PL68164B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 29.04.1974 68164 KI. 421,3/08 MKP GOlj 3/42 W ZYTELNIA Urzedu Rcri«nto*^qn Wspóltwórcy wynalazku: Andrzej Bylina, Danuta Sybilska, Zbigniew Ryszard Grabowski, Józef Koszewski Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Chemii Fizycznej), Warszawa (Polska) Sposób wykonywania spektrofotometrycznej analizy chromato¬ graficznej i urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób wykonywa¬ nia spektrofotometrycznej analizy chromatogra¬ ficznej oraz urzadzenie do stosowania tego sposo¬ bu. Wynalazek wykorzystuje bezinercyjny, szybko przemiatajacy spektrofotometr, analizujacy wyciek z kolumny oraz wykorzystuje uklady wielokanalo¬ wej rejestracji bezposredniej i ilorazowej a takze automatycznej optymalizacji obszaru spektralnego, dzieki czemu mozliwe jest uzyskanie danych chro.- matograficznych i widmowych w sposób ciagly i jednoczesny.Przedmiotem chromatografii kolumnowej, z pun¬ ktu widzenia pracy badawczej jak i zastosowan praktycznych do analizy jakosciowej mieszania, jest poznanie krzywych wymywania badanych sub¬ stancji. Krzywa wymywania uzyskuje sie przez za¬ rejestrowanie, w funkcji czasu, sygnalu detektora kontrolujacego sklad wycieku z kolumny chroma¬ tograficznej. Detektor mierzy jedna z wielkosci fizycznych swiadczacych o obecnosci substancji wymywanej z kolumny chromatograficznej. Wiel¬ kosc fizyczna mierzona przez detektor winna byc proporcjonalna do stezenia badanej substancji lub byc jednoznaczna funkcja tego stezenia. Ogólnie, urzadzenie wraz z detektorem i sposobem powin¬ no dostarczyc maksimum informacji jakosciowej i ilosciowej o wymywanych substancjach. De¬ tektory stosowane w chromatografach powinny miec wysoka czulosc pozwalajaca wykrywac male ilosci substancji w wycieku, powinny miec takze 10 15 20 25 30 2 niski poziom szumów (zaklócen) i mala stala cza¬ sowa w porównaniu z procesem chromatograficz¬ nym. Pozadane jest równiez, by sposób detekcji byl zewnetrzny wzgledem wycieku, dzieki czemu de1 tektor nie ulega starzeniu i nie wymaga regene¬ racji.Dotychczasowe sposoby detekcji sa niespecyficz¬ ne i dlatego, nie przekazuja, poza chromatogra¬ ficznymi," zadnych dodatkowych informacji o sub¬ stancji wymywanej z kolumny. Wiekszosc stoso¬ wanych i znanych detektorów nie spelnia zadowa¬ lajaco jednoczesnie tych wszystkich warunków.Ostatnio zanotowano rozwój sposobów detekcji fotoelektrycznej zewnetrznej do ukladu chromato¬ graficznego. Znane sa chromatografy wykorzystu¬ jace detekcje fotoelektryczna w ukladzie fotome¬ tru lub kolorymetru, co, pozwala na wyznaczenie krzywej wymywania substancji o znanym widmie absorpcji, a zatem z góry znanym, przydatnym do detekcji, obszarze spektralnym. Wspomniana wy¬ zej metoda nie spelnia jednak warunku o dostar¬ czeniu w pomiarze dodatkowych informacji.Dodatkowe informacje o wlasnosciach substancji wymywanej z kolumny, na przyklad widmo absor¬ pcji, uzyskuje sie dotychczas w osobnym poste¬ powaniu, pobierajac kolejne frakcje wycieku z kolumny chromatograficznej przez zastosowanie kolektora frakcji. Widma absorpcji tak otrzyma¬ nych frakcji mierzy sie stosujac spektrofotometr.Pomiar spektrofotometryczny jest w tym przypad- 681843 