Тонкослойная хроматографическая пластина и способ ее изготовления

 

Изобретение относится к области аналитической химии. Тонкослойная хроматографическая пластина включает слой мелкодисперсного сорбента и подложку. Отличием является то, что в качестве сорбционного слоя используют аморфную пленку триоксида вольфрама с однородной или изменяющейся вдоль пластины структурой пор, полученную путем термического напыления в вакууме, а в качестве подложки используют пластину из прозрачного в ИК-области спектра материала или металлическое зеркало. Способ изготовления тонкослойной хроматографической пластины включает нанесение сорбционного слоя на подложку и отличается тем, что нанесение сорбционного слоя осуществляют путем термического напыления триоксида вольфрама в вакууме под фиксированным углом напыления 0-80^o или при изменении угла напыления от 0 до 80^o, где угол напыления - это угол между нормалью к подложке и молекулярным пучком. Технический результат - повышение информативности хроматографического анализа. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для анализа веществ методом тонкослойной хроматографии.

Известен способ приготовления тонкопленочной хроматографической пластины путем намазывания сорбента на пластинку (в случае густой массы) или поливкой (в случае жидкой суспензии сорбента) [Кибардин С.А., Макаров К.А. Тонкослойная хроматография в органической химии. М. Химия, 1978, с. 15].

Недостатком такой пластины являются их неоднородность по толщине, что снижает качество хроматографического разделения веществ, а также невозможность многократного использования пластины.

Известен способ получения тонкослойной хроматографической пластины путем спекания сорбента на поверхности стекла [Okumura T.J. Chromatogr., 184, 37 (1980)].

Преимущество таких пластинок в том, что после соответствующей регенерации их можно использовать повторно. Недостатком этого способа является невозможность получения однородных по толщине слоев адсорбента.

Наиболее близкой, принятой за прототип, является тонкослойная хроматографическая пластина и способ ее изготовления [SU 1347704 A1, 09.02.95]. Пластина содержит слой мелкодисперсного сорбента, нанесенный на подложку, изолированный от окружающей среды полимерной пленкой, причем покрытие имеет прорези для ввода пробы и подачи элюента. Способ изготовления тонкослойной пластины включает нанесение сорбционного слоя на подложку и покрытие сорбента прозрачным материалом.

Известная пластина обладает следующими недостатками - полимерное покрытие создает определенные трудности для осуществления визуализации хроматографических пятен, т.к. невозможна обработка реагентами (например, марганцевокислым калием) пластины, а также возникают трудности при наблюдении флуоресценции под воздействием ультрафиолетового излучения, поскольку полимерная пленка непрозрачна в ультрафиолетовой области спектра, непрозрачность пластины в ПК-области спектра не позволяет использовать ИК-спектроскопию для изучения химического состава хроматографических пятен.

Задачей настоящего изобретения является получение хроматографической пластины с улучшенными аналитическими возможностями, позволяющей повысить качество хроматографического разделения смесей веществ и увеличение информативности хроматографического метода.

Предлагаемое изобретение позволяет изготовить хроматографическую пластину на основе аморфных пленок триоксида вольфрама, которые прозрачны в дальней инфракрасной области спектра до волновых чисел 900 см^-1, что позволяет с помощью ИК-спектроскопии анализировать химический состав хроматографических пятен. Кроме того способ изготовления пластины позволяет плавно регулировать пористость за счет изменения угла напыления, благодаря чему можно получать хроматографические пластины для градиентной тонкопленочной хроматографии.

В этом состоит технический результат, находящийся в причинно-следственной связи с существенными признаками изобретения.

Существенные признаки: тонкослойная хроматографическая пластина включает слой мелкодисперсного сорбента и подложку, отличием является то, что в качестве сорбционного слоя используют аморфную пленку триоксида вольфрама с однородной или изменяющейся вдоль пластины структурой пор, полученную путем термического напыления в вакууме, а в качестве подложки используют пластину из прозрачного в ИК-области спектра материала или металлическое зеркало.

Способ изготовления тонкослойной хроматографической пластины включает нанесение сорбционного слоя на подложку, отличием является то, что нанесение сорбционного слоя осуществляют путем термического напыления триоксида вольфрама в вакууме под фиксированным углом напыления 0 - 80^o, или при изменении угла напыления от 0 до 80^o, где угол напыления - это угол между нормалью к подложке и молекулярным пучком.

Преимущество использования аморфных пленок WO₃ описано в работе [Гаврилюк А. И., Секушин Н.А. Электрохромизм и фотохромизм в оксидах вольфрама и молибдена. Л.: Наука, 1990, 102 с.]. Особенностью пленок WO₃ является то, что они прозрачны в дальней инфракрасной области спектра до волновых чисел 900 см^-1, что позволяет с помощью ИК-спектроскопии анализировать химический состав адсорбированных молекул.

В зависимости от условий напыления могут быть получены пленки WO₃ с различной структурой пор, влияние на формирование пористости оказывает угол напыления.

Подложки для хроматографических пластин следует изготавливать из прозрачного в инфракрасной области спектра материала, т.к. ИК-спектральный анализ проводят пропусканием излучения через пластину. В качестве подложек можно использовать также металлические зеркала, т.к. в этом случае ИК-спектральный анализ проводят по отражению излучения от пластины.

