Способ разделения соединений методом тонкослойной хроматографии и устройство для его осуществления

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам разделения химических соединений методом тонкослойной хроматографии, и может быть использовано при анализе смесей веществ в различных научных и практических областях биологии, химии, пищевой промышленности, охране окружающей среды, медицины и т.д. Предложен способ разделения химических соединений методом тонкослойной хроматографии, в котором разделение ведут в герметичной камере, а в качестве газовой фазы, контактирующей с пластинкой, используют газы, изменяющие рН подвижной фазы (как результат их растворения в данной фазе). Способ может быть реализован с помощью устройства, в котором газовая камера с расположенной в ней пластинкой для тонкослойной хроматографии выполнена герметичной и в верхней своей части имеет один или несколько патрубков для подачи газов, изменяющих рН подвижной фазы, а в нижней части камеры расположен один или несколько патрубков для отвода из камеры газовой фазы, заполняющей камеру первоначально. Изобретение позволяет увеличить селективность разделения химических соединений в 2,7-3,9 раз для нитроаминов и в 1,6-4,5 раз для нитроанилинов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

 

Т.Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам разделения химических соединений методом тонкослойной хроматографии, и может быть использовано при анализе смесей веществ в различных научных и практических областях биологии, химии, пищевой промышленности, охране окружающей среды, медицины и т.д.

Известно, что способ разделения химических соединений методом тонкослойной хроматографии состоит в нанесении пробы на тонкослойную пластину содержащего плоский (планарный) слой сорбционного материала, которую устанавливают в закрытую камеру с подвижной фазой, находящейся в контакте с газовой атмосферой и с одной стороной пластинки. При движении подвижной фазы по пластинке (в результате смачивания сорбционного слоя) происходит хроматографическое разделение исходной пробы на отдельные зоны. (Гейсс Ф.. Основы тонкослойной хроматографии (планарная хроматография). Москва, Издание Научного Совета по хроматографии. 1999.т.I (405 с) и т.II (348 с).

Методы тонкослойной хроматографии широко используются в научных исследованиях и промышленности (Chromatography. Ed. by E. Heftmann. Amsterdam. Elsevier. 2004. vol (518 pp v.) and vol 2 (1156 pp v.)).

Тонкослойная хроматография активно используется и в России (Беленький Б.Г., Гурковеков Е.А., Коган Ю.Д., Красиков В.Д.. Тонкослойная хроматография в России. В кн: «100 лет хроматографии.» Москва, «Наука», 2003, стр.61-99).

Селективность и эффективность разделения определяется в основном свойствами используемой подвижной фазы и условиями разделения.

Разрешающая способность хроматографических методов часто недостаточна, в этих случаях используют методы оптимизации селективности (см., например, П.Схунмакерс. Оптимизация селективности в хроматографии. М.: Мир. 1989. 400 с.), поскольку селективность является основным фактором, влияющим на разделение. Поэтому разработка новых методов, целенаправленно улучшающих селективность, представляет практический интерес, поскольку позволяет улучшить разделение анализируемых соединений.

Для улучшения воспроизводимости результатов, получаемых методом тонкослойной хроматографии, хроматографическое разделение обычно проводят в специальных закрытых (но не герметично) камерах, в которых пластины, на которых проводят разделение, контактируют с атмосферой камеры, насыщенной парами подвижной фазы. (Красиков В.Д. Основы планарной хроматографии. СПб: Химиздат, 2005, 232 с.). Это наиболее близкое техническое решение.

Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке нового способа и устройства, позволяющих целенаправленно улучшать селективность разделения химических соединений методом тонкослойной хроматографии.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемом способе разделения химических соединений методом тонкослойной хроматографии, включающем нанесение пробы на хроматографическую пластину и последующее разделение компонентов пробы в камере потоком подвижной фазы, контактирующей с окружающей хроматографическую пластину газовой фазой, разделение компонентов пробы проводят в герметичной камере, а в качестве газовой фазы используют газы, содержащие компоненты, обладающие способностью при растворении в подвижной фазе изменять ее рН, которые вводят в камеру после начала движения подвижной фазы вдоль хроматографической пластины.

