ES2212320T3 - Envolturas para sorbentes monoliticos. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a absorbentes monolíticos revestidos formados de cuerpos moldeados porosos, estando la superficie envolvente de dicho absorbente monolítico rodeada, de manera estanca al líquido, por una envoltura resistente a la presión, por ejemplo de material plástico. La envoltura según la invención es apropiada en particular para cuerpos moldeados porosos que presentan macroporos conectados entre sí y mesoporos en las paredes de los macroporos, teniendo el diámetro de los macroporos un valor medio superior a 0,1{mu}m, y el diámetro de los mesoporos, un valor medio comprendido entre 2 y 100 nm. La invención se refiere además a la utilización del absorbente monolítico antes citado en una columna cromatográfica o un cartucho cromatográfico, así como la utilización del absorbente monolítico para la separación por cromatografía de al menos dos sustancias.

Description

Envolturas para sorbentes monolíticos.

El invento se refiere a envolturas para sorbentes monolíticos para cromatografía.

El envase de columnas de cromatografía con sorbentes corpusculares tiene por resultado que la base de sorbentes se encuentra en estrecho contacto con la envoltura de la columna. Como se establece en las patentes WO 94/19 687 y WO 95/03 256, si los sorbentes corpusculares se sustituyen por sorbentes monolíticos se plantea el problema de precintar la envoltura del sorbente de forma impermeable a los líquidos, estable a la presión e inerte a los eluyentes. Sólo así se asegura que el eluyente fluya únicamente a través del sorbente. F. Svec y J.M. Frechet (1992) describen en su obra Anal. Chem. 64, págs. 820 - 822, cómo se puede polimerizar un sorbente monolítico para convertirlo en un tubo. Este principio tiene aplicaciones limitadas en el caso de los sorbentes cerámicos, ya que el comprimido no sinterizado se reduce durante las fases posteriores de combustión y calcinación. Este método sólo puede utilizarse si el diámetro interior del tubo es suficientemente reducido, es decir, considerablemente menor que un centímetro. En la patente WO94/19.687 se describe un sujetador que puede utilizarse igualmente para sorbentes monolíticos de mayor densidad: una envoltura de teflón rodea la barra de cerámica. A fin de que esta envoltura ofrezca un precinto impermeable a los líquidos, incluso si se aplica en el interior la presión de trabajo del dispositivo cromatográfico, la barra de cerámica revestida de teflón se coloca en un tubo de metal de un diámetro interior relativamente amplio, en el que se genera una contrapresión.

En la patente DE 1 955 276 se describe una columna de separación para cromatografía líquido/líquido que presenta una envoltura de metal resistente a la presión. Entre el sorbente y la envoltura metálica se encuentra una capa de plástico resistente a la corrosión.

Los dispositivos descritos en las patentes WO 94/19 687 y DE 1 955 276 son de diseño complejo. Su objetivo, así pues, es ofrecer sujetadores y envolturas simplificados para sorbentes monolíticos.

El invento se refiere a sorbentes monolíticos en envolturas en forma de moldes porosos de cerámica o en forma de moldes hechos de un polímero, en el que la superficie exterior de dicho sorbente monolítico está rodeada de una caja de plástico resistente e impermeable a los líquidos hecha de poliéter cetona, de tal manera que el eluyente sólo pueda fluir a través del sorbente. En particular, el sorbente puede tener macroporos interconectados y mesoporos en las paredes de los macroporos, en los que el diámetro de los macroporos tiene un valor mediano superior a 0,1 \mum, y el diámetro de los mesoporos tiene un valor mediano entre 2 y 100 nm, y la superficie exterior de dicho sorbente monolítico está rodeado de una envoltura de plástico resistente a la presión e impermeable a los líquidos.

El invento se refiere igualmente a una columna cromatográfica o a un cartucho cromatográfico formado por un sorbente monolítico en forma de molde poroso de cerámica o en forma de molde hecho de un polímero, en el que la superficie exterior de dicho sorbente monolítico está rodeada de una envoltura de plástico resistente e impermeable a los líquidos hecha de poliéter cetona, de tal manera que el eluyente sólo pueda fluir a través del sorbente.