Для проведения анализа хроматографическую пластину помещают в ИК-спектрометр и осуществляют ее сканирование, т.е. измеряют ИК-спектры на разных участках пластины, при этом определяют химический состав хроматографических пятен прямым методом.

Пластину изготавливали следующим образом.

Брали в качестве подложки прозрачную в ИК-области спектра пластину (например, из KBr) или гладкую металлическую пластину, отшлифованную до зеркального блеска. Помещали подложку в вакуумную камеру и производили термическое напыление с помощью приспособления, изображенного на фиг. 1. Подложку для хроматографической пластины (1) устанавливали с помощью стержней (2) на шарнир (3). Распыление паров WO₃ осуществляли из нагревателя (4). С помощью экранов (5) формировали узкий молекулярный пучок паров триоксида вольфрама. Пленки, напыленные под нулевым углом (нормальное падение молекулярного пучка на подложку) являются микропористыми. При фиксированных углах напыления свыше 30^o пористость начинает плавно увеличиваться и при 60^o образуются пленки WO₃ с мезопористым строением пор с пористостью около 60%, удельной поверхностью - 60 м²/г, поперечным диаметром пор - около 6-10 нм. Термическое напыление под фиксированным углом позволяет получать равномерные по толщине пленки, обладающие оптической однородностью.

При плавном повороте подложки относительно шарнира изменяется место падения молекулярного пучка и угол напыления. В результате на правой части подложки формируется микропористая, а на левой части - мезопористая пленка WO₃. Стартовую линию при разделении смеси необходимо брать в микропористой части пластины. Таким образом изменение угла напыления позволяет получать хроматографические пластины для градиентной тонкопленочной хроматографии с плавным изменением размеров пор вдоль пластины.

На фиг. 2 представлены изотермы адсорбции толуола пленками WO₃, напыленными под углами 0^o (кривая 1) и 60^o (кривая 2), измерения проводились на вакуумных коромысловых весах. Показана первая адсобционная кривая (а), десорбционная кривая (б) и вторая адсорбционная кривая (в). Наблюдается трехкратное увеличение адсорбционной емкости у косонапыленной пленки по сравнению с нормально напыленной. Гистерезис на кривой 2 свидетельствует о мезопористой структуре пор.

Для испытания предлагаемых хроматографических пластин была приготовлена заранее известная смесь янтарной, адипиновой и себациновой кислот, взятых в равных массовых долях. В качестве растворителя использовали смесь бензола, метанола и ледяной уксусной кислоты в пропорции 45:8:4. Перечисленные выше кислоты отличаются лишь длинной молекулы, поэтому их колебательные спектры отличаются в длинноволновой части ИК-диапазона, в области скелетных колебаний молекул.

В качестве подложки использовали стеклянную пластину размером 25 х 75 х 4 мм, на которую предварительно было напылено алюминиевое зеркало. Поверх слоя алюминия была напылена под углом 50 - 60^o пленка WO₃ до толщины 8 мкм. После нанесения испытательной смеси на пластину, ее помещали в хроматографическую кювету, изображенную на фиг. 3. Кювета необходима для удаления из пленки WO₃ воды, которая попадает в поры из воздуха. Хроматографическая пластина (1) со слоем WO₃ (2) и стеклянная пластина таких же размеров (3) были герметично прижаты к резиновому уплотнителю (4). Через резиновый уплотнитель были введены две трубки (5 и 6). По первой в кювету поступал сухой и нагретый до 100^oC азот, а по второй - смесь азота с водой выбрасывалась в атмосферу. Осушку проводили в течение 20 мин. Элюент вводили с помощью микрошприца (7) на нижнюю часть вертикально установленной хроматографической пластины. При этом осуществляли обдув сухим азотом при комнатной температуре.

После высыхания элюента проводили разгерметизацию кюветы и хроматографическую пластину помещали в специальную насадку (фиг. 4), которую затем устанавливали в рабочий канал ИК-спектрометра. Насадка состоит из трех зеркал (1, 2, 3), двух цилиндрических собирающих линз (4, 5) и вертикально установленного препаратоводителя (6), в который зажимали хроматографическую пластину (7). Хроматографическая пластина выполняла функцию зеркала благодаря пленке алюминия между подложкой и адсорбционным слоем. В результате измерения серии ИК-спектров было выявлено три хроматографических пятна. Расшифровка ИК-спектров показала, что нижнее пятно относится к янтарной кислоте, среднее - к адипиновой и верхнее - к себациновой.

Формула изобретения

1. Тонкослойная хроматографическая пластина, включающая слой мелкодисперсного сорбента и подложку, отличающаяся тем, что в качестве сорбционного слоя используют аморфную пленку триоксида вольфрама с однородной или изменяющейся вдоль пластины структурой пор, полученную путем термического напыления, а в качестве подложки используют пластину, прозрачную в ИК-области, или металлическое зеркало.

2. Способ изготовления тонкослойной хроматографической пластины, включающий нанесение сорбционного слоя на подложку, отличающийся тем, что нанесение сорбционного слоя осуществляют путем термического напыления триоксида вольфрама в вакууме под фиксированным углом напыления 0 - 80^o или при изменении угла напыления от 0 до 80°, где угол напыления - это угол между нормалью к подложке и молекулярным пучком.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4