기 때문에, 열 배출구와 상기 검출기 사이의 데드 볼륨은 CF 증류탑의 분리 성능에 불리하다. 중앙 포트 및 효율 및 감도 대역 넓혀 손실 데드 볼륨의 영향을 최소화 할 수있는 UV-비스 검출기 사이의 배관 용적의 작은 양을 보장하기 위해 중요하다. 따라서, 좁은 보어 튜빙 (0.1 mm의 ID)의 사용을 용이 부적절한 데드 볼륨을 첨가하지 않고, 압력 조정을 허용하도록 의뢰한다. 튜브는 주변 포트에 연결된 폐기물에 관한 것이다. CF 컬럼의 출구에, 분할 비율은 분석의 목적에 적합한 임의의 비율로 조절할 수있다. 4.6 mm 아이디 CF가 사용되는 경우, 예를 들면, 어느 43:57 또는 21:79 (중앙 말초)와 같은 비율로 설정하는 것이 편리한 '가상'3.0 mm ID 열 또는 2.1 mm ID 열 에뮬레이션을공손히. 그 방법은 분리 성능은 쉽게 벤치 마크입니다. 분할 비율은 상기 중앙 포트에 접속되고,주기 시간 동안 상기 주변 포트를 빠져 나가는 유동되는 검출기로부터 나오는 유량을 계량에 의해 측정된다. 각 포트를 통해 유동 비율은 측정 할 수 있고, 비율이 튜브 장착의 길이를 변경하거나, 다른 내부 직경 (ID)을 갖는 튜브를 사용하여 조정될 수있다.

이 비디오 프로토콜은 향상된 크로마토 그래피 성능을 위해 CF 칼럼의 운영 및 최적화 과정을 자세히 설명합니다.

프로토콜

주의 : (메탄올에 대한, 즉 MSDS)를 사용하기 전에 모든 재료 및 시약에 대한 물질 안전 보건 자료 (MSDS)를 참조하십시오. 용매 및 고성능 액체 크로마토 그래피 (HPLC) 용리액을 처리 할 때 모든 적절한 안전 관행의 사용을 확인합니다. HPLC, 분석 균형과 검출기 장비의 공학적 통제의 적절한 사용을 보장하고, 개인 보호 장비 (안전 안경, 장갑, 실험실 코트, 전체 길이 바지와 폐쇄 발가락 신발)의 사용을 보장합니다.

참고 :이 프로토콜은 UV-마주 검출기와 결합 된 HPLC 시스템에 CF 열을 사용하는 방법에 대한 지침이 포함되어 있습니다. 프로토콜은 독자를 가정하는 크로마토 그래피의 기본 지식과 경험을 가지고 작성되었습니다.

HPLC 기기의 1. 설치

참고 : 용매의 선택, 검출기 파장이 섹션 즉 애널리스트의 요구를 맞게 변경 될 수 유량이관심있는 샘플에 적합하다.

1. 이동상으로 라인 B의 라인 A에 대한 100 % 초순수와 HPLC 기기 (예를 들면, 밀리 Q 물) 100 % 메탄올을 준비하고 제조업체의 요구 사항에 따라 펌프를 제거.
2. 254 nm의 자외선 마주 검출기를 설정합니다.
3. 설정의 사전 주입 유량 분할 모드, 또는 듀얼 펌프 유량 설정 중 하나를 선택합니다. 분할 흐름 모드의 3 단계로 진행 듀얼 펌프 모드, 2 단계로 진행합니다.