ku pomiarem nastepczym i nieciaglym w czasie.Oznaczenia ilosciowe badanej substancji w dotych¬ czasowych chromatografach wymagaja dodatko¬ wych pomiarów kalibrujacych.Dwie substancje uwaza sie za nierozdzielone w danym ukladzie chromatograficznym, gdy krzywe wymywania kazdej z nich posiadaja maksimum w tym samym miejscu chromatogramu. Krzywe wymywanie czesciowo rozdzielonych substancji sa superpozycja i o zaistnieniu tego przypadku moz¬ na sie przekonac przez analize matematyczna krzywej chromatograficznej, przy pomocy maszy¬ ny cyfrowej.Te problemy w przypadku analizy mieszanin nieznanych substancji z zastosowaniem niespecy¬ ficznej detekcji rozwiazuje sie na drodze empi¬ rycznego dobierania warunków prowadzenia pro¬ cesu chromatograficznego. Ma to na celu znalezie¬ nie ukladu chromatograficznego pozwalajacego na rozdzielenie, w funkcji czasu, tych substancji w wycieku kolumny. Opisane postepowanie wymaga jednak znajomosci przedmiotu i duzego nakladu pracy.Celem wynalazku jest taki sposób prowadzenia spektrofotometrycznej analizy chromatograficznej, który bedzie pozwalal na wykorzystanie ogromnej ilosci jednoczesnych informacji wystepujacych w trakcie analizy.Cel ten osiagniety zostal w sposobie wedlug wy¬ nalazku przez to, ze uklad ciekly lub gazowy na wyjsciu kolumny chromatograficznej poddaje sie ciaglej analizie spektrofotometrycznej o drodze przemiatania widma przewyzszajacym do najmniej 10 razy polówkowy czas przeplywu pojedynczej substancji, a otrzymane sygnaly detekcji fotoelek- trycznej poddaje sie szybkiej automatycznej ana¬ lizie w celu wydzielenia sygnalów sterujacych do¬ borem optymalnych wartosci dlugosci fali odpo¬ wiadajacych poszczególnym kanalom rejestracji krzywych chromatograficznych.Istota urzadzenia do stosowania sposobu jest to, ze zawiera ono zespól szybkoprzemiatajacego mo- nochromatora, z którego wiazka swiatla prowadzo¬ na jest poprzez element rozdwajajacy wiazke i poprzez uklad badany na detektor fotoelektryczny zespolu pomiarowego oraz zawiera zespól wskaz- nikowo-sterujacy i zespól optymalizacji i reje¬ stracji. Detektor zespolu pomiarowego jest pola¬ czony z monitorem widm absorpcji zespolu wskaz¬ nikowego, polaczonego z kolei z ukladem steruja¬ cym przemiatania widm. Uklad ten polaczony jest natomiast z elementem odchylajacym lampy, a takze jest polaczony z ukladem selekcyjnym zes¬ polu optymalizacji. Zespól optymalizacji zawiera wedlug wynalazku uklad automatycznej optymali¬ zacji, uklad programujacy i wielokanalowy reje¬ strator, polaczone z ukladem selekcyjnym. Dowol¬ ne pary kanalów sa ponadto polaczone przez uklad selekcyjny z ukladem ilorazowym, a wyjscie ukla¬ du programujacego jest polaczone z wielokanalo¬ wym rejestratorem.Korzyscia techniczna, jaka zapewnia wynalazek jest mozliwosc prowadzenia jednoczesnego zapisu chromatograficznego przy kilku róznych dlugos¬ ciach fal swiatla analizujacego. Dobór tych dlu- 4 gosci fal moze zostac dokonany przez eksperymen¬ tatora lub przez automatyczny optymalizator be¬ dacy czescia urzadzenia. Inna mozliwoscia wykorzy¬ stania wielokanalowej analizy wycieku, niespoty- 5 kana w dotychczasowych rozwiazaniach, jest reje¬ stracja krzywej chromatograficznej wraz z ciagla krzywa stosunku (ilorazu) sygnalów dla dwóch róznych dlugosci fal swiatla absorbowanego przez substancje w wycieku kolumny. Te wlasciwosci 10 sposobu i urzadzenia pozwalaja w znacznie szyb¬ szym czasie wykryc, a w wielu przypadkach zana¬ lizowac ilosciowe przypadki nierozdzielonych i czesciowo rozdzielonych w procesie chromatogra¬ ficznym substancji. 