Jak działają grzejniki PTFE podczas ogrzewania korozyjnych faz ruchomych w HPLC?

Kwas trifluorooctowy, bufory fosforanowe i odczynniki-parowania jonów są powszechnie stosowane jako fazy ruchome w wysokosprawnej chromatografii cieczowej. Wstępne-ogrzewanie fazy ruchomej przed wejściem do kolumny poprawia separację, jednakże grzejnik powinien być chemicznie obojętny, aby uniknąć pików widmowych lub dryftu linii bazowej. Wszystkie zwilżone składniki na ścieżce przepływu w obecnych systemach HPLC należy ocenić pod kątem potencjału uwalniania substancji ekstrahowalnych lub interakcji z analitami.

Konieczność wstępnego podgrzewania fazy ruchomej w HPLC
Podgrzewanie fazy ruchomej jest powszechną operacją w chromatografii cieczowej w warunkach podwyższonej temperatury (zwykle 30–80 stopni). Podgrzewanie wstępne gwarantuje, że eluent wpływa do wlotu kolumny w stałej, dobrze-określonej temperaturze i poprawia:

Powtarzalność czasu retencji

Symetria i kształt piku

Kinetyka przenoszenia masy, szczególnie w przypadku dużych biomolekuł lub lepkich faz ruchomych

Wydajność kolumny (płyty)

Kiedy zimna faza ruchoma wchodzi do ogrzewanej kolumny bez wstępnego podgrzewania, nad złożem kolumny powstają gradienty termiczne. Powoduje to poszerzenie pasma, zniekształcone piki i nierówną wydajność separacji. Podgrzewacz jest zwykle umieszczany bezpośrednio za pompą i przed wtryskiwaczem lub wlotem kolumny, przy użyciu wąskiej-rurki lub małego wymiennika ciepła.

Ryzyko zanieczyszczenia metalowych elementów podgrzewających
Żrące fazy ruchome są szeroko stosowane w chromatografii-z odwróconą fazą,-wymiany jonowej i chromatografii oddziaływań hydrofilowych (HILIC). Typowe agresywne dodatki to:

0,05-0,1% (v/v) kwas trifluorooctowy (TFA)

Kwas kwaśny lub kwas mrówkowy.

Bufory fosforanowe (pH 2-3 i 7-8)

Bufory zawierające kwas nadchlorowy lub siarczany

Odczynniki-do parowania jonów, takie jak fosforan tetrabutyloamoniowy lub kwas heptanosulfonowy

Alkaline mobile phase (pH>9) za pomocą wodorotlenku amonu lub buforu węglanowego.

Jeśli używany jest metalowy podgrzewacz (np. stal nierdzewna 316), te żrące chemikalia mogą stopniowo wypłukiwać jony metali,-głównie żelaza, chromu i niklu-do fazy ruchomej. Szybkość ługowania zwiększa się w przypadku wyższych temperatur i eluentów zawierających kwas lub halogenki. Konsekwencje analizy HPLC są poważne:

Piki widmowe - Jony metali mogą łączyć się z substancjami chelatującymi obecnymi w próbce lub fazie ruchomej i eluować w postaci nieoczekiwanych pików.

Dryf linii bazowej - Stopniowe narastanie-sygnału tła związanego z metalem, szczególnie w przypadku wykrywania UV lub przewodności.

Ogon lub utrata piku - Anality wrażliwe na metale (np. fosforylowane peptydy, fosforany organiczne, katecholaminy lub cząsteczki zawierające grupy karboksylowe) mogą adsorbować się na powierzchniach metali lub wytrącać się w postaci soli metali.

Degradacja kolumny - Wyługowane jony metali mogą osadzać się w fazie stacjonarnej, wpływając na selektywność i żywotność kolumny.

Jak grzejniki PTFE mogą przezwyciężyć problem wstępnego podgrzewania faz ruchomych
Urządzenie do podgrzewania fazy ruchomej HPLC z podgrzewaczem PTFE całkowicie eliminuje kontakt z metalem. Dwie typowe konfiguracje komercyjne to:

Grzejnik rurowy PTFE (typ z płaszczem)
Cewka podgrzewacza to odcinek rurki PTFE (zwykle o średnicy wewnętrznej 0,5–2,0 mm i długości 1–5 metrów). Rurka pokryta jest elastycznym płaszczem grzejnym lub grzałką oporową zatopioną w PTFE. Całość jest izolowana termicznie. Faza ruchoma przepływa przez obojętną rurkę PTFE, pobierając ciepło ze ścianki rurki. Żadne metalowe elementy nie są zwilżone.

Metalowy grzejnik z wkładem PTFE-Darmowy wymiennik ciepła
Mały grzejnik kasetowy, pokryty PTFE, jest umieszczony w obrobionym maszynowo bloku PTFE z serpentynowym kanałem przepływowym. Blok jest równomiernie nagrzany. Faza ruchoma przepływa przez kanał. Konstrukcja zapewnia lepszą wydajność wymiany ciepła, niższą objętość martwą i doskonale nadaje się do zastosowań UHPLC.

