Cortina Columna de flujo: optimización de la eficiencia y sensibilidad

Resumen

Here, we present a protocol for the operation and optimization of Active Flow Technology (AFT) column in Curtain flow (CF) mode for enhanced separation performance.

Resumen

Active Flow Technology (AFT) is a form of column technology that increases the separation performance of a HPLC column through the use of a specially purpose built multiport end-fitting(s). Curtain Flow (CF) columns belong to the AFT suite of columns, specifically the CF column is designed so that the sample is injected into the radial central region of the bed and a curtain flow of mobile phase surrounding the injection of solute prevents the radial dispersion of the sample to the wall. The column functions as an 'infinite diameter' column. The purpose of the design is to overcome the radial heterogeneity of the column bed, and at the same time maximize the sample load into the radial central region of the column bed, which serves to increase detection sensitivity. The protocol described herein outlines the system and CF column set up and the tuning process for an optimized infinite diameter 'virtual' column.

Introducción

En los últimos años la tecnología de la columna de cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) ha avanzado mucho; capacidades de pico han aumentado considerablemente en gran parte gracias a la utilización de tamaños de partículas más pequeñas y las partículas de núcleo y corteza más eficientes. Desde separaciones son en general más eficientes, un flujo en efecto ha sido un aumento en la sensibilidad desde picos son ahora más nítida y por lo tanto más alto ^1-8.

Sin embargo, la heterogeneidad radial cama sigue siendo un factor limitante en el desempeño de todas las columnas, pero esto no es una nueva historia desde cromatógrafos lo saben desde hace muchos años. Camas de columna son heterogéneos tanto en la dirección radial ^9-12, y a lo largo de la columna eje ^10,12-15. La pared de efecto especial es un importante contribuyente a la pérdida de ^7,16-18 rendimiento de separación. Shalliker y Ritchie ⁷ recientemente revisado los aspectos de la heterogeneidad lecho de la columna y por lo tanto no es preciso referirnosd aquí aún más. Aunque basta con decir, que la variación en la columna de densidad de empaquetamiento de cama y los efectos de pared conducen a una deformación del enchufe soluto, de tal manera que las bandas eluyen a través de la columna en tapones que se asemejan parcialmente lleno de sopa cuencos en lugar de discos sólidos finos planos ⁷ que están representada generalmente en los textos básicos de enseñanza. Cuando los experimentos se llevaron a cabo de tal manera que la migración de soluto a través de la cama podría ser visualizado los perfiles de enchufe dentro de la columna fueron parcialmente hueco y la sección del tizón de la banda es en gran medida el componente de la pared del tapón de muestra. El resultado final es que se necesitan muchos más placas para separar estos tapones '' parcialmente hueco del que sería necesario si los discos eran sólida y plana ^12,14,17. Para superar la banda ampliando problemas asociados a los efectos de la pared y la variación en la densidad de empaquetamiento radial, una nueva forma de tecnología de la columna conocida como tecnología activa de flujo (AFT) fue diseñado ^7,19. El propósito de este diseño erapara eliminar los efectos de la pared a través de la separación física de disolvente de elución a lo largo de la zona de la pared, de la de la fase móvil de elución en la región central radial de la columna ^19. Hay dos tipos principales de columnas AFT; Segmentado Flow (PSF) y columnas paralelas cortina de flujo (CF) ⁷ columnas. Dado que este protocolo está dirigido a la utilización y la optimización de las columnas de CF, no se discutirán más columnas de PSF.

