Рефрактометрический детектор с лазерным модулем и хроматографическим трактом в безметаллическом исполнении для жидкостной хроматографии и способ детектирования органических и неорганических веществ рефрактометрическим детектором



Рефрактометрический детектор с лазерным модулем и хроматографическим трактом в безметаллическом исполнении для жидкостной хроматографии и способ детектирования органических и неорганических веществ рефрактометрическим детектором
Рефрактометрический детектор с лазерным модулем и хроматографическим трактом в безметаллическом исполнении для жидкостной хроматографии и способ детектирования органических и неорганических веществ рефрактометрическим детектором
Рефрактометрический детектор с лазерным модулем и хроматографическим трактом в безметаллическом исполнении для жидкостной хроматографии и способ детектирования органических и неорганических веществ рефрактометрическим детектором
Рефрактометрический детектор с лазерным модулем и хроматографическим трактом в безметаллическом исполнении для жидкостной хроматографии и способ детектирования органических и неорганических веществ рефрактометрическим детектором
Рефрактометрический детектор с лазерным модулем и хроматографическим трактом в безметаллическом исполнении для жидкостной хроматографии и способ детектирования органических и неорганических веществ рефрактометрическим детектором
Рефрактометрический детектор с лазерным модулем и хроматографическим трактом в безметаллическом исполнении для жидкостной хроматографии и способ детектирования органических и неорганических веществ рефрактометрическим детектором
Рефрактометрический детектор с лазерным модулем и хроматографическим трактом в безметаллическом исполнении для жидкостной хроматографии и способ детектирования органических и неорганических веществ рефрактометрическим детектором

 


Владельцы патента RU 2589374:

Буряк Алексей Константинович (RU)
Хабаров Виктор Борисович (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) (RU)

Рефрактометрический детектор содержит измерительный оптико-механический блок, включающий оптически связанные источник света, объектив, щелевую диафрагму, проточную кварцевую кювету, призму в виде трапеции с острыми углами 45° для юстировки детектора, плоскопараллельную кварцевую пластину зануления, двухплощадочный фотодиод, а также электронный блок. Две фторопластовые пластины из термообработанного фторопласта установлены в посадочные места верхней и нижней частей металлического корпуса кюветы и наложены на торцы кварцевой кюветы. В металлическом корпусе кюветы выполнены отверстия с резьбой с конусным окончанием и соосно с ними в фторопластовых пластинах выполнены отверстия для протекания элюента через аналитический и сравнительные каналы кюветы и для установки в них фторопластовых капилляров, которые крепятся в металлическом корпусе и крышке кюветы винтами-феррулами. В качестве источника света использован лазерный модуль с монохроматическим световым потоком в виде точки интенсивностью 1 мВт с длиной волны 650 нм. Кварцевая кювета выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда с последовательно расположенными тремя отдельными сквозными каналами, треугольными в поперечном сечении с острым углом 45°. Гипотенузы треугольных сечений первого и третьего каналов кюветы выполнены в непосредственной близости от катетов сечения второго канала и совпадают с ним по длине и ориентации в пространстве. Формирование щели диафрагмы выполнено пластинами из черненой латуни толщиной 50 мкм. Технический результат - повышение чувствительности определения анализируемых органических и неорганических веществ и стабилизации дрейфа нулевой линии. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению хроматографических приборов, в частности к проточным рефрактометрическим детекторам с лазерным модулем в безметаллическом исполнении, и может быть использовано в высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) для детектирования реакционных органических и неорганических соединений при температуре 20-50°С.

К рефрактометрическим детекторам для ВЭЖХ предъявляются следующие требования: высокая чувствительность, широкий диапазон линейности, низкий уровень шума и особенно дрейфа нулевой линии; к конструкции кварцевой кюветы - небольшой детектируемый объем (3-10 мкл), быстрая промываемость хроматографического тракта детектора; при анализе реакционных соединений - отсутствие контакта соединений и элюента с металлическими поверхностями хроматографического тракта детектора [1-8].

Дрейф нулевой линии рефрактометрического детектора в основном зависит от колебания температуры окружающей среды и температуры внутри корпуса детектора. Для уменьшения влияния температуры на дрейф нулевой линии детектора, кварцевая кювета обычно помещается в массивный оптико-механический блок, изготовленный из материалов обладающих большой теплоемкостью (латуни) и используется термостабилизация оптико-механического блока детектора с помощью теплообменника (водяной рубашки), который соединен с термостатом и насосом [8, 9]. Конструкция обеспечивает стабилизацию нулевой линии детектора, но при длительной работе и температуре окружающего воздуха выше 25°С внутри детектора повышается температура, что приводит к увеличению дрейфа и шума нулевой линии детектора.

Известен рефрактометрический детектор для жидкостной хроматографии [7], который имеет такую оптическую схему и конструкцию кварцевой кюветы, которые позволяют проводить детектирование органических и неорганических веществ при высокой чувствительности и стабильной нулевой линии. Система регистрации основана на использовании двухплощадочного фотодиода, имеющего лучшее соотношение сигнал-шум, по сравнению с двумя отдельными фотодиодами.

Рефрактометрический детектор [7] содержит оптически связанные и последовательно расположенные светодиод, телескопическую систему линз, щелевую диафрагму, проточную кварцевую кювету с тремя каналами, двухплощадочный фотодиод. Светодиод имеет диаметр светоизлучающей площадки 30 мкм и излучает полихроматический световой поток с длинной волны 610-760 нм с максимумом 650 нм. Телескопическая система линз состоит из трех последовательно установленных линз, положительной, нейтральной и положительной соответственно. Щелевая диафрагма расположена сразу за телескопической системой линз. Проточная кварцевая кювета изготовлена из трех оптических деталей, скрепленных по технологии глубокого оптического контакта. Двухплощадочный фотодиод выполнен на одном полупроводниковом кристалле методом планарной технологии. Размеры каждой фоточувствительной площадки фотодиода 5×5 мм, расстояние между площадками 50 мкм.

