Способ изготовления капиллярной проточной ячейки
METHOD FOR MANUFACTURE OF CAPILLARY FLOW CELL

Способ изготовления проточной ячейки детектирования заключаетсяв использовании капилляра с большим внутренним диаметром, чем капилляр, в котором происходит разделение. Для компенсации изменения внутренних диаметров двух капилляров в месте соединения, в капилляре с большим диаметром на внутреннюю поверхность капилляра наносится полимерный слой требуемой толщины, кроме участка капилляра в месте окна детектирования - проточной ячейки. Для получения равномерно распределенного полимерного слоя радикальную полимеризацию реакционной смеси в капиллярной ячейке инициируют электронно-лучевой обработкой, воздействуя на реакционную смесь ускоренными электронами в центробежном поле, а участок капилляра, предназначенный для детектирования изолируется материалами, препятствующими радикальной полимеризации. Толщина полимерных слоев на внутренней поверхности капилляра регулируется соотношением концентраций мономеров полимера и растворителей. В случае необходимости удаление внешнего полиимидного покрытия на участке капилляра в месте окна детектирования осуществляется каплями нагретой серной кислоты при одновременной промывке проточной ячейки охлаждающей жидкостью или смесью жидкость-газ.
Использование
Изобретение относится к способу изготовления капиллярной проточной ячейки детектирования, предназначенной для использования в методах микросепарации, таких как капиллярная электрохроматография, капиллярная жидкостная хроматография, сверхкритическая флюидная хроматография, капиллярный электрофорез и связанные с ними методы, а также к способу изготовления проточной ячейки.
Уровень техники. Сущность изобретения
Применение проточной ячейки в микро- и наносепарационных методах обусловлено необходимостью преодолеть ограничение слабого поглощения света в капилляре. До сих пор большинство ячеек детектора основаны на удалении внешнего полиимидного покрытия капилляра в месте, предназначенном для детектирования - «окно детектирования», и трансколоночного облучения. При трансколоночном облучении в окне детектирования пространственно узкая полоса света с выбранной длиной волны пропускается через стенки капилляра в направлении, перпендикулярном оси капилляра от источника к детектору. В описанном выше варианте длина оптического пути в ячейке определяется внутренним диаметром капилляра, а расчет средней эффективной длины поглощения может быть описан по формуле, приведенной в [1].
Для повышения чувствительности обнаружения (усиления поглощения света) необходимо увеличение оптического пути поглощения за счет изменения формы и/или диаметра капилляра в области детектирования. Целью изобретения является создание ячейки для микропотока в капилляре с конфигурацией, которая обеспечивает повышение чувствительности в UV / VIS области обнаружения поглощения света, за счет увеличения длины оптического пути.
Известны следующие способы увеличения длины поглощения в методах с использованием капилляров: 1) сферическая или пузырьковая проточная ячейка [1]; 2) Z-образная проточная ячейка [2]; 3) U образное или продольное облучение [3]; 4) расширение внутреннего диаметра, механической обработкой или за счет вытравливанием [4].
Во всех вышеперечисленных ячейках, было продемонстрировано улучшение чувствительности за счет увеличения длины оптического слоя, однако теоретически расчетного увеличения чувствительности достигнуто не было. Например в Z-образной ячейке возможно достичь условно неограниченной оптической длины, но как показала практика при детектировании с увеличением оптического пути в 60 раз, наблюдается только шестикратное увеличение отношения сигнал/шум [5]. Предположительно основной причиной ослабления света при трансколоночном облучении является аберрация света при прохождении его через капилляр из-за конструкционной схемы Z-образной ячейки (Z-образная форма ячейки получается двукратным изгибанием участка капилляра на 90°). При трансколоночном облучении луч света проходит через капилляр цилиндрической формы, где ухудшение чувствительности детектирования обусловлено с круглой формой капилляра. В случае пузырьковой, U или Z-образной ячейки аберрации, связанные с пропусканием света через цилиндрическую форму капилляра не только остаются, но и увеличиваются еще больше за счет изгибов (отсутствия плоской поверхности) на входе и выходе из ячейки.
Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является проточная ячейка с расширенным внутренним диаметром. Преимуществом проточной ячейки с расширенным внутренним диаметром является: 1) увеличение оптического пути при отсутствии аберраций, связанных с дополнительными изгибами капилляра, 2) за счет увеличения объема непосредственно в месте детектирования по сравнению с разделительным капилляром - скорость движения пробы замедляется, а длина зоны пробы уменьшается, что позволяет уменьшить дисперсию пиков и увеличить селективность разделения. Недостатком проточной ячейки с расширенным внутренним диаметром является сложность получения однородности объема и отсутствие плоской поверхности вследствие травления или механической обработки, что повышает аберрацию.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка надежного способа изготовления проточной ячейки с расширенным внутренним диаметром, а техническим результатом получение проточной ячейки с уменьшенной абберацией.
Способ изготовления проточной ячейки детектирования заключается:
.
1В использовании в качествепроточной ячейки детектирования капилляра с большим внутренним диаметром до 200 мкм длиной не менее 30 мм, чем капилляр, в котором происходит разделение, и соединения с капилляром или капиллярной колонкой, в которой происходит разделение.
2. Для компенсации изменения внутренних диаметров двух капилляров в месте соединения, в капилляре с большим диаметром на внутреннюю поверхность капилляра наносится полимерный слой требуемой толщины с использованием мономеров или смесей мономеров на основе стирола, полистирола, акрилата, метакрилата, акриламида и пр. Толщина полимерных слоев на внутренней поверхности капилляра регулируется соотношением концентраций мономеров полимера от 5 до 40% по объему в растворителе или смеси растворителей.
3. Для получения равномерного распределенного полимерного слоя радикальную полимеризацию реакционной смеси в капиллярной ячейке инициируют электронно-лучевой обработкой без использования химического инициатора радикальной полимеризации, воздействуя на реакционную смесь ускоренными электронами при значениях поглощенной дозы от 10 до 100 кГр в центробежном поле не менее 500 оборотов в минуту.
4. Область с расширенным внутренним объемом для детектирования - проточная ячейка получается без полимерного слоя, как описано в патенте RU 2446390 [6], где описан способ изготовления оптического окна детектирования в монолитной кварцевой капиллярной колонке, за счет изолирования участка капилляра в месте окна детектирования при инициировании радикальной полимеризации в кварцевом капилляре электронно-лучевой обработкой.
5. Регулировка объема расширенной области в капиллярной проточной ячейке осуществляется путем изменения площади изолирования участка капилляра.
6. Если место детектирования «окно» проточной ячейки непроницаемо для оптического детектирования, то в месте на проточной ячейке, предназначенном для окна оптического детектирования, производится удаление полиимидного покрытия, описанного в заявке №2008145005 от 05.11.2008, где удаление внешнего полиимидного покрытия осуществляется каплями нагретой концентрированной серной кислотой в месте окна детектирования, при одновременной промывке капиллярной колонки охлаждающей жидкостью (либо газом или смесью жидкость-газ).
Пример. 1
Капиллярная проточная ячейка для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 100 мкм изготавливается следующим образом.
1. Кварцевый капилляр с внутренним диаметром 200 мкм и длиной 70-100 мм последовательно промывают:
1.1. 1 М NaOH в 30% изопропаноле 20 объемами.
1.2. 1 М NaOH 50 объемами.
1.3. Дистиллированной водой 50 объемами.
1.4. 1 М HCl объемами.
1.5. Дистиллированной водой 50 объемами.
1.6. Раствором в 1% уксусной кислоте 50 объемами.
1.7. 2%-ным раствором метакрилоксипропил-триметоксисилана в 1% уксусной кислоте 50 объемами.
1.8. 50% раствором ацетонитрила 30 объемами.
1.9. Дистиллированной водой 50 объемами.
1.10. Реакционной смесью (РС) бутилметакрилата - 10%, этиленгликольдиметакрилата - 10% в формамиде 100 объемами.
2. Заполнить PC капилляр и герметизировать на концах.
3. Изолируют зону окна оптического детектирования необходимого размера от воздействия энергии ускоренных электронов металлической фольгой шириной от 3 мм до 7 мм.
4. Закрепляют капилляр в любом устройстве способном осуществлять вращение капилляра вдоль его оси со скоростью не менее 500 оборотов в минуту.
