СЭНДВИЧ-КАМЕРА С КОНТРПЛАСТИНКОЙ ДЛЯ ТОНКОСЛОЙНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ Российский патент 2013 года по МПК G01N30/90 

Предлагаемое устройство - сэндвич-камера малого объема с контрпластинкой - относится к одному из наиболее простых, эффективных и экономичных вариантов жидкостной хроматографии - тонкослойной хроматографии (ТСХ), которая активно развивается в направлении повышения разрешающей способности и экспрессности [1, 2]. Изобретение целесообразно, в основном, использовать в аналитической химии и в физической химии.

В TCX разделение (проявление) проводят в специальных камерах, используя хроматографическую пластинку со стандартной плоской подложкой, с одной стороны которой находится слой адсорбента. Хроматографические камеры используют для изоляции от окружающей среды растворителя и разделяющей пластинки, на которой проводят разделение исследуемого образца.

При использовании летучих подвижных фаз (ПФ) воспроизводимая реализация хроматографического разделения без использования хроматографической камеры невозможна. В практике современной ТСХ наиболее широко применяют N- (нормальную) и S- (сэндвич) камеры [1-4].

Наиболее близкой к изобретению (сэндвич-камера с контрпластинкой для TCX) является сэндвич-камера, описанная в [5], где показано успешное применение TCX с контрпластинкой при реализации хроматографического процесса в камере особого типа - S-камеры с контрпластинкой или S(CP)-камеры. В S(CP)-камере [5] над разделяющей пластинкой параллельно была расположена идентичная пластинка, причем адсорбционные слои обеих пластинок обращены друг к другу. Следует отметить, что известны только две публикации по данному типу камеры [1, 5].

Применение контрпластинки в S(CP)-камере, описанной в литературе [1, 5], дает заметный положительный эффект при использовании в TCX по сравнению с сэндвич-камерой без контрпластинки, однако это улучшение недостаточно, и в литературе пути улучшения хроматографических характеристик не обсуждались.

В [5] расстояние между разделяющей пластинкой и контрпластинкой не регулируют, так же как и в [1], во всех известных аналогах расстояние между пластинками составляет не менее 2 мм.

С целью повышения значений хроматографических характеристик по настоящему изобретению необходимо уменьшить расстояние между разделяющей и контрпластинками до 0,1-0,2 мм.

Были изучены зависимости основных хроматографических характеристик от расстояния d между пластинками в используемой камере (см. табл.1): подвижности (R_f); высоты, эквивалентные теоретической тарелке, (H, мкм); разрешения пиков (R_s) и продолжительность смачивания разделяющей пластинки ПФ (Δt, мин).

Как следует из приведенных в табл.1 данных, все изученные основные хроматографические характеристики (R_f, H, R_s и Δt) являются наилучшими для условий, когда расстояние между разделяющей и контрпластинками составляет в S-камере 0,1-0,2 мм, а не 2 мм, как это было описано ранее в литературе.

Поэтому целесообразно для оптимального хроматографического разделения использовать такую S-камеру с контрпластинкой, когда расстояние между разделяющей и контрпластинкой составляет 0,2 мм и менее.

Для обоснования целесообразности использования для разделения различных смесей сэндвич-камеры (S_min(CP)-камеры), было экспериментально показано, что использование этой камеры позволяет получить лучшие результаты по сравнению с применением общепринятой и более простой сэндвич-камеры без контрпластинки (S_min-камеры). Приведенные в табл.2 экспериментальные данные несомненно свидетельствуют о целесообразности использования такой сэндвич-камеры с контрпластинкой, когда расстояние между разделяющей и контрпластинками составляет 0,2 мм и менее.

Полученные результаты (см. табл.2) несомненно доказывают целесообразность использования S(CP)-камеры (при d=0, 2 мм и менее) для получения наилучших результатов.

Так, использование S_min(СР)-камеры (фиг.1) для разделения, во-первых, существенно, приблизительно на 30% улучшает величины подвижностей R_f анализируемых соединений; во-вторых, позволяет заметно (приблизительно на 46%) улучшить эффективность разделения и на 40% увеличить разрешение пиков. Следовательно, широкое использование S_min(CP)-камеры целесообразно.

Небольшим увеличением (приблизительно на 20%) продолжительности смачивания пластинки ПФ в большинстве случаев можно пренебречь, поскольку основной задачей хроматографии является разделение.

