RU2060498C1 - Хроматографическая колонка - Google Patents
Хроматографическая колонка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2060498C1 RU2060498C1 RU93001045/25A RU93001045A RU2060498C1 RU 2060498 C1 RU2060498 C1 RU 2060498C1 RU 93001045/25 A RU93001045/25 A RU 93001045/25A RU 93001045 A RU93001045 A RU 93001045A RU 2060498 C1 RU2060498 C1 RU 2060498C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- column
- channels
- stationary phase
- layer
- column according
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
Abstract
Использование: для скоростного хроматографического разделения сложных смесей веществ. Сущность изобретения: хроматографическая колонка представляет собой твердый носитель с системой параллельных продольных одинаковых каналов. Носитель заключен в замкнутую оболочку. Средняя минимальная толщина слоя монолитного носителя между соседними каналами не превышает средний диаметр каналов. На внутреннюю поверхность каналов нанесена неподвижная фаза. 7 з. п. ф-лы, 10 ил.
Description
Изобретение относится к хроматографии, преимущественно поликапиллярной, и может быть использовано для скоростного хроматографического разделения сложных смесей веществ.
Известна поликапиллярная колонка, состоящая из нескольких капилляров, заключенных в общую цилиндрическую оболочку таким образом, что сквозные каналы колонки образованы каналами отдельных капилляров, каналами между капиллярами и каналами между капиллярами и оболочкой. Такие колонки характеризуются очень низкой разделительной способностью [1]
Известна поликапиллярная колонка, содержащая цилиндрическую оболочку и монолитный твердый носитель с системой пор и каналов, выполненной в виде параллельных одинаковых каналов, пронизывающих монолитный твердый носитель вдоль образующей цилиндрической оболочки [2]
Недостатком такой колонки является то, что цилиндрическая форма оболочки не обеспечивает максимальной проницаемости колонки для подвижной хроматографической фазы при задаваемых характеристических поперечных размерах (диаметрах) капиллярных каналов и колонки в целом. Это обусловлено тем, что цилиндрическая форма не обеспечивает плотнейшего расположения каналов в монолитном теле колонки.
Известна поликапиллярная колонка, содержащая цилиндрическую оболочку и монолитный твердый носитель с системой пор и каналов, выполненной в виде параллельных одинаковых каналов, пронизывающих монолитный твердый носитель вдоль образующей цилиндрической оболочки [2]
Недостатком такой колонки является то, что цилиндрическая форма оболочки не обеспечивает максимальной проницаемости колонки для подвижной хроматографической фазы при задаваемых характеристических поперечных размерах (диаметрах) капиллярных каналов и колонки в целом. Это обусловлено тем, что цилиндрическая форма не обеспечивает плотнейшего расположения каналов в монолитном теле колонки.
Другим недостатком такой колонки является ее низкая эффективность, что подтверждается и примером, приведенным в [2] Это связано с тем, что невозможно приготовить колонку с абсолютно идентичными каналами, и всегда существует некоторый разброс в диаметрах каналов, образующих поликапиллярную колонку. Это приводит к тому, что скорость движения подвижной фазы в различных каналах оказывается различной. В результате элюат в различных каналах колонки также движется с различной скоростью, что и приводит к резкому снижению эффективности разделения.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков, повышение проницаемости колонки для подвижной фазы и улучшение связанных с этим хроматографических и эксплуатационных свойств поликапиллярной колонки, а также существенное повышение эффективности разделения вплоть до значений, достаточных для решения большинства задач разделения смесей веществ.
Это достигается тем, что хроматографическая колонка, содержащая защитную оболочку и твердый носитель с системой параллельных продольных одинаковых каналов, пронизывающих монолитный твердый носитель вдоль защитной оболочки колонки, выполнена так, что средняя минимальная толщина слоя монолитного носителя между соседними каналами равна или меньше среднего диаметра каналов и по форме торцового среза представляет собой многоугольник.
Материалом защитной оболочки колонки является стекло, температура размягчения которого несколько ниже температуры размягчения стекла, из которого выполнен монолитный носитель.
Защитная оболочка колонки может быть выполнена из металла или пластической массы.
На внутреннюю поверхность каналов колонки нанесен слой неподвижной фазы (жидкости или твердого сорбента), причем толщина этого слоя в каждом отдельном канале пропорциональна диаметру этого канала в степени α, где α больше либо равна единице.
Неподвижная фаза может быть нанесена не по всей длине каналов, а таким образом, что длина слоя этой фазы в каждом отдельном канале пропорциональна диаметру этого канала в степени α, где α больше или равна единице.