El invento se refiere asimismo al uso de un sorbente monolítico con arreglo al invento en forma de un molde poroso de cerámica o en forma de un molde hecho de un polímero, en el que la superficie exterior de dicho sorbente monolítico está rodeada de una envoltura de plástico resistente e impermeable a los líquidos hecha de poliéter cetona, de tal manera que el eluyente sólo pueda fluir a través del sorbente en el proceso de separación cromatográfica de al menos dos sustancias.

En la figura 1 se muestra un sorbente monolítico en caja con arreglo al invento en un sujetador; se muestra la mitad superior.

Los sorbentes monolíticos se recogen, en principio, en la literatura correspondiente; entre ellos encontramos, en particular, los moldes porosos de cerámica, como los descritos en las patentes WO
94/19 687 y WO 95/03 256. El término de sorbente monolítico en sentido amplio abarca igualmente los moldes hechos de polímeros, como los que describen F. Svec y J.M. Frechet (1992) en su obra Anal. Chem. 64, págs.820 - 822, y S. Hjerten y otros (1989) en su obra J. Chromatogr. 473, págs. 273 - 275. Se concede especial preferencia a los sorbentes monolíticos basados en moldes porosos provistos de macroporos interconectados y mesoporos en las paredes de los macroporos, en los que el diámetro de los macroporos tiene un valor mediano superior a 0,1 \mum, y el diámetro de los mesoporos tiene un valor mediano entre 2 y 100 nm,

De este modo, los sorbentes monolíticos están compuestos por materiales utilizados para la fabricación de sorbentes corpusculares. En numerosos casos (por ejemplo, SiO_{2}), estos sorbentes pueden usarse en tanto que tales para realizar separaciones cromatográficas. Sin embargo, es más frecuente que los soportes de base se deriven a fin de mejorar las propiedades de separación; en tal caso, se introducen grupos adicionales que se clasifican con el nombre de moduladores de separación.

El estado actual de la técnica en la materia conoce en principio los moduladores de separación y los procesos para su introducción en el soporte de base. He aquí algunos ejemplos de reacciones mediante las cuales se pueden introducir moduladores de separación:

a) la derivación mediante derivados de hidruro de silicio de la fórmula I

1SiX_{n}R^{1}_{(3-n)} R^{2}

donde

X significa derivados de metoxilo, etoxilo, halógeno o amina

R^{1} significa C_{1} - C_{5}-alquilo,

n significa 1, 2 ó 3

y

R^{2} tiene uno de los significados que se indican a continuación:

a1) alquilo o arilo sustituido o sin sustituir, como por ejemplo, n-octadecilo, n-octilo, bencilo o cianopropilo;

a2) radicales aniónicos o ácidos, como por ejemplo, carboxipropilo;

a3) radicales catiónicos o de base, como por ejemplo, aminopropilo, dietilaminopropilo o trietilamoniopropilo

a4) radicales hidrofílicos, como por ejemplo (2,3-dihidroxipropilo)oxipropilo;

a5) radicales activados adheribles, como por ejemplo (2, 3-epoxipropilo)oxipropilo;

b) La adsorción o adherencia química de polímeros, como el polibutadieno, siloxanos, polímeros a base de estireno/divinilbenceno, sobre los derivados ácidos (meta)acrílicos o sobre otros compuestos de vinilo y de péptidos, proteínas, polisacáridos y derivados de polisacáridos al soporte de base;

c) La adherencia química de polímeros mencionada en la letra b) a través de los derivados mencionados en la letra a); estos comprenden los polímeros de injerto de los derivados del ácido (meta)acrílico sobre el gel de silicio modificado al diol con arreglo a la patente EP-B-0 337 144.

d) La adsorción o adherencia química de fases quirálicas, por ejemplo, de los derivados del aminoácido, péptidos o proteínas, o de ciclodextrinas, polisacáridos o derivados de polisacáridos.

