RU2540067C1 - Способ получения газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок на кремниевых пластинах и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ получения газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок на кремниевых пластинах и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2540067C1 RU2540067C1 RU2013140952/28A RU2013140952A RU2540067C1 RU 2540067 C1 RU2540067 C1 RU 2540067C1 RU 2013140952/28 A RU2013140952/28 A RU 2013140952/28A RU 2013140952 A RU2013140952 A RU 2013140952A RU 2540067 C1 RU2540067 C1 RU 2540067C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solid
- gas
- microchromatographic
- phase
- column
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
Изобретение используется для получения газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок на кремниевых пластинах для эффективного экспресс-анализа сложных смесей веществ природного и техногенного происхождения в различных отраслях промышленности: химической, нефтяной, газовой, нефтехимической, металлургии, медицине, экологии и др. Сущность изобретения заключается в том, что в способе порции твердого носителя, диспергированного в летучей дисперсионной среде, периодически напыляют на поверхность кремниевой пластины с предварительно вытравленными каналами для микрохроматографической колонки в виде аэрозоля в инертном газе, а затем герметизируют путем анодного сращивания кремниевой пластины со стеклом марки Пирекс. После чего на поверхность твердого носителя наносят неподвижную жидкую фазу в виде аэрозоля в инертном газе. Устройство для осуществления способа содержит последовательно соединенные баллон с инертным газом, блок подготовки газа, две термостатированные емкости с раствором неподвижной жидкой фазы и суспензией твердого носителя, пульверизатор, переключающий кран и специальный барботер с регулируемым пневмосопротивлением на выходе. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и разделительной способности газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок на кремниевых пластинах. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к газовой хроматографии и может быть использовано для эффективного экспресс-анализа сложных смесей веществ природного и техногенного происхождения в различных отраслях промышленности: химической, нефтяной, газовой, нефтехимической, металлургии, медицине, экологии и др.
Известны различные способы получения газожидкотвердофазных капиллярных колонок и устройства для их осуществления, в которых слой твердого носителя с неподвижной жидкой фазой формируют на внутренней поверхности капиллярной колонки суспензионным, химическим или механическим методами (см.: Тесаржик К., Комарек К. Капиллярные колонки в газовой хроматографии. М.: Мир, 1987. С.76-108).
Известен способ нанесения неподвижной жидкой фазы на внутреннюю поверхность капиллярной колонки, при котором раствор неподвижной жидкой фазы продавливают через колонку за счет давления насыщенного пара растворителя при повышенной температуре (см.: Федянин А.А., Соколов В.П., Кирш С.И., Вигдергауз М.С. Авт. свид. СССР №1081532 от 23.03.84 г.).
Известны также способы и устройства для получения газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок с использованием современных микроэлектронных и микромеханических систем (МЭМС-технологии на кремниевых пластинах, герметизируемых путем анодного сращивания со стеклом марки Пирекс) (см.: Козин С., Федулов А., Пауткин В., Баринов И. Микроэлектронные датчики физических величин на основе МЭМС-технологий // Компоненты и технологии, 2010. №1. С.24-27, также см.: Jerman G.H., Terry S.C. A miniature gas chromatograph for atmospheric monitoring // Environment International, 1981. V.5. P.p.77-83).
Однако известные способы и устройства получения газожидкотвердофазных колонок сложны в осуществлении и не всегда обеспечивают достаточную эффективность и воспроизводимость основных хроматографических характеристик при разделении близких по физико-химическим свойствам веществ.
Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является способ получения капиллярных колонок и устройство для его осуществления (см.: Пат. 2356046 Российская федерация, МПК G01N 30/02. Способ получения капиллярных колонок и устройство для его осуществления [Текст] / Арутюнов И.И., Онучак Л.А., Платонов И.А., Жосан А.И., Жилкин Д.Ю.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный университет. - 2007122016/28; заявл. 13.06.2007; опубл. 20.12.2008, Бюл. №14. - 4 с). Способ получения капиллярных колонок характеризуется тем, что пленку неподвижной жидкой фазы формируют на предварительно нанесенном твердом носителе динамическим методом путем периодического дозирования порции аэрозоля раствора неподвижной жидкой фазы в инертном газе. Устройство снабжено пульверизатором для создания тумана из жидкого раствора неподвижной жидкой фазы в инертном газе и барботером с регулируемым пневмосопротивлением.
Недостатками известного способа и устройства для его осуществления являются относительно невысокая эффективность и разделительная способность газожидкотвердофазной микрохроматографической колонки.
