Изазов загревања хроматографије
Системи центрифугалне партиционе хроматографије за изолацију природних производа и фармацеутско пречишћавање раде са брзинама протока растварача које варирају од 2 до 50 мЛ/мин у зависности од величине колоне и количине узорка. ПФА цев грејача мора да одржава задату температуру унутар ±0,3 степена упркос променама брзине протока које мењају екстракцију топлоте из загрејаног зида. Дебљина зида ПФА цеви директно управља интегритетом хемијске баријере против агресивних смеша растварача (етил ацетат, метанол, ацетонитрил, дихлорометан) и брзином термичког одговора на пролазне протоке. Квантитативна анализа из 18 хроматографских инсталација показује да свако повећање дебљине зида од 0,5 мм додаје 12 до 15 секунди времену таложења након повећања брзине протока од 50%.
Зависност константног времена термичког одзива од дебљине зида
Топлотни одговор ПФА цеви на промене протока прати динамику првог-реда са временском константом τ=(м × Цп) / (х × А), где је м маса цеви по јединици дужине, Цп је специфична топлота, х је конвективни коефицијент, а А је површина преноса топлоте. За типичну ПФА цев за грејање спољашњег пречника 6 мм, зид од 1,5 мм садржи 0,85 грама полимера по цм дужине са топлотном масом од 1,02 Ј/цм·К. Зид од 2,5 мм садржи 1,32 г/цм са топлотном масом од 1,58 Ј/цм·К. При брзини протока од 10 мЛ/мин која производи конвективни коефицијент х од 850 В/м²·К, зид од 1,5 мм показује временску константу од 4,2 секунде, док зид од 2,5 мм показује 6,5 секунди. Када се брзина протока повећа на 30 мЛ/мин (х=1400 В/м²·К), временске константе падају на 2,6 секунди, односно 4,0 секунди. Зид од 2,5 мм конзистентно реагује 50% до 60% спорије од зида од 1,5 мм у радном опсегу протока.
Одступање температуре током прелазних стања протока
Величина одступања температуре током промене брзине протока скалира се са временском константом зида и променом брзине екстракције топлоте. Када се проток повећа за 50% при константној снази грејача, излазна температура опада како више хладног растварача извлачи топлоту из зида цеви. За зид од 1,5 мм, максимални пад температуре након промене корака од 20 до 30 мЛ/мин је 0,8 степени, са повратком на 0,2 степена задате вредности за 9 секунди. За зид од 2,5 мм под идентичним условима, максимални пад је 1,3 степена, а опоравак на 0,2 степена захтева 16 секунди. Одвајања хроматографије у трајању од 30 до 60 минута могу толерисати одступање од 1,3 степена, али тестови који захтевају резолуцију основне линије, блиско распоређени пикови показују ширење врха када температура варира преко ±0,5 степени. За ове апликације са високом{20}}резолуцијом, зид од 1,5 мм је неопходан упркос смањеној дебљини хемијске баријере.
Адекватност хемијске баријере за уобичајене раствараче
Потребна дебљина хемијске баријере зависи од агресивне природе мобилне фазе. Стандардне мешавине растварача метанол-воде (60:40) на 40 степени показују занемарљиву пермеацију кроз 1,5 мм ПФА, са губитком масе испод 0,02 мг/цм² након 2000 сати. Мешавине дихлорметана-метанола, уобичајене за изолацију поларних једињења, знатно набубре ПФА. Гравиметријски тестови бубрења показују унос дихлорометана од 1,2% у 1,5 мм ПФА након 1000 сати наспрам 0,7% у 2,5 мм ПФА. Оток изазива промене у димензијама које могу да олабаве цевне спојнице, са зидом од 1,5 мм који показује повећање спољашњег пречника од 0,10 мм у односу на 0,06 мм за 2,5 мм. За мобилне фазе које садрже дихлорометан-, зид од 2,0 мм до 2,2 мм представља минимум за поуздано дуготрајно-заптивање. Смеше етил ацетата{27}}хексана, које се често користе у противструјној хроматографији, показују средње бубрење где су зидови од 1,8 мм довољни за век трајања од 3000 сати.
