Trennkolonne für Gaschromatographie
Die Erfindung bezieht sich auf eine Trennkolonne zur Trennung von Substanzgemischen mittels Gaschromatographie, die sich insbesondere für präparative Zwecke eignet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die wirksame Länge der Trennkolonne je nach den gegebenen Verhältnissen veränderbar zu machen.
Erfindungsgemäss wird die Trennkolonne von wenigstens zwei Paaren von Trennsäulen gebildet, und es sind Verbindungsmittel vorgesehen, durch welche wahlweise entweder sämtliche Trennsäulen hintereinanderschaltbar sind oder der Gasstrom nur durch ein Paar von Trennsäulen geleitet wird. Dabei können die Verbindungsmittel von zwei gemeinsamen Kopfstücken gebildet werden, mit denen die Trennsäulen abdichtend verbunden sind, und welche Verbindungskanäle enthalten und von denen eines einen Einlasskanal und einen Auslasskanal aufweist, der mit je einer der Trennsäulen in Verbindung steht, und wobei eines der Kopfstücke in zwei Winkellagen mit den Trennsäulen verbindbar ist und bei der einen Winkellage die mit dem Einlasskanal und die mit dem Auslasskanal verbundene Trennsäule an der dem Ein- bzw.
Auslasskanal abgewandten Seite direkt miteinander verbunden sind, während bei der zweiten Winkellage alle Trennsäulen hintereinandergeschaltet sind. Zweckmässigerweise sind die Trennsäulen in den Ecken eines regelmässigen Polygons angeordnet und die Verbindungskanäle verbinden die nicht mit dem Einlass- und dem Auslasskanal verbundenen Enden der Trennsäulen paarweise miteinander.
Trennsäulen für präparative Zwecke haben in der Regel einen verhältnismässig grossen Durchmesser und entsprechend grossen Durchsatz. Um eine solche Trennsäule in gewöhnlichen Gaschromatographiegeräten verwenden zu können, kann die Anordnung so getroffen werden, dass der Auslasskanal sich in zwei Teilkanäle spaltet, von denen der eine einen wesentlich höheren Strömungswiderstand besitzt als der andere und zu einer Messanordnung, insbesondere einer WärmeleitfähigkeitszeIle geführt ist. Dann wird nicht der gesamte Gasstrom durch die Wärmeleitfähigkeitszelle geleitet, sondern nur ein kleiner Teilstrom, wie er auch bei den Trennsäulen für rein analytische Zwecke auftritt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Abbildungen dargestellt und im folgenden beschrieben:
Fig. 1 zeigt teilweise im Schnitt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit sechs rohrförmigen Trennsäulen.
Fig. 2 ist ein Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Fig. 3 zeigt das untere Kopfstück des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 von oben gesehen und
Fig. 4 das obere Kopfstück von unten gesehen.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung mit einer Trennkolonne nach Fig. 1 bis 4 und einer Wärmeleitfähig- keitszelle zur Messung der austretenden Komponenten und den Weg des Gasstroms in dieser Anordnung.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, enthält das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Anordnung mit einer Mehrzahl von Röhren 10 von gleicher Länge. Diese Röhren haben einen verhältnismässig grossen Durchmesser verglichen mit den gebräuchlicheren Trenns äulen für Gaschromatographie. Dieser kann in der Grössenordnung von 2,5 cm (1 Zoll) oder mehr liegen, verglichen mit den Röhren von 0,6 cm (1/4 Zoll) oder kleinerem Durchmesser, wie sie üblich für Trennsäulen für die Gaschromatographie benutzt werden. Die Röhren 10 sind üblicherweise mit einem inerten Material, wie z. B. Celite, gefüllt, welches als Träger für eine flüssige Trennsubstanz dient, die häufig in Form eines Films einer geeigneten öligen Substanz, z. B. von 300/oigen Didecylphthalat aufgebracht ist.
