Сэндвич-камера малого объема для тонкослойной хроматографии

Устройство относится к одному из наиболее простых, эффективных и экономичных вариантов жидкостной хроматографии - тонкослойной хроматографии (ТСХ) [1, 2], которая активно развивается в направлении повышения разрешающей способности и экспрессности. Изобретение может быть использовано в аналитической химии.

Тонкослойная хроматография реализуется в хроматографических камерах, без использования которых воспроизводимая реализация хроматографического процесса разделения при использовании летучих подвижных фаз (ПФ) практически невозможна.

Наиболее широкое распространение в хроматографической практике получили N-камеры (нормальные камеры) (фиг.1А) [1-6], представляющие собой закрытые емкости с ПФ, внутри которых располагают хроматографическую пластинку (пластинку ТСХ) с нанесенными на адсорбционный слой пробами анализируемых веществ.

Основным недостатком таких камер является большой газовый объем, что ограничивает возможность получения удовлетворительных результатов хроматографического разделения.

Прототипом предлагаемого устройства является сэндвич-камера (S-камера) (фиг.1В) [7], имеющая уменьшенный (по сравнению с S-камерой) газовый объем. В этом варианте S-камеры адсорбционный слой хроматографической пластинки на стеклянной подложке накрыт покровной пластинкой такого же размера, что и сама пластинка ТСХ, причем между покровным стеклом и хроматографической пластинкой расположены установленные ранее ограничители, в результате чего между покровным стеклом и адсорбционным слоем пластинки расположена газовая фаза относительно небольшого объема. Для проведения хроматографического процесса S-камеру с пластинкой ТСХ, содержащей нанесенные на адсорбционный слой исследуемые пробы помещали в емкость с ПФ.

Судя по публикациям, в S-камерах использовали ограничители, изготовленные из различных материалов (стекло, полимер, металл, проволока, капилляры) и различающиеся по размерам (для полосок - ширина (3÷5 мм) и высота (1÷3 мм); для капилляров и проволоки - диаметр (1÷3 мм).

Наилучшие результаты получены при использовании ограничителей П-образной формы, закрепленных по периметру покровного стекла, за исключением основания.

Главным размером ограничителя является его размер по высоте (диаметру), который определяет расстояние между покровным стеклом и адсорбционным слоем хроматографической пластинки (d), от которого зависят важные характеристики хроматографического разделения. По литературным данным расстояние d изменяется в пределах от 1 до 3 мм [1-17]. Использование S-камеры с характеристическим расстоянием d меньше 1 мм в литературе не описано.

В публикациях, посвященных реализации ТСХ в S-камерах, отсутствуют данные по зависимости результатов разделения от расстояния d.

Целью изобретения является существенное улучшение основных хроматографических характеристик: воспроизводимости результатов разделения, продолжительности и эффективности разделения анализируемых соединений.

Поставленная цель достигается тем, что сэндвич-камера для тонкослойной хроматографии, содержащая хроматографическую пластинку с адсорбционным слоем и покровную пластинку, ограничитель П-образной формы и зажимы, скрепляющие пластинки, снабжена дополнительной пластинкой, хроматографическую пластинку размещают между покровной и дополнительной пластинками, размеры которых превышают размеры хроматографической пластинки по сторонам ограничителя на 10-40 мм, а ограничитель устанавливают на дополнительной пластинке так, что расстояние между адсорбционным слоем хроматографической пластинки и прилегающей поверхностью покровной пластинки составляет менее 0.3 мм.

Дополнительная пластинка с нижней стороны хроматографической пластинки (с открытой стороны адсорбционного слоя) снабжена выступами, предпочтительно шириной 10 мм и высотой 15 мм, которые не позволяют пластинке ТСХ, подложка которой выполнена из мягких материалов (например, алюминий, полимер) деформироваться под тяжестью пластинок при погружении S-камеры в емкость с ПФ при вертикальном проявлении.

Покровная пластинка выполнена из материалов, пропускающих УФ-излучение, например, кварца или полиэтилена, для детектирования с помощью видеоденситометра некоторых соединений без демонтажа камеры.

Все пластинки скреплены пружинными зажимами.

В качестве емкости с ПФ может быть использована N-камера или специальная кювета небольшого объема, в которую помещаются только выступы дополнительной пластинки и основание хроматографической пластинки с нанесенными пробами. Вся система удерживается в вертикальном положении с помощью лабораторного штатива.

С целью обоснования оптимальной конструкции S-камеры авторами впервые была изучена зависимость характеристик хроматографического процесса разделения от важнейшей характеристики S-камеры - величины расстояния d.

С целью определения оптимального значения d было проведено исследование с различным межплоскостным расстоянием, в пределах от 0.05 мм до 4 мм. В качестве ограничителей применяли полимерную пленку различной толщины. В качестве объекта для разделения использовали стандартную смесь красителей (Camag), а в качестве ПФ применяли толуол. Разделение проводили на пластинках ПТСХ-АФ-В (ИМИД, Россия) и Silica gel F₂₅₄ (Merck, Germany) размером 100×100 мм.

