Einrichtung zum Dosieren von Proben in einem Druckkreislauf, insbesondere für die
Kolonnenchromatographie
In automatischen Apparaten für analytische Zwecke, wie z. B. bei Analysen von Aminosäuregemischen und ähnlichen Stoffen, mittels Elution von Ionenaustau schem, müssen die Proben bei Beginn der Analyse automatisch in die Kolonne gebracht werden und zwar aus Vorratsbehältern, in welche sie von Hand in bestimmten Zeitperioden gebracht worden sind. Bei derzeitigen Systemen ist es notwendig, mehrere Proben in die Vorratsbehälter zu bringen, um die volle Kapazität des Apparates auszunützen. In modernen Apparaten beträgt diese Kapazität 5 bis 20 Analysen in 24 Stunden.
In sehr effektiv arbeitenden modernen Apparaten müssen die unerwünschten Einflüsse der Trennung der Gemische an der Kolonne unterdrückt werden. Zu diesem Zwecke muss der Probenbehälter möglichst nahe an den Stirnenden der Kolonnen angeordnet werden, d. h. in der Druckabzweigung der Pumpe, welche das Eluat in die Kolonnen drückt. Zwecks Verminderung einer Verwaschung der Konzentrationszonen muss die Verbindungsleitung zu dem Probenbehälter und der Kolonne kapillar und womöglich kurz ausgebildet werden und die innere Oberfläche derselben darf nur das möglichste Minimum der Probe zurückhalten. Dieselben Bedingungen gelten bezüglich des Probenbehälters selbst. Überdies muss die Dosiervorrichtung die tÇberlei- tung der ganzen Probe vom Beginn der Analyse aus dem Probenbehälter bis zur Kolonne in kürzester Zeit sichergestellt werden.
Schliesslich muss dafür gesorgt werden, dass keine Undichtigkeit im Apparat während des Druckverlaufes zustande kommt und die geringsten Probenteile aus dem Dosiersystem hinausgelangen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe mindestens einen Probenbehälter enthält, welcher mit dem Druckkreislauf der Pumpe durch Mehrweghähne und hydraulische Vertei ler verbunden ist, wobei an dem Probenbehälter eine Kapillarleitung angeschlossen und in eine Buchse eingesetzt ist, auf welcher ein Träger aufgesetzt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
In der Fig. 1 ist lediglich eine Kapillare gemeinsam mit den zugehörigen kapillaren Verbindungen dargestellt. Die Mehrweghähne 4 und 5, in der Fig. 1 als Sechsweghähne dargestellt, können entweder mit einer Welle oder mit einer Spindel ausgeführt sein, oder die Spindeln können voneinander getrennt und mechanisch mit den Zahnrädern 6 und 7 verbunden sein, gegebenenfalls auch durch ein weiteres Verbindungsrad 8 derart, dass sie übereinstimmende Bewegungen ausführen. Hierbei kann diese Bewegung durch einen selbständigen elektrischen Antrieb auf Grund von elektrischen Impulsen hervorgerufen sein, die von einer zentralen Programmiereinrichtung ausgesandt werden. Die angeführte Bewegung kann auch z. B. durch einen Klinkenradmechanismus hervorgerufen werden, wobei die Klinkenräder 9 diesen Mechanismus schrittweise um den zugehörigen Winkel durch die Klinke 10 weitergedreht werden.
Dieses Klinkenrad ist an den Schwingarm 11 angelenkt, der mit dem Zahnrad 12 verbunden ist, das in die Zahnräder 13, 14 eingreift, durch welche die Bewegung von zwei weiteren hydraulischen Verteilern 15, 16 besorgt wird. Diese hydraulischen Verteiler 15, 16 können ebenfalls mit einer einzigen Welle ausgeführt sein und um eine Teilung hin und her bewegt werden durch einen zugehörigen, an sich bekannten und in der Fig. 1 nicht eingezeichneten elektrischen Antrieb, der von einer zentralen Programmiereinrichtung gesteuert wird. Die hydraulischen Verteiler 15, 16 können zwei Stellungen einnehmen. In der einen Stellung ist die Pumpe 17 mit ihrer Druckleitung 18 mit dem Kanal 19 im Drehkern des hydraulischen Schalters 15 mit der Verbindungsleitung 20 verbunden, welche zu einem der Umfangsstutzen des hydraulischen Schalters 16 führt.
