CS223732B1 - Kolona pro kapalinovou, zejména vysokotlakou chromatografií - Google Patents

Abstract

Vynález se týká kolony pro kapalinovou, zejména vysokotlakou chromatografií s vysokou účinností dělení. Podstata kolony podle vynálezu spočívá v tom, že sestává ze skleněné trubice, popřípadě vytvrzené povrchovou vrstvou draselných iontů, naplněné sorbentem, který je v ní uzavřen uzávěry .opatřenými přepážkami z porézního materiálu nebo síťky a vlo­ žené do' pláště z kovu nebo plastu, v němž je upevněna a utěsněna koncovkami pro připojení ke chromatografu, přičemž naplněné a uzavřené skleněné trubice jsou popřípadě spojeny pomocí příslušného počtu plášťů, mezikusů s otvorem, matic a dvou koncovek.

Description

Vynález se týká kolony pro kapalinovou, zejména vysokotlakou chromatografií s vysokou účinností dělení.

Podstata kolony podle vynálezu spočívá v tom, že sestává ze skleněné trubice, popřípadě vytvrzené povrchovou vrstvou draselných iontů, naplněné sorbentem, který je v ní uzavřen uzávěry .opatřenými přepážkami z porézního materiálu nebo síťky a vložené do' pláště z kovu nebo plastu, v němž je upevněna a utěsněna koncovkami pro připojení ke chromatografu, přičemž naplněné a uzavřené skleněné trubice jsou popřípadě spojeny pomocí příslušného počtu plášťů, mezikusů s otvorem, matic a dvou koncovek.

Vynález se týká kolony pro kapalinovou, zejména vysokotlakou chromatografii.

V kapalinové chromatografii se pro dosažení vysoké účinnosti dělení používá kovových kolon (trubic), naplněných drobně zrněnými sorbenty. Kolonou protéká při chromatografickém procesu rozpouštědlo· obvykle pod značným tlakem. Nejčastějším materiálem pro zhotovení kolon je nerezavějící ocel zaručující dobré mechanické vlastnosti kolony, dostatečnou odolnost proti působení tlaku a ve většině případů i uspokojivou odolnost proti korozi, kterou mohou způsobovat kapaliny používané jako mobilní fáze nebo i samotné analyzované sloučeniny. Kolony jsou utěsněny prvky z kovu nebo· z vhodné plastické hmoty. Konstrukce koncovek musí zaručit, aby mrtvé objemy na vstupu a výstupu kolony byly minimální, a aby při vlastním chromatografickém ději nedocházelo při proudění kapaliny kolonou k nežádoucímu rozmývání vzorku.

Pro tyto účely existuje mnoho konstrukčních řešení, která splňují uvedené požadavky, avšak při vlastní kapalinové chromatografii vykazují i některé negativní účinky vyplývající ze samotné podstaty dosud používané koncepce a materiálů.

V prvé řadě je použití kovových kolon omezeno korozní stálostí vlastního materiálu (nerezová ocel], která je velmi dobrá ve většině organických rozpouštědel, ale dlouhodobě nevyhovuje pro organické kyseliny, halogenované uhlovodíky a jejich deriváty. Podstatně méně jsou kovové kolony odolné proti působení vodných roztoků kyselin a solí, obvyklých v chromatografii s obrácenými fázemi, v iontově výměnné chromatografii, afinitní a geloivé chromatografii biopolymerů. U směsi citlivých biologicky aktivních sloučenin, které jsou stále častěji děleny kapalinovou chromatografii, může navíc při kontaktu s kovem docházet k ireversibilním změnám vzorku.

Neméně závažné jsou problémy s přesným opracováním kovových materiálů, protože většina obvyklých konstrukčních řešení kolon je poměrně složitá. Vysoce kvalitní hladký vnitřní povrch trubic je nezbytnou podmínkou pro úspěšné plnění a používání kolon. Tyto skutečnosti se projevují v poměrně vysokých výrobních nákladech na zhotovení kovové kolony. Ve většině případů má obvyklá konstrukce jednoúčelové použití a omezenou životnost, a při změně chromatografického režimu nebo při poklesu účinnosti jetřeba vyměnit celou kolonu.

Konstrukčního principu analogického s kovovými kolonami bylo využito i při výrobě skleněných kolon (například čs. autorské osvědčení č. 183 468). Skleněné kolony mají v kapalinové chromatografii řadu výhod. Hlavní z nich je vysoká chemická odolnost vůči působení agresivních mobilních fází nebo separovaných sloučenin. Neméně důležitou je i vysoká kvalita vnitřního povrchu trubic, která snižuje na minimum rozmytí zón způsobené nerovnostmi vnitřního povrchu. Na druhé straně však značná křehkost skla, nízká tlaková odolnost a nutnost tvarování skleněných kolon pro uchycení koncovek komplikuje použití dosud známých konstrukcí skleněných kolon ve vysokoúčinné kapalinové chromatografii. Řešení aplikující kovový plášť pro vyrovnání vnitřního tlaku v koloně působením vnějšího tlaku jsou značně náročná a nákladná.

