Artigo de método

Cortina Fluxo Coluna: Optimização da Eficiência e Sensibilidade

DOI:

10.3791/53471

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12 de junho de 2016

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1School of Science and Health, University of Western Sydney

Neste artigo

Resumo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Aqui, apresentamos um protocolo para a operação e otimização da coluna Active Flow Technology (AFT) no modo Curtain flow (CF) para melhorar o desempenho de separação.

Resumo

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

A tecnologia de fluxo ativo (AFT) é uma forma de tecnologia de coluna que aumenta o desempenho de separação de uma coluna de HPLC por meio do uso de um (s) encaixe (s) de extremidade multiportas especialmente construído. As colunas de fluxo de cortina (CF) pertencem ao conjunto de colunas AFT, especificamente a coluna CF é projetada para que a amostra seja injetada na região central radial do leito e um fluxo de cortina de fase móvel ao redor da injeção de soluto evita a dispersão radial da amostra para a parede. A coluna funciona como uma coluna de 'diâmetro infinito'. O objetivo do projeto é superar a heterogeneidade radial do leito da coluna e, ao mesmo tempo, maximizar a carga da amostra na região central radial do leito da coluna, o que serve para aumentar a sensibilidade de detecção. O protocolo descrito aqui descreve a configuração do sistema e da coluna CF e o processo de ajuste para uma coluna 'virtual' de diâmetro infinito otimizada.

Introdução

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Nos últimos anos a tecnologia de coluna para cromatografia líquida de alta resolução (HPLC) avançou muito; capacidades de pico aumentou consideravelmente em grande parte devido à utilização de menores tamanhos de partículas e as partículas de casca de núcleo mais eficazes. Uma vez que as separações são geralmente mais eficientes, um fluxo em efeito tem havido um aumento na sensibilidade desde picos são agora mais acentuada e, portanto, mais alto 1-8.

No entanto, a heterogeneidade cama radial ainda é um fator limitante no desempenho de todas as colunas, mas esta não é uma nova história desde cromatógrafos já sabem disso há muitos anos. Coluna camas são heterogéneos, tanto na direcção radial 9-12, e ao longo do eixo da coluna 10,12-15. O efeito de parede especialmente é um importante contribuinte para a perda de 7,16-18 desempenho de separação. Shalliker e Ritchie 7 recentemente revista aspectos de heterogeneidade leito da coluna e, portanto, este não precisa ser Discussed aqui ainda mais. Embora Basta dizer, que a variação na coluna densidade de empacotamento de cama e os efeitos de parede levar a uma distorção do bujão de soluto, de tal forma que as bandas eluir através da coluna em fichas que se assemelham parcialmente cheios sopa taças em vez de discos sólidos planas finas 7 que são geralmente representado em textos básicos de ensino. Quando as experiências foram realizadas de tal modo que a migração de soluto através do leito poderia ser visualizado os perfis de encaixe no interior da coluna foram parcialmente oco e a secção de cauda da banda é em grande parte do componente da parede do êmbolo da amostra. O resultado final é que leva muito mais placas para separar estas fichas 'parcialmente ocos' do que seria necessário se os discos foram sólida e plana 12,14,17. Para superar a banda ampliando questões associadas com efeitos de parede e a variação na densidade de empacotamento radial, uma nova forma de tecnologia de coluna conhecido como tecnologia Active Flow (AFT) foi projetado 7,19. A finalidade deste desenho foipara remover os efeitos de parede por meio da separação física do solvente de eluio ao longo da região da parede, a partir da fase móvel que eluindo na região central radial da coluna 19. Existem dois tipos principais de colunas AFT; Colunas paralelas segmentada Flow (PSF) e colunas cortina de fluxo (CF) 7. Uma vez que este protocolo visa a utilização e otimização de colunas CF, não será discutido colunas do PSF.

