Chromatografia cieczowa w stanie nadkrytycznym
Chromatografia cieczowa w stanie nadkrytycznym ( SFC ) jest formą chromatografii z normalną fazą , w której fazą ruchomą jest płyn nadkrytyczny , taki jak dwutlenek węgla . Służy do analizy i oczyszczania cząsteczek o niskiej i średniej masie cząsteczkowej , nietrwałych termicznie i może być również stosowany do rozdzielania związków chiralnych . Zasady są podobne do zasad wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC), jednak SFC zazwyczaj wykorzystuje dwutlenek węgla jako fazę ruchomą; dlatego cała ścieżka przepływu chromatograficznego musi być pod ciśnieniem. Ponieważ faza nadkrytyczna reprezentuje stan, w którym właściwości cieczy i gazu są zbieżne, chromatografia cieczowa w stanie nadkrytycznym jest czasami nazywana chromatografią konwergencji.
Aplikacje
SFC jest używany w przemyśle głównie do rozdzielania cząsteczek chiralnych i wykorzystuje te same kolumny, co standardowe systemy HPLC. SFC jest obecnie powszechnie stosowany do rozdzielania i oczyszczania achiralnego w farmaceutycznym .
Aparat
SFC z CO 2 wykorzystuje pompy dwutlenku węgla, które wymagają utrzymywania zimnego dopływającego CO 2 i głowic pompy w celu utrzymania dwutlenku węgla w temperaturze i ciśnieniu, które utrzymują go w stanie ciekłym, gdzie można go skutecznie odmierzyć przy określonym przepływie wskaźnik. Następnie CO2 staje się nadkrytyczny za wtryskiwaczem iw piecu kolumny, gdy temperatura i ciśnienie, którym jest poddawany, wzrastają powyżej punktu krytycznego cieczy i osiągany jest stan nadkrytyczny . SFC jako proces chromatograficzny został porównany do procesu mającego połączone właściwości zdolności cieczy do rozpuszczania matrycy, z oddziaływaniami chromatograficznymi i kinetyką gazu. W rezultacie można uzyskać dużą masę na kolumnie na wstrzyknięcie i nadal utrzymywać wysoką wydajność chromatograficzną. Zazwyczaj elucję gradientową stosuje się w analitycznej SFC z użyciem polarnego współrozpuszczalnika, takiego jak metanol, ewentualnie ze słabym kwasem lub zasadą w niskich stężeniach ~1%. Można zaobserwować, że efektywna liczba płytek na analizę przekracza 500 000 płytek na metr rutynowo przy materiale o grubości 5 μm. Operator używa oprogramowania do ustawiania natężenia przepływu fazy ruchomej, składu współrozpuszczalnika, przeciwciśnienia układu i temperatury pieca kolumny, która musi przekraczać 40 °C, aby osiągnąć warunki nadkrytyczne z CO 2 . Ponadto SFC zapewnia dodatkowy parametr kontrolny – ciśnienie – za pomocą automatycznego regulatora przeciwciśnienia. Z operacyjnego punktu widzenia SFC jest równie prosta i niezawodna jak HPLC , ale zbieranie frakcji jest wygodniejsze, ponieważ pierwotna faza ruchoma odparowuje, pozostawiając jedynie analit i niewielką ilość polarnego współrozpuszczalnika. W przypadku wychwytywania CO 2 z wylotu można go ponownie skompresować i poddać recyklingowi, co pozwala na ponowne wykorzystanie CO 2 w > 90% .
Podobnie jak HPLC, SFC wykorzystuje różnorodne metody wykrywania, w tym UV /VIS, spektrometrię mas , FID (w przeciwieństwie do HPLC) i rozpraszanie światła przez odparowanie.
przygotowanie próbki
Praktyczna zasada jest taka, że każda cząsteczka, która rozpuści się w metanolu lub mniej polarnym rozpuszczalniku, jest zgodna z SFC, w tym z polarnymi substancjami rozpuszczonymi. CO 2 ma polarność podobną do n-heptanu w punkcie krytycznym, ale moc rozpuszczalnika można zwiększyć zwiększając gęstość lub stosując polarny współrozpuszczalnik. W praktyce, gdy frakcja współrozpuszczalnika jest wysoka, faza ruchoma nie jest naprawdę nadkrytyczna, ale ta terminologia jest używana niezależnie. Proces ten można przyspieszyć stosując płyn nadkrytyczny.
Faza mobilna
Faza ruchoma składa się głównie z ditlenku węgla w stanie nadkrytycznym , ale ponieważ sam CO 2 jest zbyt niepolarny, aby skutecznie eluować wiele analitów, dodaje się współrozpuszczalniki w celu zmodyfikowania polarności fazy ruchomej. Współrozpuszczalniki to zazwyczaj proste alkohole, takie jak metanol , etanol lub alkohol izopropylowy . Inne rozpuszczalniki, takie jak acetonitryl , chloroform lub octan etylu mogą być używane jako modyfikatory. W przypadku materiałów przeznaczonych do kontaktu z żywnością korozpuszczalnikiem jest często etanol lub octan etylu, które są ogólnie uznawane za bezpieczne ( GRAS ). Ograniczenia dotyczące rozpuszczalników dotyczą układu i kolumny.
Wady
Wystąpiło kilka problemów technicznych, które ograniczyły zastosowanie technologii SFC, z których pierwszym są warunki pracy pod wysokim ciśnieniem. Zbiorniki wysokociśnieniowe są drogie i nieporęczne, a często potrzebne są specjalne materiały, aby uniknąć rozpuszczania uszczelek i pierścieni typu O-ring w płynie nadkrytycznym. Drugim mankamentem jest trudność w utrzymaniu ciśnienia (regulacja przeciwciśnienia). Podczas gdy ciecze są prawie nieściśliwe, więc ich gęstości są stałe niezależnie od ciśnienia, płyny nadkrytyczne są wysoce ściśliwe, a ich właściwości fizyczne zmieniają się wraz z ciśnieniem - na przykład spadek ciśnienia w kolumnie z wypełnieniem. Obecnie zautomatyzowane regulatory ciśnienia wstecznego mogą utrzymywać stałe ciśnienie w kolumnie, nawet jeśli natężenie przepływu się zmienia, co łagodzi ten problem. Trzecią wadą jest trudność w rozdzielaniu gazu/cieczy podczas zbierania produktu. Po obniżeniu ciśnienia CO 2 szybko zamienia się w gaz i aerozoluje rozpuszczony w procesie analit. Separatory cyklonowe zmniejszyły trudności w separacji gaz/ciecz.