ВОССТАНОВЛЕНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ И ПРЕПАРАТИВНЫХ КОЛОНОК ДЛЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ (ВЭЖХ) Российский патент 2004 года по МПК G01N30/50 

Изобретение относится к способу регенерации хроматографических колонок для ВЭЖХ СО₂ в сверхкритическом состоянии с целью восстановления их эффективности, утраченной в процессе эксплуатации.

Причинами снижения, а в некоторых случаях и утраты эффективности в процессе эксплуатации могут быть: недостаточная чистота используемых растворителей, перегрузка колонок при передозировке вводимых проб, работа с реакционноспособными веществами, которые в результате реакции на колонке образуют нерастворимые в элюенте соединения. Особенно часто этот эффект возникает в варианте полупрепаративной и препаративной высокоэффективной жидкостной хроматографии. Высокая стоимость колонок для ВЭЖХ неизбежно заставляет исследователей заниматься проблемами регенерации колонок.

Известен способ регенерации колонок, заполненных обращенно-фазовым адсорбентом, заключающийся в элюировании через колонку при небольших расходах 4-5 объемов дистиллированной воды, затем 2-3 объема смеси ацетонитрил - вода в соотношении 50:50 по объему и 4-5 объемов ацетонитрила [Сычев С.Н. Методы совершенствования хроматографических систем и механизмы удерживания в ВЭЖХ. Орел, 2000 г., с.55]. После указанных процедур хроматографическая колонка прокачивается 2-3 объемами рабочего элюента.

В случае загрязнения хроматографической колонки углеводородами с большой молекулярной массой ее промывают элюентом ацетонитрил - хлороформ (70:30), а затем 4-5 объемами ацетонитрила [Сычев С.Н. Методы совершенствования хроматографических систем и механизмы удерживания в ВЭЖХ. Орел, 2000 г., с.55].

Известен способ регенерации силикагелевых колонок тетрагидрофураном с метанолом в соотношении 50:50 [Стыскин Е.Л., Ициксон Л.Б., Брауде Е.В. Практическая высокоэффективная жидкостная хроматография. - М.: Химия, 1986, с.166, 167]. Однако все приведенные способы не позволяют полностью восстановить эффективность колонки, требуют большого количества растворителей и значительных трудозатрат, а в некоторых случаях образовавшиеся на поверхности сорбента полимерные пленки, продукты закоксовывания и осмоления не позволяют регенерировать колонку перечисленными способами.

Методы реставрации колонок с разборкой и частичной заменой сорбентов нами не рассматривались в качестве альтернативного способа, так как при этом происходит нарушение плотности упаковки сорбента, что приводит к необратимой потере эффективности и других исходных параметров колонки [РФ патент №2027181, кл. G 01 N 30/50, 1991 г.].

В настоящее время для регенерации различных адсорбентов и катализаторов широко применяются растворители в сверхкритическом состоянии (СКР). СКР представляют собой вещества при температурах и давлениях выше критических. Применение СКР для регенерации вызвано их огромной, по сравнению с органическими растворителями при нормальных условиях, растворяющей способностью. Наиболее часто в качестве СКР применяется двуокись углерода в сверхкритическом состоянии. Это связано с тем, что двуокись углерода нетоксичная и недорогая жидкость, которая переходит в сверхкритическое состояние в сравнительно мягких условиях (Р_кр=73 ат, Т_кр=31°С). Было показано, что обработка сверхкритической двуокисью углерода позволяет регенерировать силикагели [Van Bommel M.J., de Haan, A.B. Drying silica gels with supercritical carbon dioxide. J. Mater. Sci., 1994, 29(4), pp.943-8 (Eng.)], активированные угли [Supercritikal fluid extraction of pesticides and phithalate esters following solid phase extraction from water. Ezzel J.L., Richter B.E. J. Microcolums Cr. Sep. 1993, 4 (4) 319-23 (Eng). Nakai, Toshihiro et.al. Adsorption of organic chloro compounds by activated carbon and it's regeneration by supercritical carbon dioxide. Nippon Kogaku Kaishin, 1994 (4), pp.371-5 (Japan). Srinivasan M.P., Smith, J.M., Mc Coy B. Supercritical fluid desorption from activated carbon. J. Chem. Eng. Sci.,1990, 47 (7), pp.1885-95] и полимерные адсорбенты [Патент США №4061566 (Dec 6, 1977)], а также восстанавливать каталитическую активность некоторых катализаторов [Manos, Georgios et al. Coke Removal from a zeolite catalyst by supercritical fluids. Chem. Eng. Technol., 1991, 14, pp.73-78. Патент США №5725756 (Mar 10, 1998)].

Наиболее близким к предлагаемому в данной заявке способу регенерации является способ, предложенный в патенте SU №1270689 от 23.10.1992, заключающийся в длительной промывке хроматографической колонки органическими растворителями при температуре 100-120°С. Данный способ имеет ряд существенных недостатков по сравнению с предложенным в заявке. Время регенерации колонки в патенте SU №1270689 составляет 2-5 часов, в то время в предложенном способе максимальное время регенерации составляет 1,5 часа, при этом размеры регенерируемой колонки (6×100 мм) в 2,5 раза уступают по длине и в 3-7 раз по объему колонкам, описанным в заявке. Стоимость используемых для регенерации органических растворителей (гексан, изопропиловый спирт) в 2-5 раз превосходит стоимость сжиженной двуокиси углерода. Использованные в процессе регенерации органические растворители в отличие от двуокиси углерода, которая в газообразном виде может быть выпущена в атмосферу, необходимо либо утилизировать, либо подвергать регенерации, что также требует дополнительных затрат. Кроме того, в данном патенте отсутствуют сведения о возможности регенерации обращено-фазовых колонок, а также о возможности регенерации колонок для препаративной ВЭЖХ.

