CN88202689U

CN88202689U - 一种填充毛细管色谱柱

Info

Publication number: CN88202689U
Application number: CN 88202689
Authority: CN
Inventors: 杨海鹰; 邹乃忠; 陆婉珍
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing
Priority date: 1988-04-09
Filing date: 1988-04-09
Publication date: 1988-11-09

Abstract

本实用新型提出了一种填充毛细管色谱分析柱，它与常规的填充毛细管色谱分析柱不同之处在于色谱柱内有一根实心的内芯，在内芯和管柱的内壁之间可以充填比常规填充毛细管柱所用的固体填料更小的固体颗粒，因而有较高的色谱分离能力。与常规的填充毛细管柱相比，在其他相同操作条件下，本实用新型的色谱柱气阻降低，柱效能提高。

Description

本实用新型涉及化学分析领域中的色谱分离设备。

色谱柱是色谱分离设备中起关键作用的部分，分析样品中的组分在色谱柱内进行分离。色谱柱的设计和性能决定了各组分的分离效果。由于色谱柱的结构不同，其参数变化的幅度也很大。在气相色谱分离领域中，所用的色谱柱的材质有玻璃、金属、石英或高分子有机材料，色谱柱的内径可以从零点几毫米至几个毫米，色谱柱的长度可以从几十厘米到近百米，色谱柱的容量（或称负载量，即可分析样品的最大量）可以从几十纳克（毫微克，ng）到零点几克。虽然气相色谱柱的参数多，范围大，但其结构上只分为填充柱和开管柱两大类别。填充柱又可以分为常规填充柱、微填充柱及填充毛细管柱等。开管柱也可以分为固体涂溃开管柱，壁涂渍开管柱及多孔层开管柱等。在应用最广的常规填充柱中，一般柱效能都比较低，而且由于柱子的渗透性及柱压降的限制，柱子都比较短，一般不超过几米。但因为常规填充柱的容量大，而对于进样技术，检测器的灵敏度，流量控制系统的精度与柱连接部分和设备的死体积要求等等都比较低，容易在常规和常量的日常分析中得到应用。开管柱则由于具有很高的渗透性，可以使用长度达到几十米至近百米的柱子和总柱效比较高的一些特点，对难分离组分的分离效果好。然而开管柱的容量却很小，对色谱仪的各部件有很高的要求，因而给日常应用造成不便。填充毛细管柱是在普通的玻璃或石英毛细管内充填以颗粒度很小的固体颗粒为固定相，它的各项性能指标正好介于常规的填充柱和开管柱之间，在一定程度上兼有一般填充柱的柱容量大和开管柱的柱效高、渗透性好和可以使用长柱子的优点，但同时又克服了填充柱的柱效低和开管柱的柱容量小的不足之处。（有关色谱柱的分类及特征参见陆婉珍、汪燮卿编著的“近代物理分析方法及其在石油工业中的应用”41页，石油工业出版社，1984年）。Halász等人曾报导了用活性氧化铝、减活的活性氧化铝、石墨化碳黑、涂渍有固定液的载体等多种填充毛细管柱及其应用（Ana-lytical Chemistry.37〔1965〕495、Nature，194〔1962〕971、“Advances in Chromatography”，Vol.4，〔1967〕，P.219）。在我国也有用减活的活性氧化铝填充毛细管柱分析轻质烃的工作发表（分析化学，1〔1973〕260、石油化工通讯〔1975〕2）。但是由于上述的填充毛细管柱仍有渗透性的限制而不能选用在20米以上长度的色谱柱和小颗粒的固定相，从而使其总柱效受到限制而不能在一些难分离组分的分析中得到满意的应用。

本实用新型的目的在于克服以上常规填充毛细管柱的不足之处，提出一种渗透性好，可以使用小颗粒固定相的填充毛细管柱。

本实用新型的特点在于在常规的填充毛细管柱中填入一根实心的内芯，这根内芯是一根与色谱柱管壁材质相同的细丝，其截面为圆形，长度与填充毛细管柱相同，内芯的中心位置基本上与毛细管柱的中心重合。在高温下熔融并拉伸成型的内芯和管壁之间充填有载体颗粒的固定相，它包括氧化铝、石墨化碳黑、炭分子筛、硅藻土、石英砂及硅胶等任何可用于常规填充毛细管柱的填料。

现以玻璃材质为例，说明这种有内芯的填充毛细管柱的制备过程：在玻璃原料管中先放入一根实心的玻璃丝，把180至200筛目或颗粒度更小的固体固定相装入，装好后在玻璃毛细管柱拉制机上（如Desty在Analytical Chemistry 32〔1960〕302发表的水平式玻璃毛细管柱拉制机或日本岛津制作所生产的商品GDM－1型垂直式玻璃毛细管柱拉制机）直接拉制，即得到本实用新型的有内芯填充毛细管色谱柱。

