Способ жидкостной хроматографии и жидкостный хроматограф для его осуществления Советский патент 1983 года по МПК G01N31/08 

(54) СПОСОБ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ И ЖИДКОСТНЫЙ ХРОМАТОГРАФ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к химическому анализу, а точнее к жидкостной хроматографии. Основным критерием, определяющим протекание разделительного процесса в хроматографии, служит разрешение, пропор циональное величине известного критерия число теоретических тарелок. Известен способ хроматографического разделения и устройство для его осущесгвления, заключающийся в том, что в хроматографическую колонку подают подвижную фазу переменной концентрации, меняю щейся по заданной программе. Для реализации данного способа хроматографы снаб жаются сложной аппаратурой; формирователями градиента, дополнительньп т насосами и смесителями { 1 J . Недостатком известных способа и уст ройства является то, что улучшение раэШирения может быть достигнуто лишь для групп веществ, различных iio какому-либо параметру (полярность, ионообменное поведение), а для гушогих индивидуальных веществ повышение разрешения непостаточно. Более простьйй для реализации является способ хромагтографического разделения с повышением разрешения, основанный на том, что програм1 ирук1Т температуру хроматографической колонки в ходе анализа. Хроматографы, оснащенные прот рамматорами температуры, не пригодны, для анализа многих термолабильных веществ (например, объектов биоорганической химии). Кроме того, зачастую повышение разрешения бывает недостаточным, так как изменение температурных условий при различных механизмах проведения хроматог рафического процесса неоднозначно влияет на процессы сорбции-десорбции вещества в колонке. Наиболее близким к предлагаемому является cпocoбJзaключaюшийcя в том, что в разделительную колонку вводят пробу и промьшают колонку программированным потоком подвижной фазы, например. монотонно повьпиенная скорость потока в ходе анализа. Устройство для реализации вышеописан ного способа содержит систему подачи программированного потока подвижной фазы, узел ввода пробы и разделительную колонку, соединенные линиями гидравлических коммуникаций t 2 . Недостатком известных способа и устройства явдяется невозможность достижения высокого разрешения, поскольку необходимое увеличение скорости потока подвижной фазы приводит к увеличению перепада давлений на колонке, которое является определяюшим параметром в жидкостной хроматографии, так как может лимитировать скорость и разделительную спо собность-колонки. Цель изобретения - улучшение разрешения в жидкостной хроматографии, т.е. повышение значения критерия число тео ретических тарелок. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся во введении пробы в разделительную колонку с сорбентом и промывании колонки программированным потоком подвижной фазы, в потоке подвижной фазы вызывают гидравлические пульсации, при этом период пульсаций не превосходит времени затухания импульсов давления, вызванных пульсацией в разделительной колонке. Для реализации способа в жидкостном хроматографе, включающем систему подачи программированного потока подвиж ной фазы, узел ввода пробы и разделительную колонку, соединенные линиями гидравлических коммуникаций, между си темой подачи потока подвижной фазы и разделительной колонкой установлен генератор пульсаций, например прерыватель потока подвижной фазы. На фиг. 1 изображен хроматограф для реализации предлагемого способа; на фиг. 2 модель пористой среды хрома тографической колонки. Хроматограф включает в себя систем подачи программированного потока подвижной фазы, состоящую из расходного резервуара 1 и программируемой насосной системы 2. В гидравлической линии установлен генератор 3 путшсаций, выполненный в виде прерывателя потока на основе электромагнитного клапана. В ли нию включен датчик 4 давления, узел 5 ввоаа пробы, разделительная колонка б и аетектор 7, например спектрофотометр. Устройство работает следующим обраПосредством дозатора 5 в разделительную колонку 6 вводят пробу и промывают колонку потоком подвижной фазы, подаваемым из резервуара 1 насосной системой. В потоке вызывают гидравлические пульсации, для чего приводят в действие генератор 3 пульсащ1й, например периодически прерывают поток, при этом период пульсаций не превосходит времени затуха1тй импульсов давления, вызванных пульсацией в разделительной системе. Величину давления и уровень пульсаций измеряют с помощью датчика 4 давления, а хроматографичеСки разрешенные компоненты пробы регистрируют детектором 7. Пример . Приводят хроматографический анализ пробы, содержащей смесь бензола, толуола, нафталина и антрацена (общее количество 2- 10 г), расTBopeHittix в гексане. Разделение ведут в режиме адсорбционгюй хроматографии на хроматографе Du