В рефрактометрическом детекторе [7] проточная кварцевая кювета из стекла К-8, выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда с последовательно расположенными тремя отдельными сквозными каналами, треугольными в поперечном сечении, а также двухплощадочный фотодиод, установленный перпендикулярно оптической оси кварцевой кюветы детектора с условием равного распределения энергии падающего света по его площадкам при отсутствии анализируемого вещества в аналитическом канале кюветы. Перед проточной кюветой установлена щелевая диафрагма шириной 1200 мкм для формирования полоски света вдоль оси всех трех каналов кюветы, выполненных в виде прямоугольных треугольников с острым углом 45°, при этом гипотенузы треугольных сечений первого и третьего каналов выполнены в непосредственной близости от катетов сечения второго канала и совпадают с ним по длине и ориентации в пространстве.

Рефрактометрический детектор [7] (фиг. 1) работает следующим образом.

Излучение светового потока светодиода 1 собирается телескопической системой линз 2 в узкий параллельный пучок света, падающий на переднюю грань кюветы под углом 90°. Диафрагма 3 вырезает из круглого сечения пучка, полоску света с направлением, совпадающим с направлением оси каналов 4′, 4″, 4″′, проточной кварцевой кюветы 4. В случае, когда во всех проточных каналах кюветы находится один и тот же хроматографический элюент, световой поток проходит канал 4′, преломляется на большой стороне канала под углом, зависящим от показателей преломления на границе элюент-материал кюветы. Снова преломляясь, световой поток с обратным направлением под таким же углом в проточном канале 4″ попадает на следующую плоскопараллельную пластинку и по тем же правилам преломления проходит канал 4″′. Независимо от показателя преломления используемого хроматографического элюента и температуры жидкости в соответствии с одним из основных законов распространения света направление светового потока с выхода проточной кюветы остается на одной оптической оси с направлением светового потока на входе кюветы. Двухплощадочный фотодиод 5 установлен на некотором расстоянии от выходной грани проточной кварцевой кюветы 4 перпендикулярно оптической оси. Положение фотодиода выбрано таким образом, что энергия падающего светового потока равно распределена на обеих фоточувствительных площадках. При условии включения двухплощадочного фотодиода 5 по дифференциальной схеме, измеряемый ток на выходе равен нулю. Таким образом, независимо от температурных условий, окружающих детектор, нулевая линия остается стабильной. В момент прохождения компонентов анализируемого вещества только через один из каналов направление светового потока на выходе кюветы отклоняется от направления главной оптической оси на угол, пропорциональный изменению показателя преломления в этом канале. Энергетическое равновесие на фоточувствительных площадках фотодиода 5 нарушается пропорционально изменению угла отклонения от оптической оси детектора и, соответственно, также пропорционально изменяется измеряемый ток с фотодиода. Дрейф нулевой линии не превышает 0,1% от полной шкалы детектора за один час измерений.

Конструктивные недостатки рефрактометрического детектора [7]:

- В рефрактометрическом детекторе светодиод со светоизлучающей площадкой диаметром 30 мкм излучает полихроматический световой поток (λ=610-760 нм с максимумом 650 нм) низкой интенсивности, что снижает чувствительность детектора при определении органических и неорганических соединений. Хроматографические пики определяемых органических и неорганических соединений ассиметричны и связано это с тем, что полихроматический световой поток, излучаемый светодиодом, разделяется на призме в кювете и неравномерно распределяется на площадках фотодиода рефрактометрического детектора.

- В детекторе отсутствует призма для юстировки и плоскопараллельная кварцевая пластина зануления, из-за чего невозможно проведение юстировки детектора по эталонным веществам (с известным коэффициентом преломления света) и приводит к детектированию веществ в виде положительного и отрицательного сигнала. Например, мономерная кремниевая кислота детектируется в виде отрицательного сигнала, а полимерные молекулы кремниевой кислоты в виде положительного сигнала [3]. Это не позволяет определять с высокой точностью мономерную кремниевую кислоту в геотермальной воде, используемой на тепловых и электрических станциях.

- Герметизация кварцевой кюветы в корпусе из нержавеющей стали осуществляется прокладкой из фторопласта, толщиной 0.1 мм, при этом анализируемые вещества и элюент контактируют с металлическим корпусом кюветы. Анализируемые методом ВЭЖХ реакционно-способные соединения - олигомеры этоксисилоксанов, мономерная и полимерные молекулы кремниевой кислоты выпадают на поверхности нержавеющей стали в виде диоксида кремния [1-3], что приводит к закупорке аналитического канала рефрактометрического детектора.

- При определении методом ВЭЖХ молекулярно-массового распределения хитозана и содержания примесных соединений в препаратах хитозана используют элюент, содержащий уксусную кислоту, которая вызывает коррозию нержавеющей стали и ионы железа, хрома и никеля реагируют с аминогруппами хитозана, хитозан-хитина и хитозан-белкового комплекса [4], что приводит к искажению результатов анализа препаратов хитозана.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому детектору, выбранным в качестве прототипа, является дифференциальный рефрактометрический детектор RIDK-102 для жидкостной хроматографии [8, 9] (производства Чехословакии).

Рефрактометрический детектор [8, 9] содержит оптически связанные и последовательно расположены: источник света - лампочка с вольфрамовой нитью накала (6 в, 6 ватт); фильтр из стекла синего цвета (пропускает световой поток с λ 450-530 нм); объектив, состоящий из трех линз; щелевая диафрагма шириной 75 мкм выполнена пластинами из нержавеющей стали толщиной 1 мм и расположена между линзами объектива; кварцевая кювета с двумя каналами, крепится пластинами из термообработанного фторопласта 4Д; призма в виде равнобедренной трапеции с острыми углами 45°, плоскопараллельная кварцевая пластина зануления; фотодиод с двумя фоточувствительными площадками (размеры каждой площадки фотодиода 1.875×0.657 мм, расстояние между площадками 125 мкм), установленный перпендикулярно оптической оси кварцевой кюветы детектора с условием равного распределения энергии падающего светового потока по его площадкам при отсутствии анализируемого вещества в аналитическом канале кварцевой кюветы.

