Revestimiento para columnas cromatográficas monolíticas.

Molde monolítico, revestido con un plástico termoplástico, caracterizado porque el revestimiento contienesulfuro de polifenileno reforzado por fibras y en estado fundido presenta una viscosidad entre 100 y 180 ml/10min según el método MVR

Revestimiento para columnas cromatográficas monolíticas.

La presente invención se refiere a la fabricación y uso de revestimientos de columnas cromatográficas monolíticas.

Para la fabricación de columnas cromatográficas convencionales con sorbentes particulares, el material de relleno se introduce en un tubo de acero fino o plástico con extremos alineados. De esta forma se consigue que el lecho de sorbente se adhiera al revestimiento de la columna y que las partículas estén repartidas homogéneamente por toda la sección transversal de la columna.

La nueva generación de columnas cromatográficas está compuesta por monolitos de sílice, que se pueden fabricar con un sistema de poros a medida mediante un proceso sol-gel para problemas de separación especiales. Para poder utilizar estos monolitos para la cromatografía, tienen que revestirse en un segundo proceso con un material resistente a disolventes y estable a las presiones.

Pero si se sustituyen, tal como se presenta p. ej. en WO 94/19 687 A y WO 95/03 256 A, los sorbentes particulares por estos sorbentes monolíticos, se resuelve el problema de tener que desarrollar el revestimiento del sorbente tanto estable a presiones, como impermeable a líquidos. Durante su fabricación, los sorbentes monolíticos pueden encogerse, de forma que no pueden mantenerse en su forma original. Esto se aplica de la misma manera a ambas formas, es decir, a los moldes inorgánicos, así como también a los orgánicos. Por ello, tras la fabricación original tienen que volver a equiparse con un revestimiento impermeable a líquidos y estable a presiones. Solo de esta forma se puede garantizar que la muestra y el eluyente se transportan exclusivamente a través del sorbente.

En DE 197 26 164 se presentan diferentes posibilidades para el revestimiento impermeable a líquidos de sorbentes monolíticos. Entre ellos se incluye, por ejemplo, un revestimiento con plásticos estables a presiones como p. ej. PEEK (poliéteretercetona) o PEEK reforzada por fibras. Sin embargo, los experimentos de revestir los sorbentes monolíticos con este tipo de materiales demostraron que la estabilidad mecánica del revestimiento no era el único factor decisivo.

La calidad de una columna monolítica para la HPLC se puede describir, por una parte, por el poder separador (N/m) , y por otra, por la simetría del pico. Una buena columna analítica posee poderes separadores de 70.000-100.000 N/m. La forma del pico se corresponde idealmente a la de la campana de Gauss. Las variaciones respecto a esta forma simétrica dan lugar a un fenómeno de “fronting” o de “tailing”. El poder separador inherente del cuerpo de la columna, así como la simetría del pico, no deberían modificarse más tras el revestimiento con un polímero para el remate impermeable a disolventes en una prueba de aplicación cromatográfica.

En el caso de un revestimiento inadecuado, el polímero no se adhiere al cuerpo de la columna con un bajo volumen muerto. La columna muestra desde el principio pre-picos o al menos un “peakfronting” a consecuencia de un paso más rápido de la muestra por la superficie límite del cuerpo de la columna/polímero.

Los revestimientos con polímeros inadecuados también pueden presentar un buen poder separador y simetría del pico en la primera prueba cromatográfica, pero dar lugar a una modificación/empeoramiento de ambos parámetros de calidad con los usos posteriores.

Uno de los fenómenos es el aumento del peaktailing al almacenar la columna en fase móvil (p. ej. almacenamiento en acetonitrilo/agua, 60/40 durante 4 semanas) debido a la estructura microporosa del revestimiento. Otro fenómeno puede ser el aumento de un peakfronting con disminución simultánea del poder separador debido a una modificación geométrica del revestimiento.

Anteriormente ya se suponía que estos fenómenos desfavorables estaban causados, por una parte, por las propiedades naturales de encogimiento y contracción de los polímeros, y por la otra, por las propiedades de hinchazón en disolventes. Especialmente problemático es el revestimiento de moldes inorgánicos rígidos y frágiles,

p. ej. de gel de sílice. Dado que el polímero (por ejemplo PEEK) se funde sobre los moldes a altas temperaturas de procesamiento, en un principio se adhiere bien a ellos. Al enfriar el polímero, se producen “movimientos” (encogimiento o contracción) del polímero, mientras que el molde se mantiene fijo en su dimensión. Esto da lugar a la formación de tensiones. Si el polímero entra ahora en contacto con disolventes, los adsorbe y se hincha. De esta forma, las tensiones formadas se reducen en sentido longitudinal y transversal. En consecuencia, se producen pequeñas destrucciones del poroso cuerpo de sílice en la superficie límite. El polímero, que se encuentra fuertemente fijado sobre el gel de sílice, provoca con su movimiento propio la formación de orificios mediante “arrastre” de gel de sílice a la superficie límite. Esto causa una disminución del poder separador, en caso extremo, un fuerte peakfronting.

