Устройство для ввода растворов в хроматографическую колонку Советский патент 1985 года по МПК G01N30/20 

Изобретение относится к препаративной жидкостной хроматографии и е применению при очистке органических и неорганических веществ, преимущественно в химических и биологически лабораториях. Целью изобретения является умень шение размывания заднего фронта жидкой пробы при вводе в препаратив ные колонны. На фиг. 1 изображено устройство , для ввода растворов в хроматографическую колонку, общий вид} на фиг. 2 - схематическое изображение границ потоков жидкостей, выходящих из трубки для ввода проб и из допол нительной трубки и движущихся через слой зерненого сорбента сначала в пределах конуса растекаемости струи жидкости, а затем параллельно оси колонны по всему поперечному сечению. Устройство содержит цилиндрическую колонну 1, зерненьй сорбент 2, трубку для ввода проб 3, запорный клапан А на линии источника разделяемой смеси, дополнительный запорный клапан 5, трубопровод 6, соединяющий трубку для ввода проб с источником элюента, запорный клапан 7 на линии подпора элюента, трубки 8, являющуюся камерой. В табл. 1 приведены экспериментальные данные, показьгоающие повышение эффективности процесса разделения при использовании предл 1гаемого устройства ввода на 19% по сра нению с прототипом. В табл. 2 приведены.экспериментальные и расчетные данные, показывающие оптимальные пределы отношений диаметра колонны Дк к диаметру дополнительной трубки Дт. В табл. 3 приведены экспериментальные и расчетные данные, показывающие оптимальные пределы отношений диаметра дополнительной трубки Дт к диаметру трубки для ввода пробы Д и оптимальные пределы отношений длины погруженной части трубки ввода проб X к диаметру дополнитель ной трубки Дт. Трубка для ввода проб 3 своей ни ней частью погружена в слой сорбента ниже края камеры 8 на величину двух-трех диаметроб камеры, необходимую для того, чтобы граница конуса растекаемости струи элюента. выходящей из камеры 8, бьша всегда вьш1е верхней границы зоны сорбции разделяемой смеси, сформировавшейся под трубкой ввода проб. Нижний край камеры 8 может быть установлен в одной плоскости с верхней крьшпсой колонны 1 или быть погружен в слой сорбента на какую-то глубину - это не влияет на работу устройства ввода растворов. Запорные клапаны 4 и 5 и трубопровод 6, соединяющий трубку для ввода проб с источником элюента, служат для обеспечения возможности последовательной подачи сначала смеси и затем элюента в трубку для ввода проб, а также последовательной подачи элюента сначала в трубку для ввода проб, а затем в камеру 8. Устройство работает следующим образом. В колонку 1, заполненную сорбентом 2, по трубке для ввода проб 3 поступает заданный объем разделяемой смеси через запорньй клапан А. При этом порция разделяемой жидкой смеси, фильтруясь через слой сорбента и перемещаясь вдоль колонны, приобретает форму конуса, который в случае достаточно большого объема порции разделяемой смеси достигает своим основанием стенок колонны. Граница или образующая конуса растекающейся струи жидкой смеси, выходящей из трубки для ввода проб, показана на фиг. 1 пунктирной линией. Затем через запорный клапан 5 по трубопроводу 6 и трубке для ввода проб в колонну поступает заданный объем элюента, струя которого входит в слой сорбента, внедряясь в конусообраз-ную зону сорбции разделяемой смеси, деформируя ее и смещая к стенкам колонны. Затем через запорный клапан 7 и камеру 8 в слой сорбента поступает заданный объем элюента, достаточный для завершения процесса хроматографического разделения смеси. Заданный объем элюента, поступающий через запорньй клапан 5 по трубопроводу 6 и трубке ввода проб 3 необходимо заранее оптимизировать по максимальной эффективности разделения, которая достигается при таком объеме порции элюента подаваемой по трубке 3, которьй обеспечивает максимальное приближение формы зоны сорбции к цилиндрической в конце

3

внедрения струи элюента в первоначально конусообразную зону сорбции разделяемой смеси. Трансформированная в цилиндрическзпо форму зона сорбции может выйти за пределы первоначального конуса, показанного штриховой линией на фиг. 1, поэтому нижний край дополнительной трубки следует располагать выше края трубки для ввода проб так чтобы эта цилиндрическая зона оказалась целиком внутри конуса растекаемости элюента, выходящего из дополнительной трубки (фиг.2). Длину части 1. трубки для ввода проб, расположенной ниже края дополнительной трубки и погруженной в слой сорбента, такж необходимо заранее оптимизировать экспериментальным путем по максимал ной эффективности разделения. Отношение диаметров камеры, трубки для ввода проб и диаметра самой колонны также необходимо оптимизировать экспериментальным путем.

Предлагаемое устройство ввода растворов изготовлено в нескольких вариантах с различным соотношением размеров его конструктивных злюенто и опробовано в работе.

