CS259190B1

CS259190B1 - Column for preparative liquid chromatography

Info

Publication number: CS259190B1
Application number: CS866128A
Authority: CS
Inventors: Bedrich Porsch; Jaroslav Voslar; Jaroslav Rosol; Vladimir Kubanek
Original assignee: Bedrich Porsch; Jaroslav Voslar; Jaroslav Rosol; Vladimir Kubanek
Priority date: 1986-08-21
Filing date: 1986-08-21
Publication date: 1988-10-14
Also published as: EP0257582A2; US4752391A; CS612886A1; JPS63101748A; EP0257582A3

Description

Vynález se týká kolony pro preparativní kapalinovou chromatograf ii.

Prudký rozvoj analytické vysokotlaké kapalinové chromatografie směrem к vysokým účinnostem kolon se odráží především ve značném zájmu o preparativní kolony obdobných vlastností. Je tomu tak proto, že (podobně jako u kolon analytických) použití menších částic sorbentu umožňuje i zde podstatné (až řadové) zvýšení účinnosti kolon, za předpokladu, že sorbent je dostatečně rigidní, aby snesl potřebný tlakový spád. Mezi základní problémy, které je třeba řešit při konstrukci preparativní kolony_f patří rozvod mobilní fáze a nastřikovaného vzorku na hlavu kolony a zejména odvod mobilní fáze a vzorku\kolony, které musí být uspořádány tak, aby nedocházelo к dodatečnému rozmývání zóny vzorku a tím ke snižování účinnosti. Ke značnému rozmytí nastřikovaného vzorku dojde vždy, když se ve hlavě kolony vytvoří prázdný prostor, ve kterém se vzorek promíchá s mobilní fází; vymývání tohoto prázdného prostoru vede ke značně asymetrickým zónám vzorku. Prázdný prostor se může vytvořit například i sednutím sorbentu v důsledku působení tlakového spádu při chromatografií, nebo pomalým rozpouštěním částic sorbentu v mobilní fázi. Všechny uvedené problémy se. pak projevují tím více, čím větší je průměr kolony. Přívod a odvod mobilní fáze a vzorku se uskutečňuje nejčasteji centrálním přívodem a odvodem z kolony*; jsou popsány kolony s kuželovými tvary přívodní a odvodní části, jakož i kolony se složitými rozvody na přívodu a odvodu mobilní fáze, které mají zaručit rovnoměrný rozvod i odvod vzorku z celého průřezu kolony (například Coq B., Cretier G., Rocca J.L., Journal of Chromátography 186,457 (1979))· Řešení s přívodem vzorku na hlavu kolony uspokojivě fungují za před259190 pokladu, že nedojde ke vzniku prázdného prostoru na hlavě kolony. Sedání sorbentového lože, zejména u kolon velkých průměrů, se projevuje i u tak rigidních částic jako je mikropartikulární silikagel. U preparativních kolon je obtížné aplikovat plnicí postupy, zaručující zvýšení stability sorbentového lože, běžné při plnění analytických kolon, tj. plnění suspensi částic při tlaku až 5θ 6θ MPa. U kolony o průměru například 100 mm by vytvoření tlakového spádu této velikosti vyžadovalo velmi složité plnicí zařízení, zejména pak čerpadlo. Protože pracovní tlaky v koloně jsou řádově nižší než tyto hodnoty, vyplývá odtud i požadavek minimálně lOx vyšší tlakové odolnosti preparativní kolony oproti provozním podmínkám. Je proto snaha plnit kolony velkých průměrů suspensi sorbentu prostou sedimentací v gravitačním poli. To lze sice snadno uskutečnit, ale není dostatečná záruka, že se dosáhne takového uložení částic, které by bylo stabilní při působení tlakového spádu při provozu kolony a proto se nebezpečí vzniku prázdného prostoru na hlavě kolony dále zvyšuje. Jsou známa tři řešení tohoto problému. První jsou kolony s posuvným pístem; hlavu kolony, rešp. její spodní část, tvoří posuvný píst, který lze posouvat tak, aby vždy tlačil na sloupec sorbentů a který současně přivádí resp. odvádí ze sorbentů do sorbentů vzorek, případně za použití vhodného rozvodu, například DOS č. 3021366, ЕР-OS OO4o663. Nevýhodou je zde složitost vlastního pístu a vysoké požadavky na kvalitu trubic tvořících kolony vzhledem к tomu, že píst je nutno dokonale utěsnit proti vnitřnímu přetlaku. Kromě toho i pro posuv pístu se musí vyvodit značné síly (které rostou s průměrem), aby kompensovaly vnitřní přetlak. Druhou možností je zhotovit kolonu z pružného materiálu a stabilizovat sloupec sorbentů radiálním stlačením tak, aby ke vzniku prázdného prostoru nedošlo (například DOS či 30 00 475)· Toto řešení vyžaduje relativně Složité zařízení stlačující pružnou kolonu, neřeší zcela problém rozpouštění sorbentů a vznik prázdných prostorů při provozu kolony a tyto problémy velmi narůstají s rostoucím průměrem kolony, takže je používáno jen u kolon menších průměrů. Třetí možností je nástřik-vzorku přímo dovnitř sorbentového lože na hlavě kolony a to buá centrálně (E. Katz, R.P.W. Scott: J. Chromatography 246, 191 (1982)) hebo z boku kolony (Molnar I., Huhn A., Lamer W.ί International La— ~ ³ boratory 1¾, Nr. 3, 10 (198^)). Zařízení tohoto typu jsou opět složitá, citlivá na manipulaci a přívody vzorku se snadno ucpávají. Kromě toho vyžadují vesměs použití dvou čerpadel, z nichž jedno přivádí mobilní fázi na hlavu kolony a druhé přivádí vzorek a mobilní fázi do sorbentu, přičemž značně záleží na nastavení obou průtoků, jestliže se chce dosáhnout dobrých účinností. Popsané přívody vzorku do sorbentu byly rovněž aplikovány pouze u kolon analytických, u větších průměrů kolon by byly patrně rovněž použitelné, ale jejich složitost by dále vyrostla.