Так, применение в качестве газа двуокиси углерода позволяет увеличить кислотность подвижной фазы, а аммиак сдвигает рН жидкой фазы в сторону увеличении, т.е. повышает ее основность; причем известно, что изменение рН подвижной фазы активно влияет на разделение в жидкостной хроматографии (Chromatography. Ed. by E.Heftmann, Amsterdam, Elsevier, 2004).

В предлагаемом способе впервые предложено изменять состав (и, следовательно, свойства) используемой подвижной фазы путем замены исходной «нейтральной» газовой фазы, как правило, обычной воздушной атмосферы, которая окружает хроматографическую пластину в традиционном планарном хроматографическом эксперименте, на новую активную газовую фазу. В результате этой замены происходит целенаправленное изменение рН подвижной фазы, а следовательно, и ее свойств. Изменение pH подвижной фазы изменяет сорбционные свойства системы, т.е. открывает новые возможности управления хроматографическим процессом и новые возможности улучшения разделения.

Само собой разумеется, что описанное выше изменение свойств подвижной фазы можно реализовать в любой момент времени от начала процесса. Модель процесса разделения можно представить следующим образом: подвижная фаза содержит активные компоненты, которые в результате контакта с используемой для разделения жидкой подвижной фазой растворяются в последней. В результате этого процесса подвижная фаза приобретает качественно новые характеристики, существенно и положительно влияющие на ее хроматографические свойства. Фактически в хроматографической системе, в описанных выше условиях возникает новая подвижная фаза, в результате чего и реализуют улучшение разделения.

Предлагаемый способ для разделения химических соединений методом тонкослойной хроматографии может быть реализован с помощью устройства для разделения химических соединений методом тонкослойной хроматографии, включающего камеру для расположения в ней хроматографической пластины, в котором камера выполнена герметичной и снабжена трубкой для питания ее подвижной фазой, в верхней части камера имеет один или несколько патрубков для подачи газов, содержащих компоненты, изменяющие рН подвижной фазы, а в нижней части камера имеет один или несколько патрубков для отвода из камеры газовой фазы, заполняющей камеру первоначально.

Патрубки для подачи газов, содержащих компоненты, изменяющие рН подвижной фазы и отвода из камеры газовой фазы, заполняющей камеру первоначально, выполнены виде капилляров диаметром 0,2-2,0 мм, причем в качестве материала для патрубков используют плавленый кварц или полимеры, предпочтительнее фторопласты, или другие инертные материалы, например металлы и их сплавы, в качестве которых предпочтительнее использовать нержавеющую сталь.

Для проведения хроматографического процесса при постоянной рабочей температуре устройство целесообразно термостатировать, используя, например, стандартный лабораторный водяной термостат.

Конструкция предлагаемого устройства для реализации описанного выше способа изображена на чертеже.

Устройство представляет собой модернизированную стандартную камеру для ТСХ (Красиков В.Д. Основы планарной хроматографии. СПБ: Химиздат, 2005, 232 с.).

Однако в предлагаемом устройстве камера выполнена, во-первых, герметичной, и во-вторых, проточной; в корпусе камеры (1) (при ее эксплуатации) установлена хроматографическая пластика (2). Сверху расположена трубка (4) для питания камеры подвижной фазой, по мере ее убыли.

В верхней части камеры расположены патрубки (5) и (5′) для подачи газов, содержащих компоненты, изменяющие рН подвижной фазы. В нижней части камеры расположены патрубки (6) и (6′), предназначенные для отвода из камеры газовой фазы, заполняющей камеру первоначально.

Ширина используемой хроматографической пластины зависит от габаритных размеров камеры.

Предлагаемая конструкция камеры делает возможным проведение анализа одновременно на нескольких хроматографических пластинах и позволяет свести к минимуму влияние неконтролируемых факторов, что особенно важно при серийных анализах.

Процесс хроматографического разделения по предлагаемому способу осуществляют следующим образом.