В рефрактометрическом детекторе [8, 9] кварцевая кювета выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда с двумя сквозными каналами, имеющие в поперечном сечении прямоугольные треугольники с острым углом 45°, расположенные симметрично общей для обоих каналов большой стороне треугольников. Первый канал кварцевой кюветы аналитический - измеряет показатель преломления анализируемого вещества относительного эталонной жидкости, находящейся во втором канале кюветы.

Призма [8, 9] выполнена в виде равнобедренной трапеции с острыми углами 45° обеспечивает поворот луча света на 180°, прошедшего через кварцевую кювету и его перемещение перпендикулярно оптической оси кюветы по площадкам фотодиода при юстировке рефрактометрического детектора по эталонным веществам.

В рефрактометрическом детекторе [8] для исключения контакта элюента с металлической поверхностью жидкостного тракта, кварцевая кювета крепится между нижней и верхней металлическими крышками, в которые установлены две термообработанные фторопластовые пластины, отшлифованные с одной стороны до зеркальной поверхности, установленные в посадочные места верхней и нижней металлических крышек и наложенные на торцы кварцевой кюветы, отшлифованные до зеркальной поверхности. Металлические шпильки, установленные в нижней металлической крышке и проходящие через сквозные каналы верхней металлической крышки стягиваются гайками и обеспечивают крепление кварцевой кюветы. Для ввода и вывода элюента из аналитического и сравнительного каналов кварцевой кюветы в металлических крышках выполнены четыре отверстия с резьбой и конусным окончанием. Соосно с ними в фторопластовых пластинах выполнены отверстия для протекания элюента через аналитический и сравнительный каналы кварцевой кюветы и отверстия для установки в них подводящих и отводящих фторопластовых капилляров, которые крепятся в металлических крышках винтами-феррулами из полиэтерэтеркетона (ПИИК).

Конструктивным недостатком прототипа [8] является следующее:

- В рефрактометрическом детекторе кварцевая кювета, выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда с двумя сквозными каналами, треугольными в поперечном сечении с углом 45°, не обеспечивает стабильность нулевой линии при температуре воздуха в рабочем помещении выше 20°С, так как происходит повышение температуры внутри детектора за счет тепловой энергии, выделяющейся от элементов электронных схем и лампочки с вольфрамовой нитью накала (6 ватт).

- Низкая чувствительность рефрактометрического детектора при детектировании органических и неорганических веществ и связано это с тем, что вольфрамовая нить накала лампочки (6 в, 6 ватт) излучает полихроматический световой поток недостаточной интенсивности и фильтр из стекла синего цвета пропускает световой поток с длинной волны 450-530 нм уменьшает в 2.5 раза интенсивность светового потока, поступающий на фотодиоды.

- При длительной работе рефрактометрического детектора деформируется в лампочке вольфрамовая нить накала (в виде змейки), что приводит к неравномерности распределения энергии падающего светового потока на фотодиоды и как следствие понижается чувствительность определения органических и неорганических веществ, увеличивается дрейф нулевой линии и детектируются определяемые вещества в виде ассиметричных хроматографических пиков.

- Световой поток, проходящий через щелевую диафрагму, формируется пластинами из нержавеющей стали, толщиной 1 мм, имеют шероховатости и приводит к рассеиванию светового потока, что приводит к увеличению шума нулевой линии детектора.

- Рефрактометрический детектор позволяет проводить анализ только при комнатной температуре и не позволяет проводить анализ при температуре аналитической колонки и измерительного оптико-механического блока 25-50°С.

Технический результат заявленного изобретения - создание рефрактометрического детектора, имеющего такую оптическую схему, которая повышает чувствительность определения методом ВЭЖХ органических и неорганических веществ при сохранении стабильной нулевой линии.

Технический результат достигается тем, что в рефрактометрическом детекторе для жидкостной хроматографии, содержащем: оптически связанные источник света от лазерного модуля (15×8 мм, 3 в, 1 мВт) излучающий монохроматический световой поток - точку диаметром 3 мм с длинной волны 650 нм; объектив; щелевую диафрагму для формирования полоски света вдоль оси трех каналов кварцевой кюветы и для исключения рассеивания светового потока, выполнена пластинами из черненой латуни толщиной 50 мкм; проточную кварцевую кювету с последовательно расположенными отдельными тремя сквозными каналами, треугольными в поперечном сечении с острым углом 45° (фиг. 2 позиции 12′, 12″, 12″′), при этом гипотенузы треугольных сечений первого и третьего каналов кюветы выполнены в непосредственной близости от катетов сечения второго канала и совпадают с ним по длине и ориентации в пространстве; призму в виде равнобедренной трапеции с острыми углами 45° обеспечивает поворот луча света на 180°, прошедшего через кварцевую кювету и его перемещение перпендикулярно оптической оси кюветы по площадкам фотодиода при юстировке детектора по эталонным веществам; плоскопараллельную кварцевую пластину зануления и двухплощадочный фотодиод, установленный перпендикулярно оптической оси кварцевой кюветы с условием равного распределения энергии падающего светового потока по его площадкам при отсутствии анализируемого вещества в аналитическом канале кварцевой кюветы; стабилизированный источник постоянного напряжения (3 В) для питания лазерного модуля; тепловой замкнутый контур, содержащий теплообменники измерительного оптико-механического блока и аналитической колонки, термостат для нагревания воды в контуре и насос для циркуляции воды; измерительный оптико-механический блок детектора изолируют перегородкой от электронного блока; вентилятор для охлаждения воздушным потоком электронного блока детектора.

Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее.

