SGE GC-kolonner

SGE tillverkar GC-kolonner i olika serier med namn såsom BP, BPX, HT och SolGel, inklusive SGE PLOT-kolonner och Chiral Cydex-B-kolonner. I sortimentet finns allt från opolära till den mest polära på marknaden; BPX90.

>> SGE GC Columns.pdf

SGE - Utveckling av GC kapillärkolonner i fem decennier
SGE har lång erfarenhet av att utveckla och producera GC–kapillärkolonner. Redan 1959 grundade Ernest Dawes SGE och började tillverka glaskapillärkolonner. Denna expertis har sedan dess utvecklats vidare med polymersyntes, ytkemi och produktionsprocesser, allt i kombination med en grundläggande kunskap om kromatografi. SGE utvecklar och syntetiserar specialpolymerer som används till SGEs många unika GC stationära faser vilket ofta innebär att SGE är den första, och ofta enda, tillverkaren som erbjuder dessa kolonner. SGE var först med att 1987 introducera silarylenfaser med dess förbättrade termiska stabilitet, vilket nuförtiden är en industristandard, det var också SGE som 1999 introducerade SolGel-kolonnerna och 1987, karboranfaserna.

SGE tillverkar GC-kapillärkolonner från start till helt färdigt produkt, inklusive de särskilda kraven för att producera fused silica-kapillärerna. SGE utvecklar och syntetiserar också de specialpolymerer som används till de olika stationära faserna. I processerna ingår också beläggning och tvärbindning av polymerer i den stationära fasen och kemisk specialbehandling av fused silica-kapillärerna så att kiseldioxidytan blir inert och kompatibel för den tvärbundna stationära fasen. Eftersom SGE har hela tillverkningsprocessen så kan de styra och optimera tillverkning exakt, för att producera de bästa kapillärkolonnerna av högsta kvalitet.

Fused silica-kapillärer
Processen att producera fused silica-kapillärer vid SGE utförs i flera avancerade torn där silican dras ut till kapillärer, under noggrann kontroll med automatisk feedback för justering av förhållanden. Detta säkerställer utmärkt kontroll av dimensioner och hållfastighet, vilket verifieras med stresstester av materialet. Eftersom SGE producerar fused silican själva har de fullständig kontroll över denna viktiga aspekt. Fused silican som används av SGE har en mycket hög renhet, är fri från föroreningar såsom metalloxider som finns i konventionellt glas. Beroende på applikation erbjuder SGE två typer av ytterbeläggning på kapillärerna - polyimid (max temp 400°C) och aluminium (max temp 480°C). SGEs kapillärkolonner fungerar utmärkt upp till 400°C (beroende på fas).

Rigorösa prestandatester
Kvalitetstesterna för SGEs GC-kolonner är baserade på i vilken applikation kolonnerna skall användas för och säkerställer att kolonnen uppfyller standarderna för den specifika analysen. Kolonner för mer generella metoder testas för att säkerställa att de är inerta och testblandningarna innehåller föreningar som är utmanande för kromatografin, och körs under förhållanden och nivåer som är utformade för att markera variationer i kapillärkolonnens prestanda. Exempelvis testas SGEs opolära fas BPX5 med hjälp av aktiva ämnen som n-decylamin och 2,4-dinitrofenol, vid låga koncentrationer (1-2 nanogram på kolonn med 0,25 μm filmtjocklek) och med tillräckligt lång tid på kolonnen för att inducera svansning på alla kolonner utom de som är mycket inerta. SGE erbjuder inte separata intervall av kolonner med olika prestandanivåer - alla SGEs GC-kapillärkolonner uppfyller dessa höga standarder.

Retentionstid och reproducerbarhet
Eftersom SGE har kontroll på hela tillverkningsprocessen av kapillärkolonnen från början till färdig produkt, kan de också uppnå anmärkningsvärt reproducerbara retentionsegenskaper från kolonn till kolonn. När en metod är utvecklad på en SGE-kolonn kan samma separation förväntas på kolonn efter kolonn, år efter år.