Cortina de flujo (CF)

formatos de columna cortina de flujo (CF) utilizan finales accesorios de AFT, tanto a la entrada y la salida de la columna. AFT finales accesorios consisten en una frita de anular situada dentro de un adaptador de múltiples orificios. La frita se compone de tres partes: una parte central radial porosa que está alineado con el puerto central del final apropiado, una parte exterior porosa que está alineado con el puerto de periféricos (s) del accesorio en el extremo, y un anillo impermeable que separa las dos partes porosas que impiden cualquier cruz-flow entre las regiones central y exteriores radiales de la frita ^19. La figura 1 ilustra el diseño de la frita de AFT y la Figura 2 ilustra el formato de columna CF. En este modo de operación (CF) de la muestra se inyecta en el puerto central radial de la conexión de entrada, mientras que la fase móvil adicional se introduce a través del puerto de periféricos de la entrada de "cortina" la migración de los solutos a través de la región central radial de la columna. Por lo tanto la muestra entra en el lecho en la región central radial de la columna con la región exterior de la columna que tiene fase móvil sólo pasa a través de ella. Los estudios han demostrado que una relación volumétrica velocidad de flujo de alrededor de 40:60 (central: puerto de periféricos) para la entrada de herraje final de una columna de 4,6 mm de diámetro interno (ID) es ^6,7,16 óptima. La salida AFT de la columna de CF permite el ajuste del flujo central y periférico para su porción relativa y se puede variar para casi cualquier rati deseadoo mediante la gestión de presión. La optimización de una columna de CF puede mejorar significativamente diferentes aspectos funcionales de la tecnología de la columna, como la eficiencia de separación o sensibilidad de detección. De esta manera se establece un "muro-less ',' infinito de diámetro" o la columna "virtual" ^6,10,18,20. El propósito de columnas CF es gestionar activamente la migración de la muestra a través de la columna para evitar que la muestra llegue a la zona de la pared. Por lo tanto, la concentración de soluto a la salida al detector se maximiza, el aumento de sensibilidad de alrededor de 2,5 veces mayor que el formato de columna convencional cuando se utiliza radiación ultravioleta (UV) de detección ^16, y aún mayor cuando se utiliza la detección de espectro de masas ^6.

columnas CF son idealmente adecuados para muestras de baja concentración, ya que se aumenta la sensibilidad de detección. Además, son ideales cuando se acopla a fluir detectores limitadas de tasa, como el espectrómetro de masas (MS) ^6. Un Acolumna de FT en un formato de ID 4,6 mm, por ejemplo se puede ajustar para entregar el mismo volumen de disolvente a un detector como una columna estándar de 2,1 mm formato ID cuando funcionan a las mismas velocidades lineales, mediante el ajuste de la salida de flujo central a 21%. Asimismo, la columna AFT también podría ser sintonizado para ofrecer la misma carga de volumen a un detector como una columna de ID 3,0 mm, mediante el ajuste de la salida de flujo central a 43%. De hecho, cualquier formato de columna "virtual" podría ser producido para adaptarse al requisito de análisis ^6,18,22. El uso de estos finales accesorios diseñados especialmente en la entrada y la salida se asegura de que se establece una columna verdadera pared menos.

Hay dos maneras de configurar el sistema de suministro de disolvente a los puertos centrales y periféricas de la entrada:. Sistema de flujo dividido ⁶ y dos ^6,7 sistema de bombeo La figura 3 ilustra cada uno de estos sistemas CF montajes.

Sistema de flujo dividido

yona sistema de flujo dividido (Figura 3A) el caudal de la bomba que conduce al inyector es pre-inyector de división utilizando un muerto cero volumen pieza en T, donde una corriente de flujo de la fase móvil está conectado al inyector, que está conectado a continuación, a la puerto central de la entrada de herraje final de la columna. La segunda corriente de flujo de la fase móvil por-pasa el inyector y está conectada al puerto de periféricos en la entrada de la columna. Durante la división del flujo, el porcentaje corriente de flujo se ajusta a 40:60 (centro: periférica) antes de que las líneas están conectadas a la columna, es decir, desde el inyector hasta el centro y la bomba para periférica.

