RU2396558C1 - Устройство для хроматографического разделения веществ - Google Patents

Устройство для хроматографического разделения веществ Download PDF

Info

Publication number
RU2396558C1
RU2396558C1 RU2009110795/28A RU2009110795A RU2396558C1 RU 2396558 C1 RU2396558 C1 RU 2396558C1 RU 2009110795/28 A RU2009110795/28 A RU 2009110795/28A RU 2009110795 A RU2009110795 A RU 2009110795A RU 2396558 C1 RU2396558 C1 RU 2396558C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow
chromatographic separation
substances
outlet
channels
Prior art date
Application number
RU2009110795/28A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Дмитриевич Ефимов (RU)
Владимир Дмитриевич Ефимов
Сергей Вениаминович Косолапов (RU)
Сергей Вениаминович Косолапов
Original Assignee
Владимир Дмитриевич Ефимов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Дмитриевич Ефимов filed Critical Владимир Дмитриевич Ефимов
Priority to RU2009110795/28A priority Critical patent/RU2396558C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2396558C1 publication Critical patent/RU2396558C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к устройствам для разделения веществ методами жидкостной хроматографии с использованием с сверхкритических флюидов (СКФ). Устройство для хроматографического разделения веществ содержит три хроматографические колонки, соединенные друг с другом переходными каналами с установленными в них переключающими элементами и дополнительными каналами с установленными в них переключающими элементами, которые соединены с источником разделяемой смеси, с потоком элюента и системой приемников для сбора фракций. При этом на выходе из системы хроматографического разделения установлены регулируемый делитель потока, один или несколько детекторов и аналитическая колонка. Кроме того, с целью повышения производительности и эффективности устройства для хроматографического разделения веществ, растворенных в сверхкритических флюидах, приемники для сбора фракций снабжены датчиками уровня, а на выходе из них дополнительно установлены управляемые клапаны, исключающие диффузию собранных веществ между приемниками. Также устройство содержит коллектор с ресивером и регулятором расхода потока испаренных при снижении давления флюидов ниже критического. Кроме того, устройство содержит насос высокого давления, к выходу которого также подсоединены регуляторы расхода с датчиками давления на входе и выходе и датчиком расхода, направляющие часть потока образующихся флюидов через управляемый клапан в один или несколько сферических реакторов, имеющих внешний изоляционный слой и внешнюю и внутреннюю тепловые камеры, соединенные с источниками тепла или холода, датчики температуры, а другую часть потока - на аналитическую колонку, реактор. При этом реактор соединен через управляемый клапан со сферическим сборником флюидных растворов, подобный реактору, выход которого подключен к устройству для отбора дозы жидкости. Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности дозирования, а также повышение производительности и эффективности предлагаемого устройства. 1 ил.

