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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System, umfassend einen Chromatographiesäulenadapter, eine Chromatographiesäule und eine Kapillare sowie auf ein System zum Klemmen einer Chromatographiesäulenanordnung.
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Chromatographie ist ein bekanntes Verfahren zum Analysieren von Stoffgemischen. Dabei durchströmt eine mobile Phase, in die die zu analysierende Substanz injiziert wird, eine stationäre Phase. Durch unterschiedlich starke Wechselwirkungen der einzelnen Bestandteile der zu analysierenden Substanz mit der stationären Phase werden diese einzelnen Bestandteile aufgetrennt.
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Die stationäre Phase ist üblicherweise in Kammern von Säulenkörpern untergebracht. Solch eine Chromatographiesäule wird üblicherweise an eine Kapillare angeschlossen, die ein Fluid beispielsweise bestehend aus der mobilen Phase und der darin enthaltenden zu analysierenden Substanz in die Säule einleitet. Damit die mobile Phase mit ausreichender Geschwindigkeit das Chromatographiesystem durchströmt, sind zum Teil extrem hohe Arbeitsdrücke notwendig, die von einer Pumpe aufgebracht werden. In der sogenannten Hochdruckflüssigkeitschromatographie werden Arbeitsdrücke von bis zu 1300 bar erreicht. Die Komponenten eines Chromatographiesystems müssen diesen Drücken widerstehen und Verbindungen müssen gegen diese hohen Drücke abdichten können.
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Im Stand der Technik sind verschiedene Methoden bekannt, um eine druckdichte Verbindung zwischen Kapillare und Chromatographiesäule zu bewerkstelligen.
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Patentdokument
US 2014/375050 A1 offenbart beispielsweise eine Verbindung von einer Kapillare mit einem Kanal einer Fluidkomponente über ein Anpassstück. Dabei wird die Kapillare durch einen Benutzer bis zum Anschlag an den Kanal durch ein Anpassstück geschoben. Durch Betätigen eines Hebels des Anpassstücks wird eine Befestigungskraft über Zwischenstücke auf die Kapillare in Richtung des Kanals aufgebracht. Durch die Befestigungskraft wird weiterhin eine Presshülse gegen die Fluidkomponente gedrückt, um zwischen dem Anpassstück und der Fluidkomponente zu dichten.
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Ein Benutzer kann die Kapillare unter Umständen nicht bis zum Anschlag an den Kanal einschieben, wobei ein Spalt zwischen Kapillare und Fluidkomponente verbleibt. Dann tritt ein Totvolumen auf, also Volumen das nicht zur Arbeitsleistung beiträgt und das Chromatographieverhalten verschlechtert sich. Weiterhin ist der Aufbau mit Anpassstück kompliziert und es wird über eine weiche Presshülse gedichtet, die sich bei großer Krafteinwirkung bleibend verformen kann und dann nicht zur Verbindungswiederholung wiederverwendet werden kann.
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Aus Patentdokument
US 2016/116088 A1 ist ferner eine Verbindung zwischen einer Kapillare und einem Kanal einer Fluidkomponente, bei der an der Stirnfläche der Kapillare gedichtet werden kann. Damit tritt zwar kein Totvolumen auf, allerdings ist zum Abdichten an der Stirnfläche eine große Kraft aufzubringen. Außerdem muss die Stirnseite der Kapillare aus einem weichen Material bestehen, um die flächige Dichtung zu gewährleisten. Auch hier ist die Anzahl der Verbindungswiederholungen eingeschränkt.
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In Anbetracht dessen, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein System bereitzustellen, das das Chromatographieverhalten verbessert und eine hohe Anzahl an Verbindungswiederholungen zwischen einer Kapillare und einer Fluidkomponente ermöglicht. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System bereitzustellen, das einfach zu bedienen ist und damit einen hohen Automatisierungsgrad erlaubt.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein System vorgesehen, das umfasst: einen Chromatographiesäulenadapter mit einem Kanal, der sich zwischen einer ersten Seite und einer zweiten Seite des Chromatographiesäulenadapters erstreckt; eine Chromatographiesäule, die zur Fluidkommunikation mit dem Kanal an der ersten Seite des Chromatographiesäulenadapters ankoppelbar ist; eine Kapillare, die zur Fluidkommunikation mit dem Kanal an der zweiten Seite des Chromatographiesäulenadapters mit einer Stirnseite voran in einer Einsetzrichtung in den Kanal einsetzbar ist; wobei eine Mantelfläche der Kapillare sich zur Stirnseite hin verjüngt und derart konfiguriert ist, dass in einem in den Kanal eingesetzten Zustand bei Beaufschlagung der Kapillare mit einer Kraft in Einsetzrichtung eine Presspassung zwischen der Mantelfläche der Kapillare und dem Chromatographiesäulenadapter im Bereich des Kanals realisiert ist.
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Dadurch, dass die Mantelfläche sich zur Stirnseite hin verjüngt, ist es gemäß dem ersten Aspekt möglich, den Dichtbereich nicht an der Stirnseite vorzusehen. Genauer gesagt wird der Dichtbereich von der Stirnseite zurückverlagert. Damit muss die Kapillare an der Stirnseite nicht aus weichem Material gebildet sein. Vielmehr können hochsteife und hochfeste Materialien wie Stahl, vorzugsweise Edelstahl, Titan oder Keramik für die Kapillare verwendet werden. Dadurch erhöht sich die Formbeständigkeit der Kapillare, wobei die Kapillare öfters wiederverwendet werden kann, womit die Anzahl der Verbindungswiederholungen erhöht werden kann. Die Kapillare kontaktiert ferner direkt eine Innenwand des Chromatographiesäulenadapters 10 durch die Presspassung. Somit sind keine zusätzlichen Teile für die Realisierung der Druckdichtung wie beispielsweise Presshülsen im Stand der Technik notwendig, was die Konfiguration vereinfacht.
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Weil sich die Mantelfläche verjüngt, kontaktiert die Mantelfläche die Innenwand in einem kleinen Bereich bei der realisierten Presspassung. Weiterhin wird durch die sich verjüngende Mantelfläche die Kraft in Einsetzrichtung mit einer Komponente senkrecht zur Mantelfläche, also senkrecht zur Kontaktfläche der Presspassung, auf die Innenwand übertragen. Damit lässt sich bei Beaufschlagung der Kapillare mit einer kleinen Kraft in Einsetzrichtung eine hohe Flächenpressung im Dichtbereich der Presspassung erzielen, die es erlaubt, hohe Arbeitsdrücke abzudichten. Hingegen sind für eine Druckdichtung an der Stirnseite wie im Stand der Technik aufgrund des großen Kontaktbereichs große Kräfte in Einsetzrichtung notwendig. Dadurch, dass die Mantelfläche der Kapillare dichtet, liegt eine Mündung einer Öffnung der Kapillare an der Stirnseite in einem eingesetzten fluidkommunizierbaren Zustand der Kapillare in einem druckdichten Bereich des Kanals, nämlich in einem Bereich näher an der ersten Seite als der Dichtbereich. Dadurch tritt in dem obigen System kein Totvolumen auf, also Volumen das nicht zur Arbeitsleistung beiträgt. Somit kann die Kanalgeometrie an der ersten Seite bezüglich der Presspassung bzw, des Dichtbereichs gemäß den Strömungsanforderungen ausgebildet werden.
