CS258124B2 - Zařízení pro provádění analýz pomocí vysokotlaké tenkovrstvé chromatografie - Google Patents

Abstract

Zařízení pro provádění analýz pomocí vysokotlaké tenkovrstvé chromatografie obsahuje uzavřený prostor, alespoň jednu nosnou desku, která je uspořádána u tohoto uzavřeného prostoru. Na této desce je uspořádána vrstva sorbentů, jehož povrch je překryt a dále zařízení obsahuje první vstup komunikující s vrstvou sorbentů a druhý vstup komunikující s uzavřeným prostorem. Vlastní řešení spočívá v tom, že zařízení je opatřeno topným tělesem pro měnění teploty vrstvy sorbentů, které je spojeno s řídicím výstupem jednotky regulace teploty. Zařízení zaručuje velmi účinné dělení složek organických sloučenin a rozšiřuje možnosti použití vysokotlaké tenkovrstvé chromatografie. Řešení se týká oblasti chromatografie.

Description

Vynález se týká zařízení pro provádění analýz za použití vysokotlaké tenkovrstvé chromatografie, jako analýz látek, které vykazuje alespoň jednu nosnou desku, vrstvu sorbentu uspořádanou na povrchu nosné desky, a prvek kryjící povrch vrstvy sorbentu, přičemž nosná deska je uspořádána u uzavřeného prostoru, ,a dále je opatřeno prvním vedením' pro přívod rozpouštědla vrstvy sorbentu, jakož i druhým vedením pro přívod prostředku vyvolávajícího v uzavřeném prostoru přetlak. Zařízení podle vynálezu dovoluje zvýšit ve srovnání se známými zařízeními účinnost dělení látek, realizovaného vysokotlakou tenkovrstvou chromatografií.

Přednosti kapalinové chromatografie, realizované v kolmém sloupci a její rovinné verze, takzvané tenkovrstvé chromatografie, lze velmi dobře kombinovat při způsobu vysokotlaké tenkovrstvé chromatografie, která byla popsána například v článku E. Tyihaka, E. Mincsovicse a H. Kalásze (Journal of Chromatography, 174, 1979, str. 75 až 81J.

Zařízení pro provádění tohoto způsobu je seznatelné z britského patentu č. 1 570 760. Podle popisu v tomto patentu obsahuje zařízení vysokotlakou komoru, vrstvu sorbentu uspořádanou na nosné desky u vysokotlaké komory, jakož i prvek, který zajišťuje mechanické spojení mezi vysokotlakou komorou a vrstvou sorbentu. Jako sorhent mohou být používány známé organické a anorganické látky, které se používají i u jiných chromatografických způsobů.

Vrstva sorbentu pokrývá úplně nosnou desku, přičemž spojovací prvek, například tvarovatelná, s výhodou poddajná, pružná deska, je přizpůsobena této vrstvě sorbentu tak, že tato je v důsledku vlivu přetlaku, vyrobeného ve vysokotlaké komoře, dokonale pokryta. Přetlak se vyvolá například ve formě vodního polštáře. Na nosné desce je nro utěsnění uspořádána vrstva obklopující vrstvu sorbentu, která zabraňuje vytékání rozpouštědla (eluentuj.

Pružná deska vylučuje vznik většího parního prostoru, který ie u zařízení pro tenkovrstvou chromatografií vždv přítomný. Parní prostor, který může pojmout rozpouštědlo, je zdrojem řady nedostatků. Jak bylo uvedeno, má být nosná deska, na níž ie uložena vrstva sorbentu, na kraji utěsněna, aby se zabránilo vytékání rozpouštědla, tj. eluentu. Rozpouštědlo se pohybuje ve vrstvě sorbentu nod přetlakem a teče ve směru kanálů, vytvořených na povrchu vrstvy sorbentu.

Pro zvýšení účinnosti lze u vysokotlaké tenkovrstvé chromatografie uspořádat v jedné vysokotlaké komoře větší počet vrstev sorbentu. Podle jednoho návrhu se používají rovnoběžné nosné desky, které udržují vrstvy sorbentu na těchto stranách. Takovéto zařízení je mimo jiné známo z maďarské patentové přihlášky č. 1 335/82, zveřejněné v únoru 1985.

Nosné desky jsou uspořádány vedle sebe, mezi nimi jsou vytvořena těsnění ve tvaru pásů, kryjících okraj. Vysokotlaká komora může být vytvořena jak pod, tak i nad rovnoběžným systémem desek, je ale důležité vytvořit spolehlivé podepření desek. Obecně jsou desky opatřeny stejně tak, jako ve zmíněném britském patentním spise kanály, které probíhají vzájemně rovnoběžně a počínaje u okraje nebo od středu nosné desky jsou schopné dále rozvádět rozpouštědlo přiváděné pod přetlakem. Je také možné vytvořit systém těchto nosných desek tak, že rozpouštědlo může téci od jedné vrstvy sorbentu ke druhé vrstvě sorbentu.

Chromatografické dělení směsi tvořené organickými a anorganickými látkami potřebuje velmi přesné stanovení základních podmínek analýzy. U kapalinové chromatografie lze z takovýchto podmínek uvést následující: volbu sorbentů a rozpouštědla, jakož i pohyblivé fáze, tj. eluentu, tlak při zavádění, velikost částic látky ve vrstvě sorbentu.

U plynové chromatografie vystupuje jako důležitý faktor také teplota a má být velmi pečlivě stanovena. To znamená, že se během chromatografického dělení má udržovat s relativně vysokou přesností určitá teplota. V odborné literatuře se všeobecně poukazuje na to, že teplota je méně významný parametr u kapalinové chromatografie. To vyplývá jasně z praxe.