Description

Изобретение относится к устройствам для разделения или очистки веществ методами жидкостной хроматографии.
Известен препаративный хроматограф, (1), содержащий три хроматографические колонки с прямым, обратным и байпасным вариантом горизонтального потока разделяемого вещества и элюента. Недостатками устройства являются невысокая производительность, обусловленная работой в дискретном режиме и использованием колонки со стеночным эффектом размывания хроматографической полосы, отрицательно влияющим на качество выделяемой продукции, и отсутствие влияния температуры на сорбционно-десорбционный процесс.
Известно устройство (2), содержащее три хроматографические колонки, реализующие принципы радиально-проточной хроматографии в непрерывном режиме работы, позволяющие использовать и температурный фактор, снижающие и стеночный эффект за счет использования кривых замкнутых в пространстве поверхностей сорбционного слоя.
Недостатком устройства (2) можно считать отсутствие оперативного контроля качеством хроматографического разделения и возможности изменения параметров непосредственно в технологическом процессе.
Известно устройство (3), содержащее три хроматографические колонки, реализующие принципы радиально-проточной хроматографии в непрерывном режиме работы, которые выполнены в виде замкнутых в пространстве кривых, симметричных поверхностей, снижающих стеночный эффект. Устройство (3) имеет регулируемый делитель потока, аналитическую колонку с детектирующими устройствами, позволяющими контролировать и регулировать в реальном режиме времени процесс хроматографического разделения.
Устройство (3) является наиболее близким решением предлагаемому. Однако оно (3) не обеспечивает работу с веществами, растворенными в сверхкритических флюидах (СКФ) при высоком давлении. СКФ занимает промежуточное положение между газом и жидкостью. Он может, в отличие от нормальной жидкости, сжиматься при увеличении давления выше критического, а температуре ниже критической, и иметь жидкообразное состояние или расширяться, переходя в исходное газообразное состояние при понижении давления до величины менее критической.
Цель изобретения - повышение производительности и эффективности хроматографического разделения веществ, растворенных в СКФ.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для хроматографического разделения веществ, содержащем три хроматографические колонки, соединенные друг с другом переходными каналами с установленными в них переключающими элементами, которые соединены с источником разделяемой смеси, с потоком элюента и системой приемников для сбора фракций, колонки, состоящие из слоя теплоизоляции, внешнего корпуса, внешней пористой перегородки, разделенных на секции промежуточными пористыми перегородками сорбционных слоев, внутренней пористой перегородки внутреннего корпуса, выполненных в виде замкнутых в пространстве подобных кривых поверхностей, последовательно охватывающих друг друга, между внешней пористой перегородкой и внешним корпусом имеется зазор, в который через несколько каналов распределенно вводится разделяемое вещество, а канал вывода разделяемой смеси подключен одним или несколькими каналами к зазору между внутренней пористой перегородкой и внутренним корпусом, причем камера между слоем теплоизоляции и внешним корпусом и камера, образованная внутренним корпусом, дополнительными каналами с установленными в них управляемыми переключающими элементами соединены с источником теплоносителя и хладагента, на выходе из системы хроматографического разделения установлен регулируемый делитель потока, один или несколько детекторов и аналитическая колонка. Создается замкнутая система непрерывного разделения с образованием СКФ, растворением твердых и жидких веществ, их сбором и дозировавшем флюидных растворов в препаративную хроматографическую колонку, разделение и вывод продукции в приемники фракций, гду флюиды превращаются в газ, собираются и снова переводятся в СКФ.
Для обеспечения работы устройства хроматографического разделения веществ, растворенных в СКФ, приемники сбора фракций снабжены датчиками уровня, а на выходе из них дополнительно установлены управляемые клапаны, исключающие диффузию собранных веществ между приемниками, коллектор с ресивером и регулятором расхода потока испаряемых при снижении давления флюидов ниже критического, насос высокого давления, к выходу которого также подсоединены регуляторы расхода с датчиками давления на входе и выходе и датчиком расхода, направляющие часть потока образующихся флюидов через управляемый клапан в один или несколько сферических реакторов на растворение разделяемого вещества, а другую часть потока через управляемый клапан - на аналитическую колонку.
