Vertalen van bestaande chromatografiemethodes naar hedendaagse standaarden inzake mobiele fase en...

Vertalen van bestaande chromatografiemethodes naar

hedendaagse standaarden inzake mobiele fase en

kolomdimensies.Vincent Van Hoecke

KAHO Sint-Lieven - Technologiecampus GentStudiegebied Industriële Wetenschappen en Technologie

Opleiding Bachelor in deChemie

KAHO Sint-Lieven - Technologiecampus GentStudiegebied Industriële Wetenschappen en Technologie

Opleiding Bachelor in de Chemie

STAGEGEGEVENS

Stageperiode: 11 februari 2013 tot 14 juni 2013Stageplaats: Taminco

Pantserschipstraat 207, 9000 GentTel.: +32 9 254 14 11 Fax.: +32 9 254 14 10e-mail: [email protected]

Stagebegeleiding: Mevrouw Annelies CallewaertStagementor: Mevrouw Caroline Van Assche

SAMENVATTING

Titel: Vertalen van bestaande chromatografiemethodes naar hedendaagse standaarden inzake mobiele fase en kolomdimensies.

Trefwoorden: Chromatografie, mobiele fase, kolomdimensies, methodevertaling, solid core

Dit eindwerk is opgeslitst in 2 delen namelijk een deel vloeistofchromatografie en een deel gaschromatografie. Voor beide onderdelen wordt een bestaande methode geoptimaliseerd door kolomdimensies en mobiele fases aan te passen en de methode hiervoor te vertalen. De methodevertaling gebeurt steeds vanuit theoretischstandpunt en wordt vervolgens experimenteel getest en waar nodig aangepast. Daarbij wordt gebruik gemaakt van methodevertalingsoftware.

Voor vloeistofchromatografie wordt de methode voor de bepaling van onzuiverheden in TETD geoptimaliseerd. De huidige methode gebruikt acetonitril als mobiele fase. In het verleden is er een tekort aan acetontril geweest waardoor de prijs omhoog ging en de levering niet meer gegarandeerd kon worden. Om deze problemen in de toekomst te vermijden dient de methode vertaald te worden naar een alternatieve mobiele fase. De mogelijke alternatieven zijn methanol en ethanol. In de optimalisatie van de methode is het wenselijk de analysetijd te verkorten en het eluensverbruik te verminderen. De analysetijd kan verkort worden door kortere kolommen te gebruiken aan een verhoogd debiet terwijl het eluens verbruik kan verlaagd worden door de inwendige diameter van de kolom te verkleinen. De vertaling tussen de verschillende kolommen zal steeds met acetonitril als mobiele fase gebeuren en vervolgens worden de mobiele fasen vergeleken op de verschillende kolommen. De methodevertaling is geslaagd met een uiteindelijke methode en verschillende alternatieven. De methode werd vertaald naar een methode met een gehalveerde analysetijd en methanol als mobiele fase waarbij het verbuik van de mobiele fase per analyse 12 keer lager is in kostprijs.

De methodevertaling voor het onderdeel gaschromatografie wordt verdeeld over 2 projecten. De vertaling van de methoden tussen de verschillende mobiele fasen wordt uitgevoerd met DIMLA. Hierbij wordt aan de hand van de theorie de methode vertaald en vervolgens wordt het debiet aangepast. Ook wordt een analysemethode met de software vertaald ter controle.Vervolgens wordt de methodevertaling tussen de verschillende kolomdimensies getest met NMP. De vertalingen worden gemaakt met behulp van de methodevertalingsoftware. De methodevertaling zorgt er voor dat de pieken bij dezelfde temperatuur van de kolom komen waardoor het chromatogram behouden blijft. Alternatieve methoden met aanvaardbare resoluties en kortere analysetijden werden gerealiseerd voor zowel DIMLA als NMP met respectievelijk waterstofgas als draaggas en kleinere kolomdimensies. Stikstofgas bleek geenwaardig alternatief voor helium.

WOORD VOORAF

Deze stage en dit eindwerk werden mogelijk gemaakt dankzij de medewerking van Taminco. Hiervoor wil ik mevrouw Annelies Callewaert bedanken die mij de mogelijkheid gaf om mijn stage uit te voeren, mij een onderwerp aanbood en mij begeleidde tijdens mijn stage. Ook zou ik mevrouw C. Van Assche willen bedanken voor de tijd en de moeite die ze heeft doorgebracht aan het veelvuldig verbeteren van mijn eindwerk. Bij het realiseren van mijn project kreeg ik de hulp van de analisten van het R&D-labo. Ria, Patricia, Evelien en in het bijzonder Sabine, die mij iedere dag met raad en daad bij stonden. Hiervoor wil ik hen oprecht bedanken. Voor de begeleiding van het onderdeel NMP wil ik Gilbert bedanken waarop ik kon rekenen voor uitleg en hulp.

Verder zou ik alle laboranten in het labo van Taminco willen bedanken voor de goede sfeer en de hulp waar nodig. Gedurende mijn stage heb ik steeds kunnen rekenen op de coöperatie van iedereen aanwezig.

Ten slotte zou ik mijn familie en vrienden willen bedanken voor de steun en ontspanning tijdens deze stage.

1 VOORSTELLING STAGEPLAATS................................................................ 8

2 PROBLEEMSTELLING EN OPDRACHT ..................................................... 9

3 THEORETISCHE ACHTERGROND ........................................................... 10

3.1 VLOEISTOFCHROMATOGRAFIE ................................................................. 10

3.1.1 Inleiding ........................................................................................................... 10

3.1.2 Vergelijking mobiele fasen LC........................................................................ 11

3.1.3 Vergelijking HPLC kolommen........................................................................ 12

3.1.3.1 Zorbax SB-C18.................................................................................................. 12

3.1.3.2 Poroshell............................................................................................................ 13

3.1.4 Van Deemtervergelijking................................................................................. 13

3.2 GASCHROMATOGRAFIE .............................................................................. 16

3.2.1 Inleiding ........................................................................................................... 16

3.2.2 Vergelijking mobiele fasen .............................................................................. 17

3.2.3 Vertaling temperatuursprogramma’s............................................................. 18

4 RESULTATEN VLOEISTOFCHROMATOGRAFIE .................................. 19

4.1 DOEL................................................................................................................ 19

4.2 BEREIDING TETD EN STRUCTUREN VAN DE ONZUIVERHEDEN ......... 19

4.3 RAPID RESOLUTION KOLOM ...................................................................... 20

4.3.1 Standaardmethode........................................................................................... 20

4.3.2 Vergelijking mobiele fasen op de Rapid Resolution kolom............................ 24

4.3.2.1 Theoretische omzetting...................................................................................... 24

4.3.2.2 Gradiëntaanpassing............................................................................................ 25

4.3.2.3 Metingen ........................................................................................................... 25

4.4 SOLVENT SAVER KOLOM............................................................................ 27

4.4.1 Methode............................................................................................................ 27

4.4.2 Vergelijking mobiele fasen op de Solvent Saver kolom.................................. 29

4.5 POROSHELL 120 SB-C18 KOLOM................................................................. 30

4.5.1 Methode............................................................................................................ 30

4.5.2 Vergelijking mobiele fasen op de Poroshell 120 SB-C18 kolom..................... 31

4.6 POROSHELL 120 EC-C18 KOLOM ................................................................ 32

4.6.1 Methode............................................................................................................ 32

4.6.2 Vergelijking mobiele fasen op de Poroshell 120 EC-C18 kolom.................... 34

4.7 BESLUIT .......................................................................................................... 36

4.8 VALIDATIE METHODE.................................................................................. 38

4.8.1 Lineariteit......................................................................................................... 38

4.8.2 Precisie ............................................................................................................. 39

4.8.3 Stabiliteit .......................................................................................................... 40

4.8.4 Robuustheid ..................................................................................................... 41

4.8.4.1 Kolomtemperatuur............................................................................................. 41

4.8.4.2 Injectiekoeling ................................................................................................... 41

4.8.4.3 Carry-over ......................................................................................................... 42

4.8.4.4 Solventkwaliteit ................................................................................................. 43

4.8.5 Besluit............................................................................................................... 43

5 RESULTATEN GASCHROMATOGRAFIE................................................. 44

5.1 DOEL................................................................................................................ 44

5.2 OPTIMALISATIE MOBIELE FASE ................................................................ 44

5.2.1 Bereiding DIMLA en onzuiverheden.............................................................. 44

5.2.2 Standaardmethode met helium als draaggas.................................................. 44

5.2.2.1 Parameters ......................................................................................................... 44

5.2.2.2 Staalvoorbereiding............................................................................................. 46

5.2.3 Vergelijking methoden met waterstofgas als draaggas .................................. 46

5.2.3.1 Vertaling tussen de verschillende draaggassen ................................................... 46

5.2.3.2 Verkorting analysetijd........................................................................................ 47

5.2.3.3 Vergelijking waterstofgas als draaggas .............................................................. 47

5.2.4 Vergelijking methoden met stikstofgas als draaggas...................................... 48

5.2.4.1 Vertaling van de methode .................................................................................. 48

5.2.5 Besluit............................................................................................................... 48

5.3 OPTIMALISATIE KOLOMDIMENSIES ......................................................... 49

5.3.1 Bereiding NMP en onzuiverheden .................................................................. 49

5.3.2 Standaardmethode met Rtx®-VolatileAmine kolom ..................................... 50

5.3.2.1 Parameters ......................................................................................................... 50

5.3.2.2 Staalvoorbereiding............................................................................................. 51

5.3.3 Vergelijking methoden met alternatieve kolommen....................................... 52

5.3.4 Besluit............................................................................................................... 53

6 ALGEMEEN BESLUIT .................................................................................. 54

7 LITERATUURLIJST...................................................................................... 55

7

LIJST MET GEBRUIKTE AFKORTINGEN

DAD Diode Array Detector

TETD Tetraethylthiuramdisulfide

DEA-DEDTC Diethylaminoniumdiethyldithiocarbamaat

Na-DEDTC Natriumdiethyldithiocarbamaat

TMTD Tetramethylthiuramdisulfide

DMDETD Dimethyldiethylthiuramdisulfide

TETM Tetraethylthiurammonosulfide

TETTri Tetraethylthiuramtrisulfide

TETTetra Tetraethylthiuramtetrasulfide

TETPenta Tetraethylthiurampentasulfide

TETHexa Tetraethylthiuramhexasulfide

RSD Relatieve standaardafwijking

DIMLA Dimethyllaurylamine

ADMA Alkyldimethylamine

AMA Alkylmethylamine

NMP N-methylpyrrolidone

NOP N-octylpyrrolidone

BLO Butyrolacton

BDIOL Butaandiol

NMBA N-methylbutyramide

MSUC Methylsuccinimide

MeNMP Methyl-N-methylpyrrolidone

HBA N-methylhydroxybutyramide

8

1 VOORSTELLING STAGEPLAATS

De naam Taminco is een verkorting van The Amine Company. Deze naam is gekozen omdat Taminco wereldwijd de enige specialist is in derivaten van alkylamines. Dit zijn enerzijds tussenproducten die verkocht worden aan andere bedrijven,anderzijds maakt Taminco zelf een breed gamma aan alledaagse producten gaande van pesticiden tot veevoederadditieven.

De oprichting van Taminco vond plaats in oktober 2003, wanneer het afsplitste van UCB.Ondertussen heeft het bedrijf 7 productiesites, wereldwijd,waarvan 2 in Europa, de hoofdzetel in Gent en in Duitsland. Verder zijn er nog 2 grote sites in Amerika en 3 kleinere sites in China. Daarbij zijn er wereldwijd nog 19 kantoren verspreid, goed voor een totaal van 800 werknemers in 17 verschillende landen. In 2010 werd de prijs voor onderneming van het jaar uitgereikt aan Taminco en in 2011 had het bedrijf een omzet van 1,1 miljard dollar en is sinds dit jaar op de beurs.

De verschillende producties van Taminco kunnen worden onderverdeeld in3divisies namelijk functionele amines, de specialiteit amines en de gewasbescherming.

Het labo in Taminco is onderverdeeld in 2 delen, namelijk de kwaliteitscontrole (QC) en de research and development (R&D).Het QC-labo staat in voor de kwaliteitscontrole op productiestalen. Dit gebeurt volcontinu in een 3 ploegen systeem. In het R&D-labo wordt onderzoek gedaan naar nieuwe producten en worden nieuwe analysemethoden ontwikkeld of bestaande methoden geoptimaliseerd. Hierbij wordt steeds aandacht besteed aan kostenbesparing en milieuvriendelijkheid. Het R&D-labo beschikt over 4 HPLC-toestellen en 7 GC-toestellen uitgerust met moderne software en onderdelen.

9

2 PROBLEEMSTELLING EN OPDRACHT

In Taminco wordenchromatografische technieken gebruikt voorde analysen van stalen van het laboratorium van de onderzoeksafdeling en de kwaliteitscontrole. Als mobiele fase wordtvooral acetonitril gebruikt voor vloeistofchromatografie en heliumvoor gaschromatografie. Het doel van deze stage omvat alternatieve mobiele fasen te testen ter vervanging van acetonitril en helium met als doel de resultaten te reproduceren.Vervolgens zullen de methoden verder geoptimaliseerd worden door kolomdimensies aan te passen.

Wereldwijd is er een tekort aan acetonitril waardoor de prijs omhoog gaat, vooral voor LC-kwaliteit. Daarbij leidt het gebruik van acetonitril tot giftige afvalstoffen. Alternatieve keuzesvoor eluens zijn methanol en ethanol. Als nadeel geeft methanol ook giftige afvalstoffen te producerenen een hogere absobantie en kolomdruk te hebben. Als voordeelheeft methanol veel goedkoper te zijn. Ethanol heeft het voordeel milieuvriendelijk te zijn enals nadeel een veel hogere druk op de kolom te veroorzaken.

Door solid core kolommen te gebruiken worden retentietijden verkort waardoor resultaten sneller bekomen worden en elke bepaling minder langduurtmetals gevolg dat er meer stalen op dezelfde tijd kunnen onderzocht worden. Bij overzetting van de gebruikte methode van de standaardkolom naar een solid core kolom zullen nog andere parameters aangepast wordenzoals het debiet en het gradiëntprogramma.Dit wordt theoretisch berekend en experimenteelgevalideerd.

Bij de gaschromatografische analyse wordt tot op heden vooral helium gebruikt als mobiele fase. Helium heeft als nadeel dat het een duur gas is en afhankelijk van de levering. Goedkopere alternatieven zijn stikstof en waterstof als draaggas, deze draaggassen zijn daarbij aan te maken met behulp van generatoren. Deze alternatieven zijn niet zonder nadelenomdat stikstofgas als mobiele fase lange looptijden veroorzaakt en waterstofgas explosief is.

10

3 THEORETISCHE ACHTERGROND

3.1 VLOEISTOFCHROMATOGRAFIE

3.1.1 Inleiding

HPLC staat voor High Performance Liquid Chromatography.Liquid Chromatography wijst op een vast-vloeibaar scheiding, meer bepaald een vaste stationaire fase waarlangs een vloeibare mobiele fase loopt binnenin een kolom.High performance wijst op de vooruitgang die historisch gemaakt werd door de partikelgrootte drastisch te verkleinen waardoor analysetijden vele malen korter werden.In figuur 1 wordt een vereenvoudigd schemaweergegeven van een HPLC.

