Πώς αποδίδουν οι θερμαντήρες PTFE σε διαβρωτικές κινητές φάσεις θέρμανσης για HPLC;

Το τριφθοροξικό οξύ, τα ρυθμιστικά διαλύματα φωσφορικών και τα αντιδραστήρια σύζευξης ιόντων-χρησιμοποιούνται συνήθως ως κινητές φάσεις στην υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης. Η προθέρμανση της κινητής φάσης πριν από την είσοδο στη στήλη βελτιώνει τον διαχωρισμό, ωστόσο ο θερμαντήρας θα πρέπει να είναι χημικά αδρανής για να αποφευχθούν αιχμές φαντασμάτων ή μετατόπιση της γραμμής βάσης. Όλα τα διαβρεγμένα συστατικά στη διαδρομή ροής στα τρέχοντα συστήματα HPLC πρέπει να αξιολογούνται ως προς τη δυνατότητα απελευθέρωσης εκχυλίσιμων ουσιών ή αλληλεπίδρασης με αναλυτές.

Η αναγκαιότητα της προθέρμανσης της κινητής φάσης σε HPLC
Η προθέρμανση της κινητής φάσης είναι μια κοινή λειτουργία στην υγρή χρωματογραφία υπό συνθήκες αυξημένης θερμοκρασίας (συνήθως 30–80 μοίρες). Η προθέρμανση εγγυάται ότι το υγρό έκλουσης εισέρχεται στην είσοδο της στήλης σε σταθερή, καλά καθορισμένη- θερμοκρασία και βελτιώνει:

Επαναληπτικότητα χρόνου διατήρησης

Συμμετρία και σχήμα κορυφής

Κινητική μεταφοράς μάζας, ιδιαίτερα για μεγάλα βιομόρια ή ιξώδεις κινητές φάσεις

Απόδοση στήλης (πλάκες)

Όταν μια ψυχρή κινητή φάση εισέρχεται σε μια θερμαινόμενη στήλη χωρίς προθέρμανση, παράγονται θερμικές διαβαθμίσεις πάνω από την κλίνη της στήλης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη διεύρυνση της ζώνης, τις παραμορφωμένες κορυφές και την ανομοιόμορφη απόδοση διαχωρισμού. Ο προθερμαντήρας βρίσκεται συνήθως ακριβώς μετά την αντλία και πριν από την είσοδο του εγχυτήρα ή της στήλης, χρησιμοποιώντας ένα μήκος στενού-σωλήνα ή έναν μικροσκοπικό εναλλάκτη θερμότητας.

Κίνδυνος μόλυνσης μεταλλικών στοιχείων προθέρμανσης
Οι διαβρωτικές κινητές φάσεις χρησιμοποιούνται ευρέως στη χρωματογραφία αντίστροφης-φάσης, ανταλλαγής ιόντων-και υδρόφιλης αλληλεπίδρασης (HILIC). Τυπικές επιθετικές προσθήκες είναι:

0,05-0,1% (v/v) τριφθοροξικό οξύ (TFA)

Όξινο οξύ ή μυρμηκικό οξύ.

Ρυθμιστικά διαλύματα φωσφορικών (pH 2-3 και 7-8)

Ρυθμιστικά διαλύματα που περιέχουν υπερχλωρικό οξύ ή θειικό

Αντιδραστήρια ιόντων-σύζευξης, όπως φωσφορικό τετραβουτυλαμμώνιο ή επτανοσουλφονικό οξύ

Alkaline mobile phase (pH>9) με ρυθμιστικό διάλυμα υδροξειδίου του αμμωνίου ή ανθρακικού.

Εάν χρησιμοποιηθεί ένας μεταλλικός προθερμαντήρας (π.χ. ανοξείδωτος χάλυβας 316), αυτά τα διαβρωτικά χημικά μπορούν σταδιακά να εκπλύνουν μεταλλικά ιόντα-κυρίως σίδηρο, χρώμιο και νικέλιο-στην κινητή φάση. Ο ρυθμός έκπλυσης αυξάνεται από υψηλότερες θερμοκρασίες και όξινα ή αλογονίδια που περιέχουν-εκλουστικά. Οι επιπτώσεις για την ανάλυση HPLC είναι σοβαρές:

Κορυφές φάντασμα - Τα μεταλλικά ιόντα μπορεί να συνδυαστούν με χημικές χηλίωσης που υπάρχουν στο δείγμα ή στην κινητή φάση και να εκλούονται ως απροσδόκητες κορυφές.

Μετατόπιση γραμμής βάσης - Προοδευτική δημιουργία-σήματος φόντου που σχετίζεται με μέταλλο, ιδιαίτερα στην ανίχνευση UV ή αγωγιμότητας.

