ES2230967B1 - Tecnica de recubrimiento interior de tubos capilares flexibles y su sistema de aplicacion para la fabricacion de columnas cromatograficas u otros. - Google Patents
Tecnica de recubrimiento interior de tubos capilares flexibles y su sistema de aplicacion para la fabricacion de columnas cromatograficas u otros.Info
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Abstract
Técnica de recubrimiento interior de tubos capilares flexibles y su sistema de aplicación para la fabricación de columnas cromatográficas u otros. La invención comprende una técnica de evaporación que consiste en el calentamiento progresivo de la columna de solución a evaporar, desde el extremo abierto del capilar hacia el extremo cerrado, a una velocidad controlada y el sistema, diseñado especialmente, para su aplicación industrial. El sistema permite el procesamiento simultáneo, a escala industrial, de un número elevado de columnas capilares. Para lograr esto se emplea un conjunto de hornos y válvulas cuya configuración, dibujos y descripción se adjuntan. La técnica novedosa de evaporación y su sistema de aplicación diseñado constituyen un procedimiento industrial que admite la automatización.
Description
Técnica de recubrimiento interior de tubos
capilares flexibles y su sistema de aplicación para la fabricación
de columnas cromatográficas u otros.
La invención se refiere al sector de la industria
de instrumental analítico, y dentro de este, al sector de
cromatografía. Además, puede tener aplicación en otros
sectores donde se requieran filmes uniformes de sustancias
depositadas sobre la pared interior de tubos capilares
flexibles.
El método estático, para el recubrimiento
de la superficie interna de tubos capilares en la fabricación de
columnas con aplicación en cromatografía, se desarrolló en la
década de 1960 (J. Bouche y M. Verzele, Journal of Gas
Chromatography 6 (1968) 501). Este método consiste en llenar el
capilar con una solución de concentración conocida de la sustancia
a depositar, para luego evaporar el solvente (ver por ejemplo B.Xu
y N.P.E. Vermeulen, Journal of Chromatography 445 (1988) 1; K.
Grob, "Making and Manipulating Capillary Columns for Gas
Chromatography", Hüethig, Heidelberg, 1986). Es el método
adoptado industrialmente porque permite tener un conocimiento
preciso de la cantidad de sustancia que forma el film depositado.
Este conocimiento es esencial en el caso de columnas aplicadas a
cromatografía.
La etapa más larga y problemática del proceso de
fabricación de columnas capilares por el método estático es la
evaporación del solvente. Dos técnicas han sido empleadas hasta
ahora con esta finalidad: (a) La aplicación de vacío por un extremo
abierto del capilar, mientras el otro extremo del capilar se halla
sellado (extremo cerrado). Esta es la más difundida en la
industria. (b) El calentamiento a presión atmosférica de toda la
columna en un baño termostático, aplicando un capilar
"amortiguador" o una restricción al flujo en el extremo abierto
(B. Xu y N.P.E. Vermeulen, Chromatographia 18 (1984) 520). Estas
técnicas, que denominaremos "corrientes", presentan varias
desventajas, entre las que debemos destacar:
- (I)
- Requieren el empleo exclusivo de solventes específicos. Solo pueden ser utilizados solventes con rangos muy reducidos de presiones de vapor y puntos de ebullición. Este aspecto técnico limita la posibilidad de elección de solventes sobre la base de la optimización de costes y criterios ambientales.
- (II)
- No permite la fabricación de columnas con sustancias que son solubles solamente a altas temperaturas, en solventes con punto de ebullición muy elevado, por ejemplo polietileno.
- (III)
- El promedio de la velocidad de evaporación es muy bajo, generalmente menor a un metro por hora (1 m/h), alargando el tiempo de fabricación en el orden de días.
- (IV)
- Son poco seguras. Las pérdidas por proyección de líquido (bumping), debido al crecimiento de burbujas de vapor dentro del capilar, son frecuentes. Cabe señalar que este problema ocasiona la inutilización irreversible de la columna cromatográfica.