Вышеизложенные замечания позволяют сделать вывод о том, что предложенный в заявке способ регенерации колонок для ВЭЖХ является более универсальным, быстрым и дешевым по сравнению со способом, описанным в патенте SU №1270689.

Цель изобретения: полное восстановление исходных хроматографических параметров колонок без их разборки.

Цель достигается тем, что СO₂ в сверхкритических условиях растворяет и удаляет загрязнения, которые сорбируются на хроматографической колонке.

Способ реализуется следующим образом: хроматографическая колонка помещается в установку (фиг.1), состоящую из насоса высокого давления (Н), соединенного с помощью стальных капиллярных линий (d=1,5 мм) через вентили с баллоном с жидкой двуокисью углерода и хроматографической колонкой, термостата (Т), позволяющего поддерживать температуру в интервале 40-300°С с точностью ±1°С, фильтра (Ф) для улавливания десорбируемых соединений и ротаметра для измерения расхода двуокиси углерода до 350 мл/мин. Затем проводится ее обработка двуокисью углерода в сверхкритическом состоянии в заданных условиях.

Обработка колонки проводилась СО₂ в сверхкритическом состоянии при давлении 250 атм, температуре 120-140°С; время обработки при обратном включении 30-60 минут в зависимости от степени загрязнения (при этом происходит регенерация начальной части колонки). Затем колонка охлаждалась до комнатной температуры, переворачивалась и обрабатывалась при прямом включении в тех же условиях 30 минут. Расход CO₂ варьировался в зависимости от диаметра колонки и степени ее загрязнения от 150 до 250 мл/мин (по газу).

Пример 1. Колонка ⊘ 4,6×250 мм, ULTRASIL-ODS C18 “BECKMAN”, размер частиц 5 мкм. Первоначально эффективность колонки составляла 13000 т.т/м, после длительной работы по разделению аминов эффективность колонки понизилась до 6000 т.т/м.

После обработки колонки CO₂ в сверхкритическом состоянии при давлении 250 ат и температуре 120°С в течение 30 минут, обратном и в прямом включении при расходе СО₂ 150 мл/мин по газу, эффективность восстановилась до 13000 т.т/м.

Пример 2. Колонка ⊘ 10×250 мм, ULTRASIL-Si “BECKMAN”, размер частиц 5 мкм. Первоначальная эффективность колонки составляла 12000 т.т/м, после длительной работы по выделению серосодержащих соединений из экстрактов чеснока эффективность колонки снизилась в три раза до 4000 т.т/м.

После обработки колонки при давлении 250 ат и температуре 140°С в течение 60 минут, обратном и в прямом включении при расходе CO₂ 250 мл/мин по газу, эффективность восстановилась полностью до 12000 т.т/м.

Пример 3. Колонка ⊘ 4,6×250 мм, ZORBAX-C8, размер частиц 5 мкм. Первоначально эффективность колонки составляла 13000 т.т/м, после длительной работы с аминами, серосодержащими и другими веществами с высокими концентрациями колонка полностью потеряла эффективность (элюент не проходил через колонку даже при максимальном давлении и минимальном расходе).

После обработки колонки при давлении 250 ат и температуре 120°С в течение 60 минут, обратном и в прямом включении при расходе СО₂ 150 мл/мин по газу, эффективность восстановилась до 13000 т.т/м.

Использование: для восстановления эффективности хроматографических колонок, утраченной в процессе эксплуатации. Сущность: восстановление полной эффективности колонок для ВЭЖХ осуществляют путем обработки двуокисью углерода в сверхкритическом состоянии. Обработку колонки проводят при давлении 250 атм, температуре 120 - 140°С. Технический результат изобретения заключается в ускорении и удешевлении способа восстановления эффективности колонок без их разборки. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ регенерации хроматографических колонок для высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), включающий удаление загрязнений путем обработки колонки растворителем, отличающийся тем, что колонку обрабатывают двуокисью углерода в сверхкритическом состоянии при давлении 250 атм и температуре 120-140°С до полного восстановления эффективности колонки.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для полного восстановления эффективности колонки ULTRASIL-ODS С 18 “BECKMAN”, ⊘ 4,6×250 мм, размер частиц 5 мкм, колонку обрабатывают двуокисью углерода в сверхкритическом состоянии при температуре 120°С в течение 30 мин при обратном и прямом включении при расходе СO₂ 150 мл/мин по газу.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для полного восстановления эффективности колонки ULTRASIL-Si “BECKMAN” ⊘ 10×250 мм, размер частиц 5 мкм, колонку обрабатывают двуокисью углерода в сверхкритическом состоянии при температуре 140°С в течение 30 мин при обратном и прямом включении при расходе СO₂ 250 мл/мин по газу.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для полного восстановления эффективности колонки ZORBAX-C8 ⊘ 4,6×250 мм, размер частиц 5 мкм, колонку обрабатывают двуокисью углерода в сверхкритическом состоянии при температуре 140°С в течение 60 мин при обратном и прямом включении при расходе СО₂ 150 мл/мин по газу.