Verfahren und Vorrichtung zur ununterbrochenen kolorimetrischen Analyse von aus einer chromatographischen
Säule kommenden Flüssigkeiten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur ununterbrochenen kolorimetrischen Analyse von aus einer chromatographischen Säule kommenden Flüssigketen, bei dem die aus einer chromatographischen Säule herausfliessende, ausgewaschene Flüssigkeit selbsttätig vorbehandelt und durch ein Durchflusszellen- Kolorimeter zur quantitativen Bestimmung eines bekannten Bestandteils befördert wird, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung der Verfahrens.
Die aus einer chromatographischen Säule austretenden Flüssigkeiten fallen meist nur in geringer Menge an, während die Durchflusszellen-Kolorimeter für einen ständigen Durchsatz einer erheblichen Flüssigkeitsmenge gebaut sind. Es besteht also die Schwierigkeit, die Kapazität der chromatographischen Säule an die Kapazität des Durchflusszellen-Kolorimeters anzupassen.
Die Zusammensetzung und Konzentration der aus einer chromatographischen Säule austretenden Flüssigkeit ändert sich mit der Zeit. Zuerst verlassen z. B. die dünnflüssigen Stoffe die Säule, worauf später die dickflüssigen folgen. Bei einer ununterbrochenen kolorimetrischen Analyse besteht daher die Schwierigkeit, nach der Analyse festzustellen, welche kolorimetrischen Messwerte welchen ausgeschlämmten Flüssigkeiten zuzuordnen sind.
Zur Überwindung der zuvor aufgezeigten Schwierigkeiten wird gemäss der Erfindung die aus der chromatographischen Säule herausfliessende, ausgewaschene Flüssigkeit bis zum Erreichen eines vorgegebenen Volumens vorübergehend gesammelt; kurz vor Erreichen des Endvolumens wird eine Teilmenge dieser Flüssigkeit zu einem gesonderten, mit einer Reihe von Probiergläsern versehenen Speichergerät abgezweigt, und nach Abzweigung dieser Teilmenge wird das vorübergehend gesammelte Volumen als Ganzes zum Kolorimeter weiterbefördert, so dass dem gerade im Kolorimeter analysierten Flüssigkeitsvolumen eine Teilmenge derselben Flüssigkeit im Speichergerät zugeordnet ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens kann die aus der chromatographischen Säule ausgewaschene Flüssigkeit in ein Verteilergerät fliessen, aus dem ein Teil zu der Durchflusszelle des Kolorimeters und ein weiterer Teil zu einem Fraktionssammler befördert werden kann.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieser weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilergerät einen Einlass für die aus der chromatographischen Säule ausgewaschene Flüssigkeit und zwei getrennte Ausgänge zum Abfluss der Anteile der ausgewaschenen Flüssigkeit aufweist, die gleichzeitig zu dem selbsttätigen Analysiergerät bzw. zu dem selbsttätigen Fraktionssammler strömen.
Hierdurch kann die ausgewaschene Flüssigkeit quantitativ im Hinblick auf die bekannten Bestandteile in dem selbsttätigen Analysengerät analysiert, und gleichzeitig können die abgemessenen Fraktionen derselben Flüssigkeit zur qualitativen Analyse unbekannter Bestandteile gesammelt werden.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Gerätes wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren ausführlich beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines fortlaufend arbeitenden chromatographischen Analysengerätes und dient der Erläuterung eines Durchführungsbeispiels des Verfahrens gemäss der Erfindung.
Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen Teil des Gerätes in vergrössertem Massstab.
