СПОСОБ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ В ТОНКОСЛОЙНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ Советский патент 1995 года по МПК G01N30/90 

Изобретение относится к области хроматографического анализа.

Тонкослойная хроматография имеет много преимуществ по сравнению с другими видами хроматографии, но количественное детектирование в тонкослойном варианте является сложной и далеко не полностью решенной задачей. Количественную интерпретацию тонкослойных хроматограмм обычно осуществляют методами элюиpования, денситометрии, флуориметрии, спектрофотометрии или сканированием радиоактивных хроматограмм, полученных при разделении меченых соединений, а также при использовании этих методов для определения веществ в экстрактах отдельных хроматографических зон. Каждый из этих методов, помимо некоторых положительных сторон характеризуется и существенными недостатками, для преодоления которых предлагаются различные пути.

Одним из наиболее перспективных методов является превращение различных веществ, адсорбированных на тонком слое, в газообразные продукты, которые затем количественно определяются детектированием в газовой фазе. Известны различные методы реализации этого способа. Предложено разделять вещества методом тонкослойной хроматографии на стержне малого диаметра, покрытого слоем адсорбента. Разделенные органические вещества детектируют путем быстрого протягивания стержня с разделенными зонами веществ через пламя пламенно-ионизационного детектора.

Известен также способ детектирования в тонкослойной хроматографии, заключающийся в последовательном перемещении области нагрева по тонкому слою сорбента с разделенными компонентами смеси и регистрации газообразных продуктов испарения и пиролиза.

Существенным недостатком описанных способов является то, что для реализации необходимо применение только пламенно-ионизационного детектора и поэтому исключена возможность использования хроматографических колонок для получения дополнительной информации, и недостаточная разрешающая способность.

Разрешающая способность, т. е. возможность получения хорошо разделенных газо-хроматографических пиков, соответствующих хроматографическим зонам, в перечисленных способах является низкой, ввиду малого градиента теплового поля и относительно больших размеров нагревательного элемента по сравнению с невозможными размерами хроматографических зон. В описанном способе нельзя воспользоваться преимуществом двумерной тонкослойной хроматографии и одновременным анализом на одной пластинке нескольких образцов. Практически невозможен избирательный анализ отдельных зон в горизонтальной последовательности. В большинстве случаев в адсорбента остается некоторое количество анализируемых веществ, т. е. метод не является количественным.

Целью предлагаемого изобретения является повышение разрешающей способности способа при сохранении всех преимуществ тонкослойной хроматографии и улучшение полноты извлечения веществ из тонкого слоя.

Указанная цель достигается за счет того, что локальную область нагрева создают концентрированным излучением лазера.

С целью испарения и деструкции детектируемых соединений сорбент нагревают до 100-1500^оС. Для увеличения полноты извлечения веществ из тонкого слоя температуру в зоне нагрева поднимают до 4000^оС, в результате чего происходит испарение и вещества и сорбента. В зависимости от величины хроматографической зоны диаметр радиационно-теплового потока изменяют от 1 до 20 мм, причем сканирование производят выборочно или непрерывно со скоростью 1-60 см/сек. Форма и размеры радиационно-теплового пучка зависят от применяемых для фокусировки линз. Выпуклые линзы дают проекцию на поверхность сорбента в форме круга, а цилиндрические линзы в форме прямоугольника или полосы.

Для увеличения выхода анализируемых веществ из слоя сорбента и унификации газообразных продуктов в состав газа-носителя добавляют окислители, например О₂, в количестве 0,5-25% или восстановители, например, Н₂ в количестве 20-100% С этой же целью в сорбент вводят окисляющие добавки, например, окись меди в количестве 1-6%
В качестве источника радиационного нагрева разделенных веществ в тонкослойной хроматографии можно использовать излучение мощных ксеноновых ламп, электронный луч, лазерное излучение и другие источники.

Скорость нагрева материалов в месте падения радиационно-теплового потока может быть во много раз больше скорости распространения тепла за счет теплопроводности по слою и подложке. Эти факторы обеспечивают высокую разрешающую способность и позволяют проводить анализ как больших, так и малых зон тонкослойных хроматограмм.

Радиационно-тепловой поток подводит к тонкому слою значительное количество тепловой энергии за столь короткий промежуток времени (до 10^-9 сек), что тепло не успевает отводиться по тонкому слою и подложке (температура в месте нагрева может достигать 4000^оС и выше) и вызывать прогрев слоя по всей толщине. Это особенно важно при извлечении из слоя сорбента остаточных количеств анализируемых веществ.