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Vorzugsweise weist das System eine Vorrichtung auf, um die Kapillare in einem in den Kanal eingesetzten Zustand mit einer Kraft in Einsetzrichtung zu beaufschlagen.
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Somit muss die Realisierung der Presspassung nicht händisch vorgenommen werden und ein höherer Grad an Automatisierung wird erzielt
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt kann sich der Kanal zumindest abschnittsweise oder vollständig von der zweiten Seite bis zu der ersten Seite des Chromatographiesäulenadapters verjüngen, vorzugsweise stetig und/oder monoton.
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Dadurch, dass sich der Kanal verjüngt, bewirkt die Innenwand eine Zentrierung. Weiterhin ist es dadurch möglich, den Dichtbereich von der zweiten Seite weg entlang der Längsrichtung des Chromatographiesäulenadapters zu verlagern. Damit kann die zu durchströmende Kanallänge reduziert werden, was die Chromatographieleistung verbessert.
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Vorzugsweise sind der Kanal und die Mantelfläche zumindest abschnittsweise rotationssymmetrisch ausgebildet.
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Dadurch kann das Strömungsverhalten eines durchströmenden Fluids aufgrund im Wesentlichen gleichmäßiger Querschnittseigenschaften verbessert werden. Auch kann die Fertigung wesentlich vereinfacht werden und Spannungsspitzen sowie komplexe Spannungszustände im Bereich der Presspassung vermieden werden.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt kann ein Mantelöffnungswinkel, der als Winkel zwischen der Mantelfläche und einer Mittelachse der Kapillare definiert ist, größer sein als ein erster Kanalöffnungswinkel, der als ein Winkel zwischen einer Innenwand und einer Mittelachse des Kanals in einem ersten Kanalabschnitt definiert ist, und/oder kleiner sein als ein zweiter Kanalöffnungswinkel, der als ein Winkel zwischen einer Innenwand und einer Mittelachse des Kanals in einem zweiten Kanalabschnitt definiert ist.
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Da ein Mantelöffnungswinkel größer ist als ein erster Kanalöffnungswinkel, kann ermöglicht werden, dass die Mantelfläche bei Beaufschlagung der Kapillare mit einer Kraft in Einsetzrichtung die Innenwand in einem Bereich kontaktiert, der von der Stirnseite der Kapillare zurückverlagert ist. In diesem Bereich kann dann die Presspassung ausgebildet werden. Weiterhin kann der Mantelöffnungswinkel kleiner sein als ein zweiter Kanalöffnungswinkel. Das erleichtert das Einsetzen der Kapillare, da Kontakt in dem zweiten Kanalabschnitt erschwert wird.
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Vorzugsweise ist der erste Kanalabschnitt näher an der ersten Seite des Chromatographiesäulenadapters angeordnet als der zweite Kanalabschnitt.
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Dadurch kann weiterhin die Kapillare leicht in den Kanal zum Realisieren der Presspassung eingesetzt werden. Die Kapillare kann weit in den Kanal zur ersten Seite hin eingesetzt werden. Damit kann die zu durchströmende Kanallänge reduziert werden, was die Chromatographieleistung verbessert, da Druck- und Reibungsverluste reduziert werden.
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Vorzugsweise ist im eingesetzten Zustand der Kapillare die Presspassung mit einem dritten Kanalabschnitt realisiert, der zwischen dem ersten Kanalabschnitt und dem zweiten Kanalabschnitt liegt.
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Wird die Presspassung mit dem dritten Kanalabschnitt realisiert, der zwischen dem ersten Kanalabschnitt und dem zweiten Kanalabschnitt liegt, kann die Presspassung als eine ringförmige Presspassung, mit zur ersten Seite hin abnehmendem Durchmesser bzw. Querschnitt, über eine kurze Länge realisiert werden und damit über eine kleine Fläche. Das ermöglicht eine hohe Flächenpressung bei verhältnismäßig geringen Kräften in Einsetzrichtung. Das ermöglicht eine gute Dichtwirkung gegen hohe Arbeitsdrücke.
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Gemäß noch einem Aspekt kann der Chromatographiesäulenadapter einen diffusen Abschnitt aufweisen, der sich gegenüber einer Mündung des Kanals an der ersten Seite des Chromatographiesäulenadapters befindet, und/oder der Chromatographiesäulenadapter an der ersten Seite ein Filterelement aufnehmen.
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In dem diffusen Abschnitt kann der Öffnungsquerschnitt an einem Ende des Kanals an der ersten Seite vorzugsweise auf den Querschnitt der Kammer vergrößert werden. Weiterhin können durch das Filterelement Schmutzpartikel gefiltert werden, wobei ein Einsatz des Filterelements in den Chromatographiesäulenadapter einfach ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein System vorgesehen, das umfasst: eine Chromatographiesäulenanordnung mit einem ersten Kanal an einem ersten Ende, einem zweiten Kanal an einem zweiten Ende und einer Kammer, die fluidkommunizierend mit dem ersten und dem zweiten Kanal verbunden ist; eine Aufnahmevorrichtung für die Chromatographiesäulenanordnung, umfassend: eine stationäre Kapillare, die zur Fluidkommunikation mit der Kammer in den ersten Kanal der Chromatographiesäulenanordnung einsetzbar ist, eine bewegbare Kapillare, die zur Fluidkommunikation mit der Kammer in den zweiten Kanal der Chromatographiesäulenanordnung einsetzbar ist, wobei die bewegbare Kapillare zwischen einer geöffneten Stellung, in welcher die Chromatographiesäulenanordnung zwischen der stationären Kapillare und der bewegbaren Kapillare anordbar oder daraus entnehmbar ist, und einer geschlossenen Stellung, in welcher die Kammer der Chromatographiesäulenanordnung mit der stationären Kapillare und der bewegbaren Kapillare fluidkommunizierend gekoppelt ist, überführbar ist.
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Gemäß dem System weist die Aufnahmevorrichtung die bewegbare Kapillare auf, die zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung überführbar ist. Somit erlaubt das System einen hohen Automatisierungsgrad, da die Chromatographiesäulenanordnung 70 einfach durch Überführen zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung ausgetauscht werden kann.