Таким образом, цель изобретения - существенное улучшение основных хроматографических характеристик, реализуется в предложенной камере. Этой цели можно достичь достаточно просто, используя предлагаемую S_min(CP)-камеру.

Для достижения поставленной цели в сэндвич-камере с контрпластинкой для тонкослойной хроматографии, содержащей разделяющую хроматографическую пластинку с адсорбционным слоем на подложке и контрпластинку, в качестве которой используют хроматографическую пластинку с адсорбционным слоем на подложке, в которой обе пластинки расположены параллельно, адсорбционные слои обеих пластинок обращены друг к другу, а для фиксации конструкции используют зажимы, скрепляющие пластинки, расстояние между адсорбционными слоями хроматографических разделяющей и контрпластинки составляет менее 0,3 мм, а разделяющая хроматографическая пластинка сдвинута относительно контр-пластинки на 3-10 мм.

Для регулирования расстояния между адсорбционными слоями используют ограничитель, имеющий П-образную форму.

Линейные части указанного ограничителя изготовлены из кварцевых капилляров диаметром 0,1-0,3 мм.

В качестве разделяющей хроматографической пластинки и/или контрпластинки используют пластинки на гибкой алюминиевой или полимерной подложке, которые расположены на дополнительных стеклянных пластинках, размеры которых превышают с одной или с четырех сторон размеры используемых хроматографических пластинок на 10-40 мм, причем, по крайней мере, одна из дополнительных пластинок имеет на одной из сторон выступы для обеспечения ограничения контакта между подвижной фазой и разделяющей пластинкой.

Хроматографическая контрпластинка и/или дополнительная пластинка имеют сквозные прорези для контроля движения подвижной фазы по разделяющей пластинке и разделения исследуемой смеси.

Сквозные прорези представляют собой линейные прорези, ширина которых не превышает 3 мм или круговые прорези с диаметром не более 5 мм.

Полученные значения улучшения основных хроматографических характеристик при разделении смесей различных соединений при использовании сэндвич-камеры с контрпластинкой для TCX, свидетельствует о целесообразности широкого использования этой камеры в практике TCX.

На фиг.1 показана схема реализации эксперимента в предлагаемой авторами новой S_min-камере с сухой контр-пластинкой. S_min-камера с сухой контрпластинкой содержит емкость с подвижной фазой (1), разделяющую хроматографическую пластинку с адсорбционным слоем на стеклянной подложке (2) и контрпластинку (3), ограничитель П-образной формы (4). После нанесения анализируемых проб на линию старта на нижней части разделяющей хроматографической пластинки (2) проводят сборку камеры.

Разделяющую хроматографическую пластинку (2) и контрпластинку (3), в качестве которой используют хроматографическую пластинку с адсорбционным слоем на стеклянной подложке располагают параллельно, при этом адсорбционные слои обоих пластинок обращены друг к другу. Ограничитель контакта адсорбционных слоев обоих пластинок, имеющий П-образную форму (4), расположен между адсорбционными слоями пластинок. Для фиксации конструкции используют зажимы, скрепляющие пластинки таким образом, что разделяющая хроматографическая пластинка сдвинута относительно контр-пластинки на 3-10 мм, а П-образный ограничитель, выполненный из кварцевых трубок или капилляров, расположен между адсорбционными слоями хроматографических пластинок и его высота (толщина) составляет менее 0,3 мм.

При практическом использовании собранную S-камеру помещают до упора в емкость с ПФ (1), соблюдая условие: чтобы контрпластинка (3) не касалась подвижной фазы (1). В качестве емкости с ПФ может быть использована N-камера или специальная кювета небольшого объема, в которую помещаются только выступы дополнительных пластинок и основание хроматографической пластинки, на которой происходит разделение. Вся система удерживается в вертикальном положении, например, с помощью лабораторного штатива.

Установка работает следующим образом.

Адсорбционный слой хроматографической пластинки (2) заполняется под действием капиллярных сил подвижной фазой, что приводит к движению фронта ПФ и начинается хроматографический процесс разделения.

Наблюдение за процессом может осуществляться через продольный канал шириной 1-3 мм и длиной 6-10 см или сквозные отверстия диаметром 1-3 мм, расположенные в верхней части контр-пластинки или дополнительной пластинки. Для детектирования компонентов пробы производится демонтаж камеры.