Для повышения чувствительности детектирования, в случае необходимости, проводят превращение газообразных продуктов в вещества, по отношению к которым используемый детектор наиболее чувствителен, например, в метан и другие углеводороды при работе с пламенно-ионизационным детектором, или подбирают детектор, наиболее чувствительный к образовавшимся продуктам, например, пламенно-фотометрические при анализе серу- и фосфорсодержащих соединений.

Физические параметры газа-носителя, например, температуру и давление, подбирают таким образом, чтобы максимально полно извлечь анализируемые вещества, содержащиеся в слое адсорбента.

Используя предлагаемый способ, проводят анализ как избирательный, так и последовательный одномерных и двумерных хроматограмм, причем возможно применение подложек различных форм и размеров. Между камерой облучения и детектором, употребляемым хроматографии, можно устанавливать хроматографические колонки или реакторы для получения дополнительной информации о продуктах, деструктируемых в тонкослойной хроматографической зоне.

П р и м е р 1. На кварцевых стержнях диаметром 1 мм и длиной 25 мм, покрытых слоем силикагеля, содержащего 5% сульфата кальция, проводилось разделение 5-диметиламинонафталин-1-сульфонил-этилами- на и 5-диметиламинонафталин-1-сульфонил-диметиламина в системе бензол-уксусная кислота-вода (10:5: 5 по объему). Были получены кольцевые зоны высотой 3 мм с содержанием вещества 100 пикограмм (2˙10^-14 моля) на расстоянии 3 мм друг от друга. При вращательно-поступательном перемещении стержня в герметичной камере перед лучом СО₂-лазера, сфокусированного двояковыпуклой линзой из хлористого натрия, происходила деструкция анализируемых веществ. Температура нагрева зоны достигала 1300-1500^оС. Для детектирования образовавшихся летучих продуктов использовался пламенно-ионизационный датчик, перед которым был установлен реактор гидрирования, где образовавшаяся двуокись углерода превращалась в метан. На хроматограмме получали отдельные пики от каждой зоны.

П р и м е р 2. На пластинке фирмы "Мерк" с закрепленным тонким слоем силикагеля толщиной 0,25 мм были получены зоны красителей газобензола м судана III диаметром 0,5 мм на расстоянии друг от друга 0,6 мм. Зоны были последовательно подвергнуты воздействию реакционно-теплового потока СО₂-лазера. Температура в зоне нагрева достигала приблизительно 1500^оС, так что происходило испарение части сорбента с одновременной деструкцией анализируемых веществ. С помощью детектора по теплопроводности получены хорошо разделенные хроматографическими пики.

П р и м е р 3. На пластине с тонким слоем силикагеля 0,25 мм толщиной, содержащего 5% окиси меди, облучали зоны углеводорода С₃₀Н₄₀, содержащие 0,16; 0,32; 0,48; 0,64; 0,8 мк лучом СО₂- лазера через полоско-выпуклую линзу из хлористого натрия. В результате получили пропорциональную зависимость между количеством вещества в зоне и площадью соответствующего пика (см. чертеж). В качестве детектора применяли катарометр, а в качестве газа-носителя воздух.

Предлагаемый способ был разработан в лабораторных условиях. Проведенные исследования показали, что с помощью предлагаемого способа можно получить высокую разрешающую способность при работе с зонами малых размеров, расположенными близко друг к другу. Способ одинаково хорошо применим как к малым (пикограммовым), так и относительно большим (миллиграммовым) количествам веществ, содержащихся в хроматографических зонах. Все преимущества тонкослойной хроматографии при применении этого способа сохраняются. Способ можно также применять для определения малых количеств адсорбированных веществ на слое адсорбента, в хроматографической колонке и на поверхности твердых тел.

Следует отметить, что приведенные примеры не исчерпывают всех возможных вариантов осуществления данного изобретения.

СПОСОБ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ В ТОНКОСЛОЙНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ, заключающийся в последовательном перемещении локальной области нагрева по тонкому слою сорбента с разделенными компонентами анализируемой смеси и регистрации образовавшихся газообразных продуктов испарения и пиролиза, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности способа, локальную область нагрева создают концентрированным радиационно-тепловым потоком, например излучением лазера.