In der Grundstellung des drehbaren Kerns des Schalters 16 verbinden die Kanäle 21 die Leitung 20 zur Leitung 22, welche direkt in die Kolonne 23 führt. In der ange führten Grundstellung ist also sowohl der obere Vielweghahn 4, als auch der untere Vielweghahn 5 vom Druckkreis abgeschaltet und die Pumpe 17 drückt den Eluent in die Kolonne 23. Die Verbindungsleitung 24 ist jedoch in der Grundstellung mit dem weiteren Kanal 25 der Spindel des hydraulischen Schalters 15 mit der zum Mundstück führenden Leitung 26 verbunden, mit welcher durch Ansaugen mit dem Mund oder mit einer leicht regulierbaren Saugeinrichtung die Proben und die Schutzpuffer gemeinsam mit den abtrennenden Bläschen in die einzelnen Vorratskapillaren 1 angesaugt werden können.
Hierbei muss jeder so gefüllte Behälter mit der Verbindungsleitung 24 und damit auch mit der Leitung 26 durch geeignetes Drehen des Vielweghahnes 4 verbunden sein. Die unten verengte kapillare Mündung 27 muss von dem Verbindungsstück der kapillaren Leitung 3 so abgetrennt sein, dass die Möglichkeit besteht, durch die verengte untere Mündung 27 die Probe und die Schutzpuffer aus den zugehörigen kleinen Gefässen, welche unter den Behältern 1 zeitweise so gehalten werden, dass die Mündung 27 unter die Oberfläche der zugehörigen Flüssigkeit reicht, eingesaugt werden.
Auf der Fig. 1 ist weiterhin eine von den zahlreichen möglichen Konstruktionen der Durchführung der Anschlüsse der kapillaren Leitung 3 dargestellt. Diese Leitung ist an ihrem Ende kegelförmig so erweitert, dass sie nicht aus der Buchse 28, die z. B. aus Teflon hergestellt und im Innern mit einer kleinen Manschette aus Silikongummi ausgeführt ist, herausgezogen werden kann. Auf der Buchse 28 sitzt von unten der Träger 30, wodurch eine genügende dichte Verbindung der Behälterkapillare 1 mit der kapillaren Leitung 3 sichergestellt ist. In ähnlicher Weise kann die Verbindung der kapillar ren Leitung 2 mit der Vorratskapillare 1 durchgeführt sein. Die Behälterkapillare 1 kann sich hier an dem weiteren Träger 31 abstützen, der mit der Erweiterung 32 im unteren Teil des vollen Durchmessers der Vorratskapillare 1 aufsitzt.
In der beschriebenen Grundstellung der hydraulischen Verteiler 15, 16 besteht also die Möglichkeit, alle Vorratskapillaren 1 zu füllen, die nicht an den Druckkreis verbunden bleiben, mit Ausnahme einer Kapillare. Dies verwirklicht sich durch Drehen der hydraulischen Schalter 15, 16 in die zweite Funktionsstellung.
In dieser Abnahmestellung schaltet sich die von der Pumpe 17 durch den Kanal 19 zur Verbindungsleitung 24 führende Druckleitung 18 um, wobei die Verbindungsleitung an einen der Verbindungsstutzen des Vielweghahnes 4 angeschlossen ist und damit auch an die zugehörige Vorratskaplllare 1. Durch diese Verbindung auf den Druckkreis wird der Inhalt der Kapillare 1 durch die kapillare Leitung 3 über den hydraulischen Schalter 5 und die kapillare Leitung 24 auf den hydraulischen Schalter 16 in die Kolonne 23 gedrückt. Wie ersichtlich ist, bleibt die Verbindungsleitung 20 zwischen den hydraulischen Schaltern 15, 16 abgeschaltet.
In dieser Funktionsstellung kann die ganze Einrichtung lediglich in der Zeit verbleiben, die für den Transport der Probe notwendig ist, was besonders in solchen Fällen nötig ist, wo in die Behälterkapillare 1 mehrere Proben eingetragen wurden. Aus dieser ist es möglich, lediglich eine der eingebrachten Proben gemeinsam mit den zugehörigen Schutzpuffern, die von den Proben durch Bläschen und voneinander abgetrennt sind, weiter zu befördern. Auf keinen Fall darf eine weitere Probe angesaugt werden. Wenn aber in die Vorratskapillare lediglich eine Probe eingebracht war, kann die ganze Einrichtung in der angeführten Funktionsstellung längere Zeit verbleiben und es ist möglich, mit einer kleineren Zahl von Bläschen, oder auch überhaupt ohne diese, die ganze Einrichtung durchzuspülen.
