Устройство для ввода растворов в хроматографическую колонку

(56) Ас 1 чапсЕс 1 хйей Ьу АПатент Скл. С 01 И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физической химииАН СССР, Всесоюзный научно-исследовательский биотехнический институти Краснодарский ордена ТрудовогоКрасного Знамени химический комбинат(088. 8)з п сЬгошагоЕйарйу.Е 1 ас 1 сдз, 1979, р.487-502.ША У 4168235,1/08, 1980. 54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА РАСТОРОВ В ХРОМАТОГРАФИЧЕСКУЮ КОЛОНКУ сорбентом, содержащее установленную 801176238 А соосно с колонной на входе в неетрубку для ввода проб, соединеннуючерез трубопроводы и клапан с источником пробы и с источником элюента,и расположенную над верхним слоемсорбента камеру, соединенную череззапорный клапан с источником элюентаи с трубкой для ввода проб, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения размывания заднегофронта жидкой пробы при вводе в препаративные колонны, трубопровод,соединяющий трубку для ввода проб иисточник элюента снабжен дополнительЭОным запорным клапаном, а камера выполнена в виде .трубки большегодиаметра, чем трубка для ввода проб,и обе трубки установлены коаксиально, Спричем трубка для ввода проб частичРфСно погружена под верхний слойсорбента и при этом длина погруженной части трубки для ввода проб составляет не менее двух и не более Вюйтрех диаметров камеры, отношение ди- ВсДаметра камеры к диаметру трубки для фввода проб находится в пределах от фф2 до 3. СОИзобретение относится к препаративной жидкостной хроматографии и ее применению при очистке органических и неорганических веществ, преимущественно в химических и биологических 25 трубку для ввода проб 3, запорныйклапан 4 на линии источника разделяемой смеси, дополнительный запорный клапан 5, трубопровод 6, соединяющий трубку для ввода проб с источником элюента, запорный клапан 30 7 на линии подпора элюента, трубки 8, являющуюся камерой.В табл. 1 приведены экспериментальные данные, показывающие повы 35 мого устройства ввода на 197 по сравшение эффективности процесса разделения при использовании предлагаенению с прототипом.В табл, 2 приведены экспериментальные и расчетные данные, показывающие оптимальные пределы отноше" ний диаметра колонны Дк к диаметру дополнительной трубки Дт.В табл, 3 приведены экспериментальные и расчетные данные, показывеющие оптимальные пределы отношений диаметра дополнительной трубки Дт к диаметру трубки для ввода пробы Д и оптимальные пределы отношений длины погруженной части трубки ввода проб Х к диаметру дополнитель" ной":трубки Дт. 50 Трубка для ввода проб 3 своей нижней частью погружена в слой сорбента ниже края камеры 8 на величинудвух-трех диаметров камеры, необходимую для того, чтобы граница конуса растекаемости струи элюента,55 лабораториях.Целью изобретения является уменьшение размывания заднего фронта жидкой пробы при вводе в препаративные колонны.На фиг. 1 изображено устройство, для ввода растворов в хроматографическую колонку, общий вид на фиг. 2 - схематическое изображение границ потоков жидкостей, выходящих из трубки для ввода проб и из дополнительной трубки и движущихся через слой зерненого сорбента сначала в пределах конуса растекаемости струи жидкости, а затем параллельно оси 20 колонны по всему поперечному сечению.Устройство содержит цилиндрическую колонну 1, зерненый сорбент 2,выходящей из камеры 8, была всегдавьппе верхней границы зоны сорбцииразделяемой смеси, сформировавшейсяпод трубкой ввода проб.Нижний край камеры 8 может бытьустановлен в одной плоскости с верхней крьппкой колонны 1 или быть по"гружен в слой сорбента на .какую-тоглубину - это не влияет на работуустройства ввода растворов,Запорные клапаны 4 и 5 и трубопровод 16, соединяющий трубку для ввода проб с источником элюента, служат для обеспечения возможности последовательной подачи сначала смеси и затем элюента в трубку для ввода проб, а также последовательной подачи элюента сначала в трубку для ввода проб, а затем в камеру 8.Устройство работает следующим образом.В колонку 1, заполненную сорбентом 2, по трубке для ввода проб 3 поступает заданный объем разделяемойсмеси через запорный клапан 4. Приэтом порция разделяемой жидкой смеси, фильтруясь через слой сорбентаи перемещаясь вдоль колонны, приобретает форму конуса, который в случаедостаточно большого объема порции разделяемой смеси достигает своим основанием стенок колонны. Граница или образующая конуса растекающейся струи жидкой смеси, выходящей из трубки для ввода проб, показана на фиг, 1 пунктирной линией. Затем через запорный клапан 5 по трубопроводу 6 и трубке для ввода проб в колонну поступает заданный объем элюента, струя которого входит в слой сорбента, внедряясь в конусообраз ную зону сорбции разделяемой смеси,деформируя ее и смещая к стенкам колонны. Затем через эапорный клапан 7 и камеру 8 в слой сорбента поступает заданный объем элюента, достаточный для завершения процесса хроматографического разделения смеси.