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PATENTANSPRÜCHE
1. Probenaufgabevorrichtung für einen Gaschromatogra phen, mit einer Kammer, in der ein hohler, mit einer Eintritts öffnung für die Probe und Trägergas versehener Aufstechdorn für Probenkapseln angeordnet ist und die einen mit dem Dorn kommunizierenden Anschluss für eine Trennsäule sowie einen Anschluss für Trägergas aufweist, und mit einer der Kammer vorgeschalteten Schleuse, durch welche die Probenkapseln mit tels eines Probenhalters in die Kammer eingebracht und zur Öffnung auf den Dorn aufgesteckt werden können, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsteckdom im wesentlichen konisch oder pyramidisch ist, dass die Eintrittsöffnung des Dorns im obersten Viertel des Dorns angeordnet ist und in dessen Man teilfläche ausmündet, dass der Dorn so geformt ist,
dass er die Kapseln während des Aufstechens bis zu einer vorgegebenen Einstechtiefe wenigstens angenähert dicht verschliesst und nach weiterem Eindringen in die Kapseln oder durch relative Verdrehung gegenüber den Kapseln um seine Achse eine Zutrittsöffnung für Trägergas in die Kapseln freigibt bzw. schafft; und dass der Anschluss für die Trennsäule so ausgebildet ist, dass die Trennsäule bis unmittelbar an den Dorn heran oder in diesen hinein reicht, und dass die Verbindungshohlräume von der Eintrittsöffnung des Dorns bis zur Mündung der Trennsäule im wesentlichen den gleichen lichten Querschnitt wie die Trennsäule aufweisen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufstechdorn im wesentlichen kegelförmig ist und zumindest in seinem unteren Teil einen gegenüber der Kreisform abgeflachten Querschnitt aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufstechdorn in seinem unteren Teil eine Querschnittsverengung oder wenigstens eine Vertiefung in der Mantelfläche aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufstechdorn einen oberen und einen unteren Teil aufweist, und dass die Mantellinien des unteren Teils mit der Dornachse einen kleineren Neigungswinkel (a) einschliessen als die Mantellinien des oberen Teils.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (,8) der Mantellinien des oberen Dornteils 10" -20", vorzugsweise etwa 15" beträgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (a) der Mantellinien des unteren Dornteils 1" -5", vorzugsweise etwa 2,5" beträgt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung des Dorns durch eine zur Mantelfläche senkrechte Bohrung gebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn wenigstens zwei Eintrittsöffnungen aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung(en) im obersten Fünftel des Dorns liegt bzw. liegen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Kante jeder Eintrittsöffnung abgerundet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn eine axiale Bohrung zur Aufnahme der Trennsäule aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägergasanschluss auf der Höhe des unteren Teils des Aufstechdorns in die Kammer mündet.
Die Erfindung betrifft eine Probenaufgabevorrichtung für einen Gaschromatographen, mit einer Kammer, in der ein hohler, mit einer Eintrittsöffnung für die Probe und Trägergas versehener Aufstechdorn für Probenkapseln angeordnet ist und die einen mit dem Dorn kommunizierenden Anschluss für eine
Trennsäule sowie einen Anschluss für Trägergas aufweist, und mit einer der Kammer vorgeschalteten Schleuse, durch welche die Probekapseln mittels eines Probenhalters in die Kammer eingebracht und zur Öffnung auf den Dorn aufgesteckt werden.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der DE-OS
25 30 879 beschrieben und z.B. unter der Bezeichnung MS 41 bei der Firma Perkin-Elmer Corp. Norwalk, USA erhältlich.
Diese bekannten Probeaufgabevorrichtungen werden praktisch ausschliesslich für Gaschromatographen mit sogenannten gepackten Trennsäulen eingesetzt und haben sich da bestens bewährt. Für Kapillar-Gaschromatographen hingegen existiert noch kein vergleichbares Probenaufgabesystem, obwohl schon längere Zeit dringend nach einer Möglichkeit gesucht wird, auch hier die zu analysierende Substanz splitlos und möglichst ohne vorgehende Verdampfung auf die Säule bringen zu können. Es hat zwar nicht an diesbezüglichen Lösungsvorschlägen gefehlt, diese haben sich aber durchwegs als nicht oder bestenfalls nur teilsweise zufriedenstellend erwiesen.
