Comment choisir un insert d'injection GC
Il existe une grande variété d’inserts d'injection GC. Ils se différencient par leur géométrie, leur volume et leur diamètre interne, leur désactivation et la présence ou l’absence de divers garnissages. Toutefois, avec toutes ces options disponibles, comment déterminer celui qui convient le mieux à votre analyse ?
Généralement, cette question trouve une réponse simple en fonction de la technique d’injection. Dans la plupart des cas, l’insert Topaz "precision liner" Restek avec de la laine donne d’excellents résultats pour les injections "split", et l’insert Topaz "simple gooseneck" pour les injections "splitless". Pour les injections directes, le placement de l’orifice est la seule décision à prendre, sachant que l’orifice placé en haut de l’insert est l’option la plus efficace dans la plupart des applications. Pour les échantillons gazeux, il est recommandé d’utiliser un insert d'injection avec un diamètre interne réduit pour que la bande d'échantillon soit étroite. Enfin, pour les injections PTV, il convient aussi d’utiliser un insert de diamètre interne réduit, mais avec des chicanes ou des alvéoles et compatible avec l’injecteur.
Ces recommandations sont un bon point de départ mais les besoins uniques de votre application peuvent exiger des caractéristiques spécifiques pour une analyse réussie. Ainsi, il est utile de connaître les différences entre les inserts disponibles pour comprendre comment ils peuvent influencer vos analyses.
- Géométrie
- Volume et diamètre interne
- Désactivation
- Garnissage
- Type d'injection
- Injections "split"
- Injections "splitless"
- Injections directes
- Échantillons gazeux via une boucle d’injection
- Injections PTV
- Entretien de l'insert
Géometrie
Les inserts les plus simples sont des tubes droits avec ou sans garnissage. Toutefois, de nombreux inserts d'injection sont conçus avec des géométries spécifiques. Elles ont deux objectifs principaux : optimiser la vaporisation et préserver l’échantillon, notamment pendant les injections "splitless".
Optimiser la vaporisation
Pour réduire la discrimination au maximum (entre les composés ayant un faible point d’ébullition et un point d’ébullition élevé, ou entre les composés polaires et apolaires), certains inserts sont remplis de laine de verre ou conçus avec des géométries complexes favorisant ainsi la vaporisation (Figure 1).
Préserver l’échantillon
Certains échantillons ont tendance à se dégrader dans l’injecteur, surtout lorsqu’ils sont en contact avec des surfaces métalliques chaudes. Pour contribuer à limiter ces effets, certains inserts présentent un rétrécissement conçu pour réduire au maximum le contact entre l’échantillon et le port d'injection (Figures 2 à 5). Cette spécificité est particulièrement importante pour les injections "splitless" où l’échantillon reste relativement longtemps dans l’injecteur.
Ainsi, certains inserts combinent les caractéristiques visant à renforcer la vaporisation et à protéger l’échantillon :
Volume et diamètre interne
Il est important de tenir compte du volume d'expansion de l’échantillon et de sa vitesse linéaire pour choisir les dimensions de l’insert d'injection.
Volume d’expansion de l’échantillon
Lorsqu'un échantillon liquide se vaporise dans l’insert d'injection, son volume augmente considérablement. Il convient de faire attention à ce que le volume de l'échantillon injecté, après l’expansion, ne dépasse pas le volume disponible de l’insert. Le calculateur d'expansion de solvant de Restek permet de déterminer le volume de votre solvant après l’expansion dans les conditions de votre analyse. Voir les exemples de volumes réels et disponibles courants des inserts dans le Tableau I et les exemples de résultats du calculateur d'expansion de solvant dans le Tableau II.
| Volume approximatif de l’insert (µl) | |||
| Description de l’insert | Type d’injecteur | Réel | Disponible* |
| Insert droit de DI 4 mm pour GC Agilent | Split/Splitless | 990 | 495 |
| Insert droit de DI 2 mm pour GC Agilent | Split/Splitless | 250 | 125 |
| Insert droit de DI 5 mm pour GC Thermo TRACE | Split/Splitless | 2060 | 1030 |
| Insert droit de DI 3,5 mm pour GC Shimadzu 2010 | Split/Splitless | 914 | 457 |
| Insert "Gooseneck" de DI 4 mm pour GC Agilent | Split/Splitless | 900 | 450 |
| Insert "Gooseneck" de DI 5 mm pour GC Thermo TRACE | Split/Splitless | 2000 | 1000 |
| Insert "Gooseneck" de DI 3,5 mm pour GC Shimadzu 2010 | Split/Splitless | 740 | 370 |
| Insert "Double Gooseneck" pour GC Agilent | Split/Splitless | 800 | 400 |
| Insert "Cyclo" pour GC Agilent | Split/Splitless | 820 | 410 |
| Insert à faible perte de charge de DI 4 mm pour GC Agilent | Split/Splitless | 850 | 425 |
| Insert à chicanes de DI 1,5 mm pour GC Agilent | PTV | 150 | 75 |
* Le volume disponible est ≈ ½ du volume réel.
