Способ изготовления капиллярной проточной ячейки Российский патент 2022 года по МПК G01N21/05 

Способ изготовления проточной ячейки детектирования заключается в использовании капилляра с большим внутренним диаметром, чем капилляр, в котором происходит разделение. Для компенсации изменения внутренних диаметров двух капилляров в месте соединения, в капилляре с большим диаметром на внутреннюю поверхность капилляра наносится полимерный слой требуемой толщины, кроме участка капилляра в месте окна детектирования - проточной ячейки. Для получения равномерно распределенного полимерного слоя радикальную полимеризацию реакционной смеси в капиллярной ячейке инициируют электронно-лучевой обработкой, воздействуя на реакционную смесь ускоренными электронами в центробежном поле, а участок капилляра, предназначенный для детектирования изолируется материалами, препятствующими радикальной полимеризации. Толщина полимерных слоев на внутренней поверхности капилляра регулируется соотношением концентраций мономеров полимера и растворителей. В случае необходимости удаление внешнего полиимидного покрытия на участке капилляра в месте окна детектирования осуществляется каплями нагретой серной кислоты при одновременной промывке проточной ячейки охлаждающей жидкостью или смесью жидкость-газ.

Использование

Изобретение относится к способу изготовления капиллярной проточной ячейки детектирования, предназначенной для использования в методах микросепарации, таких как капиллярная электрохроматография, капиллярная жидкостная хроматография, сверхкритическая флюидная хроматография, капиллярный электрофорез и связанные с ними методы, а также к способу изготовления проточной ячейки.

Уровень техники. Сущность изобретения

Применение проточной ячейки в микро- и наносепарационных методах обусловлено необходимостью преодолеть ограничение слабого поглощения света в капилляре. До сих пор большинство ячеек детектора основаны на удалении внешнего полиимидного покрытия капилляра в месте, предназначенном для детектирования - «окно детектирования», и трансколоночного облучения. При трансколоночном облучении в окне детектирования пространственно узкая полоса света с выбранной длиной волны пропускается через стенки капилляра в направлении, перпендикулярном оси капилляра от источника к детектору. В описанном выше варианте длина оптического пути в ячейке определяется внутренним диаметром капилляра, а расчет средней эффективной длины поглощения может быть описан по формуле, приведенной в [1].

Для повышения чувствительности обнаружения (усиления поглощения света) необходимо увеличение оптического пути поглощения за счет изменения формы и/или диаметра капилляра в области детектирования. Целью изобретения является создание ячейки для микропотока в капилляре с конфигурацией, которая обеспечивает повышение чувствительности в UV / VIS области обнаружения поглощения света, за счет увеличения длины оптического пути.

Известны следующие способы увеличения длины поглощения в методах с использованием капилляров: 1) сферическая или пузырьковая проточная ячейка [1]; 2) Z-образная проточная ячейка [2]; 3) U образное или продольное облучение [3]; 4) расширение внутреннего диаметра, механической обработкой или за счет вытравливанием [4].

