СПОСОБ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК G01N30/02 

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано при анализе органических и неорганических веществ методом тонкослойной хроматографии в различных научных и практических областях медицины, биологии, химии, пищевой и парфюмерной промышленности, охране окружающей среды и других отраслях народного хозяйства.

Известны различные способы и устройства для жидкостной хроматографии различных веществ методом тонкослойной хроматографии, включающие нанесение анализируемой пробы на тонкослойные пластины, содержащие плоский (планарный) слой сорбента, которые затем устанавливают в специальные проявительные камеры для контакта с жидкой подвижной фазой, за счет восходящего потока которой по слою сорбента происходит разделение исходной пробы на отдельные зоны анализируемых компонентов, а количественную интерпретацию полученных хроматографических данных на слое сорбента осуществляют с помощью видеоденситометрических детекторов (см.: Красиков В.Д. Основы планарной хроматографии. - Спб.: Химиздат, 2005. - 232 с.).

Недостатки известных способов и устройств для их осуществления являются низкие воспроизводимость и достоверность результатов качественного и количественного анализа, связанные с влиянием степени насыщения хроматографической камеры парами жидкой подвижной фазы и влиянием параметров окружающей среды, включая влажность воздуха и наличие в нем примесей, способных изменять сорбционные характеристики сорбентов.

Наиболее близкими к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является способ хроматографического разделения смесей веществ в капиллярной колонке, заполненной сорбентом, включающий нанесение анализируемой пробы в колонку на слой сухого сорбента, разделение пробы на отдельные компоненты за счет восходящего потока жидкой подвижной фазы под действием капиллярных сил и количественное определение разделенных на слое сорбента компонентов с использованием видеоденситометрического детектора.

Наиболее близкими к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является устройство для хроматографического разделения смесей веществ, содержащее капиллярную колонку, заполненную сорбентом, изготовленную из материала, не поглощающего УФ или видимый свет, например, из плавленного кварца или стекла, емкость с жидкой подвижной фазой и видеоденситометрический детектор хроматографических зон на слое сорбента (см.: Березкин В.Г., Онучак Л.А., Евтюгина Е.Н. Капиллярный вариант хроматографии М.С.Цвета с использованием видеоденситометрии, как метода детектирования. (Докл. АН 2008. - т.421 №2. - С.1-3).

Однако в известном способе и устройстве для его осуществления не обеспечиваются достаточная степень разрешения анализируемых компонентов и возможность сокращения времени анализа.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является увеличение степени разрешения и уменьшение времени анализа.

Указанная задача решается за счет того, что в способе жидкостной хроматографии, который включает введение анализируемой пробы в хроматографическую колонку на слой сорбента, разделение пробы на отдельные компоненты за счет восходящего потока жидкой подвижной фазы и количественное определение разделенных на слое сорбента компонентов с использованием видеоденситометрического детектора, причем процесс хроматографирования проводят при программировании расхода жидкой подвижной фазы путем экспоненциального повышения давления на входе колонки.

Указанная задача решается также за счет того, что в устройстве для жидкостной хроматографии содержится капиллярная кварцевая или стеклянная хроматографическая колонка, заполненная сорбентом, герметичная емкость с жидкой подвижной фазой и видеоденситометрический детектор, причем в устройстве содержится также блок подготовки инертного газа, регулируемое пневмосопротивление и полая емкость, которые последовательно соединены между собой и с газовым пространством емкости с жидкой подвижной фазой.

При решении поставленной задачи создается технический результат, заключающийся в стабилизации линейной скорости подъема жидкой подвижной фазы по слою сорбента за счет экспоненциального повышения давления на входе колонки во время анализа.

Известно (см.: Гейс Ф.М. Основы тонкослойной хроматографии (планарная хроматография). // Изд-во при совете по хроматографии РАН, 1999, Т.1 и 2. - 753 с.), что скорость подвижной фазы при восходящем потоке жидкости под действием капиллярных сил постепенно уменьшается во время анализа от максимального значения - в начале до нуля, в конце по параболическому закону:

a²=kt,

где a - расстояние, пройденное жидкой подвижной фазой по слою сорбента; t - время анализа; k - коэффициент, зависящий от вязкости, поверхностного натяжения, угла смачивания жидкости для данного капилляра с определенным эффективным радиусом.

Создавая изменение давления на входе колонки по экспоненциальному закону, так, чтобы в начале анализа давление на входе было равно нулю, а в конце равно P_i, при котором скорость подъема жидкости по слою сорбента равна начальной скорости под действием капиллярных сил, можно получить хроматографический процесс разделения в тонких слоях сорбента практически при постоянной скорости жидкой подвижной фазы во время анализа.

Проведение хроматографического анализа при постоянной скорости жидкой подвижной фазы обеспечивает значительное сокращение времени анализа и увеличение степени разрешения при разделении анализируемых компонентов, за счет уменьшения размытия хроматографических зон при малых скоростях подвижной фазы.

Экспоненциальный закон изменения давления жидкой подвижной фазы на входе колонки получают путем поднятия давления в полой емкости, соединенной через пневмосопротивление (RC-цепочка) с блоком подготовки инертного газа, имеющего давление P_i..

Давление из полой емкости подается в газовое пространство герметичной емкости с жидкой подвижной фазой.

Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским смыслом.

