eng
С того времени, как газовая хроматография приобрела свои современные черты, интерес к проблеме ускорения процесса хроматографического разделения остается постоянным и стабильным. Сегодня устоялись подходы к решению этой проблемы с использованием всех типов хроматографических колонок: насадочных, капиллярных и поликапиллярных. Достичь быстрого разделения можно, уменьшая влияние диффузионных явлений в процессе разделения.
В статье дан обзор работ, посвященных методам разделения с использованием поликапиллярных колонок разных типов. Обсуждены различные подходы к увеличению скорости разделения в газовой хроматографии, влияние диаметра колонки на параметры разделения. Рассмотрены вопросы, связанные с влиянием конфигурации поликапиллярной колонки на эффективность разделения. Показаны примеры использования ПКК при решении различных задач разделения: разделение на колонках с неподвижной жидкой фазой, а также применение пористослойных колонок для газо-адсорбционной хроматографии. Предложены варианты возможного применения поликапиллярных колонок в ЖХ.
В статье дан обзор работ, посвященных методам разделения с использованием поликапиллярных колонок разных типов. Обсуждены различные подходы к увеличению скорости разделения в газовой хроматографии, влияние диаметра колонки на параметры разделения. Рассмотрены вопросы, связанные с влиянием конфигурации поликапиллярной колонки на эффективность разделения. Показаны примеры использования ПКК при решении различных задач разделения: разделение на колонках с неподвижной жидкой фазой, а также применение пористослойных колонок для газо-адсорбционной хроматографии. Предложены варианты возможного применения поликапиллярных колонок в ЖХ.
Теги: high-speed separation multicapillary columns porous layer columns поликапиллярные колонки пористослойные колонки экспрессное разделение
Подходы к увеличению скорости разделения в газовой хроматографии
Исследования по уменьшению времени хроматографического анализа ведутся с начала 60-х годов 20 века [1, 2]. И только в последнее десятилетие определены подходы к экспрессному разделению, применимые к рутинным анализам [3]. Для ускорения хроматографического анализа существует несколько путей, это:
увеличение скорости потока газа-носителя для уменьшения времени элюирования анализируемых компонентов;
повышение температуры или использование программирования температуры для достижения требуемого времени выхода;
использование коротких колонок с меньшим внутренним диаметром.
Выполнение первых двух пунктов сводится к изменению параметров разделения, в то время как последнее условие может быть выполнено только путем конструкционных изменений колонки.
Повышение скорости газа-носителя в колонке – наиболее очевидный путь ускорения анализа. В хроматографической колонке вещество распределяется между подвижной (газ) и неподвижной (жидкость, твердый сорбент) фазами. Движение вещества вдоль колонки возможно только тогда, когда оно находится в газовой фазе. При увеличении скорости потока носителя время анализа уменьшается. Вместе с тем известно [4], что разделительная способность хроматографической колонки максимальна при определенной скорости газа-носителя. Основная причина потери эффективности при увеличении скорости газа-носителя связана с конечным временем установления равновесия между газом и жидкостью в случае ГЖХ и между газом и сорбентом в случае ГАХ. Поэтому такой путь повышения скорости анализа, хоть и приводит к некоторому ускорению процесса разделения, сопровождается потерей эффективности. Кроме того, высокая скорость потока носителя требует повышения давления на входе в колонку, что в ряде случаев ограничивает применение серийной аппаратуры для достижения высоких скоростей анализа.
Повышение температуры разделения тоже приведет к уменьшению времени пребывания вещества в колонке, но уже по другой причине. Температура влияет, прежде всего, на распределение элюента между газом-носителем и неподвижной фазой, при ее повышении равновесная концентрация элюента смещается в газовую фазу. Очевидно, что изотермический анализ при очень высокой температуре приведет к полной потере селективности фазы, и возможна такая ситуация, когда все вещества смеси быстро выйдут из колонки одним пиком. Понятно, что такой случай экспрессного элюирования не представляет интереса.
Практически для уменьшения времени разделения повышение температуры можно реализовать с помощью метода программирования. Действительно, при увеличении скорости программирования сокращается время разделения с одновременным уменьшением разрешения хроматографических пиков. Но такой способ уменьшения продолжительности анализа не позволяет увеличить скорость разделения, допустим, на порядок. Тем не менее в ряде случаев с использованием ускоренного программирования температуры при повышенной скорости газа-носителя порядка 100°С/мин можно добиться хороших результатов ускорения разделения на модифицированной серийной аппаратуре и достичь 4–5-кратного уменьшения продолжительности анализа [5].
В конце концов, дальнейшее сокращение времени анализа, так или иначе, сведется к уменьшению конструкционных параметров колонки и прежде всего ее внутреннего диаметра.
Влияние диаметра колонки на параметры разделения
Наиболее простой путь значительного снижения времени анализа – это уменьшение длины колонки при сохранении ее разделительной способности. Короткие капиллярные колонки с малым диаметром капилляра (0,1 мм и менее) позволяют сократить время анализа. Эффективность коротких капиллярных колонок малого диаметра сравнима с общей эффективностью длинных колонок с обычным диаметром (0,25–0,32 мм) [6, 7]. Если не учитывать внеколоночное уширение пика и сжимаемость газа-носителя, то зависимость ВЭТТ от радиуса капилляра можно представить формулой [8]:
,
где H – высота, эквивалентная теоретической тарелке, f(k) – функция, зависящая от фактора емкости, r – радиус колонки, u – средняя линейная скорость газа-носителя, D – коэффициент диффузии. Исходя из соотношения H = L / N, где L – длина колонки, а N – число теоретических тарелок, можно записать:
.
Очевидно, что, уменьшив длину колонки (а, следовательно, и время анализа), можно сохранить эффективность благодаря уменьшению радиуса капилляра.
При одинаковом отношении длины к радиусу эффективность коротких колонок малого диаметра такая же, как у обычных колонок. Например, разрешающая способность колонки длиной 10 м и диаметром 0,1 мм такая же, как у колонки длиной 25 м и диаметром 0,25 мм [9].
Показано [10], что при сохранении постоянного фазового отношения β зависимость Ван-Деемтера различна для капиллярных колонок с разным диаметром. Правая ветвь кривой более пологая для колонок с меньшим диаметром и более крутая для колонок с большим диаметром (рис.1). То есть, капиллярные колонки малого диаметра позволяют работать при больших скоростях газа-носителя без значительного снижения эффективности.
Вполне логично предположить, что для проведения очень быстрого анализа можно использовать короткую (до 1 м) капиллярную колонку с диаметром капилляра несколько десятков микрон. Впервые принципиальная возможность такого подхода показана еще в 1962 году D.Desty, который провел разделение 15 компонентов за время порядка двух секунд на 1,2-метровой колонке диаметром 45 мкм [11]. Самое быстрое разделение получено в 1988 году, когда удалось разделить 9 компонентов за 0,6 секунды с использованием капиллярной колонки длиной 0,3 м и диаметром 50 мкм [12].
Таким образом, существенно ускорить анализ можно, если использовать капиллярную колонку с малым диаметром капилляра. Однако есть принципиальное ограничение применения таких колонок, связанное с исключительно узким диапазоном определяемых концентраций. Очевидно, что колонка должна обеспечивать разделение анализируемых веществ в интервале концентраций, который определен динамическим диапазоном детектора. Нижний предел для колонки – это количество вещества, которое может зарегистрировать используемый детектор. А верхний предел определен самой колонкой – это количество вещества, которое можно ввести колонку без потери ее эффективности. Под потерей эффективности понимают ее уменьшение на определенный процент от первоначального значения при перегрузке. Можно принять, что колонка перегружена, когда ее первоначальная эффективность, измеренная при малом количестве пробы, уменьшается на 30% при увеличении массы пробы [13]. В этом случае количество компонента, при котором ВЭТТ снижается на 30%, максимально допустимо для анализа на данной колонке. То есть, если в колонку ввести большее количество вещества, то она будет перегружена, условия равновесия газ-жидкость в ней будут нарушены, произойдет ухудшение ее разделительных свойств, и вещества анализируемой смеси не будут разделены.
Рабочий диапазон колонки по загрузке пробой [13] определяется как W = Qm / Q0, где Qm – максимальное количество вещества, которое можно ввести в колонку, Q0 – минимально детектируемое количество вещества. Минимально детектируемое количество вещества для такого распространенного детектора, как пламенно-ионизационный, составляет порядка 1 · 10–12–5 · 10–11 г. Если предположить, что минимально допустимый рабочий диапазон W, необходимого для практических применений, составляет 100, то минимальный диаметр капиллярной колонки будет 35 мкм при фазовом отношении β = 200, а это типичное значение для капиллярных колонок. То есть, для колонки с меньшим диаметром диапазон концентраций совместно определяемых компонентов ниже 100, что во многих случаях ограничивает применение таких колонок на практике.
Расширить динамический диапазон колонки можно путем увеличения толщины пленки фазы, но тогда возрастет время установления равновесия газ-жидкость, что, в свою очередь, приведет к замедлению процесса разделения. Таким образом, попытка увеличения скорости разделения приводит к ограничению круга решаемых аналитических задач.
Какие же могут быть выходы их создавшейся ситуации? Один из подходов был успешно реализован для экспрессного анализа в режиме газо-жидкостной хроматографии. Он заключается в использовании пакета капилляров малого диаметра, работающего как единая хроматографическая колонка.
Поликапиллярные колонки для экспрессного анализа
Поликапиллярная колонка (ПКК) при сохранении высокой скорости разделения способна работать с большими объемами пробы. Следует отметить, что идея создания ПКК к моменту ее реализации была не нова. До создания работающей колонки уже имелся ряд публикаций, в которых описаны подходы к ее приготовлению [14–19]. Однако практическая реализация стала возможной лишь после развития технологии приготовления многоканальных трубок (МКТ), содержащих до 1000 и более капилляров с диаметром 10–100 микрон [20]. Из МКТ с диаметром капилляров 40 микрон была приготовлена первая колонка, получившая название "поликапиллярная".
Все описанные здесь поликапиллярные колонки (если не оговорено специально) приготовлены из многоканальных трубок (МКТ) из стекла марки 6Ва-4, число капилляров в пакете приблизительно 1400, средний диаметр одного капилляра равен 40,0±1,3 микрон. Изначально длина прямой многоканальной трубки составляла 120 и 90 см. В сечении многоканальная трубка представляет собой шестигранник с максимальным размером по апофеме 2,3–2,6 мм (рис.2).