Figuur 1 Schema HPLC

De mobiele fase wordt in vloeistofchromatografie het eluens genoemd en wordt opgeslagen in solventreservoirs. Er kunnen meerdere solventreservoirs gebruikt worden die gemengd kunnen worden in de pomp. Indien slechts 1 vloeistofsamenstelling als eluens tijdens de scheiding gebruikt wordt, wordt er gesproken van een isocratische elutie. Indien de samenstelling tijdens de scheiding verandert, wordt er gesproken van gradiëntelutie. Via de pomp wordt het eluens langs het injectiekanaal gestuurd waar het te scheiden monster wordt geïnjecteerd. Het eluens neemt het monster mee door de kolom.Verschillende componenten blijven een verschillende tijd in de stationaire fase door een verschil in polariteit waardoor ze op verschillende tijdstippen uit de kolom komen. Deze verschillende tijden wordenretentietijden genoemd. Door een verschil in retentietijd worden componenten gescheiden van elkaar. Na de kolom worden de gescheiden componenten met het eluens verder naar de detector gevoerd waar de componenten geregistreerd worden als een signaalverandering.

Binnen Taminco wordt gebruik gemaakt van UV-detectie bij verschillende golflengten, meer bepaald een DAD (Diode Array Detector). Bij UV-detectie wordt gebruik gemaakt van een diffractierooster die kan draaien om het licht in verschillende hoeken te weerkaatsen. Het verschil in weerkaatsinghoek veroorzaakt licht van een verschillende golflengte. De absorptie wordt gemeten door licht bij een bepaalde golflengte door de meetcel te sturen en te meten hoeveel licht er niet wordt doorgelaten.

Een DAD kan bij meerdere golflengten tegelijk de absorptie van de componenten meten. Het diffractierooster van een DAD bevindt zich achter de meetcel in tegenstelling tot bij de conventionele UV-detectie waar het diffractierooster zich voor de meetcel bevindt. Het diffractierooster verdeeld het licht in lichtbundels onder verschillende hoeken. Achter het diffractierooster bevindt zich een sequentie van fotodiodes die de verschillende lichtbundels tegelijk kunnen verwerken.Na de meetcel wordt het eluens met de monstercomponenten verder afgevoerd naar een afvalvaatje. De geregistreerde signaalveranderingen worden elektronisch doorgestuurd naar de dataverwerking waar de signaalveranderingen vertaald worden als pieken in een chromatogram.

11

3.1.2 Vergelijking mobiele fasen LC

Voor de huidige analysemethode wordt acetonitril gebruikt als eluens. Acetonitril HPLC-kwaliteit is 3 tot 4 maal duurder in vergelijking met methanol HPLC-kwaliteit.De absorptievan acetonitril HPLC-kwaliteit is in vergelijking met methanol voor lage golflengten (200nm-250nm) vele malen lager en beter geschikt. Vanaf 250nm is dit verschil echter verwaarloosbaar (weergegeven in figuur 2).

De druk op de kolom bij gelijke eluenssnelheid is lager wanneer acetonitril/water wordt gebruikt dan wanneer methanol/water wordt gebruikt met zelfde procentuele samenstelling.Acetonitril/water kan met een lagere procentuele samenstelling als methanol/water dezelfde retentietijden behalen omdat acetonitril minder polair is dan methanol. Er gebeurt partitie van de analyten tussen de stationaire fase en de mobiele fase. Apolaire componenten hebben meer affiniteit met de stationaire fase waardoor meer apolair solvent nodig is.Dit heeft als gevolg dat acetonitril een lagere retentiegeeft in vergelijking met methanol in dezelfde procentuele samenstelling.

De solventsterkte van acetonitril is hoger dan de solventsterkte van methanol door het verschil in polariteit.Verder kunnen acetonitril en methanol verschillende invloeden hebben op de vorm van pieken en op de elutievolgorde afhankelijk van aanwezige componenten en de interacties met de functionele groepen van acetonitril (CN) en methanol (OH). Methanol is door zijn hydrofielegroep een uitgesproken protonacceptor en kan waterstofbruggen vormenterwijl acetonitril veel gevoeliger is voor dipoolinteracties. Deze wijziging in elutievolgordeals gevolg van specifieke interacties van de mobiele fase wordt de selectiviteit genoemd. De selectiviteit verschilt ook voor verschillende kolommen onderling.

Figuur 2Absorptiespectra voor acetonitril en methanol en vergelijking met p.a.-kwaliteit en HPLC-kwaliteit

Een ander solvent dat als eluens gebruikt zou kunnen worden is ethanol. quapolariteit tussen methanol ethanol/water mengsel zal lagerom dezelfde retentietijden te bekomen.interacties als methanol aangezien het dezelfde functionele meer druk op de kolom dan methanolhogere viscositeit (3keer hoger dan acetonitril en 2maal hoger dan methanol). drukverschil kan beperkt wordende kolom een temperatuursverhoging aan ethanol niet giftig. Ethanol wordt beschouwd als een milieuvriendelijk alternatief.

3.1.3 Vergelijking HPLC kolommen

3.1.3.1 Zorbax SB-C18

Bij RPLC, Reversed Phase Liquid ChromatographySB-C18. Het verschil met de conventionele HPLComgekeerd is. Bij reversed phasevoor StableBond, wat inhoud dat de stationaire fase gemaakt is van sterisch beschermde C18-Agilent, Zorbax wordt genoemd. De C18koolstoffen. De Zorbaxsilicabescherming dient om de adsotegen te gaan. In figuur 3 wordt de stationaire fase van de Zorbax SR-groepen zijn de sterisch beschermende silicagroepen en de RC18-ketens. Andere koolstofketens voor andestandaardkolom waarmee gewerkt wordt in Resolution 4,6 x 150mm, 3,5µm”. lengte van 150mm. De partikelgrootte van de stationZorbax StableBond kolom die getest word3,5µm. Het verschil zit in de interne diameter. Een kleinere diameter zorgkolomvolume waardoor een lagerals gevolg dat er minder eluens nodig is per analyse.

Figuur 3Stationaire fase Zorbax SB

Een ander solvent dat als eluens gebruikt zou kunnen worden is ethanol. Ethanolmethanol en acetonitril. De procentuele samenstelling van

lager liggen dan die van methanol en hoger dan die vanom dezelfde retentietijden te bekomen. Qua selectiviteit heeft ethanol ongeveer dezelfde

nol aangezien het dezelfde functionele groep bezit. Ethanol geeft veel dan methanol en acetonitril. De oorzaak hiervan is een beduidend

hogere viscositeit (3keer hoger dan acetonitril en 2maal hoger dan methanol). drukverschil kan beperkt worden door een hogere temperatuur te hanteren in de kolom, indien de kolom een temperatuursverhoging aan kan. In tegenstelling tot methanol en acetontril is ethanol niet giftig. Ethanol wordt beschouwd als een milieuvriendelijk alternatief.

Vergelijking HPLC kolommen

RPLC, Reversed Phase Liquid Chromatography, wordt gebruik gemaakt van de Z. Het verschil met de conventionele HPLC-techniek, normal phase, is dat de polariteit

reversed phase is de vaste fase polair en de mobiele fase apolairBond, wat inhoud dat de stationaire fase gemaakt is door een chemische binding

-ketens aan een speciale silicaverbinding die doorZorbax wordt genoemd. De C18-ketens zijn koolstofketens opgebouw

silicabescherming dient om de adsorptie van basische componenten wordt de stationaire fase van de Zorbax SB-C18 weergegeven. D

risch beschermende silicagroepen en de R1-groepen zijnAndere koolstofketens voor andere toepassingen zijn mogelijk. De

standaardkolom waarmee gewerkt wordt in de HPLC-toepassing is de “Zorbax SBResolution 4,6 x 150mm, 3,5µm”. De kolom heeft een interne diameter van 4,6mm en een

. De partikelgrootte van de stationaire fase bedraagt 3,5µm. De aZorbax StableBond kolom die getest wordt is de Zorbax SB-C18 Solvent Saver 3,0 x 150mm, 3,5µm. Het verschil zit in de interne diameter. Een kleinere diameter zorgt voor een kleiner

aardoor een lagerdebiet kan gebruikt worden voor dezelfde retminder eluens nodig is per analyse.

Stationaire fase Zorbax SB-C18

12

Ethanolbevindt zich e procentuele samenstelling van een

hoger dan die van acetonitril Qua selectiviteit heeft ethanol ongeveer dezelfde

Ethanol geeft veel itril. De oorzaak hiervan is een beduidend

hogere viscositeit (3keer hoger dan acetonitril en 2maal hoger dan methanol). Het eratuur te hanteren in de kolom, indien

In tegenstelling tot methanol en acetontril is ethanol niet giftig. Ethanol wordt beschouwd als een milieuvriendelijk alternatief.

wordt gebruik gemaakt van de Zorbax is dat de polariteit

de vaste fase polair en de mobiele fase apolair. SB staat door een chemische binding

verbinding die door de fabrikantketens zijn koolstofketens opgebouwd uit 18

rptie van basische componenten C18 weergegeven. De

in ons geval deDe

toepassing is de “Zorbax SB-C18 Rapid e kolom heeft een interne diameter van 4,6mm en een

. De andere C18 Solvent Saver 3,0 x 150mm,

t voor een kleiner bruikt worden voor dezelfde retentietijdenmet

13

3.1.3.2 Poroshell

De Poroshell-kolom is een solid core kolom van de fabrikant Agilent. DePoroshell-partikels hebben een totale doorsnede van 2,7µm met een vaste kern van 1,7µm en een 0,5µm buitensteporeuze laag met poriën van ongeveer 9nm (zie figuur 4). Andere solid core kolommen kunnen licht afwijkende diameters hebben. Deze partikels hebben een uniformere verdelingin deeltjesgrootte in vergelijking met volledige poreuze partikels. Hierdoor is de kolom homogener verdeeld en vermindert de Eddiediffusie in de kolom. Omdat de kern van het partikel vast is, ishet verschil in afgelegde weg tussen componenten onderlinglager dan bij volledig poreuze partikels.Waardoor de piekverbreding vermindert.De partikels zijn ook kleiner in vergelijking met andere HPLC-kolommen.Deze eigenschappen hebben een invloedop de Van Deemtervergelijking.De positieve invloed van solid core kolommen ten opzichte van andere HPLC-kolommen, op de A-, B- en de C-term van de Van Deemtervergelijking, zorgen voor een verlaging van de schotelhoogte H. Dit heeft als gevolg dat er een betere scheiding kan bekomen worden of met een hoger debiet kan gewerkt worden om dezelfde scheiding te behalen in een kortere tijd.

Figuur 4 Solid core partikel

3.1.4 Van Deemtervergelijking

De Van Deemtervergelijking wordt weergegeven in vergelijking 1 waarbij de A-term staat voor de Eddie diffusie, de B-term voor de longitudinale diffusie en de C-term voorstofoverdracht tussen de vaste fase en de mobiele fase.

= + + Vergelijking 1 Van Deemter vergelijking

Verder uitgewerkt krijgen we:

= 2 + 2 + ′ ′(1 + )²² + ′ ²

Vergelijking 2 Uitgebreide Van Deemter vergelijking

Hierbij zijn Dm en Ds de diffusiecoëfficiënten van de componenten in de mobiele en stationaire fase, df is de filmdikte van de stationaire fase en γ is de obstructiefactor.

14

De A-term of de Eddie diffusie beschrijft de piekverbreding door de aanwezigheid van de pakkingdeeltjes in de kolom. De aanwezige deeltjes verhinderen een rechte weg door de kolom, elke molecule volgt een eigen weg langs deze deeltjes door de kolom. Het verschil in de gevolgde weg tussen de deeltjes onderling, zorgt voor een verschil in verblijftijd in de kolomwaaruit piekverbreding volgt. Eenhogere waarde van de partikelgrootte(dp) leidt toteen hogere waarde voor A en dus tot piekverbreding. Het verschil in grootte tussen de pakkingdeeltjes onderling speelt ook een rol (λ in de A-term). De A-term blijft constant bij verschillende debieten van een eluens.

De B-term of longitudinale diffusie slaat op de diffusie van de componenten in het eluens,meer bepaald de stromingsrichting van het eluens. De componenten hebben een vrije beweging in een niet-specifieke richting onafhankelijk van hetdebiet. De invloed van de B-term is in de praktijk verwaarloosbaar klein bij een optimale u.

De C-term bepaalt de stofoverdracht tussen de vaste fase en de mobiele fase. Deze term wordt opgesplitst in Cm en Cs, respectievelijk de stofovergang in de mobiele en in de stationaire fase. De C-term is onder andere afhankelijk van de partikelgrootte(dp) en is voor elke component verschillend.

De snelheid waarmee de mobiele fase door de kolom loopt, wordt aangeduid met u welkeafhankelijk is van hetdebiet. Wanneer de component minder lang op de kolom blijft, zal de piek minder breed zijn. De B-term is afhankelijk van de lineaire vloeistofsnelheid dat bepaald wordt doot hetdebiet en de kolomlengte, de C-term is ook afhankelijk van het debiet via de retentiefactor(k’) omdat de dode tijd (tm) kleiner wordt wanneer het debiet stijgt.Dit verband wordt weergegeven in vergelijking 3.Zoals weergegeven in vergelijkingen 1 en 2 stijgt de C-term indien k’ stijgt.

′ = −Vergelijking 3Retentiefactor k’

Wanneer de verschillende termen gecombineerd worden, kan de minimale schotelhoogte bepaald worden. Dit wordt grafisch weergegeven in figuur 5 waarbij u wordt weergegeven in functie van H.

Figuur 5Van Deemter vergelijking: u in functie van H

15

Zoals in figuur 5 weergegeven wordt, is er een optimale u waarbij H het laagst is en de beste scheiding wordt verkregen.H, ook wel HETP genoemd, is de afkorting voor “Height Equivalent to Theoretical Plate” of de schotelhoogte per theoretische plaat. Hoe lager H, hoe meer schotels per lengte-eenheid en met als gevolg dat er een betere efficiëntie wordt verkregen. H is omgekeerd evenredig met het schotelgetal, weergegeven in vergelijking 4.

=Vergelijking 4 Schotelgetal N

L staat voor de lengte van de kolom en N voor het schotelgetal (het aantal theoretische platen), wat de uitdrukking is voor de efficiëntie van de scheiding. Daarbij staat de efficiëntie in verhouding met de resolutie,weergegeven in vergelijking 5.

= √4 − 1 + 1Vergelijking 5 Master equation

De resolutie R is een maat voor het scheidend vermogen en staat rechtstreeks in verband met het schotelgetal, weergegeven in vergelijking 6.

~√Vergelijking 6 Verband resolutie en schotelgetal

Wanneer het schotelgetal verviervoudigd wordt, zal de resolutie verdubbelen. Indien de vergelijking wordt doorgetrokken naar de partikelgrootte,kan er worden afgeleid uitvergelijking 2 dat indien de partikelgrootte verandert, het effect twee maal zogroot is op de schotelhoogte.

~2Vergelijking 7 Verband schotelhoogte en partikelgrootte

Omgezet naar de efficiëntie, door combinatie van vergelijkingen 4, 6 en 7, blijkt dat een halvering van de partikelgrootte ook equivalent is aan een verviervoudiging van de resolutie, weergegeven in vergelijking 8.