При разделении анализируемых соединений на пластинках ПТСХ-АФ-В при минимальном расстоянии (d=0.05 мм) в S-камере (объем камеры 0.5 см³) имеет место сильное размывание хроматографических зон. При увеличении величины d вдвое (до d=0.1 мм) размывание хроматографических зон на пластинках характерно только для соединений, имеющих низкое значение подвижности (R_f=0-0.4). Минимальное расстояние d, при котором достигается эффективное разделение анализируемых соединений на пластинках ПТСХ-АФ-В, составляло 0.2 мм.

При использовании пластинок Silica gel F₂₅₄ при d=0.05 мм размывание хроматографических зон отсутствует, однако зоны анализируемых соединений вытянуты. При увеличении межплоскостного расстояния продолжительность анализа увеличивается, но при этом уменьшается и вытянутость зон, соответственно при этом увеличивается эффективность разделения. При использовании данного типа пластинок ("Merck") оптимальное разделение достигается при использовании S-камеры с межплоскостным расстоянием d=0.1 мм.

Зависимость продолжительности анализа от расстояния d приведена на фиг.2. Из полученных авторами данных следует, что с увеличением межплоскостного расстояния увеличивается продолжительность анализа, но не равномерно, так, например, при увеличении расстояния d от 0.4 мм до 2 мм продолжительность анализа меняется незначительно (на 5%), однако эта характеристика изменяется резко (на 20%) при увеличении d от 0.05 мм до 0.3 мм.

Установлено, что с увеличением расстояния d изменяется также и эффективность разделения анализируемых соединений (число теоретических тарелок, N) (фиг.3). Максимальная эффективность разделения достигается в S-камере при уменьшении расстояния d. Так эффективность разделения при осуществлении ТСХ на пластинках Silica gel F₂₅₄ в S-камере с расстоянием d=0.1 мм выше эффективности разделения, достигаемой в S-камере с d=2 мм приблизительно на 25%, на пластинках ПТСХ-АФ-В в S-камере с d=0.2 mm - приблизительно на 15%.

Согласно полученным результатам, по наиболее важным хроматографическим параметрам (продолжительности разделения (фиг.2), эффективности разделения соединений (фиг.3)), оптимальной для S-камеры является величина d=0.2 мм для пластинок ПТСХ-АФ-В и величина d=0.1 мм для пластинок Silica gel F₂₅₄. При использовании для разделения S-камеры с расстоянием d=0.2 мм продолжительность анализа сокращается на 20% по сравнению с разделением в S-камере с d не менее 2 мм, при использовании S-камеры с расстоянием d=0.1 мм продолжительность анализа сокращается на 40%. Погрешность измерений, оцененная с использованием методики, описанной в монографии [18], составляет 5%.

На фиг.4 показана предлагаемая авторами новая S-камера. S-камера содержит покровную (1), хроматографическую (3) и дополнительную (2) пластинки, ограничитель П-образной формы (4), выступы (5), пружинные зажимы (6), емкость с ПФ (7), герметизирующую крышку (8), штатив (9).

При проведении хроматографического разделения устройство работает следующим образом.

После нанесения анализируемых проб на линию старта на нижней части хроматографической пластинки, после сборки камеры (фиг.4А), контрольного измерения фактического значения d, S-камеру помещают до упора в емкость с ПФ (7) (фиг.4В). Адсорбционный слой хроматографической пластинки (3) заполняется под действием капиллярных сил подвижной фазой и начинается хроматогарфический процесс разделения.

При детектировании исследуемых компонентов, в т.ч. и легколетучих (например, моноароматических углеводородов) с помощью видеоденситеомметра, покровная пластинка выполняется из материалов, пропускающих УФ-лучи (например, кварц или полиэтилен); в этом случае детектирование компонентов пробы производится непосредственно в S-камере без ее демонтажа, для исключения потерь этих компонентов и увеличения воспроизводимости результатов хроматографического разделения.

Предложенный новый вариант S-камеры с очень малым газовым объемом обеспечивает увеличение эффективности разделения, снижение продолжительности разделения и повышение воспроизводимости результатов анализа.

1. Сэндвич-камера для тонкослойной хроматографии, содержащая хроматографическую пластинку с адсорбционным слоем и покровную пластинку, ограничитель П-образной формы и зажимы, скрепляющие пластинки, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительной пластинкой, хроматографическая пластинка размещена между покровной и дополнительной пластинками, размеры которых превышают размеры хроматографической пластинки по сторонам ограничителя на 10-40 мм, а ограничитель установлен на дополнительной пластинке так, что расстояние между адсорбционным слоем хроматографической пластинки и прилегающей поверхностью покровной пластинки составляет менее 0,3 мм.

2. Сэндвич-камера по п.1, отличающаяся тем, что дополнительная пластинка с нижней стороны хроматографической пластинки снабжена выступами.

3. Сэндвич-камера по пп.1 или 2, отличающаяся тем, что покровная пластинка выполнена из материала, пропускающего УФ-излучение.

4. Сэндвич-камера по п.3, отличающаяся тем, что покровная пластинка выполнена из кварца или полиэтилена.