Способ динамического нанесения неподвижной фазы на внутреннюю поверхность капиллярной колонки

(51)5 С 01 И 30/56 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ У СВИДЕТЕЛЬСТ ВТОР но-исследователь ического приборо марен К. Калиловой хроматогс. 95.агоргар 1 а, 8(54) СПОСОБ НЕПОДВИЖНОЙ ВЕРХНОСТЬ КЛП (57) Изобрет ческому приб лити быть л к аналити етение относитприборостроениювано в газовой ии и можехроматог польэ я пол учения капилляр подвижной фазы х колонок с на их внутре слоем не ей пове Цельюости,обретения тся по учевижфорне извод ла пр еи ем принципиальнаяедлагаемого ижнои а ис араф фаэ кус ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕ"УНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ПФ 1 Т СССР(71) Всесоюзный научский институт биологстроения(56) Тесарник Т., Колярные колонки в гаэФии. - 11.: 1 ир, 1987Коегааде Л. Сигов511 (1975). НИШЧЕСКОГО НАНЕСЕНИЯЗЫ НА ВНУТРЕННЮЮ ПОЛЛЯРНОЙ КОЛОНКИ ие относится к анаостроению и может более равномерного слояФазы, сокращение времени еования, повышение воспропособа и увеличение чисых растворителей.а Фиг. 1 показанама осуществления прсоба нанесения слоя неподвна Фиг. 2 - хроматограммственной смеси нормальных п использовано в газовой хроматографиидля получения капиллярных колонок сослоем неподвижной фазы на их внутренней поверхности. Цель изобретенияулучшение равномерности слоя неподвижной Фазы, сокращение времени егоФормирования, повышение воспроизводимости способа и увеличение числа применяемых растворителей. Процессы нанесения слоя неподвижной Фазы и удаления растворителя осуществляют втермостате, в котором устанавливаюти поддерживают температуру, равнуютемпературе кипения используемого растворителя, а окончание формированияслоя неподвижной Фазы определяют попрекращению образования пробок сконденсированных паров растворителя вбуферной колонке. 6 ил. нов и полярных веществ, полученная на колонке 20 м х 0,2 мм с неподвижной Фазой ОЧ - 101, материал колонки - стекло Р 46 (молибденовое), темпера.тура колонки 120 С, гаэ-носитель -оазот; на Фиг. 3 " хроматограмма искусственной смеси жирных кислот, полученная на колонке 13 мх 0,2 мм с неподвижной фазой ОЧ - 101, материал колонки - стекло Р 46, температура колонки 100-240 С (5 С/мин), гаэ-носитель - азот, на фиг. 4 - хроматограмма смеси пестицидов на колонке иэ стекла "Пирекс" длиной 25 мм и внутренним диаметром 0,25 мм, неподвижная Фаза ОЧОтемпература колонки - 100"230 С (6 С/мин), на фиг, 5 - хро 1658084матограмма летучих производных аминокислот белкового гидролизата на колонке из иолибденовогс стекла длиной 25 м и внутренним диаметром 0,25 мм5 с неподвижной Фазой ОЧ, температура 80-240 С (5 С/мин), на Фиг. 6 хроиатограмма метиловых эФиров жирных кислот, полученная на колонке 12 м х х 0,25 мм с неподвижной фазой ЕЕ,о температура колонки 100-240 С (5 С/мин).Устройство включает регулятор давления 1, манометр 2, вентиль 3 тонкой регулировки, соединительную муфту 4, предколокку 5, первую тефлоновую трубку 6, штуцер 7 для крепления в термостате 8 одного конца капилляра 9, другой конец которого закреплен в штуцере 10, вторую тефлоновую трубку 11, буферную колонку 12, свободньй конец которой опущен в сосуд 13.Капилляр 9 свободно подвешивают в термостате 8, а заранее выпряиленные концы капилляра выводят через штуцеры 7 и 10 крышки териостата 8 наружу. Входной конец капилляра 9 прн помощи кусочка самоуплотняющейся тефлоиовой трубки 6 соединяют с предколонкой 5, несколько витков которой заполнены раствором неподвижной Фазы, Длину30 предколонки выбирают равной примерно одной десятой длины капилляра 9, а внутренний диаметр предколонки равен внутреннему диаметру капилляра 9. Другой конец капилляра 9 с помощью тефлоновой трубки 11 соединяют с буФерной колонкой 12, ииеющей примерно такую же длину, как и у .предколонки, и такой же внутренний диаметр, как у капилляра 9. Свободный конец буферной колонки опускают в сосуд 13, заполненный какой-либо маловяэкой жидкостью, например водой, а входной конец предколонки 5 соединяют с системой подачи сжатого газа с помощью соеди 45 нительной муфты 4, Включают обогрев термостата 8 и по достижении температуры, равной температуре кипения растворителя, в котором растворена не.