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Vorzugsweise weist das eben genannte System das System nach einem der zuvor genannten Aspekte auf, wobei die Chromatographiesäulenanordnung die Chromatographiesäule und zwei der Chromatographiesäulenadapter nach einem der zuvor genannten Aspekte umfasst, wobei vorzugsweise der erste Kanal und/oder der zweite Kanal als Kanal nach einem der zuvor genannten Aspekte ausgebildet ist, wobei bevorzugt die stationäre Kapillare und/oder die bewegbare Kapillare als Kapillare nach einem der zuvor genannten Aspekte ausgebildet ist.
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Somit können die zuvor genannten Effekte erzielt werden
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Vorzugsweise weist das System eine Vorspanneinrichtung auf, um die bewegbare Kapillare in die geschlossene Stellung vorzuspannen.
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Durch die Vorspanneinrichtung wird die Benutzerfreundlichkeit erhöht, da die bewegbare Kapillare im Betrieb eines Chromatographiesystems automatisch durch die Vorspanneinrichtung in der geschlossenen Stellung gehalten wird. Somit kann der Automatisierungsgrad erhöht werden.
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Vorzugsweise ist die bewegbare Kapillare schwebend gelagert, sodass sie sich bei Einsetzen in den zweiten Kanal selbst zentriert.
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Die schwebende Lagerung erlaubt beim Einsetzen in den zweiten Kanal eine Selbstzentrierung der bewegbaren Kapillare. Ferner können durch die schwebende Lagerung Fertigungsungenauigkeiten ausgeglichen werden. Die schwebende Lagerung erleichtert also das Einsetzen und Herausnehmen der bewegbaren Kapillare.
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Gemäß noch einem Aspekt kann die bewegbare Kapillare um eine Schwenkachse schwenkbar sein.
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Das erlaubt eine einfach Handhabung und erhöht die Benutzerfreundlichkeit. Ferner kann eine Schwenkbewegung einfach durch rotierende Maschinen erzeugt werden. Damit wird der Automatisierungsgrad erhöht.
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Vorzugsweise weist das System einen Hebel auf, um die bewegbare Kapillare durch eine Bewegung um die Schwenkachse zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung zu überführen.
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Auch dadurch wird die Handhabung und Benutzerfreundlichkeit erhöht.
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Vorzugsweise ist der Hebel mit der Vorspanneinrichtung nach Anspruch 10 gekoppelt ist.
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Dadurch kann die Vorspannkraft auf den Hebel aufgebracht werden, um die Schwenkbewegung durchzuführen.
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Vorzugsweise ist ein erster Hebelarm, der sich von der Schwenkachse zu dem Angriffspunkt der Vorspanneinrichtung erstreckt, größer als ein zweiter Hebelarm, der sich von der Schwenkachse bis zu der bewegbaren Kapillare erstreckt.
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Dadurch muss durch die Vorspanneinrichtung nur eine relativ geringe Kraft aufgebracht werden, um die bewegbare Kapillare in die geschlossene Stellung zu überführen, da durch die Hebelwirkung die Kraft, mit der die bewegbare Kapillare zu dem zweiten Kanal hin bewegt wird und in den zweiten Kanal eingesetzt wird, vergrößert wird.
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Vorzugsweise ist der zweite Hebelarm im eingesetzten Zustand der bewegbaren Kapillare senkrecht zu einer Mittelachse des ersten und/oder des zweiten Kanals ausgerichtet ist.
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Dadurch kann ein gleichmäßiger Dichtbereich mit gleichmäßiger Flächenpressung gewährleistet werden, da im eingesetzten Zustand die Kraft in Einsetzrichtung entlang der Mittelachsen des ersten und des zweiten Kanals weist.
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Diese Aspekte und weitere Aspekte der Erfindung werden im Folgenden unter Zuhilfenahme der Zeichnungen detailliert beschrieben. Die nachfolgenden Ausführungsformen sind für den Erfindungsgedanken nicht beschränkend. Die Erfindung deckt vielmehr auch Alternativen ab, die der Fachmann durch diese Offenbarung erkennt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
- 1 ist eine Längsschnittansicht eines Chromatographiesäulenadapters und einer korrespondierenden Kapillare in einer getrennten Stellung
- 2 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht des Chromatographiesäulenadapters des Systems.
- 3 ist eine vergrößerte Längsschnittansicht des Systems, in der die Kapillare in den Chromatographiesäulenadapter eingesetzt ist
- 4 ist eine Längsschnittansicht eines Chromatographiesäulenadapters und einer korrespondierenden Kapillare in einem eingesetzten Zustand, wobei ein Filterelement in dem Chromatographiesäulenadapter aufgenommen ist
- 5 ist eine schematische Ansicht eines Systems zum Klemmen einer Chromatographiesäulenanordnung in einer geöffneten Stellung einer bewegbaren Kapillare
- 6 ist eine schematische Ansicht des Systems zum Klemmen einer Chromatographiesäulenanordnung in einer geschlossenen Stellung der bewegbaren Kapillare.
- 7 ist eine schematische Ansicht des Systems zum Klemmen einer Chromatographiesäulenanordnung in einer geschlossenen Stellung, wobei die Chromatographiesäulenanordnung als Vorsäule fungiert und mit einer stationären Kapillare an eine Hauptsäule gekoppelt ist
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Die Ausführungsformen werden nun detailliert beschrieben.
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1 zeigt ein System 1 gemäß einer ersten Ausführungsform im Längsschnitt. 1 zeigt einen Chromatographiesäulenadapter 10 und eine korrespondierende Kapillare 20 in einer getrennten Stellung. 2 zeigt eine vergrößerte Längsschnittansicht des Chromatographiesäulenadapters 10 des Systems 1. 3 zeigt eine vergrößerte Längsschnittansicht des Systems 1, in der die Kapillare 20 in den Chromatographiesäulenadapter 10 eingesetzt ist.
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Wie in 1 zu sehen ist, umfasst das System den Chromatographiesäulenadapter 10. In dem Chromatographiesäulenadapter 10 erstreckt sich, vorzugsweise in einer Längsrichtung des Chromatographiesäulenadapters 10, wie in 1 bis 3 dargestellt, ein Kanal 11, der von einer Innenwand 12 umgeben wird. Der Kanal 11 erstreckt sich zwischen einer ersten Seite 13 und einer zweiten Seite 14 des Chromatographiesäulenadapters 10. An der ersten Seite 13 ist der Chromatographiesäulenadapter 10 an eine Chromatographiesäule 30 angekoppelt. Die Chromatographiesäule 30 weist eine Kammer 31 auf, die sich in einer Längsrichtung der Chromatographiesäule 30 erstreckt und in der sich beispielsweise eine stationäre Phase befindet, um mit einer einzuleitenden zu analysierenden Substanz Wechselwirkungen einzugehen. Die Längsrichtung der Kammer 31 fluchtet vorzugsweise mit der Längsrichtung des Kanals 11.