Sistema de dos bombas

La columna CF requiere dos corrientes de flujo en la entrada de herraje final de la columna. Dependiendo del tipo de inyector automático / inyector del instrumento de HPLC, una fracción de flujo establecido puede no ser posible, y así CF puede ser logrado a través de 2 bombas (Figura 3B ²¹⁾. Cada bomba se asigna y se conecta a ya sea el puerto central o periférico y el caudal se ajusta para representar 40% del flujo para el puerto central y 60% para el puerto periférico. Por ejemplo, si la velocidad de flujo total es de 1,0 ml min ^-1, la tasa de flujo de la bomba central se establece en 0,4 ml min ^-1 y la bomba periférica se establece en 0,6 ml min ^-1.

La elección de qué modo de funcionamiento depende en gran medida de la instrumentación de HPLC y el modo cromatográfico de operación. Por ejemplo, en algunos inyectores automáticos un cambio de presión entre la posición de carga de muestra y la muestra se inyecta posición se puede producir la interrupción de la relación de flujo dividido y por lo tanto en este caso una bomba dual establecido sería recomendable para un rendimiento óptimo CF. Independientemente del sistema de suministro de disolvente configurar elegido para la entrada de la columna de la CF, la optimización de salida CF sigue siendo el mismo. El puerto central de salida de la columna de la CF está unido al detector ultravioleta-visible (UV-Vis) con el smalno sea posible el volumen de la tubería para minimizar los efectos de post-columna volumen muerto. Dado que, columnas CF emulan columnas de pequeño diámetro, volumen muerto entre la salida de la columna y el detector es perjudicial para el rendimiento de separación de la columna de la FQ. Es crítico para asegurar la cantidad más pequeña de volumen de tubo entre el puerto central y el detector de UV-Vis a minimizar los efectos de volumen muerto tales como ensanchamiento de las bandas, la pérdida en la eficiencia y sensibilidad. Por lo tanto, se recomienda el uso de tubos de diámetro estrecho (0,1 mm de diámetro) para permitir fácilmente los ajustes de presión sin añadir volumen muerto apropiado. Tubing también está unido al puerto de periféricos y dirigido a los residuos. A la salida de la columna de la CF, la relación de segmentación se puede ajustar a cualquier relación que se adapte a la finalidad de la analista. Cuando se utiliza un 4,6 mm ID CF, por ejemplo, a menudo es conveniente para ajustar la relación, ya sea como 43:57 o 21:79 (en el centro: periférica) para emular una columna id 'virtual' 3,0 mm o una columna ID 2,1 mm,respetuosamente. De esta forma el rendimiento de la separación es fácilmente banco marcados. La relación de segmentación se mide pesando la cantidad de caudal de salida del detector que está conectado al puerto central y flujo que sale del puerto de periféricos durante un período de tiempo. El flujo a través de cada puerto porcentaje se puede determinar entonces y las relaciones se puede ajustar mediante la alteración de la longitud del tubo conectado o el uso de tubos que tiene un diámetro interno diferente (id).

Este protocolo de vídeo se describen los procedimientos de operación y optimización de una columna de cromatografía CF para un rendimiento mejorado.

Protocolo

Precaución: Por favor, consulte las hojas de datos de seguridad del material (MSDS) para todos los materiales y reactivos antes de su uso (es decir, Pedidos de metanol). Asegurar el uso de todas las prácticas apropiadas de seguridad al manipular disolventes y cromatografía líquida de eluyente alta resolución (HPLC). Asegurar el uso apropiado de los controles de ingeniería de HPLC, balanza analítica y un detector de instrumentación, y asegurar el uso de equipo de protección personal (gafas de seguridad, guantes, bata de laboratorio, pantalones largos y zapatos cerrados).

Nota: Este protocolo contiene instrucciones sobre cómo utilizar una columna CF en un sistema de HPLC acoplado con un detector UV-Vis. El protocolo ha sido escrito asumiendo que el lector tenga conocimientos básicos y experiencia en cromatografía.

1. Configuración del Instrumento HPLC

Nota: En esta sección se puede modificar para adaptarse a las necesidades de los analistas, es decir, la elección de disolventes, detector de longitud de onda y el caudal queson apropiadas para la muestra de interés.