Známá zařízení tenkovrstvé chromatografie, jak ta, která jsou realizována bez přetlaku, tak i zařízení s přetlakem, pracují bez ohledu na možnost použití teploty během dělení.

Tak například jedna z nejdůležitějších příruček, tj. J. C. Touchstone a Μ. P. Dobbins: „Practice of Thin-Layer Chromatography“, J. Willey, New York, 1978, s. 304, obsahuje výpověď, že úloha teploty u této chromatografické techniky není důležitá.

Konstantování vyplývá zřejmě ze skutečnosti, že nad vrstvou sorbentu existuje vždy parní prostor, což může být jednoznačně nedostatkem v případě, že se zvýší teplota — při vyšší teplotě může tento prostor pojmout více rozpouštědla atd. Při malých množstvích směsí, které se mají dělit, bylo navrženo uspořádat nosnou desku v termostatu.

Jiný návrh se obrací k použití zvýšené teploty pro odstranění rozpouštědla mezi dělicími kroky u vícenásobného dělení, aby se urychlilo jeho odpaření. Při jednoduchém dělení může zvýšená teplota způsobit mnoho problémů zejména s ohledem na urychlení odpařování rozpouštědla a zejména při vyhodnocování chromatogramů, v důsledku čehož nelze za takovýchto podmínek získat vždy spolehlivé výsledky: dělení je nedokonalé, rozmezí mezi různými sloučeninami, 'látkami lze stěží rozlišit. Při dělení tvoří zvýšený tlak par rozpouštědla zdroj těžko stanovitelných faktorů nejistoty.

Jo přirozeně známo, uspořádat vysokotlakou komoru a vrstvy sorbentu jako celek v termostatu, jestliže je při dělení požadována stálá zvýšená teplota. To je obvyklé opatření všech chromatografických způsobů.

Ve srovnání se známými, tradičně používanými metodami plynové chromatografie se kapalinová chromatografie, uskutečňovaná ve své verzi ve svislých sloupcích, může vyznačovat malou rychlostí a nízkou účinností dělení. Tato kapalinová chromatografie je ale přesto velmi potřebná, neboť plynová chromatografie je použitelná jen asi u 20 % organických látek. Ostatní látky se musí zkoumat kapalinovou chromatografií.

Rovinné uspořádání a zejména klasická tenkovrstvá chromatografie jsou velmi výhodné, nebot se dají snadno provádět, uinožňují šetřit významně čas a činidla, přičemž je možné realizovat vizuální rozpoznání a současnou analýzu větších množství vzorků látek, a to popřípadě i za použití agresivních činidel. Přesto má ale některé velmi závažné nedostatky. Za prvé je počet dělitelných složek omezen možnou délkou nosné desky, jakož i délkou doby trvání analýzy. Za druhé se často stává, že se vyrobí takové chromatogramy, které lze jen obtížně vyhodnotit. V tomto smyslu lze dosáhnout zlepšení právě pomocí vysokotlaké tenkovrstvé chromatografie.

U některých organických a anorganických sloučenin je možné zvýšit rychlost dělení až 20krát, ačkoliv k tomu způsob potřebuje vrstvu sorbentu, u níž se částice musí pohybovat v určitém rozmezí a jsou menší, než u předchozích způsobů. To způsobuje určité technologické problémy při výrobě vrstvy sorbentu.

Ačkoliv zlepšení účinnosti a rychlosti dělení je naprosto zřejmé, je žádoucí další zlepšení, zejména u směsí, které obsahují větší počet organických složek a které se dají při dělení obtížně zpracovávat. Vyhodnocení chromatogramu získaného u takových složek je často problematické.

Očelem předloženého vypálezu je vyvinout zlepšené zařízení, které je s ohledem na shora uvedené lepší, než známá zařízení.

Vynález spočívá na poznatku, že vysokotlaká tenkovrstvá chromatografie je vhodná pro získání lepších výsledků, neboť se při dělení směsí bere ohled na vliv teploty. Teplota je totiž velmi důležitým parametrem, v protikladu k názorům dnes panujícím, neboť při vysokotlaké tenkovrstvé chromatografii, jak bylo uvedeno, nevzniká žádný významnější parní prostor.

Je také důležité, že eluent teče vlivem přetlaku a rychlost jeho proudění lze učiniti závislou nejen na přetlaku, nýbrž i na teplotě. Podle poznatku není ale důležitá jen teplota sama, nýbrž její relativní změna.

Proměnná teplota, tj. teplotní charakteristika umožňuje různá dělení těchže směsí a nadto ještě se zvýšenou rychlostí dělení. Zvýšená rychlost dělení vede k možnosti použití metod vyhodnocování chromatogramů on-line.

Vynález spočívá dále na poznatku, že zvýšená teplota ovlivňuje podmínky absorpčních procesů, probíhajících mezi prvkem kryjícím vrstvu sorbentu, například poddajnou deskou a eluentem. Tyto procesy vedou konečně ke vzniku parního prostoru velmi omezeného objemu, kde proměnné podmínky mohou přispívat k rychlé a efektivní přípravě snadno vyhodnotitelných chromatogramů.

Proto se předmět vynálezu týká zařízení, které realizuje zlepšený způsob vysokotlaké tenkovrstvé chromatografie, přičemž teplota může hýt podle programu regulována v různých místech zařízení na různé hodnoty, a tak je možné uskutečnit, aby teplota byla ve vrstvě sorbentu proměnná.