Во всех вышеперечисленных ячейках, было продемонстрировано улучшение чувствительности за счет увеличения длины оптического слоя, однако теоретически расчетного увеличения чувствительности достигнуто не было. Например в Z-образной ячейке возможно достичь условно неограниченной оптической длины, но как показала практика при детектировании с увеличением оптического пути в 60 раз, наблюдается только шестикратное увеличение отношения сигнал/шум [5]. Предположительно основной причиной ослабления света при трансколоночном облучении является аберрация света при прохождении его через капилляр из-за конструкционной схемы Z-образной ячейки (Z-образная форма ячейки получается двукратным изгибанием участка капилляра на 90°). При трансколоночном облучении луч света проходит через капилляр цилиндрической формы, где ухудшение чувствительности детектирования обусловлено с круглой формой капилляра. В случае пузырьковой, U или Z-образной ячейки аберрации, связанные с пропусканием света через цилиндрическую форму капилляра не только остаются, но и увеличиваются еще больше за счет изгибов (отсутствия плоской поверхности) на входе и выходе из ячейки.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является проточная ячейка с расширенным внутренним диаметром. Преимуществом проточной ячейки с расширенным внутренним диаметром является: 1) увеличение оптического пути при отсутствии аберраций, связанных с дополнительными изгибами капилляра, 2) за счет увеличения объема непосредственно в месте детектирования по сравнению с разделительным капилляром - скорость движения пробы замедляется, а длина зоны пробы уменьшается, что позволяет уменьшить дисперсию пиков и увеличить селективность разделения. Недостатком проточной ячейки с расширенным внутренним диаметром является сложность получения однородности объема и отсутствие плоской поверхности вследствие травления или механической обработки, что повышает аберрацию.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является разработка надежного способа изготовления проточной ячейки с расширенным внутренним диаметром, а техническим результатом получение проточной ячейки с уменьшенной абберацией.

Способ изготовления проточной ячейки детектирования заключается:

1. В использовании в качестве проточной ячейки детектирования капилляра с большим внутренним диаметром до 200 мкм длиной не менее 30 мм, чем капилляр, в котором происходит разделение, и соединения с капилляром или капиллярной колонкой, в которой происходит разделение.

2. Для компенсации изменения внутренних диаметров двух капилляров в месте соединения, в капилляре с большим диаметром на внутреннюю поверхность капилляра наносится полимерный слой требуемой толщины с использованием мономеров или смесей мономеров на основе стирола, полистирола, акрилата, метакрилата, акриламида и пр. Толщина полимерных слоев на внутренней поверхности капилляра регулируется соотношением концентраций мономеров полимера от 5 до 40% по объему в растворителе или смеси растворителей.

3. Для получения равномерного распределенного полимерного слоя радикальную полимеризацию реакционной смеси в капиллярной ячейке инициируют электронно-лучевой обработкой без использования химического инициатора радикальной полимеризации, воздействуя на реакционную смесь ускоренными электронами при значениях поглощенной дозы от 10 до 100 кГр в центробежном поле не менее 500 оборотов в минуту.

4. Область с расширенным внутренним объемом для детектирования - проточная ячейка получается без полимерного слоя, как описано в патенте RU 2446390 [6], где описан способ изготовления оптического окна детектирования в монолитной кварцевой капиллярной колонке, за счет изолирования участка капилляра в месте окна детектирования при инициировании радикальной полимеризации в кварцевом капилляре электронно-лучевой обработкой.

5. Регулировка объема расширенной области в капиллярной проточной ячейке осуществляется путем изменения площади изолирования участка капилляра.

6. Если место детектирования «окно» проточной ячейки непроницаемо для оптического детектирования, то в месте на проточной ячейке, предназначенном для окна оптического детектирования, производится удаление полиимидного покрытия, описанного в заявке №2008145005 от 05.11.2008, где удаление внешнего полиимидного покрытия осуществляется каплями нагретой концентрированной серной кислотой в месте окна детектирования, при одновременной промывке капиллярной колонки охлаждающей жидкостью (либо газом или смесью жидкость-газ).

Пример. 1

Капиллярная проточная ячейка для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 100 мкм изготавливается следующим образом.

1. Кварцевый капилляр с внутренним диаметром 200 мкм и длиной 70-100 мм последовательно промывают:

1.1. 1 М NaOH в 30% изопропаноле 20 объемами.

1.2. 1 М NaOH 50 объемами.

1.3. Дистиллированной водой 50 объемами.

1.4. 1 М HCl объемами.

1.5. Дистиллированной водой 50 объемами.

1.6. Раствором в 1% уксусной кислоте 50 объемами.

1.7. 2%-ным раствором метакрилоксипропил-триметоксисилана в 1% уксусной кислоте 50 объемами.

1.8. 50% раствором ацетонитрила 30 объемами.

1.9. Дистиллированной водой 50 объемами.