In Fig. 1 ist eine chromatographische Säule 10 dargestellt, die von einem Mantel 12 umschlossen ist, durch den Wasser oder eine andere Flüssigkeit von einer Pumpe 14 getrieben wird, die mit einem Heizgerät 16 in Reihe geschaltet ist, um die Säule auf der gewünschten Temperatur zu halten, die möglicherweise thermostatisch eingestellt werden kann. Der Auslass 18 der Säule ist über eine Röhre 20 an ein Verteilergerät 22 angeschlossen,- durch dessen Auslass 24 ein Teil der ausgewaschenen Flüssigkeit zur fortlaufenden selbsttätigen kolorimetrischen Analyse abgegeben wird. Über einen weiteren Auslass 26 kann ebenfalls ein Teil der ausgewaschenen Flüssigkeit einem Rohr 28 eines selbsttätigen Fraktionssammlers 30 zugeführt werden. Der selbsttätige Fraktionssammler, der hier verwendet werden kann, ist in der US Patentschrift 2.710.715 beschrieben.
Das Verteilergerät 22 ist aus einem einzigen Stück Glas hergestellt und enthält Abschnitte 32 und 34, die an ihren Enden durch eine Röhre 36 verbunden sind.
Der Abschnitt 32 ist an seinem oberen Ende 38 offen, so dass die ausgewaschene Flüssigkeit, die sich in dem Verteilergerät sammelt, dem normaIen Aussendruck ausgesetzt ist. Der Abschnitt 34 besitzt auch eine Entlüftungsöffnung 37, so dass die Flüssigkeit in beiden Abschnitten dasselbe Niveau aufweist und unter normalem Luftdruck steht. Das Ende der Auslassröhre 24 liegt unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in dem Abschnitt 34 des Verteilers, was ebenfalls für den Auslass 26 zutrifft, über den ein Teil der ausgewaschenen Flüssigkeit dem Rohr 28 des Fraktionssammlers zugeführt werden kann.
Eine Dosierpumpe 40 führt ein Lösemittel oder eine Waschflüssigkeit unter Druck über eine Röhre 42 dem Einlass 44 der chromatographischen Säule 10 zu und pumpt gleichzeitig die Waschflüssigkeit aus dem Abschnitt 34 des Verteilers 22 gemeinsam mit anderen Flüssigkeiten zu ihrer Analyse in das Durchflusszellen-Kolorimeter und gleichzeitig zur Herstellung von Chromatogrammen durch die Registriergeräte weiter, die unter der Steuerung der zugehörigen Kolorimeter arbeiten.
Diese Pumpe enthält eine Platte 46, auf der mehrere nachgiebige und zusammendrückbare Röhrchen 48-58 parallel in gewissen Abständen nebeneinander angeordnet sind, und die gleichzeitig fortlaufend in ihrer Längsrichtung von Druckrollen 60 zusammengedrückt werden, die von einer endlosen Kette 62 getragen werden; diese wird von einem Antriebsrad in Gang gesetzt, das mit einer Welle 64 für das Kettenrad in Verbindung steht. Diese Rollen sind in einem Rahmen 66 angebracht, der um einen horizontalen Lagerzapfen 68 bewegbar ist, damit die Druckrollen in der einen Stellung die nachgiebigen und zusammendrückbaren Röhrchen zusammenpressen und in die andere Stellung von der Platte zurückgezogen werden können, falls, wenn notwendig, Röhrchen eingesetzt oder entfernt werden sollen.
Die Röhrchen 48-58 können einen unterschiedlichen Innendurchmesser aufweisen, so dass verschiedene Flüssigkeiten in vorgegebenen Anteilen zugeführt werden können; aber alle Röhrchen besitzen, selbst wenn ihr Innendurchmesser unterschiedlich ist, dieselbe Wanddicke, so dass sämtliche zu gleicher Zeit vollständig und fortlaufend in ihrer Längsrichtung zusammengepresst werden können, wobei sich die Rollen in Richtung des Pfeiles A bewegen.