Реактор через управляемый клапан соединен со сборником флюидных растворов, выход которого подключен к устройству отбора дозы жидкости, состоящему из переключателя потоков, промежуточных мерных емкостей с вогнутыми стенками для линеаризации шкалы величины доз и установленными внутри них поворотными трубками, имеющими привод и возможность перемещения в нескольких степенях свободы, при этом входное отверстие поворотных трубок может изменять свой уровень по отношению к верхнему уровню жидкости в промежуточной мерной емкости, каналы для подачи газа-вытеснителя из сборника флюидных растворов и мерных емкостей с регуляторами расхода, содержащими датчики давления на входе-выходе и датчик расхода, подключенные через редуктор высокого давления к емкости газа-вытеснителя. Для создания и стабилизации градиента давления в системе хроматографического разделения к ресиверу на выходе из приемников, разделенных на фракции или компоненты исходного вещества, через редуктор высокого давления подключена емкость превращаемого во флюид газа. Регулировка температуры флюида осуществляется от источника теплоносителя и хладагента по каналу с управляемыми клапанами.
На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит хроматографические колонки 1, 2, 3 с радиальным потоком разделяемых веществ и элюента. Они могут иметь форму, например, сферы, эллипсоида и других замкнутых распределенных в пространстве поверхностей, охватывающих друг друга. Колонки соединены между собой переходными каналами 11-24 с установленными в них переключающими элементами 26-43 в виде, например, мембранных клапанов с пневмоусилителем, управляемых с помощью сжатого воздуха. Переходные каналы соединены с коллекторами 4, 5, 6, 7, 8. Нагрев или охлаждение каждой колонки индивидуален, осуществляется через коллекторы 9, 10 и переключатели 44-51. Подвод потоков на сорбцию, десорбцию и регенерацию в хроматографических колонках производится по каналам 53, 54, 55. Канал 52 и рН-метр 68 установлены на выходе сорбируемого потока, а канал 56 - десорбируемого и регенерации. На выходе канала 56 установлен делитель потока 57, образующий дополнительно к каналу основного потока байпасную линию 58. К линии байпаса подключен детектор 59, рН-метр 60, аналитическая колонка 61, дозатор 62 и дополнительный канал элюента 63. Переключаемые клапаны 64, 65, 66 и 67 по сигналу детектора 59 распределяют по ловушкам 66а и 67а полезные компоненты или фракции. Контроль уровня собираемых фракций или компонентов определяется датчиками 69 и 70, например ультразвуковыми.
Предлагаемое устройство относится к категории радиально-проточных хроматографов, удобных для ионообменных, аффинных, гидрофобных, обращеннофазных и других сорбционно-десорбционных разделений.
Первоначально колонка 1 устанавливается на режим сорбции. Через канал 53, коллектор 4, канал 25, клапан 43, канал 16 сорбируемый поток с разделяемым веществом проходит через слой сорбента колонки 1. Клапаны 40, 41, 42; 27, 29 закрыты. Выход сорбируемого потока осуществляется через канал 11 и клапан 26 в коллектор 6 через канал 52, фиксируя показания рН-метра 68, - в сборную емкость.
Одновременно колонка 2 находится в режиме десорбции. Элюент поступает в нее через канал 54, коллектор 7, канал 18, открытый клапан 28, канал 12. Клапаны 30, 31 закрыты. Происходит вытеснение из сорбционного слоя задержанных компонентов. Поток элюента вместе с вытесненными компонентами через канал 13, открытый клапан 33, коллектор 4, канал 56 поступает на делитель потока 57. Клапан 32 закрыт.Часть потока по байпасной линии 58 поступает на детектор 59, рН-метр 60. Основная часть потока проходит через клапаны 64, 66 или 65, 67, управляемые по сигналу детектора, в ловушки 66а или 67а.
Колонка 3 находится в режиме регенерации, то есть очистки следов элюента, и работает одновременно с колонками 1 и 2. Поток жидкости, очищающий колонку 3, поступает через канал 55, коллектор 8, канал 22, клапан 36, канал 14. Клапаны 34, 35, 37 закрыты. Выход потока из колонки 3 осуществляется по каналам 15 и 23 через клапан 39, коллектор 5, в канал 56, делитель потока 57, байпасную линию 58, детектор 59, рН-метр 60, клапан 65 сбросной ловушки 67а и клапан 67 в коллектор 71.
Время работы колонок определяется их сорбционной емкостью. Каждый цикл колонки работает в режиме сорбции, десорбции и регенерации по программе переключения потоков. После первых переключений колонка 1 из режима «сорбции» переходит в режим «десорбция», колонка 2 - в режим «регенерация», колонка 3 - в режим «сорбция». Затем колонка 1 переходит в режим «регенерация», колонка 2 - в режим «сорбция», колонка 3 - в режим «десорбция» и т.д. Таким образом, за счет переключения потоков осуществляется непрерывное хроматографическое разделение веществ с контролем и корректировкой качества и эффективности разделения в реальном режиме времени.
