CZ289094A3 - Cartridge part and process for producing thereof - Google Patents

Description

Patrona pro kapalinovou chromatografii, jějTTcbrrcový-kus a způsob jeho výroby, trubka patrony, způsob upevňování koncového kusu a použití patrony

Oblast techniky

Vynález se týká nové patrony pro kapalinovou chromatografii, zejména pro vysokotlakou kapalinovou chromatografii (HPLC). Vynález se také týká koncového kusu pro tuto patronu, způsobu jeho výroby, trubky patrony, způsobu upevňování koncového kusu a použití patrony.

Dosavadní stav techniky

Dělicí koleny, kterých se používá při kapalinové chromatografii, je nutné zcela vyměnit, když sorbent přestane být použitelný. 2 tohoto důvodu se místo kolon stále více používá patronových systémů, v nichž je nutno vyměnit pouze trubku naplněnou sorbentem s koncovými kusy. Sběrné kusy pro dodávku elučního činidla a vypouštěcí trubky, stejně tak jako držáky trubky patrony, jsou znovu: použitelné. Konstrukce takových patřen by měla být co nej jednodušší. Také náplň sorbentu umístěna v parreně by měla být stabilní. Tak například namáháni, kterému jsou patrony vystaveny při expedici, nesmí’ mít žádný vliy na dělicí kapacitu sorbentového lože. ’ německého užitného vzoru DE-GM 33 03 198.5 je známé uspořádání, při němž jsou válcové koncové kusy zamontovány do trubky naplněné sorbentem. Jak je však zřejmé z německého užitného vzoru DE-GM 90 16 515, existuje při tomto uspořádáni nebezpečí, že koncové kusy z trubky patrony vyklouznou. Pro odstraněni této vážné závady bylo v německém užitném vzoru DE-GM 90 16 515 navrženo vybavit koncové kusy prstencovým kroužkem, který by zapadal do odpovídajícího zahloubení ve vnitřní stěně trubky patrony.

Kromě toho, obě uspořádání patrony, popsané výše, zahrnují těsnicí prvek, který je umístěn na koncovém povrchu trubky patrony. Při tomto uspořádání tedy koncové kusy již nejsou axiálně přemístitelné. Není tedy možno mechanicky stlačovat lože sorbentu, což je postup, který samozrejmné zlepšuje trvanlivost a dělicí vlastnosti loze. Navíc je nutno délku lože sorbentu přesně zachovávat, poněvadž jinak vznikají dutiny, které snižují dělicí schopnost. Kromě toho je například obtížné upevnit prstencový kroužek v případě ' skleněných kolon.

Lože sorbentu v chrcmatografických kolonách a patronách je uzavřeno od okolí koncovými kusy, které v podstatě obsahují filtrační -prvky a těsnicí a opěrné prvky. Koncové kusy tohoto typu, které jsou například známy ’ . z US 5 169 522, mají vždy takovou konstrukci, že se skládají z několika částí:

a) v podstatě válcovitého základního tělesa, které bývá často zhotoveno z několika částí,

b) jednoho nebo většího počtu těsnění a

c) sítového patra, jakožto filtračního prvku.

^{Λ +} • s

Pokud se místo tuhého sítového patra používá jako filtračního prvku textilní látky apod., obsahuji tyto známé kusy také upínací zařízení pro ohebné filtrační prvky.

Výroba koncových kusů tohoto typu je celkově komplikovaná.

ř**i.

Úkolem tohoto vynálezu je vyvinout zjednodušenou trubku patrony, kterou by bylo možno plnit sorbentem a která by umožňovala pevné uchycení koncových kusu v trubce patrony, přičemž by si však koncové kusy podržely svou přizpůso3 ar bitelnost v axiálním směru vzhledem k délce sorbentového lože.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje patrona, kterou lze plnit nebo která je naplněna sorbentem, přičemž tato patrona je vybavena koncovým kusem, jehož vnější průměr je předimenzován vzhledem k vnitřnímu průměru trubky patrony, přičemž integrální součástí tohoto koncového kusu je sítový prvek. Jak je zřejmě z obr. '1, koncový kus podle vynálezu má hladký válcový plášť. Naproti tomu koncové kusy přó chromatográfické kolony nebo patrony, které jsou známy z dosavadního stavu techniky, obsahují přídavné těsnicí prvky, jako jsou například prstencové kroužky nebo břitová těsnění.

