PL216885B1 - Urządzenie do elektrochromatografii planarnej w układzie zamkniętym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do prowadzenia procesu rozdzielania mieszanin substancji na płytce chromatograficznej z przepływem roztworu fazy ruchomej, wywołanym efektem elektroosmotycznym, względem warstwy adsorbentu.

W dotychczasowym stanie techniki znane są urządzenia do elektrochromatografii planarnej w układzie zamkniętym, z patentów amerykańskich nr US 6610202 i nr US 7279105.

Płytkę chromatograficzną z naniesionymi na nią próbkami substancji i po zmoczeniu jej warstwy adsorbentu roztworem fazy ruchomej, umieszcza się w pozycji pionowej na płycie nośnej i przykrywa zestawem uszczelniającym złożonym z obudowy i poduszki z tworzywa sztucznego, wypełnionej cieczą. Przy czym niecała warstwa adsorbentu płytki chromatograficznej jest przykryta zestawem uszczelniającym. Dolny brzeg płytki, nie przykryty zestawem uszczelniającym, jest zanurzony w roztworze z elektrodą, a górny jest w kontakcie z drugą elektrodą poprzez pasek bibuły. Proces elektrochromatograficzny przebiega po przyłożeniu różnicy potencjałów do elektrod.

Znane jest również urządzenie do elektrochromatografii planarnej z publikacji D. Nurok, J. M. Koers, A. L. Novotny, M. A. Carmichael, J. J. Kosiba, R. E. Santini, G. L. Hawkins, R. W. Replogle, Anal. Chem. 76 (2004) 1690-1695.

Płytka chromatograficzna z naniesionymi próbkami substancji i zwilżona roztworem fazy ruchomej jest mocowana w specjalnej dwuczęściowej ramce. Razem z płytką w ramce jest mocowana folia plastikowa przykrywająca warstwę adsorbentu i jedna z elektrod. Po czym ramka z płytką chromatograficzną jest wkładana do urządzenia pomiędzy dwa bloki metalowe. Dolny brzeg płytki jest zanurzony w fazie ruchomej znajdującej się w korytku z elektrodą. Przeciwny brzeg płytki jest połączony z drugą elektrodą, która dociśnięta jest podkładką gumową do warstwy adsorbentu płytki chromatograficznej. W urządzeniu tym płytka chromatograficzna umieszczona jest w pozycji zbliżonej do pionowej.

Powyższe konstrukcje urządzenia do elektrochromatografii planarnej wykorzystują płytkę chromatograficzną, która jest zwilżana roztworem fazy ruchomej przed umieszczeniem jej w urządzeniu do elektrochromatografii planarnej. Niedogodnością jest to, że część warstwy adsorbentu na płytce chromatograficznej jest odsłonięta z obu jej stron, od strony katody i anody, co przyczynia się do odparowania fazy ruchomej podczas prowadzenia procesu elektrochromatograficznego. To z kolei wpływa na pogorszenie powtarzalności uzyskiwanych wartości dystansów migracji przez strefy składników rozdzielanej mieszaniny.

Znane jest również z opisu polskiego zgłoszenia nr P-376768 urządzenie do rozdzielania mieszanin substancji z wykorzystaniem efektu elektroosmotycznego. W urządzeniu tym płytka chromatograficzna jest usytuowana poziomo z warstwą adsorbentu skierowaną do dołu. Roztwór fazy ruchomej jest dostarczany do warstwy adsorbentu bezpośrednio pod płytkę chromatograficzną przy jednym jej brzegu ze zbiornika wchodzącego w skład zestawu doprowadzającego. Odprowadzanie fazy ruchomej odbywa się przy wykorzystaniu zestawu odprowadzającego, usytuowanego po przeciwnej stronie płytki w stosunku do elementów zestawu doprowadzającego fazę ruchomą. Elektrody urządzenia są usytuowane w poziomej części kanału doprowadzającego i odprowadzającego fazę ruchomą.

Niedogodnością opisanego zestawu jest usytuowanie elektrod w kanałach doprowadzającym i odprowadzającym fazę ruchomą co prowadzi do wypełnienia przestrzeni kanalików pęcherzykami gazów wydzielających się na elektrodach. A to z kolei powoduje zahamowanie przepływu elektroosmotycznego i w konsekwencji utrudnianie procesu separacji. Ponadto wykorzystanie tego zestawu do prowadzenia procesu elektrochromatograficznego rozdzielania substancji na szerszych płytkach jest utrudnione.

