Газова хроматографія: від інсталяції до стабільного результату. Частина 3

Вітаю!

У попередній частині блогу «Газова хроматографія: від інсталяції до стабільного результату. Частина 2» ми розібралися з підготовкою, інсталяцією та першими регламентними процедурами після запуску газового хроматографа. Тепер переходимо до етапу, який у щоденній роботі лабораторії має вирішальне значення, – базового обслуговування системи. Саме стан лайнера, колонки, ферул і детектора часто пояснює, чому змінюється форма піків, з’являється шум або «пливе» базова лінія. У цій частині поговоримо про те, коли варто втручатися в роботу системи, як правильно виконувати заміну витратних елементів і чому профілактика в газовій хроматографії безпосередньо впливає на стабільність результату.

Заміна лайнера

Лайнер – це скляна вставка всередині інжектора, у якій відбувається первинне випаровування проби. Фактично саме тут починається аналітичний процес. Якщо випаровування відбувається нерівномірно або в умовах забрудненої поверхні, це одразу відображається на формі піка.

✓ Коли міняти 

У більшості лабораторій лайнер замінюють після 100–200 ін’єкцій. Однак це лише орієнтир. Реальною підставою для заміни є поява фонового шуму, нестабільної базової лінії або зміни форми піків. Після роботи зі складними матрицями, зокрема харчовими або біологічними зразками, заміна лайнера вважається обов’язковою профілактичною процедурою.

✓ Як міняти

Перед демонтажем інжектор повинен повністю охолонути. Це питання не лише безпеки, а й збереження нового елемента. Верхня частина інжектора відкручується, старий лайнер обережно видаляється пінцетом. Контакт руками небажаний, оскільки навіть мінімальні сліди жиру можуть вплинути на аналітичний результат.

Новий лайнер встановлюється з урахуванням напрямку та конфігурації ущільнень, якщо вони передбачені конструкцією. Після складання вузла перевіряється герметичність.

Підрізання колонки й заміна ферули

Коли з’являється витік в інжекторі або детекторі, перш ніж підозрювати складну несправність, варто перевірити стан кінця колонки та ферули. Дуже часто причина криється саме в нерівному зрізі або мікротріщині.

✓ Коли підрізати

Підрізання капілярної колонки є обов’язковим перед першим встановленням, а також після перегріву чи будь-якого витоку. Потемнілий край, нерівний зріз або механічні пошкодження здатні порушити герметичність і вплинути на стабільність сигналу.

✓ Як підрізати

Зріз треба виконувати спеціальним керамічним інструментом. Один чіткий рух, без повторних надрізів. Поверхня має бути перпендикулярною до осі колонки, без сколів і тріщин. Навіть мікродефект може спричинити шум або перекручений пік.

Після підрізання встановлюється нова ферула – графітова або композитна, залежно від вузла. Важливо правильно задати глибину введення в інжектор або детектор згідно з рекомендаціями виробника. Затягування має бути рівномірним, без надмірного зусилля, щоб не деформувати капіляр.

Кондиціонування капілярної колонки

Кондиціонування капілярної колонки проводять перед підключенням колонки до детектора. Це допомагає уникнути забруднення чутливих вузлів, зокрема FID або TCD. Воно потрібне для видалення слідів розчинників, мономерів, вологи після виробництва й транспортування.

✓ Як кондиціонувати

Колонку встановлюють у піч, при цьому її вихід тимчасово залишається від’єднаним від детектора. Подається сухий і чистий газ-носій зі стабільним потоком. Прогрів починається з кімнатної температури з поступовим підвищенням до максимально допустимої, зазначеної в технічній документації виробника. Зазвичай це 250…300 °C, але конкретне значення залежить від типу фази.

За максимальної температури колонку витримують не менш ніж 30–60 хвилин. Лише після цього вона готова до підключення й роботи з аналітичними пробами.

Набивні та капілярні колонки, детектори й робота FID

Після розгляду базового обслуговування системи перейдемо до вузлів, які безпосередньо формують аналітичний результат. Йдеться про набивні та капілярні колонки, особливості їх встановлення й кондиціонування, а також про детектори – фінальну ланку, що перетворює розділені компоненти на вимірюваний сигнал.