15 Wynalazek jest przykladowo wyjasniony na ry¬ sunku, na którym fig. 1 — przedstawia ogólny schemat urzadzenia realizujacego sposób wykony¬ wania spektrofotometrycznej analizy chromatogra¬ ficznej wedlug wynalazku, fig. 2 — przedstawia 20 blokowy schemat elektryczny zespolu IV, z figury 1, fig. 3 — przykladowe rozwiazanie konstrukcyj¬ ne chromatograficznego zespolu pomiarowego, fig. 4 — wykres przebiegu pradu odchylania, fig. 5 — wykres czasowego przebiegu elektrycznych sygna- 25 lów znaczników dlugosci fali dla wybranych war¬ tosci Xi...X5, fig. 6 — przedstawia wykres wyjas¬ niajacy dzialanie ukladu automatycznej optymali- • zacji, natomiast fig. 7 — przedstawia przyklad chromatogramu uzyskanego sposobem i w urza¬ dzeniu wedlug wynalazku.Urzadzenie realizujace sposób spektrofotome¬ trycznej analizy chromatograficznej wedlug wy¬ nalazku sklada sie z nastepujacych podstawowych czesci: z chromatograficznego zespolu pomiarowe- 35 go, I, z zespolu szybkoprzemiatajacego monochro- matora II, z zespolu wskaznikowo-sterujacego III oraz z zespolu optymalizacji i rejestracji IV.Chromatograficzny zespól pomiarowy I przykla¬ dowo sklada sie z kuwety przeplywowej 1, ko- 40 lumny chromatograficznej 2, pompy 3, odbieral¬ nika 4, detektora fotoelektrycznego 5, którego za¬ kres spektralny i czulosc odpowiada przyjetemu przedzialowi analizy i mocy promieniowania nan padajacego, z elementu rozdwajajacego 6 wiazke 4B swiatla opuszczajacego monochromator, detektora fotoelektrycznego 7, toru odniesienia oraz kuwety 8 z roztworem odniesienia.Zespól szybkoprzemiatajacego monochromatoraII sklada sie przykladowo z ruchomego, punktowego 50 zródla 9 promieniowania w ukladzie lampy elek¬ tronopromieniowej 10, z optycznego ukladu spek¬ trograficznego 11 najkorzystniej siatkowego w re¬ alizacji lustrzanej oraz z elementu odchylajacego 12 wyznaczajacego ruch punktowego zródla 9. 55 Zespól wskaznikowo-sterujacy III wedlug wy¬ nalazku sklada sie z monitora widm absorpcji 13 najlepiej dajacego odwzorowanie typu rastrowego (telewizyjnego) oraz z ukladu sterujacego przemia- . taniem widm 14. 60 Zespól optymalizacji i rejestracji IV zasadniczo sklada sie z ukladu selekcyjnego 15 polaczonego ze zródlem sygnalu pomiarowego jakim jest de¬ tektor 5, Uklad selekcyjny 15 jest ponadto pola¬ czony z monitorem widm absorpcji 13, z ukladem 65 sterujacym przemiataniem widm 14, z ukladem68164 automatycznej optymalizacji 16, z ukladem pro¬ gramujacym 17 oraz z wielokanalowym rejestra¬ torem chromatogramów 18.Rozwiniety blokowy schemat elektryczny zes¬ polu IV przedstawiony jest na fig. 2, gdzie gene¬ rator okresowy 19 napiecia liniowo zmieniajacego sie jest polaczony z grupa (przykladowo 3 kanaly a, b, c) impulsowych komparatorów napiecia 20, te zas polaczone z grupa ukladów próbkujacych 21 tworza wspomniany uklad selekcyjny 15, a ukla¬ dy próbkujace 21 polaczone