Předmětem vynálezu je kolona pro kapalinovou, zejména vysokotlakou chromatografii, sestávající ze skleněné trubice s výhodou vytvrzené povrchovou vrstvou draselných iontů, naplněná sorbentem, který je v ní uzavřen uzávěry opatřenými přepážkami z porézního materiálu nebo síťky. Skle- » něná trubice je vložena do pláště, který nepřichází do> styku s rozpouštědlem a může být protoi vyroben z kovu nebo plastu. Tru- < biče je v plášti, který je nosným konstrukčním prvkem, upevněna a utěsněna koncovkami, které slouží pro připojení ke chromatografu. Naplněné a uzavřené skleněné trubice jsou popřípadě spojeny do série pomocí příslušného^ počtu plášťů, mezikusů s otvorem, matic a dvou koncovek, čímž vytvářejí kolonu, jejíž délka je součtem délek jednotlivých trubic.

Na obr. 1 je zjednodušený řez kolonou podle vynálezu, která sestává ze skleněné trubice 1 opatřené uzávěry 2 s porézní přepážkou 3 a vložené do pláště 4, na kterém jsou pomocí závitů 6 uchyceny koncovky 5 s otvory pro kapiláry, kterými vstupuje a vystupuje mobilní fáze. Kovové prstence 10 uzávěru 2 zhotovené podle obr. 2 jsou natmeleny na konce skleněné trubice 1 a do čelního otvoru uzávěru je vsunuto těsnění 7 vyrobené z plastu (s výhodou polytetrafluoretylénu), které fixuje porézní přepážku 3, což je buď porézní destička z nerezo- · vé oceli, polytetrafluoretylénu, nebo skla, případně jemná kovová síťka. Prstence 10 •mají takový vnější průměr, aby suvně procházely pláštěm 4. Po stažení koncovek 5 závity 6 dosedne koncovka na těsnění 7 uzávěru 2 a kolona je připravena k použití.

Uzávěr 2 trubice 1 může být tvořen i válcovým prstencem vyrobeným z kovu podle obr. 3, který má tvarované vnitřní stěny se zápichy a je vyplněn vložkou 8 z plastu (polytetrafluoretylén) s kuželovým náběhem.

Vnitřní průměr válcové části vložky 8 je menší než vnější průměr skleněné trubice 1 a ve vložce je umístěna porézní přepážka

3. Po nalisování skleněné trubice do uzávěru vyplní plast vybrání v kovovém prstenci 10 a vyvozeným tlakem je trubice fixována.

Jiný typ uzávěru trubice 1 je znázorněn na obr. 4 a tvoří ho zátka 9 z plastu s provrtaným otvorem, která fixuje porézní přepážku 3 a svým rozšířeným koncem zapadá do kovového prsténce 10. V obou posledních případech je mechanismus nasunutí trubice s uzávěry do pláště a jejího utěš223732

S nění stejný jako v případě uzávěrů tmelených na trubici.

Jednotlivé kolony opatřené plášti 4 je možno· navzájem spojovat do série, jak je znázorněno na obr. 5. Kolony jsou navzájem propojeny mezikusem 11 s otvorem pro průchod mobilní fáze, který dosedá na těsnění 7 uzávěrů, a pláště jsou spojeny maticí 12.

Kolony pro- vysokoúčlnnou kapalinovou chromatografii podle vynálezu mají řadu předností proti současně známým kovovým i skleněným kolonám. Vedle vysoké chemické odolnosti skla a dokonalého vnitřního povrchu trubice je značnou výhodou i možnost vizuálního sledování chromatografického dělení, případně i kvality náplně jedním nebo několika průzory v plášti. V jediném plášti lze jednoduchou operací nevyžadující použití nástrojů vyměňovat skleněné trubice naplněné různými sorbenty tak, jak je to zapotřebí pro· jednotlivé typy chromatografických analýz. Kolony podle vynálezu odstraňují i shora uvedené nevýhody dosavadních konstrukčních řešení skleněných kolon. Relativně křehká skleněná trubice je během práce umístěna v pevném ochranném plášti, nízkou tlakovou odolnost skla je možno zvýšit chemickým zpevněním a není nutné rozšiřovat okraje skleněné trubice, protože při používání kolony jsou vznikající axiální tlaky přenášeny koncovkami na pevný plášť a vlastní uzávěry skleněné trubice nejsou namáhány. Možnost výměny trubic v jediném plášti přináší podstatné snížení ceny sady kolon plněných různými sorbenty. Při náhradě původní kolony za novou stačí zakoupit pouze skleněnou vnitřní trubici naplněnou potřebným sorbentem. Spojování kolon do· série umožňuje snadno vytvářet variabilní sestavy na stavebnicovém principu, včetně zařazení krátkých ochranných předkolon.