El estado actual de la técnica en la materia conoce otras posibilidades habituales de derivación y otros procesos de derivación, que se describen en manuales de gran difusión, como Unger, K.K. (Ed.), Porous Silica, Elsevier Scientific Publishing Company (1979) o bien Unger, K.K., Packings and Stationary Phases in Chromatographic Techniques, Marcel Dekker (1990).

En las siguientes publicaciones se indican otros ejemplos de diversos moduladores de separación y de procesos para la introducción de dichos moduladores en sorbentes monolíticos:

a) En la patente DE 38 11 042 se describen, entre otras cosas, monómeros que permiten la preparación de intercambiadores de iones; entre ellos se encuentran, por ejemplo, el ácido acrílico, N-(sulfoetilo)acrilamida, el ácido 2-acrilamida-2-metilpropanosulfónico, N,N-dimetilaminoetilacrilamida, N, N-dietilaminoetilacrilamida, y trimetilammoniometilacrilamida.

Otros monómeros mencionados en esta publicación permiten la adherencia de ligantes afines o de encimas, o son adecuados para la cromatografía de fase invertida: entre ellos se encuentran, por ejemplo, el ácido acrílico, la alilamina o el acrilonitrilo.

b) En la patente DE 43 10 964 se describen monómeros que contienen un anillo de epoxietano, un anillo de azlactona o un grupo que puede convertirse en un anillo de azlactona. Los polímeros que contienen dichos monómeros son especialmente indicados para la adherencia de ligantes afines o de encimas. En la patente DE 43 10 964 se describen algunos ejemplos de ligantes afines.

Además, los grupos de epóxidos de estos polímeros pueden convertirse ventajosamente a su vez para obtener intercambiadores de iones, sorbentes tiofílicos o sorbentes para quelados metálicos o cromatografía hidrofóbica. En este caso, por ejemplo, al anillo de epóxido se añaden ácido fosfórico, dietilamina, trimetilamina, ácido sulfuroso o incluso agentes ligantes, como el ácido iminodiacético.

La producción de sorbentes tiofílicos y de sorbentes para la cromatografía base de quelados metálicos se describe en la patente DE 43 10 964.

Las patentes DE 43 33 674 y DE 43 33 821 describen dichas reacciones señalando los intercambiadores de iones con las que pueden prepararse.

La patente DE 43 23 913 describe los sorbentes para la cromatografía de interacción hidrofóbica.

A los fines del invento se entiende por sorbente monolítico tanto un cuerpo poroso de base, como un cuerpo poroso de base derivado con moduladores de separación.

El objetivo se logra aplicando al sorbente monolítico una envoltura de plástico hecha de poliéter cetona, por ejemplo, de poliéter éter cetona (PEEK), que presente las características adecuadas de estabilidad a la presión y resistencia a los solventes. Estos plásticos pueden aplicarse al sorbente monolítico en forma de polvo, que a continuación se funden o sinterizan.

Otra forma de producir sorbentes monolíticos envueltos de esta manera consiste en la extrusión de plástico sobre la barra de cerámica. En este caso, la barra de cerámica se introduce en paralelo a la extrusión de un tubo a través de un troquel de cruceta. El tubo recién extruido rodea (en caliente) la barra de cerámica y además es presionado contra esta última, por ejemplo, mediante un dispositivo de presión. En este caso también se puede calentar un tubo preformado en lugar de producir un tubo mediante extrusión. Esta presión mecánica y la sinterización adicional durante el enfriamiento dan como resultado la formación de una envoltura tensa. Asimismo se puede introducir la barra de cerámica en un tubo prefabricado, cuyo diámetro interior sea ligeramente mayor que el diámetro exterior de la barra y a continuación calentar el plástico de forma que el tubo pueda reducirse al diámetro final y rodear firmemente la barra de cerámica.

En otra variante, la envoltura de plástico se produce mediante metalización con soplete o zunchado en caliente individual o múltiple.