В работе [22] впервые показана экспериментальная возможность использования пакета капилляров в качестве хроматографической колонки. Несколько позже появилась аналогичная публикация в англоязычной литературе [23]. Сегодня поликапиллярные колонки коммерчески доступны и в течение ряда лет применяются для экспрессного разделения в газо-жидкостном варианте хроматографии. Колонки обладают рядом свойств, которые отличают их от насадочных и капиллярных, поэтому их можно выделить в самостоятельный класс колонок для хроматографии.
Для того чтобы оценить возможности поликапиллярной колонки, необходимо представлять причины уширения хроматографического пика на ПКК. Природа этого явления проста: невозможно приготовить одинаковые капилляры ПКК, их сечения неизбежно будут немного различаться. Причина различия связана с технологией изготовления пакета. Если приложить давление газа к пакету капилляров, то его скорость в каждом капилляре будет различна: в капилляре с большим сечением – выше, а в капилляре с меньшим сечением – меньше. Если в каждый из капилляров ввести вещество в потоке газа-носителя, скорость движения вещества в каждом капилляре будет различна. Эффективность поликапиллярных колонок в решающей степени определяется идентичностью геометрических характеристик каждого капилляра в пакете.
Показано [24], что размывание хроматографического пика в поликапиллярной колонке происходит под влиянием двух основных факторов: размывание хроматографического пика в отдельном капилляре и размывание за счет различия сечений отдельных капилляров пакета:
HПКК = H0 + Δs2 · L, (1)
где H0 – ВЭТТ для среднего по распределению капилляра пучка, Δs2 – относительная дисперсия распределения капилляров по сечениям, L – длина колонки. H0 зависит только от внутреннего диаметра капилляра, тогда как второй член уравнения зависит от того, насколько различаются по сечениям отдельные капилляры пакета. С учетом (1) число теоретических тарелок N, реализующихся на длине L, может быть рассчитано по общепринятому в хроматографии соотношению:
. (2)
Из (2) следует, что при увеличении длины поликапиллярной колонки число теоретических тарелок стремится к определенному пределу:
. (3)
То есть, с увеличением длины колонки ее эффективность приобретает фиксированное значение. Это свойство – одно из важнейших для поликапиллярных колонок. В таблице приведена зависимость эффективности ПКК от дисперсии капилляров по сечениям при различных длинах колонки. Видно, что наилучший результат по эффективности может быть достигнут для колонок с минимальными значениями дисперсии. Простой рецепт приготовления высокоэффективных колонок – применение трубок с малой дисперсией. Например, для трубок с дисперсией 1% можно достигнуть эффективности 10 тыс. теор. тарелок на метр.
Однако данный подход к получению высокоэффективных колонок не совсем реален, поскольку сегодня нет технологии приготовления пакета капилляров с дисперсией менее 2%. Из такой трубки можно приготовить колонку с эффективностью порядка 2200 теор. тарелок при длине 1 м. Заметим, что при Δ = 3 – 4% длина колонки почти не оказывает влияния на эффективность. А именно такие значения дисперсии капилляров по сечениям характерны для многоканальных трубок, из которых готовят поликапиллярные колонки.
Очевидно, что столь низкой эффективности недостаточно для решения широкого круга аналитических задач, поэтому встает вопрос о том, каким образом увеличить эффективность колонки.
Вопрос о возможных путях повышения эффективности колонок с большой дисперсией капилляров по сечениям длительное время дискутировался среди их создателей в начале восьмидесятых годов прошлого века. В результате разработан подход к увеличению эффективности колонок, основанный на механизме, позволяющем создавать в каждом из капилляров пленку неподвижной жидкой фазы, толщина которой находится в функциональной зависимости от диаметра капилляра [25]. Очевидно, что если в капилляр с большим сечением внесено больше фазы, чем в капилляр с меньшим сечением, то скорость продвижения вещества в большем капилляре замедлится по сравнению с капилляром с меньшим сечением. Меняя соотношение количества фазы в капиллярах разного сечения, можно добиться снижения разницы времен выхода из капилляров, что уменьшит размывание пика и в результате приведет к увеличению эффективности поликапиллярной колонки.
Предположим, что толщина пленки связана с радиусом капилляра R соотношением:
, (4)
где df – толщина пленки фазы; СА и α – константы. Тогда можно показать, что существует функциональная зависимость между эффективностью колонки, фактором емкости К и величиной α [24, 26, 27]:
, (5)
где Nσ – эффективность по несорбирующемуся компоненту.
Из уравнения (5) следует несколько ситуаций, которые определяются величиной α, т.е. функциональной зависимостью толщины пленки неподвижной жидкой фазы от радиуса среднего капилляра поликапиллярной колонки. На основании анализа этих ситуации [24, 25] можно показать, что в идеальном случае, когда толщина пленки неподвижной фазы в каждом капилляре ПКК пропорциональна кубу радиуса данного капилляра (см. (4)), дисперсионный член в уравнении ВЭТТ для поликапиллярной колонки (1) становится малым по сравнению с H0. Следовательно, эффективность ПКК становится равной той, которая соответствует усредненному по сечению капилляру колонки, т.е. при α = 3 и K >> 1 эффективность колонки значительно возрастает.
Таким образом, эффективность поликапиллярной колонки определяется в значительной мере методами нанесения неподвижной жидкой фазы (НЖФ) на капилляры. Низкую эффективность колонки, обусловленную разницей в скоростях газа-носителя для каждого капилляра, можно увеличить, если в каждом капилляре создать пленку фазы, толщина которой связана с радиусом капилляра как df ≈ Rα, где 1 < α ≤ 3 [25]. Разумеется, это предельное значение эффективности, скорее всего, реально недостижимо, но оно является тем ориентиром, к которому следует стремиться при приготовлении поликапиллярной колонки.
Известно несколько способов нанесения НЖФ на стенки капилляров ПКК [25], приводящих к увеличению эффективности ПКК. Существенное увеличение эффективности можно получить при динамическом нанесении фазы с неполным заполнением колонки [25]. Раствором фазы заполняют колонку почти полностью (на 90%), но так, чтобы он не проходил через самый широкий капилляр. Затем давлением газа продавливают раствор в обратную сторону. В этом способе длина, на которую будет введена фаза в капилляр, пропорциональна радиусу этого капилляра, а толщина пленки для динамического метода, как мы уже видели, пропорциональна радиусу в степени 1,5. Тогда количество фазы в каждом капилляре пропорционально радиусу в степени 2,5 (т.е. α = 2,5). С учетом (5) можно предсказать увеличение эффективности колонки в 16 раз для тяжелых компонентов по сравнению с несорбирующимся. То есть, N ≈ 16 · Nσ при K >> 1 [28].
Недостаток этого метода в том, что из одной длинной многоканальной трубки можно получить только одну поликапиллярную колонку. Кроме того, если произойдет поломка готовой колонки со стороны частично заполненных капилляров, то эффект согласования исчезнет [29].
Наилучшие результаты по увеличению эффективности поликапиллярных колонок дает самосогласованный статический метод нанесения [28]. Один из концов поликапиллярной трубки помещают в общий герметичный объем. Заполняют поликапиллярную трубку вместе с объемом раствором неподвижной жидкой фазы. Затем через свободный конец поликапиллярной трубки испаряют растворитель при высокой температуре. При этом пары растворителя, выходящие через открытые концы капилляров, создают дополнительное давление, а раствор НЖФ из более узких капилляров через общий объем перетекает в более широкие. Таким образом, в более широких капиллярах остается более толстая пленка неподвижной фазы. Пленка неподвижной фазы остается по всей длине колонки, что дает возможность получать из одной длинной поликапиллярной заготовки несколько коротких поликапиллярных колонок.
Статический метод нанесения НЖФ с самосогласованием позволяет получать прямые поликапиллярные колонки длиной 25 см с эффективностью до 5 тыс. теор. тарелок. [24]. В качестве НЖФ могут быть использованы самые обычные фазы, которые нашли широкое применение в капиллярной хроматографии. Рассмотрим некоторые примеры, полученные с использованием прямых капиллярных колонок длиной 22–25 см.
Разделения на колонках с неподвижной жидкой фазой
Пример использования поликапиллярной колонки с неподвижной жидкой фазой представлен на рис.3. Казалось бы, обычная хроматограмма, которую можно получить в любой лаборатории. Но если посмотреть на время разделения, которое составляет несколько секунд, то можно прийти к выводу, что вы столкнулись с чем-то не совсем ординарным.
На рис.4 показано разделение компонентов масла пихты. На капиллярной колонке данное разделение можно провести за 20–30 минут.
На рис.5 приведена хроматограмма нитросоединений, полученная с использованием ПКК.
Наконец, на рис.6 приведена хроматограмма разделения компонентов синтетического топлива от С5 до С11, полученная в условиях программирования температуры за 72 с. Следует отметить, что в варианте газожидкостной хроматографии на ПКК возможно решение многих задач разделения, которые ранее решали с помощью хроматографии на насадочных или капиллярных колонках. При использовании ПКК со слоем НЖФ можно достигать эффективностей колонки до 14–18 тыс. теор. тарелок на метр колонки.
Пористослойные поликапиллярные колонки
Не все задачи разделения можно решить методом газо-жидкостной хроматографии. Например, для разделения постоянных газов, азота и кислорода, легких углеводородов или летучих оксидов используют газо-адсорбционный вариант, что в случае капиллярных или поликапиллярных колонок предполагает наличие в капиллярах не жидкой фазы, а слоя сорбента. Сегодня разработаны технологии, которые позволяют готовить ПКК с сорбентами различной природы: на основе оксидов кремния, алюминия, а также на основе органических сорбентов [32–34]. В отличие от колонок с НЖФ эффективность пористослойных колонок несколько ниже и достигает 10–12 тыс. теор. тарелок на метр.
Рассмотрим примеры экспрессного разделения, которые получаются с использованием пористослойных колонок.
На рис.7 показано разделение углеводородов С1–С3. Все разделение занимает восемь секунд. Видно, что колонка обладает хорошей способностью удерживать ацетилен, который выходит после пропана. Это разделение получено с помощью сорбента на основе оксида алюминия.
Наконец, на рис.8 показано аналитическое решение такой задачи, как экспрессное разделение бутанов и бутенов. Видно, что разделения получаются действительно очень быстрыми при перепаде давления на колонке примерно 0,5–0,8 атм. Хроматографическая эффективность колонок длиной 22–25 см составляет 2–2,5 тыс. теор. тарелок.