Проницаемость поликапиллярных колонок для подвижной фазы определяет чувствительность хроматографического анализа, конструкционные и технико-эксплуатационные характеристики хроматографической аппаратуры с их использованием. Проницаемость колонки для подвижной фазы прямо пропорциональна суммарной площади сечений ее каналов, т.е. средней площади одного канала, умноженной на число каналов. При плотнейшей упаковке каналов, например, кубической, зависимость площади твердого носителя Sт в единичном квадратном элементе сечения (см. фиг.1) со стороной dт от lт минимальной толщины слоя твердого носителя, разделяющего соседние каналы (lт= dт do, где dо диаметр канала), определяется производной:
dSТ/dlT= k(1- ) где n dт/lт при n > 1;
k π·dт/2 const.
dSТ/dlT= k(1- ) где n dт/lт при n > 1;
k π·dт/2 const.
График зависимости 1/k·dSт/dlт от n показан на фиг.2. Из вида этого графика следует, что с ростом n скорость изменения произведения 1(k·dS)dlт существенно уменьшается при n > 2, т.е. проницаемость колонки для подвижной фазы начинает существенно возрастать после того, как минимальная толщина слоя твердого носителя, разделяющего соседние каналы, становится меньше диаметра канала.
Вместе с тем проницаемость колонки может быть увеличена при переходе от цилиндрической формы колонки в ее сечении к форме многоугольника, что позволяет выполнить колонку с большим числом каналов, чем для сферической колонки с равной площадью сечения.
Для повышения эффективности разделения неподвижную фазу (жидкость или твердый сорбент) на внутреннюю поверхность каналов поликапиллярной колонки наносят таким образом, чтобы для каждого канала выполнялось соотношение
df aDα где df толщина слоя неподвижной фазы в отдельном канале;
а коэффициент, общий для всех каналов колонки;
D диаметр данного канала;
α- параметр, зависящий от способа нанесения неподвижной фазы.
df aDα где df толщина слоя неподвижной фазы в отдельном канале;
а коэффициент, общий для всех каналов колонки;
D диаметр данного канала;
α- параметр, зависящий от способа нанесения неподвижной фазы.
Если неподвижная фаза распределена равномерно по всей длине каналов поликапиллярной колонки, то высота, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ) такой колонки, может быть представлена в следующем виде
ВЭТТ Ho• + Ho где Но ВЭТТ несорбирующегося компонента;
k фактор емкости;
Нс ВЭТТ отдельного капилляра, определяемая уравнением Голея.
ВЭТТ Ho• + Ho где Но ВЭТТ несорбирующегося компонента;
k фактор емкости;
Нс ВЭТТ отдельного капилляра, определяемая уравнением Голея.
На фиг.3 приведена расчетная зависимость ВЭТТ поликапиллярной колонки от фактора емкости для различных значений параметра α. Практический интерес представляют случаи, когда α больше либо равна единице. При этом ВЭТТ поликапиллярной колонки практически не зависит (α= 1) или уменьшается с ростом фактора емкости (α> 1). Это позволяет достичь высоких эффективностей разделения даже для колонок с большими разбросами по диаметрам каналов. Можно отметить, что для колонки прототипа значение параметра α стремится к нулю, что приводит к увеличению ВЭТТ с ростом фактора емкости и, следовательно, к дополнительному ухудшению эффективности разделения.
Длина колонки и число каналов не регламентируется.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.
П р и м е р 1. Поликапиллярная колонка, представляющая собой систему из 1100 каналов со средним диаметром 36 мкм (дисперсия каналов по сечению 3,6% ), заключенных в стеклянную оболочку. На фиг.4 приведен торцовый срез колонки. Длина колонки 40 см, диаметр колонки по апофеме 2,3 мм. Расход газа-носителя (азота) для такой колонки составляет 40,5 мл/мин при перепаде давлений между входом и выходом 1 атм и 122,1 мл/мин при 2 атм. Для аналогичной колонки, но содержащей вследствие менее плотной упаковки 780 каналов того же диаметра, расход азота составил 27,3 мл/мин и 81 мл/мин соответственно. Таким образом, предлагаемая колонка примерно в 1,4 раза более проницаема для газа-носителя, чем колонка сравнения.
П р и м е р 2. Поликапиллярная колонка, представляющая собой систему из 1100 каналов со средним диаметром 36 мкм (дисперсия каналов по сечению 3,6% ), заключенных в стеклянную оболочку. На фиг.4 приведен торцовый срез колонки. Длина колонки 95 см. Для нанесения неподвижной фазы колонка была заполнена раствором 1% метилвинилсилоксанового каучука в хлороформе, один конец колонки был загерметизирован, и растворитель удален путем испарения при 240оС. Для этой колонки значение параметра α составляет 1,0 и, как видно из фиг.5 (кривая А), ВЭТТ практически не зависит от фактора емкости.