sa z rejestratorem 18 bezposrednio przez lacznik W,, badz dla kanalów a i b poprzez uklad ilorazowy 22 i lacznik Ws z jednym z kanalów rejestratora 18. Natomiast uklad automatycznej optymalizacji 16 powstaje przez polaczenie amplitudowego dyskryminatora 23 sygnalu UX1, z ukladem poszukujacym 24 oraz ukladem przechwytujacym 25.Przyklad rozwiazania konstrukcyjnego chroma¬ tograficznego zespolu pomiarowego I jest przedsta¬ wiony na fig. 3, gdzie odpowiednia kolumna chro¬ matograficzna 2 sluzaca do rozdzialu badanych substancji jest polaczona z optyczna kuweta prze¬ plywowa 1 znajdujaca sie w optycznie szczelnej komorze toru pomiarowego. Przeplyw cieczy wy¬ mywajacej jest wymuszany pompa 3 a wyciek po opuszczeniu kuwety 1 jest odbierany przez kali¬ browany odbieralnik 4 sluzacy zarazem do pomia¬ ru predkosci przeplywu.Dzialanie urzadzenia realizujacego sposób wy¬ konywania spektrofotometrycznej analizy chroma¬ tograficznej wedlug wynalazku omówiono nizej.Uklad 14 sterujacy przemiataniem widmowym wytwarza okresowy prad liniowo zmieniajacy sie (wykres na fig. 4), który steruje element odchy¬ lajacy 12 lampy elektronopromieniowej 10. Powo¬ duje to odchylanie jej strumienia elektronowego i wyznacza ruch punktowego zródla promieniowa¬ nia 9. Kazdemu polozeniu zródla 9 odpowiada in¬ ne promieniowanie na wyjsciu ukladu spektro- graficznego 11. Zespól II jest wiec takim rodza¬ jem monochromatora, w którym szybkosc i zakres przemiatania widmowego jest wyznaczony przebie¬ giem pradu i14 ukladu 14. Ten sam prad IH jest przykladany do elementu odchylania (w osi pozio¬ mej) w monitorze widm absorpcji 13, wyznacza¬ jac jednoznaczny zwiazek osi odwzorowanie na monitorze z dlugoscia fali wytwarzane przez mo- nochromator.Wiazka swiatla opuszczajaca zespól II przecho¬ dzi do zespolu I, gdzie ulega rozdwojeniu przez element rozdzielajacy 6 na wiazke odniesienia.Wiazka pomiarowa przechodzi przez kuwete prze¬ plywowa 1 traktu chromatograficznego i pada na detektor fotoelektryczny 5, który wytwarza sygnal elektryczny UXi proporcjonalny do transmisji jaka odznacza sie w danym momencie w kuwecie 1.Sygnal ten zawiera w sobie informacje widmowe i chromatograficzne. Okres powtarzania sygnalów w widmie absorpcji jest wielokrotnie krótszy od czasu zmian tego sygnalu wywolanych przebiegiem procesu chromatograficznego. Sygnal UXi przeka¬ zywany jest do monitora 13, gdzie powoduje w znany sposób wyznaczenie na osi pionowej od¬ wzorowania (osi A) widma absorpcyjnych na jego ekranie. Sygnal UXi Jest ponadto przekazywany do zespolu IV. Zgodnie z JL* 3 sygnal UXi jest wprowadzany do grupy ukladów próbkujacych 21, które w znany sposób na swoich wyjsciach wy- 5 twarzaja sygnaly napiecia (lub pradu) proporcjo¬ nalnie do chwilowej wartosci Uxi* Przykladowo chwilowa wartosc UXl moze o/c wytwarzana dla trzech róznych wartosci dlugosci fali Xif X2, XJf a wybór tych wartosci okrsiUi uklad programujacy lfl 17 z trzema niezaleznymi nastawami. W ten spo¬ sób na wyjsciach ukladów próbkujacych a, b i e zespolu ukladów próbkujacych 21 otrzymywane sa krzywe zmian absorpcji W funkcji czasu, dla zadanych z góry wartosci %tt X* X3, które mozna ,. zarejestrowac na wielokanalowym rejestratorze 15 chromatogramów 