Все приведенные хроматограммы получены с использованием колонок с сорбентом на основе оксида алюминия. Однако, несмотря на высокую селективность поликапиллярных колонок с оксидом алюминия, они не позволяют проводить разделение кислородсодержащих веществ и соединений некоторых других химических классов. Можно приготовить ПКК на основе оксида кремния, который расширяет области применения колонок. В отличие от оксида алюминия, он не проявляет такой высокой избирательности по отношению к углеводородам. Однако благодаря большей химической инертности на колонках с оксидом кремния возможно разделение полярных соединений. На рис.9 представлена хроматограмма разделения галогенсодержащих углеводородов. При температуре 95°С время анализа составляет 20 с.
Ассортимент разработанных и исследованных колонок для газо-адсорбционной поликапиллярной хроматографии будет не полон, если не упомянуть колонки с пористым слоем на основе дивинилбензола (ДВБ). Из этих полимеров синтезируют сорбенты Porapak, Chromosorb и Hayesep для приготовления насадочных колонок, а также готовят капиллярные колонки с пористым слоем различной полярности. Преимущества этих колонок в том, что их можно применять в одновременном анализе полярных и неполярных соединений, водных растворов, а также в кислых и щелочных средах, что затруднительно для пористослойных колонок с другими сорбентами. На рис.10 приведена хроматограмма разделения углеводородов С1–С4 на ПКК длиной 0,32 м. Эффективность по последнему пику (бутан) составляет ~1750 теор. тарелок.
Приготовленная колонка позволяет с высокой скоростью разделять углеводороды С1–С4 при хорошем разрешении пиков метана и этана. При этом процесс разделения проходит при относительно высокой температуре (70°С), чего невозможно добиться с помощью ПКК на основе оксида алюминия. Поэтому ПКК с сополимером ДВБ – стирол может оказаться наиболее эффективным инструментом для экспрессного разделения легких углеводородов при хроматографическом определении компонентного состава горючих газов.
Помимо разделения легких углеводородов колонка на основе ДВБ позволяет разделять и кислородсодержащие соединения (рис.11). Эффективность по последнему пику хроматограммы (этилацетату) составляет ~1900 теор. тарелок.
Как большинство колонок с пористым слоем на основе сополимера ДВБ – стирол, ПКК позволяет проводить разделение веществ самых различных химических классов. По своей селективности колонка схожа с насадочными колонками, заполненными сорбентами Porapack Q (Sigma-Aldrich Inc.) или Hyesep P (Hayes Separations Inc.), однако скорости разделения при использовании ПКК в 60–100 раз превышают те, что получены на традиционных насадочных колонках.
ПКК на основе ДВБ – наиболее удачный вариант колонок для газо-адсорбционной хроматографии, поскольку их свойства не меняются в течение длительного времени эксплуатации, а разработанная методика их приготовления позволяет получать хорошо воспроизводимые колонки [35].
Конфигурация колонок для экспрессного анализа
Начальная длина многоканальной трубки может быть достаточно велика, но длина приготовленной из нее прямой колонки ограничена размерами термостата хроматографа. Возможны два способа размещения ПКК в термостате. Первый заключается в использовании прямой короткой ПКК, длина которой меньше ширины термостата. Второй подход – это придание относительно длинной колонке конфигурации, позволяющей поместить ее в термостат. Чтобы придать трубке необходимую форму, следует нагреть ее или ее часть до температуры размягчения стекла 420–450°С, а затем проделать с нагретым участком операции, необходимые для изменения формы колонки.
Самый простой вариант ПКК – прямая колонка длиной 20–30 см, что позволяет использовать ее в термостате большинства хроматографов. Для защиты от механических повреждений колонку помещают в металлическую оболочку (рис.12а). Максимальная эффективность колонок длиной 22 см достигает 4–4,5 тыс. теор. тарелок для ГЖХ, что в пересчете на 1 м составляет 18–20 тыс. теор. тарелок.
Возможна конфигурация колонки, которая позволяет уменьшить ее размеры путем перегиба многоканальной трубки (рис.12б). Детали этого вида колонки обсудим ниже.
Очевидный путь уменьшения габаритов относительно длинной ПКК – закручивание в спираль (рис.13). Однако при свертывании в спираль капилляры многоканальной трубки деформируются. По внешней стороне спирали они становятся длиннее, чем по внутренней, что приводит к дополнительному уширению хроматографической полосы. Таким образом, ВЭТТ для ПКК свернутой в кольцо колонки будет больше, а эффективность меньше, чем у прямой колонки.
Для того чтобы избежать уменьшения эффективности кольцевых ПКК, существует изящный способ устранения дисперсии капилляров по длине: колонку закручивают вдоль продольной оси симметрии. При этом капилляры, идущие вдоль завитой в спираль МКТ, закручиваются вдоль продольной оси. Тем самым достигается усреднение длин капилляров, из которых состоит колонка, что приводит к увеличению ее эффективности [36]. Оказалось, что эффективность кольцевой колонки вырастает приблизительно в 3 раза по сравнению с той, где капилляры не были закручены вдоль продольной оси. На приготовленных по технологии закручивания капилляров ПКК можно получить эффективность 14–16 тыс. теор. тарелок на метр. Обычно длина спиральных колонок составляет около 1 метра. Математический подход к решению задачи, адекватно описывающей модель кольцевой колонки, можно найти в блестящей, с моей точки зрения, публикации [37].
В тех случаях, когда использование кольцевой колонки затруднительно, возможно применение S-образной колонки. Такая колонка получается путем изгибания прямой ПКК четное число раз (как правило, дважды). При этом происходит компенсация разницы длин капилляров по внутреннему и внешнему радиусам загиба и перекручивать ПКК вдоль продольной оси нет необходимости (см. рис.12б).
На такой колонке с неподвижной жидкой фазой SE-30 достигнута максимальная эффективность 10 тыс. теор. тарелок, более 15 тыс. теор. тарелок/м. Это несколько меньше максимально достижимой эффективности для ПКК, закрученной в спираль. Вероятно, некоторое снижение эффективности может быть вызвано невозможностью воспроизвести с достаточной точностью малые радиусы загиба (около 1 см) в колонке этого типа. Следует отметить, что для S-образной колонки необходимо, чтобы число загибов в ней было четным. В том случае если это правило не выполнено, эффективность колонки уменьшится самым катастрофическим образом.
Еще один вариант колонки – U-образная колонка (рис.14) которая от других типов колонок отличается тем, что в ней вход и выход располагаются рядом [38]. Придавая U-образную форму колонке, можно адаптировать ее к разным видам хроматографического оборудования, для которого инжектор и детектор находятся рядом. При этом длина соединительных коммуникаций (переходники, соединительные капилляры) минимальна. Возможна непосредственная установка ПКК в устройство ввода пробы без соединительных капилляров. Условно U-образная колонка состоит из трех элементов. Первый элемент – прямой отрезок поликапиллярной колонки. Второй элемент представляет собой отрезок поликапиллярной колонки, согнутой под определенным радиусом (от 2 до 8 см). В этом элементе капилляры закручены вдоль продольной оси на 180° (рис.15). Третий элемент колонки – прямой отрезок поликапиллярной колонки, параллельный первому и направленный в ту же сторону.
Преимущество U-образной колонки по сравнению с прямой и завитой в спираль в том, что ее можно использовать как малогабаритный элемент хроматографической аппаратуры. Колонка удобна, когда в серийном хроматографе требуется ПКК длиной 20–60 см. Эффективность U-образной колонки длиной 22 см в варианте ГЖХ составляет 3,5–4 тыс. теор. тарелок или 16–18 тыс. теор.тарелок/м.
Возникает вопрос, какие из известных конфигураций ПКК следует использовать для целей экспрессного анализа? В значительной мере скорость разделения определена той задачей, которая стоит перед аналитиком. Конечно, любое применение ПКК в сравнении с насадочной колонкой дает очень большой выигрыш по времени анализа и поэтому автоматически попадает под понятие "экспрессное". Вместе с тем, есть ряд задач, которые требуют разделения в течение нескольких секунд. К таким задачам, например, относится разделение на второй, "быстрой" колонке в варианте двумерной хроматографии. Еще одной задачей является такой вариант разделения, когда требуется наблюдение за составом смеси в масштабе времени, близкого к реальному.
Поскольку время анализа прямо зависит от длины колонки, очевидно, что следует использовать колонки минимальной длины, при которой, однако, обеспечивается необходимое для данной задачи разделение анализируемых веществ. Работа с колонками в режиме ГЖХ показала, что для разделения смеси с числом компонентов порядка 10 и за время порядка 10 секунд подойдет колонка длиной 15–25 см. Для быстрого разделения не следует применять длинные ПКК. В этом случае колонка потеряет свое основное качество – экспрессность разделения. Приводимые в работе примеры разделения получены на прямых колонках 22–30 см или на U-образных колонках.
Анализ нелетучих соединений с помощью ПКК
При работе с ПКК вполне закономерно встает вопрос о том, можно ли их использовать для разделения нелетучих соединений, т.е. для жидкостной хроматографии. Поскольку до определенного времени не существовало технологии приготовления колонок с капиллярами микронной размерности, то для анализа нелетучих соединений попытались использовать не жидкостную, а сверхкритическую флюидную хроматографию (СФХ). Для этого был разработан изящный способ включения ПКК в хроматографический тракт [39]. В 1990 году впервые получены разделения с использованием ПКК с капиллярами 40 мкм и пришитой НЖФ OV-101 (рис.16) [40].
В 2000 году появилась возможность получать МКТ с диаметром капилляров около 1 мкм (рис.17). Ожидалось, что именно такая колонка подойдет для жидкостной хроматографии. Однако такая конструкция обладала очень большим гидродинамическим сопротивлением, что препятствовало вводу в нее каких-либо материалов, а тонкие перегородки между капиллярами ломались при обработке капилляров. То есть при МКТ с капиллярами микронного размера возникали следующие трудности: низкая проницаемость трубки, ее недостаточная механическая прочность и плохая химическая устойчивость материала колонки. Поэтому была сделана попытка использовать МКТ с капиллярами большего диаметра, чтобы показать принципиальную возможность использования пакета капилляров для жидкостной хроматографии. С этой целью к поверхности капилляров МКТ диаметром 20 мкм была проведена пришивка С18. В результате (см. рис.18) получилось довольно длительное (3 мин) по времени разделение, которое, на мой взгляд, является промежуточным результатом при создании ПКК для ЖХ. Детали этой работы можно найти в [41] и там же приведены данные по использованию коротких МКТ для твердофазной экстракции.