√ 12 ~Vergelijking 8 Verband partikelgrootte en resolutie

Hieruit blijkt dat de partikelgrootte rechtstreeks in verband staat met de resolutie. Indien de partikelgrootte daalt, zal de resolutie stijgen. De partikelgrootte heeft ook een invloed op de druk op de kolom. Een daling van partikelgrootte betekent een significante stijging van de druk.

16

3.2 GASCHROMATOGRAFIE

3.2.1 Inleiding

GC staat voor gaschromatografie en duidt op een vast-gas of vloeibaar-gas scheiding. De scheiding gebeurt door een vaste of vloeibare (vloeistoffilm) stationaire fase waarlangs een gasvormige mobiele fase loopt binnenin een kolom. In figuur 6 wordt een vereenvoudigd schema weergegeven van een gaschromatograaf.

Figuur 6 Schema GC

De mobiele fase wordt in gaschromatografie draaggas genoemd. Omdat met gassen gewerkt wordt, zijn zowel het injectiekanaal, de kolom en de detector hieraan aangepast. Het monster wordt geïnjecteerd en vervolgens snel in de gasfase gebracht in een verwarmde injectiekamer. De injectienaald komt in de injectiekamer via het septum. Een septum is een doorprikbaar membraan gemaakt van siliconenrubber om de injectiekamer af te sluiten. Er kan opverschillende manieren geïnjecteerd worden zoalsde directe injectie,de splitinjectie, de splitlessinjectie en de on-columninjectie. In de verder beschreven methoden wordt telkens een splitinjectie gebruikt. Het verdampte monster wordt gesplitst in een klein deel dat via het draaggas meegesleurd wordt naar de kolom. De verhouding tussen het deel dat naar de kolom gaat en het deel dat afgevoerd wordt, wordt de splitverhouding genoemd. De splitinjectie wordt gebruikt als verdunning van het monster.

In de verder beschreven methoden wordt telkens een capillaire kolom gebruikt. Binnenin de kolom is een film aan de wand aangebracht die als stationaire fase dient.Capillaire kolommenkunnen lengtes hebben van 10 m tot 100 m.Een grotere lengte leidt tot een hoger schotelgetal en met gevolg tot hogere resoluties. Als inwendige diameter worden diameters van 0,10mm tot 0,53mm gebruikt. Een verkleining van kolom diameter verhoogt het schotelgetal en met gevolg de resolutie maar verlaagt de retentiefactor door kortere retentietijden. De verlaging van de retentiefactor is negatief voor de resolutie, maar dit effect wordt gecompenseerd door de stijging in schotelgetal. De filmdikte van de stationaire fase varieert tussen 0,1µm en 5,0µm. Indien de filmdikte stijgt, stijgt de retentietijd en met gevolg de retentiefactor en de resolutie.

Bij gaschromatografische scheidingen wordt met een temperatuursprogramma gewerkt, dit is vergelijkbaar met een gradiëntprogramma dat gebruikt wordt bij vloeistofchromatografie. In plaats van de verhouding van de mobiele fase aan te passen, wordt de temperatuur verhoogd om hoogkokende componenten sneller van de kolom te sturen.

Als detector wordt in de verder beschreven methodes telkens een gebruikt. Deze detector gebruikt het elektrisch geleidend vermogen van de vlam. Het draaggas heeft een laag elektrivlam verbrand worden en geïoniseerd worden. Hierdoor wordvermogen hoger en wordt de stroomverandering gemeten als een signaalsignaalveranderingen wordensignaalveranderingen vertaald worden als pieken in een chr

3.2.2 Vergelijking mobiele fasen

Als draaggassen worden binnen de gaschromatogarafie helium, waterstof en stikstof gebruikt. Binnen hetR&D-labo wordt vooral helium gebruikthydrogenaties worden uitgevoerd. Indien katalysator in het monster aanwezig isanalyses wat tot een verkeerde interpretatie kan leidengemaakt van waterstofgas als draaggas omdatmethoden reeds getest en gevalideerd zijn.een kortere analysetijd zonder verlies aan resolutie. vergelijking met helium als draaggas wordt met waterstof als draaggas een lagere druk en een lagere gassnelheid gebruikt wat resulteert in een lager verbruik.vergelijking met helium en kanwaardoor het steeds beschikbaar is en onafhankelijk van leveranciers.als nadeel dat het explosief is.

Een ander alternatief draaggas is stikstofgas dateen generator aangemaakt kan verlengd worden omdat het optimaDit verband wordt weergegeven vloeistofchromatografie kolommen en gaschromatografie kolommen is dat vooral capilaire kolommen gebruikt worden in plaats van gepakte kolommen. Aangezien er geen pakking in de kolom is, is er geen Eddy diffusie.

Figuur 7 Van Deemtercurve voor stikstofgas, helium en waterstofgas

Als detector wordt in de verder beschreven methodes telkens een vlamionisatiedetector (FID) Deze detector gebruikt het elektrisch geleidend vermogen van de vlam. Het

draaggas heeft een laag elektrisch geleidend vermogen, monstercomponenten zullen in de en geïoniseerd worden. Hierdoor wordt het elektrisch geleidend

vermogen hoger en wordt de stroomverandering gemeten als een signaalveranderingelektronisch doorgestuurd naar de dataverwerking waar de

signaalveranderingen vertaald worden als pieken in een chromatogram.

Vergelijking mobiele fasen

Als draaggassen worden binnen de gaschromatogarafie helium, waterstof en stikstof gebruikt. wordt vooral helium gebruikt omdat er bij de synthesereactie

hydrogenaties worden uitgevoerd. Indien waterstofgas als draaggas gebruikt wordt en er nog katalysator in het monster aanwezig is, kan dit tot nieuwe hydrogenaties leiden tijdens de

wat tot een verkeerde interpretatie kan leiden. In het QC-labo wordt vooral gas als draaggas omdat het routineanalyses zijn en de gebruikte

reeds getest en gevalideerd zijn.Met gelijke parameters geeft waterstof als draaggas zonder verlies aan resolutie. Om dezelfde retentietijden te verkrijgen in

vergelijking met helium als draaggas wordt met waterstof als draaggas een lagere druk en een lagere gassnelheid gebruikt wat resulteert in een lager verbruik.Waterstof is goedkoper in vergelijking met helium en kan ter plaatste gemaakt worden met een waterstofwaardoor het steeds beschikbaar is en onafhankelijk van leveranciers. Waterstofgas heeft

.

Een ander alternatief draaggas is stikstofgas datveilig en goedkoop in aankoopkan worden. Stikstof heeft als grote nadeel dat de analysetijden

optimaal debiet lager is in vergelijking met waterstof en helium.weergegeven met de Van Deemtercurve in figuur 7. Het verschil tussen

vloeistofchromatografie kolommen en gaschromatografie kolommen is dat vooral capilaire kolommen gebruikt worden in plaats van gepakte kolommen. Aangezien er geen pakking in de kolom is, is er geen Eddy diffusie.

Van Deemtercurve voor stikstofgas, helium en waterstofgas

17

vlamionisatiedetector (FID) Deze detector gebruikt het elektrisch geleidend vermogen van de vlam. Het

componenten zullen in de t het elektrisch geleidend

verandering. Deze elektronisch doorgestuurd naar de dataverwerking waar de

Als draaggassen worden binnen de gaschromatogarafie helium, waterstof en stikstof gebruikt. bij de synthesereactie veel

waterstofgas als draaggas gebruikt wordt en er nog kan dit tot nieuwe hydrogenaties leiden tijdens de

vooral gebruik de gebruikte

Met gelijke parameters geeft waterstof als draaggas dezelfde retentietijden te verkrijgen in

vergelijking met helium als draaggas wordt met waterstof als draaggas een lagere druk en een Waterstof is goedkoper in

emaakt worden met een waterstofgenerator Waterstofgas heeft wel

koop is en ook met analysetijden

lager is in vergelijking met waterstof en helium.Het verschil tussen

vloeistofchromatografie kolommen en gaschromatografie kolommen is dat vooral capilaire kolommen gebruikt worden in plaats van gepakte kolommen. Aangezien er geen pakking in

18

3.2.3 Vertaling temperatuursprogramma’s

In de gaschromatografie kan bij verhoging van het debiet de analysetijd verkort worden. Indien de huidige resoluties moeten behouden worden, kan dit door componenten bij dezelfde temperatuur van de kolom te laten komen door het temperatuursprogramma aan te passen. Dit wordt berekend aan de hand van de lineaire gassnelheid u (cm/s). De lineaire gassnelheid wordt berekend door de kolomlengte te delen door de dode tijd. De dode tijd kan bepaald worden door bij het gewenste verhoogde debiet, een niet weerhouden componenten, bijvoorbeeld methaan, te injecteren. Het temperatuursprogramma wordt dan vertaald met vergelijkingen 9 en 10.

° = ° × ( ) ( )

Vergelijking 9 Berekening temperatuur toename vertaling

(min) = (min) × ( ) ( )

vergelijking 10 Berekening iso temperatuur vertaling

Wanneer het gebruikte draaggas vervangen wordt door een ander draaggas met behoud van resolutie, moet het debiet aangepast worden. Dit gebeurt met behulp van debiet berekening software (FLOWCALC Copyright © 1995-1998 Hewlett-Packard Co.). De parameters worden ingevuld in de software en er wordt gekozen om de lineaire gassnelheid constant te houden. Vervolgens wordt het draaggas in de softwareberekening veranderd en berekend de software een nieuw debiet. Om te controleren of de lineaire gassnelheid behouden is, kan de dode tijd terug bepaald worden met een niet weerhouden componenten zoals methaan. Indien de geteste lineaire gassnelheid afwijkt vande theoretische berekeningen dient proefondervindelijk het debiet worden aangepast. Een mogelijke verklaring voor waarden die afwijken van de theoretische verwachte waarden is een veranderde kolomlengte. Elke keer een kolom op een GC gemonteerd wordt, wordt aan het uiteinde van de kolom een stukje afgesneden om kolomverstopping tegen te gaan. Deze verstopping kan veroorzaakt worden door uitdroging van de kolom, vervuiling door het aanbrengen van de ferrule bij het monteren van de kolom, de fase kan ook aangetast worden door zuurstof die er in gekomen is, of aangetast door vuiligheid van geïnjecteerde stalen.

19

4 RESULTATEN VLOEISTOFCHROMATOGRAFIE

4.1 DOEL

Een standaardmethode voor de bepaling van onzuiverheden in TETD is gevalideerd met de kolom Rapid Resolution met acetonitril als mobiele fase. Het doel van dit project is enerzijds de analysetijd te verkorten en anderzijds een besparing van dekosten van heteluens door minder te verbruiken en/of een beter alternatief eluens te gebruiken. Een alternatief eluens gebruiken is wenselijk wegens een tekort in levering van acetonitril in het verleden. Bovenstaande doelstellingen worden verwezenlijkt door alternatieve kolommen te gebruiken en deze te testen opalternatieve mobiele fasen, namelijk methanol en ethanol.Hierbij wordt rekening gehouden met behoud van de resolutie.

4.2 BEREIDING TETD EN STRUCTUREN VAN DE ONZUIVERHEDEN

In Taminco wordt TETD geproduceerd. TETD staat voor tetraethylthiuramdisulfide. TETD wordt gesynthetiseerd met diethylamine en koolstofdisulfide. In de bekomen oplossing zijneen groot aantal onzuiverheden aanwezig. Er kunnen sporen van TMTD (tetramethylthiuramdisulfide) aanwezig zijn. Aangezien deproductie van TMTD in dezelfde omgeving gebeurt als de productie van TETD, blijven er resten over die als verontreiniging worden meegenomen. In tabel 1 worden de structuren weergegeven van de te analyseren verontreinigingen.

Tabel 1 Onzuiverheden in TETD

Naam Structuur

Diethylamoniumdiethyldithiocarbamaat (DEA-DEDTC)

Tetramethylthiuramdisulfide (TMTD)

Dimethyldiethylthiuramdisulfide (DMDETD)

Tetraethylthiurammonosulfide (TETM)

H2NN S-

S

N

S

S

S

S

N

N

S

S

S

S

N

N

S

S

S

N

20

Naam Structuur

Tetraethylthiuramtrisulfide (TETTri)

Tetraethylthiuramtetrasulfide (TETTetra)

Tetraethylthiurampentasulfide (TETPenta)

Tetraethylthiuramhexasulfide (TETHexa)

Zwavel S

4.3 RAPID RESOLUTION KOLOM

4.3.1 Standaardmethode

De vloeistofchromatograaf LC204, weergegeven in figuur 8, is een Agilent HPLC1260 met ontgasser (G1379B),een binaire pomp (G1312B),een autosampler(G4226A),eentemperatuurcontroller (G1330B),een kolomcompartiment (G1316A) en een DAD als detector(G64212A).

N

S

S

S

S

S

N

N

S

S

S

S

S

S

N

N

S

S

S

S

S

S N

S

N

S

S

S

S

S

S

S

S

N

21

Figuur 8 LC204 open en gesloten in het labo R&D

De beschreven methode word uitgevoerd op het toestel LC204. Het gebruikte staal is het productiestaal 368.

De parameters van de analysemethode worden weergegeven in tabel 2.

Tabel 2Parameters standaardmethode

Kolom Zorbax SB-C18, 3,5 µm, 150 x 4,6 mmPrekolom Zorbax SB-C18, 5 µm, 12,5 x 4,6 mm

Kolomtemperatuur 35 °CMobiele fase

Gradiëntprogramma tH3PO4 0,01 mol/l Acetonitril

min

0 70% 30%

3 70% 30%

15 10% 90%

25 10% 90%

25,1 70% 30%

32 70% 30%

Debiet 1,0 ml/minInjectie volume 5 µl

Detectie UV: 210 nm, 254 nm, 278 nm

De staalvoorbereiding bestaat erin de gedroogde filterkoek van TETD 1000 maal te verdunnen. Van het productiestaal 368 wordt TETDafgewogen tot op 0,1 mg nauwkeurigen verdund met 70 analysemonster wordt afgesloten en gedurende 1 minuut in het ultrasoonbad geplaatst. Vervolgens wordt 5µl geïnjecteerd in het toestel LC204 met behulp van de autosampler volgens de methode beschreven in tabel 2.onzuiverheden in TETD, wordt weergegeven in figuur

Figuur 9 Chromatogram voor de kolom Rapid Resolution met acetonitril als mobiele fase

Uit het chromatogram wordenpiek worden de retentietijd, de procent (area%) gemeten. Deze waarden worden weergegeven in tabel 3. Hierbij wordt de golflengte, waarbij de piek gemeten wordt

De maximum gemeten druk op de kolom bij deze metingen bedraagt 135 bar.

Tabel 3Metingen onzuiverheden in TETD op

tr

minNaam

10,80 DEA-DEDTC12,03 DMDETD13,08 TETM14,37 TETD15,27 TETTri16,46 TETTetra17,17 TETPenta18,64 TETHexa22,97 S

De staalvoorbereiding bestaat erin de gedroogde filterkoek van TETD 1000 maal te Van het productiestaal 368 wordt 0,07 g gedroogde filterkoek van

0,1 mg nauwkeurigen verdund met 70 g methanol. Het analysemonster wordt afgesloten en gedurende 1 minuut in het ultrasoonbad geplaatst. Vervolgens wordt 5µl geïnjecteerd in het toestel LC204 met behulp van de autosampler volgens de methode beschreven in tabel 2.Het chromatogram, voor de bepaling van

wordt weergegeven in figuur 9.

kolom Rapid Resolution met acetonitril als mobiele fase

Uit het chromatogram worden, met behulp van de software, meetwaarden bepde piekbreedte aan de basis, de resolutie en de piek

gemeten. Deze waarden worden weergegeven in tabel 3. Hierbij wordt de waarbij de piek gemeten wordt, vermeld.

maximum gemeten druk op de kolom bij deze metingen bedraagt 135 bar.