Koncový kus podle vynálezu obsahující sítový.prvek je tedy jednodušší.· Koncový kus jě možno pevně uchytit .v trubce patrony v jakékoliv požadované poloze podél podélné osy trubky, takže namáhání, kterému je patrona vystavena v průběhu dopravy, na ni nemá žádný vliv. Aby bylo vůbec možno koncové kusy, které jsou předimenzovány, zavést do trubky, patrony, je třeba mít k dispozici zařízení, pomocí kterého lze koncové kusy do trubky patrony zavádět.

Předmětem vynálezu je koncový kus obsahující sítový prvek“pro'patronu/ který se skládá-z v podstatě - . válcového základního tělesa, v němž je umístěn středový otvor a ploché válcové vyfrézované .zahloubení pro sítový prvek, jehož podstata spočívá v tom, že základní těleso zahrnuje obrubu, která pevně přidržuje sítový prvek a že válcové základní těleso má hladký válcový plášť.

Předmětem vynálezu je dále způsob výroby výše uvedeného koncového kusu obsahujícího sírový prvek, jehož podstata spočívá v tom, že se provedou následující stupně:

a) obvyklými tvářecími postupy se vyrobí tvářený polotovar z plastu, například z teflonu, zahrnující středový otvor a zahloubení pro sítový prvek; .

b) do zahloubení zhotoveného pro tento účel se vloží sítový prvek;

c) tvářený polotovar se na konci, na němž je. ... .

umístěn sítový prvek, opatří obrubou, přičemž pro deformaci se používá radiálně působícího tlaku a

d) dokončí se tváření koncového kusu, tj. provede se úprava vnějšího průměru, zhotoví se připojovací zařízení pro dodávku elučního činidla a vypouštěcí trubka.

Dalším předmětem vynálezu je trubka patrony pr,o kapalinovou chromatograf ii, která se skládá z vlastní trubky a koncového kusu obsahujícího sítový prvek, přičemž tento koncový kus je držen v trubce třecími silami, jejíž podstata spočívá v tom, ze v nesestavenem stavu je vnejsi průměr koncového kusu větší než vnitřní průměr trubky. ’ '·$

V

Dále je předmětem vynálezu také patrona pro kapalinovou chromatografii, jejíž podstata spcčivá v rcm, že chromatografický sorbent je umístěn ve vnitřním prostoru trubky patrony podle vynálezu a že lože sorbentů je na obou koncích uzavřeno, přičemž vždy jeden koncový kus obsahuje sítový prvek.

Dalším předmětem vynálezu je způsob upevňování koncového kusu obsahujícího sítový prvek v trubce patrony nebo patrone, jehož podstata spočívá v tom, že se koncový kus obsahující sítový prvek zatlačí..do trubky patrony pomocí vodícího nástroje; který se aplikuje na trubku patrony.

·# tt

Konečně je předmětem vynálezu také použití patrony definovaně výše v systému pro kapalinovou čhromatograf i i k čhromatografickému děleni alespoň dvou látek.-Přehled obr, na výkresech

Na obr. 1 je znázorněn podélný řez trubkou 1 patrony do jejíž obou konců jsou vloženy koncové kusy 2 obsahující sítové prvky 3.

Na obr. 2 je znázorněn podélný řez trubkou 1 patrony pro dělicí kolonu, k níž je připojena trubka 4 patrony předkolony. Konce dvou trubek patrony jsou vždy uzavřeny koncovými kusy 2 obsahujícími sítové prvky 2· Patrona předkolony je spojena s patronou dělicí kolony spojovacím kusem 5,

Na obr. 3 je v podélném řezu znázorněno uchycení koncových kusu obsahujících sítové prvky v trubce patrony.

Na obr. 4 je uvedena grafická reprezentace charakteristických čhromatografických dat (A: index symetrie propíky eluentu; 3: pcčet dělicích pater/metr; C: výška patra) v průběhu zatěžovací zkoušky.

Na^-obrΛΞ jsou* znázorněny výsledky dělení zkušební, směsi obsahující tyto složky: A - dimethylftalát (DMP); 3 diethylftalát (DEP); C - dibutylftalát < DBP), a to před (nahoře) a po (dole) provedení zatěžovací zkoušky.

Následuje podrobnější popis tohoto vynálezu.