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Hier ist der Chromatographiesäulenadapter 10 über ein Überwurfstück 40 an die Chromatographiesäule 30 ankoppelbar. Das Überwurfstück weist ein Innengewinde auf, mit dem es an einem Außengewinde der Chromatographiesäule 30 verschraubt wird. Der Chromatographiesäulenadapter 10 ist in einer Bohrung 41 des Überwurfstücks 40 aufgenommen und wird bei Verschraubung des Innengewindes des Überwurfstücks 40 an dem Außengewinde der Chromatographiesäule 30 gegen die Chromatographiesäule 30 gedrückt.
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Es sind auch andere Formen der Ankopplung des Chromatographiesäulenadapters 10 an die Chromatographiesäule 30 denkbar. Beispielsweise können die Chromatographiesäule 30 und der Chromatographiesäulenadapter 10 integral ausgebildet sein. Der Chromatographiesäulenadapter 10 kann auch an der Chromatographiesäule 30 vernietet werden.
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In dem an die Chromatographiesäule 30 angekoppelten Zustand des Chromatographiesäulenadapters 10 sind der Kanal 11 und die Kammer 31 in einem fluidkommunizierbaren Zustand. Bei Einleitung eines Fluids, wie beispielsweise der mobilen Phase, beinhaltend die zu analysierenden Substanz, kann dieses Fluid im angekoppelten Zustand über den Kanal 11 in die Kammer 31 strömen. Mit anderen Worten ist die Chromatographiesäule 30 zur Fluidkommunikation mit dem Kanal 11 an der ersten Seite 13 des Chromatographiesäulenadapters 10 ankoppelbar.
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Der fluidkommunizierbare Zustand ist ein Zustand, in dem ein Fluid zwischen den Komponenten ohne Leckage fließen kann. So ist im angekoppelten Zustand des Chromatographiesäulenadapters 10 an die Chromatographiesäule 30 ein Dichtring 50 in einer Aufnahme des Chromatographiesäulenadapters 10 an der ersten Seite 13 aufgenommen. Durch die Anpresskraft zwischen Chromatographiesäule 30 und Chromatographiesäulenadapter 10 verhindert dieser Dichtring eine Strömungs- und Druckleckage. Somit kann das Fluid ohne Leckage von dem Kanal 11 in die Kammer 31 strömen.
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An der zweiten Seite 14 ist eine Kapillare 20 angeordnet. Die Kapillare 20 ist mit einer Stirnseite 22 voran an der zweiten Seite 14 des Chromatographiesäulenadapters 10 in einer Einsetzrichtung in den Kanal einsetzbar. Die Einsetzrichtung ist in 1 durch den Pfeil A gekennzeichnet. Vorzugsweise fluchtet die Einsetzrichtung A mit der Längsrichtung des Kanals 11. In einem eingesetzten fluidkommunizierbaren Zustand der Kapillare 20, wie er in 3 dargestellt ist, ist eine Fluidkommunikation der Kapillare 20 über den Kanal 11 mit der Kammer 31 möglich. Dabei kann ein Fluid, das eine Öffnung 23 im Inneren der Kapillare durchströmt, über den Kanal 11 in die Kammer 31 strömen.
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Eine Mantelfläche 21 der Kapillare 20 ist so konfiguriert, dass sie sich zur Stirnseite 22 hin zumindest abschnittsweise verjüngt. Die Mantelfläche 21 ist weiterhin derart konfiguriert, dass in einem in den Kanal 11 eingesetzten Zustand bei Beaufschlagung der Kapillare 20 mit einer Kraft in Einsetzrichtung A eine Presspassung zwischen der Mantelfläche 21 der Kapillare und dem Chromatographiesäulenadapter 10 im Bereich des Kanals 11 realisiert ist. In der Längsschnittansicht von 3 ist ein Zustand dargestellt, in dem die Kapillare 20 in den Kanal 11 eingesetzt ist und mit einer Kraft in Einsetzrichtung A beaufschlagt wird. Dabei wird in dem Bereich 123 der Innenwand 12 eine Presspassung realisiert, die in 3 als Schnittbereich zwischen Mantelfläche 21 und der Innenwand 12 dargestellt ist. In diesem Bereich 123 den Kanal 11 umgebenden Innenwand 12 konzentriert sich die Presskraft bei Einwirkung der Kraft in Einsetzrichtung A. Dabei wirken Kräfte, die auf die Mantelfläche 21 der Kapillare 20 drücken und dadurch die Presspassung realisieren. In dem Bereich 123 wird eine Druckdichtung realisiert, mit der es möglich ist, Arbeitsdrücken von bis zu 1300 bar zu widerstehen und den fluidkommunizierbaren Zustand zwischen Kapillare 20 und Kanal 11 zu realisieren.
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Dem Dichtbereich 123 ist auf Seiten der Kapillare 20 ein Dichtbereich 211 zugeordnet, der sich in dem sich verjüngenden Abschnitt der Kapillare 20 befindet. Dadurch, dass die Mantelfläche 21 sich zur Stirnseite 22 hin verjüngt, ist es möglich, den Dichtbereich 211 nicht an der Stirnseite 22 vorzusehen. Genauer gesagt wird der Dichtbereich 211 von der Stirnseite 22 entgegen der Längsrichtung der Kapillare 20 zurückverlagert. Da vorzugsweise die Längsrichtung der Kapillare 20 mit der Einsetzrichtung A übereinstimmt, ist hier der Dichtbereich 211 von der Stirnseite 22 entgegen der Einsetzrichtung A zurückversetzt. Damit muss die Kapillare 20 an der Stirnseite 22 nicht aus weichem Material gebildet sein. Vielmehr können hochsteife und hochfeste Materialien wie Stahl, vorzugsweise Edelstahl, Titan oder Keramik für die Kapillare 20 und den Chromatographiesäulenadapter 10 verwendet werden. Dadurch erhöht sich die Formbeständigkeit der Kapillare 20, wobei die Kapillare öfters wiederverwendet werden kann und weiterhin eine Öffnung 23 der Kapillare 20 ihre Form behält, wodurch das Strömungsverhalten nicht nachteilig beeinflusst wird. Die Kapillare 20 kontaktiert ferner direkt die Innenwand 12 durch die Presspassung. Mit anderen Worten wird die Druckdichtung direkt zwischen der Mantelfläche 21 Kapillare 20 und der Innenwand 12 realisiert. Somit sind keine zusätzlichen Teile für die Realisierung der Druckdichtung wie beispielsweise Presshülsen im Stand der Technik notwendig, was die Konfiguration vereinfacht. Weil sich die Mantelfläche 21 verjüngt, kontaktiert die Mantelfläche 21 die Innenwand 12 in einem kleinen Bereich 123 bei der realisierten Presspassung. Weiterhin wird durch die sich verjüngende Mantelfläche 21 die Kraft in Einsetzrichtung A mit einer Komponente senkrecht zur Mantelfläche 21, also senkrecht zur Kontaktfläche der Presspassung, auf die Innenwand 12 übertragen. Damit lässt sich bei Beaufschlagung der Kapillare 20 mit einer kleinen Kraft in Einsetzrichtung A eine hohe Flächenpressung im Dichtbereich 211 der Presspassung erzielen, die es erlaubt, hohe Arbeitsdrücke abzudichten. Hingegen sind für eine Druckdichtung an der Stirnseite wie im Stand der Technik aufgrund des großen Kontaktbereichs große Kräfte in Einsetzrichtung notwendig.
