Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur kontinuierlichen Durchführung der Flüssig-fest-Chromatographie, bei dem einem Adsorbens-Bett gleichzeitig und kontinuierlich eine Lösung des zu trennenden Materialgemisches sowie ein Elutionsmittel zugeführt werden.
Bekannt sind Flüssig-fest-Chromatographie-Einrichtungen für kontinuierlichen Betrieb, die jedoch ausserordentlich selten zur Verwendung gelangen. Die bekannten Einrichtungen bestehen aus einem doppelwandigen Zylinder, in dessen Mantel das Adsorbens angeordnet ist. Oben ist der Zylinder offen, am unteren Teil sind die Austrittsstutzen angeordnet. Das Adsorbens-Bett läuft langsam um. Die zu untersuchende Lösung und das Elutionsmittel werden kontinuierlich auf die Oberfläche des Adsorbens geleitet. Das Elutionsmittel bewegt sich in Richtung nach unten und die am schwächsten adsorbierende Komponente bewegt sich entlang einer steilen Spirale abwärts, wogegen die stärker adsorbierende Komponente entlang einer weniger steilen Spirale den unteren Boden des Gefässes erreicht. Die Komponenten fliessen durch getrennte Abläufe aus dem Apparat austretend in Sammelgefässe.
Bei stationärem Zustand gelangen die Komponenten stets in die gleichen Sammler.
Bei den bekannten Einrichtungen ist jedoch die Wirksamkeit, d. h. die Selektivität des Abscheidungsvorganges weitgehend vom richtigen Einklang der eingestellten Parameter und von der Konstanz der ausgewählten Parameter abhängig. Eine Veränderung dieser Parameter während des Abscheidungsvorganges beeinträchtigt die Selektivität der Abscheidung in bedeutendem Masse.
Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der vorgenannten Mängel und die Ausarbeitung eines Verfahrens bzw. einer Einrichtung der eingangs genannten Art, bei der die Abscheidung sowohl bei Laboratoriumbedingungen als auch in industriellen Ausmassen mit Sicherheit durchgeführt werden kann.
Dies wird beim erfindungsgemässen Verfahren dadurch erreicht, dass das zu trennnende Materialgemisch in den oberen Teil des Adsorbens-Bettes geführt und mindestens ein Teil des Elutionsmittels auf die Oberfläche des Adsorbens-Bettes geleitet wird, wobei mit Hilfe des verbleibenden Teils des Elutionsmittels oder durch eine entsprechende Formgebung der Wand des das Adsorbens aufnehmenden Gehäuses die nach unten gerichtete Strömung von Elutionsmittel und zu trennnendem Materialgemisch seitlich abgelenkt wird, und dass die so entstehenden, getrennten Ströme der Lösung von abgetrenntem Material in Elutionsmittel durch mehrere, getrennte Ablauföffnungen entnommen werden.
Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dienende Einrichtung besitzt ein mit Adsorbens-Material gefülltes Gehäuse, einen oder mehrere Elutionsmittel-Zulaufstutzen und einen Zulaufstutzen für das zu trennende Materialgemisch sowie mehrere Ablaufstutzen. Sie ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Elutionsmittel Zulaufstutzen und der Zulaufstutzen für das zu trennende Gemisch mindestens zum Teil miteinander einen Winkel einschliessend in das Gehäuse münden.
Die erfindungsgemässe Einrichtung hat zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten, die detailliert aufgrund von Zeichnungen als Ausführungsbeispiele beschrieben werden.
Fig. 1 ist ein, die theoretische Grundlage des erfindungsge mäusen Verfahrens darstellendes Vektordiagramm.
Fig. 2 ist die Ansicht eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemässen Einrichtung.
Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel.
In Fig. 1 ist zu sehen, dass bei Einwirkung eines seitlichen Vektors Vs auf die in der klassischen Kolonnen-Chromatographie vorkommenden Geschwindigkeitsvektoren Va, Vb, Vc unterschiedlicher Grösse, jedoch gleicher Richtung, nach Summierung der Vektoren die im Elutionsmittel gelösten Materialkomponenten sich mit den, unterschiedliche Richtungen aufweisenden, resultierenden Geschwindigkeitsvektoren Vx, Vy und Vz weiterbewegen.
