203263. lajstromszámú szabadalom • Gázkromatográfiás üveg kapillárkolonnák álló fázisaként használható kompozíció
1 HU 203 263 A 2 A találmány gázkromatográfiás üveg kapiüárkolonnák álló fázisaként használható új kompozícióra vonatkozik. A gázkromatográfia az elmúlt évtizedekben a legelterjedtebb elemző eljárássá fejlődött a legkülönbözőbb illó elegyek (köztük kőolaj-szénhidrogének, gyümölcs-aromaanyagok, hormonszármazékok stb.) komponenseinek elválasztására és az egyes összetevők minőségi és mennyiségi meghatározására. A gázkromatográfiás készülék legfontosabb eleme a kolonna, amelyben az elválasztási folyamat lezajlik. A gázkromatográfiás kolonna jelenleg legáltalánosabban használt változata kapilláris cső, amelynek anyaga nátronüveg, bórszilikát-üveg vagy kvarcüveg, hosszúsága 10-100 m, belső átmérője 0,1-0,7 mm és szigorúim egyenletes, falvastagsága 0,1 -0,3 mm. A cső belső fala egy 0,1-5 pm, leggyakrabban 0,25 pm vastagságú réteget hordoz, ennek anyaga az álló fázis. Az álló fázis által képezett csövön belül áramlik a vivőgáz és zajlik le az elválasztási folyamat; eközben a hőmérsékletet esetenként 250-330 °C-ra emelik. Az álló fázis anyagát mindig az elválasztás követelményei szerint kell megválasztani. Álló fázisként különféle folyadékokat vagy szobahőmérsékleten szüárd, de a gázkromatográfiás elemzés hőmérsékletén folyékony halmazállapotú anyagokat alkalmaznak. A gázkromatográfiás készülék megfelelő működésének biztosítására a kolonnával szemben igen szigorú követelményeket támasztanak. Alapvető követelmény, hogy az álló fázisréteg teljesen egyenletes (azaz a rétegvastagság állandó) legyen; ezt az állapotát a kolonnában áramló gáz és a hirtelen vagy ciklikusan tág határok között változó hőmérséklet hatásai ellenére hosszú időn át (hónapokig-évekig) tartsa meg; és a kolonnafal ne fejtsen ki káros hatást az elemzendő komponensekre. A felsorolt követelmények kielégítése nehéz, különösen ha figyelembe vesszük azt az elméletüeg is alátámasztott tényt, hogy egy hengeres sima falú cső belső falára felvitt folyadékfilm nem stabü: a felületi erők a film megtörése és nagyobb cseppek kialakítása irányába hatnak. Ezek az erők a kapilláris átmérőjének csökkenésével és a folyadék felületi feszültségének növekedésével jelentősen növekszenek. Ebből következik, hogy elsősorban a nagy felületi feszültégű („poláris”) álló fázisokból képzett filmek stabilitása nehéz A film stabüizálására - tehát jól használható kolonnák készítésére - több módszer ismeretes. Az egyik csoportba azok a módszerek sorolhatók, amelyek a kapilláris falának érdessé tételén alapulnak. Ismert például, hogy a kapilláris falára az álló fázis felvitele előtt szemcsés anyagot, mint hordozót (SCOT-kolonnák) vagy porózus réteget (PLOT-kolonnák) visznek fel. (W. Jennings: Gas Chromatography with Glass Capillary Columns; Acad. Press, New York, 1978; 37. oldal). Ezen módszerek közös jellemzője, hogy a felvitt szemcsék mérete a szokásos rétegvastagság nagyságrendjébe esik, és a szemcsés anyag mennyisége nagyobb (esetleg többszörösen) az álló fázis mennyiségénél. Ezek miatt a rétegvastagságot általában meg kell növelni, és a kolonnák használhatósága jelentősen csökken, mert a réteg egyenetlenné válik. A kapilláris falának érdessé tételére üvegmaratást is alkalmaznak, amikor az üveg anyagának kémiai átalakításával kristályokat állítanak elő az üvegfelületen [G. Alexander és G. A. F. M. Rutten: Chromatographia 6, 231 (1973)]. A megoldás hátránya, hogy a kristályok adszorpciója sokszor károsan hat az elemezendő komponensekre. Az ismert módszerek másik csoportjába az álló fázis viszkozitásának növelésén alapuló megoldások tartoznak. Az egyik ilyen megoldás szerűit eleve nagy viszkozitású álló fázisokat (úgynevezett gumi-fázisokat) készítenek [K. Grob: Chromatographia 10, 625 (1977)]. Ez tökéletes megoldást jelentene, de egyrészt nem minden, egyébként szükséges összetételben állítható elő gumi-fázis, másrészt éppen a nagy polaritásé álló fázisok esetében a már eleve is kisebb viszkozitás a hőmérséklet emelésével rohamosan csökken, és bekövetkezik a cseppképződés. Az álló fázis viszkozitásának növelésén alapuló, ma legjobbnak vélt ismert megoldás szerint olyan álló fázisokat készítenek, amelyek magas hőmérsékleten katalizátorok hatására térhálósodnak, így magán a kolonnafalon alakul ki a gumi-fázis [M. Verzele, F. David, M. Van Roelenbosch. G. Diricke és P. Sandra: J. Chromatogr. 279,99 (1983)]. Eszerint az álló fázis növekvő hőmérsékletének hatására bekövetkező viszkozitáscsökkenését az előre haladó térhálósodás ellensúlyozza. A megoldás nagy hátránya, hogy a műiden szükséges tulajdonsággal rendelkező anyagok szintézise nehéz, így ezek választéka igen szűk; a létezők is nagyon nehezen hozzáférhetők és költségesek. Munkánk során felismertük, hogy az álló fázis viszkozitása jelentősen és magas hőmérsékleten is fennmaradóan növelhető, ha az álló fázis anyagába kolloid méretű részecskékből álló szemcsés anyagot keverünk. Kromatográfiás célokra már korábban is alkalmaztak finomszemcsés szüárd anyagokat. A 4483773. sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás olyan eljárást ismertet, amelynek során 3-10 pm (azaz 3000-10000 nm) szemcseméretű szüárd töltetet visznek be 0,5 mm-nél kisebb átmérőjű kapülárkolonnák - ba. A 2503999 sz. német szövetségi köztársaságbcli közrebocsátási irat 5-100 nm szemcseméretű szilárd anyagok felhasználását ismerteti kromatográfiás célokra, többek között kromatográfiás oszlopok tölteteiként. Egyik közlemény sem utal azonban arra, hogy a töltetként felhasznált szemcsés szüárd anyagok a gázkromatográfiás kapülárkolonnák állófázis-folyadékába bekeverhetők lennének, és arra sem következtethettünk a közlemények tartalmából, hogy a koüoid szemcsés szilárd anyag bekeverése hogyan módosíthatja az áüó folyadékfázis f izikai jeüemzőit. A találmány tárgya tehát gázkromatográfiás üveg kapülárkolonnák álló fázisaként használható kompozíció, amely az álló fázis anyagába bekeverve 1 -30 tömegé 80 nm-nál kisebb szemcseméretű koüoid szemcsés szüárd anyagot tartalmaz. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