Trubka patrony podle vynálezu se skládá z válcové trubky zhotovené z materiálu, kterého se obvykle používá při výrobě trubek pro chromatografii. Tyto materiály zahrnují zejména speciální oceli, tlakuvzdorné plasty, sklo a hliník. Velikost vnitřního průměru pro analytické použití leží v rozmezí od několika milimetrů do 1 centimetru. Pro preparativní účely se používá trubek s většími průměry, obvykle 2 až 37 cm a v některých případech ještě více. Tlouštka trubky patrony závisí (Způsobem, který je znám odborníkům v tomto oboru) na materiálu, velikosti kolony a₍zamýšleném pracovním tlaku. Obvyklá tlouštka je několik milimetrů. Délka trubky, patrony činí v závislosti na zamýšleném použití od několika milimetrů nebo centimetrů (předkolcny nebo kolony pro výrobu vzorků) do 10 až 100 cm (délici kolony). V určitých případech se může používat, a jsou obvyklé, i delší dělicí kolony. Trubka patrony podle tohoto vynálezu je hladká válcová trubka, která neobsahuje žádné přídavné prvky, jako jsou závity, žlábky pro přidržné kroužky, prstencové kroužky a obruby.

Koncový kus pro patronu podle vynálezu .(viz obr.

1) je Zhotoven z plastu, který'je cdolný proti zamýšleným rozpouštědlům. Odborník v tomto oboru může snadno zvolit vhodný plast. Přednostním materiálem je polytetrafluorethylen (PTFE, teflon). Základní tvar koncového kusu je tvar válce, který obsahuje, středový otvcr prc eluční činidlo. Vnější průměr koncového kusu je vždy předimenzován's ohledem na vnitřní průměr trubky 1 patrony. Stupeň- tcnoto předimenzování je závislý na průměru koncového kusu a na sclačitelnosti materiálu, z něhož je koncový kus zhcroven. Tak například základní těleso koncového kusu zhotovené z taflcnu vykazuje následující předimenzování, v závislosti na průměru trubky:

Vnitřní průměr (mm) 25 50 100 předimenzování (mm) 0,3 až 0,5 0,5 až 0,3 0,9 až 1,1

V případě trubek s většími průměry je předimenzování vyšší než jsou výše uvedené hodnoty. Materiál (PTFE), kterého se používá v tomto prikiaau pro výrobu koncovýchkusu, má následující mechanické vlastnosti:

Modul pružnosti (MPa): 350 až 500

Tvrdost Shore (D): 50 až 60 (podle ASTM D 676, stupnice D)

Deformace tlakem: 3 až 6 (7 MPa, 23 °C, hodin.)

Pokud se používá pro výrobu základního tělesa koncového kusu jiného materiálu, nastavuje se odpovídající předimenzování podle mechanických vlastností použitého materiálu, aby se dosáhlo stejné tlakové -síly. Optimalizace tohoto typu je pro odborníka v tomto oboru snadná.

Těsnicí účinek mezi trubkou patrony a koncovým kusem je důsledkem deformačních' sil v podstatě válcového koncového .kusu; tyto síly působí v radiálním směru.

Na straně koncového kusu,’která přiléhá k loži sorbentu ,·· je vytvořeno zahloubení 7, která má přednostně tvar komolého kužele. Na jeho základně je umístěno ploché válcové zahloubení pro sítový prvek 2· Sítový prvek je zhotoven z“materiálu/'kterého sepro tento-účel-v oboru — kapalinové chromatografie běžně používá, například z frity z plastu, jako teflonu, nebo kovu, jako nerezové oceli, nebo alternativně z papíru či látky z polypropylenu nebo polyamidu. Obrubovacím způsobem podle tohoto vynálezu se zhotoví nepropustné těsnicí přechodová oblast mezi sítovým prvkem a koncovým kusem, a to i v případě, když se pro sítové prvky použije měkkých materiálů.

Na straně koncového kusu, která je vzdálena od lože sorbentu, je umístěno zařízení, k němuž je možno přímo nebo nepřímo připojit přívodní nebo odvodni trubky pro eluční činidlo. Jedná se přednostně o válcové zahloubení 8, do něhož zapadá připojovací kus, který nese přívodní a odvodní trubky a je spolu s patronou uchycen v držáku.

Způsobem podle vynálezu'-se koncový.kus.obsahující sítový prvek, pro trubku patrony vyrábí za použití následujících výrobních stupňů:

a) běžnými tvářecími postupy se zhotoví tvářený polotovar z plastu, například teflonu, který zahrnuje středový otvor a zahloubení pro sítový prvek;

b) do zahloubení vytvořeného pro tento účel s$ vloží sítový prvek;

c) tvářený polotovar se sítovým prvkem* se upne do soustruhu;

d) na konci, kde je umístěn sítový prvek, se tvářený polotovar obtočí přítlačným válečkem (v tomto výrobním stupni se vnější okraj tvářeného polotovaru obroubí tak, že těsně zachytí sítový prvek, aniž by bylo zapotřebí nějakých přídavných upevňovacích prvků pro upevnění sítového prvku);

e) dokončí se tváření koncového kusu, tj. provede se úprava vnějšího průměru, zhotoví se připojovací zařízení pro dodávku elučního činidla a vypouštěcí. trubku.