Bei der dargestellten Anordnung wird die Waschflüssigkeit aus dem Abschnitt 34 des Verteilergerätes 22 über das Pumpenröhrchen 48 zugeführt, das mit einer Fassung 70 verbunden ist, die in vergrössertem Massstab aus der Fig. 2 hervorgeht. Diese Fassung besteht aus Glas und enthält mehrere röhrenförmige Einlassabschnitte 72, 74 und 76 und einen röhrenförmigen Auslassteil 78. Das Röhrchen 48 steht mit dem Abschnitt 72 in Verbindung, während die Pumpenröhrchen 50 und 52 an den Abschnitten 74 und 76 der Fassung angeschlossen sind; Luft oder ein anderes, nicht zu Reaktionen neigendes Gas kann über das Röhrchen 50 und eine der Verdünnung dienenden Flüssigkeit über das Röhrchen 52 der Fassung zugeleitet werden.
Der Abschnitt 74 ist mit einer kleinen öffnung 80 versehen, an der Luftblasen in den Flüssigkeiten gebildet werden, die über die Röhrchen 48 und 52 der Fassung 70 an einer Verbindungsstelle 82 zugeführt werden, an der ein Auslass 78 angeschlossen ist, so dass die Flüssigkeit, die durch die Fassung strömt, in aufeinanderfolgende Flüssigkeitsschübe zerteilt wird, die durch Lufteinschlüsse getrennt sind; diese Lufteinschlüsse dienen der selbsttätigen Entfernung von Flüssigkeitsteilchen, die sich sonst an den Innenwänden der Röhrchen in der Anlage festsetzen. Eine schraubenförmige Rohrschlange 84 ist mit dem Auslass 78 verbunden, der seinerseits über eine Röhre 85 angeschlossen ist, die ausserdem mit Rohrschlangen 86 und 88 in Verbindung steht.
Substanzen, die der Behandlung der Flüssigkeit zur kolorimetrischen Analyse dienen, werden über die Röhrchen 54 und 56 zur Rohrschlange 86 und von dieser zur Röhre 85 gepumpt, die mit der Rohrschlange 88 in Verbindung steht. Wenn zum Beispiel die aus der Säule 10 herausgelöste Flüssigkeit eine Aminosäure enthält, die kolorimetrisch zur Herstellung eines oder mehrerer Chromatogramme analysiert werden soll, ist das über das Pumpenröhrchen 52 zugeführte Verdünnungsmittel Äthylenglykolmonomethyläther, während das Farbreagenzmittel Ninhydrin in Gegenwart von Hydrindantin als Reduktionsmittel wirkt. Das Ninhydrin und Hydrindantin werden über die Pumpenröhrchen 54 bzw. 56 der Rohrschlange 86 und das sich ergebende Farbreagenzmittel der in der Rohrschlange 84 fliessenden herausgelösten Flüssigkeit zugeführt und in der Rohrschlange 88 mit dieser vermischt.
Der über die Pumpe 52 eingeführte Äthylenglykolmonomethyläther wird zum Abwaschen von Resten der zuvor herausgewaschenen Probeflüssigkeiten in den Röhren der Anlage verwendet, damit das Registriergerät auf seine Grundlinie zurückkehrt.
Bevor die Luft über das Pumpenröhrchen 50 eingeführt wird, wird sie durch Schwefelsäure (H2SOl) hindurchgeleitet, um das Ammoniak (NH3) zu entfernen und somit eine Reaktion mit dem Farbreagenz auszuschalten.
Das Farbreagenz, das aus der Rohrschlange 86 ausströmt und sich in der Rohrschlange 88 mit den herausgelösten Flüssigkeiten mischt, fliesst von hier in ein Wärmebad 90, das auf einer Temperatur von etwa 950 C gehalten wird, um eine Farbänderung in der ausgewaschenen Flüssigkeit zwecks kolorimetrischer Analyse herzustellen. Nach dieser Behandlung in dem Wärmebad 90 strömt die ausgewaschene Flüssigkeit durch eine Kühlungsspule 92 und zu einer Durchflusszelle 94 eines Kolorimeters 96 das ein zugehöriges Registriergerät 98 zur Herstellung eines Chromatogrammes betätigt.