Заданный объем элюента, поступающий через запорный клапан 5 по трубопроводу 6 и трубке ввода проб 3 необходимо заранее оптимизировать по максимальной эффективности разделения, которая достигается при таком объеме порции элюента подаваемой по трубке 3, который обеспечивает максимальное приближение формы зоны сорбции к цилиндрической в конце5 30 15 20 25 30 35 40 50 55 внедрения струи элюента в первона"чально конусообразную зону сорбцииразделяемой смеси. Трансформированная в цилиндрическую форму зонасорбции может выйти за пределыпервоначального конуса, показанногоштриховой линией на фиг. 1, поэтомунижний край дополнительной трубкиследует располагать выше края трубки для ввода проб так, чтобы этацилиндрическая зона оказалась целиком внутри конуса растекаемостиэлюента, выходящего из дополнительной трубки (фиг.2), Длину частитрубки для ввода проб, расположенной ниже края дополнительной трубкии погруженной в слой сорбента, такженеобходимо заранее оптимизироватьэкспериментальным путем по максимальной эффективности разделения. Отношение диаметров камеры, трубки дляввода проб и диаметра самой колоннытакже необходимо оптимизировать экспериментальным путем.Предлагаемое устройство вводарастворов изготовлено в несколькихвариантах с различным соотношениемразмеров его конструктивных элюентови опробовано в работе.В условиях опытной установкииспытано устройство для ввода растворов, установленное на колоннедиаметром 400 мм и имеющее диаметркамеры 50 мм, диаметр трубки дляввода пробы 20 мм и длину погруженной части трубки ввода пробы 100 мм.Колонна быпа заполнена сорбентом -сульфокатионитом марки КУх 8,в кальциевой форме со средним размером зерен 0,3 мм. В качестве разделя"емой смеси использовали фруктозноглюкозный сироп, в качестве элюента - воду. Для оценки степени повышения эффективности процесса разделения при использовании предлагаемого устройства для ввода растворовв сравнении с прототипом и одновременно с целью оптимизации объемаэлюента, подаваемого по трубке дляввода проб, в циклах разделения .варьировали объем порции элюента,подаваемого по трубке для вводапроб, сохраняя постоянным объемразделяемой смеси 10 л, поступающийна разделение в каждом цикле, скорость подачи жидкой смеси и элюента 30 л/ч и температуру. Результатыоценены по выходу разделенных чистых фруктозы и глюкозы, Данные представлены в табл. 1.В цикле 1 табл. 1 порция элюента - воды, поступающая по трубке для ввода проб, составляет 0,5 л, а это есть объем, достаточный лишь для вытеснения остатков разделяемой смеси из коммуникаций в слой сорбента, поскольку внутренний объем трубки для ввода проб от ее нижнего края до запорных вентилей равен 0,5 л. Поэтому цикл 1 полностью имитщ 1 ует работу устройства-прототипа. Данные табл. 1 показывают, что оптимальная величина объема элюента, поступающего по трубке для ввода проб, для данного варианта устройства составляет 3 л (цикл 3) и при этом эффективность разделения по сравнению с прототипом возросла на 197 по глюкозе и на 177 по фруктозе. Увеличение объема элюента поступающего по трубке для ввода проб сверх 3 л приводит к снижению эффективности разделения.Для определения оптимального отношения диаметра колонны Дк к диаметру дополнительной трубки Дт экспериментально найдена эффективность разделения фруктозы и глюкозы при использовании устройств для ввода раствора, установленных на колоннахразличного диаметра Дк = 50, 100 и 400 мм. При этом сохранялись постоянными условия хроматографического разделения: скорость подвижной жидкой фазы 0,4 мл/см мин, объемная нагрузка пробы 27., зернения сульфокатионита 0,3 мм, температура 20 С. Сохранялись также постоянными отношения диаметров дополнительной трубки и трубки для ввода проб Дт/Д = = 2,5 и отношение объема элюента, поступающего по трубке ввода проб к объему введенной пробы равное 0,3; использованы диаметры трубок пробы равные 1; 5; 10; 20 и 25 мм. Результаты представлены в табл. 2Как видно из данных табл. 2 оптимальное отношение Дк/Дт, обеспечи" вающее лучшую эффективность разделения, находится в пределах значений от 5 до 10.Для нахождения оптимального значения отношения диаметра дополнительной трубки к диаметру трубки вводапроб Дт/Д, а также оптимальной длины Х части трубки для ввода проб,1176238 следует установить не более 3, таккак нет практической необходимостипревращать эту величину. По данным 5табл. 3 видно, что оптимальный интервал значений отношения Дт/Днаходится в пределах от 2 до 3, таккак и в этом случае нет практическойнеобходимости превышать величину 3.Испытания устройства для вводарастворов показали его надежность вработе и высокую эффективность рабо-.ты колонны, которая практическине изменилась при проведении опыт ных циклов в течение 2 месяцев.Таблица 1 Поступило элюента потрубке для ввода проб,л Номерцикловразде- ления 0,5 (прототип) 65 74 1,5 74 3,0 82 6,0 42 42 32 500 Таблица 2 Содержание Выход чистой фруктозы, Дк/Дт Е 50 40 25 74 20 80 10 82 80 70 погруженной в слой сорбента, которуюудобно выразить через величину диаметра дополнительной трубки, т.е.в виде отношения Х/Дт, полученыданные зависимости эффективностиразделения фруктозы и глюкозы, выраженные в процентах выхода чистойглюкозы, от отношений укаэанных размеров. Данные приведены в табл. 3. Как видно по данным табл. 3 для достижения наибольшей эффективнос" ти разделения отношение Х/Дт должно быть не меньше 2 а верхний предел Выход чистых разделенных продуктов, 7