Tyto nevýhody odstraňuje kolona podle vynálezu, sestávající z trubice válcového tvaru naplněné sorbentem, na koncích opatřené koncovkami, které ji utěsňují proti vnitřnímu přetlaku a ve kterých jsou upevněny svorníky fixující koncovky na koncích trubiče, vyznačená tím, že přívodní trubice nastřikováného vzorku uzavřená na konci sííkou nebo fritou prochází centrálně spodní koncovkou a je ukončena ve vzdálenosti ód spodního konce kolonové trubice rovné 7θ až 9θ % celkové délky trubice a spodní koncovka má nejméně čtyři otvory, případně kruhovou drážku, popřípa•dě dvě polodrážky opatřené sííkami nebo fritami,«kteréžto otvory případně drážky jsou umístěny mimo střed koncovky na soustředné kružnici o průměru mezi 40 až 7θ $ vnitřního průměru válcové trubice.

Důležitým význakem je uspořádání přívodu vzorku a mobilní

-p fáze do kolony, podle kterého se mobilní fáze přivádí centrálně horní koncovkou a vzorek se nastřikuje do sorbentu přívodní trubicí vzorku po zastavení průtoku mobilní fáze^načež se průtok mobilní fáze obnoví.

Schematické uspořádání kolony podle vynálezu je znázorněno na výkresu, kde na obr. 1 je znázorněna kolona v řezu a v půdorysném středovém řezu A-Á. Na obr. 2 je znázorněna v řezu kolona podle příkladu konkrétního provedení.

Na obr. 1 je znázorněna kolona sestávající z trubice JL válcového tvaru, která je na koncích opatřena horní koncovkou 2 a spodní koncovkou £. Středem horní koncovky 2 prochází přívod mobilní fáze tvořený přívodní kapilárou 10 a opatřený sítkou 8.

- 4 Středem spodní koncovky 2, prochází přívodní trubice 2 nástřikováného vzorku opatřená na konci sííkou nebo fritou 6 a spojená s přívodní kapilárou 11 vzorku; ve spodní koncovce 2 Jsou čtyři otvory 2. opatřené sítkami 8 odvádějící mobilní fázi odvodní kapilárou umístěné na soustředné kružnici v polovině vnitřního průměru trubice 1. Horní koncovku 2 a spodní koncovku 2 fixují na ·' koncích trubice JL svorníky 4,*

