GC-Grundlagen-Kurs: High-Pressure-Injektion

 

Dieses Advanced-Modul behandelt:

 

Die Vorgehensweise bei einer High-Pressure-Injektion

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Die splitlose Injektion ist die Technik der Wahl, wenn maximale Empfindlichkeit gefragt ist. Bei einer typischen splitlosen Injektion ist das Splitventil für 30-90s geschlossen, um die Probe möglichst komplett auf die Säule zu transferieren (vergl. Abb. 1). Anschließend wird das Splitventil wieder geöffnet, damit einerseits überschüssiger Losemitteldampf entweichen kann und andererseits genügend Gasfluss zur Regelung zur Verfügung steht.

Ein theoretisches Linervolumen von 1ml wird bei einem Säulenfluss von 1ml/min in einer Minute gespült. Das bedeutet, dass das Aufgabeband am Säulenanfang 1min breit ist und führt insbesondere bei flüchtigen Komponenten, die chromatographisch schlecht aufgeschärft werden zu unschönen Peakformen mit geringem signal-to-noise-Verhältnis (S/N).

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Abb. 1: Fluss durch den Injektor während der splitlos-Zeit

Bei Gasflüssen <0,5ml/min dominieren Verdünnungsprozesse den Transferprozess, so dass selbst nach sehr langen splitlos Zeiten kein 100% Transfer auf die Säule stattfindet. Eine Erhöhung des Flusses auf 2ml/min bedeutet schon eine Halbierung der Transferzeit auf 30s, einhergehend mit schmaleren Peaks und erhöhtem S/N.

Shimadzu GC verfügen über die Möglichkeit während der splitlos Zeit den Druck und damit den Volumenstrom weiter zu erhöhen. Dadurch entstehen turbulente Strömungen im Liner, die die Vermischung verbessern und den Transfer auf die Säule beschleunigen.

Vorgehensweise

Für eine splitlose Injektion sollte auch ein splitlos-Liner genutzt werden. Dieser verjüngen sich im Bereich des Säulenanschlusses. Das Volumen des Liners ist geringer als bei einem split-Liner und beträgt ca. 500 µl. Bei einer Injektion von 1 µl Methanol bei 280°C und 50 kPa Kopfdruck entsteht bereits ein Dampfvolumen von 750 µl. Das führt zu einer Überladung des Liners, wodurch Lösemittel und Probe in die Trägergasleitung zurückdrückt was zu Memory-Effekten führt oder durch die Purgeleitung verloren geht. Die Verluste variieren mit der Probenart, wodurch Diskriminierungseffekte entstehen.

Um das Volumen der Dampfwolke zu verringern kann entweder weniger injiziert oder der Kopfdruck erhöht werden. Bei dem obigen Beispiel führt eine Erhöhung des Kopfdrucks auf 250 kPa zu einem Dampfvolumen von 324 µl und die beschriebenen negativen Effekte treten nicht auf.

Gleichzeitig erhöht sich der Volumenstrom von ca. 0,5 auf 5 ml/min. Der Liner wird 10x schneller gespült und die Probe gelangt in einem schmalen Band auf den Säulenanfang.

Als Faustregel gilt, dass der Druck bei einer high-pressure-injection 2-5x über dem üblichen Druck zum Programmstart liegen sollte. Hierbei sind natürlich die Drucklimits des GC und die Flusslimits des Massenspektrometers zu beachten. Der erhöhte Druck wird für etwa 30-90 s gehalten (high pressure time) und geht dann automatisch auf den Startdruck zurück. Damit der Druckabbau im Injektor schnell und reproduzierbar erfolgt wird zeitgleich der Split geöffnet (sampling time). Eine Beispielmethode ist in Abb. 3 gezeigt.

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Abb. 2: Liner für die split (links) und splitlose (rechts) Injektion

In einigen seltenen Fällen wird Peaksplitting beobachtet. Dieses Phänomen ist auf den zu schnellen Druckabfall im Injektor zurückzuführen. Als Gegenmaßnahme kann ein kleineres Splitverhältnis gewählt werden oder der Split bleibt sogar über das Ende der Hochdruckzeit geschlossen.

Tipps zur High-Pressure-Injektion

  1. Berechnen Sie das Verdampfungsvolumen bei gegebener Temperatur und Druck. Es darf nicht größer als das Linervolumen sein.
  1. Ist die splitlose Zeit ausreichend lang gewählt? Verlängern Sie die Zeit um 10s. Der Lösemittelpeak darf nicht breiter werden!
  1. Die Ofenstarttemperatur sollte mind. 10°C unter der Siedetemperatur des Lösungsmittels liegen, damit flüchtige Komponenten besser fokussiert werden
  1. Kombinieren Sie nie eine Splitinjektion mit der high-pressure-injection
  1. Der Split sollte nicht vor dem Ende der Hochdruckzeit geöffnet werden
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Abb. 3: Beispiel für die Methodenparameter einer High-Pressure-Injektion

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