1.10. Реакционной смесью (РС) бутилметакрилата - 10%, этиленгликольдиметакрилата - 10% в формамиде 100 объемами.

2. Заполнить PC капилляр и герметизировать на концах.

3. Изолируют зону окна оптического детектирования необходимого размера от воздействия энергии ускоренных электронов металлической фольгой шириной от 3 мм до 7 мм.

4. Закрепляют капилляр в любом устройстве способном осуществлять вращение капилляра вдоль его оси со скоростью не менее 500 оборотов в минуту.

5. Обеспечить вращение капилляра со скоростью не менее 500 оборотов в минуту и инициировать радикальную полимеризацию воздействием ускоренных электронов в атмосфере воздуха при поглощенной дозе 50 кГр.

6. Обрезать за герметизированные концы капилляра и последовательно промыть 50% раствором ацетонитрила 30 объемами и дистиллированной водой 50 объемами.

7. Сушить в потоке воздуха или азота (технический) 20 мин при температуре 22-25°С.

8. При необходимости удалить внешнее полиимидное покрытие в месте окна детектирования обработкой нагретым до температуры не менее +130°С раствором концентрированной серной кислоты капельным путем при одновременном пропускании охлаждающей жидкости с температурой не более +6°С.

9. Обрезать концы полученной капиллярной проточной ячейки до необходимой длины и соединить с разделительным капилляром соединительной системой типа СУПЕЛКО.

В результате получили капиллярную проточную ячейку с возможностью регулировки объема расширенной области и длиной оптического пути 200 мкм, для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 100 мкм.

Пример 2

Капиллярная проточная ячейка для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 50 мкм изготавливается следующим образом.

1. Кварцевый капилляр с внутренним диаметром 200 мкм и длиной 70-100 мм последовательно промывают:

1.1. 1 М NaOH в 30% изопропаноле 20 объемами.

1.2. 1 М NaOH 50 объемами.

1.3. Дистиллированной водой 50 объемами.

1.4. 1 М HCl объемами.

1.5. Дистиллированной водой 50 объемами.

1.6. Раствором в 1% уксусной кислоте 50 объемами.

1.7. 2%-ным раствором метакрилоксипропил-триметоксисилана в 1% уксусной кислоте 50 объемами.

1.8. 50% раствором ацетонитрила 30 объемами.

1.9. Дистиллированной водой 50 объемами.

1.10. Реакционной смесью (РС) глицидилметакрилата 15%, этиленгликольдиметакрилата - 15% в формамиде 100 объемами.

2. Заполнить PC капилляр и герметизировать на концах.

3. Изолируют зону окна оптического детектирования необходимого размера от воздействия энергии ускоренных электронов металлической фольгой шириной от 3 мм до 5 мм.

4. Закрепляют капилляр в любом устройстве способном осуществлять вращение капилляра вдоль его оси со скоростью не менее 500 оборотов в минуту.

5. Обеспечить вращение капилляра со скоростью не менее 500 оборотов в минуту и инициировать радикальную полимеризацию воздействием ускоренных электронов в атмосфере воздуха при поглощенной дозе 50 кГр.

6. Обрезать за герметизированные концы капилляра и последовательно промыть 50% раствором ацетонитрила 30 объемами и дистиллированной водой 50 объемами.

7. Сушить в потоке воздуха или азота (технический) 20 мин при температуре 22-25°С.

8. При необходимости удалить внешнее полиимидное покрытие в месте окна детектирования обработкой нагретым до температуры не менее +130°С раствором концентрированной серной кислоты капельным путем при одновременном пропускании охлаждающей жидкости с температурой не более +6°С.

9. Обрезать концы полученной капиллярной проточной ячейки до необходимой длины и соединить с разделительным капилляром соединительной системой типа СУПЕЛКО.

В результате получили капиллярную проточную ячейку с возможностью регулировки объема расширенной области и длиной оптического пути 200 мкм, для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 50 мкм.