Tento způsob výroby umožňuje do koncového kusu vkládat nejen tuhé, nýbrž i tenké sítové prvky zhotovené z měkkého materiálu.

Úplná patrona (viz obr. 1) se skládá z trubky 1 patrony, dvou koncových kusů -2, z nichž každý obsahuje gjfPňvý [huhí.J o naplno 9 nnrhgntn ,Ιρ τηηζηη používat všech sorbentů, které jsou obvyklé v kapalinové chromatografii.

Patrona podle vynálezu je spolu se spojovacími kusy pro zavádění a odvádění elučního činidla, uchycena, ve vhodném upínacím zařízení. Upínací zařízení tohoto druhu jsou obchodně dostupná. Je-li to zapotřebí, je v upínacím zařízení kromě patrony pro dělicí kolonu (trubka 1 patrony) upnuta, také patrona předkolony (trubka 4 patrony předkolony) (vÍ2 obr. 2), Je-li to zapotřebí jsou dále k patrone· - připojena známým způsobem přídavná zařízení, která jsou obvyklá v kapalinové chromatografii. Tato zařízení zahrnují zařízení pro aplikaci vzorků, čerpadla pro eluční činidlo, zařízení pro vytváření gradientu., detekční zařízení a sběrače frakcí.

Díky tomu, že koncový kus je předimenzován vzhledem k trubce patrony, musí se zatlačovat do trubky za použití nástroje, který zajišťuje vedení koncového kusu a zabraňuje jeho odklonu. Vhodný nástroj se například skládá z části, která se připevní k trubce patrony a nálevkovité přídavné části, do níž se vkládá koncový kus obsahující sítový prvek. Složení patrony je znázorněno na obr. 3. V tomto případěse-používá-při způsobeného .provedení nástroje.^ Tato varianta nástroje je v podsuaté tvořena dutým válcem 10 Spodní část 11 dutého válce je přizpůsobena pro zachycení trubky i patrony. Vnitřní průměr střední části 12 dutého válce je zvolen tak, aby do ní bylo možno vkládat koncový kus 2. Horní části 13 dutého válce se používá jako vodítka pro zatlačovací trn 14. Tento nástroj je zhotoven z běžného materiálu, například speciální oceli nebo plastu.

Jak již to bylo popsáno, vyrobené koncové kusy obsahují vložený sítový prvek. Při montáži koncového kusu (viz obr. 3) se postupuje tak, že se koncový kus 2 obsahující sítový prvek 3, trubka £ patrony a zatlačovací trn 14. vloží do nástroje a koncový kus se zatlačí do trubky 1 patrony v hydraulickém lisu za použití tlaku v rozmezí od 0,5 do 4,0 MPa. Tento postup je na obr. 3 znázorněn šipkou.

Trubka patrony, do které se zatlačuje koncový kus se převrátí a potom obvyklým způsobem naplní sorbentem, •ř například ve formě suspenze v rozpouštědle. Potom se upevní druhý koncový kus a lože sorbentu se popřípadě ještě stlačí žá použití tlaku v rozmezí od 1,0 do 3,0 MPa. Tím se zlepší tlaková stabilita lože sorbentu.

Výjimečnou stabilitu patrony podle vynálezu je? možno prokázat následujícím pokusem. Výsledky, kterých bylo v každém případě dosaženo po provedení stupňů 1 až 11, jsou vyjádřeny formou indexů, které charakterizují dělicí schopnosti (viz obr. 4); křivka A (pravá pořadnice): poměr symetrie, křivka 3 (levá pořadnice): počet teoretických pater na metr, křivka C (pravá pořadnice): relativní výška patra .vzhledem k průměru částic.

Provede se chromatografická. zkouška (1) s čerstvě připravenou patronou (délka 250 mm, průměr 50 mm, náplň: LiChrospherRP-18', 12 μ,ιη). Tato zkouška se (2) opakuje po dvou dnech. Potom se patrona vyjme, znovu upne a zkouška se opakuje (3). Patrona se vyjme, 2 hodiny se třese, znovu se upevní do upínacího zařízení a provede se další zkouška (4). Patrona se vyjme, dopravuje se spolu s jiným dopravovaným zbožím 3 hodiny vidlicovým stohovacím vozíkem a znovu se upevní v upínacím zařízení a provede se další zkouška (5). Patrona se vyjme, dopravuje se spolu s jiným dopravovaným zbožím 40 hodin vidlicovým stohovacím vozíkem a potom se znovu upevní v upínacím zařízení a podrobí zkoušení (6).

v .. μ -J. · · , . _Λ ..,-.