La técnica de calentamiento progresivo de la
columna desde el extremo abierto hacia el extremo cerrado se logra
mediante el desplazamiento del capilar a recubrir desde un horno
termostático (Horno A), donde la columna se llena previamente con
la solución, a un horno a alta temperatura donde la solución es
evaporada (Horno B, ver la figura adjunta). El ingreso de la columna
al horno de evaporación se realiza por el extremo abierto a una
velocidad controlada. La velocidad lineal del capilar se ajusta al
avance del frente de evaporación de la columna líquida en el
capilar. El desplazamiento del capilar desde A a B se realiza
mediante el enrollamiento de éste en un cilindro de bobinado en B,
mientras se desenrolla de un cilindro en A. Los capilares se llenan
con la solución cuando están enrollados en el cilindro de A. Una
vez lleno se cierra el extremo del capilar en A (extremo
cerrado). La evaporación se lleva a cabo calentando el horno B a
la temperatura de evaporación correspondiente a la solución y
haciendo girar el cilindro de bobinado en B. Una vez concluido el
paso de las columnas hacia el horno B, la evaporación de los tramos
de capilares remanentes en A se completa elevando la temperatura de
este horno hasta un valor adecuado.
El sistema para la aplicación industrial de la
técnica contiene los siguientes componentes (ver la figura
adjunta):
Hornos A y B. Son hornos de convección
forzada de aire, calentados mediante resistencias eléctricas. El
termostato de cada horno debe ejercer un control de la temperatura
de al menos \pm2°C. Las dimensiones de los hornos y la potencia de
las resistencias eléctricas depende del número de columnas que es
capaz de procesar el sistema.
Cilindros de bobinado b. Los cilindros
contienen bridas o separadores que dividen su altura en una serie
de carretes individuales en donde se enrollan los capilares a
procesar. La altura dependerá del número de columnas que se
fabriquen. Cada carrete individual c posee un ancho tal que permite
alojar a toda la columna en una o en varias capas.
Ejes de los cilindros e. Están construidos
de tubos. En los extremos se alojan las conexiones articuladas d
para las líneas de conexión. Una de éstas se conecta a la línea de
suministros f_{i}, y la otra a la de purga f_{p}. Esta última
conduce a un receptor de los efluentes del proceso. Los cilindros
de bobinado b se fijan a los ejes e mediante tornillos prisioneros
sobre los respectivos bujes g en los extremos de cada cilindro. Los
ejes giran sobre rodamientos, h, que a su vez están soportados por
las respectivas bancadas atornilladas en las caras externas,
superior e inferior, de los hornos A y B.
Tándem de válvulas i del horno A. Es una
pieza de sección rectangular construida en acero inoxidable que
contiene un conjunto de válvulas; una por cada carrete del
cilindro. Las palancas de accionamiento de todas las válvulas están
articuladas en una única varilla, que a su vez es accionada desde
el exterior del horno A por medio de levas mecánicas. Así se pueden
poner simultáneamente todas las válvulas en la posición
"abierta" o "cerrada".
Tándem de conexiones q del horno B. Es un
tubo con el mismo número de conexiones que carretes hay en el
sistema. Este comunica, a través de la respectiva línea de drenaje
o purga f_{p} y conexión articulada d, a una válvula r. Cuando la
válvula está abierta, la línea conduce a un condensador para recibir
los vapores de solvente que se generan en el proceso.
Bloque guía y calefactor s. Es una barra
metálica de sección rectangular, con una serie de ranuras por donde
pasan los capilares, espaciadas según el ancho de los carretes. El
bloque se halla centrado y sujeto por un raíl y puede moverse en
dirección vertical accionado por un sistema de
cremallera/tornillo-sin-fin. Este
último está acoplado a una caja reductora de engranajes t. A su vez,
la caja de engranajes está acoplada a los engranajes u, encargados
de trasmitir el movimiento de giro a los ejes e. El bloque s se
halla calentado por resistencias eléctricas y su temperatura es
controlada por un termostato.
Planta motriz. Consta del motor de
velocidad variable M, el controlador de velocidad C, el reductor de
velocidad R y el tacómetro T. La velocidad del motor debe poder
regularse en un rango tal que permita variar la velocidad lineal del
capilar en un intervalo amplio.