Пример. 3

Капиллярная проточная ячейка для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 25 мкм изготавливается следующим образом.

1. Кварцевый капилляр с внутренним диаметром 100 мкм и длиной 70-100 мм последовательно промывают:

1.1. 1 М NaOH в 30% изопропаноле 20 объемами.

1.2. 1 М NaOH 50 объемами.

1.3. Дистиллированной водой 50 объемами.

1.4. 1 М HCl объемами.

1.5. Дистиллированной водой 50 объемами.

1.6. Раствором в 1% уксусной кислоте 50 объемами.

1.7. 2%-ным раствором метакрилоксипропил-триметоксисилана в 1% уксусной кислоте 50 объемами.

1.8. 50% раствором ацетонитрила 30 объемами.

1.9. Дистиллированной водой 50 объемами.

1.10. Реакционной смесью (РС) бутилметакрилата - 15%, этиленгликольдиметакрилата - 15% в формамиде 100 объемами.

2. Заполнить PC капилляр и герметизировать на концах.

3. Изолируют зону окна оптического детектирования необходимого размера от воздействия энергии ускоренных электронов металлической фольгой шириной от 3 мм до 5 мм.

4. Закрепляют капилляр в любом устройстве способном осуществлять вращение капилляра вдоль его оси со скоростью не менее 500 оборотов в минуту.

5. Обеспечить вращение капилляра со скоростью не менее 500 оборотов в минуту и инициировать радикальную полимеризацию воздействием ускоренных электронов в атмосфере воздуха при поглощенной дозе 50 кГр.

6. Обрезать за герметизированные концы капилляра и последовательно промыть 50% раствором ацетонитрила 30 объемами и дистиллированной водой 50 объемами.

7. Сушить в потоке воздуха или азота (технический) 20 мин при температуре 22-25°С.

8. При необходимости удалить внешнее полиимидное покрытие в месте окна детектирования обработкой нагретым до температуры не менее +130°С раствором концентрированной серной кислоты капельным путем при одновременном пропускании охлаждающей жидкости с температурой не более +6°С.

9. Обрезать концы полученной капиллярной проточной ячейки до необходимой длины и соединить с разделительным капилляром соединительной системой типа СУПЕЛКО.

В результате получили капиллярную проточную ячейку с возможностью регулировки объема расширенной области и длиной оптического пути 100 мкм, для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 25 мкм.

Пример 4

Капиллярная проточная ячейка для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 25 мкм изготавливается следующим образом.

1. Кварцевый капилляр с внутренним диаметром 200 мкм и длиной 70-100 мм последовательно промывают:

1.1. 1 М NaOH в 30% изопропаноле 20 объемами.

1.2. 1 М NaOH 50 объемами.

1.3. Дистиллированной водой 50 объемами.

1.4. 1 М HCl объемами.

1.5. Дистиллированной водой 50 объемами.

1.6. Раствором в 1% уксусной кислоте 50 объемами.

1.7. 2%-ным раствором метакрилоксипропил-триметоксисилана в 1% уксусной кислоте 50 объемами.

1.8. 50% раствором ацетонитрила 30 объемами.

1.9. Дистиллированной водой 50 объемами.

1.10. Реакционной смесью (РС) глицидилметакрилата 20%, этиленгликольдиметакрилата - 15% в формамиде 100 объемами.

2. Заполнить PC капилляр и герметизировать на концах.

3. Изолируют зону окна оптического детектирования необходимого размера от воздействия энергии ускоренных электронов металлической фольгой шириной 3 мм.

4. Закрепляют капилляр в любом устройстве способном осуществлять вращение капилляра вдоль его оси со скоростью не менее 500 оборотов в минуту.

5. Обеспечить вращение капилляра со скоростью не менее 500 оборотов в минуту и инициировать радикальную полимеризацию воздействием ускоренных электронов в атмосфере воздуха при поглощенной дозе 50 кГр.