Другой подход, основанный на использовании ПКК с капиллярами большого диаметра, основан на синтезе монолита в каждом из капилляров [42]. На рис.19 показано, как выглядят капилляры ПКК диаметром 40 мкм с монолитом на основе диоксида кремния. Несмотря на то, что существуют два патента, описывающих данную колонку [42, 43], нет каких-либо публикаций о ее работе в ЖХ.
Возможно, что причина неудач заключается в изменении объема монолита на основе диоксида кремния при его конечной сушке. Изменение объема приводит к отрыву монолита от стенок капилляра и проскоку носителя через образованные щели. Этого недостатка лишен монолит на основе сополимера дивинилбензол/стирол. На рис.20 приведена фотография фрагмента среза колонки с капиллярами 40 мкм с дивинилбензол-стирольным монолитом. Колонка была вклеена в металлическую трубку и включена в хроматографический тракт хроматографа Agilent LC 1100 с УФ-детектором.
Видно, что монолит, находящийся внутри капилляров колонки, распределен неравномерно. По всей видимости, его локализация связана с несовершенством методики синтеза. Однако даже на этой колонке удалось получить разделение смеси эфиров фталевой кислоты (рис.21).
Длительность анализа и низкая эффективность колонки не позволяют говорить о том, что достигнут какой-то рекордный результат. Однако это первый пример применения ПКК с монолитным сорбентом в жидкостной хроматографии.
Что касается конкретных способов приготовления колонок, а также их хроматографических свойств, то обсуждение этих вопросов можно найти в публикациях, ссылки на которые даны при обсуждении колонок и примеров разделения.
Имеет ли жидкостная хроматография на ПКК право на существование, до сих пор остается вопросом. Если такое случится, то с большой вероятностью колонки будут представлять собой пакет капилляров размером в десятки микрон, внутри которых синтезирован монолит. Что касается пакетов капилляров открытого типа и микронного диаметра, то сегодня пока нет технологий для их использования в ЖХ.
В заключение отмечу, что экспрессные методы открывают новые области применения хроматографии, возможно, неочевидные или неожиданные. Поэтому трудно прогнозировать, насколько широко поликапиллярные колонки будут использованы в каких-либо отраслях хроматографии.
С другой стороны, тенденция развития высокоскоростной хроматографии среди других аналитических методов хорошо иллюстрирует философский тезис о том, что любая экономия, в конечном счете, является экономией времени.
ЛИТЕРАТУРА
1. Giddings J.C. Theory of Minimum Time Operation in Gas Chromatography. – Anal. Chem., 1962, vol.34, p.314–319.
2. Purnell J.H. and Quinn C.P. An Approach to Higher Speed in Gas–Liquid Chromatography // In Gas Chromatography, Assembly Rooms, Edinburgh. 8–10 June 1960, R.P.W. Scott, Ed. Butterworth, Washington, 1960, p.184–198.
3. Cramers C.A., Janssen H.-G., van Deursen M.M., Leclercq P.A. High-speed gas chromatography: an overview of various concepts. – Journal of Chromatography A, 1999, vol.856, p.315–329.
4. Golay M.J.E. in V.J.Coates, Noebels H.J., Fargerson I.S. (Eds.). Gas Chromatography. – New York. – Academic Press, 1958, p.1–13.
5. MacDonald S.J., Wheeler D. Fast temperature programming by resistive heating with conventional GCs. – American Laboratory, 1998, November, p.27–40.
6. Peese A.A., Georg G. Forensic drug screening using fast GC. – Pittcon 2000, New Orleans, LA, March 12–17, p.580.
7. Matthew S. Klee, Leonid M. Blumberg. Theoretical and Practical Aspects of Fast Gas Chromatography and Method Translation. – J. Chromаtography. Sci., 2002, v. 40, p. 234–247.
8. Sacks R., Smith H., Novak M. High-Speed Gas Chromаtography. – Anal. Chem., 1998, v.70, N.1, p.29A.
9. David F., Gere D.R., Scanlan F., Sandra P. Instrumentation and applications of fast high-resolution capillary gas chromatography. – Journal of Chromatography A, 1999, v.842, p.309–319.
10. Seferovic W., Hinshaw J.V., Ettre Jr. and L.S. Comparative data on GC capillary columns having various diameter and film thicknesses. – J. Chromatogr. Sci., 1986, v.24, p.374–382.
11. Desty D.H., Goldup A., Swanton V.T. // in N.Brenner (Ed.) Gas Chromatography. – New York : Academic Press, 1962, p.105.
12. van Es A., Jannssen J., Cramers C., Rijks J. Sample enrichment in high speed narrow bore capillary gas chromatography J.H.R.C. & C.C,1988, v.11, p.852–857.
13. van Es A. High speed narrow bore capillary gas chromatography. – Huthig, 1992, 158 p.
14. Жуховицкий А.А., Туркельтауб Н.М. Газовая хроматография. М.: Гостоптехиздат, 1963. – 138 с.
15. Golay M.J.E. Preparative Capillary Chromatography A. Proposal – J.H.R.C. & C.C. – 1988, v.11, p.6–8.
16. Janik A. Letter to editor. – Journal of Chromatographic Science, 1978, v.16, p.174.
17. Pierce H.D., Unrau A.N., Oehlschlager A.C. Technical Note: A Method for the Preparation of Glass Multicapillary Columns. – Journal of Chromatographic Science, 1979, vol.17, p.297.
18. Janik A. Letter to the editor. – Journal of Chromatographic Science, 1976, v.14, p.589.
19. Hawkers S.J. Letter to the Editor. – Journal of Chromatographic Science, 1977, v.15, p.89.
20. Авторское cвидетельство 986181 СССР Хроматографическая колонка / Солдатов В.П., Овечкин А.И., Сидельников В.Н., Малахов В.В., Кузнецов В.В., Гаврилина Л.Я., Уткин В.А., Емельянова О.А. Заявл. 21.05.1980, Опубл. 1991Би.№30, стр.239
21. Патрушев Ю.В. Разработка методов приготовления поликапиллярных колонок для газо-адсорбционной хроматографии и исследование их свойств. Дисс. канд. хим. наук, 2005, Новосибирск.
22. Малахов В.В., Сидельников В.Н., Уткин В.А. О возможности использования пакета капилляров в качестве хроатографической колонкию – ДАН, 1993, т. 329, №6, с. 749–751.
23. Cooke W.S. Multicapillaty columns: an idea whose time has come. – Today’s chemist at work, 1996, January, p.16–20.
24. Sidelnikov V.N., Patrushev Y.V., Parmon V.N.. Ultrafast gas chromatography. In Principles and Method for Accelerated Catalyst Design and Testing. – NATO Sci. Ser. – Kluwer Academic Publishers. Mathematics, Physics and Chemistry, 2002, v.69, p.257–275.
25. Zhdanov V.P., Sidelnikov V.N., Vlasov A.A. Dependence of the efficiency of a multicapillary column on the liquid phase loading method. – Journal of Chromatography A, 2001, v.928, p.201–207.
26. Sidelnikov V.N., Vlasov A.A., Zhdanov V.P., Malakhov V.V. Prepare High Performance Multicapillary Columns. – Abstracts. Int. Congr. on Anal. Chem. // Moscow, June 15–21, 1997, v.I., E-15 (тезисы докладов).
27. Lobinski R., Sidelnikov V., Patrushev Y., I. Rodriguez I., Vasik A. Multicapillary column gas chromatography with element-selective detection. – Trends in analytical chemistry, 1999, v.18, N.7, p.449–460.
28. Сидельников В.Н., Патрушев Ю.В. Поликапиллярная хроматография. – Российский химический журнал, Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева, 2003. т.XLVII, №1, с.23–34.
29. Власов А.А. Оптимизация процессов приготовления и исследование хроматографических свойств поликапиллярных колонок: Дис. канд. хим. наук / Новосибирск, 1990, 149 с.
30. Сидельников В.Н., Патрушев Ю.В., Николаева О.А. Экспрессная газовая хроматография на поликапиллярных колонках и ее возможности. – Катализ в промышленности, 2010, №3, с.7–16.
31. Сидельников В.Н., Патрушев Ю.В., Сизова Н.В., Петренко Т.В. – 2003, с.79–85.
32. Патрушев Ю.В., Вервекин Ю.Г., Сидельников В.Н. Поликапиллярная газохроматографическая колонка с золь-гель сорбентом на основе оксида алюминия. – Журнал физической химии, 2007, т.81, №3, с.573–576.
33. Патрушев Ю.В., Николаева О.А., Сидельников В.Н. Поликапиллярные колонки с пористым слоем на основе дивинилбензольного сополимера. – 2010, т.84 (5), с.973–977.
34. Sidelnikov V.N., Patrushev Y.V., Belov Y.P. Sol-gel multicapillary columns for gas-solid chromatography. – Journal of Chromatography A, v.1101, 2006, p.315–318.
35. Николаева О.А. Поликапиллярные колонки с пористым слоем на основе сополимеров дивинилбензола для сверхбыстрого хроматографического анализа. Дисс. канд.хим.наук. 2011, Новосибирск.
36. Патент РФ №. 2114427 Поликапиллярная хроматографическая колонка. Ефименко А.П., Науменко И.И. Заявл. 27.09.96. Опубл 27.06.98. Б.и. №10.
37. Ефименко А.П., Науменко И.И., Соболева В.К. Спиральные поликапиллярные колонки. – ЖФХ, 2008, т.82, №8, с.1560–1565.
38. Патент РФ № 2205400 Хроматографическая поликапиллярная колонка. Сидельников В.Н. Патрушев Ю.В., Пармон В.П. Заявл. 18.03.2002. Опубл. 27.05.2003 Б.и.№ 15.
39. Авторское свидетельство СССР 1794321 Колонка для сверхкритической флюидной хроматографии. С.И. Аборнев. Заявл. 17.12.90, опубл. 10.02.97. Б.и.№ 4.
40. Аборнев С.И., Власов А.А., Малахов В.В., Сидельников В.Н. Сверхкритическая флюидная хроматография на поликапиллярных колонках. – ЖАХ, 1997, т.52, №5, с.503–506.
