Multimode-Einlass-System OPTIC-4

Leistungsfähigkeit neu definiert

OPTIC-4-Injektor Multimode-Einlass-System

Susanne Kräher*)

Wenn es um moderne Chromatographie-Systeme geht, ist häufig vom „Multimode“-Einlass die Rede. Aber was charakterisiert ein Multimode-Einlass-System? Es sollten verschiedene Injektionstechniken möglich sein, wofür normalerweise mehr als ein Einlass benötigt wird. Damit ein Multimode-Einlass-System Vorteile bringt, sollte es die Standard-Injektionsmodi genauso unterstützen wie ein Standard-Split-/Splitlos-Einlass.

Zusätzlich zu den Standard-Injektionsmodi bietet der temperaturprogrammierbare OPTIC-4-Einlass (Atas GL) die Möglichkeiten der Kaltaufgabe-Split-/Splitlos-Injektionen, der schnellen Large-Volume-Injektionen (LVI) sowie direkter (aus dem Liner) Probenaufgabetechniken wie Pyrolyse, Thermochemolyse und Thermodesorption als Einzel- oder Multi-Shot-Analyse.


Direkte Probenaufgabetechnik

Die direkte Probenaufgabetechnik ermöglicht Analysen unmittelbar aus dem Liner heraus. Diese Methodik ist hilfreich, wenn feste oder hoch-matrixbelastete Proben bearbeitet werden, da eine zusätzliche Probenaufbereitung, wie etwa Extraktion, Aufreinigung oder Verdünnen, überflüssig ist. Die Probe selbst lässt sich in ein µ-Vial überführen, das sich im Liner befindet. Die Extraktion der Komponenten wird direkt durch Erhitzen der Probe durchgeführt.

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Siedepunktabhängige, selektive Überführung

Für den Einsatz der siedepunktabhängigen, selektiven Überführungstechnik wird die Probe einem definierten Aufheizgradienten ausgesetzt. Ausschließlich Verbindungen, die sich durch das gewählte Temperaturprofil extrahieren lassen, werden auf das Einlass-System der GC-Säule übertragen. Wird das optimale Temperaturprofil verwendet, verbleiben Verbindungen mit höherem Molekulargewicht oder Matrix in den µ-Vial. Nach der Analyse wird das µ-Vial entsorgt und der Liner lässt sich erneut einsetzen.


Pyrolyse

Bei der Pyrolysetechnik sollte der angewendete Temperaturgradient so hoch wie möglich sein, da die Zeit, die bei der Pyrolyse für die Wärmeübertragung auf die Probe benötigt wird, unmittelbar die Reproduzierbarkeit des Pyrolysevorgangs beeinflusst. Der maximal mögliche lineare Temperaturgradient im OPTIC-4 liegt bei 60 °C/s bis zu einer Maximaltemperatur von 600 °C. Dies ist für die meisten Pyrolyseanwendungen geeignet.

Wie in Bild 3 dargestellt, können µ- Vials, gefüllt mit der Probe, direkt in den OPTIC-4-Linern positioniert werden, da die Liner ausreichenden Innendurchmesser (ID) bieten. Grundlegend müssen temperaturprogrammierte Verdampfer (PTV) ein einheitliches Temperaturprofil mit einer schnellen und reproduzierbaren Wärmeübertragung auf die Probe gewährleisten.

Der patentierte OPTIC-4-Aufbau mit seiner geringer thermischer Masse und der direkten Widerstandsheizung ermöglicht eine schnelle und reproduzierbare Wärmeübertragung, um Liner mit ID von 3,4 mm zu benutzen. Da aufgrund der Aufheizmethode die meisten PTV-Systeme im PTV-Modus mit kleineren Liner-IDs ( ≤ 2 mm) arbeiten, ist der OPTIC-4 durch seine spezielle direkte Widerstandsheizung die Ausnahme von der Regel und eröffnet die oben erwähnten Anwendungsmöglichkeiten.