Μέγιστη ουρά ή απώλεια - Αναλύτες που είναι ευαίσθητοι σε μέταλλα (π.χ. φωσφορυλιωμένα πεπτίδια, οργανοφωσφορικά, κατεχολαμίνες ή μόρια που περιέχουν καρβοξυλικές ομάδες) μπορεί να προσροφηθούν σε μεταλλικές επιφάνειες ή να καθιζάνουν ως άλατα μετάλλων.

Αποικοδόμηση στήλης - Τα ιόντα μετάλλων που εκπλένονται μπορούν να εναποτεθούν στη στατική φάση, επηρεάζοντας την επιλεκτικότητα και τον χρόνο ζωής της στήλης.

Πώς οι θερμαντήρες PTFE μπορούν να ξεπεράσουν το πρόβλημα της προθέρμανσης των κινητών φάσεων
Μια συσκευή θέρμανσης κινητής φάσης HPLC θερμαντήρα PTFE εξαλείφει εντελώς την επαφή με το μέταλλο. Οι δύο τυπικές εμπορικές διαμορφώσεις είναι:

Σωληνοειδής θερμαντήρας PTFE (τύπου με μανδύα)
Το πηνίο του προθερμαντήρα έχει μήκος σωλήνα PTFE (συνήθως εσωτερική διάμετρος 0,5-2,0 mm, μήκος 1-5 μέτρα). Ο σωλήνας καλύπτεται με ένα εύκαμπτο χιτώνιο θέρμανσης ή ένα θερμαντήρα αντίστασης ενσωματωμένο σε PTFE. Όλο το συγκρότημα είναι θερμομονωμένο. Η κινητή φάση διατρέχει τον αδρανή σωλήνα PTFE, λαμβάνοντας θερμότητα από το τοίχωμα του σωλήνα. Δεν βρέχονται μεταλλικά κομμάτια.

Μεταλλικός θερμαντήρας κασετών PTFE-Δωρεάν εναλλάκτης θερμότητας
Ένας μικροσκοπικός θερμαντήρας φυσιγγίων, επικαλυμμένος με PTFE, τοποθετείται σε ένα επεξεργασμένο μπλοκ PTFE με κανάλι ροής σερπεντίνης. Το μπλοκ θερμαίνεται ομοιόμορφα. Η κινητή φάση κυκλοφορεί μέσω του καναλιού. Ο σχεδιασμός παρέχει βελτιωμένη απόδοση μεταφοράς θερμότητας, χαμηλότερο νεκρό όγκο και είναι κατάλληλος για εφαρμογές UHPLC.

Και οι δύο ρυθμίσεις έχουν το ίδιο βασικό πλεονέκτημα, ότι η κινητή φάση έρχεται αποκλειστικά σε επαφή με PTFE ή κατάλληλα φθοροπολυμερή (π.χ. PFA, FEP). Το PTFE είναι ανθεκτικό σε όλους τους δημοφιλείς διαλύτες HPLC όπως:

Μεθανόλη, ακετονιτρίλιο, τετραϋδροφουράνιο

Νερό με έως και 100% οργανικό τροποποιητή

Όξινα πρόσθετα (pH 0-3): TFA, μυρμηκικό, φωσφορικό, υπερχλωρικό οξύ

Βασικά πρόσθετα (pH 9-12): υδροξείδιο του αμμωνίου, τριαιθυλαμίνη, ανθρακικό/διττανθρακικό

Αντιδραστήρια ζευγών ιόντων και ρυθμιστικά άλατα

Δεν απελευθερώνονται μεταλλικά ιόντα. Επιπλέον, η μη κολλητική επιφάνεια αποφεύγει την προσρόφηση της αναλυόμενης ουσίας ή τη συσσώρευση σωματιδίων μέσα στον προθερμαντήρα.

Χαρακτηριστικά απόδοσης για εφαρμογές HPLC
Η προθέρμανση κινητής φάσης πραγματοποιείται γενικά σε θερμοκρασίες από το περιβάλλον έως τους 80 βαθμούς. Οι θερμαντήρες PTFE αποδίδουν καλά σε αυτό το εύρος χωρίς παραμόρφωση ή χημική φθορά. Η ισχύς είναι ελάχιστη (συνήθως 20–100 W), καθώς μόνο ένας μικροσκοπικός όγκος κινητής φάσης (0,1–5 mL/min) χρειάζεται να θερμανθεί. Ο έλεγχος PID διατηρεί τη θερμοκρασία στη δεδομένη τιμή εντός ±0,5 μοιρών, εξασφαλίζοντας προβλέψιμες θερμικές συνθήκες από τη μία έγχυση στην άλλη.