Pro vyřešení této úlohy bylo vyvinuto zařízení, které obsahuje uzavřený prostor, alespoň jednu nosnou desku, uspořádanou u tohoto uzavřeného prostoru, na níž je uspořádána vrstva sorbentu, prvek překrývající povrch vrstvy sorbentu, jakož i první vstup komunikující s vrstvou sorbentu a druhý vstup komunikující s uzavřeným prostorem, jehož podstata spočívá v tom, že je opatřeno topným tělesem pro měnění teploty vrstvy sorbentu, které je spojeno s řídicím výstupem jednotky regulace teploty.

Topné těleso má nejméně jeden plochý topný prvek, který je uspořádán rovnoběžně s vrstvou sorbentu a u nosné desky.

U nosné desky na straně protilehlé topnému tělesu je uspořádána tepelná izolace.

Topné těleso obsahuje alespoň dva ploché topné prvky a mezi každou dvojicí topných prvků je uspořádána nosná deska s vrstvou sorbentu.

V alternativním provedení je zařízení opatřeno dvěma nosnými deskami, z nichž každá má jednu nebo dvě vrstvy sorbentu, ípřičemž topný prvek topného tělesa je uspořádán mezi nosnými deskami.

Topné prvky mohou být uspořádány na způsob sendviče, přičemž se zařízení opatří rovněž prvky tepelné izolace. Různé možnosti lze vypočítat pouze jako příklad; je možné vsunout mezi dvě nosné desky topný prvek, třívrstvou strukturu s topným prvkem a tepelně izolujícím prvkem nebo uspořádat jiný topný prvek atp.

V dalším provedení obsahuje zařízení v rovnoběžném uspořádání alespoň dva topné prvky topného tělesa, jakož i alespoň dvě nosné desky s vrstvami sorbentu na jednom nebo! obou površích.

iPodle dalšího provedení je zařízení opatřeno kovovou nosnou desku, která je spojena s indukčním ohřevem.

Jednotka regulace teploty obsahuje centrální mikroprocesorovou jednotku, která je spojena svými vstupy a výstupy s topným tělesem rozděleným v topné prvky.

Jednotka regulace teploty obsahuje nejméně jedno teplotní čidlo, které je přes diferenciální zesilovač a srovnávací zesilovač připojeno k prvnímu vstupu komparatoru, přičemž druhý vstup srovnávacího^ zesilovače je připojen k výstupu řadového členu, obsahujícího klávesnici nebo jinou vstupní jednotku, centrální mikroprocesorovou jednotku a integrátor, druhý vstup komparátoru je spojen přes prvek posuvu hladiny s oscilátorem s klopným kmitem, zejména s generátorem pilovitých kmitů a jeho výstup je připojen k výkonovému vypínači, přičemž výstup výkonového vypínače tvoří ovládací výstup jednotky regulace teploty.

Výkonový vypínač je dalším vstupem spojen s relé, přičemž vstupy relé jsou připojeny jednak ke komparátorů s hysterezí, jednak k vysokovýkonovému napájecímu zdroji a komparátor s hysterezí je připojen k prvnímu vstupu srovnávacího zesilovače.

Řadový člen obsahuje optoelektronický vazební prvek uspořádaný mezi centrální mikroprocesorovou jednotkou a integrátorem.

Topné těleso je vytvořeno s indukčním Ohřevem pro přívod elektromagnetické energie k nosné desce, která je v tepelném kontaktu s vrstvou sorbentu.

Topné těleso obsahuje alespoň jeden topný prvek, kterým je listový topný prvek uspořádaný rovnoběžně s nosnou deskou.

Výhoda vřazení optoelektronického vazebního prvku mezi centrální mikroprocesorovou jednotku a integrátor spočívá v tom, že lze takto dosáhnout spojení bez galvanického kontaktu.

i _Zařízení podle vynálezu se může sestavit vždy podle chrcmatografických úloh, které se mají řešit a po několika úvodních analýzách se může vyregulovat tak, aby se dosáhlo rychlé účinné a snadno vyhodnotitelné dělení různých složek směsí. Zařízení je vhodné ke spolehlivému dělení směsí, obsahujících mnoho organických složek.

Vynález je dále blíže vysvětlen pomocí příkladných provedení. V těchto vysvětleních se bere zřetel na přiložené výkresy, přičemž tyto představují obr. 1 průřez výhodným provedením zařízení podle vynálezu s nosnou deskou, obr. 2 uspořádání nosné desky s vrstvou sorbentu a topným prvkem, v průřezu, obr. 3 uspořádání nosné desky s vrstvou sorbentu a dvěma topnými prvky, v průřezu, obr. 4 uspořádání většího počtu nosných desek s vrstvami sorbentu a dvěma topnými prvky, v průřezu, obr. 5 uspořádání dvou nosných desek a jednoho topného prvku k ohřevu vrstev sorbentu přivrácených k topnému prvku, v průřezu, obr. 6 uspořádání jedné nosné desky mezi dvěma uzavřenými průřezy, upravené pro indukční ohřev, v průřezu, obr. 7 pohled shora na nosnou desku pro lineární chromatografické vyvíjení a vyhodnocování on-line, obr. 8 pohled shora na nosnou desku pro chromatografické vyvíjení ve dvou směrech a vyhodnocování on-line, obr. 9 pohled shora na nosnou desku pro chromatografické vyvíjení ve dvou směrech a vyhodnocování on-line, obr. 10 pohled shora na nosnou desku k dvourozměrnému chromatografickému vyvíjení a vyhodnocování on-line, obr. 11 uspořádání zapojení výhodné formy provedení jednotky pro regulaci teploty vrstev sorbentu, obr. 12 blokové schéma funkce jednotky pro regulaci teploty vrstev sorbentu, obr. 13 několik programovatelných teplotních charakteristik pro dělení různých směsí a obr. 14 schéma několika dělení, která byla dosažena za použití různých 'hodnot R_f (zpožďovacího faktoru) při analýze vzorků obsahujících nikotinové alkaloidy.