Оригинальная форма аналитической колонки подобна форме препаративных колонок, выполненных в виде замкнутых в пространстве кривых распределенных поверхностей, охватывающих друг друга. Она позволяет моделировать крупномасштабные процессы в препаративных колонках.
Через дозатор 62 в ручном или автоматическом режиме вводится в колонку 61 расчетная величина пробы. По сигналу детектора 59 определяются оптимальные параметры температуры, расхода элюента, буферной жидкости, последовательно осуществляется процесс сорбции, десорбции и регенерации.
Для образования СКФ в коллекторе 71 установлен ресивер 72, соединенный через редуктор высокого давления 104 с баллоном 103, заполненным флюидообразующим газом, например ксеноном (Хе), который имеет критическое давление 5,8 МПа и критическую температуру +16,6°С. На выходе из ресивера 71 через регулятор расхода 7 с датчиками давления на входе и выходе и расхода 73а и 73в подключен насос высокого давления 74, который через регулятор расхода 73 и управляемые клапаны 75 через каналы 80 и 63 направляет поток Хе давлением выше критического и температурой ниже критической в реактор 78 на растворение разделяемого вещества или на дозатор 62 аналитической колонки для анализа веществ до хроматографической колонки и после хроматографического разделения. Реактор 78 имеет форму замкнутых в пространстве кривых поверхностей, охватывающих друг друга, например сферических. Он изолирован от окружающей среды изоляционным слоем 87, имеет несколько камер: внешняя температурная камера 88, реакционная камера 78, внутренняя температурная камера 83. Камеры 88 и 89, соединенные с источниками тепла 10 и холода 9 через управляемые клапаны 75, канал 82, с помощью датчиков температуры 105 поддерживают температуру СКФ ниже критической. Реактор снабжен регулируемым продувочным клапаном 106. После растворения в СКФ разделяемого вещества из реактора 78 смесь через управляемый клапан 81 направляется в сферическую расходную емкость 79, имеющую изоляционный слой 86, внешнюю тепловую камеру 85, внутреннюю тепловую камеру 84, датчик уровня 84а, датчики температуры 105 для поддержания температуры СКФ ниже критической.
Расходная емкость 79 каналом 90 соединена с переключателем потока 92 устройства для отбора дозы жидкости, в состав которого входит баллон высокого давления 77 с редуктором высокого давления 76. В баллоне 77 находится инертный газ - вытеснитель, например аргон (Ar), критическая температура которого - 122°С, а критическое давление 4,8 МПа, что при температуре Хе около 0°С не позволяет перейти Ar в фазу СКФ, оставаясь в газовой фазе.
Выход редуктора 76 каналом 89 через регулятор расхода 73 с датчиками давления 73а и расхода 73в соединен с расходной емкостью 79, а каналом 91 через регулятор расхода 73 с датчиками давления 73а и расхода 73в - с переключателем потоков 92 устройства для отбора дозы жидкости.
Устройство для отбора дозы жидкости кроме переключателя потоков 92 имеет промежуточные мерные емкости 98, 102 с вогнутыми стенками для линеаризации шкал величин доз 96, 100 и установленные внутри них поворотные трубки 97, 101, имеющие приводы 95, 99 и возможность перемещения в нескольких степенях свободы. При этом входное отверстие поворотных трубок 97, 101 может изменять свой уровень по отношению к верхнему уровню жидкости в промежуточных мерных емкостях 98, 102. Управление переключателем потоков 92 осуществляется с помощью детекторов газовой фазы 93, 94, установленных на выходе поворотных трубок.
В предлагаемом устройстве создан замкнутый контур непрерывного хроматографического разделения твердых и жидких веществ, растворенных в образованном из газа СКФ, осуществляющем обратный переход в газообразное состояние при давлении ниже критического в момент сбора продуктов хроматографического разделения с последующим образованием СКФ, растворением веществ и дозированием их в хроматографическую колонку инертным газом давлением выше критического.
Наличие в хроматографической колонке значительного градиента давлений позволяет работать в условиях высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), что повышает производительность и эффективность хроматографического разделения в предлагаемом устройстве.
Следует отметить и универсальность схемы предлагаемого устройства, дающую возможность работы в комбинированном режиме хроматографического разделения, в том числе и проявительном варианте с последовательным подключением колонок.
Источники информации
1. Проспект фирмы Sepragen Corporation USA на препаративный хроматограф Quanta Sep 1000, 1996 г.
2. Патент на изобретение №2152611 по заявке №98119812 от 02.11.1998 г.
3. Патент на изобретение №2334227 по заявке №2007112214 от 02.04.2007 г. - прототип.