| Exemples d’expansions des échantillons vaporisés | ||
| Paramètre | Exemple 1 | Exemple 2 |
| Solvant | Hexane | Eau |
| Pression de l’injecteur (psi) | 15.8 | 15.8 |
| Température de l’injecteur (°C) | 250 | 250 |
| Volume d’expansion (μl) | 159 | 1145 |
Où une pression de 15,8 psi créée un débit de 1,5 ml dans la colonne pour une colonne de 30 m, DI 0,25 mm dans un four à 40 °C.
Vitesse linéaire
Le choix d’un insert de diamètre interne étroit permet d’obtenir une vitesse linéaire plus élevée (pour un débit donné). L'échantillon passe donc rapidement dans la colonne, ce qui réduit la largeur de la bande d’injection, améliore l'efficacité et préserve la finesse des pics. Cette spécificité est particulièrement importante pour les composés très volatils introduits selon les techniques "Purge and Trap" ou "Static Headspace", ou lorsque les colonnes utilisées ont un diamètre interne de 0,18 mm, 0,15 mm ou 0,10 mm.
Désactivation
Les inserts et leurs garnissages doivent faire l’objet d'une grande inertie afin d’éviter toute adsorption (réversible ou irréversible) et toute dégradation des échantillons.
Beaucoup de problèmes chromatographiques, comme une faible réponse, des traînées de pics ou des pics manquants, proviennent d’une adsorption dans l’insert d'injection. Ces effets compliquent la quantification et peuvent être particulièrement problématiques pour les composés sensibles. Les inserts d'injection Restek Topaz offrent une inertie exceptionnelle (garantissant un transfert optimal des analytes vers la colonne), une réponse de bonne qualité et des pics très symétriques. Ces inserts sont soumis à une désactivation unique qui rend l’insert et la laine inertes à une grande variété d’analytes sensibles.
Comme souligné dans le paragraphe "Matière et position du garnissage", pour de nombreuses applications, la laine de verre est un composant essentiel pour obtenir des résultats analytiques fiables. Toutefois, elle est aussi souvent une source de contamination par des sites physiquement ou chimiquement actifs pouvant avoir des interactions indésirables avec l'échantillon.
Pour profiter en toute confiance de tous les avantages de la laine de verre sans inquiétude concernant l’activité de l’insert, il est important d’utiliser une laine désactivée et ultra inerte. Les inserts d'injection Restek Topaz contiennent de la laine de quartz, bien plus pure que la laine de verre borosilicaté habituelle. La manipulation de la laine après désactivation pouvant aussi introduire des sites actifs, les inserts Topaz sont désactivés "in situ", après le garnissage, et offrent donc une inertie et une reproductibilité exceptionnelles.
Garnissage
Le garnissage et la position de l’insert aident à améliorer la vaporisation et l’homogénéisation de l’échantillon, et empêchent les matières non volatiles de s’introduire dans la colonne. L’utilisation d’un garnissage a un effet bénéfique sur l’exactitude et la précision des analyses de composés à haute masse moléculaire en mode "splitless" mais surtout en mode "split".
Matière et position du garnissage
La laine de verre (quartz) est le garnissage le plus courant pour les inserts d'injection. Elle est excellente pour favoriser la vaporisation et capturer les composés non volatils et, comparée à d’autres autres garnissages, elle est aussi le choix le plus économique.
La laine est souvent placée vers le bas de l’insert, en particulier lors de l’utilisation d’un passeur d'échantillons pour les injections "splitless". Sans cela, du fait du temps de séjour de l’échantillon relativement long dans l’injecteur, l’expansion de la vapeur de solvant entraîne le soluté qui s’échappe par le haut de l’insert avec le solvant. Lorsque l'échantillon se dépose sur la laine en bas de l’insert, tous les solutés hormis les plus volatils se vaporisent dans la laine tandis que le solvant se dilate seul dans le volume de l'insert.