Cechą wszystkich wspomnianych powyżej rozwiązań jest wykonywanie operacji zwilżania płytki chromatograficznej w odrębnym naczyniu lub przy wykorzystaniu specjalnego urządzenia. Z tym wiąże się niedogodność polegająca na konieczności przenoszenia płytki chromatograficznej z takiego naczynia lub urządzenia do urządzenia, gdzie prowadzi się proces elektrochromatograficzny. Czynność ta sprzyja częściowemu odparowaniu łatwo lotnych składników fazy ruchomej znajdujących się w zwilżonej warstwie adsorbentu i prowadzi do uzyskiwania mniej powtarzalnych wyników procesu separacji.

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie urządzenia do elektrochromatografii planarnej, w którym przebiega proces rozdzielania mieszanin substancji w układzie zamkniętym na płytce chromatograficznej przy wykorzystaniu efektu elektroosmotycznego, wywołującego migrację ciekłej fazy ruchomej,

PL 216 885 B1 przy czym procesy zwilżania warstwy adsorbentu, z naniesionymi próbkami rozdzielanych substancji, roztworem fazy ruchomej oraz elektrochromatograficznego rozdzielania mieszanin substancji chemicznych odbywają się w jednym urządzeniu, a warstwa adsorbentu, po operacji jej zwilżania, jest szczelnie przykryta, tworząc zamknięty układ separacyjny, co prowadzi do całkowitego wyeliminowania udziału fazy gazowej w procesie rozdzielania.

Zgodnie z wynalazkiem urządzenie stanowi pojemnik prostopadłościenny, którego dno stanowi wymienna płytka chromatograficzna z warstwą adsorbentu skierowaną do wnętrza pojemnika, przy czym warstwa adsorbentu na całym obwodzie płytki chromatograficznej jest zaimpregnowana środkiem uszczelniającym, tworzącym strefę (margines) nieprzepuszczalną dla płynów, natomiast pojemnik prostopadłościenny jest wyposażony w co najmniej dwie przegrody, usytuowane w pobliżu przeciwległych brzegów płytki chromatograficznej, które to przegrody wraz ze ściankami pojemnika po przeciwległych jego stronach tworzą dwie komory elektrodowe, w których znajdują się elektrody katoda i anoda, przy czym komory te stanowią jednocześnie zbiorniki roztworu fazy ruchomej, zaś pomiędzy wyżej wspomnianymi przegrodami umieszczona jest przesuwna w pionie i wyjmowalna przykrywa warstwy adsorbentu zbudowana z kolejno połączonych ze sobą elementów jak blok, podkładka elastyczna, warstwa uszczelniająca.

Korzystnie jest, gdy pojemnik prostopadłościenny i przegrody są wykonane z materiału o właściwościach chemicznie obojętnego o właściwościach izolatora elektrycznego i odpornego na obciążenia mechaniczne.

Korzystnie jest, gdy podkładkę elastyczną wyjmowanej przykrywy stanowi elastyczny element w kształcie poduszki wypełnionej płynem.

Korzystnie jest, gdy do dolnych brzegów przegród przylega uszczelka elastyczna, chemicznie obojętna, do której od strony warstwy adsorbentu przylega folia chemicznie obojętna.

Korzystnie jest, gdy do dolnych brzegów pojemnika prostopadłościennego przylega uszczelka elastyczna, chemicznie obojętna, zaś do uszczelki od strony warstwy adsorbentu przylega folia chemicznie obojętna.

Korzystnie jest, gdy przegrody pojemnika prostopadłościennego zaopatrzone są w folię chemicznie obojętną o szerokości nieznacznie większej od grubości przegrody.

Rozwiązanie według wynalazku posiadające pojemnik prostopadłościenny, którego dno stanowi wymienna płytka chromatograficzna z warstwą adsorbentu skierowaną do jego wnętrza, pozwala na wykonanie, w jednym urządzeniu, dwóch procesów: zwilżania warstwy adsorbentu na płytce chromatograficznej i elektrochromatograficznego rozdzielania, które to procesy do tej pory były realizowane w dwóch odrębnych urządzeniach. W proponowanym zatem rozwiązaniu zostaje wyeliminowana operacja przenoszenia płytki chromatograficznej z urządzenia służącego do jej zwilżania do urządzenia, w którym przeprowadzany jest proces elektrochromatograficznego rozdzielania mieszanin substancji, dzięki czemu otrzymywane wyniki separacji charakteryzują się większą powtarzalnością i efektywnością. Ponadto komory elektrodowe posiadają długość nieznacznie mniejszą od szerokości warstwy adsorbentu, co pozwala na umieszczenie w nich elektrod o długości i powierzchni znacznie większej niż w proponowanych do tej pory rozwiązaniach, przyczyniając się do zapewnienia stabilnych warunków prowadzenia procesu separacji. Należy też zaznaczyć, że urządzenie według proponowanego wynalazku charakteryzuje się znacznie prostszą konstrukcją i obsługą w porównaniu do wcześniejszych rozwiązań znanych z literatury fachowej i zacytowanej powyżej.

