가스 크로마토그래피-진공 자외선 분광법

가스 크로마토그래피-진공 자외선 분광법(GC-VUV)은 가스 크로마토그래피의 ^[1]보편적인 검출 기술이다.VUV 검출은 대부분의 기상 화합물에 대한 정성적 및 정량적 스펙트럼 정보를 제공한다.

GC-VUV 스펙트럼 데이터는 3차원(시간, 흡광도, 파장)이며 화학 구조에 고유하다.운반 가스 수소, 헬륨 및 아르곤을 제외한 거의 모든 화합물이 전자기 스펙트럼의 VUV 영역에서 흡수됩니다.높은 에너지, 짧은 파장 VUV 광자는 지면 상태를 포함한 거의 모든 화학 결합에서 들뜬 상태로의 전자적 변화를 탐사합니다.그 결과 개별 복합 구조에 고유한 스펙트럼 "지문"이 생성되며 VUV 라이브러리로 쉽게 식별할 수 있다.

독특한 VUV 스펙트럼을 통해 구조 이성질체와 같은 밀접하게 관련된 화합물을 명확하게 구별할 수 있다.VUV 검출기는 질량 분석법을 보완하며, 질량 정량 이온이 적은 구성 이성질체 및 화합물을 특징짓는 데 어려움을 겪습니다.VUV 스펙트럼은 분석물 코엘리션을 디콘볼루션하는 데도 사용할 수 있어 원래 ^[2]반응에 대한 개별 분석물 기여의 정확한 정량적 표현을 얻을 수 있다.이는 유속 강화 크로마토그래피 압축을 통해 GC 런타임을 크게 줄이는 데 도움이 됩니다.

VUV 분광법은 Beer-Lambert 법칙에 의해 기술된 흡광도와 농도 사이의 단순한 선형 관계를 따르며, 결과적으로 보다 정확한 보존 시간 기반 식별을 가능하게 한다.VUV 흡광도 스펙트럼은 복합 스펙트럼 형태 및 보존 지수 정보를 통해 복합 샘플에서 VUV 검출기가 신속하게 복합 등급 특성을 복합화할 수 있음을 의미한다.테크놀로지의 진보에 의해,^[3] 일반적인 그룹 분석 데이터 처리 시간이 15~30분에서 샘플당 1분 미만으로 단축됩니다.

역사

첫 번째 벤치탑 검출기는 120 - 240 nm의 검출 기능을 가진 2014년에 도입되었다.자외선 스펙트럼의 이 부분은 파장 범위 내에서 작동해야 하는 상당한 배경 흡수 문제로 인해 역사적으로 밝은 선원 싱크로트론 설비로 제한되었다.검출기 플랫폼 개발로 파장 검출 범위가 120 - 430 ^[4]nm로 확대되었다.

구조

가스 크로마토그래피 검출기용 VUV 검출기

VUV 검출기는 대부분의 가스 크로마토그래피(GC) 제조업체와 호환됩니다.검출기는 GC 오븐 케이스의 펀치아웃을 통해 삽입된 가열식 이송 라인을 통해 연결할 수 있습니다.반송 라인의 끝에 캐리어 가스의 보충 플로우를 도입한다.분석 물질은 플로우 셀에 도착하여 중수소 램프의 VUV 빛에 노출됩니다.특수 코팅 반사광학이 백씬 대전 결합 소자(CCD)와 쌍을 이루어 고품질의 VUV 흡수 데이터를 수집할 수 있습니다.그림 1은 GC에서 VUV 검출기로의 분석물 경로의 도식을 보여준다.

VUV 스펙트럼 식별

기상종은 120~240nm 사이에서 고유 스펙트럼을 흡수하고 표시하며, 여기서 높은 에너지 δ→γ*, n→γ*, n → δ*의 전자 천이를 들뜨고 조사할 수 있다.VUV 스펙트럼은 화합물의 단면 흡광도를 반영하며 전자 구조 및 기능군 배열에 고유하다.대부분의 화합물에 대해 스펙트럼을 생성하는 VUV 검출기의 능력은 보편적이고 고도로 선택적인 화합물 식별을 초래한다.VUV 분광기 데이터는 정량적 정보를 제공하는 동시에 매우 특징적이다.전자포획검출기(ECD), 불꽃이온화검출기(FID), 열전도검출기(TCD)와 같이 일반적으로 사용되는 많은 GC검출기는 정량적인 세부사항을 생성하지만 정성적인 세부사항은 생성하지 않는다.가스 크로마토그래피-질량분석(GC-MS)은 질적 및 정량적 데이터를 생성하지만, 불안정성 및 저질량 화합물을 특징짓는 것은 물론 이성질체를 구별하는 데 어려움이 있다.GC-VUV는 MS의 한계를 극복하고 세컨더리 확인 방법을 제공함으로써 MS를 보완합니다.또한 정성적 및 정량적 분석을 위해 다중 검출기를 사용하는 대신 단일 계측기를 제공한다.

