ИНТЕРФЕЙСНЫЙ ИНЖЕКТОР ДЛЯ ПРЯМОЙ СТЫКОВКИ ЖИДКОСТНОГО ХРОМАТОГРАФА С ГАЗОВЫМ ХРОМАТОГРАФОМ
INTERFACE INJECTOR FOR DIRECT INTERFACING LIQUID CHROMATOGRAPH WITH GAS CHROMATOGRAPH

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области измерительных систем в аналитической химии, и более конкретно к области приспособлений, позволяющих непосредственно соединять жидкостный хроматограф с газовым хроматографом.
Уровень техники
Использование непосредственного соединения приборов высокоэффективной жидкостной хроматографии с приборами газовой хроматографии оказывается очень полезным при анализе комплексных смесей. Преимущества использования такой многомерной системы сосредотачиваются главным образом на возможности комбинирования потенциала жидкостной хроматографии, как способа пробоподготовки, с потенциалом газовой хроматографии в отношении аналитических характеристик системы (Grob, К On-Line Coupled LC-GC. Huthig, Heidelberg, Germany, 1991; Mondello, L; Dugo, G.; Bartle, KD. J. Microcol. Sep. 1996, 8, 275-310). Следовательно, можно реализовать методы анализа, не требующие традиционных процессов пробоподготовки, которые, будучи трудоемкими и ненадежными, имеют тот недостаток, что обуславливают использование загрязняющих органических растворителей в сравнительно больших объемах.
Особенно проблематичным аспектом в связи с использованием прямой стыковки жидкостного хроматографа с газовым хроматографом являются технические характеристики интерфейса (устройства сопряжения), необходимые для осуществления такой стыковки. Этот аспект отражается в трудности сделать совместимыми две, по существу, разные системы, у которых рабочие параметры существенным образом различаются. Первоначально разработанные интерфейсы позволяли использовать только нормальную фазу в предварительном разделении, выполняемом жидкостями, поскольку в этом случае малые объемы парообразования, создаваемые во время переноса, не приводят ни к каким дополнительным затруднениям. Именно поэтому были сконструированы и используются различные интерфейсы (автоматический пробоотборник, устройство непосредственного ввода пробы в колонку, пробоотборник петлевого типа), позволяющие выполнять прямое соединение между жидкостным хроматографом, работающим с нормальной фазой, и газовым хроматографом (Grob, К.J. Chromatogr. A 1995, 703, 265-76; Vreuls, J.J.; de Jong, G.J.; Ghijsen, R.T.; Brinkman, U.A.Th. J. AOAC. Int. 1994, 77, 306-27).
Тем не менее во многих случаях необходимо прибегать к использованию обращенной фазы на стадии жидкостной хроматографии для того, чтобы достичь определенного разделения и, следовательно, расширения области применения прямой стыковки жидкостной хроматографии и газовой хроматографии, для чего требуется разработка подходящих интерфейсов, чтобы установить прямую связь между жидкостной хроматографией с обращенной фазой и газовой хроматографией (Senorans, F.J.; Villen, J; Tabera, J.; Herraiz, M. J. Agric. Food Chem. 1998, 46, 1028-27. Villen, J; B1anch, G.P.; Ruiz of the Castillo, M.L; Herraiz, M.J.Agric. Food Chem. 1998, 46, 1027-31). С этой целью на протяжении нескольких последних лет был предложен целый ряд систем (зона удерживания, сопутствующее испарение растворителя, открытая трубчатая ловушка и т.д.) (Grob, К. J. Chromatogr. А 1995, 703, 265-76; Vreuls, J.J.; de Jong, G.J.; Ghijsen, R.T.; Brinkman, U.A. Th. J. AOAC. Int. 1994, 77, 306-27), хотя ограничения, сопряженные с использованием полярных элюентов (в основном большие объемы испарения, создаваемые во время переноса, и трудность соответствующего фокусирования хроматографического диапазона), мешали разрабатывать интерфейсы, удовлетворяющие требованиям в отношении простоты конструкции, надежности, универсальности и возможности автоматизации.