Metingen onzuiverheden in TETD op de kolom Rapid Resolution met acetonitril als mobiele fase

Golflengtenm

wmin

REZChrom Rberekend

210 0,11 82,08 82,07254 0,11 12,48 12,44254 0,12 1,09 1,09254 0,11 11,21 11,19254 0,12 0,74 0,74254 0,12 4,98 4,99254 0,11 8,82 8,81254 0,13 2,59 2,59254 0,27 21,64 21,61

22

De staalvoorbereiding bestaat erin de gedroogde filterkoek van TETD 1000 maal te edroogde filterkoek van

Het analysemonster wordt afgesloten en gedurende 1 minuut in het ultrasoonbad geplaatst. Vervolgens wordt 5µl geïnjecteerd in het toestel LC204 met behulp van de autosampler

bepaling van de

bepaald. Voor elke piekoppervlakte in

gemeten. Deze waarden worden weergegeven in tabel 3. Hierbij wordt de

cetonitril als mobiele fase

area%

0,030,060,11

99,310,080,050,020,010,05

23

De resolutie wordt berekend ten opzichte van de voorgaande piek, niet altijd een benoemde piek, door de software van EZChrom, met vergelijking 11:

= 2( − )+

Vergelijking 11 Resolutie bepaling

Uit de berekeningen, weergegeven in tabel 3, blijkt dat EZChrom betrouwbare waarden berekend voor de resolutie. Verder worden geen eigen berekeningen meer gemaakt voor de resolutie maar er wordt op de software vertrouwd.

Aangezien de DEA-DEDTC-piek de enige piek is die bij 210 nm gemeten wordt, wordt bij elke berekening van area%, de area% van de DEA-DEDTC-piek zelf berekend ten opzichte van de pieken gemeten bij 254 nm. Dit gebeurt door de piekoppervlakte van de DEA-DEDTC-piek te delen door de DMDETD-piek en te vermenigvuldigen met de area% van de DMDETD-piek.

Om de reproduceerbaarheid te testen worden10 keer vers bereide TETD-monstervoorbereidingen van staal 368geïnjecteerd. Vervolgens worden de oppervlakten van de te onderzoeken pieken gedeeld door de verdunning van het TETD-monster.

Op deze metingen wordt het gemiddelde ( x� ), de standaardafwijking (ŝ) en de relatieve standaardafwijking (RSD) berekend en weergegeven in tabel 4.

De relatieve standaardafwijking wordt berekend aan de hand van vergelijking 12.

= ŝx̄ × 100%Vergelijking 12Berekening relatieve standaardafwijking

Tabel4 Validatie reproduceerbaarheid op de Rapid Resolution kolom met acetonitril als mobiele fase

Naam x̄area/(m/m%)

ŝ RSD%

DMDETD 7469368 121724 1,63TETM 13459396 295167 2,19TETTri 9993366 702510 7,03

TETTetra 6448379 218018 3,38TETPenta 2060368 151962 7,38TETHexa 1187391 44095 3,71

S 5751387 135542 2,36DEA-DEDTC 3961010 102393 2,59

De relatieve standaardafwijking (ook variatiecoëfficiënt genoemd) van TETTri en TETPenta is beduidend hoger in vergelijking met de andere onzuiverheden. Dit kan verklaard wordenomdat deze componenten niet stabiel zijn en in functie van de tijd veranderen. TETD ligt buiten het meetbereik waardoor de piek niet volledig juist is met als gevolg dat er geen statistiek kan worden uitgevoerd op de TETD-piek.

24

De relatieve standaardafwijkingen van de onzuiverheden in TETD zijn aanvaardbaar.Uit de berekeningen van de onder- en bovengrens blijkt dat er geen uitschieters zijn.

De detectielimieten worden bepaald bijde golflengten van 210nm en 254nm. De bepaling van de detectielimiet op de golflengte van 210nm gebeurt met Na-DEDTC als standaard. De concentratie wordt met de molaire massa omgerekend naar DEA-DEDTC. De bepaling van de detectielimieten,bijde golflengte van 254nm, gebeurt met TMTD als standaard. Als detectielimiet wordt het signaal ten opzichte van de ruis bepaald. De detectielimiet (LOD)voor de componenten is een signaalhoogte equivalent met 3maal de hoogte van de ruis. Dekwantificatielimiet (LOQ) is 10maal de hoogte van de ruis. Vervolgens wordt de concentratie van de limieten uitgedrukt in ppm. Er gebeurt een analoge staalvoorbereiding als in 4.3.1 maar het monster wordt sterker verdund tot 10 000 000 maal met behulp van een stockoplossing.

Tabel 5Bepaling detectielimiet op de Rapid Resolution kolom met acetonitril als mobiele fase

TMTD (254nm) DEA-DEDTC (210nm)Concentratie LODin ppm 0,020 Concentratie LOD in ppm 0,0028Concentratie LOQ in ppm 0,068 Concentratie LOQ in ppm 0,0093

De waarden,weergegeven in tabel 5, beschrijven de gevoeligheid van de detector, tot welke concentratie van aanwezig monster een detecteerbare waarden geregistreerd wordt. Aangezienbij de metingen van de onzuiverheden in TETD in de staalvoorbereiding de TETD-filterkoek 1000maal verdund wordt, zal de effectieve LOD op de filterkoek dan ook 1000maal hoger zijn.

4.3.2 Vergelijking mobiele fasen op de Rapid Resolution kolom

4.3.2.1 Theoretische omzetting

Wanneer de keuze van elutiesolvent verandert, wordt ook het gradiëntprogramma aangepast. Enerzijds door de solventsterkte van het eluens en anderzijds door het verschil in functionele groep waardoor de retentietijden van bepaalde pieken kunnen veranderen. Een verschil in solventsterkte kan theoretisch berekend worden aan de hand van vergelijking 13.

× = ×Vergelijking13Omrekening volumefractie verschillende eluens

Hierbij staat SMeOH voor de solventsterkte van methanol welke 2,4 bedraagt en φMeOH voor de volumefractie van methanol in water. De solventsterkte voor acetonitril bedraagt 3,1.Aangezien in de standaardmethode een fosfaatbuffer van 0,01mol/l wordt gebruikt, kan deze formule niet volledig correct worden ingevuld.

Aangezien 90% acetonitril gebruikt wordt in de standaardgradiënt,zou er 116% methanol moeten gebruikt worden. Dit is uiteraard onmogelijk waardoor door experimenteel onderzoek een nieuw gradiëntprogramma ontwikkeld moet worden.

25

4.3.2.2 Gradiëntaanpassing

Er gebeurt een analoge staalvoorbereiding als in 4.3.1.1 en de analyse van het staal gebeurtmet de parameters beschreven in tabel 2.Bijtransfer van de mobiele fase van acetonitril naar methanol of ethanol wordt enkel het gradiëntprogramma aangepast. De andere parameters worden constant gehouden.

Bij omzetting van de gradiënt naar methanol of ethanol als mobiele fase, kan de beginconcentratie berekend worden met vergelijking 13. Verder in het gradiëntprogrammavan methanol kan de berekende concentratie van 116% niet behaald worden. Om dit te compenseren wordt eerder in de gradiënt met een hogere concentratie gewerkt. Dit gradiëntprogramma werd experimenteel bepaald en wordt weergegven in tabel 6.

Tabel 6Gradiëntprogramma’s kolom Rapid Resolution met methanol en ethanol als mobiele fase

Omgerekende gradiënt Aangepaste gradiënt Aangepaste gradiëntt 0,01 mol/l

H3PO4MeOH

t 0,01 mol/l H3PO4

MeOHt 0,01 mol/l

H3PO4EtOH

min min min

0 61% 39% 0 61% 39% 0 70% 30%

3 61% 39% 3 61% 39% 3 70% 30%

15 0% >100% 5 30% 70% 28 20% 80%

25 0% >100% 12 22% 78% 35 20% 80%

25,1 61% 39% 18 0% 100% 35,1 70% 30%

32 61% 39% 25 0% 100% 40 70% 30%

25,1 61% 39%

32 61% 39%

4.3.2.3 Metingen

Het gebruikte staal is productiestaal 368. De maximum gemeten druk op de kolom bijhetuitvoeren van de analysen met de aangepaste gradiënt met methanol bedraagt 195bar. De hogere druk, ten opzichte van acetonitril als mobiele fase, is te verklaren omdat de viscositeit van methanol hoger is dan de viscositeit van acetonitril. De maximum gemeten druk op de kolom,bij het uitvoeren van de analysenmet de omgerekend gradiënt met ethanol, bedraagt 235bar. Deze druk is significant hoger in vergelijking met acetonitril en methanol als mobiele fase. Dit is conform de theorie omdat ethanol een beduidend hogere viscositeit heeft.

In tabel 7 worden de verschillen weergegven tussen de verschillende mobiele fasen op vlak van resoluties en area%, van een analyse van de bepaling van de onzuiverheden in TETD.

26

Tabel 7Vergelijking resolutie en area% tussen acetonitril, methanol en ethanol als mobiele fase

Acetonitril Methanol EthanolNaam R Area% R Area% R Area%

DMDETD 12,62 0,06 9,67 0,05 19,93 0,05TETM 1,22 0,11 4,52 0,11 11,70 0,10TETD 11,57 98,83 5,60 99,41 11,61 99,55TETTri 0,63 0,09 0,63 0,09 8,78 0,05

TETTetra 3,48 0,05 13,18 0,03 15,91 0,03TETPenta 7,74 0,02 13,54 0,01 11,01 0,01TETHexa 2,72 0,01 13,06 0,01 1,40 0,01

S 22,50 0,04 23,91 0,05 30,57 0,06DEA-DEDTC 79,58 0,03 8,12 0,06 11,27 0,20

Uit tabel 7kan worden afgeleid dat ereen merkbaar verschil is in resolutie tussen de verschillende mobiele fasen. Daarbij valt ook op te merken dat de DEA-DEDTCarea%verdubbeld is bij methanol als mobiele fase. De hogere area% van de DEA-DEDTC-piek wanneer methanol als mobiele fase wordt gebruikt, is tegenstrijdig aan de theorie dat de achtergrondabsorptie van methanol hoger is in vergelijking met acetonitril. Er zou een lager area% voor de DEA-DEDTC-piek verwacht worden wanneer methanol als mobiele fase wordt gebruikt in plaats van acetonitril. De waarden voor ethanol als mobiele fase zijn sterk afwijkend ten opzichte van de waarden voor acetonitril en methanol als mobiele fase voor de TETTri-piek en vooral de DEA-DEDTC-piek.

Bijkomend worden de detectielimieten voor methanol als mobiele fase bepaald zoals beschreven in 4.3.1 en weergegeven in tabel 8.

Tabel 8Bepaling detectielimiet op de Rapid Resolution kolom met methanol als mobiele fase

TMTD (254nm) DEA-DEDTC (210nm)Concentratie LOD in ppm 0,016 Concentratie LOD in ppm 0,023Concentratie LOQ in ppm 0,052 Concentratie LOQ in ppm 0,077

Uit tabel 8 blijkt dat de detectielimiet bij 254 nm vergelijkbaar is indien acetonitril als mobiele fase gebruikt wordt. De detectielimiet bij 210 nm is ongeveer 10 keer hoger ten opzichte van acetonitril als mobiele fase. Dit is in overeenstemming met de theorie dat methanol een hogere absorptie heeft bij 210 nm.

Een bijkomende test was het nagaan van de stabiliteit van acetonitril ten opzichte van methanol en ethanol, als oplosmiddel voor de monstervoorbereiding. Dit wordt getest door eenzelfde monstervoorbereiding meerdere keren na elkaar te injecteren. De area% van de resultaten worden vergeleken in tabel 9.

27

Tabel 9Vergelijking area% acetonitril, methanol en ethanol als oplosmiddel

Area%Naam ACN1.1 ACN1.2 MeOH1.1 MeOH1.2 EtOH1.1 EtOH1.2



S 0,05 0,05 0,05 0,05 0,08 0,06DEA-DEDTC 0,06 0,06 0,06 0,06 0,20 0,20

Uit tabel 9kan worden afgeleid dat acetontril geen stabiel oplosmiddel is voor de bepaling vanTETTri in TETD. De concentratie aan TETri verdubbelt op 32 minuten tijd.Verder blijkt dat S niet stabiel is in ethanol als oplosmiddel.Opmerkelijk is de area% van de DEA-DEDTC piek wanneer acetonitril als solvent voor TETD wordt gebruikt. In plaats van de 0,03 % wanneer methanol als solvent gebruikt wordt en acetonitril als mobiele fase, bedraagt de area% van de DEA-DEDTC-piek wanneer acetonitril als solvent en als mobiele fase wordt gebruikt 0,06%, wat in overeenstemming is met de methode wanneer methanol als solvent en als mobiele fase gerbuikt wordt.Hier is geen verklaring voor gevonden en verder onderzoek is nodig ter bevestiging.

Uit metingen blijkt dat de gevonden resultaten voor de onzuiverheden in TETD niet reproduceerbaar zijn met ethanol als mobiele fase. Daarom wordt ethanol verder niet gebruikt voor het bepalen van de onzuiverheden in TETD en wordt de detectielimiet niet bepaald.

4.4 SOLVENT SAVER KOLOM

Om de methode voor de bepaling van onzuiverheden in TETD te optimaliseren, zal naast de Rapid Resolution kolom ook de Solvent Saver kolom getest worden.

4.4.1 Methode

Er bestaat geen prekolom Zorbax C-18 met inwendige diameter 3mm. De prekolom met inwendige diameter 4,6mm die voor de Rapid Resolution kolom wordt gebruikt, wordt daarom ook voor de Solvent Saver kolom gebruikt. Aangezien de Solvent Saver kolom een kleiner kolomvolume heeft,wordt het debiet van de mobiele fase aangepast naar 0,43 ml/min. Omdat er een lager debiet door de prekolom stroomt, zullen de retentietijden van alle pieken verschuiven.Om de verschillende invloeden te compenseren, wordt het gradiëntprogramma aangepast en weergegeven in tabel 10.

28

Tabel 10Parameters kolom Solvent Saver met acetonitril als mobiele fase

Kolom Zorbax SB-C18, 3,5 µm, 150 x 3,0 mm

Prekolom Zorbax SB-C18, 5 µm, 12,5 x 4,6 mm

Kolomtemperatuur 35 °C

Mobiele faseGradiëntprogramma t

min0,01 mol/l

H3PO4Acetonitril

0 70% 30%

3 70% 30%

8 40% 60%

20 10% 90%

28 10% 90%

28,1 70% 30%

32 70% 30%

Debiet 0,43 ml/min

Injectie volume 5,00 µl


Het gebruikte staal voor de bepaling van de onzuiverheden in het TETD is productiestaal 368.