Wie aus der Figur hervorgeht, können zusätzliche Kolorimeter-Registriergeräte 100, 102, 104 und 106 vorgesehen sein; Durchflusszellen 108 und 110 der Kolorimeter 100 und 104 sind untereinander und mit der Durchflusszelle 94 des Kolorimeters 96 in Reihe geschaltet. Die Lichtquellen dieser Kolorimeter weisen unterschiedliche Wellenlängen auf, wie es allgemein üblich ist, so dass Chromatogramme auf verschiedene Bestandteile der ausgewaschenen Flüssigkeit mit den Registriergeräten 98, 102 und 106 hergestellt werden, da die ausgewaschene Flüssigkeit der Reihe nach durch die Durchflusszellen 94, 108 und 110 fliesst, Anstatt mehrerer Kolorimeter kann auch ein einziges Kolorimeter mit einem Vierfachschreiber verwendet werden, dem Geräte zugeordnet sind, die in bekannter Weise Licht von mehreren verschiedenen Wellenlängen.
das von einer einzigen Lichtquelle ausgeht, herstellen, wie aus der US-Patentschrift 3.010.798 hervorgeht.
Nachdem die Säule 10 in üblicher Weise vorbereitet ist, wird das beschriebene Gerät zum stufenweisen Aus- waschen der Säule in Gang gesetzt, wobei die Dosierpumpe 40 das Lösemittel oder eine herauslösende Flüssigkeit, die eine an sich bekannte Pufferlösung mit einem geeigneten pH-Wert zur Analyse von Aminosäuren sein kann, über den Einlass 44 der Säule 10 zuführt. Die herausgelösten Stoffe strömen aus der Säule 10 über den Auslass 18 und die Röhre 20 zum Verteilergerät 22; von diesem aus wird die ausgewaschene Flüssigkeit mit der Dosierpumpe 40 zwecks Vorbereitung der kolorimetrischen Analyse und Betätigung der Registriergeräte weitergepumpt, so dass Chromatogramme hergestellt werden können.
Gleichzeitig fliesst beim Pumpen der ausgewaschenen Flüssigkeit zu den Kolorimetern ein Teil dieser Flüs sigkeit infolge der Schwerkraft durch den Auslass 26 des Verteilergerätes 22 zu den Probiergläsern des selbsttätigen Fraktionssammlers 30; auf diese Weise werden die Fraktionen in den Probiergläsern in einer bestimmten Beziehung zu der Arbeitsweise der Kolo rimeter-Registriergeräte gesammelt und für eine Analyse zwecks Überwachung des automatischen Teils der Anlage oder für eine spezielle Analyse verfügbar gemacht, falls der automatische Teil der Anlage Chromatogramme liefert, die nicht eindeutig die bekannten Substanzen in den ausgewaschenen Flüssigkeiten entsprechend ihren Farbabsorptionseigenschaften anzeigen, wenn sie mit vorgegebenen Farbreagenzien für die angenommenen bekannten Stoffe im Vergleich mit Normflüssigkeiten im Kolorimeter behandelt werden.
Wie man erkennen kann, hängt das Volumen der herausgewaschenen Flüssigkeit, die aus dem Verteilergerät 22 mit der Pumpe 40 zur selbsttätigen ununterbrochenen Analyse herausgezogen wird, vom inneren Querschnitt der Röhre 48 ab, falls man eine gleichförmige vorgegebene Geschwindigkeit der Druckrollen 60 annimmt. Bei der normalen Arbeitsweise des Geräts ist jedoch die Menge der herausgewaschenen Flüssigkeit, die aus dem Empfänger 22 abgesaugt wird, je Zeiteinheit geringer als die Menge, die in den Abschnitt 34 des Empfängers einströmt, so dass ein Teil der Flüssigkeit in den selbsttätigen Fraktionssammler 30 in einer bestimmten zeitlichen Beziehung zur Strömung der Flüssigkeit durch die Röhre 48 in den Teil des Gerätes, der die ununterbrochene selbsttätige Analyse ausführt, fliesst.