5. Обеспечить вращение капилляра со скоростью не менее 500 оборотов в минуту и инициировать радикальную полимеризацию воздействием ускоренных электронов в атмосфере воздуха при поглощенной дозе 50 кГр.
6. Обрезать за герметизированные концы капилляра и последовательно промыть 50% раствором ацетонитрила 30 объемами и дистиллированной водой 50 объемами.
7. Сушить в потоке воздуха или азота (технический) 20 мин при температуре 22-25°С.
8. При необходимости удалить внешнее полиимидное покрытие в месте окна детектирования обработкой нагретым до температуры не менее +130°С раствором концентрированной серной кислоты капельным путем при одновременном пропускании охлаждающей жидкости с температурой не более +6°С.
9. Обрезать концы полученной капиллярной проточной ячейки до необходимой длины и соединить с разделительным капилляром соединительной системой типа СУПЕЛКО.
В результате получили капиллярную проточную ячейку с возможностью регулировки объема расширенной области и длиной оптического пути 200 мкм, для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 100 мкм.
Пример 2
Капиллярная проточная ячейка для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 50 мкм изготавливается следующим образом.
1. Кварцевый капилляр с внутренним диаметром 200 мкм и длиной 70-100 мм последовательно промывают:
1.1. 1 М NaOH в 30% изопропаноле 20 объемами.
1.2. 1 М NaOH 50 объемами.
1.3. Дистиллированной водой 50 объемами.
1.4. 1 М HCl объемами.
1.5. Дистиллированной водой 50 объемами.
1.6. Раствором в 1% уксусной кислоте 50 объемами.
1.7. 2%-ным раствором метакрилоксипропил-триметоксисилана в 1% уксусной кислоте 50 объемами.
1.8. 50% раствором ацетонитрила 30 объемами.
1.9. Дистиллированной водой 50 объемами.
1.10. Реакционной смесью (РС) глицидилметакрилата 15%, этиленгликольдиметакрилата - 15% в формамиде 100 объемами.
2. Заполнить PC капилляр и герметизировать на концах.
3. Изолируют зону окна оптического детектирования необходимого размера от воздействия энергии ускоренных электронов металлической фольгой шириной от 3 мм до 5 мм.
4. Закрепляют капилляр в любом устройстве способном осуществлять вращение капилляра вдоль его оси со скоростью не менее 500 оборотов в минуту.
5. Обеспечить вращение капилляра со скоростью не менее 500 оборотов в минуту и инициировать радикальную полимеризацию воздействием ускоренных электронов в атмосфере воздуха при поглощенной дозе 50 кГр.
6. Обрезать за герметизированные концы капилляра и последовательно промыть 50% раствором ацетонитрила 30 объемами и дистиллированной водой 50 объемами.
7. Сушить в потоке воздуха или азота (технический) 20 мин при температуре 22-25°С.
8. При необходимости удалить внешнее полиимидное покрытие в месте окна детектирования обработкой нагретым до температуры не менее +130°С раствором концентрированной серной кислоты капельным путем при одновременном пропускании охлаждающей жидкости с температурой не более +6°С.
9. Обрезать концы полученной капиллярной проточной ячейки до необходимой длины и соединить с разделительным капилляром соединительной системой типа СУПЕЛКО.
В результате получили капиллярную проточную ячейку с возможностью регулировки объема расширенной области и длиной оптического пути 200 мкм, для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 50 мкм.
Пример. 3
Капиллярная проточная ячейка для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 25 мкм изготавливается следующим образом.
1. Кварцевый капилляр с внутренним диаметром 100 мкм и длиной 70-100 мм последовательно промывают:
1.1. 1 М NaOH в 30% изопропаноле 20 объемами.
1.2. 1 М NaOH 50 объемами.
1.3. Дистиллированной водой 50 объемами.
1.4. 1 М HCl объемами.
1.5. Дистиллированной водой 50 объемами.
1.6. Раствором в 1% уксусной кислоте 50 объемами.
1.7. 2%-ным раствором метакрилоксипропил-триметоксисилана в 1% уксусной кислоте 50 объемами.
1.8. 50% раствором ацетонитрила 30 объемами.
1.9. Дистиллированной водой 50 объемами.