Eine solche Durchspülung kann das Vertreiben der Probenreste von den Einrichtungswänden ersetzen und wird mit einer beschränkten Puffermenge durchgeführt, die aber durch Bläschen getrennt ist, was besonders wirksam ist, insbesondere gegen das Anhaften der Flüssigkeit an den Leitungen beim Durchfluss und dies insbesondere dann, wenn die inneren Wände hydrophobisiert sind.
Wenn in einen jeden kapillaren Behälter mehrere Proben eingetragen werden, kann für ihre schrittweise Ausleerung eine in der Fig. 1 dargestellte Einrichtung verwendet werden, bei der beim Bewegen der Spindeln der hydraulischen Schalter 15, 16 und damit auch durch Bewegung des Schwingarmes 11 die Schaltung der verwendet werden, bei der beim Bewegen der Spindeln beiden Vielweghähne 4 und 5 in eine weitere Stellung durchgeführt wird. Bei diesem Vorgang wird also aus jeder Vorratskapillare 1 lediglich die unterste Probe abgesaugt.
Selbstverständlich ist auch der umgekehrte Vorgang möglich, wobei aus jeder Vorratskapillare alle Proben nach und nach auf die Kolonne gefördert werden, wobei es nicht zu einem Umschalten der Vielweghähne 4 und 5 in eine weitere Lage kommen darf. Erst nach der Beendigung des Ausleerens einer Kapillare kann das Umschalten der beiden Vielweghähne auf weitere durchgeführt werden. Dieser Vorgang kann auch bei Erhaltung der Einrichtung nach Fig. 1 realisiert werden und zwar dadurch, dass z. B. die Klappe 10 durch die Bewegung des Hebers 10' nach oben gegen die Kraft der Feder 10" gehoben wird, so dass die Klappe 10 in den zugehörigen Zahn des Klinkenrades 9 eingreift, solange die allmähliche Abnahme der Proben aus der Vorratskapillare 1 nicht abgeschlossen ist.
Geeigneter als dieses mechanische Verfahren ist ein Verfahren zur direkten Beeinflussung der hydraulischen Verteiler 15, 16 durch ein selbständiges elektrisches Antriebsystem; ohne Verwendung der mechanischen Verbindung der Klappe 10 und dem Klinkenrad 9 wird die Verschiebung der Spindel der Vielweghähne 4, 5 in eine weitere Stellung in geeigneten Augenblicken gemäss den Weisungen, welche der Zentralprogrammierer in Form von Impulsen ausgibt, hervorgerufen.
In der Fig. 2 ist ein Beispiel der konstruktiven Durchführung der Vielweghähne dargestellt und dies so, dass die Spindeln 4, 5 dieser Hähne in eine einzige Spindel, die gemäss dem angeführten Verfahren in Stössen angetrieben wird, vereinigt sind. Die Spindel 33 ist im Körper 34 mit Hilfe von drei Dichtungsringen gelagert, die mit Vorteil aus Teflon angefertigt sind.
Diese drei Dichtungsbuchsen 35, 36, 37 bilden gleichzeitig das Lager für die Spindel 33 und sind voneinander durch feste Metall-Distanzrohre oder Ringe 38, 39 distanziert, wobei alle diese Ringe durch einen weiteren Metallring 40 miteinander durch die Stopfbuchsen-Regulierschraube 39 axial zusammengezogen sind. Die Spindel 33 füllt den Raum im Körper 34 dicht aus, wobei sie in der Richtung des Pfeiles 42 nach links gedrückt wird, wodurch sichergestellt wird, dass die Spindel 33 auf den Boden 43 der Bohrung im Körper 34 aufliegt.
An ihrem linken Ende hat die Spindel 33 einen winklig gebohrten Kanal 44, der die Verbindung des zentralen, kapillaren Austrittes der Leitung 45 mit irgendwelchen Seitenleitungen ermöglicht, von denen auf der Fig. 2 eines mit der Bezeichnung 46 eingezeichnet ist. In der Fig. 2 ist dargestellt, wie diese beiden Leitungen, jede allein, mit Hilfe der federnden Manschette 47 abgedichtet sind, welche gemeinsam mit dem Ring 48 durch die Anzugschraube 49 zusammengezogen sind.
