книги из ГПНТБ / Современное состояние жидкостной хроматографии

за счет перемещения змеевика, важно, чтобы он был свободно подвешен. Большинство типов демпфирующих устройств увеличи­ вают общий объем системы и, следовательно, увеличивают время, необходимое для полной смены растворителя.

Характерным достоинством насосов поршневого типа является малый собственный объем и непрерывная подача жидкости, в свя­ зи с чем никаких особых требований к объему резервуара не

шой потерей эффективности. (Пример рецикла в эксклюзионной хроматографии рассматривается в гл. 7.)

Общим достоинством поршневых и винтовых насосов является постоянство подачи, не зависящее от небольших изменений в пе­ репаде давлений в системе. Если в системе необходимо осуще­ ствить блокировку, то у этих насосов постоянной подачи в защит­

В пневматических насосах сжатый газ давит на соответствую­ щий сжимаемый контейнер или поршень, который передает давле­ ние подвижной фазе. Джентов и Гоув [2] описали пневматический насос, в котором в качестве поршня для передачи давления от га­ зового цилиндра подвижной фазе используется ртуть. Простейшая форма этого насоса — пластиковая бутыль или сильфон из нержа­ веющей стали или тефлона, помещенные в контейнер, газ внутри которого давит на жидкостной контейнер [1]. Максимальное дав­ ление при использовании насосов этого типа зависит от прочности контейнера и давления приложенного газа; для обычных емкостей это примерно 180 атм. Пневматический насос указанного типа используется по крайней мере в одном приборе, выпускаемом про­ мышленностью («Руе Unicam, Cambridge, England*).

В большинстве промышленных поршневых насосов давление газа усиливается вследствие использования пневматического пор­

ного типа. Интересной его особенностью является быстрое запол­ нение жидкостной камеры из внешнего резервуара силой обратного хода поршня, так что базовая линия прерывается только на мо­ мент перезаполненил насоса [3]. В одном промышленном приборе применяется насос («Е. I . du Pont de Nemours and Co., Instrument Products Div., Wilmington, Del.»), в котором для перемещения жидкости используется газ с коэффициентом сжатия 50, следова­ тельно, 3 атм на входе газа приводят к 150 атм на выходе жидкости.

и манометра. С помощью этого устройства можно создать требуе­ мое противодавление, частично закрыв кран, и следить за тем, как оно поддерживается по показаниям манометра. Второй метод пред­ полагает использование на потоке обратного клапана («Nupro Co., Cleveland, Ohio»), с тем чтобы поддерживать в кювете постоянное противодавление. Обратный клапан должен быть сделан таким об­ разом, чтобы материал, из которого изготовлена его внутренняя часть, не реагировал с растворителями, используемыми в качестве подвижной фазы.

Г. Устройства для ввода образца

Существует два основных способа ввода образца в хроматографическую колонку: ввод через камеру и с помощью крана.

/. Камера для ввода образца

Камеры ввода образца можно разделить на два типа: камеры, из которых образец непосредственно поступает в насадку, и ка­ меры, из которых образец поступает в колонку вместе с подвижной фазой.

для ввода образца в колонку дана на рис. 2.6. В этом устройстве игла шприца проходит через резиновую пробку внутрь насадки. Таким способом можно вводить и большие и маленькие образцы: размер образца лимитируется в первую очередь емкостью насадки и диаметром колонки. Однако при таком вводе образца в колонку иглы шприца часто забиваются мелкими зернами насадки. (Этого можно избежать, если оборудовать камеру ввода таким образом, чтобы игла шприца останавливалась пред насадкой колонки в пробке из стеклянной ваты.) Кроме того, кусочки резиновой пробки могут проникать в колонку и нарушать упаковку. Прямой ввод образца в колонку обсуждается в гл. 5.

Проточные камеры ввода. В проточной камере ввода образец помещается перед входом в колонку и поступает на насадку вместе с подвижной фазой. Важно, чтобы до того, как образец достигнет насадки колонки, уширение было сведено до минимума; естественно, что камера ввода, из которой образец поступает в колонку, должна быть тщательно спроектирована и мертвый объем должен быть ми­ нимальным. По этой причине трудно изготовить такую камеру, из которой будут эффективно вымываться в колонку как маленькие образцы в несколько микролитров, обычные в аналитической ра­ боте, так и большие в 50—100 мкл, которые могут потребоваться

5

в препаративной работе или при анализе примесей. Либо для ма­ леньких, либо для больших проб (но не для обеих вместе) проточ­ ная камера ввода приближается по эффективности к камерам пря­ мого ввода в колонку. Действительно, для соединений, у которых k' > 1, эффективность камеры проточного ввода фактически иден­ тична таковой при вводе непосредственно в колонку. Для неудерживаемых и слабо удерживаемых соединений (k' <С 1) ввод непо­ средственно в колонку может приводить к слегка повышенной эф­ фективности [6, 7].

