DE10030668A1 - Halterung für monolithische Sorbentien - Google Patents

Abstract

Eine druckstabile Einspannvorrichtung für monolithische Sorbentien wird offenbart. Die Vorrichtung besteht aus einem druckstabilen Mantel und einem bevorzugt lösungsmittelstabilen Schlauch, zwischen denen sich ein Hohlraum befindet. Wird nun das Sorbens mit oder ohne weitere Ummantelung in die Vorrichtung eingebracht, so kann über den Hohlraum mittels Flüssigkeits- oder Gasdruck ein Gegendruck gegen den Eluensdruck erzeugt werden.

Description

Gegenstand der Erfindung sind Einspannvorrichtungen für monolithische Sorbentien für die Chromatographie.

Beim Packen von Chromatographiesäulen mit partikulären Sorbentien wird erreicht, daß das Sorbensbett am Mantel der Säule dicht anliegt. Ersetzt man, wie es in WO 94/19 687 und in WO 95/03 256 offenbart ist, parti­ kuläre durch monolithische Sorbentien, so ergibt sich das Problem, den Mantel des Sorbens flüssigkeitsdicht, druckstabil und gegen die Elutions­ mittel inert abzudichten. Nur so ist gewährleistet, daß das Elutionsmittel ausschließlich durch das Sorbens fließt. F. Svec und J. M. Frechet (1992) Anal. Chem. 64, Seiten 820-822, beschreiben, wie ein monolithisches Sorbens in ein Rohr einpolymerisiert werden kann. Dieses Prinzip ist bei keramischen Sorbentien nur bedingt anwendbar, da der Grünling bei den anschließenden Brenn- und Calcinierungsschritten schrumpft: Nur wenn der Innendurchmesser des Rohres hinreichend klein, d. h. deutlich unter einem Zentimeter, ist, kann dieses Verfahren angewandt werden. Eine Halterung, die auch für dickere monolithische Sorbentien angewandt werden kann, ist in WO 94/19 687 offenbart: Ein Mantel aus Teflon um­ hüllt den Keramikstab. Damit dieser Mantel flüssigkeitsdicht abschließt, auch wenn im Innern der Betriebsdruck der Chromatographieeinrichtung angelegt ist, befindet sich der mit Teflon ummantelte Keramikstab in einem Metallrohr mit größerem Innendurchmesser, durch das ein Gegendruck erzeugt wird.

In WO 95/03256 wird die Ummantelung monolithischer Sorbentien mit einem druckfesten Kunststoffmantel beschrieben. Entweder wird das Sorbens zunächst mit einem dünnen Kunststoffschlauch umgeben und anschließend mit einem druckstabilen Mantel umhüllt oder es wird direkt in einen druckstabilen Kunststoffmantel eingebracht.

Nachteil der bekannten Methoden ist, daß oft nicht das gewünschte Maß an Druckfestigkeit erreicht wird. Besonders nach längerer Belastung sinkt die Trennleistung erheblich ab. Zudem kann das Sorbens nach Gebrauch nicht vom Mantel getrennt werden, so daß nach Verbrauch Sorbens und Mantel entsorgt werden müssen.

Aus der Hochdruckflüssigkeitschromatographie sind, wie in DE 25 24 751 offenbart, mit partikulären Sorbentien gefüllte Glasrohre bekannt, die von einer Druckhülle umgeben werden. Auf diese Weise wird das Glasrohr mittels Gegendruck von außen vor Bersten bei hohem Innendruck geschützt. Dieses Problem spielt bei monolithischen Sorbentien keine Rolle.

Vielmehr muß bei der Ummantelung monolithischer Sorbentien sichergestellt werden, daß sich die Ummantelung nicht durch zu starken Innendruck vom Sorbens abhebt und das Elutionsmittel zwischen Sorbens und Ummantelung vorbei fließt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, eine Halterung für monolithische Sorbentien zu finden, die zum einen hohe und ausdauernde Druckstabilität garantiert und zum anderen nach Verbrauch des Sorbens wiederverwendet werden kann.