41. Belov Y., Ulyanova M. and Sidelnikov V. Multicapillary Columns for Chromatography. – American Laboratory, March 2005, v.37, N.6, p.42–46.
42. Патент РФ 2337354. Хроматографическая поликапиллярная колонка с монолитным сорбентом. Сидельников В.Н., Патрушев Ю.В. Заявл. 03.05.2007. Опубл. 27.05.2008, Б.и.№ 30.
43. US Patent 7.217.359 B2. May 15, 2007. Columns for Chromatograph. Kazuki Nakanishi, Shigeru Hanzawa, Yosuke Sato.
44. Жданов А.А. Исследование возможностей поликапиллярных колонок для жидкостной хроматографии. // Дипломная работа. Кафедра аналитической химии. Факультет естественных наук. Новосибирский государственный университет, 2011.
Исследования по уменьшению времени хроматографического анализа ведутся с начала 60-х годов 20 века [1, 2]. И только в последнее десятилетие определены подходы к экспрессному разделению, применимые к рутинным анализам [3]. Для ускорения хроматографического анализа существует несколько путей, это:
увеличение скорости потока газа-носителя для уменьшения времени элюирования анализируемых компонентов;
повышение температуры или использование программирования температуры для достижения требуемого времени выхода;
использование коротких колонок с меньшим внутренним диаметром.
Выполнение первых двух пунктов сводится к изменению параметров разделения, в то время как последнее условие может быть выполнено только путем конструкционных изменений колонки.
Повышение скорости газа-носителя в колонке – наиболее очевидный путь ускорения анализа. В хроматографической колонке вещество распределяется между подвижной (газ) и неподвижной (жидкость, твердый сорбент) фазами. Движение вещества вдоль колонки возможно только тогда, когда оно находится в газовой фазе. При увеличении скорости потока носителя время анализа уменьшается. Вместе с тем известно [4], что разделительная способность хроматографической колонки максимальна при определенной скорости газа-носителя. Основная причина потери эффективности при увеличении скорости газа-носителя связана с конечным временем установления равновесия между газом и жидкостью в случае ГЖХ и между газом и сорбентом в случае ГАХ. Поэтому такой путь повышения скорости анализа, хоть и приводит к некоторому ускорению процесса разделения, сопровождается потерей эффективности. Кроме того, высокая скорость потока носителя требует повышения давления на входе в колонку, что в ряде случаев ограничивает применение серийной аппаратуры для достижения высоких скоростей анализа.
Повышение температуры разделения тоже приведет к уменьшению времени пребывания вещества в колонке, но уже по другой причине. Температура влияет, прежде всего, на распределение элюента между газом-носителем и неподвижной фазой, при ее повышении равновесная концентрация элюента смещается в газовую фазу. Очевидно, что изотермический анализ при очень высокой температуре приведет к полной потере селективности фазы, и возможна такая ситуация, когда все вещества смеси быстро выйдут из колонки одним пиком. Понятно, что такой случай экспрессного элюирования не представляет интереса.
Практически для уменьшения времени разделения повышение температуры можно реализовать с помощью метода программирования. Действительно, при увеличении скорости программирования сокращается время разделения с одновременным уменьшением разрешения хроматографических пиков. Но такой способ уменьшения продолжительности анализа не позволяет увеличить скорость разделения, допустим, на порядок. Тем не менее в ряде случаев с использованием ускоренного программирования температуры при повышенной скорости газа-носителя порядка 100°С/мин можно добиться хороших результатов ускорения разделения на модифицированной серийной аппаратуре и достичь 4–5-кратного уменьшения продолжительности анализа [5].
В конце концов, дальнейшее сокращение времени анализа, так или иначе, сведется к уменьшению конструкционных параметров колонки и прежде всего ее внутреннего диаметра.
Влияние диаметра колонки на параметры разделения
Наиболее простой путь значительного снижения времени анализа – это уменьшение длины колонки при сохранении ее разделительной способности. Короткие капиллярные колонки с малым диаметром капилляра (0,1 мм и менее) позволяют сократить время анализа. Эффективность коротких капиллярных колонок малого диаметра сравнима с общей эффективностью длинных колонок с обычным диаметром (0,25–0,32 мм) [6, 7]. Если не учитывать внеколоночное уширение пика и сжимаемость газа-носителя, то зависимость ВЭТТ от радиуса капилляра можно представить формулой [8]:
,
где H – высота, эквивалентная теоретической тарелке, f(k) – функция, зависящая от фактора емкости, r – радиус колонки, u – средняя линейная скорость газа-носителя, D – коэффициент диффузии. Исходя из соотношения H = L / N, где L – длина колонки, а N – число теоретических тарелок, можно записать:
.
Очевидно, что, уменьшив длину колонки (а, следовательно, и время анализа), можно сохранить эффективность благодаря уменьшению радиуса капилляра.
При одинаковом отношении длины к радиусу эффективность коротких колонок малого диаметра такая же, как у обычных колонок. Например, разрешающая способность колонки длиной 10 м и диаметром 0,1 мм такая же, как у колонки длиной 25 м и диаметром 0,25 мм [9].
Показано [10], что при сохранении постоянного фазового отношения β зависимость Ван-Деемтера различна для капиллярных колонок с разным диаметром. Правая ветвь кривой более пологая для колонок с меньшим диаметром и более крутая для колонок с большим диаметром (рис.1). То есть, капиллярные колонки малого диаметра позволяют работать при больших скоростях газа-носителя без значительного снижения эффективности.
Вполне логично предположить, что для проведения очень быстрого анализа можно использовать короткую (до 1 м) капиллярную колонку с диаметром капилляра несколько десятков микрон. Впервые принципиальная возможность такого подхода показана еще в 1962 году D.Desty, который провел разделение 15 компонентов за время порядка двух секунд на 1,2-метровой колонке диаметром 45 мкм [11]. Самое быстрое разделение получено в 1988 году, когда удалось разделить 9 компонентов за 0,6 секунды с использованием капиллярной колонки длиной 0,3 м и диаметром 50 мкм [12].
Таким образом, существенно ускорить анализ можно, если использовать капиллярную колонку с малым диаметром капилляра. Однако есть принципиальное ограничение применения таких колонок, связанное с исключительно узким диапазоном определяемых концентраций. Очевидно, что колонка должна обеспечивать разделение анализируемых веществ в интервале концентраций, который определен динамическим диапазоном детектора. Нижний предел для колонки – это количество вещества, которое может зарегистрировать используемый детектор. А верхний предел определен самой колонкой – это количество вещества, которое можно ввести колонку без потери ее эффективности. Под потерей эффективности понимают ее уменьшение на определенный процент от первоначального значения при перегрузке. Можно принять, что колонка перегружена, когда ее первоначальная эффективность, измеренная при малом количестве пробы, уменьшается на 30% при увеличении массы пробы [13]. В этом случае количество компонента, при котором ВЭТТ снижается на 30%, максимально допустимо для анализа на данной колонке. То есть, если в колонку ввести большее количество вещества, то она будет перегружена, условия равновесия газ-жидкость в ней будут нарушены, произойдет ухудшение ее разделительных свойств, и вещества анализируемой смеси не будут разделены.
Рабочий диапазон колонки по загрузке пробой [13] определяется как W = Qm / Q0, где Qm – максимальное количество вещества, которое можно ввести в колонку, Q0 – минимально детектируемое количество вещества. Минимально детектируемое количество вещества для такого распространенного детектора, как пламенно-ионизационный, составляет порядка 1 · 10–12–5 · 10–11 г. Если предположить, что минимально допустимый рабочий диапазон W, необходимого для практических применений, составляет 100, то минимальный диаметр капиллярной колонки будет 35 мкм при фазовом отношении β = 200, а это типичное значение для капиллярных колонок. То есть, для колонки с меньшим диаметром диапазон концентраций совместно определяемых компонентов ниже 100, что во многих случаях ограничивает применение таких колонок на практике.
Расширить динамический диапазон колонки можно путем увеличения толщины пленки фазы, но тогда возрастет время установления равновесия газ-жидкость, что, в свою очередь, приведет к замедлению процесса разделения. Таким образом, попытка увеличения скорости разделения приводит к ограничению круга решаемых аналитических задач.
Какие же могут быть выходы их создавшейся ситуации? Один из подходов был успешно реализован для экспрессного анализа в режиме газо-жидкостной хроматографии. Он заключается в использовании пакета капилляров малого диаметра, работающего как единая хроматографическая колонка.
Поликапиллярные колонки для экспрессного анализа
Поликапиллярная колонка (ПКК) при сохранении высокой скорости разделения способна работать с большими объемами пробы. Следует отметить, что идея создания ПКК к моменту ее реализации была не нова. До создания работающей колонки уже имелся ряд публикаций, в которых описаны подходы к ее приготовлению [14–19]. Однако практическая реализация стала возможной лишь после развития технологии приготовления многоканальных трубок (МКТ), содержащих до 1000 и более капилляров с диаметром 10–100 микрон [20]. Из МКТ с диаметром капилляров 40 микрон была приготовлена первая колонка, получившая название "поликапиллярная".
Все описанные здесь поликапиллярные колонки (если не оговорено специально) приготовлены из многоканальных трубок (МКТ) из стекла марки 6Ва-4, число капилляров в пакете приблизительно 1400, средний диаметр одного капилляра равен 40,0±1,3 микрон. Изначально длина прямой многоканальной трубки составляла 120 и 90 см. В сечении многоканальная трубка представляет собой шестигранник с максимальным размером по апофеме 2,3–2,6 мм (рис.2).
В работе [22] впервые показана экспериментальная возможность использования пакета капилляров в качестве хроматографической колонки. Несколько позже появилась аналогичная публикация в англоязычной литературе [23]. Сегодня поликапиллярные колонки коммерчески доступны и в течение ряда лет применяются для экспрессного разделения в газо-жидкостном варианте хроматографии. Колонки обладают рядом свойств, которые отличают их от насадочных и капиллярных, поэтому их можно выделить в самостоятельный класс колонок для хроматографии.