In bekannter Weise hat die Trennsubstanz geeignete Affinitäten für die Bestandteile des zu analysierenden oder zu trennenden Gemisches. Infolgedessen werden die Bestandteile der Probe in der Trennsäule verschieden lange zurückgehalten, entsprechend ihrer Affinität zu der Trennsubstanz und treten voneinander getrennt nach bekannten oder bestimmbaren Zeitabständen aus der Trennsäule aus. Die allgemeinen Prinzipien der Gaschromatographietechnik und -Erscheinungen sind in einer Veröffentlichung von H. H. Hausdorff Vapor Fractometry (Gas Chromatography) A. Powerful New Tool in Chemical Analysis dargestellt.
Die Röhren 10 mit grossem Innendurchmesser werden von einem oberen Kopfstück 11 und einem unteren Kopfstück 12 gehalten. Geeignete Mittel wie der dargestellte O-Ring 13 sind vorgesehen, um eine Dichtung zwischen jedem Trennsäulenende und den Kopfstücken 11 und 12 zu schaffen. Ein Bolzen 14, der an den Enden mit entsprechenden Muttern 15 verschraubt ist, zieht die Anordnung zusammen und presst die Kopfstücke 11 und 12 abdichtend auf die Röhren 10. Ein Einlassstutzen 16 ist mit einer der Röhren der Kolonne verbunden und ein Auslassstutzen 17 mit einer benachbarten Röhre der Trennsäulenanordnung. Diese Stutzen sind dazu vorgesehen, das Trägergas bei der Gaschromatographie durch die Trennkolonne zu leiten, und das Probengemisch wird in bekannter Weise in den durch die Trennkolonne zu leitenden Trägergasstrom eingespritzt.
Fig. 2 ist ein Querschnitt des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit sechs Röhren oder Trennsäulen. Bei dieser speziellen Ausführungsform sind die Röhren 10 gleichmässig in gleichen Abständen um die Mittelachse der Anordnung, die mit der Mitte des Bolzens 14 zusammenfällt, gelagert.
Fig. 3 zeigt das untere Kopfstück bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Das Kopfstück 12 weist Ausnehmungen zur Aufnahme der sechs gleich langen Röhren auf, und der Einlasskanal 16 ist, wie dargestellt, zu einer Röhre geführt, während der Auslasskanal 17 zu einer benachbarten Röhre geführt ist.
Zwischen den verbleibenden Röhrenpaaren sind Verbindungskanäle vorgesehen.
Fig. 4 zeigt das obere Kopfstück bei der Anordnung nach Fig. 1 und man sieht, dass es in Form und Aufbau ähnlich ausgebildet ist wie das untere Kopfstück 12. Das obere Kopfstück hat aber keine Einoder Auslassanschlüsse, sondern vielmehr ausgesparte Verbindungskanäle, welche die Paare von benachbarten Röhren verbinden. Die Kopfstücke 11 und 12, wie sie in Fig. 3 und 4 dargestellt sind, sind so ausgebildet, dass sie wahlweise in verschiedenen Winkellagen auf die Röhren 10 der erfindungsgemässen Trennkolonne aufsetzbar sind, um dadurch die Länge der Trennkolonne nach Wunsch zu ändern.
Wenn man einmal annimmt, dass die Kopfstücke in bezug auf die Trennsäulen in den gleichen Winkellagen aufgesetzt und verspannt sind, wie sie in Fig. 4 und Fig. 3 dargestellt sind, so sieht man, dass das Trägergas durch den Einlass 16 eintritt, durch die Röhre 20 (Fig. 4) strömt, durch den Verbindungskanal l9a des oberen Kopfstückes 11 in die Röhre 21 (Fig. 4) gelangt und nach unten zu dem Auslass 17 fliesst. Die übrigen Röhren werden umgangen.
