Способ изготовления капиллярных колонок
CAPILLARY COLUMN MANUFACTURING METHOD

Способ относится к аналитической химии и применяется в газовой хроматографии. Газо-адсорбционные капиллярные колонки используются для эффективного газохроматографического анализа сложных смесей природного и техногенного происхождения в различных отраслях промышленности: химической, нефтяной, газовой, нефтехимической, металлургии, медицине, экологии и др. Возможности газовой хроматографии могут быть существенно расширены при использовании капиллярных колонок. Колонки этого типа термически стабильны, сочетают высокие селективные свойства по отношению к различным смесям и высокую эффективность разделения, позволяют успешно решать некоторые аналитические задачи по разделению оптически активных веществ в широком диапазоне температур. Способ нанесения на внутреннюю поверхность капиллярных колонок неподвижных фаз (хиральных конгломератов) осуществляется динамическим методом. В качестве слоя адсорбента для нанесения на внутреннюю стенку капиллярной колонки используют хиральные конгломераты, которые обладают энантиоселективностью по отношению к различным классам оптически активных веществ.
Известны различные способы получения газо-адсорбционных капиллярных колонок, в которых слой неподвижной фазы на внутренней стенки капиллярной колонки осуществляют различными методами (см. Руденко Б.А. Капиллярная хроматография. М.: Наука, 1978. С.66-109).
Стоит отметить, что получение газо-адсорбционных капиллярных колонок является нелегкой задачей, так как не всегда удается полностью заполнить капиллярную колонку той или иной неподвижной фазой, используя устройство для заполнения капиллярных колонок, также множество работ используют сложнейшие установки для заполнения таких колонок, которые представляют собой дорогостоящее оборудование.
Наиболее близким по способу нанесения неподвижных фаз по совокупности существенных признаков является способ получения газо-адсорбционных капиллярных колонок, при котором слой неподвижной фазы наносится на внутреннюю поверхность капиллярной колонки динамическим методом, дозированием порции диспергированного в жидкости адсорбента с последующим удалением этой жидкости инертным газом (см. Березкин В.Г. // Успехи химии, 1996. Т. 65. №11. С. 991-1011).
Недостатками известных способов и устройств является сложность формирования однородного слоя адсорбента на внутренней поверхности капиллярной колонки динамическим методом из потока жидкого раствора. Это связано с изменением параметров течения жидкого раствора и условий испарения летучего растворителя в процессе заполнения капиллярной колонки, а также малая изученность свойств самих капиллярных колонок.
Задачей является создание способа изготовления капиллярных колонок, при котором нанесение неподвижных фаз на внутреннюю поверхность капилляра будет наиболее удобным, а покрытие внутренней стенки капилляра -ровным и однородным.
Эта задача решается заявляемым способом изготовления капиллярных колонок, включающем винилизацию капиллярной колонки с использованием сушки в сушильном шкафу, нанесение слоя неподвижной фазы на внутреннюю поверхность капиллярной колонки, при этом способ включает дополнительное нанесение клейстера перед нанесением неподвижного слоя, а винилизацию, нанесение клея и неподвижной фазы производят с использованием переходника.
Способ реализуется следующим образом:
1. Изготовление переходника на капиллярную колонку. В качестве насадки на капиллярную колонку, для последующих работ с ней используют переходник (фиг. 1, где 1 - шприц, 2 - блоки термоусадочных трубок, 3 - капиллярная колонка). Переходник который представляет собой медицинский шприц без иглы, две съемные, насаженные друг на друга термоусадочные трубки длиной 15-20 мм. Одна трубка приходится на шприц. Процесс термоусадки происходит очень быстро - достаточно нагреть трубку до нужной температуры, и потом просто подождать, когда она остынет до комнатной температуры. Используя поток теплого воздуха, одним концом трубка сжимается и насаживается плотно на шприц. Вторая трубка одним концом приходится на предыдущий блок со шприцом, другим концом на капиллярную колонку диаметром 0,530 мм, термоусаживается под действием нагрева. Две съемные трубки необходимы для удобства последующего промывания колонки.
2. Винилизация капиллярной колонки. Внутреннюю поверхность капилляра обрабатывают с использованием модифицированной процедуры. Капилляр из плавленого кварца промывают ацетоном, а затем водой, используя переходник. В шприц набирают ацетон, первую порцию аликвоты выливают в слив. В шприц набирают новую порцию ацетона, подсоединяют между собой шприц и колонку при помощи 2-х блоков термоусадки и промывают колонку до тех пор, пока с другого конца не начнет выходить жидкость. После, тоже самое проделывают с водой.