Для того чтобы оценить возможности поликапиллярной колонки, необходимо представлять причины уширения хроматографического пика на ПКК. Природа этого явления проста: невозможно приготовить одинаковые капилляры ПКК, их сечения неизбежно будут немного различаться. Причина различия связана с технологией изготовления пакета. Если приложить давление газа к пакету капилляров, то его скорость в каждом капилляре будет различна: в капилляре с большим сечением – выше, а в капилляре с меньшим сечением – меньше. Если в каждый из капилляров ввести вещество в потоке газа-носителя, скорость движения вещества в каждом капилляре будет различна. Эффективность поликапиллярных колонок в решающей степени определяется идентичностью геометрических характеристик каждого капилляра в пакете.
Показано [24], что размывание хроматографического пика в поликапиллярной колонке происходит под влиянием двух основных факторов: размывание хроматографического пика в отдельном капилляре и размывание за счет различия сечений отдельных капилляров пакета:
HПКК = H0 + Δs2 · L, (1)
где H0 – ВЭТТ для среднего по распределению капилляра пучка, Δs2 – относительная дисперсия распределения капилляров по сечениям, L – длина колонки. H0 зависит только от внутреннего диаметра капилляра, тогда как второй член уравнения зависит от того, насколько различаются по сечениям отдельные капилляры пакета. С учетом (1) число теоретических тарелок N, реализующихся на длине L, может быть рассчитано по общепринятому в хроматографии соотношению:
. (2)
Из (2) следует, что при увеличении длины поликапиллярной колонки число теоретических тарелок стремится к определенному пределу:
. (3)
То есть, с увеличением длины колонки ее эффективность приобретает фиксированное значение. Это свойство – одно из важнейших для поликапиллярных колонок. В таблице приведена зависимость эффективности ПКК от дисперсии капилляров по сечениям при различных длинах колонки. Видно, что наилучший результат по эффективности может быть достигнут для колонок с минимальными значениями дисперсии. Простой рецепт приготовления высокоэффективных колонок – применение трубок с малой дисперсией. Например, для трубок с дисперсией 1% можно достигнуть эффективности 10 тыс. теор. тарелок на метр.
Однако данный подход к получению высокоэффективных колонок не совсем реален, поскольку сегодня нет технологии приготовления пакета капилляров с дисперсией менее 2%. Из такой трубки можно приготовить колонку с эффективностью порядка 2200 теор. тарелок при длине 1 м. Заметим, что при Δ = 3 – 4% длина колонки почти не оказывает влияния на эффективность. А именно такие значения дисперсии капилляров по сечениям характерны для многоканальных трубок, из которых готовят поликапиллярные колонки.
Очевидно, что столь низкой эффективности недостаточно для решения широкого круга аналитических задач, поэтому встает вопрос о том, каким образом увеличить эффективность колонки.
Вопрос о возможных путях повышения эффективности колонок с большой дисперсией капилляров по сечениям длительное время дискутировался среди их создателей в начале восьмидесятых годов прошлого века. В результате разработан подход к увеличению эффективности колонок, основанный на механизме, позволяющем создавать в каждом из капилляров пленку неподвижной жидкой фазы, толщина которой находится в функциональной зависимости от диаметра капилляра [25]. Очевидно, что если в капилляр с большим сечением внесено больше фазы, чем в капилляр с меньшим сечением, то скорость продвижения вещества в большем капилляре замедлится по сравнению с капилляром с меньшим сечением. Меняя соотношение количества фазы в капиллярах разного сечения, можно добиться снижения разницы времен выхода из капилляров, что уменьшит размывание пика и в результате приведет к увеличению эффективности поликапиллярной колонки.
Предположим, что толщина пленки связана с радиусом капилляра R соотношением:
, (4)
где df – толщина пленки фазы; СА и α – константы. Тогда можно показать, что существует функциональная зависимость между эффективностью колонки, фактором емкости К и величиной α [24, 26, 27]:
, (5)
где Nσ – эффективность по несорбирующемуся компоненту.
Из уравнения (5) следует несколько ситуаций, которые определяются величиной α, т.е. функциональной зависимостью толщины пленки неподвижной жидкой фазы от радиуса среднего капилляра поликапиллярной колонки. На основании анализа этих ситуации [24, 25] можно показать, что в идеальном случае, когда толщина пленки неподвижной фазы в каждом капилляре ПКК пропорциональна кубу радиуса данного капилляра (см. (4)), дисперсионный член в уравнении ВЭТТ для поликапиллярной колонки (1) становится малым по сравнению с H0. Следовательно, эффективность ПКК становится равной той, которая соответствует усредненному по сечению капилляру колонки, т.е. при α = 3 и K >> 1 эффективность колонки значительно возрастает.
Таким образом, эффективность поликапиллярной колонки определяется в значительной мере методами нанесения неподвижной жидкой фазы (НЖФ) на капилляры. Низкую эффективность колонки, обусловленную разницей в скоростях газа-носителя для каждого капилляра, можно увеличить, если в каждом капилляре создать пленку фазы, толщина которой связана с радиусом капилляра как df ≈ Rα, где 1 < α ≤ 3 [25]. Разумеется, это предельное значение эффективности, скорее всего, реально недостижимо, но оно является тем ориентиром, к которому следует стремиться при приготовлении поликапиллярной колонки.
Известно несколько способов нанесения НЖФ на стенки капилляров ПКК [25], приводящих к увеличению эффективности ПКК. Существенное увеличение эффективности можно получить при динамическом нанесении фазы с неполным заполнением колонки [25]. Раствором фазы заполняют колонку почти полностью (на 90%), но так, чтобы он не проходил через самый широкий капилляр. Затем давлением газа продавливают раствор в обратную сторону. В этом способе длина, на которую будет введена фаза в капилляр, пропорциональна радиусу этого капилляра, а толщина пленки для динамического метода, как мы уже видели, пропорциональна радиусу в степени 1,5. Тогда количество фазы в каждом капилляре пропорционально радиусу в степени 2,5 (т.е. α = 2,5). С учетом (5) можно предсказать увеличение эффективности колонки в 16 раз для тяжелых компонентов по сравнению с несорбирующимся. То есть, N ≈ 16 · Nσ при K >> 1 [28].
Недостаток этого метода в том, что из одной длинной многоканальной трубки можно получить только одну поликапиллярную колонку. Кроме того, если произойдет поломка готовой колонки со стороны частично заполненных капилляров, то эффект согласования исчезнет [29].
Наилучшие результаты по увеличению эффективности поликапиллярных колонок дает самосогласованный статический метод нанесения [28]. Один из концов поликапиллярной трубки помещают в общий герметичный объем. Заполняют поликапиллярную трубку вместе с объемом раствором неподвижной жидкой фазы. Затем через свободный конец поликапиллярной трубки испаряют растворитель при высокой температуре. При этом пары растворителя, выходящие через открытые концы капилляров, создают дополнительное давление, а раствор НЖФ из более узких капилляров через общий объем перетекает в более широкие. Таким образом, в более широких капиллярах остается более толстая пленка неподвижной фазы. Пленка неподвижной фазы остается по всей длине колонки, что дает возможность получать из одной длинной поликапиллярной заготовки несколько коротких поликапиллярных колонок.
Статический метод нанесения НЖФ с самосогласованием позволяет получать прямые поликапиллярные колонки длиной 25 см с эффективностью до 5 тыс. теор. тарелок. [24]. В качестве НЖФ могут быть использованы самые обычные фазы, которые нашли широкое применение в капиллярной хроматографии. Рассмотрим некоторые примеры, полученные с использованием прямых капиллярных колонок длиной 22–25 см.
Разделения на колонках с неподвижной жидкой фазой
Пример использования поликапиллярной колонки с неподвижной жидкой фазой представлен на рис.3. Казалось бы, обычная хроматограмма, которую можно получить в любой лаборатории. Но если посмотреть на время разделения, которое составляет несколько секунд, то можно прийти к выводу, что вы столкнулись с чем-то не совсем ординарным.
На рис.4 показано разделение компонентов масла пихты. На капиллярной колонке данное разделение можно провести за 20–30 минут.
На рис.5 приведена хроматограмма нитросоединений, полученная с использованием ПКК.
Наконец, на рис.6 приведена хроматограмма разделения компонентов синтетического топлива от С5 до С11, полученная в условиях программирования температуры за 72 с. Следует отметить, что в варианте газожидкостной хроматографии на ПКК возможно решение многих задач разделения, которые ранее решали с помощью хроматографии на насадочных или капиллярных колонках. При использовании ПКК со слоем НЖФ можно достигать эффективностей колонки до 14–18 тыс. теор. тарелок на метр колонки.
Пористослойные поликапиллярные колонки
Не все задачи разделения можно решить методом газо-жидкостной хроматографии. Например, для разделения постоянных газов, азота и кислорода, легких углеводородов или летучих оксидов используют газо-адсорбционный вариант, что в случае капиллярных или поликапиллярных колонок предполагает наличие в капиллярах не жидкой фазы, а слоя сорбента. Сегодня разработаны технологии, которые позволяют готовить ПКК с сорбентами различной природы: на основе оксидов кремния, алюминия, а также на основе органических сорбентов [32–34]. В отличие от колонок с НЖФ эффективность пористослойных колонок несколько ниже и достигает 10–12 тыс. теор. тарелок на метр.
Рассмотрим примеры экспрессного разделения, которые получаются с использованием пористослойных колонок.
На рис.7 показано разделение углеводородов С1–С3. Все разделение занимает восемь секунд. Видно, что колонка обладает хорошей способностью удерживать ацетилен, который выходит после пропана. Это разделение получено с помощью сорбента на основе оксида алюминия.
Наконец, на рис.8 показано аналитическое решение такой задачи, как экспрессное разделение бутанов и бутенов. Видно, что разделения получаются действительно очень быстрыми при перепаде давления на колонке примерно 0,5–0,8 атм. Хроматографическая эффективность колонок длиной 22–25 см составляет 2–2,5 тыс. теор. тарелок.
Все приведенные хроматограммы получены с использованием колонок с сорбентом на основе оксида алюминия. Однако, несмотря на высокую селективность поликапиллярных колонок с оксидом алюминия, они не позволяют проводить разделение кислородсодержащих веществ и соединений некоторых других химических классов. Можно приготовить ПКК на основе оксида кремния, который расширяет области применения колонок. В отличие от оксида алюминия, он не проявляет такой высокой избирательности по отношению к углеводородам. Однако благодаря большей химической инертности на колонках с оксидом кремния возможно разделение полярных соединений. На рис.9 представлена хроматограмма разделения галогенсодержащих углеводородов. При температуре 95°С время анализа составляет 20 с.
