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1 4 psi Aux EPC GC Zml/ 0.8 2.5mL/ S/SL 30 m Quickswap 17.1 cm MSD MSD < 1.5mL/ 10 75 psi GC Aux EPC 10 25mL/ S/SL 2 psi 30 m Quickswap 17.1 cm MSD 図 1. QuickSwap 配置図 新しいアプローチには多くの場合欠点もあります Quick- Swapの場合 追加のメークアップ流量が分析中のQuick- Swapデバイスのパージ用に必要になります これにより GC/MSDのシグナルが弱まります 通常 MSDの感度は十分なため 多くのユーザーにとってこれは問題になりません ただし 微量濃度での分析には より厳しい要求があり シグナルを単一の連続カラムと同程度に維持することが求められます シグナルの低下を望まない微量 GC/MS 分析用には Quick- SwapなどのCFT デバイスを別のコンフィグレーションで使用することで実現できます 新しい構成では CFT デバイスは分析カラムの中央に位置し カラムを半分に分割する形をとっています たとえば 15 mのカラムの先に CFT ティーを接続します この配置図を図 2に示します Aux EPCデバイスは 第 1カラムからのフロー ( 圧力 ) が維持できる分だけ圧力 ( フロー ) をかけるため フローの追加はわずかであり 希釈 によるGC/MSDシグナルの低下を防ぐことができます バックフラッシュも同様に簡単です 第 1カラム入口の圧力を下げ 第 2カラムの圧力を上げることでバックフラッシュを行うことができます この圧力制御されたティー (PCT ) を使うアプローチの利点は 次のようにQuickSwap の利点と似ています MSD をベントしないまま注入口ライナやセプタムのメンテナンスが可能 MSD をベントしないまま第 1 カラムの先端をカットしたり カラムそのものの交換が可能 PCT を使ったコンフィグレーションがQuickSwap よりも優れている点は次のとおりです メークアップ ガス流量の追加が非常にわずかであるため (EI- または CI-MS で ) シグナル損失が最小または皆無になります コンスタントフローモードおよび圧力パルスド注入が簡単です この構成はディフュージョンポンプシステムにも適しており ディフュージョンポンプシステムでのバックフラッシュが可能になります バックフラッシュがより高速であり より早く開始できます このアプリケーションでは いくつかの構成を詳細に説明し バックフラッシュの例を示します 2

/ / 7890A GC Z ml/min CFT Z ml/min 5976C MSD EI ZmL/ 15 m HP-5ms ( 0.25mm x 0.25µm) 15 m HP-5ms ( 0.25mm x 0.25µm) 図 2. GC/MSD の圧力制御ティー配置図 : 実線は GC/MSD 分析中のフローを示し 破線はバックフラッシュ時のフローを示します 実験手法 この方法で使用できるデバイスの種類はいくつかあり 配置方法は後で述べますが 今回使用した機器構成は次のとおりです フロントおよびバックにスプリット / スプリットレス注入口のある 7890A GC と 7683B ALS 高性能ターボポンプを備えた 5975C MSD HP-5ms 15m 内径 0.25mm 0.25µm カラム (19091S-431) を 2 本 CFT デバイス : パージなし 2-way スプリッタ (G3181-60500) SilTite フェラルとナット使用 CFT GC マウンティングブラケット : デュアルワイドブラケット (G2855-60140) またはシングルワイドブラケットキット (G2855-60120) 長さ約 1m の不活性処理した内径 0.25 mm カラム CFT プラグ (G2855-60570) を 2 個 装置の構成としては バック注入口からCFT スプリッタの一番目の位置までを適切なSilTite フィッティングを使用して長さ1m 内径 0.25mm の不活性処理カラムで接続しました ( このCFT デバイスには3つの接続口があり 実際にはガラス製 Y 字またはT 字コネクタのような単純なティーと同様な役割と考えられます このCFT デバイスを これ以後 CFT デバイス または CFT ティー と呼びます ) 15 m のHP-5msカラムの一方を CFT ティーの一番上のポジションに接続し 反対側は通常どおりトランスファラインを通ってMSDに接続します もう一方の15 m HP-5msカラムは CFT デバイスの中央の位置からフロント注入口に接続します 詳細な手順は次のとおりです CFT ティーは GCオーブンの右側にあるマウンティングプレート上の前方の位置に取り付けます 長さ1mのガードカラムを別のカラムケージに巻き付け オーブンの背面にあるカラムハンガーにかけます ( 別のケージを使う代わりに15 m のHP-5msカラムケージの上に巻きつけることもできます ) べスペル/ グラファイトフェラルを使用してカラムの一方をバック注入口に接続し もう一方 3