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Zur Beaufschlagung der Kapillare 20 mit einer Kraft in Einsetzrichtung im in den Kanal 11 eingesetzten Zustand weist das System weiterhin vorzugsweise eine Vorrichtung auf. Somit muss die Realisierung der Presspassung nicht händisch vorgenommen werden und ein höherer Grad an Automatisierung wird erzielt. Solche Vorrichtungen können zur Bereitstellung der Kraft in Einsetzrichtung A Schrittmotoren enthalten, wie beispielsweise Federkraft-Schrittmotoren. Es sind auch pneumatische Vorrichtungen denkbar, die die Kraft in Einsetzrichtung A über Druckluft bereitstellen.
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Einzelheiten des Chromatographiesäulenadapters 10 und der Kapillare 20 werden im Folgenden mit Bezug auf 2 und 3 erläutert.
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Wie in 2 dargestellt, verjüngt sich der Kanal 11 zumindest abschnittsweise von der zweiten Seite 14 zu der ersten Seite 13 hin, nämlich in dem Abschnitt 111 in 2. Mit anderen Worten reduziert sich die Querschnittsfläche des Kanals 11 in diesem sich verjüngenden Abschnitt 111. Wie in 2 verjüngt sich der Kanal 11 vorzugsweise stetig und monoton in dem Abschnitt 111. Stetig bedeutet, dass sich die Querschnittsfläche des Kanals 11 nicht sprunghaft reduziert. Monoton bedeutet, dass die Querschnittsfläche in dem Abschnitt 111 nicht zunimmt.
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Der Kanal 11 kann sich aber auch vollständig von der zweiten Seite 14 zu der ersten Seite 13 verjüngen.
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Dadurch, dass sich der Kanal 11 verjüngt, bewirkt die Innenwand 12 eine Zentrierung. Weiterhin ist es dadurch möglich, den Dichtbereich 123 von der zweiten Seite 14 weg entlang der Längsrichtung des Chromatographiesäulenadapters 10 zu verlagern. Damit kann die zu durchströmende Kanallänge reduziert werden, was die Chromatographieleistung verbessert.
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Vorzugsweise ist der Kanal 11 zumindest abschnittsweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Wenn der Kanal 11 beispielsweise die Form eines Kegelstumpfes oder Zylinders aufweist, kann das Strömungsverhalten eines durchströmenden Fluids aufgrund im Wesentlichen gleichmäßiger Querschnittseigenschaften verbessert werden. Auch kann die Fertigung wesentlich vereinfacht werden und Spannungsspitzen sowie komplexe Spannungszustände im Bereich der Presspassung vermieden werden. Vorzugsweise ist auch die Mantelfläche 21 der Kapillare 20 zumindest abschnittsweise rotationssymmetrisch ausgebildet. Vorzugsweise sind Querschnittsformen des Kanals 11 zumindest im Dichtbereich 123 und Querschnittsformen der Mantelfläche im Dichtbereich 211 kompatibel.
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Allerdings ist es zum Beispiel auch möglich, dass der Kanal 11 und die Mantelfläche 21 der Kapillare 20 zumindest abschnittsweise die Form eines Pyramidenstumpfs oder eines Prismas aufweisen.
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Wie in 1 gezeigt, weist die Kapillare 20 eine Mittelachse 24 auf, die gleichzeitig eine Mittelachse der Mantelfläche 21 und der Öffnung 23 ist. Die Mittelachse fluchtet mit einer Längsrichtung der Kapillare 20. Ein Mantelöffnungswinkel α ist, wie in 1 gezeigt, ein Winkel zwischen der Mantelfläche 21 und der Mittelachse 24 der Kapillare. In ähnlicher Weise ist in dem Kanal 11, wie in 2 gezeigt, ein erster Kanalöffnungswinkel β1 ein Winkel zwischen der Innenwand 12 und einer Mittelachse 15 des Kanals 11 in einem ersten Kanalabschnitt 121. Ein zweiter Kanalöffnungswinkel β2 ist ein Winkel zwischen der Innenwand 12 und einer Mittelachse 15 des Kanals in einem zweiten Kanalabschnitt 122.
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Wie in 3 zu sehen ist, ist der Mantelöffnungswinkel α größer als der erste Kanalöffnungswinkel β1 und kleiner als der zweite Kanalöffnungswinkel β2. Weiterhin ist vorzugsweise der erste Kanalabschnitt 121 näher an der ersten Seite 13 des Chromatographiesäulenadapters 10 angeordnet als der zweite Kanalabschnitt 122. Im Fall dieser Ausführungsform entspricht der erste Kanalöffnungswinkel β1 im Wesentlichen 0°, wie in 2 gezeigt. Ein größerer Winkel entspricht sowohl für den Mantelöffnungswinkel α als auch für die Kanalöffnungswinkel β einer stärkeren Verjüngung zu der Stirnseite 22 bzw. der ersten Seite 13 hin. Ein negativer Winkel entspricht sowohl für den Mantelöffnungswinkel α als auch für die Kanalöffnungswinkel β einer Aufweitung zu der Stirnseite 22 bzw. der ersten Seite 13 hin.