Ассортимент разработанных и исследованных колонок для газо-адсорбционной поликапиллярной хроматографии будет не полон, если не упомянуть колонки с пористым слоем на основе дивинилбензола (ДВБ). Из этих полимеров синтезируют сорбенты Porapak, Chromosorb и Hayesep для приготовления насадочных колонок, а также готовят капиллярные колонки с пористым слоем различной полярности. Преимущества этих колонок в том, что их можно применять в одновременном анализе полярных и неполярных соединений, водных растворов, а также в кислых и щелочных средах, что затруднительно для пористослойных колонок с другими сорбентами. На рис.10 приведена хроматограмма разделения углеводородов С1–С4 на ПКК длиной 0,32 м. Эффективность по последнему пику (бутан) составляет ~1750 теор. тарелок.
Приготовленная колонка позволяет с высокой скоростью разделять углеводороды С1–С4 при хорошем разрешении пиков метана и этана. При этом процесс разделения проходит при относительно высокой температуре (70°С), чего невозможно добиться с помощью ПКК на основе оксида алюминия. Поэтому ПКК с сополимером ДВБ – стирол может оказаться наиболее эффективным инструментом для экспрессного разделения легких углеводородов при хроматографическом определении компонентного состава горючих газов.
Помимо разделения легких углеводородов колонка на основе ДВБ позволяет разделять и кислородсодержащие соединения (рис.11). Эффективность по последнему пику хроматограммы (этилацетату) составляет ~1900 теор. тарелок.
Как большинство колонок с пористым слоем на основе сополимера ДВБ – стирол, ПКК позволяет проводить разделение веществ самых различных химических классов. По своей селективности колонка схожа с насадочными колонками, заполненными сорбентами Porapack Q (Sigma-Aldrich Inc.) или Hyesep P (Hayes Separations Inc.), однако скорости разделения при использовании ПКК в 60–100 раз превышают те, что получены на традиционных насадочных колонках.
ПКК на основе ДВБ – наиболее удачный вариант колонок для газо-адсорбционной хроматографии, поскольку их свойства не меняются в течение длительного времени эксплуатации, а разработанная методика их приготовления позволяет получать хорошо воспроизводимые колонки [35].
Конфигурация колонок для экспрессного анализа
Начальная длина многоканальной трубки может быть достаточно велика, но длина приготовленной из нее прямой колонки ограничена размерами термостата хроматографа. Возможны два способа размещения ПКК в термостате. Первый заключается в использовании прямой короткой ПКК, длина которой меньше ширины термостата. Второй подход – это придание относительно длинной колонке конфигурации, позволяющей поместить ее в термостат. Чтобы придать трубке необходимую форму, следует нагреть ее или ее часть до температуры размягчения стекла 420–450°С, а затем проделать с нагретым участком операции, необходимые для изменения формы колонки.
Самый простой вариант ПКК – прямая колонка длиной 20–30 см, что позволяет использовать ее в термостате большинства хроматографов. Для защиты от механических повреждений колонку помещают в металлическую оболочку (рис.12а). Максимальная эффективность колонок длиной 22 см достигает 4–4,5 тыс. теор. тарелок для ГЖХ, что в пересчете на 1 м составляет 18–20 тыс. теор. тарелок.
Возможна конфигурация колонки, которая позволяет уменьшить ее размеры путем перегиба многоканальной трубки (рис.12б). Детали этого вида колонки обсудим ниже.
Очевидный путь уменьшения габаритов относительно длинной ПКК – закручивание в спираль (рис.13). Однако при свертывании в спираль капилляры многоканальной трубки деформируются. По внешней стороне спирали они становятся длиннее, чем по внутренней, что приводит к дополнительному уширению хроматографической полосы. Таким образом, ВЭТТ для ПКК свернутой в кольцо колонки будет больше, а эффективность меньше, чем у прямой колонки.
Для того чтобы избежать уменьшения эффективности кольцевых ПКК, существует изящный способ устранения дисперсии капилляров по длине: колонку закручивают вдоль продольной оси симметрии. При этом капилляры, идущие вдоль завитой в спираль МКТ, закручиваются вдоль продольной оси. Тем самым достигается усреднение длин капилляров, из которых состоит колонка, что приводит к увеличению ее эффективности [36]. Оказалось, что эффективность кольцевой колонки вырастает приблизительно в 3 раза по сравнению с той, где капилляры не были закручены вдоль продольной оси. На приготовленных по технологии закручивания капилляров ПКК можно получить эффективность 14–16 тыс. теор. тарелок на метр. Обычно длина спиральных колонок составляет около 1 метра. Математический подход к решению задачи, адекватно описывающей модель кольцевой колонки, можно найти в блестящей, с моей точки зрения, публикации [37].
В тех случаях, когда использование кольцевой колонки затруднительно, возможно применение S-образной колонки. Такая колонка получается путем изгибания прямой ПКК четное число раз (как правило, дважды). При этом происходит компенсация разницы длин капилляров по внутреннему и внешнему радиусам загиба и перекручивать ПКК вдоль продольной оси нет необходимости (см. рис.12б).
На такой колонке с неподвижной жидкой фазой SE-30 достигнута максимальная эффективность 10 тыс. теор. тарелок, более 15 тыс. теор. тарелок/м. Это несколько меньше максимально достижимой эффективности для ПКК, закрученной в спираль. Вероятно, некоторое снижение эффективности может быть вызвано невозможностью воспроизвести с достаточной точностью малые радиусы загиба (около 1 см) в колонке этого типа. Следует отметить, что для S-образной колонки необходимо, чтобы число загибов в ней было четным. В том случае если это правило не выполнено, эффективность колонки уменьшится самым катастрофическим образом.
Еще один вариант колонки – U-образная колонка (рис.14) которая от других типов колонок отличается тем, что в ней вход и выход располагаются рядом [38]. Придавая U-образную форму колонке, можно адаптировать ее к разным видам хроматографического оборудования, для которого инжектор и детектор находятся рядом. При этом длина соединительных коммуникаций (переходники, соединительные капилляры) минимальна. Возможна непосредственная установка ПКК в устройство ввода пробы без соединительных капилляров. Условно U-образная колонка состоит из трех элементов. Первый элемент – прямой отрезок поликапиллярной колонки. Второй элемент представляет собой отрезок поликапиллярной колонки, согнутой под определенным радиусом (от 2 до 8 см). В этом элементе капилляры закручены вдоль продольной оси на 180° (рис.15). Третий элемент колонки – прямой отрезок поликапиллярной колонки, параллельный первому и направленный в ту же сторону.
Преимущество U-образной колонки по сравнению с прямой и завитой в спираль в том, что ее можно использовать как малогабаритный элемент хроматографической аппаратуры. Колонка удобна, когда в серийном хроматографе требуется ПКК длиной 20–60 см. Эффективность U-образной колонки длиной 22 см в варианте ГЖХ составляет 3,5–4 тыс. теор. тарелок или 16–18 тыс. теор.тарелок/м.
Возникает вопрос, какие из известных конфигураций ПКК следует использовать для целей экспрессного анализа? В значительной мере скорость разделения определена той задачей, которая стоит перед аналитиком. Конечно, любое применение ПКК в сравнении с насадочной колонкой дает очень большой выигрыш по времени анализа и поэтому автоматически попадает под понятие "экспрессное". Вместе с тем, есть ряд задач, которые требуют разделения в течение нескольких секунд. К таким задачам, например, относится разделение на второй, "быстрой" колонке в варианте двумерной хроматографии. Еще одной задачей является такой вариант разделения, когда требуется наблюдение за составом смеси в масштабе времени, близкого к реальному.
Поскольку время анализа прямо зависит от длины колонки, очевидно, что следует использовать колонки минимальной длины, при которой, однако, обеспечивается необходимое для данной задачи разделение анализируемых веществ. Работа с колонками в режиме ГЖХ показала, что для разделения смеси с числом компонентов порядка 10 и за время порядка 10 секунд подойдет колонка длиной 15–25 см. Для быстрого разделения не следует применять длинные ПКК. В этом случае колонка потеряет свое основное качество – экспрессность разделения. Приводимые в работе примеры разделения получены на прямых колонках 22–30 см или на U-образных колонках.
Анализ нелетучих соединений с помощью ПКК
При работе с ПКК вполне закономерно встает вопрос о том, можно ли их использовать для разделения нелетучих соединений, т.е. для жидкостной хроматографии. Поскольку до определенного времени не существовало технологии приготовления колонок с капиллярами микронной размерности, то для анализа нелетучих соединений попытались использовать не жидкостную, а сверхкритическую флюидную хроматографию (СФХ). Для этого был разработан изящный способ включения ПКК в хроматографический тракт [39]. В 1990 году впервые получены разделения с использованием ПКК с капиллярами 40 мкм и пришитой НЖФ OV-101 (рис.16) [40].
В 2000 году появилась возможность получать МКТ с диаметром капилляров около 1 мкм (рис.17). Ожидалось, что именно такая колонка подойдет для жидкостной хроматографии. Однако такая конструкция обладала очень большим гидродинамическим сопротивлением, что препятствовало вводу в нее каких-либо материалов, а тонкие перегородки между капиллярами ломались при обработке капилляров. То есть при МКТ с капиллярами микронного размера возникали следующие трудности: низкая проницаемость трубки, ее недостаточная механическая прочность и плохая химическая устойчивость материала колонки. Поэтому была сделана попытка использовать МКТ с капиллярами большего диаметра, чтобы показать принципиальную возможность использования пакета капилляров для жидкостной хроматографии. С этой целью к поверхности капилляров МКТ диаметром 20 мкм была проведена пришивка С18. В результате (см. рис.18) получилось довольно длительное (3 мин) по времени разделение, которое, на мой взгляд, является промежуточным результатом при создании ПКК для ЖХ. Детали этой работы можно найти в [41] и там же приведены данные по использованию коротких МКТ для твердофазной экстракции.
Другой подход, основанный на использовании ПКК с капиллярами большого диаметра, основан на синтезе монолита в каждом из капилляров [42]. На рис.19 показано, как выглядят капилляры ПКК диаметром 40 мкм с монолитом на основе диоксида кремния. Несмотря на то, что существуют два патента, описывающих данную колонку [42, 43], нет каких-либо публикаций о ее работе в ЖХ.