をSilTite フェラルおよびナットでCFT デバイスの最下部の位置に接続します CFT ティーの残りの2か所はCFT プラグで塞ぎ 7890A Advanced User Guide ( 文書番号 G3430-90015) の記載に従ってバック注入口の圧力テストを行います 次に15 mカラムの1 本を 1 mカラムが巻きつけられたケージにかけ 一端がトランスファラインを通じてMSDに接続するようにします このカラム ( カラム #2) は上流側のカラムによって保護されるため 比較的長持ちすると期待できます そのため トランスファラインのシールにはSilTite フェラルをお勧めします SilTite フェラルであればトランスファライン温度が変化してもリークが発生しません 一方 べスペル / グラファイトフェラルの場合には温度変化によって収縮し リークが発生する可能性があります ( トランスファラインの表面が非常に磨耗している場合は十分にシールできない可能性があります その場合は Restek 製 Agilent インターフェイスクリーナー [P/N 113450] を使用して慎重に作業をすればシール面を再生させることもできます ) GCカラムのもう一 端は SilTite フェラルを使用してCFT ティーの一番上の位置に接続します 上流側 の15 mカラム ( カラム #1) をもう一方のカラムのケージにかけ 通常どおりべスペル / グラファイトフェラル ライナ およびBT Oセプタムが取り付けられたフロント側スプリット / スプリットレス注入口に接続しました もう一端は CFT ティーの中央の位置に接続し 他の2か所のカラムを取り外してプラグをした後に上記と同様に圧力テストを行いました その後 元の状態に戻すために一番下の位置に1 mのカラムを 中央の位置にはフロント注入口に接続した第 1カラム (#1) を さらに一番上の位置にはMSDに接続したカラム (#2) を取り付けました フロント注入口とバック注入口の両方にヘリウムを供給し リークディテクタを使用して漏れがないことを確認しました 配置図を図 3に示します MSDへ 第 2カラム フロント注入口から 第 1 カラム バック注入口から フロー制御 図 3. GC/MSD に取り付けられた圧力制御ティーの配置図 4

GC 構成 GCは複数の方法で構成できます 今回は次のように構成しました カラム #1: 30m 内径 0.25mm 0.25µmカラム注入口 : フロント注入口 : パルスドスプリットレスモード スプリットフロー 15mL/ 分出口 : MSD( 真空 ) モード : コンスタントフローカラム #2: 15m 内径 0.25mm 0.25µmカラム注入口 : バック注入口 : スプリットモード スプリットフロー 15 ml/ 分出口 : MSD( 真空 ) モード : コンスタントフローフローを1.2 ml/ 分に設定し すべてのゾーンがまだ加熱されていない状態で MSD 電源をオンにしました この状態のままMSDバックグラウンドをチェックしてm/ z 28が減少していること つまりシステムに漏れがないことを確認しました 漏れがないことが確信できた後にはじめて他のゾーンの温度を上げました 圧力パルスドスプリットレス注入での操作図 4A と4Bに コンスタントフローモードで動作している一般的な圧力パルスドスプリットレス注入の7890A GC 画面を示します これらは フロントおよびバック注入口パラメータを示しています サンプルが注入されるフロント注入口には30 mカラムが取り付けられ 出口がMSDに取り付けられているかのように構成されているところに注意してください 圧力パルスには一般的な条件を設定しています つまり 25psi のパルスを0.5 分間 スプリットフローは0.75 分後に50 ml/ 分 ガスセーバ流量は2 分後から15 ml/ 分です 圧力パルスドスプリットレス注入には 一般的な制限が適用されます つまり 特定のライナ 注入口温度 注入量 および溶媒において 気化した溶媒の体積が 適用した圧力によってライナ容積のある割合以下 (< 0.75) になるよう制限されます 図 4Bは バック注入口がスプリットモードで 温度が120 ( 水のバックグラウンドを除去するため ) ガスセーバ流量が 15 ml/ 分に設定されている画面を示しています 図 4A. コンスタントフローの典型的な圧力パルスドスプリットレス注入パラメータ : フロント注入口 5