Кондиціонування набивної колонки

Набивні колонки використовуються в газовій хроматографії десятки років і залишаються актуальними для аналізу газових сумішей, неорганічних компонентів та ряду специфічних задач. Їхня конструкція передбачає заповнення трубки сорбентом, це можуть бути молекулярні сита типу 5A або 13X, полімерні сорбенти Porapak, силікагель та інші матеріали. Проблема в тому, що ці сорбенти активно адсорбують вологу, діоксид вуглецю й леткі домішки під час зберігання. Якщо колонку встановити й одразу підключити до детектора без попередньої підготовки, у перших аналізах з’явиться нестабільна базова лінія, фонові піки або дрейф сигналу. У гіршому випадку відбудеться часткова деградація сорбенту.

✓ Як кондиціонувати

Процес кондиціонування полягає в контрольованому прогріванні під потоком сухого газу-носія. Колонка встановлюється в піч, але її вихід тимчасово від’єднується від детектора, щоб уникнути перенесення домішок у чутливі вузли. Подається сухий гелій або азот зі стабільним потоком, після чого температура поступово підвищується до максимально рекомендованої виробником, зазвичай у межах 150…250 °C, залежно від типу сорбенту.

Тривалість прогріву може становити від п’яти до восьми годин. Здається, що довго, однак саме цей етап визначає подальшу стабільність роботи. Після завершення прогріву система охолоджується під потоком сухого газу. Якщо йдеться про молекулярні сита, надзвичайно важливо не допустити контакту з вологим повітрям під час охолодження, інакше весь ефект кондиціонування буде втрачено.

Заміна набивної колонки

Набивні колонки мають механічну міцність, однак для заміни їх також потрібна акуратність. Підставою для заміни можуть бути зростання шуму, дрейф базової лінії, збільшення часу утримування або необхідність використання іншого сорбенту. 

Перед демонтажем систему охолоджують, подавання газу перекривають, а тиск стравлюють. Фітинги відкручують ключем, уникаючи перекручування корпусу колонки. Нову колонку встановлюють із дотриманням напрямку потоку й затягують без надмірного зусилля. Після монтажу перевіряють герметичність.

Заміна капілярної колонки

Перш ніж розпочати демонтаж капілярної колонки, необхідно повністю вимкнути нагрів і дочекатися охолодження печі й інжектора. Подача газів перекривається або переводиться в обхідний режим.

Працювати слід у рукавичках. Жир або забруднення на кінцях колонки можуть спричинити появу артефактів у хроматограмі. Після демонтажу старої колонки нова акуратно розмотується без різких перегинів.

Перед встановленням обидва кінці обов’язково підрізаються керамічним різаком. Далі встановлюються нові графітові ферули. 

Після монтажу перевіряється герметичність системи. Лише після цього можна переходити до кондиціонування та запуску проб. Один точний монтаж забезпечує стабільну роботу системи протягом усього ресурсу колонки.

Детектори в газовій хроматографії

Після проходження колонки саме детектор формує кінцевий результат. Вибір детектора повинен визначатися не наявністю в конфігурації, а аналітичною задачею.

• Полум’яно-іонізаційний детектор (ПІД, FID) є найпоширенішим у практиці. Він вирізняється високою чутливістю до органічних сполук і широким лінійним діапазоном, проте не реагує на воду або діоксид вуглецю.
• Детектор за теплопровідністю (ДТП, TCD) універсальний і не руйнує пробу, що робить його придатним для аналізу газових сумішей і неорганічних компонентів. Його чутливість нижча, ніж у FID, але стабільність і простота конструкції залишаються перевагами.
• Електронно-захоплювальний (ЕЗД, ECD) детектор вирізняється винятковою чутливістю до галогеновмісних і нітросполук, що робить його незамінним у пестицидному аналізі.
• Полум’яно-фотометричний детектор (ПФД, FPD) використовується для селективного визначення сірки й фосфору, а азот-фосфорний детектор (АФД, NPD) є модифікацією FID із підвищеною чутливістю до відповідних груп сполук.
• Мас-спектрометричний детектор (МС, MS) забезпечує не лише виявлення, а й ідентифікацію речовин, працюючи у вакуумі та потребуючи регулярного технічного обслуговування. Його застосування виправдане в аналізі складних матриць і невідомих компонентів.

Базове обслуговування ГХ – це набір простих процедур, які тримають систему в робочому стані: чистий газ, справні фільтри, своєчасна заміна септи й лайнера, правильний зріз і монтаж колонки, коректне кондиціонування. На практиці саме ці операції найчастіше визначають, чи буде метод відтворюваним у часі.

Корисні посилання

Відео «Заміна капілярної колонки в газовому хроматографі»

Відео «Заміна лайнера в газовому хроматографі»

Відео «Заміна набивної колонки в газовому хроматографі»