В заявке на патент WO 99/061127, соответствующей патентному документу США №6402947-В1, содержание которого приводится здесь в качестве ссылки, описывается интерфейсное устройство для непосредственной связи жидкостного хроматографа с газовым хроматографом, причем конструкция этого устройства основана на фундаментальной схеме инжектора, оборудованного испарителем с программируемой температурой (PTV), модифицированного таким образом, что стало возможным использовать его для непосредственной связи жидкостного хроматографа, работающего с нормальной фазой или с обращенной фазой, с газовым хроматографом, и при этом вводить в газовый хроматограф большие объемы пробы. Такое интерфейсное устройство включает в состав конструкции наружный корпус, имеющий первую торцевую часть, вторую торцевую часть, промежуточную секцию между упомянутыми торцевыми частями и внутреннюю полость, разделенную на первую внутреннюю камеру и вторую внутреннюю камеру, а также внутреннюю трубку, расположенную в упомянутой внутренней полости. Указанная внутренняя трубка имеет первую секцию, расположенную в первой внутренней камере, вторую секцию, расположенную во второй внутренней камере, конец первой секции в первом торце с первым отверстием, и конец второй секции во втором торце, а также внутренний канал для размещения адсорбирующего материала, расположенного между двумя «пробками» из неорганической ваты, такой, например, как стекловата. Первая секция внутренней трубки соединена с отводной трубкой для отходов. Корпус инжектора также содержит разделительный элемент, охватывающий внутреннюю трубку и разделяющий внутреннюю полость на первую внутреннюю камеру и вторую внутреннюю камеру. Кроме того, это устройство содержит систему для отбора фракции жидкостной хроматографии и направления ее во внутреннюю трубку посредством первого трубопровода, входящего в эту трубку своим свободным концом, и первый клапан, соединенный с противоположным концом первого трубопровода, а также систему отвода для выпуска фракции жидкостной хроматографии во внутреннюю трубку.
Эта система отвода предназначена для предотвращения попадания фракции жидкостной хроматографии в газохроматографическую колонку, когда устройство работает в адсорбционном режиме. С этой целью свободный конец первого трубопровода остается внутри внутренней трубки, а второй трубопровод, связанный с газохроматографической колонкой, проходит во внутреннюю трубку выше первого трубопровода так, что он заканчивается ближе к адсорбирующему материалу, чем свободный конец первого трубопровода. Кроме того, указанная система отвода включает в себя первый газоприемный вход для впуска газа под давлением в первую внутреннюю камеру наружного корпуса и систему откачки растворителя, содержащую выпускной клапан, подсоединенный к отводной трубке для удаления отходов, причем этот выпускной клапан закрыт, когда система работает в десорбционном режиме, и открыт, когда система работает в адсорбционном режиме, а также включает в себя гидравлическую систему для газов, содержащую приборы для снижения давления, приборы для открытия и закрытия потока и клапаны для регулирования расхода, подсоединенные к упомянутому первому газоприемному входу, ко второму газоприемному входу и к газовому баллону, содержащему сжатый газ для обеспечения подачи вышеупомянутого потока газа под давлением.
Было выявлено, что устройство интерфейсного инжектора, представленного в документе WO 99/061127, имеет целый ряд недостатков, хотя и позволяет эффективно изменять систему анализа посредством прямой стыковки жидкостного хроматографа с газовым хроматографом, работающим в адсорбционном режиме и в десорбционном режиме. Таким образом, в ходе стадии адсорбции, когда открыт выпускной клапан, подсоединенный к трубке для удаления отходов, в первой камере возникает избыточное давление вследствие постепенной закупорки трубки частицами неорганической ваты, переносимыми потоком испаренного растворителя и потоком газа, причем это избыточное давление вызывает резкое снижение чувствительности анализа. Эти частицы неорганической ваты возникают вследствие трения о торец трубки, который упирается в «пробку» из упомянутого материала, расположенную между адсорбирующим материалом и первым отверстием в первом торце внутренней трубки. С другой стороны, отщепление указанных частиц неорганической ваты также приводит к постепенно нарастающему препятствию работе упомянутого выпускного клапана и, следовательно, к соответствующим неисправностям.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение решает задачу устранения вышеупомянутых недостатков за счет выполнения интерфейсного инжектора для прямой стыковки жидкостного хроматографа с газовым хроматографом, который в состоянии работать в адсорбционном режиме и в десорбционном режиме и включает в состав конструкции следующие компоненты:
наружный корпус, имеющий первую торцевую часть, вторую торцевую часть, промежуточную секцию между упомянутыми торцевыми частями и внутреннюю полость, в которой имеются первая внутренняя камера и вторая внутренняя камера;
по меньшей мере, один первый проход из первой камеры в трубку для удаления отходов, и, по меньшей мере, один второй проход из второй камеры наружу корпуса инжектора;
внутреннюю трубку, расположенную в упомянутой внутренней полости;
разделительный элемент, охватывающий внутреннюю трубку и разделяющий внутреннюю полость на упомянутую первую внутреннюю камеру и упомянутую вторую внутреннюю камеру;
внутреннюю трубку, имеющую первую секцию, расположенную в первой внутренней камере, вторую секцию, расположенную во второй внутренней камере, причем указанная первая секция оканчивается в первом торце первым отверстием, а указанная вторая секция оканчивается во втором торце вторым отверстием, при этом во внутреннем канале, проходящем между упомянутым первым и упомянутым вторым отверстиями, размещаются, по меньшей мере, один абсорбирующий материал и, по меньшей мере, один материал неорганической ваты, расположенный в первой секции внутренней трубки, и эта первая секция внутренней трубки соединена с трубопроводом для отвода отходов;
в котором
первый конец внутренней трубки имеет удерживающее средство для задержания материала неорганической ваты,
первое отверстие внутренней трубки соединено с первым проходом в трубку для отвода отходов только через первую внутреннюю камеру.