図 4B. コンスタントフローの典型的な圧力パルスドスプリットレス注入パラメータ : バック注入口 ( 注入には使用せず カラム流量制御用のみ ) 図 5A と5Bに 2 本のカラムのコンスタントフローモード設定を示します フロントカラムフローは 通常は1.20mL/ 分ですが バックカラムフローは バックフローを防ぐために 1.25mL/ 分と若干高くなっています 基本的に 追加のフローはカラム長さ1m 分の流量と同等です 図 5A. コンスタントフローの典型的な圧力パルスドスプリットレス注入パラメータ : 第 1 カラム (30 m カラムとして構成 ) 6

図 5B. コンスタントフローの典型的な圧力パルスドスプリットレス注入パラメータ : 第 2 カラム (15 m カラムとして構成 ) 結果と考察 図 6に 2 本の15 mカラムとcft ティーの構成 および標準の 30 m 連続カラム構成で 選択イオンモニタリング (SIM ) で取り込んだ1-pg/µLのオクタフルオロナフタレン (OFN) の圧力パルスドスプリットレス注入の結果を示します ピーク高さとピーク面積の両方が同じままであり シグナルの損失がな いことを示しています カラム流量の増加による希釈が起きない構成のため 期待したとおりの結果が得られています CFT ティーの結果については追加のフローコントローラによりバックグラウンドノイズが約 35% 増加しており S/Nに若干の劣化があります 重要なのは 微量レベルでもシグナルが保持されているという点です CFT 30 m 5.00 5.05 5.10 5.15 5.20 5.25 5.30 5.35 5.40 5.45 5.50 5.55 5.60 5.65 5.70 5.75 5.80 5.85 図 6. CFT ティー ( 左側のピーク ) および標準の 30 m 連続カラム構成 ( 右側のピーク ) でパルスドスプリットレス注入を使用した オクタフルオロナフタレンの SIM 取り込み再構成トータルイオンクロマトグラム (RTIC) の 3 回繰り返し分析結果 7

クロマトグラフィ特性シグナルの保持以外に CFT デバイスは 合理的なクロマトグラフィ性能を示す必要があります クロマトグラフィの完全性の1つの指標は 脂肪酸メチルエステル (FAME) のピーク形状プロファイルです メタボロミクスメソッドを使用して取り込まれたFAME 標準物質のGC/MS 分析の結果を図 7に示します このCFT ティーを使用してもクロマトグラフィの劣化がほとんどないことを示します CFT ティーの内部が不 活性処理され 高速な移動がおこなわれることによりピーク形状の劣化が起きにくいと推測されます 有機塩素系農薬分析 (USEPA メソッド8081 など ) で使用される別のクロマトグラフテストでは 4,4'-DDT およびエンドリンの劣化を検査します この劣化テストは DDT のDDDおよびDDE 生成物の量と エンドリンのケトンおよびアルデヒド生成物の量を検査して 注入口の活性度を調べるために開発されました 劣化生成物は注入口とCFT ティーの両方で生成される可能性があるため ここでは状況が複雑になります 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 18.30 18.50 18.70 18.90 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 図 7. CFT ティーでパルスドスプリットレス注入を使用した複数成分 FAME 標準物質の再構成トータルイオンクロマトグラム (RTIC)( 上 ) と m/z 74 の再構成抽出イオンクロマトグラム (REIC) 拡大パネルは オクタデカン酸メチルエステルに関するものです 8