В условиях опытной установки испытано устройство для ввода растворов, установленное на колонне диаметром 400 мм и имеющее диаметр камеры 50 мм, диаметр трубки для ввода пробы 20 мм и длину погруженной части трубки ввода пробы 100 мм Колонна быпа заполнена сорбентом сульфокатионитом марки КУ-2х8, в кальциевой форме со средним размером зерен 0,3 мм. В качестве раздел емой смеси использовали фруктозногтажозный сироп, в качестве элюента - воду. Для оценки степени повышения эффективности процесса разделения при использовании предлагаемого устройства для ввода растворов в сравнении с прототипом и одновременно с целью оптимизации объема элюента, подаваемого по трубке для ввода проб, в циклах разделения варьировали объем порции элюента, подаваемого по трубке для ввода проб, сохраняя постоянным объем разделяемой смеси 10 л, поступающий на разделение в каждом цикле, скорость подачи жидкой смеси и элюента 30 л/ч и температуру. Результаты оценены по выходу разделенных чис762384

тых фруктозы -и глюкозы. Данные представлены в табл. 1.

В цикле 1 табл. 1 порция элюента - воды, поступающая по трубке для 5 ввода проб, составляет 0,5 л, а это есть объем, достаточный лишь для вытеснения остатков разделяемой смеси из коммуникаций в слой сорбента, поскольку внутренний объем

10 трубки для ввода проб от ее нижнего края до запорных вентилей равен 0,5 л. Поэтому цикл 1 полностью имитирует работу устройства-прототипа. Данные табл. 1 показывают, что тимальная величина объема злюента, поступающего по трубке для ввода проб, для данного варианта устройства составляет 3 л (цикл 3) и при этом эффективность разделения по

20 сравнению с прототипом возросла

на 19% по глюкозе и на 17% по фруктозе. Увеличение объема элюента поступающего по трубке для ввода проб сверх 3 л приводит к снижению

25 эффективности разделения.

Для определения оптимального отношения диаметра колонны Дк к диаметру дополнительной трубки Дт экспериментально найдена эффективность

30 разделения фруктозы и глюкозы при использовании устройств для ввода раствора, установленных на колоннах различАого диаметра Дк 50} 100 и 400 мм. При этом сохранялись постоянными условия хроматографического разделения: скорость подвижной жидкой фазы 0,4 мл/см -мин, объемная нагрузка пробы 2%, зернения сульфокатионита 0,3 мм, температура 20°С. 40 Сохранялись также постоянными отношения диаметров дополнительной трубки и трубки для ввода проб Дт/Д 2,5 и отношение объема элюента, поступающего по трубке ввода проб

45 к объему введенной пробы равное 0,3j использованы диаметры трубок пробы равные 1,- 5j lOj 20 и 25 мм Результаты представлены в табл. 2. Как видно из данных табл. 2 оптимальное отношение Дк/Дт, обеспечивающее лучшую эффективность разделения, находится в пределах значений от 5 до 10.

Для нахождения оптимального значения отношения диаметра дополнительной трубки к диаметру трубки ввода проб Дт/Д, а также оптимальной длины X части трубки для ввода проб. погруженной вслой сорбента, которую удобно выразить через величину диаметра дополнительной трубки, т.е. в виде отношения Х/Дт, получены данные зависимости эффективности разделения фруктозы и глюкозы, выраженные в процентах выхода чистой глюкозы, от отношений указанных размеров. Данные приведены в табл. 3. Как видно по данным табл. 3 для достижения наибольйей эффективности разделения отношение Х/Дт должно быть не меньше 2, а верхний предел следует установить не более 3, так как нет практической необходимости превращать эту величину. По данным табл. 3 видно, что оптимальный интервал значений отношения Дт/Д находится в пределах от 2 до 3, так как и в этом случае нет практической необходимости превышать величину 3. Испытания устройства для ввода растворов показали его надежность в, работе и высокую эффективность рабо-. ты колонны, которая практически не изменилась при проведении опытных циклов в течение 2 месяцев. I Т а б л и ц а 1

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА РАСТ ВОРОВ В ХРОМАТОГРАФИЧЕСКУЮ КОЛОНКУ с сорбентом, содержащее установлен соосно с колонной на в нее трубку для ввода проб, соединенную через трубопроводы и клапан с источником пробы и с источником элюента, и расположенную над верхним слоем сорбента кш-iepy, соединенную через запорньй клапан с источником элюента и с трубкой для ввода проб, отличающееся тем, что, с целью уменьшения размывания заднего фронта жидкой пробы при вводе в препаративные колонны, трубопровод, соединяющий трубку для ввода проб и источник элюента, снабжен дополнительным запорным клапаном, а камера выполнена в виде трубки большего диаметра, чем трубка для ввода проб, и обе трубки установлены коаксиально, причем трубка для ввода проб частично погружена под верхний слой сорбента и при этом длина погруженной части трубки для ввода проб составляет не менее двух и не .более трех диаметров камеры, отношение диаметра камеры к диаметру трубки для ввода проб находится в пределах от 2 до 3.

Содержание Выход чистой фруктозы, Дк/Дт 1 %

40 25 20 10

8

5

2,5

2

Таблица 250 65 74 80 82 80 70 66 ffoffyca ростеffoe/ ocmu cfffptfu s/ifoeffmic Вмеарлюи ейся сорбции }( снеси

Фиг,2

Таблица 3 09ра pacm jMfo дм1ща/г конуса /foef ocmti струи ffma в c/tof сор5емтс( ОВразуЮщая номуса pacmeffoff ocfnu струи uoeodf oa в с/гое copSeff/na ,Рорна sofftncopS uu 1прансфор/ иро аммая 8 npflMOf/9OJfbfft/Hf (fv/rt/ff puvecfffffff формд