На Фиг. 1 представлен рефрактометрический детектор по патенту №9391 [7] Республики Беларусь, где 1 - светодиод; 2 - телескопическая система линз; 3 - диафрагма; 4 - проточная кварцевая кювета с тремя каналами; 5 - двухплощадочный фотодиод.

На Фиг. 2 представлен оптико-механический блок заявляемого рефрактометрического детектора, где

6 - лазерный модуль (15×8 мм, 3 в, 1 мВт), излучающий монохроматический световой поток в виде точки диаметром 3 мм с длинной волны 650 нм;

7 - объектив;

8-10 - линзы объектива;

11 - диафрагма в виде щели шириной 50-100 мкм выполнена пластинами из черненой латуни, толщиной 50 мкм и расположена между линзами (9, 10) объектива;

12 - проточная кварцевая кювета с тремя сквозными каналами (12′, 12″, 12″′) крепится между пластинами из термообработанного фторопласта в корпусе кюветы 13 из нержавеющей стали с помощью крышки 14 и четырех винтов 15;

16-18 - каналы для крепления капилляров из фторопласта в нижней части корпуса кюветы;

19-21 - каналы для крепления капилляров из фторопласта в верхней части корпуса кюветы;

22 - призма для юстировки детектора по эталонным веществам;

23 - плоскопараллельная кварцевая пластина зануления;

24 - фотодиод с двумя фоточувствительными площадками (размеры каждой площадки фотодиода 1.875×0.657 мм, расстояние между площадками 125 мкм);

25, 26 - патрубки теплообменника измерительного оптико-механического блока детектора.

На фиг. 2 приведен монтаж кварцевой кюветы в латунном корпусе измерительного оптико-механическом блоке рефрактометрического детектора, крепление и герметизация кварцевой кюветы с тремя каналами в безметаллическом исполнении. Проточная кварцевая кювета прямоугольной формы с тремя каналами была изготовлена из оптического стекла К-8 по патенту [7] частным научно-производственным унитарным предприятием «Хромдетект», республика Беларусь. Световой поток сформированный щелевой диафрагмой проходит перпендикулярно оптической оси кварцевой кюветы.

Для работы лазерного модуля дополнительно установлен стабилизированный источник постоянного напряжения 3 в.

Устанавливается кварцевая кювета в измерительный оптико-механический блок, при этом сохраняется теплообменник рефрактометрического детектора и это позволяет проводить анализ методом ВЭЖХ органических веществ при температуре 25-50°С. Для этого к детектору подсоединяют теплообменник аналитической колонки, термостат для нагревания воды и насос для циркуляции воды по тепловому контуру.

Первый канал кварцевой кюветы - аналитический, измеряет показатель преломления анализируемого вещества относительного эталонной жидкости, находящейся во втором и третьем каналах кюветы.

Для исключения контакта элюента и реакционных органических и неорганических веществ с металлической поверхностью жидкостного тракта в детекторе крепление кварцевой кюветы выполнено между пластинами из фторопласта 4Д, которые термообработанны в атмосфере азота для устранения хладотекучести [8]. Пластины из фторопласта, контактирующие с кварцевой кюветой, отшлифованы до зеркальной поверхности, устанавливают в посадочные места корпуса кюветы из нержавеющей стали и накладывают на торцы кварцевой кюветы, отшлифованные до зеркальной поверхности. Болты стягивают корпус кюветы с помощью крышки и четырех болтов и обеспечивают крепление и герметизацию кварцевой кюветы между пластинами из фторопласта. Для ввода и вывода элюента из аналитического и сравнительных каналов кварцевой кюветы, в корпусе кюветы и крышке выполнены шесть отверстий с резьбой и конусным окончанием. Соосно с ними в фторопластовых пластинах выполнены отверстия диаметром 0.3 мм для протекания элюента через аналитический и сравнительные каналы кюветы и отверстия для установки в них подводящих и отводящих фторопластовых капилляров, которые крепятся в корпусе кюветы винтами-феррулами из ПИИК. В пластинах из фторопласта соосно этим каналам выполняют каналы диаметром 1.5 мм на глубину 0.5 мм для крепления трех подводящих и трех отводящих капилляров из фторопласта. При завинчивании винтов-ферул из ПИИК конусная часть уплотняет фторопластовые капилляры, которые также герметизируются в пластинах из фторопласта.

В аналитическом канале и каналах сравнения кварцевой кюветы, подводящие (вн. 0.25 мм) и отводящие (вн. 0.5 мм) капилляры из фторопласта герметизируют в каналах пластин из фторопласта с помощью стандартных винтов-ферулл из ПИИК, которые с помощью резьбы крепятся в металлическом корпусе кюветы и крышке. При завинчивании винтов-ферул из ПИИК конусная часть уплотняет фторопластовые капилляры, которые также герметизируются в пластинах из фторопласта. Герметизация фторопластовых капилляров осуществляется за счет их вдавливания с наружным диаметром 1.59 мм в канал диаметром 1.5 мм пластин из фторопласта.

Насос жидкостного хроматографа соединяют с инжектором капилляром из ПИИК с хроматографической колонкой и аналитическим каналом кварцевой кюветы и через отводящий капилляр элюент поступает в сборник. Два канала сравнения кварцевой кюветы соединяют последовательно и через подводящий фторопластовый капилляр с помощью шприца заполняют элюентом.

Рефрактометрический детектор юстируют по эталонным веществам для детектирования органических и неорганических веществ в виде положительного сигнала. Юстировка детектора проводится по инструкции в соответствии с [9].

Для поддержания заданной температуры колонки и измерительного оптико-механического блока детектора 25-50°С, создан замкнутый контур, состоящий из теплообменников оптико-механического блока и колонки, насоса и термостата, в котором нагревается вода. Соединительные трубки контура и теплообменник колонки покрывают теплоизолирующим материалом - лентой из вспененного полиэтилена.