Bei dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung gemäss Fig. 2 besitzt die Einrichtung ein stehendes prismenförmiges Gehäuse. Auf der oberen Seite des Gehäuses sind der Einfüllstutzen 16 und der Elutionsmittel-Zulaufstutzen 18 angeordnet. Auf der einen senkrechten Seitenwand sind weitere Elutionsmittel-Zulaufstutzen 11, 12, 13, 14 und 15 angeordnet. Über den Elutionsmittel-Zulaufstutzen 11-15 ist ein Zulaufstutzen 17 für das zu trennende Materialgemisch angeordnet. Auf der anderen, gegenüberliegenden Seitenwand des Gehäuses und auf der unteren Seitenwand sind die Ablaufstutzen 1-10 angeordnet.
Die Zulauf- und die Ablaufstutzen der Einrichtung werden mit Filterflächen, z. B. mit Glaswolle oder Watte versehen.
Durch den Einfüllstutzen 16 wird das Gehäuse bis zur vollen Höhe in der bei der Kolonnen-Chromatographie bereits beschriebenen Art und Weise mit Adsorbens aufgefüllt. Nach Abschliessen des Einfüllstutzens 16 wird durch den Stutzen 18 das Elutionsmittel eingeleitet. Die am unteren Teil des Gehäuses vorgesehenen Ablaufstutzen 6-10 werden vollständig geöffnet und dadurch wird der Geschwindigkeitsvektor Va des Elutionsmittels erzeugt. Der Seitenvektor wird durch das, durch einen der Stutzen 11-15 zugeleitete Elutionsmittel und durch das Öffnen eines beliebigen der Ablaufstutzen 1-5 hervorgerufen. Zweckmässigerweise erfolgt gleichzeitig mit der Zuleitung durch den Stutzen 18 die Zuleitung durch den Stutzen 11, die Ableitung hingegen durch den Stutzen 4. Das zu trennende Material wird langsam durch den Stutzen 17 in das Gehäuse geführt.
Unter Einwirkung der im Apparat hervorgerufenen beiden Vektoren treten die Komponenten des Materialgemisches durch die Ablaufstutzen 6-10 voneinander getrennt aus dem Gehäuse.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung ist die Konstruktion, bei der das Gehäuse bogenförmig und sich trichterartig erweiternd ausgebildet ist. Diese Ausführung ist in Fig. 3 zu sehen. Die Einrichtung ist oben durch einen Deckel 37 abgeschlossen, der nach Lösen der Schraubenverbindung abgenommen werden kann.
In das Gehäuse mündet von oben der Elutionsmittel-Zulaufstutzen 9, von der Seite der zur Zuleitung des zu trennenden Materialgemisches dienende Stutzen 8. Auf der zur Achslinie des Gehäuses annähernd senkrechten Abschlussplatte sind bei dem Ausführungsbeispiel sechs Ablaufstutzen 31-36 ausgebildet. Der Querschnitt bzw. die Öffnung der Ablaufstutzen soll so beschaffen sein, dass sich der Durchgangsquerschnitt vom Stutzen 31 in Richtung zum Stutzen 36 linear so vermindert, dass durch den Stutzen 36 nur ein Zehntel des durch den Stutzen 31 strömenden Materials austreten kann.
Dieser sich linear ändernde Querschnitt kann zweckmässigerweise so verwirklicht werden, dass die an die Stutzen angeschlossenen Kunststoffrohre zwischen zwei Metallstangen oder Bänder eingelegt angeordnet werden, wobei die beiden Metallstangen an beiden Seiten mittels Federn gegeneinander abgestützt sind und wobei die Federn durch Klemmschrauben verbunden werden, mit deren Hilfe die beiden Metallstangen gegenseitig in verschiedenen Winkel eingestellt werden können.
