СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СОРБЕНТА ДЛЯ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ Российский патент 2001 года по МПК G01N30/48 

Изобретение относится к области приготовления колонок для газожидкостной хроматографии (ГЖХ), в частности к способам приготовления сорбентов путем нанесения неподвижной жидкой фазы (НЖФ) на твердый носитель (ТС), и может использоваться для анализа в санитарно-гигиенических лабораторных исследованиях и для выделения целевых компонентов в препаративной газовой хроматографии.

Одним из наиболее эффективных способов приготовления сорбента для газожидкостной хроматографии является способ, в котором заданное количество НЖФ растворяют в летучем растворителе и смешивают с навеской ТС в фарфоровой чашке таким образом, чтобы над слоем ТС образовался слой раствора НЖФ высотой около 5 мм. Смесь выдерживают, затем выпаривают растворитель на воздушной бане при температуре не выше температуры кипения растворителя, непрерывно перемешивая до полного улетучивания растворителя. Сухой сорбент отсеивают от пыли и загружают в хроматографическую колонку [Литвинов Л.Д., Руденко Б.А. Газовая хроматография в биологии и медицине. М., Медицина, 1964, с. 129]. Способ характеризуется использованием больших количеств летучих растворителей, которые токсичны, пожароопасны, а регенерация их затруднена.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления сорбента для ГЖХ, в котором нанесение НЖФ осуществляют в кипящем слое частиц ТС [Березкин В.Г., Пахомов В.П. Авт. свид. СССР, N 166850, 1964, БИ N 23]. Для этого необходимое количество ТС для приготовления сорбента помещают в колонку, снабженную распылителем НЖФ. Подавая снизу поток газа, создают кипящий слой ТС, затем в середину кипящего слоя подают из распылителя раствор НЖФ. Растворитель испаряется при обогреве колонки и после высушивания сорбент выгружается.

На испарение легкокипящего растворителя требуется не более 30 мин. При работе с более высококипящими растворителями для ускорения испарения фильтр обогревают электронагревателем для горячего фильтрования. По испарении растворителя приготовленную насадку досушивают в термостате и отсеивают от пыли.

Способ характеризуется большими потерями сорбента вследствие механического измельчения в кипящем слое и изменением дисперсного состава, которые могут достигать 30%.

Задачей изобретения является уменьшение потерь от измельчения сорбента и сохранение его дисперсного состава.

Поставленная задача решается тем, что нанесение неподвижной жидкой фазы осуществляют путем создания пенного слоя пропусканием инертного газа через барботер, на диспергирующей поверхности которого находится неподвижная жидкая фаза, и последующим гашением пены добавлением твердого носителя, причем линейная скорость газа составляет от 0,5 до 3 м/с, высота слоя пены неподвижной жидкой фазы превышает 20 см, а кратность пены находится в пределах 6-14.

Способ осуществляется следующим образом. Необходимый объем жидкой фазы выливают в барботер, снабженный термостатируемой рубашкой для нагрева вязких или твердых НЖФ, пропускают инертный газ через диспергирующие отверстия барботера с линейной скоростью газа в пределах 0,5 - 3 м/с до образования пенного слоя с кратностью пены 6-14 и высотой более 20 см. Затем добавляют в барботер заданную массу твердого носителя, при этом пена гасится, образуя необходимый слой НЖФ.

Представленная совокупность заявленных признаков обеспечивает выполнение задачи изобретения: диспергированная НЖФ в виде пенного слоя не подвержена потерям вследствие механического измельчения в виде пыли и последующего уноса потоком газа. Линейная скорость газа в диапазоне 0,5-3 м/с и высота пенного слоя более 20 см предотвращают потери НЖФ вследствие утечки жидкости через отверстия барботера. Наличие пены с кратностью - отношением объема пенного слоя к объему НЖФ, равной 6-14, обеспечивает минимальное время гашения пены твердым сорбентом, при этом образуется полиэдрическая пена, в которой толщина пленки жидкости минимальная и в результате процесса гашения она распределяется по поверхности ТС наиболее равномерным образом, сохраняя дисперсный состав.

Таким образом, в результате образования пенного слоя с заданными характеристиками вследствие пропускания инертного газа через слой НЖФ и последующим гашением пенного слоя с кратностью от 6 до 14 и минимальным временем гашения при благоприятной структуре пены для образования сорбента наиболее минимальны его потери вследствие механического измельчения при сохранении его дисперсного состава.