подвижная фаза, поднимают давление 50 газа перед предколонкой 5 для продавливания пробки раствора из предколонки в основную колонку и далее в буФерную. Линейную скорость раствора неподвижной Фазы измеряют и регулиру ют в то врвмя, пока раствор проходит но предколонке.Когда же пробка раствора вся войдет в капилляр 9, контроль за ее продвокением осуществляют по пузырькамвоздуха, выходящим иэ конца буфернойколонки в сосуд 13. После того, какпробка раствора пройдет капилляр 9 ивойдет в буферную колонку, регулятордавления 1 закрывают. За счет остаточногс давления сжатого газа в системе пробка раствора продолжает двигаться по буферной колонке,Достигнув конца колонки, пробканачинает входить в сосуд 13 и за счетуменьшения ее длины и сопротивлениядавления газа скорость ее увеличиваетс, С этого момента с помощью вентиля 3 тонкой регулировки давлениесжатсгс газа постепенно сбрасывают,следя эа тем, чтобы скорость пробкираствора в буферной колонке резко неизменялась.К моменту выхода всего раствора иэбуФернойг колонки давление должно бытьснижено до такого эначени, котороеобеспечивает оптимальную скоростьпродувки и удаления растворителя изслоя раствора, оставшегося на стенкахколонки. Когда пробка раствора покинет капилляр 9, стадия нанесения раствора неподвижной Фазы на этом заканчивается и переходит в стадию Формирования пленки неподвижной Фазы. Ас момента выхода пробки раствора иэбуферной колонки температуру термостата програимируют со скоростью 12 С/мин, вентиль 3 закрывают, а регуолятор давления 1 открывают до такогозначения, при котором объемная скорость газа через капилляр 9 составляет примерно 5 см /мин. На этой стадиирастворитель энергично (за счет высокой температуры) удаляется из слояраствора, оставшегося на стенках колонки, а потоком газа пары этого растворителя выносятся в буферную колонку 12, находящуюся при комнатнойтемпературе, где конденсируются и продвигаются по колонке 9 уже в видемаленьких пробок жидкости. Прекращение образования пробок означает, чтовесь растворитель удалился из слоя иФормирование пленки неподвижной Фазызакончено. Для окончательной стабилизации слоя неподвижной Фазы колочку 9 прогревают при максимально возможной теггпературе. При этом поток инертного газа через колонку не прерывается. После кондиционирования и охлаждени колонка готова к употреблению.5 16511 р и и е р 1. Стеклянньй капилляр длиной 20 и из стекла 9 46 (молибденовое) с предварительно модифицированной поверхностью помещают в териостат и наносят на его внутреннюю поверхность слой неподвижной фазы ОЧиз 5 Л-ного раствора в толуоле при следующих условиях: длина пробки раствора ОЧв предколонке 2 м, температура процесса нанесения 110,6 С, давление сжатого газа передопробкой растнора 0,02 ИПа, скорость прохождения пробки раствора неподнижной Фазы ОЧпо капилляру 2 см/с, время прохождения пробки через капилляр 20 мин. После того, как нся пробка прошла через капилляр и вышла из буферной колонки, температуру термостата программируют со скоростью 1 ОС/мин в течение 15 мин. Во время программирования температуры в капилляре происходит интенсивное удаление толуола из слоя раствора, оставшегося на стенках колонки.Пары толуола, выходя из капилляра, конденсируются в начале буферной колонки и двигаются по ней под давлением сжатого газа в виде маленьких пробокПерез 12,5 мин после начала программирования образование пробок толуола прекращается. Это означает,к что весь толуол удалился из слоя, оставшегося на стенках колонки, и что процесс Формирования слоя ОЧзакончен.Такии образом, на процессы нанесения и Формирования слоя неподвижной Фазы затрачено 34,5 мин (20 мин - время удаления толуола из слоя раствора, оставшегося на стенках капилляра).