Изготовлен опытный образец рефрактометрического детектора для ВЭЖХ согласно изобретению и испытан в составе жидкостного хроматографа. Для термостатирования аналитической колонки и детектора в составе контура использовали ультратермостат с насосом, обеспечивающий поддержание температуры 25-50°C с точность ±0,1°С.

Рефрактометрический детектор с лазерным модулем и хроматографическим трактом в безметаллическом исполнении для жидкостной хроматографии работает следующим образом.

В измерительном оптико-механическом блоке детектора монохроматический световой поток от лазерного модуля проходит через объектив, щелевую диафрагму, которая вырезает полоску светового потока с направлением, совпадающим с направлением оси трех каналов проточной кварцевой кюветы. В случае, когда во всех проточных каналах находится один и тот же хроматографический элюент, световой поток проходит первый канал (аналитический), преломляется на большой стороне канала под углом, зависящим от показателей преломления на границе элюент-материал кюветы. Снова преломляясь с обратным направлением под таким же углом во втором проточном канале, попадает на следующую плоскопараллельную пластинку и по тем же правилам преломления проходит третий канал. Независимо от показателя преломления используемого хроматографического элюента и температуры жидкости, в соответствии с одним из основных законов распространения света, направление светового потока с выхода проточной кюветы остается на одной оптической оси с направлением светового потока на входе кварцевой кюветы.

Монохроматический световой поток, сформированный щелевой диафрагмой, проходит через кварцевую кювету, призму, которая поворачивает световой поток на 180°, плоскопараллельную кварцевую пластину зануления и далее на двухплощадочный фотодиод, установленный перпендикулярно оптической оси кварцевой кюветы детектора при условии равного распределения энергии падающего светового потока по его площадкам при отсутствии анализируемого вещества в аналитическом канале кварцевой кюветы.

Высокая чувствительность определения методом ВЭЖХ органических и неорганических веществ на рефрактометрическом детекторе достигается при ширине щели диафрагмы 75 мкм и для исключения рассеивания светового потока, щель диафрагмы выполнена пластинами из черненой латуни, толщиной 50 мкм.

Для детектирования органических и неорганических веществ в виде положительного сигнала, юстируют рефрактометрический детектор по эталонным веществам с коэффициентом преломления света 1.3333-1.4795 по инструкции в соответствии с [9].

Для стабилизации дрейфа нулевой линии при температуре аналитической колонки 25-50°С, измерительный оптико-механический блок рефрактометрического детектора изолируют перегородкой от электронного блока, который принудительно охлаждают воздухом.

Эффективность заявленного технического решения подтверждена экспериментально на нижеследующих примерах.

Пример 1 (прототип). Для анализа водных растворов глюкозы и хлористого калия использовали жидкостный хроматограф, в котором хроматографический тракт выполнен в безметаллическом исполнении. Жидкостный хроматограф включал: рефрактометрический детектор RIDK-102 фирмы Laboratorni pristroje Praha (Чехословакия) [9] с жидкостным трактом из фторопласта с проточной кварцевой кюветой с двумя каналами, ширина диафрагмы 75 мкм [8] и использовании в качестве источника света лампочки с вольфрамовой нитью накала (6 в, 6 ватт). Световой поток от лампочки проходит через фильтр из стекла синего цвета и пропускает световой поток с длинной волны 450-530 нм. Насос фирмы «Knauer» (Германия) с жидкостным трактом из капилляров (вн. 0.25 мм) из ПИИК и инжектор выполнен из ПИИК и фторопласта. Результаты анализа приведены в табл. 1.

Условия анализа: анализ проб 0.2%-х водных растворов глюкозы и хлористого калия проводили без колонки; инжектор с дозирующей петлей из ПИИК с объем 10 мкл; скорость элюента - дистиллированной воды 0.1 мл/мин; температура колонки, инжектора, рефрактометрического детектора 20°С; сигналы детектора записывали через интерфейс с помощью компьютерной программы «Экохром».

Пример 2. Анализ водных растворов глюкозы и хлористого калия проводят аналогично примеру 1 с той разницей, что анализ проводят на рефрактометрическом детекторе при ширине диафрагмы 50 мкм (табл. 1).

Пример 3. Анализ водных растворов глюкозы и хлористого калия проводят аналогично примеру 1 с той разницей, что анализ проводят на рефрактометрическом детекторе при ширине диафрагмы 100 мкм (табл. 1).

Из табл. 1 примеров 1-3 следует, что рефрактометрический детектор юстированный по дистиллированной воде (D=1.3333), детектирует глюкозу и хлористый калий в виде положительного сигнала при чувствительности 8×10-7 ед. рефракции.

Из табл. 1 примеров 1-3 следует, что при использовании в рефрактометрическом детекторе в качестве источника света лампочки с вольфрамовой нитью накала при ширине диафрагмы 50, 75 и 100 мкм и фильтра из стекла синего цвета, высокая чувствительность анализируемых веществ - глюкозы и хлористого калия достигается при ширине диафрагмы 75 мкм.

Пример 4. Анализ водных растворов глюкозы и хлористого калия проводят на жидкостном хроматографе с рефрактометрическим детектором с проточной кварцевой кюветой прямоугольной формы с тремя каналами из стекла К-8 по патенту [7] при ширине диафрагмы 75 мкм и использовании в качестве источника света лазерного модуля, который излучает монохроматический световой поток с длинной волны 650 нм интенсивностью 1 мВт в виде точки диаметром 3 мм (табл. 2). Условия анализа проб по примеру 1.

Пример 5. Анализ водных растворов глюкозы и хлористого калия проводят аналогично примеру 4 с той разницей, что анализ проводят на рефрактометрическом детекторе при ширине диафрагмы 50 мкм (табл. 2).

Пример 6. Анализ водных растворов глюкозы и хлористого калия проводят аналогично примеру 4 с той разницей, что анализ проводят на рефрактометрическом детекторе при ширине диафрагмы 100 мкм (табл. 2).