Podle vynálezu se vytvoří zařízení A (obr. lj, které obsahuje alespoň jednu nosnou desku 3. Nosná deska 3 a dále později znázorněné konstrukční prvky jsou spolu spojeny kotevními svorkami 12, které zaručují přidržování prvků na tuho. Nosná deska 3 je částečně nejméně z jedné strany pokryta vrstvou 2 sorbentu a zůstává v kontaktu s topným tělesem, které je vytvořeno tak, že umožňuje časově a prostorově regulovanou změnu teploty vrstev 2 sorbenitu. Topné těleso obsahuje, jak je zřejmé z obr. 1 u zařízení A, dva elektricky napájené topné prvky 4, které jsou uspořádány rovnoběžně s nosnou deskou 3 a jsou vytvořeny ploché. Jeden z topných prvků 4 leží nad vrstvou 2 sorbentu a je od něj oddělen mezideskou 9, která sestává s výhodou z poddajné ipružné látky. Druhý topný prvek 4 je uspořádán pod nosnou deskou 3. Topné prvky 4 probíhají rovnoběžně s nosnou deskou 3 a jsou schopné odevzdávat regulovatelný tepelný výkon. Jestliže se má teplota regulovat i prostorově, pak Je výhodné, rozdělit topné prvky 4 .na nezávislé ohřevy, které jsou připojeny k jednotce 24 regulace teploty. Spodní topný prvek 4 je podepřen upínací deskou 11, která je rovněž držena kotevními svorkami. Mezi upínací desku 11 a topný prvek 4 lze uspořádat vrstvu izolující látky, například tepelně izolující desku 6. První přívod 16 je spojen s vrstvou 2 sorbentu pro přívod rozpouštědla a její výstup vede ke zvoleným hodům ve vrstvě 2 sorbentu. Nad nosnou deskou 3 je vytvořen uzavřený prostor 1, který je rovnoběžně s nosnou deskou 3 uzavřen závěrnou deskou 14, přičemž pro u258124 těsnění prostoru 1 je uspořádán kroužek 13 ve tvaru O. Uzavřený prostor 1 má udržovat přetlak. Přetlak se vytváří prostředkem, který je napájen druhým přívodem 16. Přetlak může být vytvářen pomocí vzduchu, vody, nebo· jinými kapalnými nebo plynnými prostředími. Pro tento účel se z bezpečnostních důvodů navrhuje použití vodního polštáře. Přetlak vytvořený v uzavřeném prostoru přitlačuje mezidesku 9 k povrchu vrstvy 2 sorbentu.

Topné prvky 4 jsou spojeny s jednotkou 24 regulace teploty vodičem 17. Topné prvky 4 mohou být, jak bylo uvedeno, rozděleny na různé části, které jsou přivedeny k výstupům jednotky 24 regulace teploty. Vstupy jednotky 24 regulace teploty jsou spojeny rovněž s topnými prvky 4, přičemž poslední spojení představuje vazbu s teplotními čidly, která jsou uspořádána nejen v desce s topným prvkem 4, nýbrž mohou být přizpůsobena i vrstvě 2 sorbentu. Části topných prvků 4 jsou s výhodou všechny regulovatelné a. tím umožňují programovatelně ovládat časovou i prostorovou změnu teploty v okolí vrstvy 2 sorbentu. Při práci se zařízením podle vynálezu je vrstva 2 sorbentu napájena v určitých bodech rozpouštědlem, načež počne chromatografické dělení. Výsledky dělení lze vyhodnocovat pomocí detektoru 19. V případě vyhodnocování on-line. obsahuje detektor 19 takové detekční jednotky, které pracují u okraje nosné desky 3, na konci vrstvy 2 sorbentu. V případě vyhodnocování on-line pracuje detektor 19 naprosto nezávisle na zařízení Ά a pro vyhodnocení je nutné nosnou desku 3 vyjmout ze zařízení.

Jednotka 24 regulace 'teploty zprostředkuje ovládání teploty topných prvků 4 obecně regulací výkonu, který je rozptýlen v částech topného tělesa.

Je možné uspořádat různá relativně výhodná uspořádání vrstvy 2 sorbentu, nosné desky 3 a topných prvků 4, jak je to dále znázorněno na příkladech (obr. 2 až 5). Jedna z možností spočívá v tom, že se jeden z topných prvků 4 uspořádá na základní desce 7, přičemž jako základní deska může sloužit i upínací deska 11. Mezi základní deskou 7 a topným prvkem 4 je možné uspořádat tepelně izolující vrstvu 5. Topný prvek 4 je překryt nosnou deskou 3, přičemž vrstva 2 sorbentu je uspořádána na protistraně. Na vrstvě 2 sorbentu je uložena vhodná pružná deska, která předává dále přetlak uzavřeného prostoru (obr. 2). Z obr. 3 je zřejmé, že dva topné prvky 4 a nosná deska 3 mohou být uspořádány ve tvaru sendviče, přičemž uzavřený prostor 1 může být vytvořen na straně topného (prvku 4. To znamená, že uzavřený prostor může existovat jak nad horním topným prvkem. 4, tak i pod dolním topným prvkem 4. Tepelně izolující deska 6 podpírá zařízení.

Zařízení podle vynálezu může být používáno s větším počtem nosných desek 3.