Es wurde gefunden, daß es nicht notwendig ist, das monolithische Sorbens direkt mit einer Hülle oder einem Schlauch zu versehen. Viel bessere Druckstabilitäten werden erreicht, wenn das Sorbens ohne vorherige Ummantelung in eine Halterungs- oder Einspannvorrichtung eingespannt wird. Die Einspannvorrichtung besteht aus einem druckstabilen Mantel, in den ein lösungsmittelbeständiger Schlauch eingebracht ist. Über eine zwischen Schlauch und Mantel befindliche Flüssigkeits- oder Gasschicht kann gleichmäßiger Druck auf das Sorbens ausgeübt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Einspannvorrichtung für monolithische Sorbentien, wobei die Vorrichtung aus einem druckstabilen Mantel und einem Schlauch besteht, zwischen denen sich ein Hohlraum befindet, über den durch ein darin befindliches Druckübertragungsmittel gleichmäßiger Druck auf das Sorbens ausgeübt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführung enthält die Vorrichtung Anschlußstücke für die Zu- und Ableitung zum Sorbens.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung ist eine Vorrichtung mit einem lösungsmittelstabilen Schlauch.

Zudem ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung der Einspann­ vorrichtung zum druckstabilen Einspannen eines monolithischen Sorbens.

Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung der Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit eingespanntem Sorbens bei der chromatographischen Trennung von mindestens zwei Stoffen.

Abb. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Einspannvorrichtung für nicht ummantelte monolithische Sorbentien.

In Abb. 2 ist eine Einspannvorrichtung für bereits mit einem lösungsmittelstabilen Schlauch ummantelte Sorbentien dargestellt.

Monolithische Sorbentien sind grundsätzlich aus der Literatur bekannt; dazu gehören vor allem poröse keramische Formkörper, wie sie in WO 94/19 687 und in WO 95/03 256 offenbart sind. Von dem Begriff mono­ lithische Sorbentien werden im weiteren Sinn auch Formkörper aus Poly­ merisaten umfaßt, wie sie von F. Svec und J. M. Frechet (1992) Anal. Chem. 64, Seiten 820-822, und von S. Hjerten et al. (1989) J. Chromatogr. 473, Seiten 273-275, beschrieben wurden. Besonders bevorzugt sind monolithische Sorbentien auf der Grundlage von porösen Formkörpern, die untereinander verbundene Makroporen sowie Mesoporen in den Wänden der Makroporen aufweisen, wobei der Durchmesser der Makroporen einen Medianwert größer als 0,1 µm aufweist, und wobei der Durchmesser der Mesoporen einen Medianwert von 2 und 100 nm auf­ weist.

Monolithische Sorbentien bestehen also aus Materialien, wie sie auch für partikuläre Sorbentien in Gebrauch sind. In vielen Fällen (z. B. SiO₂) kön­ nen diese Sorbentien ohne weiteres für chromatographische Trennungen verwendet werden. Häufiger jedoch werden die Basisträger derivatisiert, um die Trenneigenschaften zu verbessern; dabei werden zusätzliche Gruppierungen eingeführt, die unter der Bezeichnung Separations­ effektoren zusammengefaßt werden.

Separationseffektoren und Verfahren zu ihrer Einführung in den Basisträger sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Beispiele finden sich in WO 95/03 256 oder gängigen Handbüchern wie Unger, K. K. (ed) Porous Silica, Elsevier Scientific Publishing Company (1979) oder Unger, K. K. Packings and Stationary Phases in Chromatographic Techniques, Marcel Dekker (1990).

Unter dem Begriff monolithisches Sorbens wird erfindungsgemäß sowohl ein poröser Grundkörper als auch ein mit Separationseffektoren derivatisierter poröser Grundkörper verstanden.

In Abb. 1 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Einspann­ vorrichtung für nicht ummantelte monolithische Sorbentien dargestellt. Kernstück ist ein lösungsmittelbeständiger, mechanisch stabiler Schlauch (2), beispielsweise aus PTFE (Teflon), PVDF oder FEP, bevorzugt aus Perfluor (Kalrez®, Simriz®). In diesen Schlauch (2) kann das monolithische Sorbens (1) eingebracht werden. Typischerweise befinden sich an beiden Enden Anschlußstücke (7) für die Zu- und Ableitung von beispielsweise dem Eluens. Form und Material der Anschlußstücke richten sich nach der Art der Anwendung. Es können beispielsweise Anschlüsse aus Metall oder PEEK verwendet werden. Die Anschlüsse können aus einem oder mehreren Stücken gleichen oder verschiedenen Materials zusammen­ gesetzt sein. Um den Schlauch (2) herum befindet sich ein druckfester Mantel (3) aus einem stabilen Polymer oder bevorzugterweise aus Metall. Schlauch und Mantel sind an beiden Enden über eingearbeitete oder aufgeschraubte Dichtungen (5, 6) aus Kunststoff oder Metall abgedichtet. Die Dichtung kann aus einem oder mehreren Stücken gleichen oder verschiedenen Materials bestehen. Entlang des Sorbens befindet sich zwischen Schlauch (2) und Mantel (3) ein Hohlraum (4), der mit Flüssigkeit luftfrei gefüllt werden kann. Als Flüssigkeit können beispielsweise Hydrauliköl, oder bevorzugt Wasser eingesetzt werden. Über einen Zulauf und einen Anschluß zur Belüftung (8, 9) kann der Flüssigkeitsdruck im Hohlraum geregelt werden, so daß ein Gegendruck zum Eluentdruck im Formkörper aufgebaut werden kann. Dieser Druck kann typischerweise über die Eluentpumpe direkt, über ein Verstärkungsglied, über eine externe Pumpe oder eine weitere Druckeinrichtung aufgebracht werden. Außerdem kann der Druck über eine von Hand betätigte Druckeinrichtung geregelt werden.