Auch bei der Einrichtung gemäss Fig. 3 ist der Apparat nach Abnahme des Deckels 37 vollständig mit dem Adsorbens-Material aufzufüllen; dann ist nach Abschliessen des Deckels 37 durch den Stutzen 38 das zu trennende Material, durch den Stutzen 39 das Elutionsmittel in das Gehäuse einzuführen. Bei kontinuierlicher Zuführung des Elutionsmittels und des zu trennenden Materials tritt das einen grösseren Geschwindigkeitsvektor aufweisende Material durch die Stutzen 35, 36,das den geringeren Geschwindigkeitsvektor aufweisende Material mehr durch den die Stutzen 32, 33, 34 voneinander getrennt aus der Einrichtung aus.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 besitzt die Einrichtung ein kegelförmiges Gehäuse 41, das durch eine von unten zu befestigende Bodenplatte 42 abgeschlossen ist. Innerhalb der Bodenplatte sind konzentrische Kanäle 44 ausgebildet, und an jeden einzelnen Kanal ist ein besonderer Ablaufstutzen 45 angeschlossen. In die kegelförmige Spitze des .Gehäuses 41 münden konzentrisch angeordnet, zwei Rohre hinein, von denen das innere Rohr 46zur Zuleitung des Elutionsmittels, das dieses konzentrisch tngebende Rohr 43 zur Zuleitung der Lösung des zu trennenden Materials dient. In jedes Rohr ist natürlich auch ein Absperrorgan eingebaut.
Im Bereich der Spitze des kegelförmigen Gehäuses 41 ist von der Seite ein Stutzen 47 angeschlossen, der einerseits zur Einfüllung des Adsorbens dient, andererseits einen in sein sich kegelig erweiterndes Ende einsetzbaren und mit einem Absperrorgan 48 versehenen Behälter 49 besitzt, der ebenfalls mit dem Elutionsmittel aufgefüllt wird. Der Behälter 49 kann nach Auffüllen mit dem Adsorbens auf den Stutzen 47 aufgesetzt werden.
Bei der Durchführung des Abscheidevorganges werden die Ablaufstutzen 45 der Einrichtung von innen mit etwas Watte abgedichtet und dann wird die Bodenplatte 42 an das Gehäuse 41 befestigt. Hiernach wird das Gehäuse durch den Stutzen 47 bis zur Öffnung des Stutzens 47 mit Adsorbens aufgefüllt.
Dann wird der Behälter auf den Stutzen 47 aufgesetzt. Durch entsprechende Regelung des Absperrorgans 48 wird langsam die Strömung des Elutionsmittels aus der einen Richtung eingeleitet. Dann wird die Strömung des Elutionsmittels auch durch das Rohr 46 in Gang gesetzt. Sobald im Ablaufstutzen 45 das Elutionsmittel erscheint, wird durch das Rohr 43 die Zuleitung der Lösung des zu trennenden Materials freigegeben.
Infolge der in seitlicher Richtung erfolgenden Strömung des durch das Rohr 46 einlaufenden Elutionsmittels im Adsorbens-Bett kommt ein Geschwindigkeitsvektor zustande, der die Materialkomponenten in seitlicher Richtung verschiebt.
Das durch den Stutzen 47 über das adsorbens-Bett gelangende Elutionsmittel erzeugt hingegen einen senkrecht nach unten zeigenden Geschwindigkeitsvektor. Unter Einwirkung der beiden Vektoren wandern die Komponenten des getrennten Materials entlang unterschiedliche Radien aufweisender Kegelmantellinien abwärts und sammeln sich in den verschiedenen Kanälen der Bodenplatte 42 jeweils getrennt. In den Ablaufstutzen 45 erscheint demgemäss die mit Elutionsmittel gebildete Lösung der abgetrennten Stoffe. In dem zum äussersten Kanal gehörenden Stutzen erscheint die mit Elutionsmittel gebildete Lösung der weniger adsorbierenden und nach innen fortschreitend der in immer stärkerem Masse adsorbierenden Materialkomponenten.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren und der erfindungsgemässen Einrichtung können Abscheidungsvorgänge an sämtlichen beliebigen Feststoff-Adsorbenten durchgeführt werden.