Les positions de la laine vers le milieu et vers le haut de l’insert sont courantes avec les injections "split", surtout lorsqu’un passeur d'échantillons est utilisé. En effet, le temps de séjour de l’échantillon dans l’injecteur étant très court, il est avantageux de stopper l’échantillon dans une région plus chaude de l’injecteur pour favoriser la vaporisation. La laine augmente la capacité calorifique de l’insert, ce qui maintient la température pendant l'évaporation et entraîne une meilleure reproductibilité. En outre, si la position est suffisamment haute pour que l’aiguille de la seringue pénètre dans la laine au moment de l’injection, la laine essuie la pointe de l’aiguille au moment de son retrait. La précision est alors encore plus grande d’une injection à l’autre et c’est pourquoi dans les inserts Restek Precision, la laine est positionnée relativement haute et encadrée par deux restrictions pour maintenir sa position d’origine (Figure 6). Il est important de souligner qu’un entretien régulier de l’aiguille est primordial pour ces injections car une aiguille abimée, tordue peut s’accrocher dans la laine et la déplacer, annulant ainsi son efficacité.
Alternatives à la laine
Avec les progrès des techniques de désactivation de la laine, de plus en plus d’applications devraient pouvoir profiter de ses avantages. Toutefois, certaines applications sont problématiques en cas d’activité de la laine, même de l’ordre de la trace. Dans de tels cas, les inserts de comme le modèle "Cyclo Double Gooseneck" (Figure 7) sont excellents pour fournir des résultats précis et reproductibles, en particulier avec les injections "splitless" où l’activité du garnissage est la plus critique.
Type d'injection
Après avoir passé en revue les différents types d’inserts, leurs géométries et leurs effets sur les analyses, la dernière étape consiste à tenir compte du type d’injection. En effet, chaque modèle d’insert (parfois combinaison d’inserts) contribue à favoriser le type d’injection utilisé.
Injections "Split"
Les injections "split" sont utilisées lorsque les composés d’intérêt de l’échantillon sont présents à une concentration relativement élevée ou lorsqu’il n’est pas nécessaire d’atteindre des limites de détection basses. Les injections "split" se caractérisent par des débits élevés dans l’injecteur, une partie de l’échantillon passant dans la colonne GC et une autre partie expulsée par la ligne de "split". Du fait de ces débits plus élevés, l’échantillon reste dans l’injecteur pour une durée minime. Ainsi, pour obtenir une quantité d'échantillon représentative dans la colonne analytique, efficacement et de manière reproductible, l'injecteur doit vaporiser et mélanger l’échantillon rapidement.
En raison de sa capacité à renforcer la vaporisation et le mélange de l'échantillon, nous recommandons de commencer par un insert "split" Topaz Precision avec laine (Figure 8). Cet insert contient de la laine de verre désactivée positionnée au même endroit dans chaque insert et maintenue en place par des restrictions. La laine renforce la vaporisation et le mélange de l’échantillon en augmentant la surface, et elle essuie l’aiguille de la seringue pendant l'injection pour améliorer la reproductibilité. Dans les inserts d'injection Topaz, la laine est désactivée "in situ", ce qui produit un insert d’une grande inertie qui fonctionne bien pour la plupart des applications avec une injection "split".
Injections "Splitless"
Les injections "splitless" sont utilisées lorsque les composés d’intérêt de votre échantillon sont présents à de faibles niveaux de concentration. Avec cette technique, la sortie "split" est fermée au début de l’injection et la totalité du flux gazeux qui traverse l’insert est dirigée vers la colonnes pendant une période prédéfinie, parfois appelée "temps de purge" ou "temps de maintien en fonctionnement "splitless"". La sortie "split" est ensuite ouverte pour expulser le reste de solvant vaporisé. Dans une injections "splitless" correcte, 99 % des composés d’intérêt sont transférés dans la colonne GC.
Pour les injections "splitless", nous recommandons d’essayer d’abord l’insert Topaz "Gooseneck splitless" avec laine (Figure 9). Le rétrécissement vers le bas de l'insert limite l'interaction entre les analytes d’intérêt et le plancher d'injecteur en métal, et il aide à diriger ou à concentrer l’échantillon vers la tête de la colonne. La laine capte l'échantillon injecté pour favoriser la vaporisation et piège les impuretés non volatiles qui peuvent contaminer la colonne GC. Dans les inserts Topaz, la laine est désactivée "in situ", ce qui produit un insert d’une grande inertie souvent nécessaire lorsque les composés d’intérêt sont présents à un niveau de l’ordre de la trace dans l’échantillon. Cet insert est un bon point de départ pour la majorité des injections "splitless".