Такая конструкция позволяет удерживать «пробку» материала неорганической ваты такого, как стекловата, исключая необходимость контакта с трубкой для отвода отходов, и поэтому отсутствует трение между упомянутой трубкой и упомянутым материалом. С другой стороны, то обстоятельство, что первая внутренняя камера помещена между первым проходом в трубку для отвода отходов и первым отверстием внутренней трубки и поскольку эта трубка для отвода отходов может иметь такой же диаметр, как и упомянутая камера, обуславливает то, что частицы упомянутого материала не могут мешать трубке для отвода отходов или выпускному клапану, расположенному в упомянутой трубке.
В соответствии с настоящим изобретением указанное удерживающее средство может представлять собой окклюзивный вкладыш, в который помещают упомянутое первое отверстие, имеет диаметр, меньший, чем диаметр внутренней трубки, либо такое средство может быть сформовано в виде постепенно сужающегося внутреннего объема первого торца в направлении к упомянутому первому отверстию, причем упомянутое первое отверстие выполнено на конце сужающегося первого торца внутренней трубки, например, путем создания усеченно-конической его конфигурации.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения делительный элемент и первая внутренняя камера выполнены в виде съемного элемента, который неподвижно фиксируется в упомянутой первой торцевой части корпуса инжектора. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения делительный элемент, в свою очередь, может быть представлен первым съемным элементом, а первая внутренняя камера может быть представлена во втором съемном элементе, причем упомянутый первый и упомянутый второй съемные элементы находятся в контакте и зафиксированы в упомянутой первой торцевой части корпуса инжектора. Делительный элемент может иметь, например, кольцеобразную форму с первым скошенным краем, а второй съемный элемент может быть цилиндрическим со вторым скошенным краем, при этом упомянутые скошенные края имеют комплементарные конфигурации так, что обеспечивается плотное их прилегание при контакте друг с другом.
Согласно настоящему изобретению конструкция устройства интерфейсного инжектора может включать первый газовый вход в первую внутреннюю камеру и/или второй газовый вход во вторую внутреннюю камеру. Это устройство может также содержать первый трубопровод, который может быть соединен с газохроматографическим прибором, и второй трубопровод, который может быть соединен с прибором жидкостной хроматографии, при этом упомянутые трубопроводы проходят во внутренний канал во второй секции внутренней трубки через второй конец этой внутренней трубки. Предпочтительно, чтобы второй трубопровод проходил в упомянутый канал на большую глубину, чем первый трубопровод.
Внутренняя трубка предпочтительно выполнена из инертного материала, например, такого как стекло.
Можно отметить, что настоящее изобретение эффективно устраняет недостатки устройств интерфейсных инжекторов за счет простой и недорогой конструкции, и в то же время его можно включать в систему, представленную в заявке на патент WO 99/061127, не производя существенных изменений в конструкции.