Задачей изобретения является повышение эффективности и разделительной способности газожидкотвердофазной микрохроматографической колонки.
Эта задача решается за счет того, что в способе получения газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок на кремниевых пластинах, при котором порции твердого носителя, диспергированного в летучей дисперсионной среде, периодически дозируют в микрохроматографическую колонку в виде аэрозоля в инертном газе, для формирования слоя твердого носителя на внутренней поверхности микрохроматографической, после чего на поверхность твердого носителя наносят неподвижную жидкую фазу в виде аэрозоля в инертном газе согласно изобретению, причем твердый носитель в виде аэрозоля равномерно напыляют на поверхность кремниевой пластины с предварительно вытравленными каналами для микрохроматографической колонки, а затем герметизируют микрохроматографическую колонку путем электростатического (анодного) сращивания кремниевой пластины со стеклом марки Пирекс.
Эта задача решается также за счет того, что в устройстве получения газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок на кремниевых пластинах, содержащем последовательно соединенные баллон с инертным газом, блок подготовки газа, термостатируемую емкость с раствором неподвижной жидкой фазы в летучем растворителе, пульверизатор, переключающий кран для периодического подключения микрохроматографической колонки к блоку подготовки газа и специальный барботер для улавливания избытка неподвижной фазы, с регулируемым пневмосопротивлением на выходе согласно изобретению, дополнительно содержится термостатируемая емкость с суспензией твердого носителя в летучей жидкости, соединенная с блоком подготовки газа и пульверизатором.
При решении поставленной задачи создается технический результат, заключающийся в получении однородного и визуально контролируемого слоя твердого носителя по всей длине каналов на кремниевой пластине, так как формирование слоя твердого носителя происходит напылением аэрозоля одновременно по всей плоскости каналов, а не отдельных частей герметичной колонки, как в прототипе. Повышение однородности и равномерности покрытия твердого носителя по всей длине колонки приводит, естественно, к повышению эффективности и разделительной способности микрохроматографической колонки на кремниевой пластине.
Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.
Пример конкретного выполнения способа и устройства для его осуществления.
На фигуре 1 схематически изображено устройство для получения газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок на кремниевой пластине. Устройство содержит баллон со сжатым инертным газом 1, соединенный через блок подготовки газа 2 с термостатированной емкостью с суспензией твердого носителя 3 и переключающим краном 5 для переключения потока аэрозоля на поток инертного газа для удаления летучей дисперсионной среды, а также пульверизатор 4, соединенный с термостатированной емкостью с раствором неподвижной жидкой фазы в летучем растворителе 6 и специальным барботером 7 для улавливания неподвижной фазы и твердого носителя, к которому подключено регулируемое пневмосопротивление 8.
На фигуре 2 показан общий вид газожидкотвердофазной микрохроматографической колонки на кремниевой пластине. Внутренние каналы колонки покрыты слоем хромосорба W с ПЭГ-20 М. Микрохроматографическая колонка состоит из кремниевой пластины 9 с вытравленными каналами 10 в виде спирали для колонки, стеклянной пластины 11 и вклеенных капилляров 12 диаметром 200 мкм для коммуникаций входа и выхода колонки. Ширина каналов в кремниевой пластине 100 мкм, глубина 150 мкм. Общая длина колонки L=2,5 м.
Перед изготовлением газожидкотвердофазной микрохроматографической колонки проводились необходимые подготовительные операции.
1. Подготовка твердого инертного носителя. В качестве твердого носителя использовали, например, хромосорб W. Для получения однородной тонкодисперсной фракции порошок хромосорба W подвергали седиментационному разделению. Полученный мелкозернистый твердый носитель массой 150 мг помещали в стеклянный стакан объемом 250 см3 и заливали ацетоном до метки 100 см3, тщательно перемешивали, затем обрабатывали полученную суспензию на ультразвуковом диспергаторе в течение 20 мин до образования взвеси, устойчивой не менее 40-50 часов. Полученную взвесь хромосорба W в ацетоне использовали для нанесения сорбционного слоя хромосорба W на внутреннюю поверхность микрохроматографической колонки известным и предлагаемым способами.
2. Подготовка внутренней поверхности вытравленных каналов микрохроматографической колонки на кремниевой пластине. Кремниевую пластину промывали ацетоном, затем дистиллированной водой. После чего кремниевую пластину помещали в сосуд с концентрированной соляной кислотой и выдерживали 10 мин. Затем кремниевую пластину промывали дистиллированной водой до рН 5,8 и сушили инертным газом.