6. Обрезать за герметизированные концы капилляра и последовательно промыть 50% раствором ацетонитрила 30 объемами и дистиллированной водой 50 объемами.

7. Сушить в потоке воздуха или азота (технический) 20 мин при температуре 22-25°С.

8. При необходимости удалить внешнее полиимидное покрытие в месте окна детектирования обработкой нагретым до температуры не менее +130°С раствором концентрированной серной кислоты капельным путем при одновременном пропускании охлаждающей жидкости с температурой не более +6°С.

9. Обрезать концы полученной капиллярной проточной ячейки до необходимой длины и соединить с разделительным капилляром соединительной системой типа СУПЕЛКО.

В результате получили капиллярную проточную ячейку с длиной оптического пути 200 мкм, для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 25 мкм.

Источники

1. US 6281975 B1

2. US 5057216

3. EP 0396163 A3

4. US 5061361 A

5. Chervet J.P., Van Soest R.E.J., Ursem M. LC Packings. Technical Communication, San Francisco, CA, 1990. 120 p.

6. RU 2446390

7. № 2008145005 от 05.11.2008

Изобретение относится к способу изготовления капиллярной проточной ячейки детектирования, предназначенной для использования в методах микросепарации. Способ изготовления проточной ячейки детектирования, состоящей из капилляра с внешним полиимидным покрытием, полимерного слоя и окна детектирования, включает выбор капилляра для проточной ячейки с большим внутренним диаметром, чем капилляр, в котором происходит разделение и промывка, заполнение капилляра реакционной смесью для радикальной полимеризации и его герметизацию с изоляцией зоны окна оптического детектирования необходимого размера материалами, препятствующими радикальной полимеризации, инициированием электронно-лучевой обработкой радикальной полимеризации, воздействием ускоренных электронов в атмосфере воздуха при поглощенной дозе 50 кГр, обрезание загерметизированных концов и промывку капилляра с последующей сушкой в потоке воздуха или азота. Техническим результатом является повышение чувствительности оптического детектирования в UV/VIS области в кварцевом капилляре. 4 з.п. ф-лы, 4 пр.

1. Способ изготовления проточной ячейки детектирования, состоящей из капилляра с внешним полиимидным покрытием, полимерного слоя и окна детектирования, включающий выбор капилляра для проточной ячейки с большим внутренним диаметром, чем капилляр, в котором происходит разделение и промывка, заполнение капилляра реакционной смесью для радикальной полимеризации и его герметизацию с изоляцией зоны окна оптического детектирования необходимого размера материалами, препятствующими радикальной полимеризации, инициированием электронно-лучевой обработкой радикальной полимеризации, воздействием ускоренных электронов в атмосфере воздуха при поглощенной дозе 50 кГр, обрезание загерметизированных концов и промывку капилляра с последующей сушкой в потоке воздуха или азота.

2. Способ изготовления проточной ячейки детектирования по п. 1, отличающийся тем, что для получения равномерного распределенного полимерного слоя на внутренней поверхности капилляра при радикальной полимеризации используют центробежное поле.

3. Способ изготовления проточной ячейки детектирования по п. 1, отличающийся тем, что при получении равномерного распределенного полимерного слоя для радикальной полимеризации реакционной смеси в капиллярной ячейке может быть использована фотополимеризация или электронно-лучевая обработка.

4. Способ изготовления проточной ячейки детектирования по п. 1, отличающийся тем, что для получения окна детектирования участок капилляра, предназначенный для детектирования, изолируется материалами, препятствующими радикальной полимеризации, металлическими пластинами, фольгированными материалами, пластиками и пр.

5. Способ изготовления проточной ячейки детектирования по п. 1, отличающийся тем, что для удаления внешнего полиимидного покрытия на участке капилляра в месте окна детектирования осуществляется каплями нагретой серной кислоты при одновременной промывке проточной ячейки охлаждающей жидкостью или смесью жидкость-газ.