Как нагреватели из ПТФЭ работают при нагреве коррозионно-активных подвижных фаз для ВЭЖХ?

Трифторуксусная кислота, фосфатные буферы и реагенты для ионного спаривания обычно используются в качестве подвижных фаз в высокоэффективной жидкостной хроматографии. Предварительный-нагрев подвижной фазы перед подачей в колонку улучшает разделение, однако нагреватель должен быть химически инертным, чтобы избежать побочных пиков или дрейфа базовой линии. Все смачиваемые компоненты на пути потока в современных системах ВЭЖХ должны быть оценены на предмет возможности выделения экстрагируемых веществ или взаимодействия с аналитами.

Необходимость предварительного нагрева подвижной фазы в ВЭЖХ
Предварительный нагрев подвижной фазы — обычная операция жидкостной хроматографии в условиях повышенных температур (обычно 30–80 градусов). Предварительный нагрев гарантирует, что элюент попадает на вход колонки при постоянной, четко определенной температуре, что улучшает:

Повторяемость времени удерживания

Симметрия и форма пика

Кинетика массопереноса, особенно для больших биомолекул или вязких подвижных фаз.

Эффективность колонки (тарелки)

Когда холодная подвижная фаза поступает в нагретую колонну без предварительного нагрева, в слое колонны возникают температурные градиенты. Это приводит к расширению полосы, искажению пиков и неравномерному разделению. Предварительный нагреватель обычно располагается непосредственно после насоса и перед входом в инжектор или колонку, используя длинную трубку с узким-проходным отверстием или крошечный теплообменник.

Риск загрязнения металлических элементов предварительного нагрева
Коррозионные подвижные фазы широко используются в обращенно--фазовой, ионно--хроматографии и хроматографии гидрофильного взаимодействия (HILIC). Типичными агрессивными добавками являются:

0,05-0,1% (об./об.) трифторуксусной кислоты (ТФУ)

Кислая кислота или муравьиная кислота.

Фосфатные буферы (pH 2-3 и 7-8)

Перхлорная кислота или сульфатсодержащие буферы

Реагенты для ион-спаривания, такие как тетрабутиламмонийфосфат или гептансульфоновая кислота.

Alkaline mobile phase (pH>9) с гидроксидным или карбонатным буфером аммония.

Если используется металлический предварительный нагреватель (например, из нержавеющей стали 316), эти агрессивные химические вещества могут постепенно выщелачивать ионы металлов, -в основном железа, хрома и никеля-, в подвижную фазу. Скорость выщелачивания увеличивается при более высоких температурах и элюентах, содержащих кислоты или галогениды. Последствия для анализа ВЭЖХ серьезны:

Призрачные пики - Ионы металлов могут соединяться с хелатирующими химическими веществами, присутствующими в образце или подвижной фазе, и элюироваться в виде неожиданных пиков.

Дрейф базовой линии - Прогрессирующее нарастание-фонового сигнала, связанного с металлом, особенно при обнаружении УФ-излучения или проводимости.

Пиковое затухание или потеря - Аналиты, чувствительные к металлам (например, фосфорилированные пептиды, органофосфаты, катехоламины или молекулы, содержащие карбоксильные группы), могут адсорбироваться на металлических поверхностях или осаждаться в виде солей металлов.

Деградация колонки - Ионы металлов, которые выщелачиваются, могут осаждаться на неподвижной фазе, влияя на селективность и срок службы колонки.

Как нагреватели из ПТФЭ могут решить проблему предварительного нагрева подвижных фаз
Нагревательное устройство с подвижной фазой ВЭЖХ из ПТФЭ полностью исключает контакт металла. Две типичные коммерческие конфигурации:

Трубчатый нагреватель из ПТФЭ (с рубашкой)
Змеевик предварительного нагревателя представляет собой отрезок трубки из ПТФЭ (обычно внутренний диаметр 0,5–2,0 мм, длина 1–5 метров). Трубка покрыта гибкой нагревательной рубашкой или резистивным нагревателем, встроенным в ПТФЭ. Вся конструкция теплоизолирована. Подвижная фаза проходит через инертную трубку из ПТФЭ, забирая тепло от стенок трубки. Никакие металлические детали не смачиваются.

Картриджный нагреватель из ПТФЭ, металлический-свободный теплообменник
Крошечный картриджный нагреватель, покрытый ПТФЭ, помещен в механически обработанный блок из ПТФЭ с змеевидным каналом потока. Блок равномерно нагревается. Подвижная фаза циркулирует по каналу. Конструкция обеспечивает повышенную эффективность теплопередачи, меньший мертвый объем и хорошо подходит для применений УВЭЖХ.