При использовании хроматографических пластинок (разделяющей пластинки и контр-пластинки) с адсорбционным слоем на гибкой (алюминиевой или полимерной) подложке их располагают на дополнительных стеклянных пластинках, размеры которых превышают с одной или с четырех сторон размеры используемых хроматографических пластинок на 10-40 мм.

Как можно видеть из данных, представленных в табл.1, 2, использование сэндвич-камеры по изобретению позволяет повысить эффективность разделения смесей.

Таблица 1. Изменение основных хроматографических характеристик компонентов стандартной разделяемой смеси в зависимости от расстояния d между разделяющей и контрпластинкой в S(CP)-камере на примере разделения стандартной, широко используемой за рубежом смеси красителей; толщина адсорбционного слоя на пластинке 0,25 мм, подвижная фаза - толуол, температура 23-24°C. S-камера с Подвижность исследуемых соединений (R_f) Характеристическое расстояние d для Сиба-Ф II(I) Индофенол (II) Ариабел красный (III) Судан синий (IV) Судан II (V) Диметил-аминоазо-бензол (VI) 0,1 0,05 0,16 0,35 0,46 0,61 0,84 0,2 0,05 0,15 0,30 0,43 0,60 0,82 1,0 0,04 0,09 0,24 0,33 0,52 0,74 3,0 0,04 0,09 0,23 0,33 0,52 0,73   Высота, эквивалентная одной теоретической тарелке (Н, мкм) 0,1 17 10 16 15 8,0 6,0 0,2 18 10 16 15 8,0 7,0 1,0 28 12 17 17 10 10 3,0 33 13 17 17 10 10   Величины критерия разделения пары   (I-II) (II-III) (III- (IV-V) (V-VI) ΣRs 0,1 4,0 5,3 4,0 6,3 5,8 25,4 0,2 4,0 5,3 4,0 6,7 5,5 25,5 1,0 3,2 4,6 3,9 6,0 4,3 22,0 3,0 3,1 4,5 3,8 5,9 4,2 21,5   Продолжительность смачивания подвижной фазой разделяющей пластинки (Δt), мин 0,1 29 0,2 29 1,0 33 3,0 35

Таблица 2. Улучшение хроматографических характеристик разделяемых соединений при использовании S_min-камеры (S_min) и S_min(CP)-камеры (S_min(CP)) с толщиной слоя адсорбента на контр пластинке 0,25 мм. Размер пластинок 10 см × 10 см. Условия разделения: ПФ - толуол, 23°C, Разделяемые соединения Подвижность, Rf ВЭТТ, Н, мкм S_min(A) S_min(CP) (B) R_f(B)/R_f(A) S_min(A) S_min(CP)(B) H(A)/H(B) Сиба-Ф II 0,04 0,05 1,25 39 17 0,43 Индофенол 0,15 0,16 1,07 29 10 0,34 Ариабел красный 0,26 0,35 1,35 26 16 0,61 Судан синий 0,36 0,46 1,28 21 15 0,71 Судан II 0,41 0,61 1,49 20 8,0 0,40 Диметил-аминоазобензол 0,66 0,84 1,27 24 6,0 0,25 Среднее значение 0,31 0,41 1,29 27 12 0,46 Разделяемые соединения Разрешение пиков, R_S Время смачивания пластинки, Δt, мин Smin(A) Smin(CP)(В) R_f(B)/R_f(A) S_min(A) S_min(СР)(В) t(B)/t(A) Сиба-Ф II - Индофенол 3,7 4,0 1,08 22 29 1,21 Индофенол - Ариабел красный 3,2 5,3 1,65 Ариабел красный - Судан синий 2,5 4,0 1,60 Судан синий - Судан II 5,0 6,0 1,20 Судан II - Диметил-аминоазобензол 3,8 5,8 1,53 Среднее значение 3,6 5,0 1,41

Литература

1. Гейсс Ф. Основы тонкослойной хроматографии. - М.: Изд-е Научного совета по хроматографии РАН, 1999. Т.1, 405 с.; Т.2, 348 с.

2. Красиков В.Д. Основы планарной хроматографии. СПб.: Химиздат, 2005, 232 с.