Jednu z těchto možností lze vidět na obr. 4, kde nosné desky 3 jsou uspořádány vzájemně rovnoběžně a kryjí vrstvy 2 sorbentu na těchtě stranách nosných desek 3. Topné prvky 4 jsou uspořádány mezi a/nebo nad stejně tak jako pod nosnými deskami 3. Horní topný prvek 4 přenáší přetlak uzavřeného prostoru 1 a dolní topný prvek 4 je podepřen tepelně izolující deskou 6 θ' základní desku 7. Přirozeně lze uskutečnit i obrácené uspořádání, přičemž uzavřený prostor 1 leží nad dolním topným prvkem

4.

Další výhodnou možnost lze seznat z obr.

5, kde jsou uspořádány dvě nosné desky 3 s topným prvkem 4 mezi nimi, přičemž nosný prvek 4 je od vrstev 2 sorbentu oddělen nosnými deskami 3. Vrstvy 2 sorbentu mohou být rovněž vytvořeny na povrchu nosných desek 3 přivrácených k topnému prvku 4. U tohoto provedení může být ůzavřený prostor 1 vytvořen jak nad, tak i pod nosným prvkem 4, přičemž je zařízení opatřeno jednou tepelně izolující deskou 6 a jednou základní deskou 7.

Další možnost spočívá v použití elektromagnetického pole po ohřev. Jednotka 24 regulace teploty spolupůsobí v tomto případě s indukčním topným zařízením, přičemž se ohřev zajišťuje pomocí kovové nosné desky 25, která je upnuta upínacím prvkem 8 (obr. 6). Indukční ohřev zajišťuje ohřev nosné desky 25 a tím i vrstvy 2 sorbentu, přičemž poslední kryje alespoň z jedné strany povrch nosné desky 25.

Nosné desky 3 a 25 mohou být vytvořeny z více částí. Poslední sestává vždy z jedné nebo více látek, které jsou schopny přenášet elektromagnetickou energii. Nosné desky 3 mohou být vyrobeny ze skla, keramických látek, hliníku nebo polymeru, např. na bázi terefíalátu atd. Uzavřený prostor 1 je uspořádán alespoň na jedné straně nosné desky

3. Nosná deska 3 je v podstatě deska s kolmo vzájemně probíhajícími hranami, avšak mohou se používat i jiná provedení. Pro vyhodnocování on-line je výhodné, aby nosné desky 3 byly zajištěny alespoň jednou rovnou (přímou) hranou. Obvykle je nosná deska 3 0,1 až 5,0 mm tlustá. Větší tloušťky zajišťují větší mechanickou pevnost nosných desek 3, ačkoliv tato struktura vyžaduje současně vyšší výkon pro nastavení teploty nosných desek 3 a vede k většímu předávání tepla. Volba záleží na podmínkách a je obvykle úkolem pro odborníka.

Uzavřený prostor 1 zařízení podle vynálezu je obvykle vyplněn vodou, což lze z bezpečnostních důvodů pokládat za nejvýhodnější. Přetlak může být zajištěn zřejmě vháněním vzduchu nebo jiných plynů. Nosné desky 3 mají být vůči přetlaku pevně upnuty, k čemuž slouží základní deska 7, upínací desky 10, 11 a upínací svorky 12. Vrstva 2 sorbentu sestává, jak je v chromatografii obvyklé a známé, z určité organic258124 ké nebo anorganické látky. Jako příklady anorganických látek lze jmenovat sllikagel nebo kysličník hlinitý a z organických látek celulózu a syntetické pryskyřice. Shora uvedené příklady nevyčerpávají samozřejmě všechny možnosti.

Materiál desky, přicházející do styku s vrstvou 2 sorbentu a přenášející přetlak z uzavřeného prostoru 1, vytvořené jako^ mezideska 9 je například polytetrafluorethylen, polymer na bázi tereftalátu, polyetylén nebo hliníková fólie. Materiál tohoto prvku se má volit s ohledem na podmínky chromatografické analýzy. Hliníková fólie může být výhodná proto, že jen málo reaguje s organickými látkami.

Pro tepelnou izolaci mohou být použity známé látky. Tepelně izolující deska 6 a tepelně izolující vrstva 5 sestávají například z asbestu, podle podmínek chromatografické analýzy mohou být voleny i jiné látky.

Shora uvedené příklady volby látek nepředstavují vyjmenování všech možností. Na základě svých vědomostí má tyto látky určit odborník v první řadě podle podmínek chromatografického dělení a pravděpodobného složení směsí, které se mají analyzovat, což je také obvyklým úkolem v tomto oboru.

Zařízení podle vynálezu se s výhodou konstruuje s pravoúhlými nosnými deskami 3 a 25, na které se vrstva 2 sorbentu nanese úplně nebo alespoň na třech stranách s uzávěrovou vrstvou 20 na okrajích (obr. 7, 8, 9 a 10). Na vrstvě 2 sorbentu jsou uspořádány vstupní body 20 a body 23 pro vstup vzorku. Uspořádání zmíněných bodů závisí na podmínkách chromatografické analýzy. Obecně jsou určeny společně a sice buď u jednoho okraje nosné desky 3, podél přímky nebo v jejím středu, rovněž podél přímky, která se považuje za výchozí bod při vyhodnocování chromatogramů. Tento okraj nosné desky 3, kde jsou uspořádány vstupní body 20 pro rozpouštědlo a body 23 pro vstup vzorku, leží s výhodou proti tomu okraji 18, kde schází uzávěrová vrstva 20 je částečně přerušena. Vstupní body 20 zachycují rozpouštědlo a body 23 pro vstup vzorku. Eluent, tj. pohyblivá fáze teče vlivem přetlaku a pohybuje se v kanálech 22, které jsou vytvořeny ve vrstvě 2 sorbentu, a určují směs pohybu, jak je to znázorněno na obr. šipkou. Pohyb vede k okraji 18 a cestou se oddělují některé složky směsi, ze které byl odebrán vzorek. V případě vyhodnocování on-line se složky s eluenty přivádějí až k okraji 13, kde se provádí vyhodnocování vhodným zařízením, například optoelektronickým zařízením. Tento přístroj generuje vstupní signály, které se přivádí dále k detektoru 19. Jak to lze seznat z obr. 7 a 8 mohou se nosné desky používat k vyhodnocování on-line jednorozměrných chromatografických vyvíjení. Vyhodnocení on12