П р и м е р 3. Поликапиллярная колонка, аналогичная примеру 2. Для нанесения неподвижной фазы колонка была заполненная раствором 0,18% метилвинилсилоксанового каучука в хлороформе, вводилась в термостат с температурой 240оС со скоростью 0,84 см/мин. Одновременно с противоположного конца в колонку подавали раствор неподвижной жидкой фазы со скоростью 50 мкл/мин. После ввода всей колонки в термостат и последующего кондиционирования в токе газа-носителя при 250оС колонка готова к использованию. В этом случае значение параметра α зависит от соотношения скорости ввода колонки в термостат и скорости подкачки раствора неподвижной фазы. При данном соотношении скоростей α= 2,52. На фиг.5 (кривая Б) приведена зависимость ВЭТТ данной колонки от фактора емкости. Значение ВЭТТ составляет 1,2 мм (при k 0) и меньше 0,2 мм (при k > 6). На фиг.6 и 7 приведены примеры практического использования данной колонки для разделения смесей веществ.
П р и м е р 4. Поликапиллярную колонку длиной 94 см, аналогичную примеру 1, заполнили под давлением раствором 15% метилсилоксана OV-101 в хлороформе так, чтобы в канале самого большого диаметра высота столба жидкости составила около 95% длины колонки, а затем удалили раствор в противоположном направлении. Для данного способа значение параметра α составляет 2,5. На фиг.8 и 9 приведены примеры практического использования данной колонки для анализа смесей веществ. Эффективность колонки по компоненту с фактором емкости большим 5 составляет около 5000 теоретических тарелок, в то время, как по несорбирующемуся компоненту только 350 теоретических тарелок.
П р и м е р 5. Поликапиллярная колонка длиной 22 см, аналогичная примеру 2. Оболочка колонки выполнена из меди. Неподвижная фаза нанесена аналогично примеру 2. В качестве неподвижной фазы использовали смесь, состоящую из метилсилоксана OV-101 и силикагеля с диаметром частиц менее 5 мкм в соотношении 1: 1; для заполнения колонки использовали 1% суспензию этой смеси в хлороформе. На фиг.10 приведен пример использования этой колонки для разделения изомеров октана.
Предлагаемую поликапиллярную колонку (ПКК) можно использовать во всех случаях, когда разделение проводят в режиме газожидкостной хроматографии с насадочными колонками. Быстрота процессов массообмена в такой колонке позволяет проводить хроматографическое разделение с высокой скоростью. Характеристическое время разделения смесей на ПКК составляет секунды десятки секунд, вместо минут десятков минут на насадочных колонках при одинаковой эффективности разделения. ПКК нечувствительны к тряске и вибрации.
Обширным полем использования ПКК может стать создание на их основе научных и промышленных хроматографов, а также портативных переносных приборов для экспрессного анализа. Известно, что скоростной хроматографический анализ необходим в системах управления разнообразными технологическими процессами, при решении задач экологии, в медицине, криминалистике, в научных исследованиях и др. Эффект от применения скоростного анализа может заключаться не только и не столько от сокращения времени собственного анализа, но в экономии сырья и энергетических ресурсов, повышении качестве продукции, улучшении условий труда, предотвращении аварийных ситуаций, в повышении эффективности различных контрольных и поисковых служб и во многих других случаях.
Claims (8)
1. Хроматографическая колонка, содержащая защитную оболочку и твердый носитель с системой параллельных продольных одинаковых каналов, пронизывающих монолитный твердый носитель вдоль защитной оболочки колонки, отличающаяся тем, что средняя минимальная толщина слоя монолитного носителя между соседними каналами равна или меньше среднего диаметра каналов, причем на внутреннюю поверхность каналов нанесен слой неподвижной фазы.
2. Колонка по п.1, отличающаяся тем, что форма ее торцевого среза представляет собой многоугольник.
3. Колонка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что материалом защитной оболочки является стекло, температура размягчения которого несколько ниже температуры размягчения стекла, из которого выполнен монолитный носитель.
4. Колонка по п.3, отличающаяся тем, что защитная оболочка выполнена из металла.
5. Колонка по пп.3 и 4, отличающаяся тем, что защитная оболочка выполнена из пластической массы.
6. Колонка по п.1, отличающаяся тем, что толщина слоя неподвижной фазы в каждом отдельном канале пропорциональна диаметру этого канала в степени α, где α больше, либо равна единице.
7. Колонка по пп.1 и 6, отличающаяся тем, что неподвижная фаза нанесена не по всей длине каналов, а таким образом, что длина слоя неподвижной фазы в каждом отдельном канале пропорциональна диаметру этого канала в степени a, где α больше, либо равна единице.