Kolony podle vynálezu představují nejen pro uživatele, ale i pro výrobce ekonomicky výhodnější řešení. Tím, že odpadá množství obráběčských operací při zhotovení každé jednotlivé kolony, se snižuje pracnost a také klesají náklady nia kovový materiál. Konstrukce kolon podle vynálezu dovoluje zvýšit podstatně podíl mechanizace a automatizace při jejich výrobě a plnění sorbentem.

Předmět vynálezu je vysvětlen a doložen následujícími příklady, aniž by však byl jimi jakkoliv omezován.

Příklad 1

Chromatografická kolona byla zhotovena podle obr. 1. Trubice 1 je zhotovena z borosilikátového skla typu SIAL o vnitřním průměru 3 mm a síle stěny 2,5 mm. Trubice je dlouhá 100 mm. Uzávěry 2 zhotovené podle obr. 2 jsou na trubici 1 natmeleny a porézní přepážky 3 jsou realizovány sífkami z nerezové oceli o průměru ok 3 ^m a fixovány teflonovým těsněním 7. Vnější plášť 4 je zhotoven z mosazné trubky o vnitřním prů6 měru 12 mm a síla stěny 2,5 mm, po jejíž délce jsou vyfrézovány proti sobě dva průzory. Konce pláště jsou opatřeny vnějšími závity 6, na kterých jsou našroubovány mosazné koncovky 5 s nerezovými vložkami opatřené otvorem a vnějším závitem pro uchycení spojovacích kapilár. Kolona je naplněna mikropartikulárním sférickým silikagelem o zrnění 5 ,um při tlaku 40 MPa a dosahuje účinnosti 25 000 teoretických pater na metr délky kolony. Při tlakových zkouškách prázdné kolony bylo zjištěno, že po úpravě skleněné trubice povrchovou difúzí draselných iontů odolává bez destrukce tlakům 80 MPa.

Příklad 2

Kolona je zhotovena obdobně jako v příkladě 1 a skládá se ze silnostěnné kalibrické trubice 1 vyrobené ze skloviny SIMAX o vnitřním· průměru 3,57 mm, síle stěny 2,3 mm a délce 100 mm, chemicky vytvrzené povrchovou vrstvou draselných iontů. Uzávěry 2 však byly zhotoveny podle obr. 4; skládají se z teflonové zátky 9, kovového prstence 10 a vložené přepážky 3 z porézního teflonu. Teflonová zátka 9 s rozšířeným okrajem· je fixována prstencem 10, který slouží zároveň jako· vodicí prvek při nasunování do pláště 4, který je vyroben ze slitiny hliníku (trubka o vnějším průměru 15 mm a síle stěny 2,5 mm). Plášť 4 je opatřen řadou kruhových průzorů s koncovkami 5 z nerezové oceli, které dosedají na rozšířený okraj teflonové zátky 9 a utěsňují kolonovou trubici. Kolona prokázala při tlakových zkouškách odolnost proti tlaku 60 MPa a po naplnění sférickým silikagelem o velikosti částic 5 μΐη modifikovaným oktadecyltrichlorsilanem vykazovala účinnost 20 000 teoretických pater na metr délky.

Příklad 3

Kolona byla zhotovena obdobně jako v příkladu 2, ale byly použity uzávěry 2 podle obr. 3. Po naplnění sférickým silikagelem o· velikosti částic 10 μΐη vykazovala kolona účinnost 15 000 teoretických pater na metr délky.