-line představuje vyhodnocení vrstvy 2 sorbentu, kde různé složky vzorku tvořící směs vytvořily působením rozpouštědla různě dlouhé dráhy. Vzdálenost mezi bodem vstupu vzorku a skvrnou odpovídající dělené složce, je charakteristická pro složku a podmínky dělení. Vzhledem k tomu, že podmínky jsou známé a byly vědomě nastaveny, mohou se látky identifikovat podle skvrn.

Dělení lze provádět také dvourozměrným způsobem. V tomto případě se dělení provádí nejdříve ve směru uzávěrového pásu 28 nosné desky 3 a poté k tomuto kolmo, ve směru druhého uzávěrového pásu 27 (obr. 9, vyhodnocování on-line). Dva směry dvourozměrného vyvíjení mohou být určeny také okrajem 18 a uzávěrovým pásem 26 nosné desky 3, přičemž se mohou vytvořit prázdné fragmenty uzávěrového pásu 28, prodloužení kanálů 22 vyříznutím odpovídajících částí uzávěrové vrstvy 20 (obr. 10, vyhodnocování on-liine). Při dvourozměrném vyvíjení se nejdříve použije první rozpouštědlo, jehož zbytky je pak nutné ve směru vyvíjení odstranit a potom se má použít druhé rozpouštědlo k vyvíjení ve druhém směru kolmém k prvnímu směru. Vzhledem k tomu, že nad vrstvou sorbentu může vzniknout pouze prostor velmi omezeného objemu s párou rozpouštědla, není nutné počítat po odstranění zbytků prvního rozpouštědla, například propláchnutím inertiním plynem, s jakýmikoliv škodlivými účinky rozpouštědla. Při vyvíjení se má teplota vrstvy 2 sorbentu regulovat podle předem daného programu.

Jednotka 24 regulace teploty (obr. 11] je spojena s topným prvkem 4 nebo kovovou nosnou deskou 25, přičemž spojení je provedeno pomocí jednoho nebo pomocí většího počtu teplotních čidel 31, která jsou uspořádána pro zjištění teploty vrstvy 2 sorbentu. Jednotka 24 regulace teploty ovlivňuje teplotu regulováním výkonu přiváděného topnému prvku 4 nebo topným prvkům 4 nebo' kovové nosné desce 25 nebo jejím částem. Spolupůsobení jednotky regulace teploty s ohřevem vrstvy 2 sorbentu se uskutečňuje zpětnou vazbou podle obr. 12, přičemž pro stanovení referenčního signálu je uspořádána jednotka a (tato jednotka slouží pro programování změny teploty], která je přivedena ke komparátoru b. Výstup komparátorů b je připojen přes zesilovač c jednotky d pro vytváření signálu, která obsahuje tyristor nebo jiný vhodný spínací prvek pro regulaci výstupního výkonu, jednotka d pro vytváření signálu přivádí požadovaný signál do záběrné jednotky e, která slouží pro ovládání jednotky f a tím pro ovlivňování teploty vrstvy 2 sorbentu. Zpětná vazba g zajišťuje ukončení spínání a tím se komparátor b nutí ke generování takových výstupních signálů, které odpovídají rozdílu mezi sku258124 tečným a programovaným stavem zařízení. Kompárátor b může být konstruován například na bázi platinových termočlánků. Zpětná vazba podle obr. 12, se s výhodou realizuje pomocí jednotky 24 regulace teploty podle uspořádání zapojení, jak je zřejmé na obr. 11.

Během práce zařízení, jak bylo uvedeno, se teplota vrstvy 2 sorbentu zjišťuje vhodným teplotním čidlem 31 v jednom nebo více bodech.

Výstupy teplotního čidla 31 jsou připojeny přes diferenciální zesilovač 32 k ukazateli 33 teploty, dále bezprostředně ke komparátoru 45 s hysterezí a rovněž bezprostředně k prvnímu vstupu srovnávacího zesilovače 39. Srovnávací zesilovač 39 je logický spínací člen, který poskytuje údaj o výchozí hladině U_c v závislosti na vstupních hladinách U_n a U_b. Na prvním vstupu přijímá signál hladiny U„ a na druhém vstupu signál hladiny U_b. Srovnání může vést k následujícímu výsledku: U„ je vyšší než U_b, U_a a U_b jsou (s'ohledem na tolernacij stejné a U_a je menší než U_b. V tomto sledu odpovídá vyšší pozitivní hladina, nižší pozitivní hladina a negativní hladina U_c výstupního¹ signálu výsledku srovnání. Další důležitou charakteristikou práce srovnávacího zesilovače 39 je, že výstupní hladina U_c je tím menší, čím menší je rozdíl mezi hladinami U_a a U_b (přičemž U_n je vyšší než U_b).