ただし 注入口で形成された生成物とCFT デバイスで形成された生成物はカラムの長さの違いにより異なるリテンションタイムを持ちます よって 劣化の原因箇所を区別できると予測できます CFT ティーで形成されるこれら分解生成物が分かっているため DDT およびエンドリン因子自体を注入することにより CFT デバイスによる活性の度合を計算できます 図 8の上の図は 4つの分解生成物の選択イオンモニタリング (SIM ) シグナルの再構成全イオン電流 (RT IC) を示しています これらは 各化合物の1つまたは2つの主要イオンから構成される単一 SIM グループでのSIM-Scanモードで取り込まれたため 化合物の出現に対するずれはありませんでし た 合計面積に基づくと エンドリンの分解の合計は13% 未満で CFT デバイスは合計分解面積の10% 未満または合計面積の1.2% 未満に寄与しています DDT の分解は4% 未満です ただし CFT デバイスは 確認できた分解全体の約 46% に寄与し 注入口で生成された分解の約 2 倍になっています 一部のDDD 分解は DDT ピークの下に 隠されて いる可能性があります 一方 CFT ティーからのDDT からDDEへの寄与に関しては さらに約 2% 程度分解が増加する可能性があります 本来オンカラム注入による方法で全成分を調べるのが理想的ですが 結論は同じになる可能性があります つまり CFT デバイスはある程度の活性がありますが 他の要 DDD DDE EK EA 20.00 20.20 20.40 20.60 20.80 21.00 21.20 21.40 21.60 21.80 22.00 22.20 22.40 22.60 22.80 4,4 -DDT EK* DDE* DDD* EA* 20.00 20.20 20.40 20.60 20.80 21.00 21.20 21.40 21.60 21.80 22.00 22.20 22.40 22.60 22.80 図 8. CFT ティーの活性 A: CFT ティーを使った構成でパルスドスプリットレス注入を使用し 注入量 0.2ng で DDT とエンドリンについて予想される劣化生成物の GC-MS SIM の REIC: 4,4 -DDE(DDE) 4,4 -DDD(DDD) エンドリンアルデヒド (EA) およびケトン (EK) B: 劣化生成物を識別するための 2.0ng の 4,4 -DDT およびエンドリン注入の REIC アスタリスク (*) が付いたものは注入口や CFT デバイスの活性に起因します 例 : エンドリン (5 はケトン ) および 4,4 DDT(6 は DDE) 7 は由来が不明ですが DDMU として識別されています 9

素 ( たとえば 注入口とライナ ) の活性と同等です このCFT デバイスは 他に比べてパスが非常に長く ( 代替構成 のセクションを参照 ) システムの任意の部分への空気の侵入が 活性の問題を考慮する上で大きな問題になることに注意してください バックフラッシュの追加図 9A 9B および9Cに バックフラッシュを追加するためのGCパラメータを示します 非常にシンプルな設定です オーブン温度は オーブンプログラムの終了時の温度と同じに保つか またはカラムの上限温度まで上げることもできます ポストラン中にカラム温度を上げると カラムのコンディショニングに役立ち カラムブリードがある程度除去されますが 必ずしも必要ではありません フロントカラム ( カラム #1) の流量を0.3mL/ 分に下げ バックカラム ( カラム #2) の流量を4mL/ 分に増やします ポストランに必要な時間を簡単に推定するために 図 9Cのバックカラム ( カラム #2) で 特定のカラム流量でのカラムホールドアップ時間が表示されていることに注目してください 表示されている1.25 ml/ 分でのホールドアップ時間は およそ0.4 分です カラム #2の流量が4mL/ 分に増えると カ ラム #1のバックフローのホールドアップ時間はこれよりも短くなります ( 実際には約 0.26 分 ) 控え目に計算してもフロントの15 mカラムが0.4 分ごとに少なくとも1 回分は洗浄されると推定できます 2~4 分あればこのフロント15 m カラムを5 ~10 倍のカラム容量で迅速に洗浄できます この範囲内の時間 ( たとえば3 分 ) を選び サンプルを注入してバックフラッシュを行い その直後にバックフラッシュなしのGC/MSDメソッドで溶媒を注入してバックフラッシュの効果を確認します キャリーオーバーは起こらないはずです 万が一キャリーオーバーがみられる場合は ポストラン時間を長くするか ポストラン温度をあげるか またはその両方を行います カラムや注入口の保守とメンテナンスライナやセプタムの交換 カラム先端のカット またはフロント15 mカラムの交換を行うには 注入口温度を下げ バックカラム ( カラム #2) のフローを4mL/ 分に増やし フロント注入口の圧力をオフにします この設定をメソッドとして保存しておくと便利です (SERV ICE-Front.M など ) カラムを注入口から外した際は カラム先端を溶媒に浸すことでキャリアガスがカラム内を逆向きに流れていることを確認できます 図 9A. ポストランでのバックフラッシュの追加 : オーブンパラメータ 10