Обе установки имеют одно и то же основное преимущество: подвижная фаза контактирует исключительно с ПТФЭ или подходящими фторполимерами (например, PFA, FEP). ПТФЭ устойчив ко всем популярным растворителям для ВЭЖХ, таким как:

Метанол, ацетонитрил, тетрагидрофуран

Вода с содержанием органических модификаторов до 100%.

Кислотные добавки (pH 0-3): ТФК, муравьиная, фосфорная, хлорная кислота.

Основные добавки (pH 9–12): гидроксид аммония, триэтиламин, карбонат/бикарбонат.

Реагенты ионных пар и буферные соли

Никакие ионы металлов не освобождаются. Кроме того, не-поверхность предотвращает адсорбцию аналита или накопление частиц внутри подогревателя.

Характеристики производительности для приложений ВЭЖХ
Предварительный нагрев подвижной фазы обычно осуществляют при температуре от окружающей среды до 80 градусов. Нагреватели из ПТФЭ хорошо работают в этом диапазоне, не деформируясь и не подвергаясь химическому разрушению. Мощность минимальна (обычно 20–100 Вт), поскольку необходимо нагреть лишь небольшой объем подвижной фазы (0,1–5 мл/мин). ПИД-регулирование поддерживает заданное значение температуры в пределах ±0,5 градуса, обеспечивая предсказуемые температурные условия от одного впрыска к другому.

Инертность подогревателя на основе ПТФЭ- позволяет аналитикам при разработке методов с уверенностью использовать агрессивные подвижные фазы (которые в противном случае потребовали бы регулярной замены металлических подогревателей). Для аналитов,-чувствительных к металлам, возможен полностью инертный канал потока – от головки насоса (обычно с футеровкой из PEEK-) через инжектор, предварительный нагреватель, колонку и детектор. Подогреватели из ПТФЭ являются важной частью этой полностью-инертной системы.

Некоторые поставщики хроматографии предлагают коммерчески доступные предварительные нагреватели подвижной фазы на основе ПТФЭ-. Эти устройства обычно оснащены катушкой из ПТФЭ, встроенным резистивным нагревателем с защитой от перегрева и выходом контроллера для подключения к внешнему каналу событий системы ВЭЖХ. Некоторые конструкции имеют встроенную-термопару для управления с обратной связью.

Ограничения и предостережения
Нагреватели из ПТФЭ хорошо подходят для предварительного-нагрева подвижных фаз, однако следует учитывать несколько практических факторов:

Pressure rating - PTFE tubing becomes soft at extreme temperatures. The maximum operating pressure should be reduced. For high pressure applications (e.g. >200 бар) иногда выбирают трубки из PFA (перфторалкокси) из-за превосходной механической прочности при температуре.

Теплопроводность. ПТФЭ имеет более низкую теплопроводность, чем металл. Следовательно, для достижения той же скорости нагрева могут потребоваться трубки большей длины и/или более высокая мощность нагревателя по сравнению с металлическим предварительным нагревателем. Однако разница незначительна при обычной скорости потока (0,2–2,0 мл/мин).

Максимальная температура — ПТФЭ начинает плавиться при температуре выше 200 градусов, однако предварительный нагрев подвижной фазы ВЭЖХ редко превышает 80 градусов. Следовательно, существует большой буфер безопасности.

Вывод: более чистые базовые линии и более надежные результаты ВЭЖХ
Устраняя источник загрязнения при ВЭЖХ, нагреватели из ПТФЭ способствуют получению более чистых базовых линий и более стабильных результатов. Эти нагреватели обеспечивают химически инертный и-свободный от металлов канал нагрева для агрессивных подвижных фаз, таких как те, которые содержат TFA, фосфатные буферы или реагенты для спаривания ионов-, и облегчают разработку надежных методов и рутинный анализ, не беспокоясь о выщелачивании металлов или взаимодействии аналитов.

Все смачиваемые поверхности аналитических приборов должны быть чистыми. Простой инертный дизайн, метод нагрева подвижной фазы ВЭЖХ с ПТФЭ-нагревателем решает давнюю-проблему современной жидкостной хроматографии. Поскольку системы ВЭЖХ продолжают стремиться к более высокой чувствительности и более низким пределам обнаружения (например, приложения ЖХ-МС/МС), потребность в компонентах-свободного пути потока, включая предварительные нагреватели подвижной фазы, будет оставаться критической.