Wenn jedoch das obere Kopfstück 11, wie in Fig. 4 dargestellt ist, in irgendeiner Richtung um 601 versetzt und mit den Trennsäulen verbunden wird, so sieht man, dass das Trägergas und die Probe, welche durch den Einlasskanal 16 eintreten, über die Verbindungskanäle 18a, 1 8b des unteren Kopfstückes und 19a, l9b, 19c des oberen Kopfstückes nacheinander durch alle sechs Röhren hindurchfliesst und erst dann an der Auslassverbindung 17 austritt. Auf diese Weise kann die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung so angeordnet werden, dass die Länge der Trennkolonne um ein Vielfaches je nach der Anzahl der vorgesehenen Trennsäulenpaare vergrössert werden kann. Das ist von besonderem Vorteil bei der Trennung der Bestandteile solcher Proben, die eine grössere Trennkolonnenlänge benötigen.
Insbesondere ist es einleuchtend, dass der wesentlich vergrösserte Querschnitt einer Kolonne für präparative Zwecke einen viel grösseren Durchsatz gestattet. Daher ist es zur Erzielung einer einwandfreien Trennung nicht selten erforderlich, die Länge der Trennkolonne wesentlich zu erhöhen.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem die Mehrsäulenanordnung, die generell mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet ist, mit einem Detektorblock 31 verbunden ist. Der Detektorblock kann eine Wärmeleitfähigkeitszelle sein. Der Trägergasstrom, der die zu trennende Probe in die Trennkolonne mit sich führt, tritt in die präparative Trennkolonne durch den Einlass 32 ein. Das Trägergas wird üblicherweise durch den Detektorblock geführt und erzeugt dadurch, dass etwas Gas in die Wärmeleitfähigkeitszelle diffundiert, ein Signal.
Die Wärmeleitfähigkeitszelle kann beispielsweise mit einem Thermistor versehen sein. Das elektrische Ausgangssignal des Thermistors bildet das Vergleichssignal. Das Trägergas mit der Probe treten aus der präparativen Trennsäule durch den Auslass 33 aus, nachdem sie je nach der Lage der Kopfstücke und der ausgesparten Kanäle durch zwei oder sechs Röhren hindurchgelaufen sind.
Es ist schon dargelegt worden, dass die Strömung durch die präparative Kolonne viel grösser als in einer gewöhnlichen Trennsäule ist. Um den Detektorblock von handelsüblichen Gaschromatographiegeräten für eine präparative Kolonne verwendbar zu machen, ist ein kapillarer Nebenschluss 34 und ein T-Stück 35 vorgesehen. Das Trägergas und die getrennten Probenkomponenten, die an dem Auslass 33 austreten, fliessen zu dem Nebenschluss und teilen sich in zwei Ströme, die in verschiedenen Richtungen fliessen. Ein verhältnismässig kleiner Anteil des Stromes geht durch die Einschnürung 34, welche die Form einer Kapillarröhre haben kann, von wo aus er durch eine Wärmeleitfähigkeitszelle geführt ist und zu dem T-Stück 35 abfliesst. Der grössere Anteil des austretenden Gasstromes geht direkt zu dem T-Stück 35, wo es zu geeigneten Auffangmitteln geleitet wird.
Die Gründe, warum man die Wärmeleitfähigkeitszelle nicht mit einem zu grossen Gasstrom belastet, sind für den Fachmann augenscheinlich. Es ist auch offensichtlich, dass es wünschenswert ist, die erfindungsgemässe präparative Trennkolonne ohne weiteres an handelsüblichen Gaschromatographiegeräte ansetzbar zu machen, da dadurch der Anwendungsbereich bestehender Gaschromatographiegeräte vergrössert wird. Das Detektorausgangssignal liefert wertvolle Informationen für das Auffangen der gewünschten Probenkomponenten.
Wie aus Fig. 1 und Fig. 5 ersichtlich ist, ist die erfindungsgemässe präparative Trennkolonne mit geeigneten Anpassungszwischenstücken versehen, um sie an Detektorblocks üblicher Gaschromatographiegeräte anzupassen, die üblicherweise für die Aufnahme von Trennsäulen mit 1/4 Zoll Durchmesser eingerichtet sind. Die Abmessungen der präparativen Trennkolonne gestatten es, sie ohne weiteres tn der temperaturgeregelten Kammer handelsüblicher Gas ehromatographiegeräte unterzubringen.