Cortina de fluxo (CF)

Cortina formatos de coluna de fluxo (FC) utilizam extremidades de cabos AFT, tanto a entrada e a saída da coluna. AFT extremidades de cabos constituída por uma frita anelar localizada no interior de um encaixe de múltiplas portas. A frita é constituída por três partes: uma porção central radial poroso que está alinhado com o orifício de centro da extremidade de encaixe, uma porção exterior porosa que está alinhada com a porta periférica (s) da extremidade de encaixe, e um anel impermeável que separa as duas partes porosas impedindo qualquer cruz-flow entre as regiões centrais e externas radiais do filtro poroso 19. A Figura 1 ilustra o desenho da frita AFT e Figura 2 ilustra o formato de coluna CF. Neste modo de operação (CF), a amostra é injectada no porto central radial do encaixe de entrada, enquanto que a fase móvel adicional é introduzido através da porta periférica da entrada de "cortina" a migração de solutos através da região central radial da coluna. Por isso, a amostra entra no leito na região central radial da coluna com a região exterior da coluna com fase móvel única passada através dela. Estudos têm demonstrado que uma razão volumétrica taxa de fluxo de cerca de 40:60 (Central: porta periférica) para a entrada de ajuste final de um 4,6 mm de diâmetro interno (ID) é óptima 6,7,16. A saída da popa da coluna CF permite o ajuste do fluxo central e periférica para a sua porção relativa e pode ser variada para quase qualquer desejado ratio através de uma gestão de pressão. A optimização de uma coluna CF pode melhorar significativamente vários aspectos funcionais da tecnologia de coluna, tais como a eficiência de separação ou a sensibilidade da detecção. Desta forma uma "parede-menos ',' infinita de diâmetro 'ou coluna' virtual 'é estabelecida 6,10,18,20. A finalidade de colunas CF é de gerir activamente a migração da amostra através da coluna para evitar a amostra de atingir a região de parede. Assim, a concentração de soluto na saída para o detector é maximizada, aumentando assim a sensibilidade de cerca de 2,5 vezes maior do que o formato de coluna convencional ao usar ultravioleta (UV) de detecção de 16, e ainda maior quando se utiliza a detecção de espectro de massa 6.

colunas CF são idealmente adequados para amostras de baixa concentração, uma vez que a sensibilidade de detecção é aumentada. Além disso, eles são ideais quando acoplado a fluir detectores limitados taxa, tais como o espectrómetro de massa (MS) 6. um AFT coluna em um formato ID 4,6 mm, por exemplo, pode ser sintonizado para fornecer o mesmo volume de solvente para um detector como uma coluna ID de formato padrão 2,1 mm, quando operado com a mesma velocidade linear, ajustando sair fluxo central a 21%. De igual modo a coluna AFT também podem ser ajustadas para fornecer o mesmo volume de carga para um detector como uma coluna ID de 3,0 mm, através do ajuste central para sair o fluxo de 43%. Na verdade, qualquer formato de coluna "virtual" poderia ser produzido para atender a exigência analítica 6,18,22. Usando estas-acessórios terminais especialmente concebidos para a entrada e a de saída garante que uma verdadeira coluna de parede inferior é estabelecida.

Há duas maneiras de configurar o sistema de distribuição de solvente para os portos centrais e periféricas da entrada:. Sistema de divisão de fluxo de 6 e dois 6,7 sistema de bomba Figura 3 ilustra cada um desses sistemas CF set ups.

Sistema de divisão de fluxo

Eund sistema de divisão de fluxo (Figura 3A) o caudal da bomba que conduz para o injector é dividida pré-injector usando um morto de zero volume de peça em T, onde uma corrente de fluxo da fase móvel é ligada para o injector, que é então ligado ao porta de entrada central do fim-de encaixe da coluna. A segunda corrente de fluxo de fase móvel by-pass do injector e é ligada à porta periférica na entrada da coluna. Durante a separação de fluxo, a percentagem corrente de escoamento é ajustado para 40:60 (centro: periférica) antes de as linhas são ligadas à coluna, isto é, a partir do injector para o centro da bomba e do periférico.