Hierdurch wird nicht nur eine Abdichtung der zugehörigen kapillaren Leitung, sondern auch deren genügende Sicherung gegen ein zufälliges Herausziehen erzielt. Die Leitung 46 entspricht der kapillaren Leitung 3, die von den einzelnen Vorratskapillaren 1 wegführt. Alle Leitungen nach der Vorratskapillare müssen ohne Toträume verbunden sein, da es sonst zum Vermischen der Konzentrationszonen bei der Überführung der Proben und der umgebenden Schutzpuffer kommen würde.
Demgegenüber müssen nicht alle übrigen Leitungen, die den Eluenten zu den Vorratskapillaren bringen, unbedingt kapillar sein.
In der Fig. 2 ist ausserdem dargestellt, wie das Nacheinanderverbinden der Verbindungsleitung 24 zu jeder der kapillaren Leitungen 2 durchgeführt ist. Beide Leitungen sind am Körper 34 befestigt und in ähnlicher Weise, wie bei den Leitungen 45 und 46 abgedichtet.
Die Leitung 24 ist mit dem Kanal 50 mit einem Hohlraum verbunden, der im Zwischenkreis 51 zwischen dem Ring 39 und der Spindel 33 entsteht, wobei der Ring 39 eine Umfangsrille hat, die mit einer oder mehreren Durchbohrungen mit der inneren Fläche - so verbunden ist, dass die Verbindung mit dem Kanal 50 in jeder Lage gesichert ist. Im Zwischenkreis 51, der auf diese Weise dauernd an die Leitung 24 angeschlossen ist, tritt der Eluent durch den schief gebohrten Kanal 52 lediglich zu einem der z. B. sechs regelmässig verteilten Umfangskanäle 53, die mit den einzelnen kapillaren Leitungen 2 verbunden sind und die zu den einzelnen kapillaren Behältern 1 führen.
In ähnlicher Weise können auch die Spindeln der hydraulischen Schalter 15, 16 durchgeführt sein. In diesem Falle ist die Kons'iruktion einfacher, da lediglich die einzelnen Umfangsstutzen verbunden sind, die immer in einer Ebene für jeden der beiden hydraulischen Schalter liegen.
In der Fig. 3 ist schematisch die Vorrats- und Dosiereinrichtung dargestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die einzelnen Vorratskapillaren 1, 1' usw. auf einem gemeinsamen Körper befestigt sind, der kompakt oder aus zwei Leisten 53, 54 gebildet sein kann, welche glattgeschliffene Stirndichtungsflächen besitzen, auf denen genau auch die Enden der angekitteten oder anders befestigten einzelnen Vorratskapillare endigen. Durch die Dichtung, wie sie in der Fig. 4 dargestellt ist, wird erzielt, dass die Verbindungsleitungen 24, 25 immer dicht an beide Enden der bestimmten Vorratskapillaren aufsitzen und damit die Funktion der Vielweghähne 4, 5 gemäss der Fig. 1 vertreten.
Es ist also diese Konstruktion um die Vielweghähne vereinfacht, auch wenn selbstverständlich die Ansprüche an das Dichten der angeführten Verbindungen zwischen den Leitungen 24 resp. 25 und auf beide Enden der Vorratskapillaren übertragen ist.
Statt dass die Proben, resp. der Schutzpuffer, in die einzelnen Behälter bei ihrer Füllung direkt durch Eintauchen ihrer unteren Enden in das die Probe oder die Puffer enthaltende Gefäss eingesaugt werden, ist diese Einrichtung gemäss Fig. 3 in der Weise durchgeführt, dass die Leitung 25 in der Zeit der Füllung der einzelnen Vorratskapillaren mit Hilfe des Verbindungskanals 55 in der Spindel des hydraulischen Schalters 16 an die Saugleitung umgeschaltet wird, wodurch die Probe in den Behälter eingesaugt wird. Sonst sind die Funktionen der Einrichtung übereinstimmend mit den Funktionen wie in Fig. 1 beschrieben. Wie in der Fig. 3 beschrieben, führen die Kapillaren 1 und 1' usw. gemein sam mit den Leisten 53, 54 eine schrittweise Längsbewegung aus.
Den gleichen Effekt erlangt man auch dadurch, dass- die einzelnen Kapillaren nicht in der gleichen Ebene, sondern in einer Kreislinie in gleichen Winkelabständen angeordnet sind, wobei die Leisten 53, 54 die Form von Planscheiben annehmen.Die in der Fig. 3 dargestellte Einrichtung kann daher als in die Ebene abgewickelte Zylinderfläche angesehen werden.