Injections directes
Les injections directes sont souvent utilisées lorsque les composés d’intérêt sont à l’état de traces dans l’échantillon, et qu’aucun contact entre l’échantillon et la laine ou le plancher d’injecteur n’est admissible sous peine de décomposition ou d’adsorption de ces composés. Dans une injection directe, l'échantillon est injecté dans un injecteur chaud pour que la totalité de l’échantillon soit vaporisée dans la colonne GC, celle-ci étant hermétiquement connectée à la base de l’insert.
L’insert d'injection Topaz Uniliner comprend un rétrécissement conique à sa base, créant une connexion hermétique entre la colonne GC et l’insert afin d’empêcher tout contact entre l'échantillon et le plancher d’injecteur en métal. Les inserts d'injection Topaz Uniliner existent en deux versions. L’une se caractérise par un orifice latéral en partie haute de l’insert (Figure 10) et l’autre, par un orifice latéral en partie basse, tout en étant au-dessus de la jonction insert/colonne étanche (Figure 11). Si vos analytes d’intérêt sont des composés semi-volatils ou s’ils risquent d’être affectés par une traînée du pic de solvant, préférer un insert d'injection Topaz Uniliner avec l’orifice latéral bas. Pour les injections aqueuses ou lorsque les composés-cibles éluent loin du pic de solvant, opter pour la version avec l’orifice latéral haut.
Échantillons gazeux via une boucle d’injection
L’injection des échantillons gazeux est fondamentalement différente de celle des échantillons liquides. Dans le cas des échantillons liquides, l’injecteur doit vaporiser l'échantillon pour pouvoir l’introduire dans la colonne. Pour les échantillons gazeux, l’injecteur doit seulement déplacer l'échantillon efficacement jusqu’à la colonne.
Le meilleur insert d'injection pour les échantillons gazeux possède un faible diamètre interne (DI) pour que le transfert vers la colonne se fasse avec la bande d'échantillon la plus étroite possible. L’insert Topaz droit de DI 1,0 mm est recommandé pour l’injection d’échantillons gazeux (Figure 12).
Injections PTV (température de vaporisation programmable)
Le principe d’un injecteur PTV consiste à injecter l'échantillon dans un injecteur froid. L’injecteur est ensuite programmé de manière à augmenter sa température, à vaporiser le solvant pour l’expulser à la sortie, puis à augmenter encore la température pour vaporiser les composés d'intérêt et les transférer dans la colonne.
Plusieurs fabricants d’appareils proposent des injecteurs PTV et les formes des inserts varient selon la géométrie de l’injecteur. Certaines caractéristiques sont communes à la plupart des inserts PTV, notamment le diamètre interne fin et la présence de chicanes ou de restrictions sur la surface interne de l’insert. Ces chicanes/alvéoles augmentent la surface spécifique dans l’insert, favorisant l’échange thermique entre l’échantillon et l’échantillon au fur et à mesure de l’augmentation rapide de la température. Pour choisir un insert PTV, rechercher le nom du fabricant de l’injecteur, puis choisir un insert Topaz de diamètre interne étroit qui contient au moins une chicane ou une alvéole.
Entretien de l’insert
Les échantillons peuvent provoquer des dégâts dans le système, donc nous recommandons de changer les inserts d'injection régulièrement pour éviter les problèmes suivants :
- Dégradation de l'échantillon donnant lieu à des réponses de mauvaise qualité.
- Adsorption d'échantillon donnant lieu à des déformations des pics et à un faible taux de réponse.
- Discrimination de l'échantillon pouvant conduire à la perte de certains analytes (par exemple, les composés à haute masse moléculaire).
- Aires de pics non reproductibles.
- Pics parasites ou interactions indésirables avec des contaminants ou des particules de septa endommagés.
Comme tous les consommables, il est de bonne pratique d’effectuer un rapide conditionnement thermique des inserts avant leur utilisation. Procéder à quelques injections à blanc en suivant la méthode analytique ou augmenter la température de l’injecteur légèrement au-dessus (par exemple, +10 °C) de la valeur de consigne de la méthode, si le système le tolère, pour éliminer tous les contaminants.
Inserts d'injection GC Topaz Restek
Les inserts d’injection GC Topaz Restek bénéficient d’une technologie révolutionnaire et leur inertie permet d’accéder à des performances supérieures:
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