3. Нанесение неподвижной жидкой фазы на поверхность твердого носителя. 20% жидкий раствор неподвижной жидкой фазы полиэтиленгликоль (ПЭГ-20 м) в хлороформе под избыточным давлением инертного газа 2,0-2,5 кгс/см2 при температуре 50°C в емкости 6 направляют в пульверизатор 4, давление инертного газа в котором устанавливают в диапазоне 0,5-1,0 кгс/см2. Образующийся в пульверизаторе аэрозоль неподвижной жидкой фазы в инертном газе дозируют в герметизированную микрохроматографическую колонку через переключающий кран 5. Избыточное количество аэрозоля удаляется из пульверизатора 5 через барботер 7. Соответствующая концентрация неподвижной жидкой фазы в аэрозоле обеспечивается изменением расхода инертного газа с помощью регулируемого пневмосопротивления 8 и температуры в емкости 6.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Инертный газ (азот) из баллона 1 через блок подготовки газа 2 поступает в газовое пространство термостатированных емкостей 3 и 6. В емкости 3 находится суспензия твердого носителя (хромосорб W) в ацетоне при температуре 50°C, приготовленная в соответствии с п.1. В емкости 6 находится 20% раствор неподвижной жидкой фазы (ПЭГ-20 М) в хлороформе, см. п.3. Под давлением инертного газа суспензия хромосорба W в ацетоне поступает в пульверизатор 4, где образуется аэрозоль мелких частиц хромосорба W с ацетоном в инертном газе азоте. Аэрозоль направляется через переключающий кран 5 для напыления на кремниевую пластину. Избыточное количество аэрозоля удаляется из пульверизатора 4 через специальный барботер 7, заполненный поглощающим частицы хромосорба материалом. Соответствующая концентрация твердых частиц в аэрозоле обеспечивается изменением расхода инертного газа с помощью регулируемого пневмосопротивления 8 и температуры в емкости 3.
Через 2-3 минуты напыления поток аэрозоля с помощью крана 5 заменяется на поток инертного газа, и кварцевая пластина продувается азотом в течение 10 мин для удаления паров ацетона. Эту процедуру многократно повторяют в течение 2-3 часов. Контроль за формированием слоя твердого носителя осуществляют с помощью микроскопа. После напыления хромосорба W в каналы микрохроматографической колонки поверхность кремниевой пластины покрывается стеклом Пирекс и герметизируется путем электростатического (анодного) сращивания.
После герметизации микрохроматографической колонки с нанесенным слоем хромосорба W на поверхность твердого носителя наносят неподвижную жидкую фазу в виде аэрозоля ПЭГ-20 М в инертном газе из термостатируемой емкости 6 с помощью пульверизатора 4 и переключающего крана 5 со скоростью 1,0 см3/мин. Через 2,5 мин поток аэрозоля неподвижной жидкой фазы с помощью крана 5 заменяется на поток инертного газа, и микрохроматографическая колонка продувается в течение 5-10 мин для удаления паров хлороформа. Эту процедуру многократно повторяют в течение 400-500 часов. Контроль за формированием слоя сорбента осуществляют с помощью микроскопа. Полученную газожидкотвердофазную микрохроматографическую колонку кондиционируют при расходе инертного газа 1 см3/мин и Тс=50°C - 1,5 часа, затем при Тс=120°C - 4 часа.
В известном способе слой твердого носителя (хромосорб W) наносится в виде аэрозоля в герметизируемую микрохроматографическую колонку на кремниевой пластине по методике, описанной в прототипе.
Приготовленные известным и предлагаемым способами газожидкотвердофазные микрохроматографические колонки на кремниевых пластинах подвергали испытаниям на газовом хроматографе «Кристалл - 5000.2», ЗАО СКБ «Хроматэк» с пламенно-ионизационным детектором.
Режим работы хроматографа: | |
Температура термостата колонки, °C | 120±1,1 |
Температура испарителя, °C | 170±2,0 |
Температура детектора, °C | 120±1,2 |
Расход газа-носителя (азот) в микрохроматографической колонке, см3/мин | 1,0±0,03 |
Расход газа в линии сброса, см3/мин | 50±1,5 |
Объем вводимой пробы, мкл, не более | 0,2 |
Обработка результатов анализа проводилась с использованием программного обеспечения «Хроматэк Аналитик 2,5». Объектами исследования служили модельные смеси близких по хроматографическим свойствам сорбатов мета- и параксилолы, а также этанол и изопропанол.