Sistema de duas bombas

A coluna CF requer duas correntes de fluxo na extremidade de entrada-montagem da coluna. Dependendo do tipo de auto-amostrador / injector do instrumento de HPLC, de fluxo dividido definido acima pode não ser possível, e assim por CF pode então ser alcançada através de bombas 2 (Figura 3b) 21. Cada bomba está atribuída e conectada com a porta da central ou periférica e a velocidade de fluxo é definida para representar 40% do fluxo para a porta central e de 60% para a porta periférica. Por exemplo, se a taxa de fluxo total é de 1,0 ml min-1, a taxa de fluxo da bomba central é definida como 0,4 ml min -1 e a bomba periférico é configurado para 0,6 ml min -1.

A escolha de qual o modo de operação é em grande parte dependente da instrumentação HPLC e modo de operação cromatográfica. Por exemplo, em alguns autosamplers uma mudança na pressão entre a posição de carga de amostra e amostra injectar posição pode ocorrer interromper a taxa de divisão de fluxo e, portanto, neste caso, uma bomba de dupla configurar seria recomendada para um desempenho óptimo CF. Independentemente do sistema de distribuição de solvente configuração escolhidos para a entrada da coluna CF, CF, a optimização de saída continua a ser a mesma. A porta central de saída da coluna CF está ligado ao detector de ultravioleta-visível (UV-VIS) com o smalpara que o volume possível de tubulação para minimizar os efeitos de volume morto pós-coluna. Uma vez que, colunas CF emular colunas estreita de cano, o volume morto entre a saída da coluna e o detector é prejudicial para o desempenho de separação da coluna CF. É crítico para assegurar a quantidade mais pequena de volume de tubagem entre a porta central e o detector de UV-Vis de minimizar os efeitos de volume morto, como alargamento de banda, perda de eficiência e sensibilidade. Por isso, a utilização de tubos de diâmetro estreito (0,1 mm DI) é aconselhado para permitir facilmente ajustes de pressão, sem adição de um volume morto inadequado. Tubos também está ligado à porta periférico e dirigido para o lixo. Após a saída da coluna de CF, a relação de segmentação pode ser ajustado a qualquer relação que ajusta o propósito do analista. Quando um CF ID de 4,6 milímetros é usado, por exemplo, muitas vezes é conveniente para ajustar a relação de 43:57 ou 21:79, quer (centro: periférica) para emular uma coluna ID de 3,0 milímetros "virtual" ou coluna ID de 2,1 milímetros,respeitosamente. Dessa forma, o desempenho da separação é facilmente marcado banco. O rácio de segmentação é medida pesando a quantidade de fluxo de saída a partir do detector, que é ligado à porta central e o fluxo que sai da porta periférica ao longo de um período de tempo. A percentagem de fluxo através de cada porta pode então ser determinada e as proporções podem ser ajustadas alterando o comprimento do tubo ligado ou utilizando tubagem que tem um diâmetro interno diferente (ID).

Este protocolo de vídeo detalha os procedimentos de operação e otimização de uma coluna CF para o desempenho cromatográfica melhorada.

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Protocolo

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Cuidado: Por favor, consulte as fichas de dados de segurança de material (MSDS) para todos os materiais e reagentes antes do uso (ou seja, MSDS para o metanol). Garantir a utilização de todas as práticas de segurança adequadas ao manusear solventes e High Performance Liquid Chromatography (HPLC) eluente. Assegurar o uso apropriado de controles de engenharia de HPLC, analítica equilíbrio e detector de instrumentação, e assegurar o uso de equipamentos de proteção individual (óculos de segurança, luvas, jaleco, calça de corpo inteiro, e sapatos fechados).

Nota: Este protocolo contém instruções sobre como utilizar uma coluna de CF, a um sistema de HPLC acoplado com um detector de UV-Vis. O protocolo foi escrito assumindo que o leitor tenha conhecimentos básicos e experiência em cromatografia.

1. Configuração de HPLC Instrumento

Nota: Esta seção pode ser alterado para se adequar às necessidades dos analistas, ou seja, a escolha de solventes, comprimento de onda detector e vazão quesão apropriados para a amostra de interesse.