Достоинством приборов, оборудованных проточной камерой вво­ да пробы, является то, что насадку колонки можно плотно закре­ пить между двумя пористыми фильтрами. В этом случае малове­ роятно нарушение слоя насадки во время использования колонки или ее хранения, и никакие кусочки пробки или другие нежела­ тельные вещества не могут проникнуть внутрь слоя насадки.

вести прямо в насадку колонки.

Достоинство кранов для ввода пробы — простота применения для автоматического анализа. Хотя в хроматографии система ав­

ского ввода пробы, управляемый механически («Valco, Inc., Hou­ ston, Тех.») или пневматически («НатШоп Co., Whittier, Calib), только недавно поступил в продажу.

Д. Колонки

/.Материал

На эффективность жидкостных хроматографических колонок большое влияние оказывает тип трубок, используемый для их из­ готовления [9]. На рис. 2.8 сравнивается высота тарелки, получен-

ная на колонках, изготовленных из стеклянных трубок марки «ТгиЬоге», нержавеющей стали и из нержавеющей стали с калибро­ ванным отверстием. Эти данные показывают, что при использова­ нии стандартного метода заполнения значительно более эффектив­ ны колонки, изготовленные из стекла, и калиброванные колонки. Подобная картина наблюдается и на колонках, заполненных диа­ томитом [7]. Очевидно, более гладкие стенки стеклянных трубок

и калиброванных трубок из нержавеющей стали способствуют большей однородности насадки при сухом заполнении колонки. Этот вывод подтверждается тем фактом, что эффективность колон­ ки из обычной нержавеющей стали с тефлоновым покрытием, имеющей очень гладкую внутреннюю поверхность, почти идентична эффективности колонок, изготовленных из трубок из нержавеющей стали с калиброванным отверстием [10].

2. Фильтры

Перед заполнением колонки вывод из нее необходимо закрыть фильтром из пористого металла («Мой Metallurgical Corp., Farmington, Conn.») или пористого тефлона («Fluoro-Plastics, Inc., Philadelphia, Pa.»). Пористость фильтра должна быть достаточно мала, чтобы даже самые мелкие частицы насадки не высыпались из колонки и не забивали его поры. Фильтры должны быть встав­ лены в колонку плотно, так, чтобы они могли противостоять рабо­ чему давлению. После того как колонка заполнена, для надежного удерживания в ней насадки ввод в колонку также необходимо за­ крыть фильтром из пористого металла или другого подходящего

рами или другими колонками так, чтобы мертвый объем системы был минимальным. Для герметизации жидкости под высоким да­ влением обычно используются стандартные уплотнительные соеди­ нения, такие, как «Swagelok». Отверстие в соединении должно быть просверлено так, чтобы фильтр колонки находился строго против входа или выхода трубки, которая в свою очередь должна быть заделана заподлицо с внутренней стенкой соединения для уменьшения мертвого объема. На рис. 2.9 показана схема соеди­ нения с малым мертвым объемом.

Во всех соединениях, работающих при высоком давлении, не­ обходимо использовать кольца из нержавеющей стали; следует заметить, что эти кольца будут обжимать стальную трубку и их не всегда будет легко удалить. Тефлоновые кольца могут приме­ няться в соединениях, работающих при низком давлении, их легко удалить с трубки. В соответствующих случаях стальные или теф­ лоновые кольца можно заменить на латунные, которые легче уда­

9000

8000

с и

ft,

И

&• ts

Я )

Р и с . 2.10. Эффективность колонок, соединенных в серии.

4. Геометрия колонок

Для высокоскоростной жидкостной хроматографии предпочти­ тельнее прямые колонки. Наиболее приемлемы колонки длиной 50—100 см, они легко освобождаются и перезаполняются. Эффек­ тивность колонок, заполненных насадкой и затем свернутых в спираль, значительно снижается [9, 12]. Спиральные колонки трудно, если вообще возможно, перезаполнять сухим способом. Если заполненную колонку необходимо изогнуть по форме соответ­ ствующего прибора, то, чтобы избежать значительного снижения

3

релок, можно просто соединять в серию отдельные прямые колонки и получить колонку большей длины; потеря общей теоретической эффективности здесь небольшая. При этом только необходимо, чтобы соединяемые колонки были «равноценными», т. е. имели оди­ наковые внутренний диаметр, размер частиц и эффективность [12]. Рис. 2.10 иллюстрирует небольшие потери в общей эффективности, полученные при соединении двух или трех колонок в серию. На рис. 2.11 показано соединительное устройство с малым мертвым объемом, используемое для объединения колонок в серию. Соеди­ нительное устройство проектируется так, чтобы соединительная трубка попадала внутрь насадки. Если у входа в колонку поме­ щается стеклянная вата, соединительные трубки могут быть обре­ заны заподлицо с верхом пористого фильтра; это сопровождается небольшой потерей эффективности или же потери эффективности вообще не будет.

5. Оборудование для заполнения

Сухое заполнение. К числу материалов, которые можно легко упаковать в колонку сухим способом, относятся зипакс («Du Pont, Instruments Div., Wilmington, Del.») и корасил («Waters