ГИБКАЯ КАПИЛЛЯРНАЯ КОЛОНКА ДЛЯ ХРОМАТОГРАФИИ Советский патент 1994 года по МПК G01N30/60 

Изобретение относится к области газовой хроматографии и может найти применение для анализа широкого круга многокомпонентных смесей органических и неорганических веществ в таких отраслях народного хозяйства как химическая, нефтеперарабатывающая, пищевая, фармацевтическая и других отраслях промышленности.

Известны и широко распространены открытые стеклянные капиллярные колонки. Их недостатками являются хрупкость и адсобрбционная активность внутренней поверхности капилляра.

В качестве прототипа выбрана гибкая кварцевая капиллярная колонка, содержащая кварцевый капилляр с наружным защитным полимерным покрытием и сорбент, помещенный внутри капилляра. Колонка характеризуется практическим отсутствием адсорбцонной активности внутренней поверхности и высокой гибкостью. Недостатками колонки являются невысокая термостойкость (не выше 350^оС), ограниченная наличием полимера защитного покрытия, и недостаточная механическая прочность на разрыв (не выше 15 кг/мм²), обусловленная тем, что полимерное покрытие не обеспечивает защиту поверхности колонки от вредного воздействия влаги.

Известно, что механическая прочность стеклянного изделия определяется качеством его поверхности, т. е. размером имеющихся из ней микротрещин. Чем больше размер микротрещин, тем меньше прочность. Для защиты поверхности стекла от грубых повреждений в процессе эксплуатации используют защитные полимерные покрытия, которые наносят сразу же после вытяжки колонки. Известно также, что механическая прочность стекла падает со временем, т. к. имеющиеся микротрещины растут во влажной атмосфере под действием растягивающей нагрузки. Колонка эксплуатируется в условиях окружающей среды (относительная влажность 45-70% ) и в свернутом в спираль виде, что приводит к наличию на наружной поверхности колонки растягивающих напряжений, ориентированных вдоль оси капилляра. Полимерное защитное покрытие колонки - прототипа не в состоянии защитить ее от влаги, т. к. влага практически свободно проникает сквозь полимер и вызывает коррозию стекла, т. е. рост микротрещин. С этим связана недостаточно высокая механическая прочность колонки - прототипа.

Кроме того, существующие полимерные покрытия недостаточно термостойки (при температурах выше 300^оС они подвергаются быстрой деструкции и перестают выполнять защитные функции).

Целью изобретения является повышение срока службы колонки.

Цель достигается тем, что предложенной гибкой капиллярной колонке, содержащей кварцевой капилляр с защитным внешним покрытием и сорбент, помещенный внутри капилляра, защитное внешнее покрытие выполнено из металла или сплава металлов.

Кроме того, внешнее покрытие выполнено из алюминия или его сплава.

В предлагаемой колонке защитное металлическое покрытие полностью предохраняет поверхность колонки от влаги, т. к. слой металла или сплава непроницаем для воды. Для этого, как показали эксперименты, толщина покрытия должна превышать 5 мкм. Внутренний диаметр используемых в хроматографии колонок составляет 150-300 мкм. Отсюда следует, что минимальное значение отношения h/d должно быть 5/300 = 0,015. Максимальная толщина покрытия не должна ограничивать гибкость колонок. Так, для того чтобы колонку при эксплуатации можно было свернуть в спираль с диаметром 200 мм, толщина металлического покрытия не должна превышать 100 мкм. Отсюда ограничение на максимально допустимое отношение h/d = 100/150 = 0,7.

Чтобы металлическое покрытие сохраняло свои свойства при эксплуатации, температура плавления соответствующего металла (сплава) должна превышать рабочую температуру колонок примерно на 150-200^оС.

На чертеже изображен поперечный разрез предлагаемой капиллярной колонки.

Гибкая капиллярная колонка для хроматографии представляет собой кварцевый капилляр 1, покрытый слоем 2 металла или сплава, и содержит внутри сорбент 3.

П р и м е р 1. Колонка представляет собой кварцевой капилляр с внутренним диаметром d = 150 мкм и толщиной стенки 55 мкм, покрытый снаружи слоем алюминия толщиной h = 100 мкм. Металлическое покрытие нанесено из расплава на кварцевый капилляр в процессе его вытяжки. Отношение h/d составляет 0,7. Колонка может быть свернута в спираль с диаметром D = 20 см. Температура плавления алюминия равна 660^оС, максимальная рабочая температура колонки составляла 510^оС.

Прочность на разрыв колонки определена по результатам испытаний на изгиб на оправке малого диаметра и составляет 1800±200 МПа.

П р и м е р 2. Колонка представляет собой кварцевый капилляр с внутренним диаметром d = 300 мкм, толщиной стенки 25 мкм и длиной 25 м, покрытый снаружи слоем алюминиево-магниевого сплава АМг7М состава: магний 6,0-7,5% , марганец 0,34-0,6% , остальное - алюминий. Толщина слоя h = 5 мкм, отношение h/d составляет 0,015. Температура плавления сплава равна 638^оС, максимальная рабочая температура колонки была 490^оС. Прочность на разрыв, определенная как и для первого варианта, составляет 1320±150 МПа. Покрытие нанесено из расплава в процессе вытягивания капилляра.

П р и м е р 3. Колонка представляет собой кварцевый капилляр с внутренним диаметром d = 210 мкм и толщиной стенки 40 мкм с защитным наружным покрытием толщиной h = 31 мкм, выполненным из латуни ЛМцС - 58-2 состава: 57-60% меди, 1,5-2,5% марганца, 1,5-2,5% свинца, остальное - цинк. Отношение h/d толщины покрытия к диаметру составляет 0,14. Температура плавления латуни 780^оС, максимальная рабочая температура колонки составляла 630^оС. Прочность на разрыв составляет 165-19 кг/мм². Покрытие из латуни нанесено из расплава на кварцевый капилляр в процесс его вытягивания. Как видно из приведенных примеров, термостойкость колонок, выполненных согласно предлагаемому изобретению, примерно вдвое выше, чем для прототипа. Механическая прочность колонок, выполненных согласно изобретению, на порядок выше, чем для прототипа. Кроме того, срок службы предлагаемых колонок, как показал опыт, почти вдвое больше, чем для колонки с полимерным покрытием. (56) Руденко Б. А. Капиллярная хроматография. М. : Наука, 1979, с. 221.

Патент США N 4293415, кл, 210-198.2, опублик, 1981.

1. ГИБКАЯ КАПИЛЛЯРНАЯ КОЛОНКА ДЛЯ ХРОМАТОГРАФИИ, содержащая кварцевый капилляр с защитным внешним покрытием и сорбент, помещенный внутри капилляра, отличающаяся тем, что, с целью повышения срока службы колонки, защитное внешнее покрытие выполнено в виде слоя металла или сплава металлов. 2. Колонка по п. 1, отличающаяся тем, что защитное внешнее покрытие выполнено из алюминия или его сплава.