  1. Prepara-se o instrumento de HPLC com 100% de água ultrapura (por exemplo, água Milli-Q) para a linha A e 100% de metanol para a linha B, tal como a fase móvel e purgar as bombas de acordo com os requisitos do fabricante.
  2. Defina o detector UV-Vis a 254 nm.
  3. Optar por um modo de divisão de fluxo pré-injeção de set-up, ou um duplo fluxo da bomba set-up. Para o modo de divisão de fluxo vá para a Etapa 2, para o modo de bomba dupla vá para a Etapa 3.

Configuração do Sistema 2. Split-flow

  1. Desligue a linha de bomba da válvula de injector do amostrador automático.
  2. Anexar uma peça em T para a linha de bomba.
  3. Anexar um pedaço 15 cm de tubo id 0,13 mm a cada porta do T-peça.
  4. Conectar um tubo a partir da peça em T ao injector da válvula de auto-amostrador.
  5. Definir a bomba a 1,0 ml min -1.
  6. Antes de ligar as linhas de bomba para a entrada da coluna CF, ajustar o rácio de segmentação do fluxo a 40%: 6 0% (linha central: linha periférica) como segue no passo 2.7.
  7. Ajustamento de rácio de entrada CF no sistema de divisão de fluxo
    1. Medir a massa de dois recipientes de recolha vazios usando uma balança analítica e rotular um recipiente de recolha central e o outro um periférico (um para a linha do amostrador automático para o centro e uma porta para a linha de peça em T a porta periférica) .
    2. Durante 1,0 min, recolher a fase móvel que sai a partir da linha que vem do injector (no ponto em que vai ser ligado à coluna) para o recipiente de recolha, cuja massa foi medida em 2.7.1.
    3. Re-pesar o recipiente de recolha sobre a balança analítica e determinar a massa da fase móvel recolhido.
    4. Repita os passos 2.7.2 a 2.7.3 de eluente que sai da linha a partir da peça em T que é para ser ligado à porta periférica.
    5. Determinar a percentagem de fluxo (ml min-1) a partir de cada linha de fluxo de acordo com as seguintes equações:
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    6. Ajuste a taxa de fluxo de 40%: 60% (± 2%) (linha de injector para a porta central: a linha do T-piece à porta periférica). Se a linha a partir do injector para a percentagem de fluxo de porta central é superior a 40%, aumenta a queda de pressão através da diminuição do diâmetro interno do tubo, ou aumentando o seu comprimento. Se a linha de injector a percentagem de fluxo de porta central é inferior a 40%, aumento do diâmetro interno do tubo ou diminuir o comprimento do tubo.
    7. Uma vez que os rácios de fluxo estão sintonizados transformar fluir a bomba.
    8. Ligue a linha a partir do injector para a porta central da entrada da coluna e a linha a partir da peça em T para a porta periférica da entrada da coluna.
    9. Lentamente rampa a taxa de fluxo de 1,0 ml min -1 a 100% linha B.
    10. Equilibrar a coluna (4,6 mm de comprimento x 100 mm ID), permitindoMetanol a 100% (linha B) fase móvel a fluir através da coluna a 1,0 mL min-1 durante 10 min. Desta vez é dimensionada de acordo com as dimensões das outras colunas, o utilizador pode empregar.
    11. Para o ajuste da saída CF vá para a Etapa 4. «Ajustamento de fluxo de saída CF".

Setup 3. dupla Pump System

  1. Ligue a bomba do sistema de HPLC para o injector e, em seguida, conecte a linha do injector para a porta de entrada central da coluna.
  2. Ligar a bomba adicionais directamente à porta periférica entrada da coluna. Note-se que esta segunda bomba de by-pass do injector.
  3. Rampa de a taxa de fluxo da bomba do sistema conectado à porta central para 0,4 ml min -1 (representativa de 40% do caudal total de 1,0 mL min -1) a 100% de metanol (linha B).
  4. Ao mesmo tempo que a etapa 3.3, rampa a taxa de fluxo da bomba periférica a 0,6 ml min -1 (representativa de 60% ​​do caudal total de1,0 mL min -1) a 100% de metanol (linha B).
  5. Equilibrar a coluna (4,6 mm de comprimento x 100 mm ID), permitindo 100% de metanol (linha B) fase móvel a fluir através da coluna a 1,0 mL min-1 durante 10 min. Desta vez é dimensionada de acordo com as dimensões das outras colunas, o utilizador pode empregar.
  6. Para o ajuste da saída CF vá para a Etapa 4. «Ajustamento de fluxo de saída CF".