De maximum gemeten druk op de kolom bedraagt105bar. Deze druk is opmerkelijk lager in vergelijking met de Rapid Resolution kolom. Dit kan verklaard worden doordat de prekolom,met inwendige diameter 4,6 mm, en de Solvent Saver kolom een kleinere interne diameter hebben.De partikelgrootte van de deeltjes in de kolom blijfy dezelfde.

In tabel 11 wordt de vergelijking tussen de Solvent Saver kolom en de Rapid Resolution kolom op vlak van resolutie en area% weergegeven. De waarden voor beide kolommen zijn gemeten met acetonitril als mobiele fase.

Tabel 11Vergelijking van de resolutie en area% tussen de kolommen Rapid Resolution en Solvent Saver met .................acetonitril als mobiele fase

Rapid Resolution Solvent SaverNaam R Area% R Area%

DMDETD 12,23 0,06 9,15 0,06TETM 1,28 0,10 1,22 0,10TETD 11,26 99,25 8,71 99,52TETTri 0,52 0,09 6,58 0,10

TETTetra 3,01 0,05 5,22 0,05TETPenta 9,07 0,02 7,44 0,01TETHexa 2,56 0,01 2,61 0,01

S 22,01 0,05 16,63 0,04DEA-DEDTC 79,41 0,03 33,47 0,06

29

Uit tabel 11kan afgeleid worden dat er een verdubbeling is in area% voor de DEA-DEDTC-piek wanneer de kolom Solvent Saver wordt gebruikt met aangepaste gradiënt. Hier is geen verklaring voor gevonden. Verder zijn de resoluties vergelijkbaar, enkel de TETTri-piek heeft een significant betere resolutie.

Bijkomend wordt de detectielimiet bepaald zoals beschreven in punt 4.3.1.

Tabel 12Bepaling detectielimiet op de Solvvent saver kolom met acetonitril als mobiele fase

TMTD (254nm) DEA-DEDTC (210nm)Concentratie LOD (ppm) 0,050 Concentratie LOD (ppm) 0,018Concentratie LOQ (ppm) 0,168 Concentratie LOQ (ppm) 0,060

De detectielimieten van de Solvent Saver kolom, weergegeven in tabel 12, zijn beduidend hoger dan de detectielimieten, teruggevonden voor de Rapid Resolution kolom.Een mogelijke oorzaak is de guard kolom die niet is aangepast aan de interne diameter van de Solvent Saver kolom. De Solvent Saver kolom heeft een interne diameter van 3,0 mm en de guard kolom heeft een inwendige diameter van 4,6 mm. Deze mogelijke oorzaak is niet bevestigd en is geen verklaring.

4.4.2 Vergelijking mobiele fasen op de Solvent Saver kolom

Met de aanpassing van de keuze van elutiesolvent ten opzichte van de vorige methode, wordt ook het gradiëntprogramma en het injectievolume aangepast aan de interne diameter van de kolom.Er wordt 2,1µl geïnjecteerd.Om dezelfde reden, beschreven in 4.4.1, moet het gradiëntprogramma aangepast worden. Het aangepaste gradiëntprogrammawerdexperimenteel bepaald en weergegeven in tabel 13.

Tabel 13Gradiëntprogramma kolom Solvent Saver met methanol als mobiele fase

t 0,01mol/l H3PO4

methanolmin

0 61% 39%

2 61% 39%

4 30% 70%

10 30% 70%

21 0% 100%

25 0% 100%

25,1 61% 39%

32 61% 39%

Vervolgens wordt het productiestaal 368 geïnjecteerd op de kolom met de gradiënt,weergegeven in tabel 13. De maximum gemeten druk op de kolom is 165bar. Ook methanol als mobiele fase geeft een lagere druk op de kolom wanneer de Solvent Saver gebruikt wordt.Een vergelijking van de resoluties en de area% tussen de verschillende mobiele fasen wordtweergegeven in tabel 14.

30

Table 14 Vergelijking resolutie en area% voor de kolom Solvent Saver met methanol als mobiele fase ten ......... ................opzichte van de Rapid Resolution kolom met acetonitril en methanol als mobiele fasen

Rapid Resolution ACN Rapid Resolution MeOH Solvent saver MeOHNaam R Area% R Area% R Area%



S 22,01 0,05 23,91 0,05 19,26 0,06DEA-DEDTC 79,41 0,03 8,12 0,06 56,68 0,07

Tabel 18 toont aan dat de waarden van de DEA-DEDTC- en TETTri-pieken beduidend verschillend zijn tussen beide methoden. Verder zijn de resoluties in het algemeen beter in vergelijking met de standaardmethode waarbij de kolom Rapid Resolution met acetonitril als mobiele fase wordt gebruikt. Er is geen verklaring voor het verschil in area% voor de DEA-DEDTC- en de TETTri-pieken.

Bijkomend wordt de detectielimiet bepaald zoals beschreven werd in 4.3.1 en weergegeven in tabel 15.

Tabel15Bepaling detectielimiet op de Solven Saver kolom met methanol als mobiele fase

TMTD (254nm) DEA-DEDTC (210nm)concentratie LOD (ppm) 0,0054 concentratie LOD (ppm) 0,015concentratie LOQ (ppm) 0,0179 concentratie LOQ (ppm) 0,050

De detectielimieten voor de kolom Solvent Saver met methanol als mobiele fase zijn in vergelijking met de detectielimiet voor de kolom Rapid Resolution met acetonitril als mobiele fase verschillend. Bij 254 nm ligt de detectielimiet voor de Solvent Saverkolom met methanol als mobiele fase beduidend lager, bij 210 nm beduidend hoger. Dit is in overeenstemming met de theorie dat methanol een hogere absorptie vertoont heeft bij 210 nm.

4.5 POROSHELL 120 SB-C18 KOLOM

4.5.1 Methode

Doordat de Poroshell kolommen een vaste kern hebben, is de letterlijke vertaling van de standaardmethode niet optimaal. De vertaalde methode kan dus enkel als richtlijn gebruikt worden. De retentie van de componenten wijkt af van het te verwachten resultaat. De scheiding van bepaalde pieken in het chromatogram kon niet bereikt worden na twee wekenmethode ontwikkeling met acetonitril als mobiele fase. Deze methode werd verworpen.

31

4.5.2 Vergelijking mobiele fasen op de Poroshell 120 SB-C18 kolom

Wanneer methanol als mobiele fase wordt gebruikt, kan geen letterlijke methodevertaling naar de Poroshell kolom gebeuren. De methodevertaling wordt wel als richtlijn gebruikt bij de verdere empirische optimalisatie van de methode De parameters van de methode worden weergegeven in tabel 16.

Tabel 16Parameters kolom Poroshell 120 SB-C18 met methanol als mobiele fase

Kolom Poroshell 120 SB-C18, 2,7 µm, 100 x 4,6 mm

Prekolom Poroshell 120 SB-C18, 2,7 µm, 100 x 4,6 mm


Gradiëntprogramma t 0,01 mol/l H3PO4

Methanol

min

0 61% 39%

1 61% 39%

2,5 30% 70%

6,25 30% 70%

15 10% 90%

15,1 61% 39%

20 61% 39%

Debiet 2 ml/min

Injectie volume 4 µl


Het gebruikte staal is productiestaal 368. De maximum gemeten druk bij de methode bedraagt330bar. Deze druk is beduidend hoger in vergelijking met de Rapid Resolution kolom met methanol als mobiele fase. De oorzaak is het debiet van 2 ml/min, een verdubbeling in vergelijking met de Rapid Resolution kolom met methanol als mobiele fase. Het hogeredebiet wordt gehanteerd om een kortere analysetijd te bekomen. De Poroshell kolom zorgt voor scherpe pieken in het resulterende chromatogram waardoor de methode versneld kan worden.

In tabel 17 wordt de vergelijking tussen de Poroshell kolom en de Rapid Resolution kolom op vlak van resolutie en area% weergegeven. De waarden voor beide kolommen zijn gemeten met methanol als mobiele fase.

32

Tabel 17Vergelijking resolutie en area% voo der kolom Poroshell 120 SB-C18 met methanol als mobiele fase .................tenopzichte van de standaardmethode

Poroshell 120 SB-C18 Rapid ResolutionNaam R Area% R Area%

DMDETD 11,06 0,04 9,67 0,05TETM 5,07 0,09 4,52 0,11TETD 7,40 99,69 5,60 99,41

TETTri 9,18 0,05 0,63 0,09TETTetra 19,72 0,02 13,18 0,03TETPenta 15,56 0,01 13,54 0,01TETHexa 13,59 0,00 13,06 0,01

S 2,00 0,04 23,91 0,05DEA-DEDTC 8,95 0,01 8,12 0,06

Uit tabel 17 blijkt dat de area% van elke onzuiverheid in TETD op de Poroshell 120 SB-C18 kolom kleiner is in vergelijking met de standaardmethode met de Rapid Resolution kolom. Hier is geen verklaring voor gevonden.

Bijkomend wordt de detectielimiet bepaald zoals beschreven werd in 4.3.1.

Tabel 18Bepaling detectielimiet op de Poroshell 120 SB-C18 kolom met methanol als mobiele fase


De detectielimieten voor de kolom Poroshell 120 SB-C18 met methanol als mobiele fase,weergegeven in tabel 18, zijn in vergelijking met de detectielimieten voor de kolom Rapid Resolution met acetonitril als mobiele fase verschillend. Bij 254 nm ligt de detectielimiet voor de Poroshell 120 SB-C18 kolom met methanol als mobiele fase beduidend lager, bij 210 nm beduidend hoger. Dit is in overeenstemming met de theorie dat methanol een hogere absorptie heeft bij 210 nm.

4.6 POROSHELL 120 EC-C18 KOLOM

4.6.1 Methode

Binnen Taminco is een tweede Poroshell kolom beschikbaar, namelijk de Poroshell 120 EC-C18 kolom. Het verschil tussen de EC-C18 kolom en de SB-C18 kolom is de poreuze laag rond de vaste kern van het Poroshell partikel. Hierdoor verschilt de selectiviteit voldoende om een scheiding van alle componenten te verkrijgen met acetonitril als mobiele fase. Het gradiëntprogramma is empirisch ontwikkeld uitgaande van de methode met de beste scheiding op de Poroshell 120 SB-C18 kolom met acetonitril als mobiele fase als richtlijn. De parameters van de methode worden weergegeven in tabel 19.

33

Tabel 19Parameters kolom Poroshell 120 EC-C18 met acetonitril als mobiele fase

Kolom Poroshell EC-C18, 2,7 µm, 50 x 3,0 mm

Prekolom Poroshell EC-C18, 2,7 µm, 50 x 3,0 mm


Gradiëntprogramma t H3PO4

0,01 mol/lAcetonitril

min

0 70% 30%

1 70% 30%

8 10% 90%

11,5 10% 90%

11,6 70% 30%

14 70% 30%

Debiet 0,43 ml/min



Het gebruikte staal is productiestaal 368. De maximum gemeten druk bij deze methode bedraagt 105 bar. Dit is 30 bar lager in vergelijking met de standaardmethode op de Rapid Resolution kolom met acetonitril als mobiele fase,maar er wordt dezelfde druk bekomen met de Solvent Saver kolom met acetonitril als mobiele fase. De inwendige diameter van de Poroshell EC-C18 kolom is net zoals de Solvent Saver kolom 3,0 mm. Ondanks dat de kolomlengte en de pakking verschillend zijn, is de druk vergelijkbaar.

In tabel 20 wordt de vergelijking tussen de Poroshell EC-C18 kolom en de Rapid Resolution kolom op vlak van resolutie en area% weergegeven. De waarden voor beide kolommen zijn gemeten met acetontril als mobiele fase.

Tabel 20Vergelijking resolutie en area% voor kolom Poroshell EC-C18 met acetonitril als mobiele fase ten ................opzichte van de standaardmethode met acetonitril als mobiele fase opde Rapid Resolution kolom

Poroshell EC-C18 Rapid ResolutionNaam R Area% R Area%

DMDETD 5,269 0,06 12,067 0,06TETM 0,958 0,09 1,251 0,11TETD 6,651 99,10 11,231 99,44TETTri 5,706 0,13 0,676 0,08

TETTetra 2,604 0,07 5,738 0,05TETPenta 4,867 0,01 9,041 0,02TETHexa 1,81 0,01 9,611 0,01

S 4,348 0,06 22,576 0,04DEA-DEDTC 22,078 0,02 79,353 0,03

34

Uit tabel 20 blijkt dat de resolutie van de piekenop de Poroshell EC-C18 ten opzichte van de Rapid Resolution kolom verminderd is. Op het vlak van area% wijken de polysulfiden lichtelijk af. Het verschil in area% kan niet verklaard worden.

Bijkomend wordt de detectielimiet bepaald zoals beschreven werd in 4.3.1.

Tabel 21Bepaling detectielimiet op de Poroshell 120 EC-C18 kolom met acetonitril als mobiele fase


De detectielimieten voor de kolom Poroshell 120 EC-C18 met acetonitril als mobiele fase, weergegeven in tabel 21, zijn in vergelijking met de detectielimieten voor de kolom Rapid Resolution met acetonitril als mobiele fase hoger. De detectielimiet bij een golflengte van 254 nm is voor de Poroshell EC-C18 kolom verdubbeld ten opzichte van de Rapid Resolution kolom. De detectielimiet bij een golflengte van 210 nm is voor de Poroshell EC-C18 kolom 10 keer hoger. Het belangrijkste verschil tussen de methoden is het verschil in stationaire fasewat zorgt voor een verschil in detectie en gevoeligheid aangezien de opbouw van de pakking verschilt en de functionele groepen verschillend zijn.

4.6.2 Vergelijking mobiele fasen op de Poroshell 120 EC-C18 kolom

Het gradiëntprogramma wordt experimenteel bepaaldvertrekkende van een vertaling van de methode met de Poroshell 120 SB-C18 kolom, met methanol als mobiele fase, die als richtlijn gebruikt wordt.Deze methode wordt vervolgens geoptimaliseerd. De parameters van de methode worden weergegeven in tabel 22.

Tabel 22Parameters kolom Poroshell 120 EC-C18 met methanol als mobiele fase

Kolom Poroshell EC-C18, 2,7 µm, 50 x 3,0 mm

Prekolom Poroshell EC-C18, 2,7 µm, 50 x 3,0 mm


Gradiëntprogrammat 0,01 mol/l

H3PO4Methanol

min

0 61% 39%

0,5 61% 39%

1,5 34% 66%

4,25 34% 66%

5 20% 80%

10 20% 80%

10,1 61% 39%

14 61% 39%

Debiet 0,86 ml/min



35

De maximum gemeten druk bij de methode bedraagt 225 bar. In vergelijking met de methode op de Solvent Saver kolom met methanol als mobiele fase, die dezelfde interne diameter heeft, is het debiet verdubbeld terwijl de druk maar60 bar hoger is.Bijgevolg heeft dePoroshell kolomeen drukvermindering indien een gelijk debiet gebruikt wordt. Daarbij is de maximale druk op de kolom 100 bar hoger voor de Poroshell kolom in vergelijking met de Rapid Resolution kolom en de Solvent Saver kolom. Naast de positieve invloed op de drukvertonen de analysen bekomen met de Poroshell EC-C18 kolom scherpere pieken door de solid core partikels.Dit laat toe om met een hoger debiet een kortere analysetijd te verwezenlijken.