Die erfindungsgemässe Einrichtung kann durch geeignete Behälter zur Dosierung des Elutionsmittels und der Lösung des abzuscheidenden Stoffes ergänzt werden. In den Dosierbehältern kann durch Erzeugung eines Inertgas-Oberdruckes die Strömung des Elutionsmittels verstärkt und dadurch der Abscheidungsvorgang beschleunigt werden.
The invention relates to a method and a device for continuously performing liquid-solid chromatography, in which a solution of the material mixture to be separated and an eluent are fed simultaneously and continuously to an adsorbent bed.
Liquid-solid chromatography devices for continuous operation are known, but they are used extremely rarely. The known devices consist of a double-walled cylinder in the jacket of which the adsorbent is arranged. The cylinder is open at the top, the outlet nozzles are arranged at the bottom. The adsorbent bed rotates slowly. The solution to be examined and the eluent are continuously directed onto the surface of the adsorbent. The eluent moves downwards and the weakest adsorbent component moves down a steep spiral, whereas the more strongly adsorbent component moves down a less steep spiral to the bottom of the vessel. The components flow out of the apparatus through separate drains into collecting vessels.
When stationary, the components always end up in the same collector.
In the known devices, however, the effectiveness, i. H. the selectivity of the deposition process largely depends on the correct harmony of the set parameters and on the constancy of the selected parameters. A change in these parameters during the deposition process affects the selectivity of the deposition to a significant extent.
The aim of the invention is to eliminate the abovementioned deficiencies and to develop a method or a device of the type mentioned at the outset in which the deposition can be carried out with certainty both under laboratory conditions and on an industrial scale.
This is achieved in the process according to the invention in that the material mixture to be separated is fed into the upper part of the adsorbent bed and at least part of the eluant is passed onto the surface of the adsorbent bed, with the aid of the remaining part of the eluent or a corresponding Shaping the wall of the housing receiving the adsorbent, the downward flow of eluant and material mixture to be separated is deflected laterally, and that the separate flows of the solution of separated material in eluant that are created in this way are removed through several separate drainage openings.
The device used to carry out the method according to the invention has a housing filled with adsorbent material, one or more eluent inlet ports and an inlet port for the material mixture to be separated, as well as several outlet ports. According to the invention, it is characterized in that the eluent inlet nozzle and the inlet nozzle for the mixture to be separated open at least partially with one another, including an angle, into the housing.
The device according to the invention has numerous design options, which are described in detail as exemplary embodiments on the basis of drawings.
Fig. 1 is a vector diagram representing the theoretical basis of the method according to the invention.
Fig. 2 is a view of an embodiment of the device according to the invention.
Fig. 3 is a further embodiment of the device according to the invention.
Fig. 4 shows a further embodiment.
In Fig. 1 it can be seen that when a lateral vector Vs acts on the velocity vectors Va, Vb, Vc of different sizes, but in the same direction, which occur in classical column chromatography, after summing the vectors, the material components dissolved in the eluent are move the resulting velocity vectors Vx, Vy and Vz in different directions.
In the embodiment of the device according to the invention according to FIG. 2, the device has a standing prism-shaped housing. The filler neck 16 and the eluent inlet connector 18 are arranged on the upper side of the housing. Further eluent inlet ports 11, 12, 13, 14 and 15 are arranged on one vertical side wall. An inlet connection 17 for the material mixture to be separated is arranged above the eluent inlet connection 11-15. The drain nozzles 1-10 are arranged on the other, opposite side wall of the housing and on the lower side wall.
The inlet and outlet connections of the device are provided with filter surfaces, e.g. B. provided with glass wool or wadding.
Through the filler neck 16, the housing is filled with adsorbent up to its full height in the manner already described for column chromatography. After the filler neck 16 has been closed, the eluent is introduced through the neck 18. The drainage nozzles 6-10 provided on the lower part of the housing are completely opened and the velocity vector Va of the eluent is generated as a result. The side vector is caused by the eluent fed in through one of the ports 11-15 and by opening any of the drain ports 1-5. Appropriately, at the same time as the feed line through the nozzle 18, the feed line through the nozzle 11, while the discharge through the nozzle 4. The material to be separated is slowly fed through the nozzle 17 into the housing.