Claims (1)

  1. Устройство для хроматографического разделения веществ, содержащее три хроматографические колонки, соединенные друг с другом переходными каналами с установленными в них переключающими элементами и дополнительными каналами с установленными в них переключающими элементами, которые соединены с источником разделяемой смеси, с потоком элюента и системой приемников для сбора фракций, колонки, состоящие из слоя теплоизоляции, внешнего корпуса, внешней пористой перегородки, разделенных на секции промежуточными пористыми перегородками сорбционных слоев, внутренней пористой перегородки, внутреннего корпуса, выполненных в виде замкнутых в пространстве подобных кривых поверхностей, последовательно охватывающих друг друга, между внешней пористой перегородкой и внешним корпусом имеется зазор, в который через несколько каналов распределено разделяемое вещество, а канал вывода разделяемой смеси подключен одним или несколькими каналами к зазору между внутренней пористой перегородкой и внутренним корпусом, причем камера между слоем теплоизоляции и внешним корпусом и камера, образованная внутренним корпусом, дополнительными каналами с установленными в них управляемыми переключающими элементами, соединены с источником теплоносителя или хладагента, на выходе из системы хроматографического разделения установлены регулируемый делитель потока, один или несколько детекторов и аналитическая колонка, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и эффективности устройства для хроматографического разделения веществ, растворенных в сверхкритических флюидах, приемники для сбора фракций снабжены датчиками уровня, а на выходе из них дополнительно установлены управляемые клапаны, исключающие диффузию собранных веществ между приемниками, коллектор с ресивером и регулятором расхода потока испаренных при снижении давления флюидов ниже критического, насос высокого давления, к выходу которого также подсоединены регуляторы расхода с датчиками давления на входе и выходе и датчиком расхода, направляющие часть потока образующихся флюидов через управляемый клапан в один или несколько сферических реакторов, имеющих внешний изоляционный слой и внешнюю и внутреннюю тепловые камеры, соединенные с источниками тепла или холода, датчики температуры, а другую часть потока - на аналитическую колонку, реактор, соединенный через управляемый клапан со сферическим сборником флюидных растворов, подобный реактору, выход которого подключен к устройству для отбора дозы жидкости, состоящему из переключателя потоков, промежуточных мерных емкостей с вогнутыми стенками для линеаризации шкалы величины доз и установленными внутри них поворотными трубками, имеющими привод и возможность перемещения в нескольких степенях свободы, при этом входное отверстие поворотных трубок может изменять свой уровень по отношению к верхнему уровню жидкости в промежуточных мерных емкостях, а управление переключателем потоков осуществляется с помощью детекторов газовой фазы, установленных на выходе поворотных трубок, каналы для подачи газа-вытеснителя из сборника флюидных растворов и мерных емкостей с регуляторами расхода, содержащими датчики давления и расхода, подключенные через редуктор высокого давления к емкости газа-вытеснителя для создания сверхкритического флюида и стабилизации градиента давления в системе хроматографического разделения, к ресиверу на выходе из приемников фракций и компонентов разделяемых веществ через редуктор высокого давления подключена емкость превращаемого в сверхкритический флюид газа.
RU2009110795/28A 2009-03-24 2009-03-24 Устройство для хроматографического разделения веществ RU2396558C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009110795/28A RU2396558C1 (ru) 2009-03-24 2009-03-24 Устройство для хроматографического разделения веществ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009110795/28A RU2396558C1 (ru) 2009-03-24 2009-03-24 Устройство для хроматографического разделения веществ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2396558C1 true RU2396558C1 (ru) 2010-08-10

Family

ID=42699144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009110795/28A RU2396558C1 (ru) 2009-03-24 2009-03-24 Устройство для хроматографического разделения веществ

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2396558C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2589768C2 (ru) * 2011-04-28 2016-07-10 ЭсДжиЭс НОРТ АМЕРИКА ИНК. Анализ сжатых пластовых флюидов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2589768C2 (ru) * 2011-04-28 2016-07-10 ЭсДжиЭс НОРТ АМЕРИКА ИНК. Анализ сжатых пластовых флюидов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104807899B (zh) 挥发性羰基化合物在线分析装置
US10994223B2 (en) Single phase high pressure liquefied gas chromatography system and method
US5240603A (en) Decoupled flow and pressure setpoints in an extraction instrument using compressible fluids
US9279788B2 (en) Apparatus and methods for preparative liquid chromatography
CN105158053A (zh) 一种针对挥发性有机物的浓缩仪、分析系统及其使用方法
JP5021466B2 (ja) 複数のカラムを組み合わせたクロマトグラフィーを用いて化学品および医薬品を調製する方法
WO2014032285A1 (zh) 用于蛋白分离的多维液相色谱分离系统及分离方法
Shade et al. Opening the toolbox: 18 experimental techniques for measurement of mixed gas adsorption
US20130015138A1 (en) Compressible liquid flash chromatography
US20060243651A1 (en) Multi-velocity fluid channels in analytical instruments
RU2396558C1 (ru) Устройство для хроматографического разделения веществ
KR20110114560A (ko) 크로마토그래피 시스템용 용매 공급 시스템 및 제작 방법 및 이용 방법
CN107132299A (zh) 一种多通道聚束层析系统
CN204745739U (zh) 加压层析系统
Peng et al. A new energy efficient process for hydrogen purification using ZIF-8/glycol–water slurry: Experimental study and process modeling
CN211263349U (zh) 多组分竞争性吸附穿透曲线分析仪
US4816041A (en) Process and installation for the adsorptive separation of krypton from a krypton nitrogen gas mixture
RU2334227C1 (ru) Устройство для хроматографического разделения веществ
CN204989118U (zh) 一种在线活性检测的液相色谱-质谱联用仪
CN207894883U (zh) 气体浓缩仪
CN207623292U (zh) 一种平衡气压的热解析模块
CN218306310U (zh) 一种复合型固相萃取柱
RU2469313C2 (ru) Устройство для хроматографического разделения веществ
CN219743991U (zh) 一种层析柱洗脱液收集系统
RU2296321C1 (ru) Промышленный газовый хроматограф

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170325