1. Preparar el instrumento de HPLC con agua ultrapura 100% (por ejemplo, agua Milli-Q) para la línea A y metanol al 100% para la línea B como la fase móvil y purgar las bombas según el requisito del fabricante.
2. Ajuste el detector de UV-Vis a 254 nm.
3. Elija un modo de división de flujo pre-inyección de puesta a punto, o una de doble flujo de la bomba puesta a punto. Para el modo de flujo dividido continúe en el paso 2, para el modo de doble bomba continúe con el paso 3.

2. Configuración del sistema Split-flujo

1. Desconecte la línea de bomba de la válvula del inyector del muestreador automático.
2. Coloque una pieza en T a la línea de la bomba.
3. Coloque una pieza de 15 cm de tubo de Identificación de 0,13 mm a cada puerto de la pieza en T.
4. Conecte un tubo a partir de la pieza en T al inyector de la válvula de muestreador automático.
5. Poner la bomba en 1,0 ml ^min-1.
6. Antes de conectar las líneas de bomba a la entrada de la columna de la CF, ajustar la relación de segmentación del flujo de 40%: 6 0% (línea central: línea periférica) de la siguiente manera en el paso 2.7.
7. Ajuste de la relación de entrada CF en el sistema de flujo dividido
   1. Medir la masa de los dos recipientes de recogida vacíos usando una balanza analítica y la etiqueta de un recipiente de recogida central y otro periférico (una para la línea del muestreador automático para centrar el puerto y otro para la línea de la pieza en T al puerto de periféricos) .
   2. Para 1,0 min, recoger la fase móvil que sale de la línea que viene del inyector (en el punto que se conectará a la columna) en el recipiente de recogida, cuya masa se midió en 2.7.1.
   3. Volver a pesar el recipiente de recogida en la escala de análisis y determinar la masa de la fase móvil recogido.
   4. Repetir los pasos 2.7.2 a 2.7.3 para el eluyente que sale de la línea de la pieza en T que ha de ser conectado al puerto periférico.
   5. Determinar el porcentaje de flujo (ml min ^-1) de cada línea de flujo de acuerdo con las siguientes ecuaciones:
      1 "src =" / files / ftp_upload / 53471 / 53471eq1.jpg "/>
   6. Ajustar la relación de flujo al 40%: 60% (± 2%) (línea de inyector de puerto central: línea de pieza en T de puerto de periféricos). Si la línea desde el inyector al porcentaje de flujo de puerto central está por encima de 40%, aumentar la caída de presión por la disminución del diámetro interno de la tubería, o el aumento de su longitud. Si la línea de inyector al porcentaje de flujo de puerto central está por debajo de 40%, aumentar el diámetro interno de la tubería o disminuir la longitud del tubo.
   7. Una vez que las relaciones de flujo están sintonizados gire el caudal de la bomba fuera.
   8. Conecte la línea desde el inyector al puerto central de la entrada de la columna y la línea de la pieza en T al puerto de periféricos de la entrada de la columna.
   9. La rampa lentamente la velocidad de flujo de 1,0 ml ^min-1 a 100% la línea B.
   10. Equilibrar la columna (4,6 mm DI x 100 mm de longitud) al permitir100% de metanol (línea B) de la fase móvil fluya por la columna a 1,0 ml ^min-1 durante 10 min. Esta vez se escala de acuerdo a las dimensiones de otras columnas, el usuario puede emplear.
   11. Para la puesta a punto de la salida CF vaya al paso 4. 'Ajuste de flujo de salida CF'.