Η αδράνεια ενός προθερμαντήρα{0}}με βάση PTFE επιτρέπει στους αναλυτές στην ανάπτυξη μεθόδων να χρησιμοποιούν επιθετικές κινητές φάσεις (οι οποίες διαφορετικά θα απαιτούσαν την τακτική αντικατάσταση των μεταλλικών προθερμαντήρων) με σιγουριά. Για ευαίσθητες αναλυτές σε μέταλλα-ένα εντελώς αδρανές κανάλι ροής – από την κεφαλή της αντλίας (συνήθως με επένδυση PEEK-) έως τον εγχυτήρα, τον προθερμαντήρα, τη στήλη και τον ανιχνευτή – είναι δυνατό. Οι προθερμαντήρες PTFE αποτελούν σημαντικό μέρος αυτού του εντελώς αδρανούς συστήματος.

Αρκετοί προμηθευτές χρωματογραφίας προσφέρουν εμπορικά προσβάσιμους προθερμαντήρες κινητής φάσης με βάση PTFE-. Αυτές οι συσκευές είναι συνήθως εξοπλισμένες με πηνίο PTFE, ενσωματωμένο θερμαντήρα αντίστασης με προστασία υπερθέρμανσης και έξοδο ελεγκτή για σύνδεση σε εξωτερικό κανάλι συμβάντων ενός συστήματος HPLC. Ορισμένα σχέδια έχουν ενσωματωμένο-θερμοστοιχείο για έλεγχο κλειστού βρόχου.

Περιορισμοί και επιφυλάξεις
Οι θερμαντήρες Ptfe λειτουργούν καλά για προ{0}}φάσεις θέρμανσης κινητών, αλλά πρέπει να ληφθούν υπόψη ορισμένοι πρακτικοί παράγοντες:

Pressure rating - PTFE tubing becomes soft at extreme temperatures. The maximum operating pressure should be reduced. For high pressure applications (e.g. >200 bar), η σωλήνωση PFA (υπερφθοροαλκοξυ) επιλέγεται περιστασιακά λόγω της ανώτερης μηχανικής αντοχής σε θερμοκρασία.

Θερμική αγωγιμότητα. Το PTFE έχει χαμηλότερη θερμική αγωγιμότητα από το μέταλλο. Επομένως, για να επιτευχθεί ο ίδιος ρυθμός θέρμανσης, μπορεί να απαιτούνται μεγαλύτερα μήκη σωλήνων και/ή μεγαλύτερες ισχύς θερμαντήρα σε σχέση με έναν μεταλλικό προθερμαντήρα. Η διαφορά είναι ωστόσο μικρή σε συνήθεις ρυθμούς ροής (0,2-2,0 mL/min).

Μέγιστη θερμοκρασία – Το PTFE αρχίζει να λιώνει σε θερμοκρασίες πάνω από 200 μοίρες, ωστόσο η προθέρμανση της κινητής φάσης HPLC σπάνια υπερβαίνει τους 80 βαθμούς. Ως εκ τούτου, υπάρχει ένα μεγάλο buffer ασφαλείας.

Συμπέρασμα: Καθαρότερες βασικές γραμμές και πιο αξιόπιστα αποτελέσματα HPLC
Εξαλείφοντας μια πηγή μόλυνσης στο HPLC, οι θερμαντήρες PTFE συμβάλλουν σε καθαρότερες βασικές γραμμές και πιο συνεπή αποτελέσματα. Αυτοί οι θερμαντήρες προσφέρουν ένα χημικά αδρανές και χωρίς μέταλλα{1}}κανάλι θέρμανσης για διαβρωτικές κινητές φάσεις, όπως αυτές που περιέχουν TFA, ρυθμιστικά διαλύματα φωσφορικών ή αντιδραστήρια σύζευξης ιόντων- και διευκολύνουν την ανάπτυξη ισχυρών μεθόδων και την τακτική ανάλυση χωρίς τις ανησυχίες της έκπλυσης μετάλλων ή των αλληλεπιδράσεων αναλυόμενης ουσίας.

Όλες οι βρεγμένες επιφάνειες των οργάνων ανάλυσης πρέπει να είναι καθαρές. Ένας απλός αδρανής σχεδιασμός, η τεχνική θέρμανσης κινητής φάσης HPLC θερμαντήρα PTFE αντιμετωπίζει ένα μακροχρόνιο-πρόβλημα στη σύγχρονη υγρή χρωματογραφία. Καθώς τα συστήματα HPLC συνεχίζουν να προσεγγίζουν υψηλότερη ευαισθησία και χαμηλότερα όρια ανίχνευσης (π.χ. εφαρμογές LC-MS/MS), η ανάγκη για μεταλλικά-εξαρτήματα ελεύθερης ροής διαδρομής, συμπεριλαμβανομένων των προθερμαντών κινητής φάσης, θα παραμείνει κρίσιμη.