ФЛУОРИМЕТРИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ЖИДКОСТНОГО ХРОМАТОГРАФА Российский патент 1994 года по МПК G01N30/74 

Изобретение относится к исследованию и анализу материалов с использованием хроматографии, а более конкретно - к флуориметрическим детекторам жидкостных хроматографов.

Изобретение может быть использовано в аналитической химии.

Уже известны флуориметрические детекторы к жидкостному хроматографу [1] .

Детектор содержит проточную ячейку, выполненную в виде части хроматографической колонки, которая размещена внутри алюминиевого блока с окнами. Через окна от источника возбуждения свет подается на проточную ячейку и воздействует на протекающую через нее пробу, а флуоресцентное излучение через перпендикулярно расположенные окна и фильтр улавливается фотоприемником.

Недостатком этому детектора является малый сбор флуоресцентного излучения и, соответственно, низкая чувствительность.

Наиболее близким по сущности и решаемой задаче к предложенному техническому решению является флуориметрический детектор к жидкостному хроматографу [2] .

Согласно этому патенту, детектор включает проточную ячейку, выполненную в виде части хроматографической колонки или ячейки из прозрачного материала, источник возбуждающего излучения, конденсор с линзой и сферическим зеркалом, систему сбора флуоресцентного излучения со сферической линзой и вогнутым сферическим зеркалом.

Недостатком этого детектора является наложение возбуждающего излучения на флуоресценцию, т. е. на полезный сигнал. Известно, что интенсивность флуоресценции составляет 10^-6 и менее от интенсивности возбуждения, поэтому в детекторе должны быть предусмотрены наборы светофильтров, что приводит к усложнению конструкции и дополнительно снижает энергетический уровень полезного сигнала.

Цель изобретения - увеличение чувствительности за счет повышения эффективности сбора флуоресцентного излучения и уменьшения рассеянного фона.

Цель достигается тем, что в флуориметрическом детекторе жидкостного хроматографа, включающем проточную ячейку, выполненную в виде части хроматографической колонки или ячейки из прозрачного материала, источник возбуждающего излучения, конденсор с линзой и сферическим зеркалом, систему сбора флуоресцентного излучения со сферической линзой и вогнутым сферическим зеркалом, систему сбора флуоресцентного излучения со сферической линзой и вогнутым сферическим зеркалом и фотоприемник, хроматографическая колонка заключена в патрон, выполненный в виде усеченного конуса перпендикулярно его продольной оси, причем патрон заполнен иммерсионной жидкостью, а вогнутое сферическое зеркало и сферическая линза системы сбора флуоресцентного излучения установлены в торцах конуса патрона большего и меньшего диаметра соответственно, при этом материалы проточной ячейки и иммерсионная жидкость характеризуются близкими величинами прозрачности в диапазоне спектра возбуждения флуоресценции исследуемой среды и разница в их коэффициентах преломления не превышает 0,01.

На фиг. 1 изображен флуориметрический детектор; на фиг. 2 - то же, вид сверху.

Флуориметрический детектор к жидкостному хроматографу включает проточную ячейку 1, выполненную в виде части хроматографической колонки 2, источник 3 возбуждающего излучения, конденсор с цилиндрической линзой 4 и сферическим зеркалом 5 и систему сбора флуоресцентного излучения со сферической линзой 6 и вогнутым сферическим зеркалом 7, расположенными перпендикулярно друг к другу, и фотоприемник 8. Хроматографическая колонка 2 заключена в патрон 9 с зеркальной внутренней поверхностью, выполненной в виде усеченного конуса, перпендикулярно его продольной оси. Патрон заполнен иммерсионной жидкостью. Это может быть при кварцевой ячейке глицерин, толуол и т. д. В системе сбора флуоресцентного излучения вогнутое сферическое зеркало 7 и сферическая линза 6 установлены в торцах патрона 9, причем линза 6 - в меньшем торце, а зеркало 7 - в большем. Патрон 9 имеет боковую входную щель 10. Угол между образующими конического патрона определен по выражению
= arctg1- , (1) где k - коэффициент концентрирования световой энергии k = (D/d)²;
D - диаметр большого торца конуса патрона;
d - диаметр меньшего торца конуса патрона;
L - длина конуса патрона.