In Chromatography Newsletter Vol. 5, No. 2, 1977 von Perkin Elmer Corp. wird auf Seiten 21 ff die Anwendung des obenangeführten Probenaufgabesystems in Zusammenhang mit einer relativ weiten Kapillarsäule beschrieben. Dabei werden jedoch für Kapillarsäulen ungewöhnlich hohe Trägergasströme verwendet, welche eine erhebliche Einbusse der Trennleistung der Kapillarsäule zur Folge hat. Die Praxis zeigt, dass die direkte Übernahme des bekannten Systems für Kapillar-Gaschromatographen bestenfalls nur für Spezialfälle und unter Inkaufnahme erheblicher Trennleistungseinbussen möglich ist. Für den Normalfall und insbesondere wenn die sehr hohe Trennleistung moderner Kapillarsäulen voll ausgenutzt werden soll bzw.
muss, ist das bekannte System nicht einsetzbar. Gründe dafür sind in den relativ grossen Toträumen zwischen dem Aufstechdorn und dem Trennsäulenanfang sowie in der Dornkonstruktion zu suchen, welche für die bei Kapillar-Gaschromatographen sehr niedrigen Trägergasströme ungeeignet ist.
Aufgabe der Erfindung ist demnach, eine Probenaufgabevorrichtung zu schaffen, die auch bei Kapillar-Gaschromatographen eine splitlose Injektion unter isothermen Betriebsbedingungen zulässt. Insbesondere soll eine Probenaufgabevorrich tung der eingangs definierten Art dermassen modifiziert werden, dass sie auch für Kapillar-Gaschromatographen ohne Verminderung der spezifischen Trennleistung geeignet ist.
Gemäss der Erfindung wird die ihr zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass der Aufstechdorn im wesentlichen konisch oder pyramidisch ist, dass die Eintrittsöffnung des Dorns im obersten Viertel des Dorns angeordnet ist und in dessen Mantelfläche ausmündet, dass der Dorn so geformt ist, dass er die Kapseln während des Aufstechens bis zu einer vorgegebenen Einstechtiefe wenigstens angenähert dicht verschliesst und nach weiterem Eindringen in die Kapseln oder durch relative Verdrehung gegenüber den Kapseln um seine Achse eine Zutrittsöffnung für Trägergas in die Kapseln freigibt bzw. schafft;
und dass der Anschluss für die Trennsäule so ausgebildet ist, dass die Trennsäule bis unmittelbar an den Dorn heran oder in diesen hinein reicht, und dass die Verbindungshohlräume von der Eintrittsöffnung des Dorns bis zur Mündung der Trennsäule im wesentlichen den gleichen lichten Querschnitt wie die Trennsäule aufweisen.
Die erfindungsgemässe Ausbildung des Aufstechdorns ermöglicht ein einwandfreies Aufstecken der Probenkapseln ohne wesentliche Brauenbildung und vor allem ohne dass der Kapselinhalt während des Aufstechens aus der Kapsel austreten kann.
Die erfindungsgemässe Heranführung der Kapillarsäule bis an oder sogar in den Dorn vermeidet grosse Toträume, sodass mit
geringsten Trägerströmen ausgekommen werden kann, was natürlich der Auflösung der Chromatogramme zugute kommt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 2 ein Detail aus Fig. 1,
Fig. 3 und 4 zwei Varianten eines Aufstechdorns,
Fig. 5a und b schematische Schnitte nach der Linie V-V der Fig. 2 mit zwei verschiedenen Drehstellungen des Probenhalters,
Fig. 5c einen Schnitt analog Fig. 5a mit einem Aufstechdorn nach Fig. 4, und
Fig. 6 eine weitere Detailvariante aus Fig. 1.
Die in Fig. 1 als Ganzes dargestellte Probenaufgabevorrichtung umfasst eine Schleuse 1 und eine sich daran anschliessende Kammer 2 mit einem Aufstechdorn 3 für eine Probenkapsel 4, welche am vorderen Ende eines nur teilweise gezeigten Probenhalters 5 befestigt ist. Mit Ausnahme der Kammer 2 und des Dorns 3 sind alle Teile der dargestellten Probenaufgabevorrichtung gleich wie beim eingangs genannten MS 41 von Perkin Elmer Corp. bzw. wie in der DE-OS 25 30 879 beschrieben.