18.Uklad zespolu optymalizacji i rejestracji IV po¬ zwala na otrzymywanie krzywych chromatogra¬ ficznych trzech typów, 20 Typ pierwszy daje zbiór bezposrednich krzywych chromatograficznych detekcji spektrofotometrycz¬ nej (równy liczbie kanalów) otrzymywanych dla stalych, z góry znanych i nastawionych w ukla¬ dzie programujacym 17, wartosci Xlv X,... Xn, przy 25 czym wlaczony jest lacznik W,.Wyznaczenie wartosci X odbywa sie przez gru¬ pe impulsowych komparatorów napiecia 20, w których w znany sposób przez nastawienie pozio¬ mów napiecia stalego w ukladzie programujacym so 17 i porównanie ich z sygnalem okresowego, li¬ niowego zmieniajacego sie napiecia z ukladu 19, wytwarzaja sie sygnaly bramkowe X!, X2, X, (wy¬ kres fig. 5). Sygnaly te podawane na uklad 21, otwieraja okresowo wspomniane poszczególne as uklady próbkujace a, b, c. Dzialanie ponadto gru¬ py impulsowych komparatorów napiecia 20 od¬ bywa sie synchronicznie z okresem przemiatania widma, dzieki polaczeniu generatora 19 z ukladem przemiatania widmowego 14. Nastawione wartosci 40 Xi... X„ sa odwzorowywane na monitorze 1S, na tle krzywej widmowej w postaci linii znaczniko¬ wych, X,, X2, X3. Powstaja one dzieki temu, ze na elektrode sterujaca jaskrawoscia obrazu w kine¬ skopie monitora 13 podawane sa sygnaly bramko- 45 we wytwarzane w grupie impulsowych kompara,- torów napiecia 20. Przykladowy przebieg tych sy¬ gnalów w postaci napiecia w funkcji czasu, na wyjsciu grupy komparatorów napiecia 20 w jed¬ nym okresie T przemiatania widma, przedstawia bo' «g-5.Typ drugi rejestracji daje, oprócz zbioru bezpo¬ srednich krzywych chromatograficznych detekcji spektrofotometrycznej, jeszcze dodatkowe w tym samym czasie krzywe liniowe. Krzywa taka na 55 jednym z kanalów rejestratora 18 otrzymuje sie przez automatyczne wyznaczenie w.znanym ukla¬ dzie ilorazowym. 22 stosunku sygnalów UX2 dla dwóch kanalów, przy nastawionych uprzednio war¬ tosciach X2 i X, w ukladzie programujacym 17 I 60 wlaczeniu lacznika W2. Na znaczenie krzywych ilo- razowych w analizie chromatograficznej wskaza¬ no uprzednio.Typ trzeci rejestracji polega na automatycznym znalezieniu optymalnej wartosci X w sposobie we- 65 dlug wynalazku realizowanym przez uklady zespo-68164 7 lu IV. Uzycie ukladu programujacego 1T jest wte¬ dy zbedne, natomiast wykorzystany jest uklad automatycznej optymalizacji 18.Sygnal pomiarowy Ux, wprowadzony zostaje do amplitudowego dyskrymfnatora 23, który po prze¬ kroczeniu progu U0 Jako progu zadzialania (fig. 6), ksztaltuje sygna! impulsowy. Sygnal impulsowy jest nastepnie przekazany do elektronowego ukla¬ du przechwytujacego 15 w którym za posrednic¬ twem wolftozmiennego napiecia liniowo rosnace¬ go wytwarzanego przez uklad poszukujacy 14 „przechwycone'* zostaje polozenie sygnalu impul¬ sowego i wytworzone napiecie sterujace VB pro¬ porcjonalnie do polozenia przechwyconego sygna¬ lu impulsowego. Napiecie U, przez wlaczenie lacz¬ nika W, moze byc skierowane do jednego z kom¬ paratorów np. a i wyznaczyc wartosc l, w danym przypadku odpowiadajaca maksimum krzywej absorpcji. Automatycznie zoptymalizowana wartosc Ki\: jest zobrazowana (jak poprzednio) na moni¬ torze II w postaci Unii znacznikowej oraz wska¬ zywana przez odpowiednio wycechowany wskaznik wychylowy Wk.Na fig. 7 przedstawiono zapis typowego chroma- togramu uzyskanego sposobem i w urzadzeniu we¬ dlug wynalazku. Jest to rozdzial chromatograficz¬ ny trzech substancji, z których dwie sa praktycz¬ nie nierozdzielone w czasie. Cyfry 1... 