Возможно, что причина неудач заключается в изменении объема монолита на основе диоксида кремния при его конечной сушке. Изменение объема приводит к отрыву монолита от стенок капилляра и проскоку носителя через образованные щели. Этого недостатка лишен монолит на основе сополимера дивинилбензол/стирол. На рис.20 приведена фотография фрагмента среза колонки с капиллярами 40 мкм с дивинилбензол-стирольным монолитом. Колонка была вклеена в металлическую трубку и включена в хроматографический тракт хроматографа Agilent LC 1100 с УФ-детектором.
Видно, что монолит, находящийся внутри капилляров колонки, распределен неравномерно. По всей видимости, его локализация связана с несовершенством методики синтеза. Однако даже на этой колонке удалось получить разделение смеси эфиров фталевой кислоты (рис.21).
Длительность анализа и низкая эффективность колонки не позволяют говорить о том, что достигнут какой-то рекордный результат. Однако это первый пример применения ПКК с монолитным сорбентом в жидкостной хроматографии.
Что касается конкретных способов приготовления колонок, а также их хроматографических свойств, то обсуждение этих вопросов можно найти в публикациях, ссылки на которые даны при обсуждении колонок и примеров разделения.
Имеет ли жидкостная хроматография на ПКК право на существование, до сих пор остается вопросом. Если такое случится, то с большой вероятностью колонки будут представлять собой пакет капилляров размером в десятки микрон, внутри которых синтезирован монолит. Что касается пакетов капилляров открытого типа и микронного диаметра, то сегодня пока нет технологий для их использования в ЖХ.
В заключение отмечу, что экспрессные методы открывают новые области применения хроматографии, возможно, неочевидные или неожиданные. Поэтому трудно прогнозировать, насколько широко поликапиллярные колонки будут использованы в каких-либо отраслях хроматографии.
С другой стороны, тенденция развития высокоскоростной хроматографии среди других аналитических методов хорошо иллюстрирует философский тезис о том, что любая экономия, в конечном счете, является экономией времени.
ЛИТЕРАТУРА
1. Giddings J.C. Theory of Minimum Time Operation in Gas Chromatography. – Anal. Chem., 1962, vol.34, p.314–319.
2. Purnell J.H. and Quinn C.P. An Approach to Higher Speed in Gas–Liquid Chromatography // In Gas Chromatography, Assembly Rooms, Edinburgh. 8–10 June 1960, R.P.W. Scott, Ed. Butterworth, Washington, 1960, p.184–198.
3. Cramers C.A., Janssen H.-G., van Deursen M.M., Leclercq P.A. High-speed gas chromatography: an overview of various concepts. – Journal of Chromatography A, 1999, vol.856, p.315–329.
4. Golay M.J.E. in V.J.Coates, Noebels H.J., Fargerson I.S. (Eds.). Gas Chromatography. – New York. – Academic Press, 1958, p.1–13.
5. MacDonald S.J., Wheeler D. Fast temperature programming by resistive heating with conventional GCs. – American Laboratory, 1998, November, p.27–40.
6. Peese A.A., Georg G. Forensic drug screening using fast GC. – Pittcon 2000, New Orleans, LA, March 12–17, p.580.
7. Matthew S. Klee, Leonid M. Blumberg. Theoretical and Practical Aspects of Fast Gas Chromatography and Method Translation. – J. Chromаtography. Sci., 2002, v. 40, p. 234–247.
8. Sacks R., Smith H., Novak M. High-Speed Gas Chromаtography. – Anal. Chem., 1998, v.70, N.1, p.29A.
9. David F., Gere D.R., Scanlan F., Sandra P. Instrumentation and applications of fast high-resolution capillary gas chromatography. – Journal of Chromatography A, 1999, v.842, p.309–319.
10. Seferovic W., Hinshaw J.V., Ettre Jr. and L.S. Comparative data on GC capillary columns having various diameter and film thicknesses. – J. Chromatogr. Sci., 1986, v.24, p.374–382.
11. Desty D.H., Goldup A., Swanton V.T. // in N.Brenner (Ed.) Gas Chromatography. – New York : Academic Press, 1962, p.105.
12. van Es A., Jannssen J., Cramers C., Rijks J. Sample enrichment in high speed narrow bore capillary gas chromatography J.H.R.C. & C.C,1988, v.11, p.852–857.
13. van Es A. High speed narrow bore capillary gas chromatography. – Huthig, 1992, 158 p.
14. Жуховицкий А.А., Туркельтауб Н.М. Газовая хроматография. М.: Гостоптехиздат, 1963. – 138 с.
15. Golay M.J.E. Preparative Capillary Chromatography A. Proposal – J.H.R.C. & C.C. – 1988, v.11, p.6–8.
16. Janik A. Letter to editor. – Journal of Chromatographic Science, 1978, v.16, p.174.
17. Pierce H.D., Unrau A.N., Oehlschlager A.C. Technical Note: A Method for the Preparation of Glass Multicapillary Columns. – Journal of Chromatographic Science, 1979, vol.17, p.297.
18. Janik A. Letter to the editor. – Journal of Chromatographic Science, 1976, v.14, p.589.
19. Hawkers S.J. Letter to the Editor. – Journal of Chromatographic Science, 1977, v.15, p.89.
20. Авторское cвидетельство 986181 СССР Хроматографическая колонка / Солдатов В.П., Овечкин А.И., Сидельников В.Н., Малахов В.В., Кузнецов В.В., Гаврилина Л.Я., Уткин В.А., Емельянова О.А. Заявл. 21.05.1980, Опубл. 1991Би.№30, стр.239
21. Патрушев Ю.В. Разработка методов приготовления поликапиллярных колонок для газо-адсорбционной хроматографии и исследование их свойств. Дисс. канд. хим. наук, 2005, Новосибирск.
22. Малахов В.В., Сидельников В.Н., Уткин В.А. О возможности использования пакета капилляров в качестве хроатографической колонкию – ДАН, 1993, т. 329, №6, с. 749–751.
23. Cooke W.S. Multicapillaty columns: an idea whose time has come. – Today’s chemist at work, 1996, January, p.16–20.
24. Sidelnikov V.N., Patrushev Y.V., Parmon V.N.. Ultrafast gas chromatography. In Principles and Method for Accelerated Catalyst Design and Testing. – NATO Sci. Ser. – Kluwer Academic Publishers. Mathematics, Physics and Chemistry, 2002, v.69, p.257–275.
25. Zhdanov V.P., Sidelnikov V.N., Vlasov A.A. Dependence of the efficiency of a multicapillary column on the liquid phase loading method. – Journal of Chromatography A, 2001, v.928, p.201–207.
26. Sidelnikov V.N., Vlasov A.A., Zhdanov V.P., Malakhov V.V. Prepare High Performance Multicapillary Columns. – Abstracts. Int. Congr. on Anal. Chem. // Moscow, June 15–21, 1997, v.I., E-15 (тезисы докладов).
27. Lobinski R., Sidelnikov V., Patrushev Y., I. Rodriguez I., Vasik A. Multicapillary column gas chromatography with element-selective detection. – Trends in analytical chemistry, 1999, v.18, N.7, p.449–460.
28. Сидельников В.Н., Патрушев Ю.В. Поликапиллярная хроматография. – Российский химический журнал, Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева, 2003. т.XLVII, №1, с.23–34.
29. Власов А.А. Оптимизация процессов приготовления и исследование хроматографических свойств поликапиллярных колонок: Дис. канд. хим. наук / Новосибирск, 1990, 149 с.
30. Сидельников В.Н., Патрушев Ю.В., Николаева О.А. Экспрессная газовая хроматография на поликапиллярных колонках и ее возможности. – Катализ в промышленности, 2010, №3, с.7–16.
31. Сидельников В.Н., Патрушев Ю.В., Сизова Н.В., Петренко Т.В. – 2003, с.79–85.
32. Патрушев Ю.В., Вервекин Ю.Г., Сидельников В.Н. Поликапиллярная газохроматографическая колонка с золь-гель сорбентом на основе оксида алюминия. – Журнал физической химии, 2007, т.81, №3, с.573–576.
33. Патрушев Ю.В., Николаева О.А., Сидельников В.Н. Поликапиллярные колонки с пористым слоем на основе дивинилбензольного сополимера. – 2010, т.84 (5), с.973–977.
34. Sidelnikov V.N., Patrushev Y.V., Belov Y.P. Sol-gel multicapillary columns for gas-solid chromatography. – Journal of Chromatography A, v.1101, 2006, p.315–318.
35. Николаева О.А. Поликапиллярные колонки с пористым слоем на основе сополимеров дивинилбензола для сверхбыстрого хроматографического анализа. Дисс. канд.хим.наук. 2011, Новосибирск.
36. Патент РФ №. 2114427 Поликапиллярная хроматографическая колонка. Ефименко А.П., Науменко И.И. Заявл. 27.09.96. Опубл 27.06.98. Б.и. №10.
37. Ефименко А.П., Науменко И.И., Соболева В.К. Спиральные поликапиллярные колонки. – ЖФХ, 2008, т.82, №8, с.1560–1565.
38. Патент РФ № 2205400 Хроматографическая поликапиллярная колонка. Сидельников В.Н. Патрушев Ю.В., Пармон В.П. Заявл. 18.03.2002. Опубл. 27.05.2003 Б.и.№ 15.
39. Авторское свидетельство СССР 1794321 Колонка для сверхкритической флюидной хроматографии. С.И. Аборнев. Заявл. 17.12.90, опубл. 10.02.97. Б.и.№ 4.
40. Аборнев С.И., Власов А.А., Малахов В.В., Сидельников В.Н. Сверхкритическая флюидная хроматография на поликапиллярных колонках. – ЖАХ, 1997, т.52, №5, с.503–506.
41. Belov Y., Ulyanova M. and Sidelnikov V. Multicapillary Columns for Chromatography. – American Laboratory, March 2005, v.37, N.6, p.42–46.
42. Патент РФ 2337354. Хроматографическая поликапиллярная колонка с монолитным сорбентом. Сидельников В.Н., Патрушев Ю.В. Заявл. 03.05.2007. Опубл. 27.05.2008, Б.и.№ 30.
43. US Patent 7.217.359 B2. May 15, 2007. Columns for Chromatograph. Kazuki Nakanishi, Shigeru Hanzawa, Yosuke Sato.
44. Жданов А.А. Исследование возможностей поликапиллярных колонок для жидкостной хроматографии. // Дипломная работа. Кафедра аналитической химии. Факультет естественных наук. Новосибирский государственный университет, 2011.
Отзывы читателей