Предлагаемым способом было приготонлено пять колонок с той же Фазой и при тех же условиях. Время, затрачиваемое на нанесение и формирование слоя, находилось в интервале 36 - 38 мин.80 Г 4 Еще пять колонок было приготовлено аналогично описанному способу с одной лишь разницей; температура процесса нанесения 107 С. Время формирования слоя Фазы составило для этой температуры 24 мин, а общее время нанесения и Формирования - 46 мин. Еще пять колонок было приготовлено описанным выше способом. При этом температура процесса нанесения поддерживалась равной 100 С. Время Формирования слоя 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 неподвижной Фазы сосанино в этомслучае 56 мин, оа общее время - 1 ч18 иин.ЭФФективность всех 15-ти колонокопределялась по нормальному деканупри 120 С и находилась в пределах6300-7000 теоретических тарелок на1 м длины колонки, что говорит о высокой воспроизводимости способа, равной 907,Иа Фиг. 2 приведена хроматограммаискусственной смеси парафинов и двухполярных веществ. Отсутстние хвостау пика циклогексанола говорит о хорошем покрытии поверхности капилляраслоем неподвижной фазы.Из примера 1 следует также, чтонаиболее оптимальная температура процесса нанесения - температура, равнаятемпературе кипения используемого растворителя. При понижении температурыпроцесса нанесения всего на 3 С вреоия, эатрачинаемое на Формированиеслоя неподвижной Фазы, увеличиваетсяпочти в 4,5 раза при той же получаемой эффектинности колонки.Процесс нанесения, проводимый притемпературе кипения растворителя, несопровождается вскипанием растворителя, так как температура кипения растворов всегда выше температур кипения чистого растворителя.П р и м е р 2. Капиллярная колонка длиной 13 м и внутренним диаметром0,2 мм была приготовлена по примеру 1при следующих условиях: температуратермостата во время процесса нанесения 144,4 оС, длина пробки растворанеподвижной фазы 2 м, неподвижная фаза ОЧ(103-ньпЪ растнор в о-ксилогй.), скорость прохождения пробки раствора неподвижной Фазы 1 см за 1,2 с,время прохождения пробки раствора через капилляр 26 иин, программированиетемпературы термостата со скоростью1 С/иин 18 мин, время прохождения раоствором буферной колонки 4 мин, суммарное время, затраченное на процессы нанесения и формирования слоя,48 мин. Эффективность полученной колонки, измеренная при 140 С по иетиловому эфиру тридекановой кислоты,составила 4500 теоретических тарелокна 1 м. Аналогично было получено пять колонок с разницей в эффективности +83, что говорит о воспроизводимости данного способа нанесения. На фиг. 3 по 1 Ы 8084казана хроматограмма искусственнойсмеси метиловых эфиров жирных кислот,полученных по примеру 2,Анализ эфиров проведен при прог 5раммировании температуры колонки от100 до 240 С со скоростью 5 С/мин.Из хроматограмиы видно, что полученная эффективность позволяет ужена 13 и длины разделить такие трдноразделяемые пары, как метиловые эфиры иэо-антеизо-кислот жирного ряда.По примеру 2 были приготовлены ещедве колонки. Температура процесса нанесения равнялась 140 С. Время, за 0траченное на формирование слоя неподвижной Фазы, увеличилось более чем вдва раза и равнялось 38 мин, в товремя как эффективность колонок быпаравна 4150 и 4220 теоретических тарелок на 1 и, т.е. находилась на томже уровне, что и эффективность предыдуцих пяти колонок. Отсюда спедует,что, как и в примере 2, оптимальнойтемпературой нанесения является температура, равная температуре используемого растворителя.П р и и е р 3. По примеру 1 приготовлена колонка из стекла нПирекс"длиной 25 и и внутренним диаметрои0,25 им со слоем ОЧ, нанесеннымиэ 1 ОХ-ного раствора в декане. Условия нанесения: температура термостатаае процессе нанесения 174 С, скоростьпрохождения раствора по колонке1,25 см/с, время прохождения раствора 35через колонку 54 мин, время формирования слоя неподвижной фазы 25 иин,время прохождения буферной колонки4 мин, суммарное время 1 ч 23 иин,В условиях комнатной температуры на 40несение Фазы из такого раствора (додекан имеет т.кип. 174 С) просто неовозможно.Эффективность полученной колонки,измеренной по н-декану, составила455000 теоретических тарелок на 1 м.Всего в описанных выше условиях былоприготовлено пять колонок, которыеимели эффективность 4400 - 5100 теоретических тарелок на 1 м, т.