Краткое описание чертежей
Далее будут рассмотрены несколько вариантов осуществления настоящего изобретения, основываясь на прилагаемых чертежах, в которых:
фигура 1 представляет в разрезе вид сбоку устройства интерфейсного инжектора в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фигура 2 представляет в разрезе вид сбоку устройства, соответствующего Фигуре 1, но в котором внутренняя трубка наполнена адсорбирующим материалом, удерживаемым между двумя «пробками» из неорганической ваты;
фигура 3 представляет в разрезе вид сбоку устройства интерфейсного инжектора в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фигура 4 представляет в разрезе вид сбоку устройства интерфейсного инжектора в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;
фигура 5 представляет в разрезе вид сбоку устройства интерфейсного инжектора в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения;
фигура 6 представляет в разрезе вид сбоку устройства интерфейсного инжектора в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения, встроенного в систему для прямой стыковки жидкостного хроматографа с газовым хроматографом;
фигура 7 представляет в разрезе вид площади, отмеченной штрихпунктирной линией на фигуре 5.
На этих фигурах цифровые сноски указывают следующие элементы:
1 - корпус инжектора;
1a - первая торцевая часть;
1b - вторая торцевая часть;
1с - промежуточная секция;
2а - первая внутренняя камера;
2b - вторая внутренняя камера;
3 - первый проход из первой камеры наружу;
4 - второй проход из второй камеры наружу;
5 - внутренняя трубка, расположенная во внутренней полости;
5а - первая секция;
5b - вторая секция;
5с - первый конец;
5d - первое отверстие;
5е - второй конец;
5f - внутренний канал;
5g - второе отверстие;
6 - адсорбирующий материал;
7 - материал неорганической ваты;
8 - трубопровод для отвода отходов;
9 - разделительный элемент;
10а - прикрывающая стенка;
10b - постепенное сужение внутреннего объема первого конца 5с трубки 5;
11 - съемный элемент, фиксируемый в упомянутой первой торцевой части корпуса инжектора;
11а - первый съемный элемент;
11b - второй съемный элемент;
11с - первый скошенный край;
11d - второй скошенный край;
12 - первый газоприемный вход в первую внутреннюю камеру;
12а - вход в наружный корпус;
12b - кольцеобразная камера;
13 - второй газоприемный вход во вторую внутреннюю камеру;
14 - первый трубопровод;
15 - газовый хроматограф;
16 - второй трубопровод;
17 - жидкостный хроматограф;
18 - первая емкость для отходов;
19 - вторая емкость для отходов;
20 - газохроматографический термостат;
21 - многоходовой переключаемый клапан;
22 - баллон с инертным газом;
23 - первый электрически управляемый клапан;
24 - второй электрически управляемый клапан;
25 - третий электрически управляемый клапан;
26 - первое управляющее устройство с регулятором давления и регулятором расхода;
27 - второе управляющее устройство с регулятором давления и регулятором расхода.
Осуществление изобретения
На фигуре 1 изображен первый вариант устройства интерфейсного инжектора в соответствии с настоящим изобретением, включающего в состав конструкции наружный корпус инжектора 1 с первой торцевой частью 1a, второй торцевой частью 1b и промежуточной секцией 1с, расположенной между упомянутыми торцевыми частями 1а и 1b. Внутри корпус 1 имеет полость, разделенную надвое с образованием первой внутренней камеры 2а и второй внутренней камеры 2b. Первая камера имеет первый проход 3, ведущий наружу данного устройства и соединенный с трубопроводом 8 для отвода отходов. Вторая камера, в свою очередь, имеет два прохода 4, выходящих наружу. В указанной внутренней полости установлена внутренняя трубка 5, охваченная разделительной перегородкой 9, окружающей эту внутреннюю трубку и разделяющей внутреннюю полость на первую внутреннюю камеру 2а и вторую внутреннюю камеру 2b.
Внутренняя трубка 5, выполненная из инертного стекла, которое само по себе является традиционным материалом, заключает в себе первую секцию 5а, расположенную в первой внутренней камере 2а, и вторую секцию 5b, расположенную во второй внутренней камере 2b. Первая секция 5а внутренней трубки заканчивается в первом конце 5с отверстием 5d, тогда как ее вторая секция 5b заканчивается во втором конце 5е вторым отверстием 5g. Внутренний канал 5f проходит между первым отверстием 5d и вторым концом 5е указанной трубки 5, причем в этом канале 5f, как изображено на фигуре 2, может быть расположен адсорбирующий материал 6, который сам по себе является традиционным материалом (например, таким как TENAX ТА) и находится между двумя «пробками» из материала неорганической ваты 7, такого, например, каковым является стекловолокно.
Первый конец 5с внутренней трубки 5 имеет удерживающее средство в виде прикрывающей стенки 10а, задерживающее материал неорганической ваты, и в котором имеется первое отверстие 5d, такое, что первое отверстие 5d внутренней трубки 5 связывается с первым проходом 3 исключительно через внутреннюю камеру 2а.