Die durch einen becherartigen Teil gebildete Kammer 2 ist mit der Schleuse 1 verschraubt. Der Aufstechdorn 3 ist in den Bodenteil 21 der Kammer 2 eingeschraubt, welcher eine axiale Bohrung 22 enthält, durch welche das vordere Ende 6 einer Trennsäule (Fig. 2) in noch zu beschreibender Weise in den Dorn 3 eingeführt ist. Zum Befestigen der Trennsäule im Bodenteil sind eine Klemmhülse 7 und eine Überwurfmutter 8 vorgesehen, welche auf ein entsprechendes Gewinde 24 am Bodenteil 21 aufschraubbar ist.
Fig. 2 zeigt den Aufbau des Aufstechdorns 3 in grösserer Darstellung. Der Dorn 3 umfasst einen mit einem Gewinde versehenen, in einer Gewindebohrung des Kammerbodens 21 sitzenden Sockel 31 mit einem Flansch 32 und eine den eigentlichen Dorn bildende kegelförmige Spitze 33.
Der Flansch 32 ist an seinem Umfang teilweise abgeflacht oder sechskantig ausgebildet, so dass ein entsprechend geformter Steckschlüssel mit ihm in Eingriff gebracht und der Dorn damit ein- und ausgeschraubt werden kann.
Die Spitze 33 gliedert sich in einen unteren Teil 33a und einen oberen Teil 33b. Der Neigungswinkel a der Mantellinien des unteren Dornteils beträgt etwa 1" -5", vorzugsweise etwa 2,5" , der entsprechende Winkel ,8 des oberen Dornteils etwa 10-20" , vorzugsweise etwa 15". Der Querschnitt des unteren Dornteils 33a ist gegenüber der Kreisform etwas abgeflacht (Fig. 3 und 5a).
Der Dorn ist mit zwei axialen, ineinander übergehenden Bohrungen 34 und 35 versehen, wovon die dünnere fast bis zum Scheitel 36 der Dornspitze 33 reicht. Vom Ende dieser Bohrung 35 zweigt eine weitere Bohrung 37 ab, welche senkrecht zur Mantelfläche des oberen Dornteils 33b verläuft und in diese ausmündet. Die grössere (34) der beiden axialen Bohrungen reicht bis in den unteren Dornteil 33a und nimmt das vordere Ende der Trennsäule 6 auf. Der Durchmesser der dünneren axialen Bohrung 35 ist gleich dem inneren Durchmesser der Trennsäule 6, im Falle einer Kapillarsäule also etwa 0,30,5 mm. Auf diese Weise ist das Totvolumen zwischen der Öffnung 37 und dem Eingang der Trennsäule minimal.
Zum Beschicken der Trennsäule 6 mit einer Probe wird die die Probe enthaltende Kapsel 4 mittels des Probenhalters 5 durch die Schleuse 1 in die Kammer 2 eingeführt und auf den Dorn 3 aufgesteckt. Die Dornspitze 33 dringt dabei in die Kapsel 4 ein, schliesst diese aber hermetisch nach allen Seiten ab. (Fig. 5a). Das durch den auf Höhe des unteren Dornteils 33a angeordneten Trägergaseinlass 23 einströmende Trägergas kann daher vorerst noch nicht in die Kapsel 4 eintreten und anderseits kann die in der Kapsel befindliche Substanz auch nicht aus dieser in die Kammer 2 entweichen. Nunmehr wird die Kapsel 4 mittels des Halters 5 um 90" um ihre Längsachse gedreht.
Durch den unrunden Querschnitt des unteren Dornteils 33a wird die Einstichöffnung der Kapsel dadurch aufgeweitet, so dass an den abgeflachten Dornseiten Zutrittsöffnungen 41 für das Trägergas entstehen (Fig. 5b), durch welche das letztere nunmehr in die Kapsel 4 eindringen kann und die darin enthaltene Substanz durch die Bohrung 37 in den Dorn und weiter in die Kapillarsäule 6 verdrängt.