Obydwa układy mają tę samą podstawową zaletę, że faza ruchoma styka się wyłącznie z PTFE lub odpowiednimi fluoropolimerami (np. PFA, FEP). PTFE jest odporny na wszystkie popularne rozpuszczalniki HPLC takie jak:

Metanol, acetonitryl, tetrahydrofuran

Woda zawierająca aż do 100% organicznego modyfikatora

Dodatki kwasowe (pH 0-3): TFA, kwas mrówkowy, fosforowy, kwas nadchlorowy

Podstawowe dodatki (pH 9-12): wodorotlenek amonu, trietyloamina, węglan/wodorowęglan

Odczynniki par jonowych i sole buforowe

Żadne jony metali nie są uwalniane. Co więcej, nieprzywierająca powierzchnia- zapobiega adsorpcji analitu lub gromadzeniu się cząstek w podgrzewaczu.

Funkcje wydajności dla zastosowań HPLC
Wstępne podgrzewanie fazy ruchomej zwykle przeprowadza się w temperaturach od temperatury otoczenia do 80 stopni. Grzejniki PTFE sprawdzają się w tym zakresie bez zniekształceń i uszkodzeń chemicznych. Moc jest minimalna (zwykle 20–100 W), ponieważ wystarczy ogrzać tylko niewielką objętość fazy ruchomej (0,1–5 ml/min). Sterowanie PID utrzymuje zadaną temperaturę w zakresie ±0,5 stopnia, zapewniając przewidywalne warunki termiczne od jednego wtrysku do następnego.

Bezwładność podgrzewacza wstępnego na bazie PTFE- pozwala analitykom zajmującym się opracowywaniem metod niezawodne stosowanie agresywnych faz ruchomych (co w przeciwnym razie wymagałoby regularnej wymiany metalowych podgrzewaczy). W przypadku analitów wrażliwych na metal-możliwy jest całkowicie obojętny kanał przepływowy – od głowicy pompy (zwykle wyłożonej-PEEK) przez iniektor, podgrzewacz wstępny, kolumnę i detektor. Podgrzewacze wstępne z PTFE stanowią ważną część tego całkowicie-obojętnego systemu.

Kilku dostawców chromatografii oferuje dostępne na rynku podgrzewacze fazy ruchomej na bazie PTFE-. Urządzenia te są zwykle wyposażone w cewkę PTFE, zintegrowaną grzałkę oporową z zabezpieczeniem przed przegrzaniem i wyjście sterownika do podłączenia do zewnętrznego kanału zdarzeń systemu HPLC. Niektóre konstrukcje mają wbudowaną-termoparę do sterowania w pętli zamkniętej.

Ograniczenia i zastrzeżenia
Grzejniki ptfe sprawdzają się dobrze w przypadku-wstępnego podgrzewania faz ruchomych, ale należy wziąć pod uwagę kilka praktycznych czynników:

Pressure rating - PTFE tubing becomes soft at extreme temperatures. The maximum operating pressure should be reduced. For high pressure applications (e.g. >200 barów), czasami wybiera się rurki PFA (perfluoroalkoksylowe) ze względu na doskonałą wytrzymałość mechaniczną w temperaturze.

Przewodność cieplna. PTFE ma niższą przewodność cieplną niż metal. Dlatego, aby osiągnąć tę samą szybkość nagrzewania, mogą być konieczne dłuższe rurki i/lub większa moc grzejnika w porównaniu z metalowym podgrzewaczem wstępnym. Różnica jest jednak niewielka przy zwykłych szybkościach przepływu (0,2-2,0 ml/min).

Temperatura maksymalna – PTFE zaczyna się topić w temperaturze powyżej 200 stopni, jednakże wstępne ogrzewanie fazy ruchomej HPLC-rzadko przekracza 80 stopni. Dlatego istnieje duży bufor bezpieczeństwa.

Wniosek: czystsze linie bazowe i bardziej wiarygodne wyniki HPLC
Eliminując źródło zanieczyszczeń w HPLC, grzejniki PTFE przyczyniają się do czystszych linii bazowych i bardziej spójnych wyników. Grzejniki te oferują chemicznie obojętny i wolny od metali-kanał grzewczy dla korozyjnych faz ruchomych, takich jak te zawierające TFA, bufory fosforanowe lub odczynniki-parujące jon, a także ułatwiają opracowanie niezawodnych metod i rutynową analizę bez obaw związanych z wymywaniem metalu lub interakcjami analitu.

Wszystkie zwilżone powierzchnie instrumentów analitycznych muszą być czyste. Prosta, obojętna konstrukcja, technika ogrzewania fazy ruchomej HPLC z podgrzewaczem PTFE, rozwiązuje-długi problem współczesnej chromatografii cieczowej. Ponieważ systemy HPLC w dalszym ciągu dążą do wyższej czułości i niższych granic wykrywalności (np. zastosowania LC-MS/MS), zapotrzebowanie na metalowe-komponenty ścieżki swobodnego przepływu, w tym podgrzewacze fazy ruchomej, pozostanie krytyczne.