Из табл. 2 примеров 4-6 следует, что при использовании в рефрактометрическом детекторе в качестве источника света лазерного модуля, излучающий монохроматический световой поток с длинной волны 650 нм интенсивностью 1 мВт в виде точки диаметром 3 мм при ширине диафрагмы 50, 75 и 100 мкм, высокая чувствительность анализируемых веществ - глюкозы и хлористого калия достигается при ширине диафрагмы 75 мкм и высота пиков составляет глюкозы 4060 мв и хлористого калия 6460 мв.

При использовании в рефрактометрическом детекторе в качестве источника света лазерного модуля, излучающий монохроматический световой поток (λ=650 нм) интенсивностью 1 мВт в виде точки, глюкоза и хлористый калий детектируются в виде симметричных пиков и высота пиков анализируемых веществ при ширине диафрагмы 75 мкм по сравнению прототипом -вольфрамовой нитью накала (ширина диафрагмы 75 мкм) выше в 6.4 раз по глюкозе и в 7.3 раз - хлористому калию.

Повышение чувствительности анализируемых веществ на рефрактометрическом детекторе связано с использованием в качестве света лазерного модуля, излучающий монохроматический световой поток (λ=650 нм) интенсивностью 1 мВт в виде точки, по сравнению с полихроматическим световым потоком, излучающим вольфрамовой нитью накала (λ=450-530 нм) и светодиодным модулем (диаметр светоизлучающей площадкой 850 мкм, спектр излучения 430-520 нм с максимумом 460 нм).

Пример 7. Анализ водных растворов глюкозы и хлористого калия проводят на жидкостном хроматографе с рефрактометрическим детектором с проточной кварцевой кюветой с тремя каналами при ширине диафрагмы 75 мкм и использовании в качестве источника света светодиодного модуля со светоизлучающей площадкой диаметром 850 мкм, спектр излучения 430-520 нм с максимумом 460 нм (табл. 2). Условия анализа проб по примеру 1.

Пример 8. Анализ водных растворов глюкозы и хлористого калия проводят аналогично примеру 7 с той разницей, что анализ проводят на рефрактометрическом детекторе при ширине диафрагмы 50 мкм (табл. 2).

Пример 9. Анализ водных растворов глюкозы и хлористого калия проводят аналогично примеру 7 с той разницей, что анализ проводят на рефрактометрическом детекторе при ширине диафрагмы 100 мкм (табл. 2).

Из табл. 2 примеров 7-9 следует, что при использовании в рефрактометрическом детекторе в качестве источника света светодиодного модуля со светоизлучающей площадкой диаметром 850 мкм, спектр излучения 430-520 нм с максимумом 460 нм, при ширине диафрагмы 50, 75 и 100 мкм, высокая чувствительность анализируемых веществ - глюкозы и хлористого калия достигается при ширине щелевой диафрагмы 75 мкм и составляет для глюкозы 1275 мв и хлористого калия 1780 мв.

Из табл. 2 примера 7 также следует, что при использовании в рефрактометрическом детекторе в качестве источника света светодиодного модуля при ширине диафрагмы 75 мкм, высота пиков анализируемых веществ по сравнению с лазерным модулем (пример 4) ниже в 3.2 раза по глюкозе и 3.6 раза - хлористому калию. Хроматографические пики глюкозы и хлористого калия ассиметричны и связано это с тем, что спектр излучения светодиодного модуля λ=430-520 нм разделяется на призме в кварцевой кювете и неравномерно распределяется по ширине диафрагмы и, соответственно, на площадках фотодиода рефрактометрического детектора.

Пример 10. Анализ водных растворов глюкозы и хлористого калия проводят на жидкостном хроматографе с рефрактометрическим детектором с проточной кварцевой кюветой с тремя каналами при ширине диафрагмы 75 мкм и использовании в качестве источника света лампочки с вольфрамовой нитью накала (6 в, 6 ватт) и фильтра из стекла синего цвета (табл. 2). Условия анализа проб по примеру 1.

Пример 11. Анализ водных растворов глюкозы и хлористого калия проводят аналогично примеру 10 с той разницей, что анализ проводят на рефрактометрическом детекторе при ширине диафрагмы 50 мкм (табл. 2).

Пример 12. Анализ водных растворов глюкозы и хлористого калия проводят аналогично примеру 10 с той разницей, что анализ проводят на рефрактометрическом детекторе при ширине диафрагмы 100 мкм (табл. 2).

Из табл. 2 примеров 10-12 следует, что при использовании в рефрактометрическом детекторе в качестве источника света лампочки с вольфрамовой нитью накала и фильтра из стекла синего цвета при ширине диафрагмы 50, 75 и 100 мкм, высокая чувствительность анализируемых веществ - глюкозы и хлористого калия достигается при ширине щелевой диафрагмы 75 мкм и составляет для глюкозы 1480 мв и хлористого калия 2020 мв.

Из табл. 2 примера 10 также следует, что при использовании в рефрактометрическом детекторе в качестве источника света лампочки с вольфрамовой нитью накала при ширине диафрагмы 75 мкм, высота пиков анализируемых веществ по сравнению с лазерным модулем (пример 4) ниже в 2.7 раза по глюкозе и 3.2 раза - хлористому калию. Хроматографические пики глюкозы и хлористого калия ассиметричны и связано это с тем, что спектр излучения от вольфрамовой нити накала 450-530 нм разделяется на призме в кварцевой кювете и неравномерно распределяется по ширине диафрагмы и, соответственно, на площадках фотодиода рефрактометрического детектора.

Из табл. 2 примеров 10-12 и табл. 1 примеров 1-3 следует, что при использовании в рефрактометрическом детекторе в качестве источника света лампочки с вольфрамовой нитью накала и фильтра из стекла синего цвета при ширине диафрагмы 50, 75 и 100 мкм, чувствительность детектора с кварцевой кюветой с тремя каналами по сравнению детектором с кварцевой кюветой с двумя каналами выше в 2.3-3.0 раза по глюкозе и в 2.3-4.4 раза -хлористому калию.