Urządzenie będące przedmiotem wynalazku pokazane jest na rysunku w przykładzie wykonania, gdzie fig. 1 przedstawia widok urządzenia z góry bez przykrywy warstwy adsorbentu, fig. 2 przedstawia przekrój poprzeczny urządzenia wyznaczony przez linię A-A na fig. 1, fig. 3 przedstawia przekrój wzdłużny urządzenia wyznaczony przez linię B-B na fig. 1, fig. 4 przedstawia przekrój wzdłużny urządzenia wyznaczony przez linię B-B na fig. 1 z uniesioną przykrywą warstwy adsorbentu oraz z roztworem zwilżającym warstwę adsorbentu, fig. 5 przedstawia przekrój wzdłużny urządzenia wyznaczony przez linię B-B na fig. 1 z podłączonym zasilaczem wysokonapięciowym do urządzenia podczas procesu elektrochromatograficznego rozdzielania mieszaniny substancji oraz czujnikiem temperaturowym płytki chromatograficznej.

Jak pokazano na rysunku, urządzenie według wynalazku, posiada prostopadłościenny pojemnik 1 szklany, o grubości ścianek 4 mm i wymiarach zewnętrznych 20 mm x 100 mm, którego dno stanowi wymienna płytka 2 chromatograficzna o wymiarach 20 mm x 100 mm z warstwą 3 adsorbentu skierowaną do wnętrza pojemnika 1, przy czym warstwa 3 adsorbentu na całym obwodzie płytki chromatograficznej posiada margines (strefę) 4, wykonany ze środka uszczelniającego (impregnatu) o szeroko4

PL 216 885 B1 ści 5 mm, a pojemnik 1 prostopadłościenny jest wyposażony w dwie przegrody 5, o grubości 4 mm, trwale połączone z wewnętrznymi dłuższymi ściankami pojemnika 1, w odległości 6 mm od ścianki krótszej pojemnika, a warstwa adsorbentu 3 płytki 2 chromatograficznej pomiędzy przegrodami 5, jest przykrywana szczelnie folią 6 teflonową, przy czym folia ta jest dociskana do warstwy 3 adsorbentu poprzez elastyczną podkładkę 7 i poprzez blok 8 dociskowy za pomocą zewnętrznego siłownika, który jest oznaczony strzałką, przy czym folia 6 teflonowa, podkładka 7 elastyczna i blok 8 dociskowy są ze sobą zespolone, tworząc przykrywę warstwy 3 adsorbentu, która jest wyjmowana z pojemnika 1 prostopadłościennego i posiada wymiary dopasowane do przekroju poziomego części pojemnika, która znajduje się pomiędzy jego przegrodami 5. Na fig. 4 jest przedstawiony przekrój wzdłużny urządzenia z wyjętą przykrywą warstwy adsorbentu. Natomiast przegrody 5 wraz z brzegami pojemnika po jego przeciwnych stronach tworzą dwie komory 10 elektrodowe, w których znajdują się elektrody 11, katoda i anoda. Ponadto pojemnik 1 prostopadłościenny jest zaopatrzony w dolnej jego części w uszczelkę 12 silikonową o grubości 2 mm i szerokości 4 mm na całym obwodzie pojemnika. Uszczelka 12 silikonowa jest zespolona od dołu z folią 13 teflonową. Przegrody 5 pojemnika 1 posiadają przyklejoną do ich dolnego brzegu uszczelkę 14 o grubości 2 mm i szerokości 4 mm, z którą jest zespolona folia 15 teflonowa o grubości 0,2 mm i szerokości 5,5 mm, wystająca 1,5 mm spod uszczelki w stronę środkowej części pojemnika 1. Ścianki pojemnika prostopadłościennego i przegrody 5 posiadają ścięte krawędzie górne od strony przykrywy warstwy 3 adsorbentu. Ponadto płytka 2 chromatograficzna jest umieszczona we wgłębieniu podstawy 16 teflonowej płytki chromatograficznej, a pojemnik 1 prostopadłościenny jest umieszczony w obudowie 17 teflonowej. Podstawa 16 i obudowa 17 posiadają zewnętrzne wgłębienia wzdłuż dłuższych brzegów, które służą do zamocowania ściskaczy 9, w celu szczelnego połączenia zaimpregnowanej warstwy 3 adsorbentu z pojemnikiem 1 prostopadłościennym. Dodatkowo na fig. 5 są przedstawione zasilacz 18 wysokonapięciowy, czujnik 19 temperatury płytki chromatograficznej oraz przykrywki 20 komór 10 elektrodowych.