Для оценки эффективности газожидкотвердофазных колонок рассчитывали:
- число эффективных теоретических тарелок Neff по уравнению
tM - мертвое время, измеренное по времени удерживания несорбируемого газа метана;
τh - ширина полосы сорбата, измеренная на середине высоты пика в единицах времени;
- высоту, эквивалентную теоретической тарелке H по уравнению:
где L=2,5 м - длина колонки.
Оценку разделительной способности приготовленных колонок проводили по результатам хроматографирования двух смесей мета-ксилол - параксилол и этанол - изопропанол.
Разрешение двух пиков (или степень разделения) RS рассчитывали по уравнению
Оценку селективности неподвижной жидкой фазы к исследуемым сорбатам проводили по величине фактора разделения α:
Результаты экспериментов сведены в таблицу «Сравнительные данные экспериментальной проверки известного и предлагаемого способов».
Как видно из приведенных в таблице данных, предлагаемый способ обеспечивает повышение эффективности и разделительной способности газожидкотвердофазной микрохроматографической колонки на кремниевой пластине. Так, для изопропанола и этанола эффективность увеличилась в два раза, а для параксилола и метаксилола почти в четыре раза. Разрешение пиков RS увеличилось более чем на 50% для трудноразделяемых пар компонентов. При этом фактор разделения α остался постоянным для исследуемых пар компонентов, что свидетельствует об идентичности природы и структуры слоя неподвижной жидкой фазы в исследуемых колонках.
Таблица | |||||||||
Сравнительные данные экспериментальной проверки известного и предлагаемого способов | |||||||||
№ | Наименование | Известный | Предлагаемый | ||||||
изопропанол | Этанол | Парак-силол | Мета-ксилол | Изопропанол | Этанол | Пара-ксилол | Мета-ксилол | ||
1 | Время удерживания, tR, с | 55 | 58,3 | 86,6 | 89,8 | 50,2 | 53,8 | 79,9 | 83,2 |
2 | Мертвое время, tM, с | 20 | 20 | 20 | 20 | 12 | 12 | 12 | 12 |
3 | Ширина полосы, τh, с | 1,638 | 1,966 | 3,593 | 4,312 | 1,168 | 1,403 | 1,841 | 2,208 |
4 | Число эффективных теоретических тарелок Neff | 2532 | 2104 | 1905 | 1453 | 5931 | 4922 | 7543 | 5766 |
5 | Высота, эквивалентная теоретической тарелке, Н, мм | 0,79 | 0,95 | 1,05 | 1,38 | 0,34 | 0,41 | 0,27 | 0,35 |
6 | Разрешение пиков, RS | 0,92 | 0,4 | 1,4 | 0,815 | ||||
7 | Фактор разделения, α | 1,094 | 1,048 | 1,094 | 1,048 |
Таким образом, изготовленная предлагаемым способом газожидкотвердофазная микрохроматографическая колонка на кремниевой пластине имеет более однородный и равномерно распределенный по всей длине колонки слой твердого носителя с нанесенной пленкой неподвижной жидкой фазы, что подтверждается также уменьшением на 40% мертвого времени (в колонке меньше пустот). Мертвое время определяли по времени удерживания метана при одинаковых расходах газа-носителя в колонках.
Использование предлагаемого способа получения газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок на кремниевых пластинах и устройства для его осуществления позволяет:
1. Организовать серийное производство высококачественных, экономичных и высокотехнологичных газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок с различными неподвижными фазами для решения конкретных аналитических задач.
2. Разработать и выпускать отечественные микрохроматографы и микроанализаторы для контроля качества различных продуктов, например природных и нефтяных газов, мониторинг вредных для здоровья веществ в воздухе рабочей зоны и др.
Claims (2)
1. Способ получения газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок на кремниевых пластинах, при котором порции твердого носителя, диспергированного в летучей дисперсионной среде, периодически дозируют в микрохроматографическую колонку в виде аэрозоля в инертном газе для формирования слоя твердого носителя на внутренней поверхности микрохроматографической колонки, после чего на поверхность твердого носителя наносят неподвижную жидкую фазу в виде аэрозоля в инертном газе, отличающийся тем, что твердый носитель в виде аэрозоля равномерно напыляют на поверхность кремниевой пластины с предварительно вытравленными каналами для микрохроматографической колонки, а затем герметизируют микрохроматографическую колонку путем электростатического (анодного) сращивания кремниевой пластины со стеклом марки Пирекс.