Příklad 4

Jsou použity dvě skleněné trubice 1 o délce 150 mm a 40 mm·, vnitřní průměr je 3 mm a síla stěny 2,5 mm. Obě jsou zpevněny difúzí draselných iontů. Trubice jsou opatřeny uzávěry 2 podle příkladu 1, perforovanými plášti 4 z hliníku a opatřeny koncovkami 5 rovněž podle příkladu 1. Trubice jsou naplněny při tlaku 35 MPa sférickým silikagelem o; velikosti 5 μπι modifikovaným oktadecyltrichlorsilanem. Po naplnění byly kolony spojeny do série pomocí matice 12 a mezikusu 11 s otvorem (vyroben z nere223732 zové oceli) a na obou koncích uzavřeny hliníkovými koncovkami s vložkami z nerezové oceli. Tento systém byl použit pro chromatografii s obrácenými fázemi a jeho účinnost činila 40 000 teoretických pater na metr délky. Krátká předkolona v tomto případě chrání vlastní kolonu před látkami, které dezaktivují sorbent. V některých případech bylo namísto vložky z nerezové oceli, která je součástí vstupní koncovky 5, užito přímo spojení kolony s nástřikovým ventilem LCI 20 (Laboratorní přístroje, Praha), jehož sroubení je stejného' typu jako u používané vložky.

Příklad 5

Kolona je stejná jako v příkladu 1, s tím rozdílem, že pro zvláště korozívní vnější prostředí je ochranný plášť 4 zhotoven z titanové trubky vnějšího průměru 14 mm a síly stěny 2 mm.

Příklad 6

Kolona je analogická příkladu 1 s tím rozdílem, že pro zvlášť náročné provedení je ochranný plášť 4 kolony i koncovky 5 zhotoveny z nerezové oceli.

Příklad 7

Kolona má rozměry a konstrukci stejnou jako v příkladu 1 s tím, rozdílem, že jako materiálu pláště 4 je použito polyvinylchloridu, nebo alternativně polypropylenu, polyesteru a polyamidu. V trubici nejsou vyfrézovány otvory pro vizuální sledování chromatografického děje. Koncovky 5 jsou hliníkové, vyvložkované nerezovou ocelí. Při zkušebním přetlaku 30 MPa byly kolony opatřené uvedenými plášti stálé.

Příklad 8

Kolona je vyrobena podle příkladu 1 s tím rozdílem, že plášť 4 kolony není perforován a je na svém horním i dolním konci opatřen trubkami pro přívod temperačního média do prostoru mezi pláštěm a skleněnou trubicí. Kolona je plněna sférickým silikagelem o zrnění 10 μΐη a používána pro vysokoúčinnou kapalinovou chromatografii při teplotě 80 °C. Jako temperační médium je použita voda.

Claims (7)

1. Kolona pro kapalinovou, zejména vysokotlakou chromatografii, vyznačená tím,, že sestává ze skleněné trubice (1), popřípadě vytvrzené povrchovou vrstvou draselných iontů, naplněné sorbentem, který je v ní uzavřen uzávěry (2) opatřenými přepážkami (3) z porézního materiálu nebo síťky a vložené do pláště (4) z kovu nebo plastu, v němž je upevněna a utěsněna koncovkami (5) pro připojení ke chromatografu, přičemž naplněné a uzavřené skleněné trubice (lj jsou popřípadě spojeny pomocí příslušného počtu plášťů (4), mezikusů (lij s otvorem,, matic (12) a dvou koncovek (5).

2. Kolona podle bodu 1, vyznačená tím, že uzávěr (2) trubice (1) je tvořen zátkou (9) s otvorem a rozšířeným okrajem, přičemž do této zátky (9) je vložena přepážka (3) z porézního, materiálu nebo nerezové sítky a zátka (9) svým rozšířeným okrajem zapadá do tvarovaného kovového prstence (10).

3. Kolona podle bodu 1, vyznačená tím, že uzávěr (2) trubice (1) je tvořen kovovým prstencemi (10) přitmeleným k vnějšímu konci skleněné trubice (1) a do jeho otvoVYNALEZU ru je vsunuto těsnění (7) z plastu, s výhodou z polytetrafluoiretylénu, v jehož vybrání je přepážka (3) z porézního materiálu.

4. Kolona podle bodu 1, vyznačená tím, že uzávěr (2) skleněné trubice (1) je tvořen kovovým prstencem (10) s tvarovanými vnitřními stěnami, který je opatřen vložkou (8) z plastu s kuželovým náběhem, do něhož je vložena přepážka (3) z porézní hmoty nebo síťky.

5. Kolona podle bodu 1, vyznačená tím,, že plášť (4j je z kovu vybraného ze skupiny nerezavějících ocelí, hliníku a jeho slitin, mosazi, titanu nebo z plastické hmoty vybrané ze skupiny polyamidů, polypropylenu, polyvinylchloridu, polyesterových, fenolformaldehydových a močovinoformaldehydových pryskyřic.

6. Kolona podle bodu 1, vyznačená tím, že plášť (4) je opatřen dvěma otvory pro přívod a odvod temperačního média.

7. Kolona podle bodu 1, vyznačená tím, že plášť (4) kolony je opatřen alespoň jedním otvorem pro vizuální sledování náplně kolony.