5 wskazuja kolejne momenty procesu chromatograficznego na ekranie monitora I na tasmie rejestratora. Ozna¬ czenia Aj... Xa wskazuja dlugosci fal, przy których prowadzony jest zapis chromatogramu. Na tasmie przedstawiono zapis z czterech kanalów i jedna krzywa ilorazowa Sposób i urzadzenie wedlug wynalazku znajdu¬ je zastosowanie glównie do analizy zlozonych mie¬ szanin zwiazków organicznych w przemysle che¬ micznym, farmaceutycznym, spozywczym, medycy¬ nie i biochemii a ponadto w analizie sladowej. PL PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wykonywania spektrofotometrycznej analizy chromatograficznej polegajacy na spektro- * fotometrycznej detekcji substancji w wycieku z kolumny chromatograficznej 1 analizie chromato¬ graficznej, znamienny tym, ze uklad ciekly lub gazowy na wyjsciu kolumny chromatograficznej poddaje sie ciaglej analizie spektrofotometrycznej o okresie przemiatania widma przewyzszajacym co najmniej 10 razy polówkowy czas przeplywu po¬ jedynczej substancji, a otrzymane sygnaly detek¬ cji fotoelektrycznej poddaje sie szybkiej automa¬ tycznej analizie w celu wydzielenia sygnalów ste¬ rujacych doborem optymalnych wartosci dlugosci fali odpowiadajacych poszczególnym kanalom re¬ jestracji krzywych chromatograficznych.

2. Urzadzenie do stosowania sposobu wedlug zastrz. 1, skladajace sie i ukladu chromatografles¬ nego polaczonego z ukladem spektrofotomeirycz- nym, znamienne tym, ze uklad spektrofotometrycz- ny ma zespól szybkoprzemlatajacego monoebroma- tora (II) wspólpracujacego poptsez dwuwIazJcowa komore robocza z detektorami fotoelektrycznymi (5) i (i) wspólpracujacymi t kolei z zespoleni wskaznikowo-sterujacyrn (t|f) oraz s zespolem optymalizacji 1 rejestracji .

3. Urzadzenie wedlug zastrz 1, snamtenit* iya*, ze detektor (5) zespolu pomiarowego (i) polaczony jest z monitorem (15) widm absorpcji zespolu wskaznikowego (fit), polacaonego a kolei z ukla¬ dem sterujacym (M) przemiatania widm.

4. Urzadzenie wedlug zastrz. 1 i 3 i&aJtftteiitt* tym, ze uklad sterujacy (14) jest polaczony z ele¬ mentem odchylajacym (lt) lampy (H) a takie jest polaczony z ukladem selekcyjnym (15) zespolu optymalizacji (IV).

5. Urzadzenie wedlug zastrz. ?, inamlemta lysa, ze zespól optymalizacji (IV) zawiera Uklad auto¬ matycznej optymalizacji (li), uklad programujacy (17) i wielokanalowy rejestrator (li) polaczone z ukladem selekcyjnym (15).

6. Urzadzenie wedlug zastrz. 2—5, snatnienne tym, ze dowolne pary kanalów sa polaczone przez uklad selekcyjny (15) z ukladem ilorazowym (lt), a wyjscie ukladu programujacego (lt) jest pola¬ czone z wielokanalowym rejestratorem (19). 10 18 20 3B 90 35 \KI. 421,3/08 G8164 MKP GOlj 3/42 Fig. 2KI. 421,3/08 68164 MKP GOlj 3/42 •!.-. :•'••• Fig. 3 Fig. AKI. 421,3/08 68164 MKPGOlj 3/42 Fig. 5 Ul Fig. 6KI. 421,3/08 68164 MKP GOlj 3/42 b^ £ '^X h* ^ ^ V. • <*. i *? t L- K* PZG w Pab., zam. 512-73, nakl. 105+20 egz. Cena il 10,— . PL PL