3. Configuración del sistema de dos bombas

1. Conectar la bomba del sistema HPLC para el inyector y luego conectar la línea desde el inyector al puerto de entrada central de la columna.
2. Conectar la bomba adicional directamente al puerto de periféricos de entrada de la columna. Tenga en cuenta que esta segunda bomba-inyector pasa.
3. Rampa la velocidad de flujo de la bomba del sistema conectado al puerto central en 0,4 ml min ^-1 (representante del 40% de la velocidad de flujo total de 1,0 ml min ^-1) a 100% de metanol (línea B).
4. Al mismo tiempo que la Etapa 3.3, rampa la velocidad de flujo de la bomba periférica a 0,6 ml min ^-1 (representante del 60% de la velocidad de flujo total de1,0 ml ^min-1) a 100% de metanol (línea B).
5. Equilibrar la columna (4,6 mm DI x longitud 100 mm), permitiendo% metanol 100 (línea B) de la fase móvil a fluir a través de la columna a 1,0 ml ^min-1 durante 10 min. Esta vez se escala de acuerdo a las dimensiones de otras columnas, el usuario puede emplear.
6. Para la puesta a punto de la salida CF vaya al paso 4. 'Ajuste de flujo de salida CF'.

4. Ajuste de CF flujo de salida

1. Conectar el puerto de salida central para el detector de UV-Vis utilizando una pieza 15 cm de tubo de Identificación del 0,13 mm.
2. Conectar una pieza 15 cm de tubo de Identificación del 0,13 mm al orificio de salida periférica de la columna de la CF.
3. Se pesa la masa de dos recipientes de recogida vacíos en la balanza analítica y etiquetar un recipiente central y otro periférico.
4. Durante 1,0 min, recoger la fase móvil que sale del detector (flujo central) UV-Vis en la etiqueta recipiente de recogida central, cuya masa se midió en 4,2.
5. Volver a pesar el recipiente de recolección que contiene el eluyente recogido en la escala de análisis y determinar la masa de fase móvil recogido.
6. Repetir los pasos 4.4 a 4.5 para el eluyente que sale de la línea desde el puerto de salida periférica.
7. Determinar el porcentaje de flujo de cada línea de flujo de acuerdo con las siguientes ecuaciones:
   
8. Ajustar la relación de flujo a 21%: 79% (± 2%) (flujo de salida central de UV-Vis: flujo de salida periférica de la línea). Si el porcentaje de flujo central de la UV-Vis está por encima de 21%, aumentar la caída de presión al disminuir el diámetro interno de la tubería unida a la salida del detector de UV-Vis, o el aumento de su longitud. Si el porcentaje de flujo central de la UV-Vis está por debajo de 21%, aumentar el diámetro interno del tubo conectado a la salida del detector de UV-Vis, o disminuir la longitud del tubo. Cada vez que la longitud del tubo ha sido cambiado, repeticiónpasos 04.03 a 04.07.
   Nota: La columna CF en el modo de Identificación "virtual" de 2,1 mm está listo para su análisis.

Resultados

AFT columnas fueron desarrolladas utilizando un diseño especializado frita (Figura 1) en la columna multipuerto finales accesorios para superar la cama heterogeneidad columna y mejorar el rendimiento de separación. Un estudio entre laboratorios en el rendimiento de separación de columnas de cromatografía CF (Figura 2) se llevó a cabo con un sistema de doble bomba de configurar (Figura 3B) como se describe en la sección 3 de este pr...

Discusión

Este estudio incluyó el análisis entre laboratorios de columnas de cromatografía CF para probar el funcionamiento analítico en términos de eficiencia y sensibilidad. La columna CF se creó con un sistema de bombeo de doble tal como se describe en la sección "3. sistema de bomba dual establecido 'para lograr una relación de flujo de 40:60 (centro: periférica) en la entrada de la columna de la FQ. El 40:60 (centro: periférica) relación de flujo se consigue mediante el ajuste del caudal de cada bomba par...

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
HPLC instrument
Additional Pump			Required if 2 pump CF system set up is to be used.
Curtain Flow HPLC column	Thermo Fisher Scientific	Not Defined	Soon to be commercialized
Methanol	Any brand		HPLC Grade
PEEK tubing	Any brand		Various lengths and i.d.
PEEK tube cutter	Any brand
Analytical Scale Balance	Any brand
Stop watch	Any brand
Eluent collection vessels	Any brand		1-2 ml sample vials can be used as eluent collection vessels
T-piece	Any brand