In tabel 23 wordt de vergelijking tussen de Poroshell EC-C18 kolom en de Rapid Resolution kolomweergegeven op vlak van resolutie en area%. De waarden voor beide kolommen zijn gemeten met methanol als mobiele fase.

Tabel 23Vergelijking resolutie en area% voor kolom Poroshell 120 SB-C18 met methanol als mobiele fase ten ................opzichte van de Rapid Resolution kolom met methanol en acetonitril als mobiele fasen.

Poroshell EC-C18 MeOH Rapid Resolution ACN Rapid Resolution MeOHNaam R Area% R Area% R Area%



S 17,12 0,04 22,58 0,04 23,91 0,05DEA-DEDTC 5,63 0,03 79,35 0,03 8,12 0,06

Uit de vergelijking, weergegeven in tabel 23, blijkt dat voor de Poroshell EC-C18 kolom de algemene resolutie verlaagt voor de pieken van de onzuiverheden in TETD met uitzondering van de TETM-piek en de TETTri-piek in vergelijking met de standaardmethode.

Bijkomend wordt de detectielimiet bepaald zoals beschreven werd in 4.3.1. De detectielimieten voor de kolom Poroshell 120 EC-C18 met methanol als mobiele fase, worden weergegeven in tabel 24.

Tabel 24Bepaling detectielimiet op de Poroshell 120 EC-C18 kolom met methanol als mobiele fase

TMTD (254nm) DEA-DEDTC (210nm)concentratie LOD (ppm) 0,027 concentratie LOD (ppm) 0,028concentratie LOQ (ppm) 0,089 concentratie LOQ (ppm) 0,092

De detectielimieten zijn vergelijkbaar met de detectieliemieten van de methode met de Rapid Resolution kolom met methanol als mobiele fase.

36

4.7 BESLUIT

Het doel van dit onderzoek is alternatieve mobiele fasen te testen zonder verlies aan resolutie. In het verleden zijn er problemen geweest met de levering van acetonitril en om deze problemen te vermijden is methanol of ethanol een betere keuze als mobiele fase.Dit wordt beduidend meer geproduceerd door verschillende producenten waardoor de levering meer zekerheid biedt. Daarbij is acetonitril duurder in vergelijking met methanol en ethanol.

In tabel 25 en 26 worden de vergelijkingen tussen de Poroshell SB-C18 kolom, de Poroshell EC-C18 kolom, de Solvent Saver en de Rapid Resolution kolomweergegeven op het vlak van resolutie en area%. Tabel 25 geeft de waardenweer met acetonitril als mobiele fase en tabel 26 geeft de waardenweer met methanol als mobiele fase.

Tabel 25Vergelijking resolutie, area%, analysetijd, LOD en solventgebruik voor de verschillende kolommen met ................acetonitril als mobiele fase

Rapid Resolution Solvent Saver Poroshell EC-C18R Area% R Area% R Area%



S 22,01 0,05 16,63 0,04 4,348 0,06DEA-DEDTC 79,41 0,03 33,47 0,06 22,078 0,02Analysetijd 32 min 32 min 14 min

LOD 254 nm 0,0205 ppm 0,0505 ppm 0,0434 ppmLOD 210 nm 0,0028 ppm 0,0179 ppm 0,0319 ppm

solventverbruik 19,23 ml 9,51 ml 3,62 ml

37

Tabel 26Vergelijking resolutie, area%, analysetijd, LOD en solventgebruik voor de verschillende kolommen met ................methanol als mobiele fase

Rapid Resolution Solvent Saver Poroshell SB-C18 Poroshell EC-C18R Area% R Area% R Area% R Area%

DMDETD 9,67 0,05 8,07 0,05 11,06 0,04 9,287 0,06

TETM 4,52 0,11 4,07 0,10 5,07 0,09 1,757 0,10

TETD 5,60 99,41 6,23 99,51 7,40 99,69 6,083 99,58

TETTri 0,63 0,09 7,92 0,05 9,18 0,05 7,468 0,06

TETTetra 13,18 0,03 11,78 0,04 19,72 0,02 1,116 0,04

TETPenta 13,54 0,01 6,83 0,01 15,56 0,01 1,823 0,01

TETHexa 13,06 0,01 9,75 0,01 13,59 0,00 4,801 0,01

S 23,91 0,05 19,26 0,06 2,00 0,04 17,117 0,04

DEA-DEDTC 8,12 0,06 56,68 0,07 8,95 0,01 5,629 0,03

Analysetijd 32 min 32 min 20 min 14 minLOD 254 nm 0,0157 ppm 0,0054 ppm 0,0058 ppm 0,0267 ppmLOD 210 nm 0,0231 ppm 0,0150 ppm 0,1618 ppm 0,0276 ppm

solventverbruik 22,47 ml 9,54 ml 25,63 ml 7,45 ml

De vertaling van de methodes naar andere kolommen en andere mobiele fasen verliep meestal moeizaam. Er zijn binnen de methodevertaling telkens onverwachte factoren opgedoken die de letterlijke vertaling verhinderde zoals solventpieken en geen aangepaste guardkolom. Daarom wordt de letterlijke gradiëntvertaling telkens als richtlijn gebruikt en wordt het gradiëntprogramma, vanuit de vertaling vertrekkend, experimenteel bepaald.

Wat betreft de keuze van mobiele fase geeft ethanol voor de bepaling van de onzuiverheden in TETD, geen reproduceerbare waarden waardoor methanol als enige alternatief voor acetonitril over blijft. Verder is de methode met de kortste analysetijd, de methode voor de Poroshell EC-C18 kolom. Aangezien de resoluties voor de pieken van alle onzuiverheden in TETDaanvaardbare resoluties geeft, kan deze methode gebruikt worden. Daarbij zijn de pieken van de onzuiverheden in TETD voor de methoden met beide Poroshell kolommen veel scherper in vergelijking met de Rapid Resolution en de Solvent Saver kolommen.

Wanneer de kost per analyse berekend wordt, is de analyse met de methode met de Poroshell EC-C18 kolom met methanol als mobiele fase 12 keer goedkoperop het gebied van verbruik van mobiele fase ten opzichte van de standaardmethode met de Rapid Resolution kolom met acetonitril als mobiele fase.

Na deze factoren inrekening te brengen, wordt besloten de methode met de Poroshell EC-C18 kolom met methanol als mobiele fase als alternatief voor de standaardmethode op de Rapid Resolution kolom met acetonitril als mobiele fase te kiezen. De validatie van deze methode wordt uitgevoerd en beschreven in punt 4.8. Het bijhorende chromatogram wordt weergegeven in figuur 10.

Figuur 10Chromatogram voor de kolom

4.8 VALIDATIE METHODE

Voor de validatie van de methode met defase methode wordt de lineariteit,

4.8.1 Lineariteit

Het lineair gebied van de TETDgebruikte staal is productiestaal 368.concentratiegebied ligt tussen 0,0005 m/m% en 0,1kalibratielijnen worden weergeven in bijlage

Figuur 11 Eerste kalibratielijn TETD

0

200,000,000

400,000,000

600,000,000

800,000,000

1,000,000,000

1,200,000,000

1,400,000,000

1,600,000,000

1,800,000,000

2,000,000,000

0.00 0.02

area

Chromatogram voor de kolom Poroshell EC-C18 met methanol als mobiele fase

VALIDATIE METHODE

methode met de Poroshell EC-C18 kolom met methanol als mobiele lineariteit, de juistheid, de stabiliteit en de robuustheid nagegaan.

Het lineair gebied van de TETD-piek wordt nagegaan aan de hand van 2 kalibratielijnen.ductiestaal 368. De staalvoorbereiding gebeurt volgens punt 4.3.1.

concentratiegebied ligt tussen 0,0005 m/m% en 0,1000 m/m%. De waarden van de weergeven in bijlagen 1 en 2.

TETD-piek

y = 2E+10x + 5E+06R² = 0.998

0.04 0.06 0.08 0.10

m/m%

38

C18 kolom met methanol als mobiele robuustheid nagegaan.

nagegaan aan de hand van 2 kalibratielijnen. Het De staalvoorbereiding gebeurt volgens punt 4.3.1. Het

De waarden van de

0.12

39

Figuur 12 Tweede kalibratielijn TETD-piek

Uit figuren 11 en 12 kan worden afgeleid dat het lineair gebied van de TETD-piek tussen 0,025 en 0,075 m/m% ligt. Om de TETD-piek binnen de detectiegrenzen te krijgen, wordt het injectievolume verlaagd naar 1 µl. Aangezien de bepaling van de TETD-piek met de standaardmethode met een verminderd injectievolume gebeurt, wordt dit ook toegepast bij devalidatie. In plaats van 4µl te injecteren wordt er 1µl geïnjecteerd.

4.8.2 Precisie

De precisie wordt nagegaan door 10 verschillende oplossingen te injecteren van telkens vers bereide monstervoorbereidingen voor de onzuiverheden in TETD en TETD met een verminderd injectievolume voor productiestaal 368. Deze reeks wordt herhaald voor een ander productiestaal, namelijk productiestaal 367.Op deze metingen wordt het gemiddelde (x�), de standaardafwijking (ŝ) en de relatieve standaardafwijking (RSD) berekend en weergegeven in tabel 27. De individuele meetwaarden worden weergegeven in bijlagen 3 en 4.


y = 2E+10x + 5E+06R² = 0.999

0

200,000,000

400,000,000

600,000,000

800,000,000

1,000,000,000

1,200,000,000

1,400,000,000

1,600,000,000

1,800,000,000

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12

area

m/m%

40

Tabel27Validatie juistheid productiestaal 368 en productiestaal 367 op de Poroshell EC-C18 kolom met .................methanol als mobiele fase

Productiestaal 368 Productiestaal 367Naam x�

area/(m/m%)ŝ RSD

%x�

area/(m/m%)ŝ RSD

%DMDETD 9494821 136524 1,44 7364564 1752213 23,79

TETM 15315685 438835 2,87 16629448 971098 5,84TETTri 9941650 134468 1,35 10050893 238688 2,37

TETTetra 6368025 259796 4,08 6406574 509495 7,95TETPenta 2363242 87814 3,72 2228101 105794 4,75TETHexa 1235592 59654 4,83 977683 67637 6,92

S 7129158 137720 1,93 7164009 306396 4,28DEA-DEDTC 4456083 547672 12,29 4100902 641741 15,65

TETD 4465511562 18248125 0,41 4511947867 37950312 0,84

Omdat productiestaal 367 een grotere spreiding vertoont ten opzichte van productiestaal 368,worden 14 injecties van telkens vers bereide monstervoorbereidingen voor de onzuiverheden in TETD van productiestaal 367 geanalyseerd.

Uit de vergelijking van tabellen 27 en 28 wordt besloten dat de waarden van productiestaal 368 beduidend consistenter zijn in vergelijking met de waarden van productiestaal 367, vooral voor de DMDETD-piek. Andere productiestalen werden gecontroleerd ter bevestiging.Nadat de waarden bleven afwijken, werd de prekolom vervangen waarna terug constistente waarden werden verkregen.

4.8.3 Stabiliteit

Uit reeds eerder uitgevoerde vergelijkingen in punt4.3.2.3, blijkt dat de onzuiverheden in TETD niet allemaal stabiel zijn doordat de piekoppervlakten veranderen in functie van de tijd. De stabiliteit van TETD wordt bepaald door eenzelfde monstervoorbereiding van productiestaal 368 10 maal na elkaar te injecteren met een 1µl injectie. Op deze metingen wordt het gemiddelde ( x� ), de standaardafwijking (ŝ) en de relatieve standaardafwijking (RSD) berekend en weergegeven in tabel 28. De individuele meetwaarden worden weergegeven in bijlage 5.


Tabel 28 Stabiliteit TETD

Naam x�area/(m/m%)

ŝ RSD%

TETD 4471512113 5391779 0,12

41

De relatieve standaardafwijking bedraagt 0,12% en is lager in vergelijking met de juistheid van TETD, berekend in punt 4.8.2. Hieruit wordt besloten dat de TETD stabiel is. De stabiliteit is vooral te wijten aan de hoge zuiverheid van het productiestaal. Eerder is aangetoond dat de onzuiverheden in TETD niet stabiel zijn. De vorming en afbraak van de onzuiverheden zal invloed hebben op de TETD-piek, maar aangezien de onzuiverheden in TETD in lage hoeveelheid aanwezig zijn, zal de invloed hiervan niet te merken zijn op de TETD-piek.

4.8.4 Robuustheid

Om de robuustheid van de methode na te gaan worden er 4 verschillende invloeden getest, namelijk de kolomtemperatuur, de injectiekoeling,de carry-over en de solventkwaliteit.

Voor de bepalingen van de robuustheid wordt telkens het productiestaal 368 gebruikt met de staalvoorbereiding beschreven zoals in punt 4.3.1.

4.8.4.1 Kolomtemperatuur

De invloed van de kolomtemperatuur wordt nagegaan door de kolomtemperatuurregelaar uit te schakelen en vervolgens 6 verse staalvoorbereidingen te injecteren. De resultaten en de vergelijking van de methode wordt weergegeven in tabel29.

Tabel 29 Vergelijking invloed kolom temperatuurregeling

Zonder temperatuurregeling Met temperatuurregelingNaam x̄

area/(m/m%)ŝ RSD

%x̄

area/(m/m%)ŝ RSD

%DMDETD 10409326 292563 2,81 9494821 136524 1,44

TETM 16246224 329228 2,03 15315685 438835 2,87TETTri 10399049 219603 2,11 9941650 134468 1,35


S 7603914 212351 2,79 7129158 137720 1,93DEA-DEDTC 4162877 695591 16,71 4456083 547672 12,29

Uit de vergelijking tussen de methoden, weergegeven in tabel 29, blijkt dat de regeling van de kolomtemperatuur over het algemeen een negatieve invloedheeft op de pieken. Dit heeft vooral een invloed op de TETTetra-piek en de DEA-DEDTC- piek.

4.8.4.2 Injectiekoeling

Bij de meeste vloeistofchromatografen, die in gebruik zijn binnen Taminco, kan de autosampler niet gekoeld worden. De gebruikte vloeistofchromatograaf LC204 heeft wel de mogelijkheid om de autosampler te koelen. Voor deze robuustheidbepaling wordt de autosampler gekoeld tot 10°C. De monstervoorbereiding verblijft een half uur in de autosampler alvorens het geïnjecteerd wordt zodat de monstervoorbereiding gekoeld wordt.De resultaten en de vergelijking van de methode worden weergegeven in tabel 30.

42

Tabel 30Vergelijking invloed injectiekoeling

Met injectiekoeling Zonder injectiekoelingNaam x�

area/(m/m%)ŝ RSD

%x�

area/(m/m%)ŝ RSD

%DMDETD 9490123 225484 2,38 9494821 136524 1,44

TETM 14625466 160253 1,10 15315685 438835 2,87TETTri 9802613 158842 1,62 9941650 134468 1,35


S 7195469 125960 1,75 7129158 137720 1,93DEA-DEDTC 5771328 414741 7,19 4456083 547672 12,29

Uit de vergelijking tussen de methoden, weergegeven in tabel 30, blijkt dat de injectiekoeling over het algemeen een positieve invloed heeft op de pieken. De onzuiverheden in TETD zijn normaal gezien niet stabiel maar door de autosampler te koelen is de relatieve standaardafwijking zelfs lager dan wanneer er direct geïnjecteerd wordt zonder de autosampler te koelen. De stabiliteit wordt verder gecontroleerd door eenzelfde monstervoorbereiding gekoeld in de autosampler, 10 keer te injecteren na elkaar. De resultaten worden weergegeven in tabel 31.