Пример конкретного выполнения способа и устройство для его осуществления

На фиг.1 схематически изображено устройство для жидкостной хроматографии. Устройство содержит капиллярную колонку (L=60 см, d_c=0,53 мм), заполненную сорбентом 1, герметичную емкость с жидкой подвижной фазой 2, блок подготовки инертного газа 3, регулируемое пневмосопротивление 4, полую емкость 5 и клапан включения процесса программирования давления 6.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Анализируемую пробу дозируют микрошприцем объемом около 2 мкл непосредственно на слой сорбента входа капиллярной колонки 1. Затем колонку помещают в емкость с жидкой подвижной 2, герметизацию проводят винтовым прижимом резиновой мембраны. Вход колонки опускают в жидкость на 1-2 мм и включают клапан 6. Давление в газовом пространстве емкости 2 начинает медленно повышаться, компенсируя уменьшение скорости подъема жидкости за счет действия капиллярных сил, таким образом, чтобы обеспечить сохранение постоянной начальной скорости жидкой подвижной фазы. Это достигается изменением величины регулируемого пневмосопротивления 4. После завершения процесса хроматографирования колонка 1 просвечивается видеоденситометрическим детектором для получения хроматограммы с пиками анализируемых компонентов.

Экспериментальная оценка выполнения предлагаемого и известного способов жидкостной хроматографии проводилась на примере разделения смеси красителей E-122 Кармазин (кармуазин, азорубин) и E-133 Бриллиантовый голубой (синий блестящий FCF) в объемном соотношении 1:1.

В качестве сорбента использовался силикагель СТК-1А зернением 5-17 мкм, которым заполняли кварцевую капиллярную колонку длиной 60 мм, внутренним диаметром 0,53 мм. В качестве подвижной фазы использовали смесь этанола, излбутанола и 25% раствора аммиака в объемном соотношении 2:2:0,3. Распечатки хроматограммы на слое сорбента получали с использованием видеоденситометрического детектора «Сорбфил» производства ЗАО «Сорбполимер», г.Краснодар.

Из полученных хроматограмм (выборка n≥5 анализов) рассчитывали следующие характеристики сорбатов:

1. Разрешение R_s двух красителей E-122 и E-133:

$$R_s=\frac{l_1-l_2}{w_{b_1}+w_{b_2}}\cdot 2$$ ,

где l₁ - расстояние пройденное красителем E-122; l₂ - расстояние пройденное красителем E-133; $$w_{b_1}$$ и $$w_{b_2}$$ - ширина пика у основания соответствующих красителей.

2. Время анализа t по скорости пробега подвижной фазы длины слоя сорбента в колонке L=60 мм.

3. Фактор задержки, R_f

$$R_f=\frac{l_i}{L}$$ ,

где L - расстояние, пройденное подвижной фазой от начала анализа.

Результаты экспериментов представлены в таблице «Сравнительные данные экспериментальной проверки известного и предлагаемого способов».

Сравнительные данные экспериментальной проверки известного и предлагаемого способов

№ п/п Красители Известный способ Предлагаемый способ R_f R_s t, мин R_f R_s мин 1 E-133 0,38 2,45 45,0 0,4 4,62 1,9 2 E-122 0,62 0,67

Как видно из приведенных в таблице данных, в предлагаемом способе по сравнению с известным почти в два раза увеличивается разрешающая способность при анализе красителей E-122 и E-133, а время анализа сокращается с 45 минут до 1,9 минуты.

Использование предлагаемого способа жидкостной хроматографии и устройства для его осуществления позволяет:

1. Проводить экспресс-анализы биологически активных веществ в различных препаратах с большей эффективностью и разрешающей способностью.

2. Улучшить метрологические характеристики хроматографического анализа.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано при анализе органических и неорганических веществ методом тонкослойной хроматографии в различных научных и практических областях медицины, биологии, химии, пищевой и парфюмерной промышленности, охране окружающей среды и других отраслях народного хозяйства. Способ, при котором разделение пробы на отдельные компоненты происходит в капиллярной колонке с сорбентом под действием восходящего потока жидкого элюента, расход которого программируют путем экспоненциального повышения давления на входе колонки. Устройство содержит кварцевую капиллярную колонку с сорбентом, герметичную емкость с жидкой подвижной фазой, видеоденситометрический детектор, блок подготовки инертного газа, регулируемое пневмосопротивление и полую емкость, соединенную с газовым пространством герметичной емкости с жидким элюентом. Техническим результатом изобретения является стабилизация линейной скорости подъема жидкой подвижной фазы по слою сорбента и уменьшение времени анализа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ жидкостной хроматографии, включающий введение анализируемой пробы в хроматографическую колонку на слой сухого сорбента, разделение пробы на отдельные компоненты за счет восходящего потока жидкой подвижной фазы и количественное определение разделенных на слое сорбента компонентов с использованием видеоденситометрического детектора, отличающийся тем, что процесс хроматографирования проводят при программировании расхода жидкой подвижной фазы путем экспоненциального повышения давления на входе колонки.

2. Устройство для жидкостной хроматографии, содержащее капиллярную кварцевую или стеклянную хроматографическую колонку, заполненную сорбентом, герметичную емкость с жидкой подвижной фазой и видеоденситометрический детектор хроматографических зон на слое сорбента, отличающееся тем, что устройство содержит блок подготовки инертного газа, регулируемое пневмосопротивление и полую емкость, последовательно соединенные с газовым пространством емкости с жидкой подвижной фазой.