In einer weiteren denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Hohlraum statt mit Flüssigkeit mit einem Gas, beispielsweise Luft oder Stickstoff als Drucküberträger gefüllt.

Erfindungsgemäß wird das in dem Hohlraum befindliche Mittel, über das ein Gegendruck zum Eluentendruck erzeugt wird, als Druckübertraguns­ mittel bezeichnet. Es kann sich dabei um ein Gas oder bevorzugterweise um eine Flüssigkeit, wie z. B. Hydrauliköl oder Wasser, handeln.

In Abb. 2 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Einspannvorrichtung dargestellt. Falls ein bereits mit einer dünnen, lösungsmittelstabilen Ummantelung (10) versehener Formkörper (1) eingespannt werden soll, so ist der Einsatz eines lösemittelbeständigen Schlauches in der Vorrichtung nicht notwendig. In diesem Fall kann ein oft kostengünstigerer, nicht lösungsmittelstabiler Schlauch (2), beispielsweise aus Viton oder Silicon, verwendet werden. Durch das zwischen Schlauch (2) und dem druckstabilen Mantel (3) befindliche Hydraulik- oder Gasmedium wird der Schlauch (2) an die lösungsmittelbeständige Ummantelung (10) gepresst und dichtet so den Formkörper und die Dicht- bzw. Anschlußelemente (5, 6, 7) ab. Ansonsten entsprechen die in Abb. 2 genannten und hier nicht explizit erläuterten Bestandteile der Vorrichtung den bereits unter Abb. 1 genannten Bestandteilen.

Es ist ebenso möglich, ein lösungsmittelstabil ummanteltes Sorbens in eine Einspannvorrichtung einzuspannen, wie sie in Abb. 1 dargestellt ist.

Unter ummanteltem Sorbens wird erfindungsgemäß die Ummantelung des Sorbens mit einem dünnen, optional lösungsmittelstabilen Schlauch, wie z. B. einem Schrumpfschlauch oder ähnlichem nicht druckstabilem Material, verstanden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zum Einspannen von monolitischen Sorbentien jeder Art und Größe. Besonders bevorzugt ist ihr Einsatz in der präparativen Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie.

Geeignete Konstruktionen der Endstücke und Dichtungen für chromatographische Säulen oder Kartuschen sind dem Fachmann geläufig und können auf diese Einspannvorrichtung übertragen werden.

Auch ohne weitere Ausführungen wird davon ausgegangen, daß ein Fach­ mann die obige Beschreibung im weitesten Umfang nutzen kann. Die bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele sind deswegen lediglich als beschreibende, keineswegs als in irgendeiner Weise limitierende Offen­ barung aufzufassen.

Die vollständige Offenbarung aller vor- und nachstehend aufgeführten Anmeldungen, Patente und Veröffentlichungen, sowie der korrespon­ dierenden Anmeldung DE 199 32 319, eingereicht am 10.07.1999, ist durch Bezugnahme in diese Anmeldung eingeführt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Einspannen monolithischer Sorbentien im wesentlichen bestehend aus einem druckstabilen Außenmantel (3), einem Schlauch (2) und entsprechenden Abdichtungen an den Enden, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen Schlauch (2) und Mantel (3) ein Hohlraum befindet, in dem durch Auffüllen mit einem Druckübertragungsmittel ein Ausgleich gegenüber dem Eluentendruck erzeugt werden kann.

2. Einspannvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Vorrichtung mit Anschlüssen (7) für Zu- und Ablauf zum Sorbens versehen sind.

3. Einspannvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erfindungsgemäße Schlauch (2) lösungsmittelstabil ist.

4. Verwendung einer Einspannvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zum druckstabilen Einspannen eines monolithischen Sorbens.

5. Verwendung einer Einspannvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 bei der chromatographischen Trennung von mindestens zwei Stoffen.