В камеру (см. чертеж) для разделения химических соединений методом ТСХ помещают хроматографическую пластину, на сорбционный слой которой нанесены пробы (в форме пятен) для последующего разделения компонентов пробы, причем хроматографическую пластину располагают таким образом, что ту сторону прямоугольной пластины, ближе к краю которой нанесены в форме пятен анализируемые пробы, погружают на несколько миллиметров в подвижную фазу. Сразу же после контакта сорбционного слоя хроматографической пластины с подвижной фазой в результате смачивания начинается движение подвижной фазы вдоль хроматографической пластины и соответственно начинается процесс разделения анализируемой смеси на отдельные компоненты. После прохождения фронтом подвижной фазы определенного расстояния (например, 4 см) от линии нанесения проб, через патрубки 5 и 5′ подают небольшой поток газа, содержащего компоненты, обладающие способностью при растворении в подвижной фазе изменять ее рН (например, двуокись углерода или аммиак), которые вводят в камеру после начала движения подвижной фазы вдоль хроматографической пластины, а спустя 2-5 мин поток газа уменьшают до 10 мл/мин. Этот поток выходит из камеры через патрубки 6 и 6′, благодаря чему происходит смена газовой атмосферы в камере.

В результате взаимодействия подаваемого в камеру газа свойства подвижной фазы изменяются, что улучшает селективность (а иногда и эффективность разделения). Фактически здесь реализуется новый вариант ТСХ с программируемой по хроматографическим свойствам (характеристикам) подвижной фазой, что активно влияет на разделение анализируемых соединений.

После достижения фронтом подвижной фазы конца хроматографической пластины, процесс прекращают, камеру разбирают, а саму пластину с разделенными соединениями (в форме разделенных зон) высушивают и затем количественно оценивают содержание разделенных компонентов, используя различные инструментальные методы (см., например, Chromatography (6^th edition). Ed. by E.Heffman, 2004 Amsterdam Elsevier. 518 p (part A), 1156 (part В)).

Практическое применение способа (на хроматографических пластинах с силикагелем С-18) было продемонстрировано на примере разделения нитроаминов и нитроанилинов. В таблицах 1 и 2 приведены результаты этого разделения.

Как следует из приведенных данных, использование предлагаемого способа и устройства позволяет улучшить селективность разделения в 2,7-3,9 раз для нитроаминов и в 1.6-4,5 раз для нитроанилинов.

Отметим также, что эффективность разделения в большинстве случаев также увеличивается.

Таким образом, предлагаемый способ разделения позволяет существенно улучшить основные характеристики хроматографического процесса.

1. Способ разделения химических соединений методом тонкослойной хроматографии, включающий нанесение пробы на хроматографическую пластину и последующее разделение компонентов пробы в камере потоком подвижной фазы, контактирующей с окружающей хроматографическую пластину газовой фазой, отличающийся тем, что разделение компонентов пробы проводят в герметичной камере, а в качестве газовой фазы используют газы, содержащие компоненты, обладающие способностью при растворении в подвижной фазе изменять ее рН, которые вводят в камеру после начала движения подвижной фазы вдоль хроматографической пластины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве компонентов, изменяющих рН подвижной фазы, используют углекислый газ или аммиак.

3. Устройство для осуществления разделения химических соединений методом тонкослойной хроматографии, включающее камеру для расположения в ней хроматографической пластины, отличающееся тем, что камера выполнена герметичной и снабжена трубкой для питания ее подвижной фазой, в верхней части камера имеет один или несколько патрубков для подачи газов, содержащих компоненты, изменяющие рН подвижной фазы, а в нижней части камера имеет один или несколько патрубков для отвода из камеры газовой фазы, заполняющей камеру первоначально.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что патрубки для подачи газов, содержащих активные компоненты, и отвода газовой фазы выполнены в виде капилляров диаметром 0,2-2,0 мм.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве материала для патрубков используют плавленый кварц, или полимеры, предпочтительнее фторопласты, или инертные металлы и их сплавы, предпочтительнее нержавеющая сталь.

6. Устройство по любому из пп.3-5, отличающееся тем, что для поддержания постоянной рабочей температуры оно погружено в камеру термостата.