е. воспроизводимость этих колонок была нениже 88 Х,Иа фиг. 4 показана хроматограмиа искусственной смеси пестицидов, снятая на одной из полученных колонок. Острая Форма пиков и незначительные хвосты указывают на равномерность покрытия внутренних стенок колонки слоеи неподвижной фазы. Еще три колонки были приготовлены в условиях, аналогичных описанным в примере 3, крометемпературы нанесения: она равнялась170 С. При такой теипературе времяФормирования слоя неподвижной фазыувеличилось до 42 иин, а эффективность колонок была почти такой же,как и у первых пяти: 4300, 4530 и4700 теоретических тарелок на 1 м,Аналогично выводу, сделанному впримере 3, целесообразно использоватьтемпературу процесса нанесения, равную температуре кипения используемого растворителя,П р и и е р 4. Из мягкого натриевого стекла был приготовлен капиллярдлиной 25 мм и внутренним диаметром0,25 ии. Предколонка и буфеоная колонка имели длину по 8 м каждая. Перед прйсоединеннеи предколонки к капилляру первая заполнялась 107-ныираствором неподвижной Фазы ОЧбутилпропилового эфира, имеющего т.кип,117,1 Г. Условия нанесения; темпераоотура териостата 117, 1 С, давлениесжатого газа перед предколонкой0,3 ати, скорость пробки раствора покапилляру 1 см за 2 сВ этих условиях раствор проходит через капилляр за1 ч 23 иин. Как только вся пробкараствора войдет в буферную колонку,давление в системе уменьшают до0,2 ати. Это давление является оптииальныи для Формирования слоя неподвижной фазы - объемная скорость потока сжатого газа при давлении 1 ил/мин.Время, затраченное на прохождениепробки раствора через буферную колонку, равняется 26,5 мин. Через 10 минпосле выхода раствора иэ буферной колонки образование пробок растворителяна входном конце буферной колонкипрекратилось, т.е. процесс Формирования слоя неподвижной Фазы закончилсятак, что на весь процесс нанесенияслоя Фазы и его формирования затрачено около 2 ч,Эффективность полученной колонки по ундекану при 130 С равнялась 4700 теоретических тарелок на 1 м.Еще три колонки, полученные аналогичным способом, имели эффективность в интервале 4150-4500 теоретических тарелок на 1 м.На Фиг. 5 показана хроматограмма летучих производных аминокислот бел-кового гидролизата, Отсутствие хвос 1658084 Отов у пиков и небольшой дрейф нулевой линии свидетельствуют о том, что пленка ОЧлегла равномерно и имеет хорошую термическую стабильность. Последующие четыре колонки были получены в тех же условиях кроме темпе 1о ратуры нанесения: она равнялась 1 О С. Время формирования слоя неподвижной фазы с 10 мин увеличилось до 38 мин, т.е. почти в четыре раза. Причем эффективность полученных колонок находилась в интервале 4100 - 4600 теоретических тарелок на 1 м. Данные, приведенные в этом примере, подтверждают целесообразность проведения процесса нанесения при температуре, равной температуре кипения используемого растворителя.П р и м е р 5. Была приготовлена колонка из молибденового стекла длиной 10 м и внутренним диаметром 0,25 мм со слоем неподвижной фазы БЕ, нанесенной из 1 ОЕ-ного раствора в метилциклогексане (т.кип.100,936 С).Растворы этой фазы обычно применяются концентрацией не более 57., так как обладают заметной вязкостью и связанным с этим образованием утолщенного слоя, если процесс нанесения проводится при комнатной температуре (утолщенный слой значительно увеличивает времена выхода летучих веществ и снижает эффективность колонки).В данном случае 1 ОХ-ный раствор БЕв метилциклогексане продавливается через капилляр при следующих условиях: длина пробки раствора в пред- колонке 2,5 м, температура процессаананесения 100,9 С, давление перед предколонкой 1,5 атм, скорость пробки через капилляр 1 см за 8 с.В этих условиях раствор проходит через капилляр за 2 ч 13 мин. После выхода всего раствора иэ капилляра давление в системе плавно увеличивали до 3 атм. Одновременно включали программированный обогрев колонки до 130 С со скоростью 1 С/мин, В течение 15 мин весь раствор прошел через буферную колонку. К моменту выхода раствора иэ буферной колонки давление перед раствором сбрасывали до 0,5 атм и продували капилляр потоком сжатого газа еще 10 мин до прекращения выделения растворителя из капилляра,Таким образом, на процессы нанесения и формирования слоя неподвижной фазы ЯЕбыло затрачено 2 ч 38 мин.35 ратура - температура кипения используемого растворителя.