1.10. Реакционной смесью (РС) бутилметакрилата - 15%, этиленгликольдиметакрилата - 15% в формамиде 100 объемами.
2. Заполнить PC капилляр и герметизировать на концах.
3. Изолируют зону окна оптического детектирования необходимого размера от воздействия энергии ускоренных электронов металлической фольгой шириной от 3 мм до 5 мм.
4. Закрепляют капилляр в любом устройстве способном осуществлять вращение капилляра вдоль его оси со скоростью не менее 500 оборотов в минуту.
5. Обеспечить вращение капилляра со скоростью не менее 500 оборотов в минуту и инициировать радикальную полимеризацию воздействием ускоренных электронов в атмосфере воздуха при поглощенной дозе 50 кГр.
6. Обрезать за герметизированные концы капилляра и последовательно промыть 50% раствором ацетонитрила 30 объемами и дистиллированной водой 50 объемами.
7. Сушить в потоке воздуха или азота (технический) 20 мин при температуре 22-25°С.
8. При необходимости удалить внешнее полиимидное покрытие в месте окна детектирования обработкой нагретым до температуры не менее +130°С раствором концентрированной серной кислоты капельным путем при одновременном пропускании охлаждающей жидкости с температурой не более +6°С.
9. Обрезать концы полученной капиллярной проточной ячейки до необходимой длины и соединить с разделительным капилляром соединительной системой типа СУПЕЛКО.
В результате получили капиллярную проточную ячейку с возможностью регулировки объема расширенной области и длиной оптического пути 100 мкм, для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 25 мкм.
Пример 4
Капиллярная проточная ячейка для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 25 мкм изготавливается следующим образом.
1. Кварцевый капилляр с внутренним диаметром 200 мкм и длиной 70-100 мм последовательно промывают:
1.1. 1 М NaOH в 30% изопропаноле 20 объемами.
1.2. 1 М NaOH 50 объемами.
1.3. Дистиллированной водой 50 объемами.
1.4. 1 М HCl объемами.
1.5. Дистиллированной водой 50 объемами.
1.6. Раствором в 1% уксусной кислоте 50 объемами.
1.7. 2%-ным раствором метакрилоксипропил-триметоксисилана в 1% уксусной кислоте 50 объемами.
1.8. 50% раствором ацетонитрила 30 объемами.
1.9. Дистиллированной водой 50 объемами.
1.10. Реакционной смесью (РС) глицидилметакрилата 20%, этиленгликольдиметакрилата - 15% в формамиде 100 объемами.
2. Заполнить PC капилляр и герметизировать на концах.
3. Изолируют зону окна оптического детектирования необходимого размера от воздействия энергии ускоренных электронов металлической фольгой шириной 3 мм.
4. Закрепляют капилляр в любом устройстве способном осуществлять вращение капилляра вдоль его оси со скоростью не менее 500 оборотов в минуту.
5. Обеспечить вращение капилляра со скоростью не менее 500 оборотов в минуту и инициировать радикальную полимеризацию воздействием ускоренных электронов в атмосфере воздуха при поглощенной дозе 50 кГр.
6. Обрезать за герметизированные концы капилляра и последовательно промыть 50% раствором ацетонитрила 30 объемами и дистиллированной водой 50 объемами.
7. Сушить в потоке воздуха или азота (технический) 20 мин при температуре 22-25°С.
8. При необходимости удалить внешнее полиимидное покрытие в месте окна детектирования обработкой нагретым до температуры не менее +130°С раствором концентрированной серной кислоты капельным путем при одновременном пропускании охлаждающей жидкости с температурой не более +6°С.
9. Обрезать концы полученной капиллярной проточной ячейки до необходимой длины и соединить с разделительным капилляром соединительной системой типа СУПЕЛКО.
В результате получили капиллярную проточную ячейку с длиной оптического пути 200 мкм, для разделительного капилляра или капиллярной колонки с внутренним диаметром 25 мкм.
Источники
1. US 6281975 B1
2. US 5057216
3. EP 0396163 A3
4. US 5061361 A
5. Chervet J.P., Van Soest R.E.J., Ursem M. LC Packings. Technical Communication, San Francisco, CA, 1990. 120 p.
6. RU 2446390
7. № 2008145005 от 05.11.2008