図 9B. ポストランでのバックフラッシュの追加 : フロントカラム ( カラム #1) パラメータ 図 9C. ポストランでのバックフラッシュの追加 : バックカラム ( カラム #2) パラメータ 11

バックフローによって カラム切断面からの粉末がカラムに入ることも防ぎます 必要なメンテナンスを行ってカラムを再接続し 分析メソッドを再度ロードしてください 新品の15 mカラム (#1) を取り付けた場合は バックフラッシュの状態でオーブン温度を上げ そのままコンディショニングを行うこともできます 高度な手法 : 同時バックフラッシュ分析時間の短縮を優先したい場合は 最後の成分が溶出されるよりも前にバックフラッシュを開始できます つまり 分析取り込み中にバックフラッシュを実行できるため 生産性が向上します 分析対象の最後の化合物がCFT ティーを通 り 2 本目の15 mカラムに入った後 前の15 mカラムの圧力またはフローを下げると 化合物の検出器側への移動がとまり 実際には注入口側へ移動を始めます 最後の化合物が2 本目のカラムから溶出したら 2 本目のカラムのフローを上げてバックフラッシュを完了できます これを図 10に示します 計算も非常にシンプルです フロントカラム ( カラム #1) のフロー ( 圧力 ) をいつ下げればいいか計算するには 単純に最後の化合物の溶出時間からホールドアップ時間 ( 図 9C) を引きます この最後の化合物が溶出した後 ポストランに入り フロントカラム (#1) 圧力は低くしたまま オーブンを最終プログラム温度にして 2 本目の15 mカラム (# 2) の流量を 9.00 9.50 10.00 10.50 11.00 11.50 12.00 a b 9.00 9.50 10.00 10.50 11.00 11.50 12.00 9.00 9.50 10.00 10.50 11.00 11.50 12.00 図 10. 流量制御または圧力制御でのバックフラッシュの例 上のクロマトグラム : 元の 6 成分標準試料の RTIC 3 番目のピークは最後の検体とみなされ 第 4 のピークは溶出の遅い干渉物の始まりです 中央のクロマトグラム : バックフラッシュを 10.1 分から開始した 同じ標準試料の RTIC (a) では 最初の 15 m カラム ( カラム #1) の流量を下げ (b) ではカラム #2 の流量を 4mL/ 分に増やします 最後の成分は上と同様に検出されますが それよりも溶出の遅い成分は MSD に入らない点に注目してください 下のクロマトグラム : バックフラッシュメソッド後にバックフラッシュなしの溶媒ブランクランをおこない キャリーオーバーがないことを確認しました 12

4 ml/ 分 ( またはポンプシステムの最大値 ) に設定します これは 流量プログラムモードまたは圧力プログラムモードで最も効果を発揮します これをカラムボリュームの2~3 倍に対して実行し サンプルでテストしてから ブランクの溶媒でテストして 時間が十分かどうかを確認します 特定のサンプルで実験することで より効率よく最適な設定値をみつけることができます 結論 代替構成 CFT は非常に機能豊富であり 多くのアレンジが可能です 以下に示すのは提案や代替の一部にすぎません ここで使用している CF T ティーは パージ付き2-wayスプリッタ (G3180-61500) で代替できます QuickSwapをM SDインターフェースから外し オーブン内に取り付けて同様に使うこともできます ただし もっとも適しているCFT ティーデバイスは 図 11に示す新しいPurged Ultimate Union(G3186-60580) であると思われます その名前が示すように これはユニオンにパージラインが付いている デッドボリュームが非常に低いティーとなっています 大きさも省スペースであり カラムハンガー オーブン内壁面 または上部 GC 壁面を通しても取り付けることができます DDT およびエンドリンを使用したこのPurged Ultimate Union のテストでは 分解がほとんど見られませんでした ピーク形状なども非常に良好です また バック注入口スプリット / スプリットレスモジュールでキャリアガスを制御する必要もありません 圧力制御モジュール (PCM ) またはEPCモジュールを使用できます この 2つのうち 圧力制御モジュールの方が便利です 最も重要なのは CFT ティーの位置が厳密にカラム長さの中央である必要がないということです 最適な位置は 分析したい成分とバックフラッシュの速さを基準に検討できます つまり バックフラッシュを高速で行いたい場合は 上流側カラム #1により短いカラムの使用を推奨します たとえば 10mカラムの次にCFT ティー 次に20 mカラム の順で接続して30 mの分析カラムを作成します Purged Ultimate Union 図 11. Purged Ultimate Union 13