Na obr. 2 je znázorněna kolona sestávající z trubice 1, která je na koncích opatřena horní koncovkou Z a dolní koncovkou 2.· Trubiče 1 je na horní koncovce utěsněna teflonovým těsnícím kroužkem 12, nergzovým těsnícím kroužkem 13 a teflonovou těsnící podložkou 14. Spodní část horní koncovky 2 a její horní část 16 jsou staženy šrouby 17. Přívodní kapilára 10 mobilní fáze prochází středem těsnící podložky 14 a je utěsněna teflonovým kuželem 18 a průchozím šroubem 19« Trubice J. je ve spodní koncovce 2. utěsněna teflonovým těsnícím kroužkem 12 a nerezovým těsnícím kroužkem 12., stejně jako u horní koncovky a teflonovou těsnící podložkou 20. Teflonová těs- . nící podložka 20 je opatřena otvory 2» které jsou kryté síťkami 8. Kanálky otvorů 2 jsou vytvořeny v horní části 21 spodní koncovky 2. pod zátkou 22 a odvodní kapilára 2 mobilní fáze je utěsněna teflonovým kuželem 18 a průchozím šroubem 19« Přívodní trubice 2. vzorku je opatřena fritou 6, je zašroubována do horní části 21 koncovky 2, ^a utěsněna teflonovým kuželem 18 a šroubem 19. Z vnitřní strany je přívodní trubice 2 vzorku dotažeia matkou 23 s podložkou 24. Dolní část spodní koncovky 2, ^a horní část 21 této koncovky jsou staženy šrouby 12. Horní koncovka 2 a spodní koncovka 2. jsou na koncích trubice 1 fixovány svorníky 4, které jsou staženy matkami 22- . .

Trubice j. válcového tvaru tvořící kolonu může být skleněná, nerezová, popřípadě z jiného materiálu dle požadavků na její pevnost a korozivzdornost, přičemž její průměr je dán požadavkem dělící kapacity a jeho -velikost není nijak omezena.

Koncovky mohou být libovolné konstrukce, výhodně lze užít těsnění dle čs. АО 236 184, které zejména u skleněných trubic dovoluje využít pevností skla blízkých teoretickým hodnotám, je dostatečně jednoduché a nevyžaduje speciální kvalitu trubice co do kulatosti a kvality povrchu.

Otvory 2. ^ve spodní koncovce 2 slouží к odvodu mobilní fáze. Ve spodní koncovce 2 mohou být vytvořeny spojovací kanálky pro odvod mobilní fáze, takže tato odchází z kolony jedinou trubicí. Lze ale použít i separátních trubic, které se spojí až za kolonou.

К přívodu vzorku lze výhodně využít standardního šesticestného ventilu, kterým lze přepnout průtok mobilní fáze mimo kolo' .» nu a současně připojit nástřikovou větev a uzavřít hlavu kolony, aniž by bylo nutné zastavovat čerpadlo. Po nástřiku se ventil přepne zpět a tím se obnoví průtok mobilní fáze.

Kolona dle vynálezu ve spojení s popsaným způsobem přívodu vzorku má řadu výhod. Kolonu lze velmi snadno naplnit sorbentem prostou sedimentací v gravitačním poli tak, že se použije identická trubice s trubicí 1 tvořící kolonu a spojí se pryžovou spojkou. Protože přívodní trubice vzorku je umístěna zespoda odpadá složité zavádění nástřikového systému do sorbentu. Vrstva sorbentu nad ukončením přívodní trubice J5 vzorku vlastně nahrazuje píst stlačující sorbent a to v důsledku tlakového spádu daného výškou této vrstvy, průměrem kolony, průtokem mobilní fáze, její viskositou a velikostí částic sorbentu. Tuto vrstvu lze v případě potřeby doplnit nebo vyměnit opět prostou sedimentací a účinnost kolony tím není dotčena. To je významné zejména v případech, kdy se může sorbent nepatrně rozpouštět v mobilní fázi - zde tato vrstva nahrazuje saturační kolonu. Kromě toho tato vrstva zachytí i případné nečistoty z mobilní fáze, což je opět významné při použití kolon velkých průměrů, kde se pracuje s desítkami i stovkami litrů mobilní fáze a.·lze tedy slevit z obecně známých požadavků na čistotu ňiobilních fází pro chromatografii. Při použití skleněných trubic lze znečištění, často provázené změnou barvy sorbentu, visuálně sledovat a sorbent snadno vyměnit.

Tím, že otvory 2 odvádějící mobilní fázi jsou umístěny mimo střed spodní koncovky 2» dochází к podstatně lepšímu vymývání zóny vzorku z okrajů kolony a získávají se i při značných dělenýoh množstvích symetrické píky.