Pont -870 с колонкой диаметром 4,6 мм, длиной 25О мм, заполненной сорбентом S-j Bica -lOO (5 мкм). Подвижная фаза - гексан. В гидравлическую линию между системой подачи подвижной фазы и колонкой включают прерыватель потока в виде запорного электромагнитного клапана. После ввода пробы дозатором промывают колонку потоком подвижной фазы с частотой гидравлических пульсаций равной 3 Гц, разделенные компоненты пробы детектируются фотоабсорбционным методом на длине волны 250 нм. Для сравнения проводят разделение по известному способу, не возбуждая пульсации в потоке подвижной фазы. Разрешение двух последних циклов (нафталина и антрацена), определяемое расстоянием между максимумами пиков (выраженным как разность времени удерживания) и шириной пиков у основания при подаче пульсирующего потока, улучшается за счет уменьшения ширины пиков при неизменных временах удерживания. Количеотве1шую оценку сужения пиков проводят на основании критерия N - числа теоретических тарелок, рассчитываемого ПО формуле N- 6 1 где i; п - время удерживания пика; сь -ширина пика. Реэуль-аты эксперимента приведейы в таблице (средние данные 7 эксперимен тов). Нафта10200 + 10О 13450 i 1ОО лина Антра96ООО + ISO 125ОО + ISO цена Из таблицы видно, что число теорети ческих тарелок увеличилось в 1,3 раза, что соответствует пропорциональному увеличению разрешения. Таким офазом, техническая эффектив НОЕТЬ предлагаемых способа и хроматогрб фа заключается в улучшении разрешения. Разрешающая способность в хроматографии непосредственно зависит от степени размывания пробы в колонке, определяемой многими факторами 1 . В хорошо упакованной хроматографической колонке, которая характеризуется коэ(11финиектом заполне1шя (порозностью) 0,32 + 0,02 при теоритически максимально возможном значении 0,259 для плотнейшей гексоганальной упаковки сферических зе рен, размытие хроматографического пика лимитируется, в основном условиями массопереноса, т. е. структорной порис той среды. Известно, что пористую среду хроматографической колонки можно моделировать цепочкой ячеек с проточной и застойной зонами (фиг. 2). На фиг. 2 обозначены следующие символы: а -объемная скорость течения; Р - интенсивность обмена между проточной и застойной 5 зонами ячейки; V -объем элементарной ячейки; оЬ-доля застойных зон. Экспериментально показано, что форма хроматографического пика связана с объемной скоростью течения, от которой, в свою очередь, зависит доля застойных зон cL. При постоянной протяженности элементарной ячейки С и длине коленки Ь/ существует кореллядионнал зависимость LP -(), --. Резкое изменение объемной скорости потока, обусловленное его прерыванием и возобновлением, приводит к обратимо лу переходу части застойных ЗОИ в класс проточнък. Таким образом, изменение , достигаемое при гидравлическом ударе, способствует интенсификации массообмена в пористой среде, и, соответственно, прохождение гидравлического импульса через колонку приводит : к улучшению ее разделительных характеристик. Все сказанное относится к колонкам для хроматографии высокого разрешения, упакованньос механически прочными частицами сорбента при давлении упаковки, превосходящем значения рабочего давления, поскольку упаковка колонок для классической хроматогрефии будет нарушена пульсирующим потоком. Максимальная эффективность воздействия на изменение «J. может быть достигнута при частоте подачи импульсов давления, обеспечивакяцей в каждый момент времени прохождение фронта нарастания или спада импульса на колонке, т.е. период пульсаций не должен превышать времени затухания импульсов давления, вызванных пульсацией в разделительной колонке. Для хроматографических систем с высоким гидравлическим сопротивлением это время измеряется цесятками-сотнями миллисекуна. Технико-экономическая эффективность преалагаемогоспособа жидкостной хроматографии и хроматографа цля его осуществления определилась в сравнении с базовым объектом - промъ1шленно освоенным жидкостным хроматографом ХЕ-1307. Сумма экономического эффекта составляет 44,5 тыс. руб. I Формула изобретения 1.Способ жидкостной хроматографии, заключающийся во введении пробы в разделительную колонку с сорбентом и промывании колонки программированным потоком подвижной фазы, отличающийся тем, что, с цепью уттучшения разрешения, вызывают гидравлические пульсации в потоке подвижной фазы, подаваемой в разделительную колонку с периодом, непревосходяшим время затухатшя импульсов давления, вызванш сс пульсацией в разделительной колонке. 2.Жидкостный хроматограф для осуществления способа, включающий систему подачи программированного потока подвижной фазы, узел ввода пробы и разделительную колонку, соединенные линиями гидравлически с коммуникаций, отличающийся тем, что с целью улучшения разрешения, в линии гидравлической коммуникации меяоду системой подачи потока