Tabel 31 Stabiliteitstest met injectiekoeling

Naam x�area/(m/m%)

ŝ RSD%

DMDETD 9333510 70287 0,75TETM 14268298 364718 2,56TETTri 9928054 137170 1,38

TETTetra 5681698 139264 2,45TETPenta 2039519 31049 1,52TETHexa 892098 42393 4,75

S 6933658 144764 2,09DEA-DEDTC 6655840 868466 13,05

Uit de resultaten, weergegeven in tabel 31, blijkt dat door de autosampler te koelen de onzuiverheden in TETD wel stabiel blijven met uitzondering van de DEA-DEDTC-piek die bij elke injectie stijgt in piekoppervlakte.

4.8.4.3 Carry-over

Om carry-over te vermijden bij de bepaling van de onzuiverheden in TETD, wordt de injectienaald 12 seconden gespoeld bij elke injectie en wordt het injectiekanaal gespoeld. Om de invloed hiervan na te gaan worden deze functies afgezet en de resultaten wordenweergegeven in tabel 32.

43

Tabel 32Vergelijking invloed carry-over

Zonder spoeling Met spoelingNaam x�

area/(m/m%)ŝ RSD

%x�

area/(m/m%)ŝ RSD

%DMDETD 6845840 359983 5,26 9494821 136524 1,44

TETM 13933400 224463 1,61 15315685 438835 2,87TETTri 8381527 152112 1,81 9941650 134468 1,35


S 6742966 41702 0,62 7129158 137720 1,93DEA-DEDTC 2674720 439090 16,42 4456083 547672 12,29

Uit de vergelijking tussen de methoden, weergegeven in tabel 32, blijkt dat de carry-over een negatieve invloed heeft op de onzuiverheden in TETD. Dit is vooral te merken aan de TEThexa-piek. Het gemiddelde van de onzuiverheden in TETD ligt beduidend lager wanneer er niet gespoeld wordt. De carry over heeft vooral effect op de TETD-piek waardoor de onzuiverheden in TETD minder gedetecteerd worden.

4.8.4.4 Solventkwaliteit

Voor de staalvoorbereiding wordt methanol van HPLC kwaliteit gebruikt als solvent voor TETD. In de robuustheidbepaling wordt nagegaan of er methanol van minderwaardige productiekwaliteit gebruikt kan worden als solvent. Er worden 6 injecties van verschillende staalvoorbereidingen met methanol van productiekwaliteit geïnjecteerd en geanalyseerd. Voor elk van deze analysen was de DEA-DEDTC-piek bij een golflengte van 210 nmniet integreerbaar, terwijl de andere onzuiverheden wel normaal integreerbaar zijn bij een golflengte van 254 nm. Bijgevolg kan de methanol van productiekwaliteit niet gebruikt worden voor de staalvoorbereiding van TETD.

4.8.5 Besluit

Uit de opgestelde kalibratielijnen kan het lineair gebied afgeleid worden tussen 0,025 m/m% en 0,075 m/m%.

Uit de verschillende methoden voor de robuustheidbepaling blijkt dat enkel de koeling van de autosampler een positieve invloed heeft. De andere geteste veranderingen in parameters zorgen voor afbraak aan de juistheid van de methode.

44

5 RESULTATEN GASCHROMATOGRAFIE

5.1 DOEL

Helium is een duur draaggas, het is afhankelijk van externe levering. Het doel van dit project is waterstofgas en stikstofgas, als alternatief voor helium, als draaggas toe te passen. Hierbij moet in vergelijking de resolutie aanvaardbaar blijven. Waterstofgas en stikstofgas kunnen beide ter plaatse aangemaakt worden met generatoren. Dit vermindert de kostprijs drastisch en elimineert de afhankelijkheid van externe levering. Verder worden de kolomdimensies verkleind ter verkorting van de analysetijd.

De optimalisatie van het draaggas zal gebeuren op de methode van de bepaling van onzuiverherden in DIMLA. De optimalisatie van de kolomdimensies zal gebeuren op de methode van de bepaling van de onzuiverheden in NMP.

5.2 OPTIMALISATIE MOBIELE FASE

5.2.1 Bereiding DIMLA en onzuiverheden

In Taminco wordt DIMLA geproduceerd. DIMLA staat voor dimethyllaurylamine maar is een mengsel van 69% dimethyllaurylamine, 25%dimethylmyristilamine en 6%andereketenlengtes.Het is een tertiair vetamine. De productie van DIMLAgebeurt in 3 stappen:de dehydrogenatie, de reactie met dimethylamine (DMA) en de hydrogenatie.

Radianol en dimethylamine (DMA) zijn de grondstoffen. Radianol is een mengsel van verschillende primaire alcoholen met ketenlengtes, variërend van C8 tot C18. Na de reactie komen nog enkele zuiveringsstappen. Productiestaal E507 wordt genomen voor destillatie waardoor het meer onzuiverheden bevat. Een van de belangrijkste nevenproducten die in het eindstaal overblijven, zijn de monomethylalkylamines (AMAs).

5.2.2 Standaardmethode met helium als draaggas

5.2.2.1 Parameters

De gaschromatograaf GC26, weergegeven in figuur 13, is een Agilent 6890N Network gaschromatograaf met een split/splitless inlet (G1530A), een injector (7683 series injector), een autosampler (G2613) en een vlamionisatie detector (FID).

45

Figuur 13 GC 26 in het labo QC

De methode met helium als draaggas wordt als referentiemethode gebruikt. Deze methode is niet gevalideerd en wordt als standaardmethode aangenomen. Er wordt geen statistiek ter validatie uitgevoerd en er wordt enkel aandacht besteed aan de resoluties en de analysetijd.Het gebruikte staal is productiestaal E507. De parameters voor de standaardmethode, met helium als draaggas, worden weergegeven in tabel 33.

Tabel 33Parameters voor de standaardmethode met He als draaggas

Kolom Agilent HP-PONA 19091S-001 50 m x 0,200 mm, 0,50 µm

Injectietemperatuur 280 °C

Draaggas Helium

Temperatuursprogramma

Ttoename Tgewenst tiso ttotaal

°C/min °C min min

/ 150 3 3

6 180 0 8

3 230 0 24,7

6 280 20 53

Debiet 1,3 ml/min


Splitverhouding 1:50

Detectie FID / Temperatuur: 280°C

5.2.2.2 Staalvoorbereiding

Productiestaal E507 wordt 20maal verdund in hexaan. met behulp van de autosampler volgens de methodestaalvoorbereiding wordt toegepast opchromatogram verkregen zoals

Figuur 14Scheidingen DIMLA volgens de

Op basis van de resolutie van de scheidingen tussen C12 AMA/C14 – ADMA zal de hanteerbaarheid van de methode bepaald worden.scheidingen worden in de methode d

5.2.3 Vergelijking methoden met waterstofgas als

5.2.3.1 Vertaling tussen de

Elke gas veroorzaakt een druk, Daarom zal bij eenzelfde debietvan het draaggas is bijgevolg bepalend voor de dode tijd van de kolom.gemeten worden door een niet weerhouden component zoalsdode tijd en de kolomlengte gekend zijnkolomlengte te delen door de dode tijd. Om een methode te vertalen naar een ander draaggas,wordt de lineaire gassnelheid constant gehouden door het debiet aan te passen. Dit kan berekend worden met behulp van kunnen getest worden door de lineaire gassnelheid na te gaan bij het verkregen debietdode tijd te bepalen en te delen door de kolomlengtewordt een stukje van de kolom gesneden om lengte van de kolom gewijzigd en experimenteel bepaald is, kan het monster geanalyseerd worden. De chromatogrammen van de methoden met de verschillende draaggassen zijn theoretisch identiekretentietijden.

Staalvoorbereiding

Productiestaal E507 wordt 20maal verdund in hexaan. Vervolgens wordt 1 µl geïnjecteerd met behulp van de autosampler volgens de methode, beschreven in tabel 33.Deze staalvoorbereiding wordt toegepast op dete bepalen methoden. Na injectie wordt een chromatogram verkregen zoals wordt weergegeven in figuur 14.

volgens de standaardmethode met helium als draaggas

Op basis van de resolutie van de scheidingen tussen C12 – AMA/C12 – ADMA en C14 zal de hanteerbaarheid van de methode bepaald worden.

worden in de methode de kritieke scheidingen genoemd.

methoden met waterstofgas als draaggas

de verschillende draaggassen

Elke gas veroorzaakt een druk, welke afhankelijk is van de massadichtheid van het gas. Daarom zal bij eenzelfde debiet, elk draaggas een verschillende druk veroorzaken. De druk van het draaggas is bijgevolg bepalend voor de dode tijd van de kolom. De dode tijd kan

niet weerhouden component zoals methaan te injecteren. Eens de dode tijd en de kolomlengte gekend zijn, kan de lineaire gassnelheid berekend worden door de kolomlengte te delen door de dode tijd. Om een methode te vertalen naar een ander

lineaire gassnelheid constant gehouden door het debiet aan te passen. Dit kan berekend worden met behulp van de software. De waarden, verkregen met de software

de lineaire gassnelheid na te gaan bij het verkregen debieten te delen door de kolomlengte. Wanneer een kolom gemonteerd wordt

een stukje van de kolom gesneden om contaminatie te voorkomen. Hierdoor is de lengte van de kolom gewijzigd en bij gevolg ook de dode tijd. Eenmaal het juiste

kan het monster geanalyseerd worden. De chromatogrammen van de verschillende draaggassen zijn theoretisch identiek op vlak van

46

1 µl geïnjecteerd Deze

Na injectie wordt een

ADMA en C14 –Deze

van de massadichtheid van het gas. elk draaggas een verschillende druk veroorzaken. De druk

De dode tijd kan methaan te injecteren. Eens de

kan de lineaire gassnelheid berekend worden door de kolomlengte te delen door de dode tijd. Om een methode te vertalen naar een ander

lineaire gassnelheid constant gehouden door het debiet aan te passen. Dit verkregen met de software,

de lineaire gassnelheid na te gaan bij het verkregen debiet, door demonteerd wordt,

te voorkomen. Hierdoor is de Eenmaal het juiste debiet

kan het monster geanalyseerd worden. De chromatogrammen van op vlak van

47

De resolutie zal verschillen door het gebruikte draaggas. Bij de vertaling van de methode zal de lineaire gassnelheid niet automatisch binnen het gebied van de optimale gassnelheid vallen. Daarbij verschilt het gebied van de optimale gassnelheid per draaggas. Dit verband wordt weergegeven in figuur 7.

5.2.3.2 Verkorting analysetijd

Het debiet wordt verhoogd waardoor de lineaire gassnelheid verhoogt. De aangepaste lineaire gassnelheid wordt experimenteel bepaald door de dode tijd te meten met methaan. Vervolgens wordt het temperatuursprogramma aangepast met behulp van de vergelijkingen 9 en 10.

5.2.3.3 Vergelijking waterstofgas als draaggas

Enkel het debiet en bijgevolg het temperatuursprogrammawordt aangepast bij de verschillende methoden met waterstofgas als draaggas.De resulterende chromatogrammenzijnbij benadering identiek aan het chromatogram van de standaardmethode weergegeven in figuur 15.

De verschillende debieten en temperatuursprogramma’s voor de verschillende methoden met waterstofgas als draaggas worden weergegeven in tabel 34. Per temperatuursprogramma wordt de gewenste temperatuur weergegeven als Tset.

Tabel 34Debiet en temperatuursprogrammavan de verschillende methoden met waterstofgas als draaggas

Methode 1 Methode 2 Methode 3

Debiet 0,8 ml/min Debiet 1,3 ml/min Debiet 1,0 ml/min

Ttoename Tset tiso ttotaal Ttoename Tset tiso ttotaal Ttoename Tset tiso ttotaal

°C/min °C min min °C/min °C min min °C/min °C min min

/ 150 3 3 / 150 2,2 2,2 / 150 2,5 2,5

6 180 0 8 8,3 180 0 5,8 7,1 180 0 6,7

3 230 0 24,7 4,1 230 0 18 3,6 230 0 20,7

6 280 20 53 8,3 280 12,8 38,5 7,1 280 16,8 44,6

Methode 1, weergegeven in tabel 34, is de vertaling van helium als draaggas naar waterstofgas als draaggas. De resoluties van de kritieke scheidingen zijn vergelijkbaar met de standaardmethode met helium als draaggas. Methode 2 vertegenwoordigt het maximale debiet haalbaar op het gebruikte toestel met waterstof als draaggas. Deze methode is 14 minuten korter ten opzichte van de standaardmethode beschreven in 5.3.1.Een hoger debiet kan gebruikt worden om kortere analysetijden te verkrijgen met aanvaardbare resolutie maar met de huidige apparatuur kan de druk van het waterstofgas voor het debiet bij maximale temperatuur niet worden bereikt. Dit komt omdat waterstofgas met een generator aangemaakt wordt en de generator kan slechts een beperkte druk leveren. Indien flessen waterstofgas gebruikt worden, kan de druk nog verhoogd worden. Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de druk nodig om hetzelfde debiet aan te houden. Methode 3 werd berekend met deGC Method Translation van HP (MXLATOR 2.0.0.0 Copyright © 1995-1998 Hewlett-Packard Co.) en in de instellingen wordt optimale resolutie gekozen als methodevertaling.

48

5.2.4 Vergelijking methoden met stikstofgas als draaggas

5.2.4.1 Vertaling van de methode

De methode wordt op dezelfde manier vertaald als wanneer waterstofgas als draaggas gebruiktwordt. Vertrekkende van de standaardmethode met helium als draaggas wordthet debiet vertaald naar 1,3 ml/min indien stikstofgas als mobiele fase gebruikt wordt. Verder wordt gekeken naar de verbetering van de resolutie door verlaging van de lineaire gassnelheid en met een aanpassing van het debiet als gevolg.

Tabel 35Debiet en temperatuursprogramma van de verschillende methoden met stikstofgas als draaggas





/ 150 3 3 / 150 4,3 4,3 / 150 7,4 7,4

6 180 0 8 4,2 180 0 11,4 2,4 180 0 19,9

3 230 0 24,7 2,1 230 0 35,3 1,2 230 0 61,6

6 280 19,9 52,9 4,2 280 28,7 75,9 2,4 280 49,1 131,5

De analysetijd van methode 4, weergegeven in tabel 35, is gelijk aan de standaardmethode met helium als draaggas maar de resoluties van de kritieke scheidingen zijn beduidend slechter. Dit kan verklaard worden omdat de optimale lineaire gassnelheid van stikstofgas als draaggas op de Van Deemtercurve lager ligt in vergelijking met helium en waterstofgas. Hierdoor is de vertaalde methode niet geschikt als alternatieve methode en moet het debiet verlaagd worden. De analysetijd van methode 5 is ten opzichte van de standaardmethode met helium als draaggas verlengd met 20 minuten. De resolutie is ook lager in vergelijking met de standaardmethode en het chromatogram vertoont minder goede scheidingen. De analysetijd van methode 6 bedraagt 131,5 minuten.Dit is 2,5 keer langer in vergelijking met de standaardmethode met helium als draaggas maarde resolutie is vergelijkbaar met als gevolg dat de kritieke scheidingen in het chromatogram vergelijkbaar zijn.