Предложенная конструкция рефрактометрического детектора с кварцевой кюветой с тремя каналами повышает чувствительность определения органических и неорганических веществ и связано с тем, что при детектировании определяемых веществ вычитается коэффициент преломления подвижной фазы. Это снимает ограничения в ВЭЖХ по применению подвижных фаз, которые имеют коэффициент преломления выше определяемых органических и неорганических веществ.

Приме 13 (аналог). Анализ водных растворов глюкозы и хлористого калия на рефрактометрическом детекторе фирмы «Хромдетект» с кварцевой кюветой с тремя каналами изготовленной по патенту [7] и использовании в качестве источника света светодиода с излучающей площадкой диаметром 30 мкм, спектр излучения 610-760 нм с максимумом 650 нм, при ширине диафрагмы 1200 мкм (табл. 2). Условия анализа по примеру 1.

Из табл. 2 примера 13 следует, что при использовании в рефрактометрическом детекторе в качестве источника света светодиода с излучающей площадкой диаметром 30 мкм, высота пиков анализируемых веществ по сравнению с лазерным модулем (пример 4) ниже в 16 раз по глюкозе и в 17 раз - хлористому калию.

Пример 14. Анализ 0.01%-х водных растворов глюкозы и хлористого калия проводят аналогично примеру 4 с той разницей, что анализ проводят на колонке из стекла (150×3 мм) с высокосшитым полидивинилбензольным сорбентом, фр. 10 мкм, приготовленной в соответствии с [10], при расходе элюента - дистиллированной воды 0.3 мл/мин при температуре 20°С (табл. 3).

Пример 15. Анализ 0.01%-х водных растворов глюкозы и хлористого калия проводят аналогично примеру 14 с той разницей, что анализ проводят при температуре воды 50°С в контуре - термостат, насос для циркуляции воды через теплообменники аналитической колонки и оптико-механического блока рефрактометрического детектора (табл. 3). Принудительно охлаждают воздушным потоком электронный блок рефрактометрического детектора, который разделен перегородкой от измерительного оптико-механического блока детектора.

Из табл. 3 примеров 14 и 15 видно, что при анализе методом ВЭЖХ водных растворов глюкозы и хлористого калия на колонке с высокосшитым полидивинилбензольным сорбентом, фр. 10 мкм, при температуре 20 и 50°С и детектировании на рефрактометрическом детекторе с кварцевой кюветой с тремя каналами при ширине диафрагмы 75 мкм и использовании в качестве источника света лазерного модуля, излучающий монохроматический световой поток с длинной волны 650 нм интенсивностью 1 мВт в виде точки диаметром 3 мм, минимально детектируемое количество глюкозы 25 нг и хлористого калия 15 нг. Дрейф нулевой линии рефрактометрического детектора за 1 час измерений при температуре 20°С - 0.1% и 50°С - 0.3%.

Предложенная конструкция рефрактометрического детектора с лазерным модулем повышает чувствительность определения органических и неорганических веществ по сравнению с прототипом выше в 6-7 раза и аналогом - 16-17 раз и обеспечивает проведение анализа при температуре аналитической колонки и оптико-механического блока детектора при температуре 20-50°С.

Источники информации

1. Патент РФ №2280252, МПК7 G01N 30/26, бюл. №20, 2006. С. 374-375. Способ определения молекулярно-массового распределения олигомеров этоксисилоксанов в гидролизованных и негидролизованных этилсиликатах // Пронин А.Я., Хабаров В.Б., Оспенникова О.Г., Пикулина Л.В., Антипин Л.М., Ларионов О.Г.

2. Патент РФ №2296645, МПК7 В22С 1/20, бюл. №10, 2007. С. 384. Способ изготовления керамических оболочковых форм для точного литья металлов по выплавляемым моделям // Хабаров В.Б., Пронин А.Я., Оспенникова О.Г., Пикулина Л.В.

3. Патент РФ №2330280, МПК7 G01N 30/26, бюл. №21, 2008. С. 972. Способ определения форм существования и молекулярно-массового распределения полимерных молекул кремниевой кислоты в геотермальных водных растворах // Хабаров В.Б., Пронин А.Я., Буряк А.К.

4. Хабаров В.Б., Пронин А.Я., Буряк А.К. Исследование хитозана и примесных соединений методом ВЭЖХ при использовании хроматографического тракта жидкостного хроматографа в металлическом и безметаллическом исполнении // Сорбционные и хроматографические процессы. 2011. Т. 11. Вып. 3. С. 292-298.

5. Хабаров В.Б., Пронин А.Я., Буряк А.К., Самуйленко А.Я. Возможности молекулярного химического анализа методом ВЭЖХ при использовании полимерного сорбента на основе высокосшитого полидивинилбензола // Доклады академии наук. 2009. Т. 427. №1. С. 57-60.

6. Хабаров В.Б., Пронин А.Я., Буряк А.К., Оспенникова О.Г., Пикулина Л.В. Молекулярный химический анализ методом ВЭЖХ олигомеров этоксисилоксанов, получаемых при кислотном гидролизе этилсиликата // Доклады академии наук. 2009. Т. 429. №4. С. 496-499.

7. Патент республики Беларусь №9391, G01N 21/00, опубл. 30.06.2007. Рефрактометрический детектор для жидкостной хроматографии // Анисимов А.В., Булат О.Э., Попкович Г.Б., Лобазов А.Ф., Хаджинов Е.М.

8. Патент РФ №2362143, МПК7 G01N 21/05, бюл. №20, 2009. С. 1079. Устройство крепления и герметизации кварцевой кюветы в рефрактометрическом детекторе для жидкостной хроматографии // Хабаров В.Б., Пронин А.Я., Панина Л.И., Буряк А.К.

9. Техническая товаросопроводительная документация. Рефрактометр тип RIDK 102. Laboratorni pristroje. Прага, 1987, 22 с.