Při použití popsaného způsobu nástřiku vzorku není třeba pracovat se dvěma čerpadly, Při spojení dvou kolon dle vynálezu v sérii lze připojit přívod na hlavě druhé kolony na výstup z kolony první, takže nástřiková trubice 2 druhé koleny se nepoužije. Protože vzorek po průchodu první kolonou je již zředěn do velkého objemu, neprojeví se případný prázdný prostor na hlavě druhé kolony buď vůbec, nebo jen nepatrně. Jestliže je třeba použít recyklu, je vhodné zařadit menší čerpadlo, které vrací zónu vzorku zpět do nástřikového systému a lze pracovat jak při zastaveném průtoku mobilní fáze, tak i za průtoku íhobilni fáze. К menším nástřikům (do 50 ml) lze použít injekční stříkačky, při větších nástřicích je pohodlnější malé pomocné čerpadlo, pneumatický dávkovač a pod.

Vhodné provedení kolony dle vynálezu ilustruje příklad 1 na obr. 2.

Příklad 1 .

Kolonová trubice _1 o délce 250 mm a síle stěny 3»5 mm byla zhotovena z borosilikátového skla (obr. 2). Horní koncovka 2 a spodní koncovka 2 byly zhotoveny z nerezavějící oceli а к útěšnění trubice 1^ byl použit systém dle čs. АО 236 184, tvořený teflonovým těsnícím kroužkem 12, nerezovým těsnícím kroužkem 13 a teflonovou těsnící podložkou 14, jejímž středem prochází přívodní kapilára 10 mobilní fáze, oddělená od sorbentu sííkou 15. Utěsnění . horní koncovky 2 se dosáhne stažením spodní části této horní koncovky 2 s je jí horní částí 16 šrouby -17« Přívodní kapilára 10 mobilní fáze je utěsněna teflonovým kuželem 18 a průchozím šroubem 19« Těsnění trubice 1 ve spodní koncovce 2, shodné s horní koncovkou2, tj. jsou použity teflonový těsnící kroužek 12 a nerezový těsnící kroužek 13» V teflonové těsnící podložce 20 jsou v polovině průměru vyvrtány čtyři otvory 2» kryté sííkami 8. Spojovací kanálky otvorů 2 jsou vytvořeny v horní části 21 spodní koncovky 2 pod zátko.u 22 a odvodní kapilára 2 mobilní fáze je utěsněna teflonovým kuželem 18 a průchozím šroubem 19. Přívodní trubice ^ vzorku o vnitřní délce 200 mm a vnitřním průměru 1 mm s fritou 6 je zašroubována do horní části žl koncovky 3 a přívod vzorku je utěsněn tef259190 ·

- 7 1onovým kuželem 18 a šroubem 19. Z vnitřní strany je přívodní trubice J vzorku dotažena matkou 23 s podložkou 24, vše z nerezavějící oceli. Dolní část spodní koncovky Q a horní část 21 této koncovky Jsou opět staženy šrouby 1.2, čímž se dosáhne utěsnění trubice 1. Svorníky 4 fixující horní koncovku 2 a spodní koncovku Q jsou staženy matkami 25.

V provozu se do kolony mobilní fáze přivádí přívodní kapilárou 10 mobilní fáze a vzorek se nastřikuje do sorbentu po zastavení průtoku mobilní fáze přívodní trubicí Q vzorku, ke které je připojena přívodní kapilára 11 vzorku. Zastavení průtoku a nástřik jsou realizovány pomocí standardního šesticestného ventilu, který umožní odpojit přívodní kapiláru 10 mobilní fáze, aniž se zastaví čerpadlo a současně spojit přívodní kapiláru 11 vzorku s dávkovacím zařízením vzorku. Po nástřiku se přepnutím šesticestného ventilu obnoví průtok mobilní fáze.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁ L E Z U

I ;Kolona pro preparativní kapalinovou chromatografií,sestávající z trubice válcového tvaru naplněné sorbentem, na koncích opatřená koncovkami, které ji utěsňují próti vnitřnímu přetlaku a ve kterých jsou upevněny svorníky fixující koncovky na koncích trubice,vyznačená tím, že přívodní trubice (5) nastřikovaného vzorku uzavřená na konci síťkou nebo fritoťt (6) prochází centrálně spodní koncovkou (3) a je ukončena ve vzdálenosti od spodního konce kolonové trubice (1) rovné 70 až

90 $ celkové délky této kolonové trubice (1) a spodní koňcovka (З) má nejméně čtyři otvory (?)» případně kruhovou drážku, popřípadě dvě pdlodrážky, opatřené síťkami nebo fritami (8), kteréžto otvory, případně drážky jsou umístěny mimo střed spodní koncovky (3) na soustředné kružnici o průměru mezi 4θ až 7P % vnitřního průměru trubice (1).