Druhý vstup srovnávacího zesilovače 39 je spojen s výstupem řadového členu, který obsahuje klávesnici 34, mikroprocesorovou jednotku 35, spojenou s dalším indikačním přístrojem 38 teploty, jakož i integrátor 37, přičemž mezi centrální mikroprocesorovou jednotkou 35 a integrátorem 37 je s výhodou uspořádán optoelektronický vazební prvek 36. Tento optoelektronický vazební prvek 36 zajišťuje přenos signálů mezi centrální mikroprocesorovou jednotku 35 a integrátorem 37 bez elektrického kontaktu. Ukazatel 33 teploty ukazuje hodnotu teploty, dosaženou ve vrstvě 33 sorbentu a ukazatel 38 teploty je uspořádán pro indikaci programovaných hodnot teploty.

Výstup srovnávacího zesilovače 39 přivádí signál s hladinou U_c vstupu komparátoru 40, který dostává signály s hladinou U_d přes svůj druhý vstup cd prvku 42 posuvu hladiny, ve kterém je posunuta hladina signálů oscilátoru 41 s klopným kmitem nebo jiného vhodného oscilátoru. Výstup komparátoru 40 vede signál s hladinou U₍. ke vstupu výkonového vypínače 43 dále. Poslední generuje signály pro ovládání práce topného tělesa zařízení A, například pro ovlivnění elektrického výkonu disipovaného v elektrických prvcích 4 a používaného pro ohřev vrstvy 2 nebo vrstev 2 sorbentu. Kompárátor 45 s hysterezí je spojen s relé 46, které za uvedených okolností otevírá cestu proudu od vysokovýkomového napájecího zařízení 47. Různým prvkům jednotky

14’ regulace teploty je dodáváno napětí napájecí jednotkou 48.

Jednotka 24 regulace teploty zajišťuje regulaci podle předem určeného programu, který může být zaveden do centrální mikroprocesorové jednotky 35 za použití klávesnice 34 nebo jiné vhodné vstupní jednotky. Program je ukládán do paměti v mikroprocesorové jednotce a používá se jak pro změnu teploty vrstvy 2 sorbentu, tak i nosné desky 3. Program může zajišťovat například změny teploty v jednotlivých bodech vrstvy 2 sorbentu, znázorněné na obr. 13.

Tato změna představuje regulaci podle času, přičemž se stanoví určitá vstupní hodnota T_o a teplota se má zvýšit až k nejvyšší hodnotě T3, přičemž existují mezlhodnoty Ti a T2. Jestliže změna probíhá přímočaře, lze vzít ohled na různé strmosti JŠl, β2 a β3. Je zřejmé, že se programové prostředky mohou vytvořit tak, aby změny teploty odpovídaly nelineární funkci. Strmosti se mají rovněž vybrat podle programu.

Během práce jednotky 24 regulace teploty se zařízením podle obr. 11 nebo podobným lze obecně uspořádat průběh teploty tak, že nejvyšší hodnota je 90 °C a nastavené hodnoty se udržují s přesností +1 °C pomocí předem stanovené doby trvání. Rozdíl mezi nastavenými a realizovanými hodnotami teploty nemá překročit rozmezí +0,5 °C.

Pro dělení lze zvolit rychlost změn teploty v rozmezí 1 až 20 °C/min. Srovnávací zesilovač 39 zajišťuje v jednotce 24 regulace teploty signály s hladinou U_c na základě rozdílu mezi nastavenými a naměřenými hodnotami teploty; tyto signály lze použít pro změnu rychlosti změn teploty. Srovnávací zesilovač 39 přerušuje výkon přiváděný k topnému tělesu při dosažení požadované teploty.

Signály s hladinou U_e obsahují pravoúhlé impulsy s výplňovým faktorem, závislým na rozdílu teplot, tj. určuje výplňový faktor pomocí vstupních signálů komparátoru 40. Jestliže se zjištěná teplota vrstvy 2 sorbentu pohybuje výše, než je její programová hodnota, nebo jestliže jsou si rovny, pak se vytváří signály s vypnutím topného· tělesa zajišťující výplňový faktor.

Kompárátor 45 s hysterezí, relé 46 a vysokovýkonové napájecí zařízení plní úkoly ochrany. Kompárátor 45 s hysterezí vytváří výstupní signál, když teplota, která je indikovaná ve vrstvě 2 sorbentu, překročí nejvyšší povolenou hodnotu pro zařízení, k čemuž může dojít například v důsledku poruchy zapojení. Relé 46 v těchto případech zareaguje a vede proud vyrobený vysokovýkonovým napájecím zařízením 47 ,k dalším jednotkám, a tím přeruší cestu proudu, vedoucí k zařízení A a topnému tělesu.

Teplotní čidlo je s výhodou vytvořeno z prvku čidla a generátoru, přičemž prvek čidla je uspořádán ve větvi spínače generátoru a je spojen s nosnou deskou 3 a/nebo vrstvou 2 sorbentu. Tepelná vazba může být také zesílena mechanickým spojením.

Centrální mikroprocesorová jednotka 35 se obvykle opírá a známá integrovaná zapojení 8080 a 8085, přičemž optoelektronický vazební prvek 37 slouží k zabránění elektrického styku při předávání signálu. Výkonový spínač 43 obsahuje například Darlingtonovo zapojení, uskutečněné pomocí tranzistorů.

Topný prvek 4 může být vytvořen také jako tištěná deska, přičemž lze vytvořit úzké destičky pro rozptýlení energie, jakož i indikaci teploty.