10. Патент РФ №2278379, МПК7 G01N 30/56, бюл. №17, 2006. Способ приготовления высокоэффективных колонок с полимерными сорбентами для жидкостной хроматографии // Хабаров В.Б., Пронин А.Я., Ермаков В.В., Буряк А.К., Хабаров М.В.

1. Рефрактометрический детектор для жидкостной хроматографии, содержащий измерительный оптико-механический блок, включающий оптически связанные источник света, объектив, щелевую диафрагму для формирования светового потока вдоль оси каналов кюветы, проточную кварцевую кювету, призму в виде трапеции с острыми углами 45° для юстировки детектора, плоскопараллельную кварцевую пластину зануления, двухплощадочный фотодиод, установленный перпендикулярно оптической оси проточной кварцевой кюветы детектора; электронный блок, для исключения контакта элюента с металлической поверхностью жидкостного тракта установлены две фторопластовые пластины из термообработанного фторопласта, отшлифованные с одной стороны до зеркальной поверхности, установленные в посадочные места верхней и нижней частей металлического корпуса кюветы и наложенные на торцы кварцевой кюветы, отшлифованные до зеркальной поверхности, для ввода и вывода элюента из аналитического и сравнительных каналов кварцевой кюветы в металлическом корпусе кюветы имеются отверстия с резьбой с конусным окончанием и соосно с ними в фторопластовых пластинах выполнены отверстия для протекания элюента через аналитический и сравнительные каналы кюветы и для установки в них фторопластовых капилляров, которые крепятся в металлическом корпусе и крышке кюветы винтами-феррулами, отличающийся тем, что для повышения чувствительности определения анализируемых органических и неорганических веществ и стабилизации дрейфа нулевой линии в качестве источника света предложен лазерный модуль с монохроматическим световым потоком в виде точки интенсивностью 1 мВт с длиной волны 650 нм, кварцевая кювета выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда с последовательно расположенными тремя отдельными сквозными каналами, треугольными в поперечном сечении с острым углом 45°, при этом гипотенузы треугольных сечений первого и третьего каналов кюветы выполнены в непосредственной близости от катетов сечения второго канала и совпадают с ним по длине и ориентации в пространстве, формирование щели диафрагмы выполнено пластинами из черненой латуни толщиной 50 мкм.

2. Рефрактометрический детектор по п. 1, отличающийся тем, что содержит стабилизированный источник постоянного напряжения для питания лазерного модуля.

3. Рефрактометрический детектор по п. 1, отличающийся тем, что он включает замкнутый тепловой контур, содержащий теплообменники измерительного оптико-механического блока и аналитической колонки, термостат для нагревания воды в контуре и насос для циркуляции воды.

4. Рефрактометрический детектор по п. 1, отличающийся тем, что для повышения чувствительности детектирования органических и неорганических веществ формирование щели диафрагмы выполнено шириной 75 мкм.

5. Способ детектирования органических и неорганических веществ рефрактометрическим детектором по п. 1, отличающийся тем, что для детектирования веществ в виде положительного сигнала юстировку измерительного оптико-механического блока детектора и электронного блока проводят по эталонным веществам с коэффициентом преломления света 1.3333-1.4795.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что для стабилизации дрейфа нулевой линии при температуре анализа 25-50°С измерительный оптико-механический блок рефрактометрического детектора изолируют от электронного блока и его принудительно охлаждают воздушным потоком.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине, а именно к терапевтической стоматологии, и может быть использовано как способ и устройство для диагностики заболеваний слизистой оболочки полости рта, а именно для дифференциальной диагностики плоского лишая, лейкоплакии и глоссалгии.

Изобретение относится к технике измерений и может использоваться в автомобильной, сельскохозяйственной, авиационной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где необходимо проводить оперативный анализ качества моторного масла.

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, и может быть использовано для диагностики заболеваний тканей пародонта на разных стадиях. Для осуществления способа исследуют слюну, в качестве показателя воспалительного процесса определяют концентрацию свободного оксипролина спектрофотометрическим методом.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влажности древесины в процессе сушки и хранения. Способ измерения влажности древесины заключается в том, что устанавливают источник и приемник ИК-излучения поперек волокон древесины на выбранную глубину, измеряют поток ИК-излучения, прошедший через древесину, сравнивают полученные измерения с заранее определенной калибровочной зависимостью, связывающей изменение потока ИК-излучения, прошедшего через древесину с влажностью древесины, определенной весовым способом в фиксированные моменты времени, и вычисляют влажность древесины.

Изобретение относится к оптическим устройствам детектирования и идентификации газовых сред и предназначено для качественного анализа состава молекулярных газов, которое найдет применение в качестве оптоэлектронного идентификатора для детектирования токсичных газов, контроля качества пищевых продуктов, мониторинга окружающей среды и для профилактики болезней дыхания по составу выдыхаемого воздуха.

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств сталей и сварных соединений и может применяться в различных отраслях промышленности. Сущность: по окончании процесса воздействия на образец ударным изгибом предварительно готовят микрошлиф образца.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа обнаружения микроконцентраций горючих и токсичных газов. Способ включает в себя пропускание инфракрасного излучения на рабочей и опорной длинах волн через контролируемый объем.

Изобретение относится к технологии контроля качества измерений, проводимых с использованием компьютерных систем анализа изображений, и может быть использовано для оценки систематической погрешности морфологических характеристик структуры материалов тел в конденсированном состоянии.

Изобретение предназначено для определения компонентов текучего неоднородного вещества в среднем инфракрасном диапазоне. Система измерения затухания содержит проточную трубку (4), средство (10) переноса для создания потока образца через трубку (4), средство (14) измерения затухания в среднем инфракрасном диапазоне и средство (18) вычисления, причем средство (14) измерения затухания функционирует с синхронизацией по времени со средством (10) переноса, а средство (18) вычисления обеспечено прогнозирующей моделью.

Предложена система наблюдения. Система включает одно полое оптическое волокно, проходящее через зону с людьми.
Наверх