www.agilent.com/chem/jp この場合 バックフラッシュはQuickSwapでの配置よりも 10 倍近く高速になり 同じ圧力では15 mカラムの2 倍以上高速になります これは ディフュージョンポンプを使用した MSDに対して最適な配置になります また 分析時間についても 約 2 分でカラムボリュームの10 倍分で洗浄できるため このアプローチは非常に効率が高くなります 分析時間が終了する前にバックフラッシュを開始した場合 ( 高度な手法 および図 10を参照 ) 多くの場合ポストラン時間は非常に短くなるかまったく不要になりますが それでも十分にバックフラッシュは行われます これにより トータルのサイクルタイムがさらに削減されます CFT デバイスの前後に接続するカラムは 多くの場合同じものである必要はありません たとえば 内径 0.32 mmを第 1カラムにし 内径 0.25 mmを第 2カラムにすることもできます この場合は 7890A に実際に接続している通りにカラム構成を設定する方がよいでしょう たとえば カラム #1の注入口はスプリットレス注入口で 出口はPCM モジュールAです カラム #2の注入口はPCM モジュールAで 出口はMSDです 生産性とデータ品質の向上は カラム容量 分離能 堅牢性等を考慮し 幾通りかの方法によって得ることができます 参考文献 1. Agilent 5975C シリーズ GC/MSD カタログ, 資料番号 5989-7827JAJP 2. Frank David and Matthew S. Klee, キャピラリカラムバックフラッシュを使用した化粧品中香料アレルゲンの分析, 資料番号 5989-6460JAJP 3. Frank David and Matthew S. Klee, GC/MS Analysis of PCBs in Waste Oil Using the Backflush Capability of Agilent QuickSwap Accessory, Agilent T echnologies publication 5989-7601EN 謝辞 ( これらの参考文献は www.agilent.com/chem/jp のライブラリから入手できます ) Bruce Quimby Wes Norman Matthew Kleeの各氏に深い感謝の意を表します また GC/MSDのニーズに合わせた CFT デバイスとPurged Ultimate Union の高度な例を提供してくれたWes Norman 氏に深く感謝します このソリューションは Agilent 6890 GCで使用することもできます 言うまでもなく PCT ティー構成はAgilent GC/MS 検出器のみに限定されず 他の検出器での使用にも適しています より機能的で使いやすい機能がGCやケミステーションに追加されます CFT ティーを制御するEPCデバイスにIGNORE READY = T RUEと設定することにより 圧力パルスやその他のフロー条件が機器の ノットレディ (not ready) 状態に影響しないようなります 詳細情報 アジレント製品とサービスの詳細については アジレントのウェブサイト www.agilent.com/chem/jp をご覧ください アジレントは 本文書に誤りが発見された場合 また 本文書の使用により付随的または間接的に生じる損害について一切免責とさせていただきます 本文書に記載の情報 説明 製品仕様等は予告なしに変更されることがあります 著作権法で許されている場合を除き 書面による事前の許可なく 本文書を複製 翻案 翻訳することは禁じられています アジレント テクノロジー株式会社 Agilent Technologies, Inc. 2008 Printed in Japan June 24, 2008 5989-8664JAJP