4. Ajustamento de CF de saída de fluxo

  1. Ligue o orifício de saída central para o detector de UV-Vis, utilizando um pedaço de 15 cm de tubagem de ID de 0,13 milímetros.
  2. Conectar um pedaço de 15 cm de tubagem de ID de 0,13 milímetros para a porta de saída periférica da coluna CF.
  3. Pesar a massa de dois navios de recolha de vazios na balança analítica e rotular um navio central e outro periférico.
  4. Durante 1,0 min, recolher a fase móvel que sai do detector (fluxo central) em UV-Vis a etiqueta recipiente de recolha central, cuja massa foi medido em 4,2.
  5. Re-pesar o recipiente de recolha, contendo o eluente foi recolhido na escala analítica e determinar a massa da fase móvel recolhido.
  6. Repita os passos de 4,4-4,5 para o eluente que sai da linha do orifício de saída periférica.
  7. Determinar a percentagem de fluxo de cada linha de fluxo de acordo com as seguintes equações:
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  8. Ajustar a relação de fluxo de 21%: 79% (± 2%) (fluxo de saída central de UV-Vis: fluxo de saída periférica a partir da linha). Se a percentagem de fluxo central do UV-Vis é acima de 21%, aumentar a queda de pressão diminuindo o diâmetro interno do tubo ligado à saída do detector de UV-Vis, ou aumentando o seu comprimento. Se a percentagem de fluxo central do UV-Vis é inferior a 21%, aumento do diâmetro interno do tubo ligado à saída do detector de UV-Vis, ou diminuir o comprimento do tubo. Cada vez que o comprimento da tubagem foi alterada, de repetiçãoas etapas de 4.3 a 4.7.
    Nota: A coluna CF no modo id 'virtual' 2,1 milímetros está pronto para análise.

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Resultados

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AFT colunas foram desenvolvidas utilizando um design de frita especializado (Figura 1) na coluna de múltiplas extremidades de cabos para superar a heterogeneidade do leito da coluna e melhorar o desempenho da separação. Um estudo inter-laboratório sobre o desempenho separação de colunas de cromatografia CF (Figura 2) foi realizada com um sistema de bombas duplas configurado (Figura 3B), conforme descrito na seção 3 deste protocolo 2...

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Discussão

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Este estudo envolveu a análise inter-laboratorial de colunas de cromatografia CF para testar o desempenho analítico em termos de eficiência e sensibilidade. A coluna CF foi criada com um sistema de bombeamento dupla como descrito na secção «3. sistema de bomba dupla configurar 'para alcançar uma relação de fluxo de 40:60 (centro: periférica) na entrada da coluna CF. O 40:60 (centro: periférica) razão de fluxo foi conseguida ajustando a velocidade de fluxo de cada bomba para o valor que representa 40% e 60% do caudal...

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Divulgações

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Este trabalho foi apoiado pela UWS e ThermoFisher Scientific.

Agradecimentos

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Um dos autores (DK) confirma o recebimento de um Prêmio Australiano de Pós-Graduação.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Bomba
da HPLC
Coluna de HPLC de fluxo de cortinaThermo Fisher ScientificNão definidoEm breve a ser comercializado
MetanolQualquer marcaTubulação de PEEK de grau HPLC
Qualquer marcaVários comprimentos e i.d. 
Cortador de tubos PEEKQualquer marca
Balança Analítica BalançaQualquer marca
CronômetroQualquer marca
Recipientes de coleta de eluentesQualquer marcaFrascos de amostra de 1-2 ml podem ser usados como recipientes de coleta de eluentes
Peça em TQualquer marca
adicional do instrumento Necessária se a configuração do sistema CF de 2 bombas for usada.

Referências

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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