Patrona se vyjme, 12 hodin se skladuje v sušárně o teplotě 40’C, znovu se upne a podrobí zkoušení (7). Patrona se vyjme, 10 minut se zpracovává při 20'C v ultrazvukové lázni a po upnutí se podrobí zkoušce (8). Patrona se vyjme, 30 minut se na ni působí· v ultrazvukové lázni při teplotě 70 C a po novém ůpnutí se podrobí zkoušce (9). patrona se vyjme, uloží se na -20 hodin do pultového mrazáku, v němž se udržuje teplota -17C a po novém upnutí se podrobí zkoušení (10). Nakonec se patrona na dobu 65 hodin vystaví působení toku s průtokovou rychlostí 140 ml/min, načež následuje závěrečná zkouška (11).

Na obr. 5 jsou znázorněny výsledky děleníjzkusební směsi (40 μΐ; A - dimethylftalát (DMP); B - diethylftalát (DEP); C - dibutylftalát (DBP)_;, a to před (nahoře) a po (dole) provedení stupně (11) výše uvedené zatěžovací zkoušky. Jako elučního činidla se používá směsi methanolu a vody v objemovém poměru 30 : 20.

Naměřená data ukazují, že dělicí schopnost patrony zůstává do značné míry nezměněna přes extrémní podmínky zatěžování. Je tedy možno konstatovat, že patrona pcdle vynálezu se vyznačuje, výjimečnou stálostí náplně. V tomto případě je důležité, že polohu koncového kusu je možno přizpůsobitdělce“ložě’'sorbentu’, takže'je možno,· je-li-to· - zapotřebí, lože sorbentu dodatečně stlačit. Vzhledem k tomu, že koncové kusy jsou významně předimenzovány, jsou pevné usazeny v trubce patrony a není nutno je nějak dále zajišťovat v jejich poloze. Kromě toho je konstrukce patrony překvapivé jednoduchá a nevyžaduje například žádné přídavné těsnicí prvky, jako jsou prstencové kroužky nebo břitová těsnění. Koncový kus obsahujcí sítový prvek se skládá pouze ze dvou částí: v podstatě válcového základního tělesa a sítového prvku přidržovaného obrubou na základním-tělese.

1Z

Výše uvedený popis umožňuje odborníkovi aplikovat popsaný vynález v nejobecnějším provedení. Konkrétní provení, pomocí kterých je vynález objasněn, mají výhradně ilustrativní charakter a v žádném případě nepředstavují omezení vynálezu.

Všechny literární citace uvedené v tomto popisu, včetně odpovídající DE 43 09 798 (podané 26. března 1993) představují náhradu za přenesení jejich celého obsahu do popisu tohoto vynálezu.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ ' N Á.R OKY

   1. Díl patrony zahrnující koncový kus se šitovým prvkem, přičemž tento díl se skládá z v podstatě válcového základního tělesa, v němž je umístěn středový otvor a ploché válcové vyfrézované vybrání pro sítový prvek, v y značující. se tím, že základní těleso zahrnuje obrubu, která pevně přidržuje sítový prvek a že válcové základní těleso má hladký válcový plášť.
2. 2. Díl patrony podle nároku 1, zahrnující dále trubku, v níž je koncový kus držen třecími silami, vyznačující se t í m , že v.nesestaveném stavu je vnější průměr koncového kusu větší než vnitřní průměr trubky.
3. 3. Způsob výroby dílu,patrony podle nároku 1_;, vyznačující se t í m, že se provedou následuj ící stupně:

   a) obvyklými tvářecími postupy se vyrobí polotovar z plastu, například z teflonu, zahrnující středový otvor a vybrání pro sítový prvek;

   b) do vybrání pro.sítový prvek se vloží sítový prvek; ' _____ _ . . _

   c) polotovar se na konci, na němž je umístěn sítový prvek, opatří obrubou, přičemž pro tváření se použije radiálně působícího tlaku a

   d) dokončí se tváření koncového kusu tím, že se provede úprava vnějšího průměru a zhotoví se připojovací zařízení pro přívod a odvod elučního činidla.