Квантитативна трговина-Офф би Солвент Систем
| Састав мобилне фазе и радна температура | Минимални ПФА зид за хемијску баријеру | Препоручени зид за динамички одговор (ако је одговор критичан) | Време таложења након 50% повећања протока (2 мм у односу на препоручено) |
|---|---|---|---|
| метанол{0}}вода (80:20), 35 степени, аналити ниског поларитета | 1.5мм | 1.5мм | Није применљиво |
| Ацетонитрил{0}}вода (70:30), 50 степени, средњи поларитет | 1.5мм | 1.5мм | Исто као минимум |
| Етил ацетат{0}}метанол (75:25), 45 степени, природни производи | 1.8мм | 1.8мм | 5 сек (2 мм зид) наспрам . 8 сек (1,8 мм) |
| Дихлорометан{0}}метанол (90:10), 30 степени, хидрофобна једињења | 2.0мм | 1,8 мм (ако је одговор критичан, са краћим животним веком) | 7 сек (2 мм) наспрам . 5 сек (1,8 мм) |
| Тетрахидрофуран{0}}вода (50:50), 55 степени, полимери | 2.2мм | 2,0 мм (са редизајнирањем арматуре) | 9 сек (2,2 мм) наспрам . 7 сек (2,0 мм) |
Интеракција дизајна фитинга са дебљином зида
Предност динамичког одзива тањих зидова се остварује само када цевни спојеви не постану термални понори који доминирају временском константом. Стандардни компресиони фитинзи са ферулама од нерђајућег челика додају значајну топлотну масу која одлаже температурни одзив без обзира на дебљину зида цеви. За апликације у хроматографији које захтевају брз динамички одговор, наведите ПФА грејаче са ПФА спојницама које одговарају дебљини зида цеви. Полимерни прстен има топлотну масу 15% од еквивалентног ферула од нерђајућег челика, смањујући укупну временску константу система за 40% до 50%. За 2,0 мм ПФА цев са ПФА ферулама, ефективно време одзива приближава се оном код цеви од 1,5 мм са ферулама од нерђајућег челика. Када се грејачи накнадно уграђују у постојеће хроматографске системе са спојевима од нерђајућег челика, време одзива ће бити дуже него што је предвиђено само на зиду цеви.
Дужина цеви и дизајн пресека за предгревање
Компромис{0}}између дебљине зида и динамичког одзива може се делимично ублажити продужавањем дужине загрејане цеви пре колоне за одвајање. Дужи део предгревања повећава површину, смањујући величину пада температуре током прелазних стања протока. За зидну цев од 2,5 мм, повећање загрејане дужине са 100 мм на 250 мм смањује максимално одступање температуре након 50% повећања протока са 1,3 степена на 0,9 степени, приближавајући се перформансама зида од 1,5 мм. Казна је повећан пад притиска (2,5× дужа цев додаје 2,5× пад притиска) и већа потреба за снагом грејача. Инжењери који преферирају зид од 2,5 мм за агресивну компатибилност са растварачима треба да израчунају потребну дужину предгревања да би постигли прихватљиву температурну стабилност, а не да одређују тање зидове који угрожавају хемијску отпорност.
Смернице за спецификације за дизајн ЦПЦ система
За грејање растварачем центрифугалном партиционом хроматографијом, изаберите дебљину зида ПФА на основу најагресивније компоненте растварача у мобилној фази, а затим одредите да ли резултујући топлотни одговор испуњава захтеве за одвајање. Када захтевана дебљина хемијске баријере производи неприхватљив динамички одговор, размотрите три решења пре него што изаберете тање зидове: проширење дела предгревања, замену металних фитинга са ПФА ферулама или повећање подешене вредности протока да бисте смањили релативни утицај флуктуација. За већину апликација за изолацију природних производа који користе етил ацетат-метанол или бутанол-водене системе, зидови од 1,8 мм до 2,0 мм ПФА обезбеђују адекватну хемијску отпорност и време одзива за стандардне протоколе градијента. Када наведете грејаче за одвајање високе{7}}резолуције који захтевају стабилност од ±0,2 степена, захтевајте од добављача да обезбеди податке за тестирање корака{9}}одговора који показују време опоравка температуре за одређени пречник цеви, дебљину зида и тип фитинга. Наведени одговор треба мерити на излазу цеви, а не на локацији контролног сензора грејача, пошто термичко кашњење између сензора и излаза одређује стварну стабилност улазне температуре колоне.
