Устройство для ввода растворов в хроматографическую колонку

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

NINV

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 N 30/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3669340/23-25 (22) 30. 09. 83 (46) 30.08.85. Бюл. В 32 (72) А.Я.Пронин, О.Г.Ларионов, Л.А.Нахапетян, И.Д.Стальная, В.Т.Авгуль, В.Я.Филимонов, IO.Å.Купцевич, О.Н.Соседов, Н,А.Горячева, И.Ф.Потерянко, Э.А.Кравченко и M.Ã,Ïîëòaвов (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт физической химии

АН СССР, Всесоюзный научно-исследовательский биотехнический институт и Краснодарский ордена Трудового

Красного Знамени химический комбинат (53) 543.544 (088.8) (56) Advances in chromatogtapfy.

Edited by А Zlatkis, 1979, р.487-502.

Патент США У 4168235, кл. G 01 N 31/08, 1980. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВОДА PACTВОРОВ В ХРОМАТОГРАФИЧЕСКУЮ КОЛОНКУ с сорбентом, содержащее установленную

„„SU„„1176238 A соосно с колонной на входе в нее трубку для ввода проб, соединенную через трубопроводы и клапан с источником пробы и с источником элюента, и расположенную над герхним слоем сорбента камеру, соединенную через запорный клапан с источником элюента и с трубкой для ввода проб, о т— л и ч а ю щ е е с я 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 дополнитель ным 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.

1176238

50

Изобретение относится к препаративной жидкостной хроматографии и ее применению при очистке органических и неорганических веществ, преимущественно в химических и биологических лабораториях.

Целью изобретения является уменьшение размывания заднего фронта жидкой пробы при вводе в препаративные 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 дополнительной трубки и движущихся через слой зерненого сорбента сначала в пределах кбнуса растекаемости струи жидкости, а затем параллельно оси колонны по всему поперечному сечению.

Устройство содержит цилиндрическую колонну 1, зерненый сорбент 2, трубку для ввода проб 3, запорный клапан 4 на линии источника разделяемой смеси, дополнительный запорный клапан 5, трубопровод 6, соединяющий трубку для ввода проб с источником элюента, запорный клапан 30

7 на линии подпора элюента, трубки

8, являющуюся камерой.

В табл. 1 приведены экспериментальные данные, показывающие повы35 мого устройства ввода íà 19Х по сравшение эффективности процесса разделения при использовании предлагаенению с прототипом.

В табл. 2 приведены экспериментальные и расчетные данные, показывающие оптимальные пределы отноше" ний диаметра колонны Дк к диаметру дополнительной трубки Дт.

В табл. 3 приведены экспериментальные и расчетные данные, показывеющие оптимальные пределы отношений диаметра дополнительной трубки

Дт к диаметру трубки для ввода пробы Д и оптимальные пределы отношений длины погруженной части трубки ввода проб Х к диаметру дополнительной":трубки Дт.

Трубка для ввода проб 3 своей нижней частью погружена в слой сорбента ниже края камеры 8 на величину двух-трех диаметров камеры, необходимую для того, чтобы граница конуса растекаемости струи элюента, выходящей из камеры 8, была всегда выше верхней границы зоны сорбции разделяемой смеси, сформировавшейся под трубкой ввода проб.

Нижний край камеры 8 может быть установлен в одной плоскости с верхней крьппкой колонны 1 или быть по" гружен в слой сорбента на .какую-то глубину — это не влияет на работу устройства ввода растворов.

Запорные клапаны 4 и 5 и трубопровод16, 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 запорный клапан 4. 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 эапорный клапан

7 и камеру 8 в слой сорбента поступает заданный объем элюента, достаточный для завершения процесса хроматографического разделения смеси.

Заданный объем элюента, поступающий через запорный 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, который обеспечивает максимальное приближение формы зоны сорбции к цилиндрической в конце

1176238 4

1О

45

55 внедрения струи элюента в первоначально конусообразную зону сорбции разделяемой смеси. Трансформированная в цилиндрическую 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 трубки для ввода проб, расположенной ниже края дополнительной трубки и погруженной в слой сорбента, также необходимо заранее оптимизировать экспериментальным путем по максимальной 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 элюентов 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 разделя" емой смеси использовали фруктозноглюкозный 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 чистых фруктозы -и глюкозы. Данные представлены в табл. 1.

В цикле 1 табл. 1 порция элюента — воды, поступающая по трубке для 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 трубки для ввода проб от ее нижнего края до запорных вентилей равен

0 5 л. Поэтому цикл 1 полностью имитщ1ует работу устройства-прототипа.

Данные табл. 1 показывают, что оптимальная величина объема элюента, поступающего по трубке для ввода проб, для данного варианта устройства составляет 3 л (цикл 3) и при этом эффективность разделения по сравнению с прототипом возросла на 19Х по глюкозе и на 177 по фруктозе. Увеличение объема элюента поступающего по трубке для ввода проб сверх 3 л приводит к снижению эффективности разделения.

Для определения оптимального отношения диаметра колонны Дк к диаметру дополнительной трубки Дт экспериментально найдена эффективность разделения фруктозы и глюкозы при использовании устройств для ввода раствора, установленных на колоннах различного 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 2X., зернения сульфокатионита 0,3 мм, температура 20 С.

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 к объему введенной пробы равное

0,3; использованы диаметры трубок пробы равные 1; 5; 10; 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 Х части трубки для ввода проб, 1176238 следует установить не более 3, так как нет практической необходимости превращать эту величину. По данным

5 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.

Таблица 1

Поступило элюента по трубке для ввода проб, л

Номер циклов разделения

0,5 (прототип) 65

1,5

3,0

50

4,5

6,0

46

7,5

32

500

Таблица 2

Содержание Выход чистой фруктозы, Дк/Дт Ж

40

25

20

10

80

2,5 погруженной в слой 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 укаэанных размеров. Данные приведены в табл. 3.

Как видно по данным табл. 3„ для достижения наибольшей эффективности разделения отношение Х/Дт должно быть не меньше 2, а верхний предел

Выход чистых разделенных продуктов, 7.

Фруктоза Глюкоза

1176238

Т а б л и ц а 3

Дт/Д (1

Х/Дт

3 4 5 20

1 2

34 34 35 36 55

53 55 57 59 73

74 74 74 74 74

74 74 74 74 74

74 74 74 74 74

Образующая конуса ристеноемости струи е та /слое роеита фи8. Я

Составитель В.Сизенев

Редактор M.Håäoëóæåíêî Техред.С.Мигунова.

Корректор. С.Шекмар

Заказ 5353/44 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 орка конуса растекое иост стщи глюеит

3иебряющей ся джону сорЗчии к.жди снес

32 33

49 51

70 72

70 72

70 72 а8уЮЮо е нониса остеноеносми „ струи исжЯ ой åcè о c лое сорХента форма зоны секции

7лрансФорииробомноя

Ю арямоиволаную цилиндрическую форну