Under the influence of the two vectors produced in the apparatus, the components of the material mixture emerge from the housing separately from one another through the outlet nozzles 6-10.
Another advantageous exemplary embodiment of the device according to the invention is the construction in which the housing is arcuate and widening in the manner of a funnel. This embodiment can be seen in FIG. 3. The device is closed at the top by a cover 37 which can be removed after loosening the screw connection.
The eluent inlet port 9 opens into the housing from above and the port 8 serving to feed the material mixture to be separated from the side. In the exemplary embodiment, six outlet nozzles 31-36 are formed on the closing plate, which is approximately perpendicular to the axis of the housing. The cross-section or the opening of the drainage nozzle should be such that the passage cross-section from the nozzle 31 in the direction of the nozzle 36 decreases linearly so that only a tenth of the material flowing through the nozzle 31 can escape through the nozzle 36.
This linearly changing cross-section can expediently be implemented in such a way that the plastic pipes connected to the nozzles are placed between two metal rods or strips, the two metal rods being supported against each other on both sides by means of springs and the springs being connected by clamping screws with their Help the two metal bars can be adjusted to each other at different angles.
In the device according to FIG. 3, too, after removing the cover 37, the apparatus must be completely filled with the adsorbent material; then, after the cover 37 has been closed through the nozzle 38, the material to be separated is to be introduced into the housing through the nozzle 39, the eluent. With continuous supply of the eluent and the material to be separated, the material exhibiting a higher velocity vector exits the device through the nozzles 35, 36, and the material exhibiting the lower velocity vector exits through the nozzles 32, 33, 34 separately from the device.
In the embodiment according to FIG. 4, the device has a conical housing 41 which is closed by a base plate 42 to be fastened from below. Concentric channels 44 are formed within the base plate, and a special drain port 45 is connected to each individual channel. Two tubes, arranged concentrically, open into the conical tip of the housing 41, of which the inner tube 46 is used to supply the eluent and this concentric tube 43 is used to supply the solution of the material to be separated. A shut-off device is of course built into each pipe.
In the area of the tip of the conical housing 41, a nozzle 47 is connected from the side, which serves on the one hand to fill the adsorbent and on the other hand has a container 49 which can be inserted into its conically widening end and is provided with a shut-off element 48 and which is also filled with the eluent becomes. The container 49 can be placed on the nozzle 47 after it has been filled with the adsorbent.
When the separation process is carried out, the drainage nozzles 45 of the device are sealed from the inside with some cotton wool and then the base plate 42 is fastened to the housing 41. The housing is then filled with adsorbent through the nozzle 47 up to the opening of the nozzle 47.
The container is then placed on the nozzle 47. Appropriate control of the shut-off element 48 slowly initiates the flow of the eluent from one direction. The flow of eluant is then started through tube 46 as well. As soon as the eluent appears in the outlet connection 45, the supply line for the solution of the material to be separated is released through the pipe 43.
As a result of the flow in the lateral direction of the eluent flowing in through the tube 46 in the adsorbent bed, a velocity vector is created which shifts the material components in the lateral direction.
The eluent passing through the nozzle 47 over the adsorbent bed, however, generates a velocity vector pointing vertically downwards. Under the action of the two vectors, the components of the separated material migrate downward along conical surface lines having different radii and collect separately in the different channels of the base plate 42. Accordingly, the solution of the separated substances formed with the eluent appears in the outlet connection 45. In the nozzle belonging to the outermost channel appears the solution formed with the eluent of the less adsorbing material components and progressing towards the inside of the more and more strongly adsorbing material components.
With the method according to the invention and the device according to the invention, deposition processes can be carried out on any solid adsorbent.
The device according to the invention can be supplemented by suitable containers for metering the eluent and the solution of the substance to be deposited. The flow of the eluent can be increased in the dosing containers by generating an inert gas overpressure, thereby accelerating the separation process.