Für eine optimale Entleerung der Kapsel bzw. optimale Einbringung der Substanz in die Kapillarsäule ist es wesentlich, dass sich die Öffnung 37 des Dorns 33 möglichst nahe an dessen Scheitel 36 befindet. Die Öffnung 37 unmittelbar am Scheitel 36 anzubringen, ist wegen der Verstopfungsgefahr weniger zweckmässig. Für die Praxis genügt es, wenn sich die Öffnung im obersten Viertel oder Fünftel der Dornspitze 33, also der Distanz Flansch 32-Scheitel 36 befindet. Ferner sollte die Öffnung in Mantellinienrichtung gemessen möglichst klein sein.
Deswegen verläuft die Bohrung 37 senkrecht zur Mantelfläche.
Statt einer einzigen Bohrung können vorteilhaft auch mehrere, beispielsweise etwa zwei oder drei Bohrungen vorgesehen sein. Fig. 3 zeigt einen Dorn mit zwei Bohrungen. Die beiden Bohrungen 37a und 37b sind diametral und um 90" gegenüber den abgeflachten Stellen des unteren Dornteils versetzt angeordnet. Dies ergibt eine besonders intensive Durchspülung der Kapsel.
Von wesentlicher Bedeutung für eine optimale Entleerung der Kapsel ist ferner die Unterteilung der Dornspitze in einen oberen Teil mit grösserem und einem unteren Teil mit kleinerem Öffnungswinkel sowie die richtige Bemessung dieser Winkel (siehe vorne). Auf diese Weise wird die Bildung störender Brauen vermieden, welche sonst Taschen in der Kapsel bilden würden, in denen sich die Substanz ansammeln könnte. Ferner hat es sich als zweckmässig erwiesen, wenn zumindest die Unterkanten der Mündung(en) der Bohrung(en) 37 abgerundet sind. Dies erleichtert einen sauberen Einstich in die Kapsel und verhindert ein Ausfransen des Öffnungsrandes der Kapsel beim Übergleiten der Öffnung 37.
Wesentlich für die Anwendbarkeit der Kapseltechnik auf Kapillarsäulen ist ferner, dass der Dorn so gestaltet ist, dass er die Kapsel bis zum Erreichen der vollen Einstichtiefe abdichtet und erst dann den Zutritt des Trägergases freigibt. Dies lässt sich z.B. wie schon beschrieben durch die Abflachung des unteren Dornteils 33a erreichen. Ferner könnte der Dorn dazu in seinem unteren Teil auch einen polygonalen Querschnitt besitzen. Eine weitere geeignete Dornvariante ist in Fig. 4 dargestellt. Dieser Dom besitzt eine rotationssymmetrische Spitze mit einem unteren und einem oberen Teil 33a bzw. 33b.
Der obere Teil 33b ist mit drei Bohrungen bzw. Öffnungen 37a, b und c versehen. Anstelle der Abflachungen bei den Dornen der Fig. 2 und 3 ist hier am untersten Ende der Dornspitze eine Querschnittverengung oder Ringnut 33c vorgesehen. Wenn der Öffnungsrand der Kapsel beim Einstechen des Dorns in den Bereich der Ringnut kommt, entsteht plötzlich ein Ringspalt 42, durch den dann das Trägergas in die Kapsel einströmen kann.
Dies ist vereinfacht in Fig. 5c dargestellt. Anstelle der Ringnut könnten natürlich auch am Umfang des unteren Dornteils verteilte Kerben oder dgl. vorgesehen sein.
In Fig. 6 ist die Befestigung der Kapillarsäule 6 im Kammerboden detaillierter dargestellt. Der Dorn 3 ist in den Boden 21 der Kammer 2 eingeschraubt und mittels eines Silber-Dichtrings 50 abgedichtet. In der Bohrung 51 im Kammerboden 21 sitzt ein Futterrohr 52, welches die Kapillare 6 umschliesst und schützt. Am vorderen Ende des Rohrs 52 ist ein Graphit Ferrule 53 angeordent, welches mit seinen konischen Passflächen für eine dichte Verbindung zwischen Futterrohr 52 und Dornunterteil sorgt. Das Futterrohr ist mittels der Überwurf- mutter 8 am Kammerboden 21 befestigt.
Die Kapillaren-Befestigung gemäss Fig. 6 ergibt geringste Totvolumina und verhindert auch den Bruch der Kapillare beim Einführen in den Dorn.