Termisk stabilitet
Ett problem som följt kapillär GC-kolonner under en lång tid är nedbrytningen av den stationära fasen vid förhöjda temperaturer vilket leder till instabil och brusig baslinje och därmed sämre känslighet för analysen. Tyvärr kan detta inte helt elimineras men det kan minskas avsevärt genom olika tekniska lösningar och förbättrad teknik. SGE var först med att utveckla och implementera polymerer med silarylen, såsom silfenylen faser 1987. I silfenylenfaser ersätts några av syreatomerna i siloxanpolymerens ryggrad med aromatiska grupper. Detta leder till en dramatiskt förbättrad termisk stabilitet för GC-faser med silfenylenfaser som nu finns tillgängliga i ett stort antal polariteter och selektiviteter.

Kvalitet
SGEs kapillärkolonner testas med avseende på blödning med strikta standarder och höga krav. Blödningen mäts och specificeras i termer av detektorsignal och kalibreras till "nanogram siloxan per sekund" som elueras från kolonnen. SGE gör blödningstestet vid kolonnens max-temperatur för maximal påfrestning.

Måttet för blödning i ”nanogram siloxan per sekund” som elueras från kapillärkolonnen är mer meningsfullt än att enbart rapportera picoamp FID-signal. Picoamp-signalen är starkt beroende av detektorn och de förhållanden som används och är inte ett absolut mått. SGE utför blödningsmätningen på FID för att säkerställa bästa möjliga prestanda.

Stationär fas - Polaritet
En diskussion om faskemi innebär oundvikligen en hänvisning till polaritet - polaritet i allmänna termer och där faser ofta placeras längs en linjär polaritetsskala - men det finns mer än detta. Det finns olika typer av interaktioner baserade på de olika typerna av funktionalitet hos de stationära faserna. I ett försök att skapa en översikt av separationsmekanismerna har SGE placerat de stationära faserna mot en kvalitativ skala, även om denna skala är beroende av analyt. Grafen speglar fasernas relativa förmåga att interagera med särskilda typer av analyter. Översikten som visas i 3D fas-polaritets-diagrammet nedan är kvalitativa snarare än kvantitativa och har härletts från experimentellt arbete som studerar retentionen av olika analyter med olika stationära faser. Fokus har varit att utveckla ett tredimensionellt diagram som visar hur varje fas passar in som en punkt på en plot med de tre klassiska bindningsmekanismer - Van der Waals-bindningar, H –bindningar och π-bindningar.

Bindningsmekanismer
Van der Waals bindningar är i huvudsak elektrostatisk attraktion från tillfälliga dipoler och är en mycket svag interaktion. Vätebindningar är interaktionen mellan positiva och negativa laddningar från väte och elektronpar och är kraften som håller vattenmolekyler ihop som vätska. π-bindningar är associerade med aromatiska föreningar som inkluderar bensenringar. Molekyler med dessa donut-formade elektronmoln attrahera varandra. π-bindningar i bensen är vinkelräta mot bensenringsbindningarna så att de interagerar lättare om molekylernas form inte skapar steriskt hinder. Stationära faser består av polymerenheter med funktioner som kan modifieras genom tillägg av olika funktionella grupper vid syntes. Dessa kan tillsättas i olika mängder för att skapa olika koncentrationer av en viss funktionalitet.

Att välja rätt fas för din separation
Så hur kan denna detaljerade information om stationära faser och interaktioner användas? Svaret är enkelt! Inom separationsvetenskap söker vi lösningar för att separera komplexa blandningar och en "fas som passar allt" är mer en önskedröm än en verklighet.

SGE har utvärderat olika faser med avseende på polaritet för att med hjälp av detta kunna välja bästa kombination av faser som ger en ortogonal lösning snarare än en variation av samma sak. Ta till exempel separationen av aromater på polyetylenglykol-kolonnen BP20 (H-bindning) jämfört med BP1, där den primära interaktionen är Van der Waals. Medan para- och meta-xylen co-eluerar på BP1, är de fullt separerade på BP20 med en motsvarande förändring i elueringsordning av alkanerna. Detta är en intressant interaktion eftersom de aromatiska xylenerna interagerar via H-bindningar på BP20. Det är inte helt ”det ena eller det andra” när man bedömer interaktion via H-bindning och π-bindningar, eftersom de har en viss affinitet för varandra.

Separation av en serie kolväten, analyserade på en relativt opolär fas (BPX5, på x-axeln i figuren ovan till höger) och på en högpolär BPX90 med retentionstiderna plottade på y-axeln. Om kolvätena delas upp utifrån antal omättade grupper, avslöjar denna extra dimension, för varje grupp av kemikalier, starka korrelationer mellan retention och funktionell kemi.