Предлагаемьп способ позволяет получать колонки с более равномерными слоями неподвижных фаз эа счет стаби 40 45 лизации и контроля условий нанесения и формирования фаз, а также за счет опроведения процесса нанесения при максимально возможной температуре, равной температуре кипения используемого растворителя. Это существенно сокращает время приготовления колонки и создает экономический эффект, так как в течение рабочего дня можно изготовить трипять колонок вместо одной, Полу аемые более тонкие и равномерные слои находят свое выражение в достаточно высокой чувствительностиОптимизация и контроль условий нанесения и формирования фаэ повышает воспроизводимость получаемых колонок, что создает дополнительный экономический эффект за счет меньшего процента брака. 50 55 Эффективность колонки определяласьопо тридекану и метиловому эфиру тридекановой кислоты при 140 С. Эффекотивность составила 3600 и 3000 теоретических тарелок на 1 м соответственно.Па фиг. 6 показана в качестве примера хроматограмма искусственной сме- Оси метиловых эфиров жирных кислотС 10-С 4. Пики эфиров имелт острую и ффсимметричную фэрму, что говорит о равномерности нанесенного слоя БЕ-ЗО, аотносительно небольшой дрейф нулевойлинии позволяет эксплуатировать ко олонку до 260 С. Было приготовлено ещетри колонки по примеру 5.инимальная величина эффективностипо тридекану имела .значение в 2". 10теоретических тарелок нам, т.е.воспроиэводимость способа была выше807.Еще три колонки были приготовленьпри 90 С. Время формирования слояоувеличилось при этом с 10 до 27 мин,а время прохождения пробки растворачерез капилляр увеличилось с 2 ч 13 миндо 2 ч 46 мин за счет увеличения вязкости раствора и уменьшения его скорости при прохождении через капилляр.30ЭфФективность колонок была определена по тридекану и была равна 2450,2570 и 2600 теоретических тарелок на1 м.Таким образом, оптимальная темпе 1658084 12Тем рмпе атура процесса кипения, равастворителяная темпера урат е кипения расширяетп актически неограниченно расширпрактическиастворителей,область используемых ризвестных способах динатогда как в иэвесения неподвижно азмического нанесэ т лишь три-четыре растворииспольэуют лишькипения, достателя с температурами кипения,я того, чтобы осуточно низкими дляцествить процесс нанесения при конг.натной температуре.Иметь большой выбор р астворителей очень важ но так как число неподвижы очень велиных фаз различной природыочень вкаждым годом это число раско и с каждымстоянно реПоэтому необходимо постоя тет. оэго астворизадачу подбора такого ра шать задв котором данная фаза ра астворителя, в когенные лась ы легб гко и давала бы гомдо высоких концентрарастворы вплотьции Формула изобр ет ениянанесения неСпособ динамического нанподвижнои а ьА з 1 на внутреннюю поверх) йколонки, включаюциность капиллярнои5аствора неподвижнойпродавливание расн колонку с поа зы через капилляр уюь ью избыточного давления рине тногомощью изолем окончагаза с последующим контроо есса нанесения аэы, о т -ния прочто с цеа ю щ и й с я тем, что,е ности слоя нелью улучшения равномерфазы сокращения временазы ниподвижной .азы,оизния повышения воспроего пориирования)в б и расширения числаводимости спосо априменяемых растворителей, процессыения слоя неподвижно й азы инанесенияя ос ествляюталения растворителя осуцесудалз емогопри температурпе атуре кипения исполь утеля а окончание формировае,еляютгослоя неподвижной Лазы определяния слоя непооб аэоваонки по прекращению о рвне колонпа ов.нил про окб сконденсированных и ррастворителя.К тор М.Самборская Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина,Заказ 2432 Тираж 393ВНИИПИ Государственного комитета по и113035, Москва, Ж,Подписноеретениям и открьггиям при ГКНТ СССРушская наб., д. 4/5