Large-Volume-Injektion

Wo immer Nachweisgrenzen entscheidend sind, etwa bei der Bestimmung von Umweltschadstoffen, sind Large-Volume-Injektionstechniken (LVI) interessant. LVI lassen sich durch Einsatz einer On- Column-Injektion mit Rückhalteschleife oder durch PTV-Injektoren durchführen. On-Column-Techniken sind weniger geeignet für den Umgang mit matrixbelasteten Proben, da der Säuleneinlass verschmutzt werden kann. In dieser Hinsicht erweist sich die LVI unter Verwendung eines PTVs als vorteilhaft.

Für LVI im PTV-Einlass werden verschiedene Methoden in der Literatur [1] erwähnt. Hier wird besonderes Gewicht auf die bekannte und anwendererprobte Technik der Lösemittel-Split-Injektion gelegt.


LVI – Lösemittel-Split-Injektion

Bei der Lösemittel-Split-Injektion liegt die Einlasstemperatur zum Injektionszeitpunkt unterhalb des Lösungsmittelsiedepunkts – bei weit geöffnetem Split-Ausgang. Dies ermöglicht, durch Einstellung der optimalen Temperatur und Abblas(Vent)-Zeit das Lösemittel nahezu vollständig zu eliminieren. Nach vollständigem Schließen des Split-Ausgangs und Erhöhung der Einlass-Temperatur werden die Analyten auf die Säule übertragen. Da bei der Methodenentwicklung die Verdampfungstemperatur des Lösungsmittels und die Abblaszeit entscheidend sind, erleichtert der standardmäßig installierte Lösungs-Monitor des OPTIC-4 die Methodenentwicklung. Der Lösungs-Monitor ist innerhalb der Split-Leitung installiert und detektiert den Verdampfungspeak des Lösungsmittels per Wärmeleitfähigkeitsdetektors, welcher das Signal in Echtzeit in der Evolution-Software ausgibt.


Rapid at-once LVI

Das Maximalvolumen, das innerhalb des Injektors enthalten sein kann, hängt hauptsächlich von der Liner-Dimension sowie von der Art und Anteil des Packmaterials ab [1]. Verwendet man die OPTIC-4-Liner mit einem ID von 3,4 mm, lassen sich Probenvolumina von bis zu 150 µl rasch einspritzen, daher die Bezeichnung „rapid at-once LVI“. Im Vergleich dazu beträgt das Maximalvolumen, das auf einmal injiziert werden kann, bei anderen PTV-Systemen mit kleineren Liner-IDs (±1 mm) nur etwa 20 µl [1]. Falls mehr Probenvolumen aufgegeben werden soll, lässt sich eine geschwindigkeitskontrollierte LVI verwenden, wobei die Injektionsgeschwindigkeit durch die Verdampfungszeit des Lösungsmittels begrenzt wird. Die rapid at-once LVI vereinfacht somit die Methodenentwicklung, da keine Optimierung der Injektionsgeschwindigkeit nötig ist.

Abhängig von der analysierten Probe und dem Matrixinhalt müssen die Liner nach wenigen hundert oder sogar nur einigen zehn Injektionen gewechselt werden. Basierend auf dem OPTIC-4 und dem neuen AOC-5000 Plus vereinfacht die automatische Linertausch-Option (LINEX) diesen Prozess und steigert somit die Laborproduktivität.

Die LINEX-Option ermöglicht des Weiteren eine Automatisierung der direkten (aus dem Liner) Aufgabetechnik, bei der jede Probe einen Liner benötigt, der mit µ-vial und Probe oder als gepackter Liner die Probe enthält.

Fazit

Der neue OPTIC-4 mit seiner patentierten Konstruktion bietet die Flexibilität, zwischen verschiedenen Injektionsmodi unter Auswahl des Liners bzw. der Methode auszuwählen.

Mit Hilfe der Shimadzu AFC (advanced flow control) ist die OPTIC-4-Pneumatik-Steuerung komplett in die GC/GCMSsolution-Software eingebunden.

Nachdruck aus Shimadzu News 2-2011.


Literatur

  1. “Trace analysis with gas chromatography using on-line enrichment and large volume injection” Chapter 3.1 Hans Mol.

*) Susanne Kräher

  1. Shimadzu Europa GmbH, Tel. 0203/7687-0, Fax 0203/766625, E-Mail: shimadzu@shimadzu.eu.
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