2. Устройство получения газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок на кремниевых пластинах, содержащее последовательно соединенные баллон с инертным газом, блок подготовки газа, термостатируемую емкость с раствором неподвижной жидкой фазы в летучем растворителе, пульверизатор, переключающий кран для периодического подключения микрохроматографической колонки к блоку подготовки газа и специальный барботер для улавливания избытка неподвижной фазы с регулируемым пневмосопротивлением на выходе, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит термостатируемую емкость с суспензией твердого носителя в летучей жидкости, соединенную с блоком подготовки газа и пульверизатором.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013140952/28A RU2540067C1 (ru) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Способ получения газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок на кремниевых пластинах и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013140952/28A RU2540067C1 (ru) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Способ получения газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок на кремниевых пластинах и устройство для его осуществления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2540067C1 true RU2540067C1 (ru) | 2015-01-27 |
RU2013140952A RU2013140952A (ru) | 2015-03-10 |
Family
ID=53279737
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013140952/28A RU2540067C1 (ru) | 2013-09-05 | 2013-09-05 | Способ получения газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок на кремниевых пластинах и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2540067C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2356048C2 (ru) * | 2007-06-13 | 2009-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет" | Способ получения капиллярных колонок и устройство для его осуществления |
RU2356046C2 (ru) * | 2007-06-13 | 2009-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет" | Способ получения капиллярных колонок и устройство для его осуществления |
UA53606U (ru) * | 2010-04-20 | 2010-10-11 | Татьяна Петровна Шанина | Способ утилизации твердых бытовых отходов |
-
2013
- 2013-09-05 RU RU2013140952/28A patent/RU2540067C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2356048C2 (ru) * | 2007-06-13 | 2009-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет" | Способ получения капиллярных колонок и устройство для его осуществления |
RU2356046C2 (ru) * | 2007-06-13 | 2009-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет" | Способ получения капиллярных колонок и устройство для его осуществления |
UA53606U (ru) * | 2010-04-20 | 2010-10-11 | Татьяна Петровна Шанина | Способ утилизации твердых бытовых отходов |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Jerman G.H., Terry S.C. A miniature gas chromatograph for atmospheric monitoring, Environment International, V.5. стр., 77-83, 1981. Козин С., Федулов А., Пауткин В., Баринов И. Микроэлектронные датчики физических величин на основе МЭМС-технологий // Компоненты и технологии, N1, стр. 24-27, 2010 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013140952A (ru) | 2015-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Halasz et al. | Open Tube Columns with Impregnated Thin Layer Support for Gas Chromatography. | |
Scott | Principles and practice of chromatography | |
Novotný et al. | Glass capillary columns and their significance in biochemical research | |
US3488922A (en) | Method and apparatus for chromatographic separations with superficially porous glass beads having sorptively active crusts | |
Novotny et al. | Some factors affecting the coating of open tubular columns for gas chromatography | |
CH637843A5 (de) | Verfahren zum packen einer chromatographiesaeule. | |
Regmi et al. | Ionic liquid functionalization of semi-packed columns for high-performance gas chromatographic separations | |
JP2016065877A (ja) | クロマトグラフカラムに充填する方法 | |
JP2007507721A (ja) | クロマトグラフィー及びサンプル調製のためのマルチキャピラリーカラム | |
Kondeti et al. | Advancements in column chromatography: A review | |
RU2540067C1 (ru) | Способ получения газожидкотвердофазных микрохроматографических колонок на кремниевых пластинах и устройство для его осуществления | |
EP1244507B1 (en) | Capillary columns employing monodispersed particles | |
WO2006097302A1 (en) | Method for manufacturing packed bed column and packed bed column obtained therewith | |
RU2356046C2 (ru) | Способ получения капиллярных колонок и устройство для его осуществления | |
RU2356048C2 (ru) | Способ получения капиллярных колонок и устройство для его осуществления | |
Cserháti | Liquid chromatography of natural pigments and synthetic dyes | |
RU2324175C1 (ru) | Хроматографическая капиллярная колонка открытого типа со структурированным сорбентом | |
RU2325639C2 (ru) | Способ формирования слоя адсорбента на внутренней поверхности капиллярных колонок и устройство для его осуществления | |
RU2060498C1 (ru) | Хроматографическая колонка | |
RU2540231C1 (ru) | Способ получения микрохроматографических колонок на плоских пластинах | |
US9700813B2 (en) | Methods and apparatus for time-pulsed chromatography | |
Kreibik et al. | Planar dielectrochromatography on non-wetted thin layers | |
US20050236313A1 (en) | Composition and method for high efficiency chromatography | |
Graham et al. | Ionic liquids in separation science | |
US7157004B1 (en) | Freeze drying for gas chromatography stationary phase deposition |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150906 |