Kuormituksen vaikutus kromatografiseen erotukseen alikriittisellä vedellä

Abstract

Teollisessa kromatografiassa kolonnia pyritään kuormittamaan mahdollisimman paljon, jotta saataisiin maksimoitua erotetun komponentin määrä aikayksikköä kohden. Tässä työssä kuormitusta tutkittiin nostamalla syöttöliuoksen, synteettisen melassin, näyteväkevyyttä 80-125 ºC:ssa. Eluenttina oli paineistettu kuumaa vesi ja hartsina vahva Na-muotoinen PS-DVB pohjainen vahva kationinvaihtohartsi. Lämpötilaa nostamalla piikit kapenivat ja tulivat symmetrisemmiksi, erotus nopeutui sekä suola erottui usein paremmin sokereista. Syöttöliuoksen kuiva-ainetta lisättiin asteittain 55 p-% saakka, jolloin ei vielä havaittu ongelmia erotuksessa. Lämpötilassa 125 ºC havaittiin erotuksen aikana kuormituksesta riippumatonta sakkaroosin invertoitumista.

Vertailtaessa eri stationäärifaaseja havaittiin Na-muotoisen PS-DVB pohjaisen kationinvaihtohartsin erottavan yleensä sokereita, sokerialkoholeja, oligosakkarideja ja betaiinia lähes poikkeuksetta paremmin alhaisilla pitoisuuksilla kuin neutraalihartsi ja Na-muotoinen zeoliitti. Erottuminen ei yleensä parantunut lämpötilaa nostamalla, mutta piikit kapenivat ja erotus nopeutui. Monosakkaridien erotus huononi 125 ºC:ssa kationinvaihtohartsilla.

Tutkittaessa terveysvaikutteisten ksylo-oligosakkaridien soveltuvuutta alikriittiseen erotukseen, niiden havaittiin huomattavasti hydrolysoituvan happamissa olosuhteissa koeputkessa 100 ºC:ssa kahdessa tunnissa. Näytteessä olevien epäpuhtauksien havaittiin katalysoineen hydrolyysiä. Hydrolysoituminen oli hitaampaa neutraaleissa olosuhteissa korotetussa lämpötilassa. Tästä voitiin tehdä johtopäätös, että alikriittiset olosuhteet eivät sovi ksylo-oligosakkaridien erotukseen.

In industrial chromatography it is desirable to load the column as much as possible in order to maximize the amount of separated compound per unit time. In the experimental part of the present work the loading was studied by increasing the feed concentration in a solution of synthetic molasses. Temperature range was from 80 to 125 ºC, the eluent was hot pressurized water and the resin was PS-DVB based strong cation exchange resin in Na-form. Raise of the chromatography temperature narrowed the peaks, which became more symmetrical, eluted earlier and the salt separated usually better from sugars. When raising the concentration of the feed solution gradually to 55 w-% no separation problems were observed. However, sucrose inverted during the chromatographic separation at 125 ºC. Inversion was independent of loading.

Different stationary phases were compared. PS-DVB based Na-form cation exchange resin separated in low concentrations in most cases sugars, sugar alcohols, oligosaccharides and betain better than neutral resin and Na-form zeolite. When the temperature was raised the peaks became more narrow and the separation was faster, but the resolution did not improve. Monosaccharide separation became worse above 100 ºC with the cation exchange resin.

Xylo-oligosaccharides have beneficial effects on health. Their applicability to subcritical separation was studied. However, they were found to be hydrolysed in two hours at 100 ºC in test tubes in slightly acidic media. Impurities present in the sample were observed to catalyse the hydrolysis. In neutral media at elevated temperature they were slightly slower hydrolysed. In conclusion, the xylo-oligosaccharides are not applicable to subcritical separation.