나프톨, 자일렌, 시스 지방산 및 트랜스 지방산은 전자 이온화 질량 스펙트럼 ^[5]프로파일에 따라 구별이 매우 어려운 화합물이다.자일렌은 그들의 등형질을 분리하는 것을 어렵게 만드는 자연적 용출의 추가적인 도전을 제시한다.그림 2는 m-, p- 및 o-자일렌의 구별되는 VUV 스펙트럼을 보여준다.이러한 화합물은 벤젠 고리 주위에 있는 두 개의 메틸기 위치만 다를 뿐이지만 분화할 수 있습니다.이러한 이성질체의 스펙트럼 차이는 이들의 공존을 스펙트럼 디콘볼루션을 통해 해결할 수 있게 한다.

지방산 스크리닝 및 프로파일링은 일반적으로 정량적 ^[6]및 정성적 결과를 얻기 위해 여러 검출기를 사용해야 하는 애플리케이션이다.FID는 유지 지수 정보에 의해 유도될 경우 정기적인 스크리닝에 적합한 정량적 검출기입니다.GC-MS는 전통적으로 정성적 화합물 프로파일링에 사용되어 왔지만, 이소바릭 분석 물질이 널리 퍼져 있는 경우에는 부족하다.특히 시스와 트랜스 지방산 이성질체를 구별하는 데 어려움을 겪습니다.전자충격 이온화는 또한 이중 결합 이동을 유발하고 애매한 지방산 구조 데이터를 초래할 수 있다.

기름과 지방의 시스 및 트랜스 지방산 분포를 결정하는 것은 잠재적인 건강 영향을 평가하는 데 중요하다.버터와 식물성 기름에서 전형적으로 발견되는 트랜스 함유 지방산 메틸에스테르(FAME) 이성질체의 VUV 스펙트럼은 그림 3과 같다.이러한 트랜스 함유 이성질체는 CIS 함유 이성질체로부터 크로마토그래피학적으로 분리되며, 서로, 경우에 따라서는 C20:1 선택 이성질체와 함께 공융하는 경향이 있다.GC-VUV는 C18:3 FAME 변형을 구별할 수 있을 뿐만 아니라 시스 이성질체를 트랜스 이성질체와 구별할 수 있습니다.C20:1 대 C18:3 등의 불포화도를 추가로 구별할 수 있습니다.이전 연구는 뚜렷한 VUV 스펙트럼이 어떻게 cis 및 트랜스 FAME ^[7][8]이성질체의 간단한 디콘볼루션과 정확한 정량화를 가능하게 하는지를 입증했다.

크로마토그래피 압축 및 스펙트럼 디콘볼루션

고유한 VUV 흡광도 스펙트럼은 명확한 화합물 식별을 가능하게 할 뿐만 아니라 GC 실행 시간을 의도적으로 단축할 수 있다.VUV 검출기는 주변 압력에서 작동하므로 유량이 제한되지 않습니다.GC column flow 및 오븐 온도 프로그램 속도를 높임으로써 GC 실행 시간을 줄일 수 있습니다.

유속 강화 크로마토그래피 압축은 VUV 스펙트럼 디콘볼루션(deconvolution)을 사용하여 GC 런타임 단축으로 인해 발생할 수 있는 모든 공용출을 해결합니다.VUV 흡수는 가법적인 것으로, 피크가 겹치면 각 화합물의 총 흡광도에 해당하는 스펙트럼을 얻을 수 있습니다.각 분석물질의 개별 기여도는 혼합물을 용출하기 위한 VUV 스펙트럼이 VUV ^[9]라이브러리에 저장될 경우 결정될 수 있다.코엘리팅 분석물 스펙트럼을 구별하고 이를 사용하여 중복 신호를 디콘볼루션하는 능력은 그림 4에 나타나 있다.Terpenes 리모넨과 p-Cymene의 개별 스펙트럼은 선택된 유지 시간 창의 합산 흡광도(패널 B의 파란색 영역) 및 VUV 라이브러리 스펙트럼과의 적합성과 함께 패널 A에 표시된다.R > 0.999의 적합 결과에 의해 동일성이² 확인되며 패널 B의 특징과 같이 GC-VUV에 의해 분석된 이들 및 기타 터펜의 디콘볼루션이 가능하게 됩니다.