5.2.5 Besluit

In tabel 36 worden de verschillende methoden met elkaar vergeleken op basis van hetdraaggas, de analysetijd en de resolutie voor de kritieke scheidingen van C12 en C14.

49

Tabel 36Vergelijking methoden DIMLA op basis van draaggas, analysetijd en resolutie

Parameters Methode

Standaard 1 2 3 4 5 6

Draaggas He H2 H2 H2 N2 N2 N2

Analysetijd 53 min 53 min 39 min 45 min 53 min 76 min 132 minRC12 2,32 2,37 2,25 2,39 1,78 2 2,26RC14 2,42 2,62 2,57 2,56 1,74 2,14 2,51

Op basis van de Van Deemtercurve voor de verschillende draaggassen, weergegeven in figuur 7, kan besloten worden dat stikstofgas als draaggas goede resoluties kan behalen ten koste van de analysetijd. Dit theoretisch besluit komt overeen met de resultaten. Aangezien de analysetijd van stikstof te lang wordt, is stikstofgas geen bruikbaar alternatief voor deze analyse.

Volgens de Van Deemtertheorie zou waterstofgas vergelijkbare resoluties kunnen behalen aan een hogere lineaire gassnelheid, wat in overeenstemming is met de resultaten. De resoluties van methode 2 zijn aanvaardbaaren methode 2 heeft de kortste analysetijd, namelijk 14minuten korter in vergelijking met de standaardmethode met helium als draaggas. Het toestel kan de druk in de huidige omstandigheden aan. Indien een ander toestel gebruikt wordt of de maximale druk van de toevoer van waterstofgas aangepast wordt, kan de methode nog versneld worden. Een methode met waterstofgas als draaggas en een debiet van 1,6 ml/min geeft aanvaardbare resoluties voor de kritieke scheidingen maar kon het temperatuursprogramma niet afwerkenomdat de druk nodig voor het behouden van het debiet niet gehaald kon worden. Deze methode werd daarom niet opgenomen in de uiteindelijke resultaten maar wijzen wel op de mogelijkheid om de analysetijd te verkorten door het debiet te verhogen.

De methodevertaling van helium naar waterstofgas als mobiele fase kan snel en eenvoudig gebeuren met theoretische berekingen. De scheidingen van de methoden met waterstofgas als mobiele fase zijn minstens even goed en het debiet kan verhoogd worden om de analysetijd te verkorten zonder veel verlies aan resolutie. Uit de resultaten kan besloten worden dat de gebruikte vertaalmethode en de gebruikte vertaalsoftware toepasbaar zijn voor de vertalingvan het temperatuursprogramma door wijziging van het draaggas en het debiet.

5.3 OPTIMALISATIE KOLOMDIMENSIES

5.3.1 Bereiding NMP en onzuiverheden

In Taminco wordt NMP bereid. NMP is een afkorting voor N-methylpyrrolidone. Het is een heldere kleurloze vloeistof dat brandbaar is en mengbaar met water en de meeste organische oplosmiddelen. Het wordt bereid uit de amidatiereactie van butyrolacton (BLO) met monomethylamine (MMA). Als inwendige standaard wordt N-octylpyrrolidone (NOP) gebruikt omdat de structuur gelijkaardig is, het verschil is de koolstofgroep op pyrrolidone namelijk een octylgroep in plaats van een methylgroep.

50

5.3.2 Standaardmethode metRtx®-VolatileAmine kolom

5.3.2.1 Parameters

De gaschromatograaf GC101, weergegeven in figuur 15, is een Agilent 6890 seriesgaschromatograaf met een split/splitless inlet (G1540A), een injector (7683B series injector), een autosamplercontroler (G2912) en een vlamionisatie detector (FID).

Figuur 15 GC101in het labo R&D

De methode met de standaardkolom is reeds gevalideerd en wordt als referentie gebruikt. Door kleinere kolomdimensies te gebruiken, kan de analysetijd verkort worden. De gebruikte kolommen hebben steeds hetzelfde type stationaire fase, enkel de kolomlengte, de inwendige diameter en de filmdikte zijn aangepast. Met behulp van de software GC Method Translation van HP (MXLATOR 2.0.0.0 Copyright © 1995-1998 Hewlett-Packard Co.) kan de methode vertaald worden zodat de elutievolgorde behouden blijft en de pieken bij dezelfde temperatuur van de kolom elueren.De parameters voor de standaardmethode worden weergegeven in tabel37.

Tabel37Parameters voor de standaardmethode met

Kolom

Kolomdimensies

Injectietemperatuur

Draaggas

Temperatuursprogramma

Debiet

Injectie volume

Splitverhouding

Detectie

5.3.2.2 Staalvoorbereiding

De staalvoorbereiding bestaat erin 10g NMP af te wegen tot op 0,1mg nauwkeurig en vervolgens 0,1g inwendige standaard Nhomogenisatie wordt 1µl geïnjecteerd in het toestel GC101 met behulp van de autosampler volgens de methode beschreven in tabel onzuiverheden in NMP, wordt weergegeven in figuur 1

Figuur 16Scheidingen onzuiverheden in NMP

Parameters voor de standaardmethode met de Rtx®-VolatileAmine kolom

Rtx®-VolatileAmine

60 m x 0,320 mm, 5 µm

250 °C

Waterstofgas

Ttoename Tgewenst tiso ttotaal

°C/min °C min min

/ 80 3 3

20 250 20 31,5

2 ml/min

1,00 µl

1:30

FID / Temperatuur: 250 °C

Staalvoorbereiding

staalvoorbereiding bestaat erin 10g NMP af te wegen tot op 0,1mg nauwkeurig en vervolgens 0,1g inwendige standaard N-octylpyrrolidone (NOP) toe te voegen. Na

µl geïnjecteerd in het toestel GC101 met behulp van de autosampler e methode beschreven in tabel 37. Het chromatogram, voor de bepaling van de

, wordt weergegeven in figuur 16.

onzuiverheden in NMP volgens de standaardmethode met Rtx®-VolatileAmine

51

staalvoorbereiding bestaat erin 10g NMP af te wegen tot op 0,1mg nauwkeurig en octylpyrrolidone (NOP) toe te voegen. Na

µl geïnjecteerd in het toestel GC101 met behulp van de autosampler . Het chromatogram, voor de bepaling van de

VolatileAmine kolom

52

5.3.3 Vergelijking methoden met alternatieve kolommen

De parameters voor de alternatieve kolommen worden weergegeven in tabel 38.

Tabel38Parameters voor de methoden met de alternatieve kolommen

Kolom CP-VOLAMINE CP-SIL 5CB

Kolomdimensies 50 m x 0,250 mm, 2,7 µm 25 m x 0,150 mm, 2 µm

Injectietemperatuur 250 °C 250 °C

Draaggas Waterstofgas Waterstofgas

Injectie volume 1,00 µl 0,20 µl

Splitverhouding 1:90 1:75

Detectie FID / Temperatuur: 250 °C FID / Temperatuur: 250 °C

Er worden 3 methoden met de CP-VOLAMINE kolom uitgevoerd. Methode 1 is de vertaling van de standaardmethode. Methode 2 is de methode met maximaal debiet en met gevolg kortste analysetijd. Methode 3 is de methode met de hoogste resolutie. Het debiet en het temperatuursprogramma van de verschillende methoden met CP-VOLAMINE kolom worden weergegeven in tabel 39.

Tabel39Debiet en temperatuursprogramma van de verschillende methoden met de CP-VOLAMINE kolom





/ 80 2,3 2,3 / 80 1,2 1,2 / 80 2,8 2,8

18,4 250 15 26,5 51,9 250 7,7 11,2 15 250 18,5 32,6

Dezelfde 3 methodenvertalingen worden uitgevoerd met de CP-SIL 5CB kolom. Het debiet en het temperatuursprogramma van de verschillende methoden met CP-SIL 5CBkolomworden weergegeven in tabel 40.

Tabel 40Debiet en temperatuursprogramma van de verschillende methoden met de CP-SIL 5CB kolom





/ 80 0,8 0,8 / 80 0,6 0,6 / 80 1,4 1,4

74,7 250 5,4 8,5 105,2 250 3,8 6 43,9 250 9,1 14,4

53

5.3.4 Besluit

In tabel 41 worden de verschillende methoden voor de bepaling van de onzuiverheden in NMP vergeleken op basis van de resoluties.

Tabel 41Vergelijking methoden onzuiverheden in NMP op basis van de resoluties

Pieken Resoluties Methode

Standaard 1 2 3 4 5 6BLO 11,90 63,71 40,84 31,87 18,59 34,50 39,39

BDIOL 2,86 5,90 3,64 6,09 2,88 0 3,39

NMBA 0,84 1,44 0,53 1,72 1,21 0 1,29

NMP 4,28 6,51 5,61 4,45 6,76 3,83 3,89

MSUC 1,93 1,72 1,50 1,82 1,17 1,07 1,58

MeNMP 2,93 4,47 2,97 4,46 2,76 2,75 2,72HBA 2,50 6,42 1,02 6,49 2,45 4,34 7,39

NOP 51,95 91,27 67,80 92,03 17,14 39,28 17,07

Uit de resoluties, weergegeven in tabel 41, blijkt dat uit de vertaalde methoden, methode 1 en methode 4, telkens vergelijkbare of betere resoluties behalen in vergelijking met de standaardmethode met uitzondering van de MSUC-piek. Deze verbetering in resoluties is te wijten aan de onvolledige vertaling van het debiet. Aangezien het debiet maar tot 0,1 ml/min nauwkeurig kan worden geregeld, moet het voorgestelde debiet voor de vertaling aangepast worden door af te ronden. In het geval van methode 1 en methode 4 is telkens naar onder afgerond. Het temperatuursprogramma is vervolgens herberekend naar het aangepaste debiet waardoor de vertaling niet perfect kan worden gerealiseerd. Verder kan besloten worden voormethode 2,met maximaal debiet, dat de pieken nog steeds gescheiden worden met beperkt verlies aan resolutie voor enkele slecht gescheiden onzuiverheden. Methode 5, die het maximale debiet op de CP-SIL 5CB kolom hanteert, geeft geen scheiding voor sommige pieken met als gevolg dat methode 5 niet gebruikt kan worden. Methode 3 en methode 6 verkrijgen de beste resoluties voor respectievelijk de CP-VOLAMINE kolom en de CP-SIL 5CB kolom. Aangezien de vertaalde methode met kortere analysetijden aanvaardbare scheidingen voor alle onzuiverheden behaald, is de verbetering in resolutie niet noodzakelijk. Aangezien methode 4 de kortste analysetijd heeft waarbij de scheiding nog voldoet, inclusief de MSUC-piek met een lagere resolutie ten opzichte van de standaardmethode, wordt methode 4 als optimale methode gekozen. Een tweede besluit is dat de vertalingsoftware GC Method Translation van HP betrouwbaar is voor het vertalen van kolomdimensies en het verhogen of het verlagen van het debiet.

54

6 ALGEMEEN BESLUIT

De methodevertalingen van zowel het onderdeel vloeistofchromatografie als het onderdeel gaschromatografie zijn geslaagd.

De methode voor het onderdeel vloeistofchromatografie is gevalideerd en is de eerste methode binnen Taminco waarbij een solid core kolom gebruikt wordt. De pieken van de onzuiverheden in TETD zijn beduidend scherper in vergelijking met de standaardmethode.Daarbij is het verbruik van de mobiele fase per analyse 12 keer goedkoper met de nieuwe methode met de Poroshell EC-C18 kolom met methanol als mobiele fase ten opzichte van de standaardmethode. Aangezien in vloeistofchromatografie meer verschillende factoren een invloed hebben op de vertaling van de methode in vergelijking met gaschromatografie, was de methodevertaling moeilijker. De methodenwerden vooral experimenteel bepaald wat veel tijd in beslag nam.

De methodevertalingen voor het onderdeel gaschromatografie werden eenvoudig toegepast. De kolomlengte was de enige factor waardoor de letterlijke methodevertaling niet altijd kon toegepast worden, maar dit kan makkelijk wordennagegaan door een niet weerhouden component zoals methaan te injecteren en de dode tijd hiervan te bepalen. Aangezien geen validatie moest uitgevoerd worden op de methoden voor gaschromatografie, heeft dit onderdeel beduidend minder tijd in beslag genomen in vergelijking met het onderdeel vloeistofchromatografie. De optimale methode voor de bepaling van DIMLA en onzuiverheden is methode 2 met waterstofgas als draaggas en een debiet van 1,3 ml/min. Methode 2 verkort de analysetijd met 25 minuten zonder merkbaar verlies in resolutie. De uiteindelijke methode voor de bepaling van de onzuiverheden in NMP is methode 4 waarbij de analysetijd 23 minuten korter is en de scheiding in vergelijking met de standaardmethode, is beter voor alle pieken buiten de MSUC-piek. Methode 4 gebruikt de CP-CIL 5CB kolom aan een debiet van 0,9 ml/min. Verder kan besloten worden dat de vertalingsoftware GC Method Translation van HP (MXLATOR 2.0.0.0 Copyright © 1995-1998 Hewlett-Packard Co.) betrouwbaar is.

55

7 LITERATUURLIJST

1) CHROMPACK INTERNATIONAL B.V., Kursus principes en praktijk van de modern HPLC, Middelburg, 1994, 112 pagina’s

2) DEMEYERE P., Instrumentele analysen: chromatografie, cursus, Gent, KaHo St-Lieven, 2008, 62 pagina’s.

3) RESEARCH INSTITUTE FOR CHROMATOGRAPHY, Liquid chromatography:Green chromatography, infosessie, Gent, Taminco, 2 februari 2013, 45 pagina’s

4) RESEARCH INSTITUTE FOR CHROMATOGRAPHY, Resolution Optimisation in CGC, infosessie, Gent, Taminco, 12 maart 2013, 35 pagina’s

5) C&EN, Converting Helium Carrier Gas GC methods to Nitrogen and Hydrogen, webinar, 12 februari 2013

6) THERMO SCIENTIFIC, An Objective Comparison of Solid Core HPLC Column Performance, webinar, 26 februari 2013

7) INTERNET, http://www.shimadzu.com/an/hplc/support/lib/lctalk/35/35lab.html8) INTERNET,http://www.chem.agilent.com/Library/slidepresentation/Public/Convertin

g%20Helium%20Carrier%20Gas%20GC%20Methods%20to%20Nitrogen%20and%20Hydrogen.pdf

9) INTERNET, http://www.chem.agilent.com/Library/eseminars/Public/carrier%20gas.pdf

10) INTERNET, http://www.waters.com/webassets/cms/library/docs/720002064en.pdf11) INTERNET, http://www.chem.agilent.com/Library/applications/5990-5602EN.pdf12) INTERNET, http://www.chem.agilent.com/Library/datasheets/Public/820644-

002f.pdf13) INTERNET, http://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-

aldrich/docs/Supelco/General_Information/1/11490_AE5_Columns_Brochure_web_071712.pdf

Vertalen van bestaande chromatografiemethodes naar hedendaagse standaarden inzake mobiele fase en...

Documents

Transcript of Vertalen van bestaande chromatografiemethodes naar hedendaagse standaarden inzake mobiele fase en...