El estado actual de la técnica en materia de procesamiento de plásticos conoce los métodos y parámetros de trabajo o bien éstos pueden optimizarse mediante métodos convencionales.

En principio, las variantes de la envoltura antes mencionadas también pueden llevarse a cabo tras una primera envoltura previa con, por ejemplo, un tubo encogible en caliente o un material estable sin presión.

El sorbente monolítico envuelto de forma resistente a la presión puede estar provisto de extremos para su conexión con el suministro de eluyente y las líneas de descarga (columna de cromatografía con sorbente monolítico). Estos extremos pueden ir atornillados, pegados o zunchados en caliente.

Asimismo, el sorbente monolítico envuelto de forma resistente a la presión puede presentarse en forma de cartucho cromatográfico para su inserción en un portacartuchos. A tal fin, la envoltura puede ir provista, por ejemplo, de una ranura anular en las que encajarían los resaltes correspondientes del portacartucho. Los elementos de precintado en los extremos pueden ir pegados o unidos a presión.

El estado actual de la técnica conoce diseños adecuados para las columnas o cartuchos cromatográficos y sus extremos, los cuales se describen en la literatura correspondiente, por ejemplo, en las patentes EP 0 205 002, EP 0 268 185 y EP 0 068 343 se describen cartuchos y portacartuchos.

A continuación se describe, a modo de ejemplo, la envoltura de un sorbente monolítico con poliéter éter cetona (PEEK): se introduce un molde monolítico (100 \times 7,2 mm) en un tubo de PEEK (diámetro interno 7,4 mm, grosor de la pared 1,5 mm). El tubo de plástico y el molde se calientan a 300 - 400ºC, y el tubo de plástico se presiona firmemente contra el molde en un dispositivo de aplicación de presión. Una vez frío, el molde envuelto se corta a una longitud de 83 mm.

Un sorbente monolítico envuelto de esta manera puede introducirse directamente en un portacartucho, tal como se describe, a modo de ejemplo, en la figura 1. Se muestra la mitad superior del dispositivo. El sorbente monolítico (1) está rodeado, de forma impermeable a los líquidos, por la envoltura de plástico (7). En la cara anterior del sorbente monolítico se encuentra una frita de distribución (11), y en la cara posterior de la envoltura de plástico va montada una junta anular (12). La frita de distribución (11) y la junta (12) se encuentran en una muesca avellanada del extremo (9), que está provisto de un dispositivo de conexión (10) para el suministro y descarga del efluyente. El sorbente monolítico envuelto se encuentra en un tubo (8) hecho, por ejemplo, de aluminio o acero inoxidable que termina en un tapón roscado (13). El tapón roscado (13) presiona el extremo (9) contra la envoltura de plástico (7) y el sorbente monolítico (1).

Incluso sin más comentarios, cabe suponer que una persona versada en la materia podrá utilizar la descripción anterior en su sentido más amplio. Por ello, las realizaciones y ejemplos preferidos deben considerarse meras descripciones en modo alguno restrictivas.

Claims (4)

1. Sorbente monolítico envuelto en forma de molde poroso de cerámica o en forma de molde hecho de un polímero, que se caracteriza porque la superficie exterior de dicho sorbente monolítico está rodeada de una caja de plástico resistente e impermeable a los líquidos hecha de poliéter cetona, de tal manera que el eluyente sólo pueda fluir a través del sorbente.

2. Sorbente monolítico envuelto con arreglo a la Reivindicación 1, que se caracteriza por tener macroporos interconectados y mesoporos en las paredes de los macroporos, en los que el diámetro de los macroporos tiene un valor mediano superior a 0,1 \mum, y el diámetro de los mesoporos tiene un valor mediano entre 2 y 100 nm.

3. Columna cromatográfica o cartucho cromatográfico compuesto de un sorbente monolítico envuelto con arreglo a las Reivindicaciones 1 y 2.

4. Uso de un sorbente monolítico envuelto con arreglo a las Reivindicaciones 1 y 2 para la separación cromatográfica de al menos dos sustancias.