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Im Folgenden wird ein Einsatz der Kapillare 20 in den Kanal 11 beschrieben. Wie bereits oben erwähnt, ist eine Mantelfläche 21 der Kapillare 20 so konfiguriert, dass in einem in den Kanal 11 eingesetzten Zustand bei Beaufschlagung der Kapillare mit einer Kraft in Einsetzrichtung A eine Presspassung zwischen der Mantelfläche 21 der Kapillare und dem Chromatographiesäulenadapter 10 im Bereich des Kanals realisiert ist. Dabei wird sichergestellt, dass eine Querschnittsform an der Stirnseite 22 der Kapillare 20 überhaupt in den Kanal 11 einsetzbar ist, und nicht beispielsweise schon an der zweiten Seite 14 des Chromatographiesäulenadapters 10 stoppt. Weiterhin ist der Mantelöffnungswinkel α so gewählt, dass ein Einsatz bis zu dem Übergang des ersten 121 zu dem zweiten Kanalabschnitt 122 möglich ist. Die Querschnittsform an der Stirnseite 22 der Kapillare 20 kann weiterhin zur ersten Seite 13 hin diesen Übergang passieren. Weiterhin ist der Mantelöffnungswinkel α so ausgebildet, dass die Mantelfläche 21 mit diesem Übergang in Kontakt kommt. Genauer gesagt, wird bei fluchtenden Mittelachsen 24 und 15 und einer Einsetzrichtung A, die bevorzugt in Richtung der Mittelachsen 24 und 15 verläuft, ein Linienkontakt zwischen einem Umfang der Mantelfläche 21 und dem Übergang zwischen dem ersten 121 und zweiten Kanalabschnitt 122 an der Innenwand 12 realisiert. Bei weiterer Beaufschlagung der Kapillare 20 mit einer Kraft in Einsetzrichtung A, wird die Kapillare 20 weiter in Richtung der ersten Seite 13 gedrückt. Wie oben bereits erwähnt, wird durch die sich verjüngende Mantelfläche 21 die Kraft in Einsetzrichtung A in eine Komponente senkrecht zur Mantelfläche 21 und in eine Komponente parallel dazu aufgeteilt. Die Komponente senkrecht zur Mantelfläche 21 unterstützt dabei eine Verbreiterung des Kanals durch vorzugsweise elastische Verformung der Innenwand 12 an dem Übergang. Somit wird die Kapillare 20 weiter zur ersten Seite 13 geschoben, wobei eine Presspassung zwischen der Innenwand 12 in dem Dichtbereich 123 und der Mantelfläche 21 in dem Dichtbereich 211 realisiert, wie in 3 gezeigt. Somit ist im eingesetzten Zustand bei Beaufschlagung der Kapillare 20 mit einer Kraft in Einsetzrichtung A eine Presspassung der Mantelfläche 21 mit dem Dichtbereich 123 der Innenwand 12 realisiert. Der Dichtbereich 123 ist ein Bereich, der den Übergang zwischen dem ersten Kanalabschnitt 121 und zweiten Kanalabschnitt 122 beinhaltet. Mit anderen Worten ist der Dichtbereich 123 zwischen dem ersten Kanalabschnitt 121 und zweiten Kanalabschnitt 122 angeordnet und ist ein dritter Kanalabschnitt im Sinne der Ansprüche.
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Da ein Mantelöffnungswinkel α größer ist als ein erster Kanalöffnungswinkel β1, kann wie oben beschrieben, ermöglicht werden, dass die Mantelfläche 21 bei Beaufschlagung der Kapillare 20 mit einer Kraft in Einsetzrichtung A die Innenwand 12 in einem Bereich kontaktiert, der von der Stirnseite 22 entgegen der Längsrichtung der Kapillare 20 zurückverlagert ist. In diesem Bereich 211 kann dann die Presspassung ausgebildet werden.
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Weiterhin ist der Mantelöffnungswinkel α kleiner ist als ein zweiter Kanalöffnungswinkel β2. Das erleichtert das Einsetzen der Kapillare, da Kontakt in dem zweiten Kanalabschnitt erschwert wird bzw. erst nach Verformung der Innenwand 12 entsteht.
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Ist weiterhin der erste Kanalabschnitt 121 näher an der ersten Seite 13 angeordnet als der zweite Kanalabschnitt 122, kann weiterhin die Kapillare 20 leicht in den Kanal zum Realisieren der Presspassung eingesetzt werden. Somit kann die Kapillare 20 weit in den Kanal 11 zur ersten Seite hin eingesetzt werden. Damit kann die zu durchströmende Kanallänge reduziert werden, was die Chromatographieleistung verbessert, da Druck- und Reibungsverluste reduziert werden.
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Wird die Presspassung mit dem dritten Kanalabschnitt 123 realisiert, der zwischen dem ersten Kanalabschnitt 121 und dem zweiten Kanalabschnitt 122 liegt, kann die Presspassung als eine ringförmige Presspassung, mit zur ersten Seite hin abnehmendem Durchmesser bzw. Querschnitt, über eine kurze Länge realisiert werden und damit über eine kleine Fläche. Das ermöglicht eine hohe Flächenpressung bei verhältnismäßig geringen Kräften in Einsetzrichtung. Das ermöglicht eine gute Dichtwirkung gegen hohe Arbeitsdrücke.
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Allgemein kann durch Kanalöffnungswinkel β, die unterschiedlich von einem Mantelöffnungswinkel α sind, die Reibung reduziert werden, da bei Kontakt mit der Innenwand 12 nicht die gesamte Mantelfläche 21 kontaktiert, sondern bloß ein Bereich davon.
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Weiterhin weist der Chromatographiesäulenadapter 10, wie beispielsweise in 2 gezeigt, vorzugsweise einen diffusen Abschnitt 16 auf, der sich gegenüber einer Mündung 17 des Kanals 11 an der ersten Seite 13 des Chromatographiesäulenadapters 10 befindet. Mit anderen Worten mündet der Kanal 11 in einen diffusen Abschnitt 16. In dem diffusen Abschnitt wird der Öffnungsquerschnitt an einem Ende des Kanals an der ersten Seite vorzugsweise auf den Querschnitt der Kammer 31 vergrößert, wie es zum Beispiel in 1 gezeigt ist.
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1 ist ferner zu entnehmen, dass ein Filterelement 32, zum Beispiel eine Fritte, in die Kammer 31 an einem Ende der Chromatographiesäule 30 gepresst ist, das dem Chromatographiesäulenadapter 10 zugewandt ist. Solche Filterelemente 32 sind üblicherweise aus Glas oder Keramik gefertigt und porös ausgestaltet. Sie filtern Schmutzpartikel aus dem in die Kammer strömenden Fluid.
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Wie oben bereits erwähnt, kann die Chromatographiesäule 30 auch integral mit dem Chromatographiesäulenadapter 10 ausgeführt sein. Allerdings erleichtert eine Ausführung, bei der der Chromatographiesäulenadapter 10 an der Chromatographiesäule anzubringen ist, wie beispielsweise mit dem Überwurfstück 40, den Einsatz des Filterelements.
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Besonders einfach ist der Einsatz (das Einpressen), wenn nicht die Chromatographiesäule 10, sondern der Chromatographiesäulenadapter 10 an der ersten Seite 13, vorzugsweise angrenzend an den diffusen Abschnitt 16, das Filterelement 32 aufnimmt, wie es in einer zweiten Ausführungsform in 4 gezeigt ist.