Die vorstehend beschriebenen Probenaufgabevorrichtung ermöglicht erstmals die Anwendung der bisher mit den genannten Ausnahmen nur bei gepackten Säulen möglichen Kapseltechnik auch bei Hochleistungskapillarsäulen, ohne Einbussen der Trennleistung in Kauf nehmen zu müssen. Die Vorrichtung ist in erster Linie für Kapillarsäulen konzipiert, selbstverständlich aber auch für gepackte Säulen geeignet und auch dort von Vorteil.
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PATENT CLAIMS
1. Sample application device for a gas chromatograph, with a chamber in which a hollow piercing mandrel for sample capsules provided with an inlet opening for the sample and carrier gas is arranged and which has a connection for a separation column and a connection for carrier gas which communicates with the mandrel, and with a lock connected upstream of the chamber, through which the sample capsules can be introduced into the chamber by means of a sample holder and plugged onto the mandrel for opening, characterized in that the plug-on dome is essentially conical or pyramidal in that the inlet opening of the mandrel is in the uppermost position Quarter of the mandrel is arranged and in the part of which opens out that the mandrel is shaped so
that it seals the capsules at least approximately tightly during piercing up to a predetermined penetration depth and, after further penetration into the capsules or by relative rotation relative to the capsules about its axis, releases or creates an access opening for carrier gas into the capsules; and that the connection for the separation column is designed such that the separation column extends right up to or into the mandrel, and that the connecting cavities from the entry opening of the mandrel to the mouth of the separation column have essentially the same clear cross section as the separation column .
2. Device according to claim 1, characterized in that the piercing mandrel is substantially conical and at least in its lower part has a cross-section flattened with respect to the circular shape.
3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the piercing mandrel has a cross-sectional constriction or at least one recess in the lateral surface in its lower part.
4. Device according to one of claims 1-3, characterized in that the piercing mandrel has an upper and a lower part, and that the surface lines of the lower part with the mandrel axis include a smaller angle of inclination (a) than the surface lines of the upper part.
5. The device according to claim 4, characterized in that the inclination angle (, 8) of the surface lines of the upper mandrel part 10 "-20", preferably about 15 ".
6. The device according to claim 4 or 5, characterized in that the inclination angle (a) of the surface lines of the lower mandrel part 1 "-5", preferably about 2.5 ".
7. Device according to one of claims 1-6, characterized in that the inlet opening of the mandrel is formed by a bore perpendicular to the lateral surface.
8. Device according to one of claims 1-7, characterized in that the mandrel has at least two inlet openings.
9. Device according to one of claims 1-8, characterized in that the inlet opening (s) is or are in the top fifth of the mandrel.
10. Device according to one of claims 1-9, characterized in that the lower edge of each inlet opening is rounded.
11. The device according to any one of claims 1-10, characterized in that the mandrel has an axial bore for receiving the separation column.
12. Device according to one of claims 1-11, characterized in that the carrier gas connection opens into the chamber at the level of the lower part of the piercing mandrel.
The invention relates to a sample application device for a gas chromatograph, with a chamber in which a hollow piercing mandrel for sample capsules, which is provided with an inlet opening for the sample and carrier gas, is arranged and which has a connection for communicating with the mandrel
Separating column and a connection for carrier gas, and with a lock upstream of the chamber, through which the sample capsules are inserted into the chamber by means of a sample holder and plugged onto the mandrel for opening.
Such a device is for example in DE-OS
25 30 879 and e.g. under the designation MS 41 from Perkin-Elmer Corp. Norwalk, USA available.
These known sample application devices are used practically exclusively for gas chromatographs with so-called packed separation columns and have proven themselves very well. For capillary gas chromatographs, on the other hand, there is still no comparable sample application system, although for a long time there has been an urgent search for a way to bring the substance to be analyzed onto the column without a split and if possible without prior evaporation. There has been no lack of proposed solutions in this regard, but they have consistently proven to be unsatisfactory or at best only partially satisfactory.
In Chromatography Newsletter Vol. 5, No. 2, 1977 by Perkin Elmer Corp. page 21 ff describes the application of the sample application system mentioned above in connection with a relatively wide capillary column. However, unusually high carrier gas flows are used for capillary columns, which results in a considerable loss in the separation performance of the capillary column. Practice shows that the direct adoption of the well-known system for capillary gas chromatographs is at best only possible for special cases and at the expense of considerable separation performance losses. For normal use and especially when the very high separation performance of modern capillary columns is to be fully exploited or
the known system cannot be used. Reasons for this are to be found in the relatively large dead spaces between the piercing mandrel and the start of the separation column and in the mandrel construction, which is unsuitable for the very low carrier gas flows in capillary gas chromatographs.