Важным этапом винилизации служит сушка капиллярной колонки в сушильном шкафу при температуре 60-70°С в течение 40 минут. Максимально допустимая температура сушильного шкафа варьируется от 60-70°С, что для колонки является приемлемой температурой. Сушильный шкаф используют для испарения воды с внутренней площади поверхности капиллярной колонки. Длительность нахождения колонки внутри сушильного шкафа нежелательна для того, чтобы колонка не перегревалась, и последующие процедуры можно было бы производить оптимально быстро по мере остывания колонки. После промывки колонки водой, ее оставляют сушить в сушильном шкафу на 40 минут при температуре 60-70°С. Затем используют ту же методику промывания с 0,2 М раствором NaOH. Далее колонку оставляют сушить в сушильном шкафу на 40 минут при температуре 60-70°С. Все последующие промывания осуществлялись с использованием переходника.
По истечении этого времени капилляр промывают деионизированной водой. Оставляют в сушильном шкафу на 40 минут при температуре 60-70°С. 0,2 М Раствор НСl пропускают через капиллярную колонку. Затем капилляр промывают деионизированной водой. Оставляют в сушильном шкафу на 40 минут при температуре 60-70°С до полного высыхания капилляра. За этим следовало промывание внутренней поверхности капилляра этанолом. Колонку считают подготовленной для нанесения неподвижных фаз.
3. Нанесение клейстера. На очищенную колонку наносят клейстер (связующее звено между капиллярной колонкой и последующей нанесенной неподвижной фазой, которая представляет собой хиральный конгломерат, на ее внутренней поверхности). В качестве клейстера используют синтезированный центрифугированный диангидрид перилен-3,4,9,10-тетракарбоновой кислоты в растворе толуола с 3-аминопропилтриэтоксисиланом и гексаметилдисилазаном, который раннее использовался в качестве красителя (см. Семенов В.В., Золотарева Н.В., Ладилина Е.Ю., Лермонтова С.А., Клапшина Л.Г., Григорьев И.С., Лопатин М.А., Кириллов А.И., Куликова Т.И., Домрачев Г.А. Реакция диангидрида перилен-3,4,9,10-тетракарбоновой кислоты с 3-аминопропилтриэтоксисиланом и гексаметилсилазаном // Журн. общ. Химии, 2011. Т. 81. №7. С. 1148-1158).
Клейстер представляет собой по консистенции тягучую жидкость кровяного цвета. При нанесении клейстера также используют переходник. После, колонку оставляют сушить в печи при температуре 60-70°С около 3 часов.
4. Приготовление неподвижной фазы. В качестве неподвижной фазы на капиллярной колонке используют приготовленную перилен-3,4,9,10-тетракарбоновую кислоту. Перилен-3,4,9,10-тетракарбоновую кислоту синтезируют в лаборатории. Для этого используют 500 мг PTCDA (перилен-3,4,9,10-тетракарбоновый диангидрид), растворяя его в 100 мл NaOH 0,1 М. Подсоединяют обратный холодильник к круглодонной колбе, с имеющимся раствором внутри. В колбу помещают несколько стеклянных шариков диаметром 3 мм для того, чтобы достичь созревания Виэдмы. Колбу устанавливают на мешалку при интенсивном перемешивании, при температуре Т=165-175°С. Синтез проводят в течение 12 часов. Раствор изменил окраску с флуоресцирующего красного на насыщенный желтый. По истечению времени, раствор оттитровывают НСl (к) при перемешивании, без нагрева до выпадения хлопьев ярко-морковного цвета.
5. Нанесение неподвижной фазы на капиллярную колонку, с нанесенным клейстером. Колонку промывают перилен-3,4,9,10-тетракарбоновой кислотой около часа, используя переходник. Оставляют сушить в сушильном шкафу в течение 3 часов.
6. Контроль качества. Для контроля качества работы при помощи скальпеля нарезают несколько кусочков колонки. Исследуемые материалы капиллярной колонки направляют в Институт проблем сверхпластичности металлов РАН. Посредством метода растровой электронной микроскопии на исследуемые образцы предварительно было нанесено токопроводящее покрытие в виде пленки металла. При помощи микроскопа Tescan Mira 3 LMH обнаружено, что произошло взаимодействие РТСА (перилен-3,4,9,10-тетракарбоновой кислоты) и материала капилляра, в результате чего аморфная структура материала капилляра перешла в поликристаллическое состояние.
Изображения (фиг. 2 и фиг. 3) двух срезов на концах капиллярной колонки показывают, что толщина срезов одинаковая, это свидетельствует о том, что нанесение клейстера и перилен-3,4,9,10-тетракарбоновой кислоты на внутреннюю стенку капилляра было равномерным. Таким образом, анализ показывает, что структура образца перешла в поликристаллическое состояние, а также слой неподвижной фазы имеет равномерное нанесение по внутренней стенке капиллярной колонки.