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Mit dem obigen System kann eine gute Dichtwirkung gegen hohe Arbeitsdrücke, wie sie zum Beispiel in Hochdruckflüssigkeitschromatographiesystemen auftreten, bei Aufbringung geringer Kräfte erreicht werden. Zudem erfolgt die Druckdichtung direkt im Bereich des Kanals 11 durch Presspassung mit einer Mantelfläche 21 der Kapillare 20, wie oben beschrieben. Dadurch, dass die Mantelfläche 21 der Kapillare dichtet, liegt eine Mündung 231 der Öffnung 23 an der Stirnseite 22 in einem eingesetzten fluidkommunizierbaren Zustand der Kapillare 20 in einem druckdichten Bereich des Kanals 11, nämlich in einem Bereich näher an der ersten Seite 13 als der Dichtbereich 123. Dadurch tritt in dem obigen System kein Totvolumen auf, also Volumen das nicht zur Arbeitsleistung beiträgt. Somit kann die Kanalgeometrie an der ersten Seite bezüglich der Presspassung bzw, des Dichtbereichs 123 gemäß den Strömungsanforderungen ausgebildet werden.
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Weiterhin kann, wie oben beschrieben, die Kapillare 20 öfter wiederverwendet werden und können Verbindungen zwischen der Kapillare 20 und dem Chromatographiesäulenadapter 10 wiederholt werden. Bei Beaufschlagen der Kapillare 20 mit einer Kraft entgegen der Einsetzrichtung A kann die Presspassung aufgehoben werden und die Kapillare 20 von dem Chromatographiesäulenadapter 10 getrennt werden.
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Der Kanal 11 gemäß obiger Ausführungsformen erstreckt sich zwischen einer ersten und einer zweiten Seite gerade entlang der Längsrichtung des Chromatographiesäulenadapters 10. Allerdings kann sich der Kanal 11 auch entlang einer winkligen oder kurvigen Linie erstrecken. Weiterhin muss sich der Kanal 11 nicht entlang der Längsrichtung erstrecken, sondern kann sich beispielsweise zumindest abschnittsweise entlang der Querrichtung erstrecken, sodass Längsrichtung des Kanals 11 und des Chromatographiesäulenadapters 10 nicht fluchten.
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Weiterhin fluchten in den obigen Ausführungsformen die Längsrichtung des Kanals 11 und der Kapillare 20 und sind zugleich Richtungen entlang der jeweiligen Mittelachsen. Dies ist nicht zwingend erforderlich. Vorzugsweise fluchten die Längsrichtungen bzw. Mittelachsen aber zumindest in dem eingesetzten fluidkommunizierbaren Zustand in den Dichtbereichen 211 und 123.
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Auch müssen sich erste Seite 13 und zweite Seite 14 nicht einander gegenüberliegen, sondern können geneigt zueinander angeordnet sein.
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Die Mantelfläche 21 der Kapillare 20 und der Kanal 11 können im Längsschnitt auch gekrümmte Abschnitte haben. Der Mantelöffnungswinkel und die Kanalöffnungswinkel werden in diesem Fall über die Tangenten definiert.
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Nachfolgend wird unter Bezug auf 5 bis 7 ein System beschrieben, das in Hochdruckflüssigkeitschromatographiesystemen zum Einsatz kommen kann. Solch ein System ist ein System zum Klemmen einer Chromatographiesäulenanordnung und stellt eine gute Dichtwirkung gegen hohe Arbeitsdrücke bereit. Ferner lässt solch ein System einen hohen Automatisierungsgrad zu, da Chromatographiesäulenanordnungen einfach ausgetauscht werden können, und das System einfach bedient werden kann.
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Ähnliche Komponenten wie in den obigen Ausführungsformen sind nachfolgend identisch benannt und weisen dieselben Bezugszeichen auf.
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5 ist eine schematische Ansicht eines Systems 60 zum Klemmen einer Chromatographiesäulenanordnung 70 in einer geöffneten Stellung einer bewegbaren Kapillare 20B. 6 ist eine schematische Ansicht des Systems 60 zum Klemmen einer Chromatographiesäulenanordnung 70 in einer geschlossenen Stellung der bewegbaren Kapillare 20B. 7 ist eine schematische Ansicht des Systems 60 zum Klemmen einer Chromatographiesäulenanordnung 70 in einer geschlossenen Stellung, wobei die Chromatographiesäulenanordnung 70 als Vorsäule fungiert und mit einer stationären Kapillare 20A an eine Hauptsäule 701 gekoppelt ist.
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Wie in 5 und 6 gezeigt umfasst ein System 60 eine Chromatographiesäulenanordnung 70. Die Chromatographiesäulenanordnung 70 weist einen ersten Kanal 71 an einem ersten Ende 72, einen zweiten Kanal 73 an einem zweiten Ende 74 und eine Kammer 31, die fluidkommunizierend mit dem ersten 71 und dem zweiten Kanal 73 verbunden ist.
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Die Kammer 31 auf erstreckt sich in einer Längsrichtung der Chromatographiesäulenanordnung 70 erstreckt beinhaltet beispielsweise eine stationäre Phase, um mit einer einzuleitenden zu analysierenden Substanz Wechselwirkungen einzugehen.
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Das System 60 umfasst weiterhin eine Aufnahmevorrichtung 80 für die Chromatographiesäulenanordnung 70. Die Aufnahmevorrichtung 80 umfasst eine stationäre Kapillare 20A, die zur Fluidkommunikation mit der Kammer 31 in den ersten Kanal 71 der Chromatographiesäulenanordnung 70 einsetzbar ist, und eine bewegbare Kapillare 20B, die zur Fluidkommunikation mit der Kammer 31 in den zweiten Kanal 73 der Chromatographiesäulenanordnung 70 einsetzbar ist.
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Die bewegbare Kapillare 20B ist zwischen einer geöffneten Stellung, wie in 5 gezeigt, in welcher die Chromatographiesäulenanordnung 70 zwischen der stationären Kapillare 20A und der bewegbaren Kapillare 20B anordbar oder daraus entnehmbar ist, und einer geschlossenen Stellung, in welcher die Kammer 31 der Chromatographiesäulenanordnung 70 mit der stationären Kapillare 20A und der bewegbaren Kapillare 20B fluidkommunizierend gekoppelt ist, überführbar.
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Gemäß dem System 60 weist die Aufnahmevorrichtung 80 die bewegbare Kapillare 20B auf, die zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung überführbar ist. Somit erlaubt das System 60 einen hohen Automatisierungsgrad, da die Chromatographiesäulenanordnung 70 einfach durch Überführen zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung ausgetauscht werden kann.