활성 의약품 성분(API)에 잔류 용제가 있는지 여부는 환자 안전에 매우 중요하며 일반적으로 미국 약국(USP) 방법 <467> 지침, 또는 더 넓게는 국제 조화 위원회(ICH) 지침 Q3C(R6)를 따릅니다.USP Method 467에 의해 제시된 가스 크로마토그래피(GC) 실행시간은 약 60분이다.GC-MS에 의한 잔류용매 분석의 일반적인 방법은 약 30분의 ^[10]실행시간을 포함하는 조건을 기술한다.GC-VUV 및 정적 헤드스페이스 방법은 크로마토그래피 압축 전략을 사용하여 개발되었으며 GC 런타임은 8분이었다.GC-VUV 방법은 4mL/min의 유속과 35°C(1분간 유지)의 오븐 램프를 사용하며, 30°C/min의 속도로 245°C로 증가시킵니다.

그림 5는 GC-MS 방법의 일반적인 조건을 Class 2 잔류 용매로 실행한 GC-VUV 방법과 비교한 결과이다.테트랄린은 GC-MS 방법 조건을 사용하여 약 35분 동안 용출된 반면, 분석물질은 GC-VUV 방법 적용 시 유지시간이 7분 미만이었다.m-와 p-xylene의 공용출은 GC-MS와 GC-VUV 방법 실행 모두에서 발생했다.VUV 소프트웨어는 두 이성질체의 분석물 흡광도를 VUV 라이브러리 스펙트럼(그림 2)과 일치시켜 그림 6과 같이 중복 신호를 디콘볼루션했다.적합도 정보는 실행 후 데이터 분석 중에 올바른 화합물 할당을 보장합니다.

유량 강화 크로마토그래피 압축 전략은 잔류 용제 분석을 위한 GC-VUV 방법 개발 이후 다양한 응용 분야에 적용되어 왔다.빠른 GC-VUV 접근방식은 테르펜 분석을 위한 GC 런타임을 30분에서 9분으로 줄였다(모노텔펜 이성질체의 디콘볼루션 값은 그림 4와 같다).가솔린 샘플의 PIONA 화합물 분석에 14분 정도의 짧은 GC 런타임을 사용할 수 있다는 사실도 입증되었습니다.일반적으로 GC 분리 시간은 다른 방법을 사용하여 1~2시간입니다.

복합 클래스 특성화

GC-VUV는 화합물이 클래스 내에서 스펙트럼 형상 특성을 공유하기 때문에 벌크 성분 분석에 사용될 수 있습니다.독점 소프트웨어는 표본에 존재하는 각 화합물 범주의 상대적 기여도를 신속하게 결정하기 위해 피팅 절차를 적용합니다.리텐션 인덱스 정보를 사용하여 분석물별로 VUV 라이브러리 검색 및 장착량을 제한함으로써 자동화된 데이터 처리 루틴을 신속하게 완료할 수 있습니다.화합물 등급 또는 특정 화합물 농도는 질량 또는 부피 백분율로 보고될 수 있다.

GC-VUV 벌크 화합물 특성은 가솔린 스트림의 파라핀, 이소파라핀, 올레핀, 나프텐 및 방향족(PIONA) 탄화수소의 분석에 처음 적용되었습니다.가솔린, 개질, 개질기 피드, FCC, 경나프타, 중나프타 시료에 사용하기에 적합합니다.전형적인 크로마토그래프 분석은 그림 7과 같다.이 인셋은 선택된 시간 슬라이스에 대해 분석물 스펙트럼 응답이 VUV 라이브러리 스펙트럼에 어떻게 적합한지 보여준다.각 PIONA 화합물 등급 내의 탄소 번호 분석과 등급의 상대 질량 또는 부피 백분율을 상세히 설명하는 보고서가 표시됩니다.가솔린 샘플의 질량 % 및 탄소 번호 데이터가 포함된 표는 그림 8에 나와 있습니다.복합 클래스 특성화는 TID(Time Interval Deconvolution)로 알려진 방법을 사용합니다.TID는 최근 터펜 분석에 적용되고 있습니다.

레퍼런스