Při vyhodnocování on-line chromatografických vyvíjení, která se mají zpracovávat, lze stanovit takové chromatogramy, jaké jsou zřejmé např. z obr. 14 pro alkaloidy nikotinu. Obr. znázorňuje vliv teploty na dělení. Zpožďovací faktor Rf, tj. retarding factor, má v případě, že se zvyšuje teplota, zvětšující se hodnoty, což je v protikladu k jevům pozorovaným při známých způsobech chromatografie na tenké vrstvě.

Nikotinové alkaloidy se obecně mohou rozdělit na pět složek, a tyto složky vytváří, jak je to zřejmé z obr. 14, různé dráhy při různých průbězích teploty. Průběh teploty může být určen selektivním způsobem, a tím zaručit pomocí naznačených teplotních programů II a V velmi dobře vyhodnotitelné chromatogramy, přičemž lze dosáhnout velmi účinného dělení.

Volbou jiných programů lze zaručit taková dělení, při nichž více složek zaujímá stejné místo nebo se skvrny částečně překrývají (programy I, III a V). Optimální průběh teploty lze určit odděleně zkouškami pro uvedené směsi.

Ze shora uvedeného plyne, že u zařízení podle vynálezu mohou být topné těleso, nosné desky a vrstvy sorbentu uspořádány různým způsobem, přičemž regulace teploty se může provádět pomocí různých zapojení.

Zařízení podle vynálezu zaručuje velmi účinné dělení složek směsi organických sloučenin a rozšiřuje možnosti použití vysokotlaké tenkovrstvé, chromatografie.

Claims (2)

1. Zařízení pro provádění analýz pomocí vysokotlaké tenkovrstvé chromatografie, které obsahuje uzavřený prostor, alespoň jednu nosnou desku, uspořádanou u tohoto uzavřeného prostoru, na níž je uspořádána vrstva sorbentu, prvek překrývající povrch vrstvy sorbentu, jakož i první vstup komunikující s vrstvou sorbentu a druhý vstup komunikující s uzavřeným prostorem, vyznačující se tím, že je opatřeno topným tělesem pro měnění teploty vrstvy (2) sorbentu, které je spojeno s řídicím výstupem jednotky [24) regulace teploty.

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že topné těleso má nejméně jeden ploichý topný prvek (4), který je uspořádán rovnoběžně s vrstvou (2) sorbentu a u nosné desky (3).

¹ 3. Zařízení podle bodu 2, vyznačující se tím, že u nosné desky (3) na straně protilehlé topnému tělesu je uspořádána tepelná Izolace.

! 4. Zařízení podle jednoho z bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že topné těleso obsahuje alespoň dva ploché topné prvky (4) a mezi každou dvojicí topných prvků (4) uspořádanou nosnou deskou (3) s vrstvou (2) sorbentu.

i 5. Zařízení podle jednoho z bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že je opatřeno dvěma ‘nosnými deskami (3), z nichž každá má jednu nebo dvě vrstvy (2) sorbentu, přičemž topný prvek (4) topného tělesa je uspořádán mezi nosnými deskami (3).

! 6. Zařízení podle jednoho z bodů 1 až 5, vyznačující se tím, že obsahuje v rovnoběžném uspořádání alespoň dva topné prvky ynAlezu '(4) topného tělesa, jakož i alespoň dvě nosné desky (3J s vrstvami (2) sorbentu na jednom nebo obou površích.

¹ 7. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že je opatřeno kovovou nosnou deskou (25], která je spojena s indukčním ohřevem.

18. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že jednotka (24) regulace teploty obsahuje centrální mikroprocesorovou jednotku (35), která je spojena svými vstupy a výstupy s topným tělesem rozděleným v topné prvky (4).

¹ 9. Zařízení podle bodu 8, vyznačující se tím, že jednotka (24) regulace teploty obsahuje nejméně jedno teplotní čidlo' (31], které je přes diferenciální zesilovač (32) a srovnávací zesilovač (39) připojeno k prvnímu vstupu komparátoru (40), přičemž druhý vstup srovnávacího zesilovače (39) je připojen k výstupu řadového členu, obsahujícího klávesnici (34) nebo jinou vstupní jednotku, centrální mikroprocesorovou jednotku (35) a integrátor (37J, druhý vstup komparátoru (40) je spojen přes prvek (42J posuvu hladiny s oscilátorem (41) s klopným kmitem, zejména s generátorem pilovitých kmitů a jeho výstup je připojen k výkonovému vypínači (43), přičemž výstup výkonového vypínače (43) tvoří ovládací výstup jednotky (24) regulace teploty.

10. Zařízení podle bodu 9, vyznačující se tím, že výkonový vypínač (43) je dalším vstupem spojen s relé (46), přičemž vstupy relé (46) jsou připojeny jednak ke komparátoru (45) s hysterezí, jednak k vysokovýkonovému napájecímu zdroji a kompará17 tor (45) s 'hysterezí je připojen k prvnímu vstupu srovnávacího zesilovače (39).

' 11. Zařízení podle bodu 9, vyznačující se tím, že řadový člen obsahuje optoelektronický vazební prvek (36) uspořádaný mezi centrální mikroprocesorovou jednotkou (39) á integrátorem (37).

12. Zařízení podle jednoho z bodů 1, 2 nebo 4 až 6, vyznačující se tím, že topné těleso je vytvořeno s indukčním ohřevem pro přívod elektromagnetické energie k nosné desce (25), která je v tepelném kontaktu s vrstvou (2) sorbentu.

13. Zařízení podle jednoho z bodů 1, 2 nebo 4 až 6, vyznačující se tím, že topné těleso obsahuje alespoň jeden topný prvek (4), kterým je listový topný prvek, uspořádaný rovnoběžně s nosnou deskou (3).