In jedem Falle wechseln die Kapillaren sich im Anschluss an die einzelnen Leitungen in der Weise ab, dass durch einen Klinkenradmechanismus und die zugehört; gen Klappen das ganze System der Vorratsbehälter um eine Teilung bewegt wird.
Die Anordnung der -Abdichtung, die ausser in der Funktionslage gegen - keinen anderen Druck als gegen den hydrostatischen Druck der Säule der-Probe abdichten muss, ist eine solche, dass in der Funktionsstellung der Druckkreis, resp. seine kapillare Leitung, auch gegen hohen Druck gesichert ist.
Das Beispiel der konstruktiven Durchführung der Abdichtung ist sichtbar aus der Fig. 4. Die Verbindungsleitung 24 ist-hier aus einer kapillaren-Stahlhohlnadel nach Art der Injektionsnadeln hergestellt, welche dicht über der oberen Fläche der Leiste 53 endet, in die die einzelnen kapillaren Vorratsbehälter 1 und 1' usw. eingekittet sind. Durch die Zwinge 57 ist die Nadel 24 fest durch Anziehen der Zugschraube 58 eingeschlossen, wobei die Zwinge 57 mit dem ganzen Rahmen zusammenhängt. Mit diesem Rahmen hängt auch die unbewegliche Platte 59 zusammen, durch welche die Dichtung 60 so angedrückt ist, dass sie alle Öffnungen der einzelnen Vorratskapillaren abschliesst, mit Ausnahme einer, die an die Nadel 24 angeschlossen ist.
Das Abdichten der Nadelleitung auch gegen Druck, den die Kolonne erfordert, ist so durchgeführt, dass die Nadel 24 an ihrem unteren Ende durch die kleine Manschette 61 aus Silikongummi, Teflon oder ähnl. abgedichtet ist. Diese Manschette ist von aussen durch die Buchse 62, die lose auf die Nadel 24 aufgezogen ist, gehalten. Die Buchse 62 ist durch die Verschraubung, die aus der Mutter 63 und der Schraube 64 gebildet ist, zusammengedrückt. Beim gemeinsamen Anziehen dieser Schraubeinrichtung wird ein angemessenes grosses Zusammendrücken der engen Manschette 61 hervorgerufen. Hierbei entsteht noch zweckmässig ein Zusammendrücken der elastischen Dichtung 60 in der Nähe des kegelförmigen Endes der Buchse 62.
Die einzelnen Vorratskapillaren 1 und 1' usw., die in den Leisten 53, 54 befestigt sind, können durch kalibrierte glatte Öffnungen, die in ein Stück Plexiglas oder ähnl. gebohrt werden, ersetzt werden.
In der Fig. 5 ist schematisch die Einrichtung gezeigt, die eine in der Länge verschiebbare Stange 61 mit quer gebohrten kalibrierten Kanälen 62 umfasst, die zweckmässig durch weitere Kanäle 63 abwechselnd ergänzt sind, welche lediglich der Durchspülung der Leitung 64, 65 dienen. Das Ausleeren der einzelnen Kanäle 62 von den Proben in Form der Überführung der Proben auf die Kolonne geschieht dann durch den von der Hauptpumpe 17 über die Leitungen 18 und 24 ausgeübten Druck.
Auf diese Art wird eine wesentliche Vereinfachung der hydraulischen Verteiler gegenüber den vorangeführten Konstruktionen erzielt. Hierbei kann die Abdichtung mit einer viel geringeren Widerstandsfähigkeit gegen Druck ausgeführt werden, z. B. durch ein leichtes Andrücken der Dichtungsstreifen 66 aus Silikongummi.
Eine von den zahlreichen Möglichkeiten der praktischen Ausführung dieser Einrichtung zeigt schematisch die Fig. 6 im Querschnitt an der Stelle, wo die Ansaugleitung 65 mündet. Der Dichtungsstreifen 66 ist z. B. durch Einkleben in die feste, geformte Leiste 67 befestigt, wobei diese mit der engen Fläche am oberen Ende der Stirnfläche des Körpers 61 mit den Kanälen 62 dichtet.
Die ganze Einrichtung kann nicht nur für eine lineare Bewegung, sondern auch für eine Rotationsbewegung, in beiden Fällen mit Ruckbewegungen, angeordnet sein.