The object of the invention is therefore to provide a sample application device which also allows a splitless injection under isothermal operating conditions in capillary gas chromatographs. In particular, a sample application device of the type defined at the outset is to be modified such that it is also suitable for capillary gas chromatographs without reducing the specific separation performance.
According to the invention, the object on which it is based is achieved in that the piercing mandrel is essentially conical or pyramid-shaped, that the inlet opening of the mandrel is arranged in the uppermost quarter of the mandrel and opens into the outer surface of the mandrel so that the mandrel is shaped in such a way that it Capsules at least approximately tightly closed during piercing up to a predetermined penetration depth and, after further penetration into the capsules or by relative rotation relative to the capsules about its axis, releases or creates an access opening for carrier gas into the capsules;
and that the connection for the separation column is designed such that the separation column extends right up to or into the mandrel, and that the connecting cavities from the entry opening of the mandrel to the mouth of the separation column have essentially the same clear cross section as the separation column .
The design of the piercing mandrel according to the invention enables the sample capsules to be inserted correctly without substantial brow formation and above all without the capsule contents being able to escape from the capsule during piercing.
The approach of the capillary column up to or even into the mandrel according to the invention avoids large dead spaces, so that with
lowest carrier currents can be used, which of course benefits the resolution of the chromatograms.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
1 shows a longitudinal section through an embodiment of a device according to the invention,
2 shows a detail from FIG. 1,
3 and 4 two variants of a piercing mandrel,
5a and b are schematic sections along the line V-V of FIG. 2 with two different rotational positions of the sample holder,
5c shows a section analogous to FIG. 5a with a piercing mandrel according to FIG. 4, and
6 shows a further detailed variant from FIG. 1.
The sample application device shown as a whole in FIG. 1 comprises a lock 1 and a chamber 2 adjoining it with a piercing mandrel 3 for a sample capsule 4, which is attached to the front end of a sample holder 5, which is only partially shown. With the exception of chamber 2 and mandrel 3, all parts of the sample application device shown are the same as in the MS 41 from Perkin Elmer Corp. mentioned at the beginning. or as described in DE-OS 25 30 879.
The chamber 2 formed by a cup-like part is screwed to the lock 1. The piercing mandrel 3 is screwed into the bottom part 21 of the chamber 2, which contains an axial bore 22 through which the front end 6 of a separating column (FIG. 2) is inserted into the mandrel 3 in a manner to be described. To secure the separating column in the base part, a clamping sleeve 7 and a union nut 8 are provided, which can be screwed onto a corresponding thread 24 on the base part 21.
Fig. 2 shows the structure of the piercing mandrel 3 in a larger representation. The mandrel 3 comprises a base 31 provided with a thread and seated in a threaded bore in the chamber bottom 21 with a flange 32 and a conical tip 33 forming the actual mandrel.
The flange 32 is partially flattened or hexagonal on its circumference, so that a correspondingly shaped socket wrench can be engaged with it and the mandrel can thus be screwed in and out.
The tip 33 is divided into a lower part 33a and an upper part 33b. The angle of inclination a of the surface lines of the lower mandrel part is approximately 1 "-5", preferably approximately 2.5 ", the corresponding angle 8 of the upper mandrel part is approximately 10-20", preferably approximately 15 ". The cross section of the lower mandrel part 33a is opposite the circular shape somewhat flattened (Fig. 3 and 5a).
The mandrel is provided with two axial bores 34 and 35 which merge into one another, the thinner of which extends almost to the apex 36 of the mandrel tip 33. From the end of this bore 35 branches off a further bore 37, which runs perpendicular to the lateral surface of the upper mandrel part 33b and opens into it. The larger (34) of the two axial bores extends into the lower mandrel part 33a and receives the front end of the separation column 6. The diameter of the thinner axial bore 35 is equal to the inner diameter of the separation column 6, that is, in the case of a capillary column, approximately 0.30.5 mm. In this way, the dead volume between the opening 37 and the entrance of the separation column is minimal.