I detta fall är alkanerna (ljusblå) helt opolära. De har retention bara för att fasen har tillräckligt opolär karaktär för att interagera med dem. När det gäller BPX90, så är den så polär att den inte erbjuder alkanerna möjlighet till interaktion. Som ett resultat tenderar alkanerna att eluera nästan helt utan retention på BPX90. Alkanerna visar nästan perfekt ortogonalitet här, retention på BPX5, kontra ingen retention på BPX90 där de ligger nästan längs x-axeln. 
Vi kan nu resonera att om rena kolväten (Van der Waals eller opolära interaktioner) ger liten eller ingen retention på BPX90, är retentionen på de kvarvarande aromaterna enbart interaktioner av π-typ.

Vid jämförelse av stationära faser visar en kurva som avviker från diagonalen på en signifikant skillnad i retention mellan faserna för den aktuella gruppen av analyter. Sammanfattningsvis erbjuder polära faser selektivitet baserad på funktionalitet snarare än på Van der Waals-interaktioner och är ett idealiskt val för separation av analyter som inte separerar på opolära eller medel-polära faser.

De främsta fördelarna med olika selektiviteter är:

• 2D GC - val av ortogonala selektiviteter
• Fast GC - Analyter med hög retention på opolära faser eluerar mycket tidigare på polära faser
• Allmänna FAME-metoder
• Separation av co-eluerande analyter på grund av alternativ funktionalitet

SGE hoppas att denna information hjälper dig att förstå det optimala valet av GC -kapillärkolonnfas för din applikation.

Följande är en sammanfattning av fas och andra parametrar som innerdiameter, kolonnlängd och filmtjocklek, för att hjälpa till med att identifiera rätt SGE GC -kapillärkolonn för din metod.

Att välja rätt GC-kolonn

1. Stationärfas

• Välj den minst polära fasen som kan separera dina analyter.
• Opolära stationära faser separerar analyter främst med avseende på kokpunkt. Öka mängden fenyl- och/eller cyanopropylinnehåll i fasen, och separationen påverkas mer av skillnaderna i dipol-moment eller laddningsfördelningar (BP10 (1701), BPX35, BPX50, BP225 och BPX70).

För att separera föreningar som skiljer sig mer i sin vätebindningskapacitet (till exempel aldehyder och alkoholer) är faser av polyetylenglykol bäst lämpade - SolGel-WAX™, BP20 (WAX) och BP21 (FFAP).

2. Innerdiameter

• Ju mindre innerdiameter på kolonnen desto större effektivitet, därmed bättre upplösning. Snabba kolonner (0.1mm ID) används för snabbare analys eftersom samma upplösning kan åstadkommas på kortare tid.

3. Filmtjocklek

• För prover med en variation i koncentration i samma prov rekommenderas en kolonn med tjockare film. Detta kommer att minska risken för breda toppar på grund av överladdning, och därmed risken att topparna co-eluerar.
• Ju tjockare film desto mer retention, och därför desto högre temperatur krävs. Som en tumregel resulterar en fördubbling av filmtjockleken i en ökning av elueringstemperaturen med ca 15-20ºC under isotermiska förhållanden. Med hjälp av ett temperaturprogram är ökningen av elueringstemperaturen något mindre.
• Med hjälp av "Phase ratio", ß, kan en kolonn kategoriseras för vilken typ av applikation den passar bäst för. Ju mindre ß-värdet är, desto större är förhållandet mellan filmtjockleken och kolonnens innerdiameter, vilket gör den bättre lämpad för analys av flyktiga föreningar. Kolonner som har tunn film är i allmänhet bättre lämpade för högmolekylära föreningar och kännetecknas av stora ß-värden.
• Behåll "Phase ratio" konstant vid byte av ID, för att få liknande kromatografi.

4. Kolonnlängd

• Försök att alltid välja den kortaste kolonnen som ger önskad upplösning för applikationen. Om den maximala tillgängliga kolonnlängden används och provblandningens upplösning fortfarande är otillräcklig, försök ändra den stationära fasen eller innerdiametern.
• Upplösningen är proportionell mot kvadratroten av effektiviteten, det vill säga om kolonnlängden dubblas så ökar upplösningen endast med ca 40%.