Например, при коэффициенте концентрирования световой энергии k = 4 и D = 10 мм, d = 5 мм, L = 30 мм получим θ /2 = 5^o и f ≅30 мм.

Детектор работает следующим образом.

Пучок света от источника 3, сфокусированный цилиндрической линзой 4, в виде вертикальной полоски входит в оптическую ячейку 1, не испытывая преломления, отражения и рассеивания на ее поверхности вследствие исчезновения границы раздела сред между иммерсионной жидкостью и материалом ячейки. Пройденный через ячейку свет, отражаясь от вогнутого цилиндрического зеркала 5, повторно входит в ячейку 1. При прохождении хроматографически разделенных компонентов через ячейку они возбуждаются этим светом и флуоресцируют. Свет флуоресценции собирается зеркальной поверхностью патрона 9, сферическим вогнутым зеркалом 7 и фокусируется сферической линзой 6 на фотоприемник 8. Сигнал фотоприемника 8 усиливается усилителем и затем регистрируется самописцем или ЭВМ (на чертеже не показаны). Детектор может найти применение в микроколоночной и капиллярной жидкостной хроматографии, в сверхкритической капиллярной хроматографии, капиллярном электрофорезе. Его применение позволит значительно повысить эффективность использования прибора, так как при несложной конструкции детектора достигается увеличение на порядок чувствительности анализа токсичных флуоресцирующих химических и биологических веществ, а также загрязнителей окружающей среды.

Дополнительным преимуществом является тот факт, что измерительной ячейкой может являться любая часть кварцевой капиллярной колонки, необходимо только в этом месте очистить небольшой участок (5-10 мм) от защитного полиимидного покрытия. Таким образом, можно проводить детектирование на любом этапе разделения, сокращая время анализа при необходимости детектирования легко разделяемых компонентов. Ячейка принципиально не имеет непромываемых объемов и не вносит возмущающих факторов в хроматографический процесс разделения. Кроме того, заменой зеркала 5 на фотоприемник можно проводить и фотометрирование поглощения света в исследуемой среде, т. е. проводить одновременное детектирование по флуоресценции и поглощению света. (56) 1. Патент США N 4008397, кл. G 01 J 1/42, 1977.

2. Патент США N 3985441, кл. G 01 J 3/42, 1976.

Использование: аналитическая химия, при исследовании и анализе материалов с использованием хроматографии. Сущность изобретения: хроматографическая колонка снабжена коническим патроном и установлена в нем перпендикулярно его продольной оси. Внутренняя поверхность патрона выполнена зеркальной и заполнена иммерсионной жидкостью с коэффициентом преломления и спектром пропускания, близкими материалу проточной ячейки (преимущественно кварц, глицерин). Конический патрон снабжен цилиндрической линзой и зеркалом, которые установлены в торцах этого патрона. Угол между образующими конического патрона определен математической формулой. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ФЛУОРИМЕТРИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ЖИДКОСТНОГО ХРОМАТОГРАФА, включающий проточную ячейку, выполненную в виде части хроматографической колонки или ячейки из прозрачного материала, источник возбуждающего излучения, конденсор с линзой и сферическим зеркалом, систему сбора флуоресцентного излучения со сферической линзой и вогнутым сферическим зеркалом и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности за счет повышения эффективности сбора флуоресцентного излучения и уменьшения рассеянного фона, хроматографическая колонка заключена в патрон с зеркальной внутренней поверхностью, выполненной в виде усеченного конуса, перпендикулярно его продольной оси, причем патрон заполнен иммерсионной жидкостью, а вогнутое сферическое зеркало и сферическая линза системы сбора флуоресцентного излучения установлены в торцах конуса патрона большего и меньшего диаметра соответственно, при этом материал проточной ячейки и иммерсионная жидкость характеризуются близкими величинами прозрачности в диапазоне спектра возбуждения флуоресценции исследуемой среды и разница в их коэффициентах преломления не превышает 0,01. 2. Детектор по п. 1, отличающийся тем, что угол θ между образующими конуса патрона определен выражением
= arctgD/2L[(1-1/)]
где K - коэффициент концентрирования световой энергии, K=
D - диаметр большего торца конуса патрона;
d - диаметр меньшего торца конуса патрона;
L - длина конуса патрона.