2. 분할 흐름 시스템 설치

1. 자동 샘플러의 분사 밸브에서 펌프 라인을 분리합니다.
2. 펌프 라인에 T-조각을 연결합니다.
3. T 개의 조각의 각 포트에 0.13 mm ID를 튜브의 15cm 조각을 연결합니다.
4. 자동 샘플러의 밸브를 분사기하기 위해 T-조각에서 하나의 튜브를 연결합니다.
5. 1.0 ml의 분에 펌프를 설정 ^-1.
6. 40 % CF 상기 컬럼의 유입구 조정 흐름의 분할 비율 펌프 라인을 연결하기 전에 6 0 % (중심선 : 주변 라인)와 같은 단계 2.7에 따른다.
7. 스플릿 - 유동 시스템에 CF 도입 비율 조정
   1. 분석 저울을 사용하여 두 개의 빈 수집 용기의 질량을 측정 한 컬렉션 중앙 용기 (주변 포트에 T-부분에서 라인 포트 하나를 중앙에 자동 샘플러에서 라인 하나) 주변 다른 하나의 레이블 .
   2. 1.0 분, 그 질량 2.7.1 측정 하였다 수집 용기로 (컬럼에 연결되는 지점에서) 인젝터에서 나오는 줄에서 종료 이동상를 수집합니다.
   3. 분석 규모의 회수 조를 다시 무게 수집 이동상의 질량을 결정한다.
   4. 반복 주변 포트에 연결되는 T-부분에서 라인을 종료 용리액을 위해 2.7.3에 2.7.2 단계를 반복합니다.
   5. 흐름의 비율을 결정 (ML 분 ^-1) 이하의 식에 따라 흐름의 각 행에서
      1 "SRC ="/ 파일 / ftp_upload / 53471 / 53471eq1.jpg "/>
   6. 40 % 유량비 조정 : 60 % (± 2 %) (중앙 포트 분사 장치에서 행 : 주변 포트 T 피스의 선). 중앙 포트 유동 비율로 인젝터로부터 라인이 40 % 이상이면, 튜브의 내경이 감소 또는 그 길이를 증가시킴으로써 압력 강하를 증가시킨다. 중앙 포트 유동 비율로 인젝터로부터 라인이 40 % 미만이면, 튜브의 내부 직경을 증가 시키거나 튜브의 길이를 감소시킨다.
   7. 유동 비율이 조정되면 펌프가 꺼져 흐름십시오.
   8. 컬럼 입구의 중앙 포트와 컬럼 입구의 주변 포트에 T-조각의 라인에 인젝터에서 선을 연결합니다.
   9. 1.0 mL를 천천히 분당 유량 ^-1 100 % 광고 B.에서 진입로
   10. 시킴으로써 컬럼 (4.6 mm ID × 100 mm 길이) 평형화100 % 메탄올 (선 B)의 이동상은 1.0 ml를 분으로 컬럼을 통과하는 ^-1을 10 분 동안. 이 시간은 사용자가 사용할 수있다 다른 컬럼의 크기에 따라 조정됩니다.
   11. CF 콘센트의 튜닝을 위해 4 'CF 출구 흐름의 조정을'단계로 이동합니다.

3. 듀얼 펌프 시스템 설치

1. 인젝터에 HPLC 시스템 펌프를 연결 한 후 컬럼의 중앙 입구 포트에 분사에서 선을 연결합니다.
2. 컬럼의 입구 주변 포트에 직접 추가 펌프를 연결합니다. 이 제 2 펌프 인젝터를하여이-전달합니다.
3. 0.4 ml의 분 ^-1을 100 % 메탄올 (라인 B)에서 (1.0 ml를 분 ^-1의 총 유량의 40 %를 나타낸다)로 중앙 포트에 연결된 시스템의 펌프의 유량을 램프.
4. 단계 3.3과 동시에, 총 유량의 60 % 용액의 0.6 분 ^-1 (담당자 주연 펌프의 유량을 램프1.0 ml의 분 ^-1) 100 % 메탄올 (라인 B)에서.
5. 1.0 ml를 분으로 컬럼을 통과 ^-1을 10 분 동안 100 % 메탄올 (라인 B) 이동상시킴으로써 컬럼 (4.6 mm ID × 100 mm 길이) 평형화. 이 시간은 사용자가 사용할 수있다 다른 컬럼의 크기에 따라 조정됩니다.
6. CF 콘센트의 튜닝을 위해 4 'CF 출구 흐름의 조정을'단계로 이동합니다.