Предложенный способ приготовления сорбента для ГЖХ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Приготовление сорбента на основе твердого носителя хроматона N-AW-DMCS с размером частиц 0,400-0,630 мм и неподвижной жидкой фазы политриэтиленгликоль адипината (ПТЭГА). Заданное содержание НЖФ 30% от массы ТС. Политриэтиленгликоль адипинат массой 2,925 г переносят в барботер и устанавливают регулятором расхода газа по ротаметру такую объемную скорость инертного газа в нем, чтобы расчетная линейная скорость изменялась в пределах от 0,5 до 3,0 м/с, кратность (отношение объемов пены и жидкой фазы) образующейся пены составляла от 6 до 14, а высота пенного слоя превышала 20 см. После установления в барботере заданного газодинамического режима получения пены с требуемыми характеристиками добавляют 9,75 г хроматона N-AW-DMCS с размером частиц 0,400-0,630 мм, при этом пена гасится, образуя на поверхности частиц ТС необходимый слой НЖФ. Прекращают подачу газа, выгружают приготовленный сорбент и определяют его дисперсный состав по количеству отсеянных фракций. Фракция более 0,630 мм (комки) составляет 0,009%, фракция 0,400-0,630 мм получена с выходом 99,39%, фракция менее 0,400 мм (пыль) - 0,6%. Заполняют полученным сорбентом насадочную металлическую колонку диаметром 3,0 мм, длиной 1 м и кондиционируют в течение 2 ч при 70^oC в потоке азота (расход 0,1 л/мин).

Данные о равномерности пропитки НЖФ ТС приведены в таблице 1.

Хроматограммы модельной смеси углеводородов C₆-C₈ на приготовленном по предлагаемому способу сорбенте и на сорбенте, приготовленном путем нанесения из растворителя практически совпадают.

Пример 2. Приготовление сорбента на основе твердого носителя хроматона N-AW-DMCS с размером частиц 0,400-0,630 мм и неподвижной жидкой фазы пентаэритрит тетракапроната (ПЭТК). Заданное содержание ЦЖФ 20% от массы ТС. Пентаэритрит тетракапроната массой 2,59 г переносят в барботер, снабженный термостатируемой рубашкой, и устанавливают температуру термостата 55^oC, которая больше температуры каплепадения НЖФ, а регулятором расхода газа по ротаметру такую объемную скорость инертного газа в нем, чтобы расчетная линейная скорость изменялась от 0,5 до 3 м/с, кратность (отношение объемов пены и жидкой фазы) образующейся пены составляла от 6 до 14, а высота пенного слоя превышала 20 см. После выхода барботера на заданный газодинамический режим получения пены с требуемыми характеристиками добавляют 12,96 г хроматона N-AW-DMCS с размером частиц 0,400-0,630 мм, при этом пена гасится, образуя на поверхности частиц ТС необходимый слой НЖФ. Прекращают подачу газа, выгружают приготовленный сорбент и определяют его дисперсный состав по количеству отсеянных фракций. Фракция более 0,630 мм (комки) составляет 0,012%, фракция 0,400-0,630 мм получена с выходом 99,09%, фракция менее 0,400 мм (пыль) - 0,9%. Заполняют полученным сорбентом насадочную колонку диаметром 3,0 мм и длиной 1 м и кондиционируют в течение 2 ч при 70^oC в потоке азота (расход 0,1 л/мин).

Хроматограммы модельной смеси углеводородов C₆-C₈ на приготовленном по предлагаемому способу сорбенте и на сорбенте, приготовленном путем нанесения из растворителя практически совпадают.