8. Колонка по пп.1,5 и 6, отличающаяся тем, что неподвижная фаза нанесена на внутреннюю поверхность каналов колонки в виде слоя твердого сорбента.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93001045/25A RU2060498C1 (ru) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | Хроматографическая колонка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93001045/25A RU2060498C1 (ru) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | Хроматографическая колонка |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93001045A RU93001045A (ru) | 1995-06-27 |
RU2060498C1 true RU2060498C1 (ru) | 1996-05-20 |
Family
ID=20135357
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93001045/25A RU2060498C1 (ru) | 1993-01-11 | 1993-01-11 | Хроматографическая колонка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2060498C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002095390A1 (fr) * | 2001-05-18 | 2002-11-28 | Northwest University | Colonne chromatographique remplie d'une substance tassee, son procede de production et ses applications |
EP1503210A1 (en) * | 2003-07-30 | 2005-02-02 | Ngk Insulators, Ltd. | Columns for chromatograph |
WO2008036091A1 (en) * | 2006-09-20 | 2008-03-27 | Chromba, Inc. | Multicapillary device for sample preparation |
US7964097B2 (en) | 2003-09-30 | 2011-06-21 | Belov Yuri P | Multicapillary column for chromatography and sample preparation |
US8980093B2 (en) | 2003-09-30 | 2015-03-17 | Yuri P. Belov | Multicapillary device for sample preparation |
-
1993
- 1993-01-11 RU RU93001045/25A patent/RU2060498C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Price H.D. Unrau A.M., A.C.Oehlschlander. Technical Note: A method for preparing of glass milticapillary columns. //J.Chromatogr. Sci.1979, v.17, Р.297. 2. Авторское свидетельство СССР N 986181, G 01N 30/60, 1991. * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002095390A1 (fr) * | 2001-05-18 | 2002-11-28 | Northwest University | Colonne chromatographique remplie d'une substance tassee, son procede de production et ses applications |
US7208085B2 (en) | 2001-05-18 | 2007-04-24 | Northwest University | Caky chromatographic column and the method for producing it and its applications |
EP1503210A1 (en) * | 2003-07-30 | 2005-02-02 | Ngk Insulators, Ltd. | Columns for chromatograph |
US7217359B2 (en) | 2003-07-30 | 2007-05-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Columns for chromatograph |
US7964097B2 (en) | 2003-09-30 | 2011-06-21 | Belov Yuri P | Multicapillary column for chromatography and sample preparation |
US8980093B2 (en) | 2003-09-30 | 2015-03-17 | Yuri P. Belov | Multicapillary device for sample preparation |
WO2008036091A1 (en) * | 2006-09-20 | 2008-03-27 | Chromba, Inc. | Multicapillary device for sample preparation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Poppe | Some reflections on speed and efficiency of modern chromatographic methods | |
Guiochon et al. | Theoretical investigation of the potentialities of the use of a multidimensional column in chromatography | |
Halasz et al. | Open Tube Columns with Impregnated Thin Layer Support for Gas Chromatography. | |
Tsuda et al. | Packed microcapillary columns in high performance liquid chromatography | |
Seifar et al. | Capillary electrochromatography with 1.5 μm ODS-modified non-porous silica spheres | |
Forgács et al. | Molecular basis of chromatographic separation | |
US5433847A (en) | Radial flow chromatography | |
US4469597A (en) | Chromatographic column terminator assembly | |
US4211658A (en) | Triaxially compressed packed beds | |
Hirata et al. | Supercritical fluid chromatography with fused-silica packed columns | |
Noel et al. | Capillary hydrodynamic chromatography | |
Kirkland | Columns for modern analytical liquid chromatography | |
JPH05264525A (ja) | 超臨界流体クロマトグラフ | |
RU2060498C1 (ru) | Хроматографическая колонка | |
Armstrong et al. | Study of the origin and mechanism of band broadening and pressure drop in centrifugal countercurrent chromatography | |
US2845136A (en) | Chromatography | |
Scott et al. | The effect of temperature and moderator concentration on the efficiency and resolution of liquid chromatography columns | |
EP1244507B1 (en) | Capillary columns employing monodispersed particles | |
US3436897A (en) | Method of and apparatus for chromatographic separations | |
US4846935A (en) | Concentration of volatile compounds from solid or liquid material | |
Kopaç et al. | Single pellet reactor for the dynamic analysis of gas-solid reactions “reaction of SO2 with activated soda” | |
Deelder et al. | Study on the efficiency of support-coated open-tubular columns for steroid analysis | |
US10792589B2 (en) | Gas liquid separator for chromatography applications | |
Choma et al. | High-performance liquid chromatography of benzodiazepines using sorbents with thermally immobilized Carbowax 20M | |
RU2337354C1 (ru) | Хроматографическая поликапиллярная колонка с монолитным сорбентом |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060112 |