Opis stosowania urządzenia.

Na płytkę chromatograficzną 20 x 100 mm, z wykonanymi marginesami, o szerokości 5 mm, impregnatu na całym jej obwodzie, nanosi się, w odległości 12 mm od krótszego jej brzegu próbkę o szerokości jej strefy równej ok. 1 mm. Następnie płytkę chromatograficzną umieszcza się we wgłębieniu podstawy 16 płytki chromatograficznej i ustawia na niej pojemnik 1 prostopadłościenny w obudowie 17 oraz spina się podstawę 16 i obudowę 17 ściskaczami. Przy czym jedna przegroda 5 pojemnika 1 przykrywa szczelnie strefę substancji rozdzielanych, naniesioną na płytkę chromatograficznej. Do komór elektrodowych i części pojemnika pomiędzy przegrodami nalewa się roztworu zwilżającego warstwę adsorbentu płytki chromatograficznej, tak by poziom cieczy we wszystkich częściach pojemnika był o tej samej wysokości. Pojemnik prostopadłościenny przykrywa się przykrywkami w celu ograniczenia parowania składników roztworu zwilżającego. Po upływie określonego czasu, zwykle 0,5 - 2,0 min, potrzebnego na ustalenie się równowagi adsorpcyjnej pomiędzy składnikami roztworu i warstwy adsorbentu, usuwa się roztwór z pojemnika i na warstwie adsorbentu pomiędzy przegrodami umieszcza się przykrywę, którą dociska się zewnętrznym siłownikiem. Do komór elektrodowych wprowadza się roztwór zwilżający, usunięty z pojemnika prostopadłościennego, przykrywa się komory elektrodowe przykrywkami, a do elektrod przykłada się napięcie polaryzujące z zasilacza wysokonapięciowego. Wtedy to zostaje zapoczątkowane rozdzielanie mieszaniny substancji na płytce chromatograficznej metodą elektrochromatografii planarnej w układzie zamkniętym. Widok urządzenia podczas tego procesu jest przedstawiony na fig. 5. Po upływie określonego czasu, zwykle od 0,5 do 10 min, zależnie od układu separacyjnego i przyłożonego napięcia polaryzującego, usuwa się roztwór z komór elektrodowych, wyjmuje przykrywę warstwy adsorbentu, odłącza się pojemnik prostopadłościenny z obudową od podstawy płytki chromatograficznej i wyjmuje płytkę chromatograficzną z jej podstawy. Następnie płytkę chromatograficzną poddaje się rutynowym procesom związanym z analizą jakościową i ilościową stref rozdzielonych substancji w warstwie adsorbentu.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do elektrochromatografii planarnej w układzie zamkniętym z płytką chromatograficzną zaopatrzoną w warstwę adsorbentu, posiadające zbiorniki, elektrody i przykrywę, znamienne tym, że stanowi je pojemnik (1) prostopadłościenny z co najmniej dwoma przegrodami (5), którego dno stanowi wymienna płytka (2) chromatograficzna z warstwą (3) adsorbentu skierowaną do jego

   PL 216 885 B1 wnętrza, przy czym przegrody (5) pojemnika (1) prostopadłościennego i ścianki pojemnika (1) po przeciwległych jego stronach tworzą dwie komory (10) elektrodowe, które stanowią jednocześnie zbiorniki roztworu fazy ruchomej, a pomiędzy wspomnianymi przegrodami (5) umieszczona jest przesuwna w pionie i wyjmowalna przykrywa (3) warstwy adsorbentu, która składa się z kolejno połączonych ze sobą elementów jak warstwa (6) uszczelniająca, podkładka (7) elastyczna oraz blok (8).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że pojemnik (1) prostopadłościenny oraz elementy przykrywy warstwy adsorbentu wykonane są z materiału chemicznie obojętnego o właściwościach izolatora elektrycznego i odpornego na obciążenia mechaniczne.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że podkładkę (7) stanowi elastyczny element w kształcie poduszki wypełnionej płynem.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że do dolnych brzegów przegród (5) przylega uszczelka (14) elastyczna obojętna chemicznie, do której od strony warstwy (3) adsorbentu przylega folia (15) chemicznie obojętna.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że do dolnych brzegów pojemnika (1) prostopadłościennego przylega uszczelka (12) elastyczna, chemicznie obojętna, zaś do uszczelki (12) od strony warstwy (3) adsorbentu przylega folia (13) chemicznie obojętna.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że folia (15) chemicznie obojętna posiada szerokość nieznacznie większą od grubości przegrody (5).