Пример 3. Приготовление сорбента на основе твердого носителя хроматона N-AW-DMCS с размером частиц 0,400-0,630 мм и неподвижной жидкой фазы смеси пентаэритрит тетрабутирата (ПЭТБ) и пентаэритрит тетрастеарата (ПЭТС, весовое соотношение компонентов смеси 1:1). Заданное содержание НЖФ 30% от массы ТС. Пентаэритрит тетрабутират массой 2,44 г и пентаэритрит тетрастеарат такой же массой, нагретой до температуры 80^oC, тщательно перемешивают, переносят в барботер с термостатирующей рубашкой и устанавливают регулятором расхода газа по ротаметру такую объемную скорость инертного газа в нем, чтобы расчетная линейная скорость газа изменялась от 0,5 до 3 м/с, кратность (отношение объемов пены и жидкой фазы) образующейся пены составляла от 6 до 14, а высота пенного слоя превышала 20 см. После выхода барботера на заданный газодинамический режим получения пены с требуемыми характеристиками добавляют 16,25 г хроматона N-AW-DMCS с размером частиц 0,400-0,630 мм, при этом пена гасится, образуя на поверхности частиц ТС необходимый слой НЖФ. Прекращают подачу газа, выгружают приготовленный сорбент и определяют его дисперсный состав по количеству отсеянных фракций. Фракция более 0,630 мм (комки) составляет 0,19%, фракция 0,400-0,630 мм получена с выходом 98,21%, фракция менее 0,400 мм (пыль) - 1,6%. Заполняют полученным сорбентом насадочную колонку диаметром 3,0 мм и длиной 1 м и кондиционируют в течение 2 ч при 70^oC в потоке азота (расход 0,1 л/мин).

Хроматограммы модельной смеси углеводородов C₆-C₈ на приготовленном по предлагаемому способу сорбенте и на сорбенте, приготовленном путем нанесения из растворителя практически совпадают.

Для определения степени пропитки хроматона N-AW-DMCS неподвижной жидкой фазой политриэтиленгликоль адипинатом приготовленный сорбент разделяют на три части, приблизительно равных по объему. Взвешивают каждую часть извлеченного сорбента и загружают в прибор Сокслета для экстракции политриэтиленгликоль адипината ацетоном. Ацетоновый экстракт переносят во взвешенную колбу и отгоняют ацетон на роторном испарителе. Взвешиванием определяют количество нанесенной НЖФ для каждой части сорбента. Твердый носитель после экстракта высушивают до постоянного веса при температуре 100^oC и взвешивают. Данные материального баланса для примера 1 приведены в таблице 1.

Положительный эффект от предложенного способа нанесения неподвижной жидкой фазы на твердый носитель заключается в экономии материалов вследствие уменьшения потерь от измельчения сорбента и улучшения воспроизводимости анализов при санитарно-гигиенических лабораторных исследованиях из-за сохранения его дисперсного состава.

Как следует из данных, приведенных в таблице 2, потери от измельчения сорбента по способу приготовления прототипа составляют 34%, а по заявленному способу - значительно меньше: от 0,6 до 1,8%. Следовательно, уменьшение потерь от измельчения сорбента в заявленном способе может достигать 32,2%.

В способе приготовления сорбента для ГЖХ по прототипу высота эквивалентной теоретической тарелки (ВЭТТ), которая рассчитана по данным хроматограммы модельной смеси углеводородов C₆-C₈ по стандартной методике, не сохраняет свое значение в связи с измельчением сорбента в процессе приготовления и изменением его дисперсного состава, что не позволяет получать воспроизводимые хроматограммы.

В то же время в заявленном способе вследствие сохранения дисперсного состава сорбента ВЭТТ не изменяется по данным хроматографии модельной смеси углеводородов C₆-C₈, что позволяет получить воспроизводимые результаты анализа.

Изобретение относится к области приготовления колонок для газожидкостной хроматографии, в частности к способам приготовления сорбентов путем нанесения неподвижной жидкой фазы на твердый носитель, и может использоваться для анализа в санитарно-гигиенических лабораторных исследованиях. Сущность изобретения заключается в том, что нанесение неподвижной жидкой фазы осуществляют путем создания пенного слоя пропусканием инертного газа через барботер, на диспергирующей поверхности которого находится неподвижная жидкая фаза, и последующим гашением пены добавлением твердого носителя. Технический результат заключается в уменьшении потерь от измельчения сорбента и сохранении его дисперсного состава. 2 табл.

Способ приготовления сорбента для газожидкостной хроматографии путем смешения заданной массы неподвижной жидкой фазы и твердого носителя, отличающийся тем, что нанесение неподвижной жидкой фазы осуществляют путем создания пенного слоя пропусканием инертного газа через барботер, на диспергирующей поверхности которого находится неподвижная жидкая фаза, и последующим гашением пены добавлением твердого носителя, причем линейная скорость газа составляет от 0,5 до 3 м/с, высота слоя пены неподвижной жидкой фазы превышает 20 см, а кратность пены находится в пределах 6 - 14.