To load the separation column 6 with a sample, the capsule 4 containing the sample is inserted into the chamber 2 through the lock 1 by means of the sample holder 5 and plugged onto the mandrel 3. The mandrel tip 33 penetrates into the capsule 4, but hermetically seals it on all sides. (Fig. 5a). The carrier gas flowing in through the carrier gas inlet 23 arranged at the level of the lower mandrel part 33a can therefore not yet enter the capsule 4 for the time being and, on the other hand, the substance in the capsule cannot escape from it into the chamber 2 either. Now the capsule 4 is rotated by 90 "about its longitudinal axis by means of the holder 5.
The non-circular cross section of the lower mandrel part 33a widens the puncture opening of the capsule, so that access openings 41 for the carrier gas are formed on the flattened mandrel sides (FIG. 5b), through which the latter can now penetrate into the capsule 4 and the substance contained therein displaced through the bore 37 in the mandrel and further into the capillary column 6.
For optimal emptying of the capsule or optimal introduction of the substance into the capillary column, it is essential that the opening 37 of the mandrel 33 is as close as possible to the apex 36 thereof. Attaching the opening 37 directly to the apex 36 is less expedient because of the risk of clogging. In practice, it is sufficient if the opening is in the uppermost quarter or fifth of the mandrel tip 33, that is to say the distance from the flange 32 to the apex 36. Furthermore, the opening should be as small as possible measured in the direction of the generatrix.
Therefore, the bore 37 extends perpendicular to the outer surface.
Instead of a single bore, several, for example approximately two or three, bores can advantageously also be provided. Fig. 3 shows a mandrel with two holes. The two bores 37a and 37b are arranged diametrically and offset by 90 "with respect to the flattened areas of the lower mandrel part. This results in a particularly intensive flushing of the capsule.
It is also essential for optimal emptying of the capsule that the mandrel tip is divided into an upper part with a larger and a lower part with a smaller opening angle and the correct dimensioning of these angles (see above). In this way, the formation of troublesome brows is avoided, which would otherwise form pockets in the capsule in which the substance could collect. Furthermore, it has proven to be expedient if at least the lower edges of the mouth (s) of the bore (s) 37 are rounded. This facilitates a clean puncture into the capsule and prevents the opening edge of the capsule from fraying when the opening 37 slides over it.
It is also essential for the applicability of the capsule technology to capillary columns that the mandrel is designed in such a way that it seals the capsule until the full penetration depth is reached and only then does the access of the carrier gas be released. This can e.g. as already described by flattening the lower mandrel part 33a. Furthermore, the mandrel could also have a polygonal cross section in its lower part. Another suitable mandrel variant is shown in FIG. 4. This dome has a rotationally symmetrical tip with a lower and an upper part 33a and 33b.
The upper part 33b is provided with three bores or openings 37a, b and c. Instead of the flattenings in the mandrels of FIGS. 2 and 3, a cross-sectional constriction or annular groove 33c is provided here at the lowest end of the mandrel tip. If the opening edge of the capsule comes into the area of the annular groove when the mandrel is inserted, an annular gap 42 suddenly arises, through which the carrier gas can then flow into the capsule.
This is shown in simplified form in FIG. 5c. Instead of the annular groove, notches or the like distributed over the circumference of the lower mandrel part could of course also be provided.
In Fig. 6 the attachment of the capillary column 6 in the chamber bottom is shown in more detail. The mandrel 3 is screwed into the bottom 21 of the chamber 2 and sealed by means of a silver sealing ring 50. In the bore 51 in the chamber bottom 21 there is a casing tube 52 which surrounds and protects the capillary 6. A graphite ferrule 53 is arranged at the front end of the tube 52, and its conical mating surfaces ensure a tight connection between the casing tube 52 and the lower mandrel part. The casing tube is fastened to the chamber base 21 by means of the union nut 8.
The capillary attachment according to FIG. 6 results in the lowest dead volumes and also prevents the capillary from breaking when it is inserted into the mandrel.
The sample application device described above makes it possible for the first time to use the capsule technology that was previously possible only with packed columns, even with high-performance capillary columns, without having to accept the loss of separation performance. The device is primarily designed for capillary columns, but is of course also suitable for packed columns and is also advantageous there.