CF 아울렛 흐름 4. 조정

1. 0.13 mm ID를 튜브의 15cm 조각을 사용하여 UV-마주 검출기에 중앙 출구 포트를 연결합니다.
2. CF 컬럼의 주변 출구 포트에 0.13 mm ID를 튜브의 15cm 조각을 연결합니다.
3. 분석 균형에 두 개의 빈 수집 용기의 질량을 달아 하나의 용기 중앙과 다른 주변 레이블을 붙입니다.
4. 1.0 분, 질량 4.2 측정 하였다 중앙 수집 용기 라벨에 UV-마주 검출기 (중앙 흐름)에서 ​​종료 이동상를 수집합니다.
5. 분석 규모 수집 된 용출액을 함유하는 수집 용기를 다시 무게 수집 이동상의 질량을 결정한다.
6. 반복 4.4 주변 출구에서 줄을 종료 용리액 4.5 단계를.
7. 다음 식에있어서의 흐름의 각 라인에서의 흐름 비율을 결정 :
   
8. 자외선 비스에서 중앙 유량 비율이 21 % 이상이면, 압력 손실을 증가시킨다. : 79 % (± 2 %) (라인에서 주연 출구 유동 UV-비스로부터 중앙 배출구 흐름 ​​:) 21 %로 유량비를 조정 자외선 비스 검출기의 출구에 부착 된 튜브의 내부 직경을 감소시킴으로써, 또는 그 길이를 증가시킨다. 자외선 비스에서 중앙 유량 비율이 21 % 미만인 경우, UV-비스 검출기의 출구에 부착 된 튜브의 내부 직경을 증가 시키거나 튜브의 길이를 감소시킨다. 튜브의 길이가 변경 될 때마다, 반복4.7-4.3 단계를 반복합니다.
   참고 : '가상'2.1 mm 아이디 모드에서의 CF 열 분석을위한 준비가되어 있습니다.

결과

AFT 열은 열 상 이성을 극복하고 분리 성능을 향상시키기 위해 멀티 컬럼 엔드 피팅 전문 프릿 디자인 (도 1)를 사용하여 개발되었다. CF 크로마토 그래피 컬럼 (그림 2)의 분리 성능에 간 실험실 연구는이 프로토콜 ^(23)의 3 절에 설명 된대로 (그림 3B)를 설정 이중 펌프 시스템을 실시 하였다. 세 컴포넌트 테스트 혼합물은 CF 열의 중앙 출구 흐름의 21 %가 검출기에 관한 한 '가상'2.1 mm ID를 통해 하에서 분석 하였다. 세 컴포넌트 테스트 혼합물의 분리는 표준 열로 CF 칼럼 상대 효율 및 감도의 측면에서 개선 된 성능을 나타낸다. 세 가지 구성 요소 테스트 혼합물 페 네톨, 부틸 벤젠 및 펜틸을 포함하고 기존의 4.6 및 2.1 mm ID 컬럼과 4.6 분석 하였다 22:78 (중앙 : 주변)의 분할 비율 mm 아이디 CF 열은 2.1...

토론

본 연구는 효율 및 감도의 측면에서 분석 성능을 테스트하기 위해 CF 크로마토 그래피 컬럼 간 실험실 분석을 포함했다. 3 '섹션에 설명 된대로 CF 열은 이중 펌핑 시스템으로 설정했다. (: 주변 센터)가 CF 컬럼의 입구에 이중 펌프 시스템은 40:60의 흐름 비율을 달성하기 위해 '설정합니다. 40:60 (중앙 말초) 유량의 비율은 각각 40 % 및 총 유량의 60 %를 나타내는 값으로, 각 펌프의 유량을 설정하여 수행 하였다. CF 컬럼 출구 "절에 설명 된 절차에 따라 2.1 mm의 ID와 '가상'항목에 동조 4-. CF 배출 유량 조정 '. 페 네톨, 부틸 벤젠 및 펜틸을 포함하는 시료 액 4.6 mm 아이디 CF 컬럼 (22:78) 및 종래의 4.6 및 2.1 mm의 ID 컬럼 사이의 분리 성능 비교 시험 표준으로 사용 하였다.도 4은 chromatograp의 오버레이이다테스트 혼합물의 HIC 분리는 세 개의 열 각각을 사용하여 수행. 이 ...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
HPLC 기기
2 펌프 CF 시스템 설정을 사용하는 경우	추가 펌프
커튼 플로우 HPLC 컬럼	Thermo Fisher Scientific	정의되지 않음	곧 상업화
예정 메탄올	모든 브랜드		HPLC 등급
PEEK 튜빙	모든 브랜드		다양한 길이와 내경
PEEK 튜브 절단기	모든 브랜드
분석 저울 저울 모든	브랜드
스톱워치	모든 브랜드
용리액 수집 용기	모든 브랜드		1-2ml 샘플 바이알을 용리액 수집 용기로 사용할 수 있습니다.
T-piece	모든 브랜드