Далее устройство интерфейсного инжектора, показанное на фигурах 1 и 2, содержит первый газоприемный вход 12 в первую внутреннюю камеру 2а и второй газоприемный вход 13 во вторую внутреннюю камеру 2b.
Устройство также имеет первый трубопровод 14, идущий через один из проходов 4 во вторую торцевую часть 1b наружного корпуса, для его соединения с газовым хроматографом 15 (который не показан на фигурах 1-5), и второй трубопровод 16, идущий через другой проход 4 для его соединения с жидкостным хроматографом 17 (который не показан на фигурах 1-5). Трубопроводы 14 и 16 идут во внутренний канал 5f внутренней трубки 5 через второй конец 5е этой трубки. При этом второй трубопровод 16 проникает в упомянутый канал 5f на большую глубину, чем первый трубопровод 14.
Второй вариант осуществления настоящего изобретения, показанный на фигуре 3, отличается от первого варианта, показанного на фигурах 1 и 2, лишь тем, что указанное удерживающее средство может формироваться за счет постепенного сужения 10b внутреннего объема первого конца 5с трубки 5 в направлении к первому отверстию 5d этой трубки 5, причем таким образом, что упомянутое первое отверстие 5d получается на конце сужения 10b, которому придается конфигурация усеченного конуса.
В третьем варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фигуре 4, разделительный элемент 9 и первая внутренняя камера 2а выполнены в виде съемного цилиндрического элемента 11, который неподвижно зафиксирован в первой торцевой части 1а наружного корпуса 1. В этом варианте осуществления настоящего изобретения первый газоприемный вход 12 в первую внутреннюю камеру выполнен через наружный корпус 1 и съемный элемент 11. Трубопровод 8 для отвода отходов связан непосредственно с открытым концом съемного элемента 11, создавая проход 3 из первой камеры 2а наружу.
В четвертом варианте осуществления настоящего изобретения, показанном на фигурах 5 и 7, предлагаемое устройство имеет два съемных элемента: 11а и 11b. В данном изображенном варианте изобретения первый съемный элемент 11а представляет собой кольцеобразный элемент с первым скошенным краем 11с, образующий разделительный элемент, который отделяет первую камеру 2а от второй камеры. Второй съемный элемент 11b, в свою очередь, представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого определена первая камера 2а и который снабжен вторым скошенным краем 11d, комплементарным с первым скошенным краем 11с, на одной из своих торцевых кромок. Первый съемный элемент 11а и второй съемный элемент 11b контактируют друг с другом и неподвижно фиксируются в первой торцевой части 1а корпуса инжектора. Скошенные края 11e, 11d, благодаря имеющимся комплементарным конфигурациям, надежно прилегают друг к другу. Газоприемный вход 12 во внутреннюю полость камеры 2а связан со сходом в корпусе инжектора 12а через кольцеобразное пространство 12b.
На фигуре 6 показано устройство инжектора, изображенного на фигурах 5 и 7, включенного в систему для прямой стыковки жидкостного хроматографа с газовым хроматографом, содержащую первую емкость 18, предназначенную для сбора отходов и подсоединенную к проходу 3, выходящему наружу из первой камеры 2а через трубопровод 8 для отвода отходов. В этом трубопроводе 8 установлен первый электрически управляемый открывающий и закрывающий клапан 23.
Баллон 22 с инертным газом, например гелием, подсоединен к газоприемному входу 12 первой камеры 2а через вход 12а и кольцеобразное пространство 12b. Второй электрически управляемый открывающий и закрывающий клапан 24, а также первое управляющее устройство 26 с регулятором давления и регулятором расхода размещены в соединительном трубопроводе между входом 12а и газовым баллоном 22. В свою очередь, емкость для отходов можно также подсоединить через третий электрически управляемый открывающий и закрывающий клапан 25 вместе со вторым управляющим устройством 27 с регулятором давления и регулятором расхода ко второму входу, ведущему во вторую внутреннюю камеру 2b.
Первый трубопровод 14, выходящий из второй камеры 2b, подсоединен к газовому хроматографу 15, содержащему термостат 20, тогда как второй трубопровод 16 можно выборочно подключать к жидкостному хроматографу 17 и ко второй емкости 19 для сбора отходов через многоходовой переключаемый клапан.