Ejemplo de
realización
Preparación de columnas de sílice recubiertas con
polietileno de baja densidad para cromatografía de gases o
dispositivos de micro-extracción líquido sólido.
Especificaciones: 30 m x 0.25 mm, 0.22 \mum.
Se enrollan 30 m de capilar de sílice de 0,25 mm
de diámetro interno sobre un carrete del horno A. El extremo libre
del capilar se pasa por la ranura correspondiente en el bloque
guía, se conecta a q y se fija en el carrete correspondiente del
horno B. Se procede al llenado del capilar con una solución de
polietileno de baja densidad de concentración 0,0033 g/ml, en una
mezcla 50-50% v/v de cis +
trans-decalina (p.e.= 185-195°C) y
n-heptano (p.e.= 98°C). El llenado se realiza con
los hornos A y B a una temperatura constante de 85°C, aplicando una
presión a la solución de 0,7 bar. Una vez lleno, se sella el extremo
del capilar en el horno A poniendo el tandem i en posición
"cerrado" y se purgan las líneas con nitrógeno. Se calienta el
horno B a 240°C y se pone en funcionamiento la planta motriz,
haciendo girar el cilindro de B a una velocidad lineal de 7 m/h.
Finalizado el paso del capilar de A a B, se aumenta la temperatura
del horno A hasta 200° durante 3 minutos. Luego se abre i y se
conecta un flujo de nitrógeno seco a 0,3 bar de presión durante 40
minutos. Finalmente se corta el calentamiento de los hornos, se
dejan enfriar y se desmonta la columna.
Claims (8)
1. Procedimiento de recubrimiento interior de
tubos capilares flexibles para la fabricación de columnas
caracterizado por el calentamiento progresivo de la columna
desde el extremo abierto hacia el extremo cerrado, mediante el
desplazamiento del capilar a recubrir desde un horno termostático
avanzando tan rápido como procede la evaporación.
2. Procedimiento de recubrimiento interior de
tubos capilares flexibles para la fabricación de columnas, según la
reivindicación 1, caracterizado por permitir acelerar la
tasa de evaporación respecto a las técnicas corrientes de vacío, a
consecuencia de que el incremento de temperatura en la técnica se
halla limitado solamente por la estabilidad térmica de la sustancia
a depositar (la velocidad de transferencia de calor es la fuerza
impulsora del proceso de evaporación y a su vez ésta es
proporcional al incremento de temperatura).
3. Procedimiento de recubrimiento interior de
tubos capilares flexibles para la fabricación de columnas, según la
reivindicación 1 y 2, caracterizado por la utilización de
solventes con punto de ebullición elevado, ampliando el espectro de
solventes utilizables, por criterios ambientales y económicos.
4. Procedimiento de recubrimiento interior de
tubos capilares flexibles para la fabricación de columnas, según la
reivindicación 1, 2 y 3, caracterizado porque no se requiere
de la etapa de eliminación de micro burbujas.
5. Sistema de fabricación de columnas, siguiendo
el procedimiento de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado porque comprende dos hornos de convección
forzada de aire y una planta motriz con las correspondientes
conexiones y válvulas y permite el procesamiento simultáneo, a
escala industrial, de un número elevado de columnas capilares.
6. Sistema de fabricación de columnas de
recubrimiento interior de tubos capilares flexibles para la
fabricación de columnas, según las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque su diseño permite el control automático
del proceso.
7. Utilización de las columnas de recubrimiento
interior de tubos capilares flexibles según el procedimiento de las
reivindicaciones 1 a 4, para todos los sectores.
8. Utilización de las columnas de recubrimiento
interior de tubos capilares flexibles según el procedimiento de las
reivindicaciones 1 a 4, para el sector de la cromatografía.
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2002
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Non-Patent Citations (1)
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| GONZÁLEZ, F.R.; PÉREZ-PARAJÓN, J.; GARCÍA-DOMÍNGUEZ, J.A. Effects of solvent density on retention in gas-liquid chromatography-I. Alkanes solutes in polyethylene glycol stationary phases. Journal of Chromatography A. 12.04.2002. Vol. 953, Nº 1-2, páginas 151-163. ISSN 0021-9673. \\ A 1-6 * |
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