3. Sherma J., Fried B. (Eds). Handbook of thin-layer chromatography. New York, Marcel Dekker, 2003, 1016р.

4. Hahn-Deinstrop E. Applied thin-layer chromatography. Weinheim, Wiley-VCH Veriag,2007,314p.

5. Kobayashi М., Saitoh K., Suzuki N. High-Performance Thin-Layer Chromatography of Metal Complexes of meso-Tetrakis(p-tolyl)porphyrin on Cellulose and Silica Gel // Chromatographia, 1984, V.18, №.8, p.441-444.

Изобретение относится к тонкослойной хроматографии (TCX) и может быть использовано в аналитической химии и в физической химии. Сэндвич-камера с контрпластинкой для TCX содержит разделяющую хроматографическую пластинку с адсорбционным слоем на подложке и контрпластинку - хроматографическую пластинку с адсорбционным слоем на подложке. Обе пластинки расположены параллельно, их адсорбционные слои обращены друг к другу. Для фиксации конструкции используют зажимы, скрепляющие пластинки. Расстояние между адсорбционными слоями разделяющей и контрпластинки - менее 0,3 мм, а разделяющая пластинка сдвинута относительно контрпластинки на 3-10 мм. Для регулирования расстояния между адсорбционными слоями используют ограничитель П-образной формы. Линейные части ограничителя могут быть изготовлены из кварцевых капилляров диаметром 0,1-0,3 мм. В качестве разделяющей пластинки и/или контрпластинки используют пластинки не только на стеклянной, но и на гибкой алюминиевой или полимерной подложке, расположенные на дополнительных стеклянных пластинках, размеры которых превышают с одной или с четырех сторон размеры используемых хроматографических пластинок на 10-40 мм. По крайней мере, одна из дополнительных пластинок имеет на одной из сторон выступы для обеспечения ограничения контакта между подвижной фазой и разделяющей пластинкой. Хроматографичсская контрпластинка и дополнительная пластинка могут иметь сквозные прорези для контроля движения подвижной фазы по разделяющей пластинке и разделения исследуемой смеси. Сквозные прорези представляют собой линейные прорези, ширина которых не превышает 3 мм или круговые прорези с диаметром не более 5 мм. Техническим результатом изобретения является существенное увеличение эффективности и других хроматографических характеристик разделения. 6 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

1. Сэндвич-камера с контрпластинкой для тонкослойной хроматографии, содержащая разделяющую хроматографическую пластинку с адсорбционным слоем на подложке и контрпластинку, в качестве которой используют хроматографическую пластинку с адсорбционным слоем на подложке, причем обе пластинки расположены параллельно, адсорбционные слои обеих пластинок обращены друг к другу, а для фиксации конструкции используют зажимы, скрепляющие пластинки, отличающаяся тем, что расстояние между адсорбционными слоями хроматографических разделяющей и контрпластинки составляет менее 0,3 мм, а разделяющая хроматографическая пластинка сдвинута относительно контрпластинки на 3-10 мм.

2. Сэндвич-камера по п.1, отличающаяся тем, что для регулирования расстояния между адсорбционными слоями используют ограничитель, имеющий П-образную форму.

3. Сэндвич-камера по п.2, отличающаяся тем, что линейные части указанного ограничителя изготовлены из кварцевых капилляров диаметром 0,1-0,3 мм.

4. Сэндвич-камера по п.1, отличающаяся тем, что в качестве разделяющей хроматографической пластинки и/или контрпластинки используют пластинки на гибкой алюминиевой или полимерной подложке, которые расположены на дополнительных стеклянных пластинках, размеры которых превышают с одной или с четырех сторон размеры используемых хроматографических пластинок на 10-40 мм, причем, по крайней мере, одна из дополнительных пластинок имеет на одной из сторон выступы для обеспечения ограничения контакта между подвижной фазой и разделяющей пластинкой.

5. Сэндвич-камера по п.4, отличающаяся тем, что хроматографическая контрпластинка и дополнительная пластинка имеют сквозные прорези для контроля движения подвижной фазы по разделяющей пластинке и разделения исследуемой смеси.

6. Сэндвич-камера по п.5, отличающаяся тем, что сквозные прорези представляют собой линейные прорези, ширина которых не превышает 3 мм.

7. Сэндвич-камера по п.5, отличающаяся тем, что сквозные прорези представляют собой круговые прорези с диаметром не более 5 мм.