本实用新型的特点是由于内芯的存在，增加了色谱柱的壁效应，因而改善了固体载体与管壁接触的状况，因此，产生了以下的效果：

1.增加了空隙度，降低了柱子的阻力，增加了柱子的渗透性，可以用增加柱长以增加总柱效的办法来实现难分离物质的分离。此外，由于渗透性的增加，可以使用较高的载气线速以加快分析速度。

2.由于内芯的存在使色谱柱内壁间隙减少了，因此可以使用更小的固体颗粒作为固定相。常规的填充毛细管柱所用的固体填料的颗粒度多大于120筛目，本实用新型的色谱柱使用的固体填料颗粒度可以小至180筛目，这对于提高传质速度和增加柱子的分辨率都起了明显的作用。

3.保持了填充毛细管柱可以容许大容量的特点。此外，这种柱子的制备重复性好，制备技术容易掌握，制备成本也较低。

附图1是本实用新型的有内芯填充毛细管色谱柱截面示意图。在图中，T是毛细管壁，P是填充颗粒，C是内芯。

通过以下的实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例1

本实施例为活性氧化铝填充玻璃毛细管柱的制备。

取洗净、烘干的软质玻璃管（内径2.8毫米，外径7.5毫米）一根，先在管内放入一根干净的实心玻璃丝（直径1.5毫米），另外称取180－200筛目层析用中性氧化铝（PH为7±0.5，上海五四化学试剂厂产品）10克，用50毫升4N的KOH溶液浸泡1小时，抽滤20分钟后在400℃温度下活化8小时，在干燥器中冷却至室温后装入上述的玻璃管中，将此玻璃管在拉制机上进行拉制，即得到有内芯的氧化铝填充毛细管柱，该柱内径为0.45毫米，内芯直径0.15毫米。

实施例2

本实施例为有内芯的填充毛细管柱在实际分析中的应用及与常规的填充毛细管柱在使用性能上的比较。

用实施例1制备的有内芯填充毛细管柱和相同固定相的常规填充毛细管柱（制备方法按照Halász等人的文献）分析石油炼厂气的C1－C5组分，色谱条件如表1。

表1

柱子类型柱子尺寸氧化铝颗粒度，筛目载气检测器柱前压力，KPa.柱温，℃色谱图号

常规柱φ0.45m.m×20m100-120H₂F.I.D2.5×10²652

常规柱φ0.4m.m×18m180-200H₂F.I.D4×10²653

有内芯柱φ0.45m.m×18m内芯φ0.15m.m180-200H₂F.I.D2×10²654

比较图2、3、4及相应的色谱条件后可以看出，常规填充毛细管柱的固定相颗粒度为100－120筛目时，虽然所用的柱前压力不高（2.5×10²KPa），分析时间仅用10分钟，但由于柱效限制，这样的色谱柱对于三个难分离的丁烯异构物（即正丁烯－1、反丁烯－2和异丁烯，色谱峰号为9、10及11）几乎没有分离能力。为了改进分离效果，把常规填充毛细管柱中的氧化铝颗粒度减小至180－200筛目时，柱前压力增至4×10²KPa·，分析时间也增加到22分钟，几个丁烯异构物的分离虽有改进但仍不十分理想。但当用本实用新型的有内芯填充毛细管柱时，在所用180－200筛目相同的氧化铝颗粒度和相同的18米柱长下，柱前压力可以降低至2×10²KPa，分析时间也缩短为16分钟，而三个丁烯异构物的分离已有明显的改善。

在本实施例及下一个实施例的色谱图中，色谱峰号代表的组分是：1、甲烷 2、乙烷 3、乙烯 4、丙烷 5、丙烯 6、异丁烷 7、正丁烷 8、乙炔 9、正丁烯－1 10、反丁烯－2 11、异丁烯 12、顺丁烯－2 13、异戊烷 14、正戊烷。

实施例3

用和实施例2相同的有内芯填充毛细管柱，但柱长增至21米，除柱前压力根据需要增加至3×10²KPa。外，其他色谱条件都和实施例2相同，但三个丁烯异构物达到了基本的分离，色谱图见附图5。

实施例4

本实施例用实际测定的几项色谱参数说明有内芯填充毛细管柱的优越性能。表2列出了在测定条件相同，柱参数相近的情况下，有内芯柱和常规柱的性能比较。有内芯柱的柱压降（△P）都比相应的常规填充毛细管柱低，而比渗透率（Bo）、总理论板数与柱压降的比值（ (N)/(△P) ）也都比常规柱高，尤其是最后一项（ (N)/(△P) ），数值差别更是明显。

有关色谱参数的定义可参见“近代物理分析方法及其在石油工业中的应用”一书中20至31页。

Claims

1、一种用于色谱分析的填充毛细管柱，由热熔成型的毛细管和包括有氧化铝、碳分子筛、石墨化碳黑、硅藻土载体、石英砂及硅胶材料的固体颗粒固定相构成，本实用新型的特征是在毛细管柱中有一根与管柱同时成型的圆柱体内芯，内芯的中心与毛细管中心基本重合，内芯的长度与毛细管长度相同。

2、根据权利要求1所说的填充毛细管柱，其特征在于内芯的材质与毛细管的材质相同。