El aumento del peaktailing también se puede explicar por la estructura microporosa del revestimiento de polímero, por la que se producen procesos de difusión incontrolados adicionales durante el proceso de cromatografía.

En EP 0 990 153 A se intenta resolver este problema fabricando tubos con un corte transversal adecuado de una PEEK (poliéteretercetona) reforzada por fibras, en los que se introducen monolitos. Mediante un tratamiento posterior en un horno a temperaturas entre 350 y 400 °C, la PEEK reforzada por fibras se funde y, a continuación, se encuentra directamente sobre la superficie del monolito revestido.

Sin embargo, en el uso de las columnas cromatográficas monolíticas revestidas fabricadas de esta manera, vuelven a surgir siempre problemas con la simetría del pico (tailing y fronting) , por lo que el problema descrito anteriormente sigue sin resolverse.

Entretanto, se supone que durante el tratamiento con calor para fundir el revestimiento, tal como se describe en EP 0 990 153 A, la PEEK “fluye” en la estructura abierta de los monolitos porosos. Dado que la PEEK tiene una estructura química diferente y unas propiedades físicas diferentes al monolito de gel de sílice modificado, y este último constituye la masa principal del producto fabricado, se parte de que esta es, entre otras, la causa del comportamiento indeseado. Debido al “flujo” hacia la estructura abierta de las zonas límite, durante el uso se producen centros de interacción no específicos que proceden de la PEEK y entran en contacto con el analito. Dependiendo de la estructura química del analito, este produce en algunos casos un peaktailing o peakfronting.

Además, durante el revestimiento se produce una adherencia muy fuerte entre el monolito y la PEEK, de forma que tras el proceso de revestimiento ambos materiales ya no se pueden separar. También parece que tras la fusión de la PEEK, durante el enfriamiento, se formen tensiones en la sección marginal, que producen “grietas” y volúmenes muertos en la superficie límite y pueden provocar un fronting.

Además, el revestimiento de PEEK se funde sobre los monolitos a una temperatura de horno de unos 400 °C. Esta temperatura está claramente unos 55 °C por encima del punto de fusión de la PEEK (aprox. 340 °C) . Estas condiciones de temperatura tienen efectos negativos sobre los monolitos, que tras la derivatización de superficie RP (RP = reversed phase) contienen cadenas C18. Esta derivatización de superficie es estable hasta una temperatura de unos 200 °C. A temperaturas superiores, las cadenas C-18 se queman cada vez más, y se producen cada vez más grupos de silanol en la superficie de los monolitos de gel de sílice. Especialmente en el caso de separaciones de compuestos básicos, los grupos de silanol producen un tailing.

Por eso, el objetivo de la presente invención es ofrecer revestimientos con bajo volumen muerto, que tras el acabado de las columnas cromatográficas monolíticas revestidas, no den lugar a “peakfronting” ni tailing en su uso. Por ello, el objetivo de la presente invención también es ofrecer un material de polímero adecuado, así como un procedimiento para el revestimiento de monolitos, que no tenga efectos negativos sobre las propiedades de las columnas cromatográficas monolíticas.

Según la invención, el objetivo... [Seguir leyendo]

1. Molde monolítico, revestido con un plástico termoplástico, caracterizado porque el revestimiento contiene sulfuro de polifenileno reforzado por fibras y en estado fundido presenta una viscosidad entre 100 y 180 ml/10 min según el método MVR.

5 2. Molde monolítico revestido según la reivindicación 1, caracterizado porque el reforzamiento por fibras se produce con fibras de carbono.

3. Molde monolítico revestido según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el revestimiento está fabricado de sulfuro de polifenileno (PPS) con una proporción de fibras del 15 al 35% en peso.

4. Columna cromatográfica que presenta un molde monolítico revestido según una de las reivindicaciones 1 a 3.

10 5. Procedimiento para la fabricación de un molde cromatográfico según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque

a) el granulado de sulfuro de polifenileno se mezcla con fibras de carbono en una cantidad de 1 a 50% en peso, preferentemente de 15 a 35% en peso, y se moldea mediante un dispositivo de fundición inyectada a la forma de un tubo, manguera o semicápsulas con un diámetro interior ligeramente mayor al diámetro del

molde monolítico,

b) el molde a revestir se introduce en el tubo, manguera o en dos semicápsulas,

c) el tubo, las semicápsulas o la manguera se une de forma concluyente a la superficie del molde mediante fusión y presión o llenado.

6. Uso de un molde monolítico revestido según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4 para la separación 20 cromatográfica de al menos dos sustancias.