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Bevorzugterweise weist das System 60 das System 1 nach den vorherigen Ausführungsformen auf. In solch einem Fall kann die Chromatographiesäulenanordnung 70 die Chromatographiesäule 30 und zwei der Chromatographiesäulenadapter 10 gemäß den oben gemachten Ausführungsformen umfassen. Vorzugsweise ist der erste Kanal 71 als Kanal 11 nach den obigen Ausführungen ausgebildet. Weiterhin ist vorzugsweise der zweite Kanal 73 als Kanal 11 nach den obigen Ausführungen ausgebildet. Die stationäre Kapillare 20A ist bevorzugt als Kapillare 20 nach den obigen Ausführungen ausgebildet. Auch die bewegbare Kapillare 20B ist bevorzugt als Kapillare 20 nach den obigen Ausführungen ausgebildet.
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In diesem Fall kann das System 60 weiterhin über die Aufnahmevorrichtung 80 eine Kraft in Einsetzrichtung A wie in 5 und 6 gezeigt, bereitstellen. Somit können die oben beschriebenen Effekte erzielt werden. Insbesondere kann eine Zentrierung der Kapillaren 20A und 20B bezüglich der Kanäle 71 und 73 durch sich verjüngende Mantelflächen 21A und 21B erfolgen. Weiterhin kann so, wie oben beschrieben, eine hohe Dichtwirkung bei geringer Kraftaufbringung realisiert werden.
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Bevorzugt können sich in diesem Fall auch die Kanäle 71 und 73 zumindest abschnittsweise von den jeweiligen zweiten Seiten 14 an den Enden 72 und 74 zu den jeweiligen ersten Seiten 13 an der Seite der Chromatographiesäule 30 verjüngen. Weiterhin können die Kanäle 71 und 73 sowie die Kapillaren 20A und 20B, wie oben detailliert beschrieben, ausgebildet sein. Auch damit lassen sich Effekte wie oben beschrieben realisieren.
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Nachfolgend wird der Aufbau des Systems 60 detaillierter beschrieben.
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Vorzugsweise weist, Wie in den 5 bis 7 gezeigt, das System 60, besonders bevorzugt die Aufnahmevorrichtung 80 eine Vorspanneinrichtung 81 auf. Die Vorspanneinrichtung 81 spannt die bewegbare Kapillare 20B in die geschlossene Stellung vor. Im vorliegenden Fall ist die Vorspanneinrichtung 81 ein Federelement. Die Vorspanneinrichtung 81 kann aber auch anders ausgebildet sein, beispielsweise pneumatisch oder magnetisch.
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Durch die Vorspanneinrichtung 81 wird die Benutzerfreundlichkeit erhöht, da die bewegbare Kapillare 20B im Betrieb eines Chromatographiesystems automatisch durch die Vorspanneinrichtung in der geschlossenen Stellung gehalten wird. Somit kann der Automatisierungsgrad erhöht werden.
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Das System 60 kann weiterhin, wie in den 5 bis 7 gezeigt, so konfiguriert sein, dass die bewegbare Kapillare 20B um eine Schwenkachse 82 schwenkbar ist. Dazu weist das System 60, bevorzugt, die Aufnahmevorrichtung 80 einen Hebel 83 auf, der um die Schwenkachse 82 eine Schwenkbewegung durchführen kann. Durch die Bewegung um die Schwenkachse 82, kann die bewegbare Kapillare 20B zwischen der geöffneten Stellung und der geschlossenen Stellung überführt werden. Dazu ist der Hebel 83 mit der bewegbaren Kapillare 20B gekoppelt, um die Bewegung auf die bewegbare Kapillare 20B zu übertragen.
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Vorzugsweise ist der Hebel 83 mit der Vorspanneinrichtung 81 gekoppelt. Dadurch kann die Vorspannkraft auf den Hebel aufgebracht werden, um die Schwenkbewegung durchzuführen.
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Zudem ist bevorzugt, dass ein erster Hebelarm 831, wie in 5 und 6 gezeigt, der sich von der Schwenkachse 82 zu dem Angriffspunkt der Vorspanneinrichtung 81 erstreckt, größer ist als ein zweiter Hebelarm 832, der sich von der Schwenkachse 82 bis zu der bewegbaren Kapillare 20B erstreckt.
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Dadurch muss durch die Vorspanneinrichtung 81 nur eine relativ geringe Kraft aufgebracht werden, um die bewegbare Kapillare 20B in die geschlossene Stellung zu überführen, da durch die Hebelwirkung die Kraft, mit der die bewegbare Kapillare 20B zu dem zweiten Kanal 73 hin bewegt wird und in den zweiten Kanal 73 eingesetzt wird, vergrößert wird. Somit kann eine gute Dichtwirkung bei geringer Kraftaufbringung realisiert werden. Gleichzeitig kann die bewegbare Kapillare 20B auch durch geringe Krafteinwirkung entgegen der Vorspannrichtung in die getrennte Stellung überführt werden.
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Wie bereits oben für das System 1 nach den ersten beiden Ausführungsformen beschrieben, fluchten die Längsrichtungen bzw. Mittelachsen der Kapillaren 20A und 20B und der ersten und zweiten Kanäle 71 und 73 vorzugsweise zumindest in dem eingesetzten fluidkommunizierbaren Zustand der Kapillaren 20A und 20B. Um einen gleichmäßigen Dichtbereich mit gleichmäßiger Flächenpressung zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn im eingesetzten Zustand die Kraft in Einsetzrichtung entlang der Mittelachsen des ersten 71 und des zweiten Kanals 73, die vorzugsweise fluchten, weist. Deshalb ist, wie in 6 gezeigt, der zweite Hebelarm 832 im eingesetzten Zustand der bewegbaren Kapillare 20B senkrecht zu einer Mittelachse des ersten 71 und des zweiten Kanals 73 ausgerichtet.
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Im eingesetzten fluidkommunizierbaren Zustand, wie in 6, ist der Kraftfluss von der Vorspanneinrichtung 81 über den Hebel 83, die bewegbare Kapillare 20B, die Chromatographiesäulenanordnung 70, die stationäre Kapillare 20A zurück zu der Vorspanneinrichtung 81 geschlossen.
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Vorzugsweise ist die bewegbare Kapillare 20B schwebend gelagert, beispielsweise durch ein elastisches Element. In der Ausführungsform der 5 bis 7 kann die bewegbare Kapillare 20B in dem Hebel 83 schwebend gelagert sein. Wie oben beschrieben überträgt der Hebel 83 seine Schwenkbewegung auf die bewegbare Kapillare 20B. Bei Kontakt der bewegbaren Kapillare 20b mit dem zweiten Kanal 73, ist die bewegbare Kapillare 20B bemüht sich selbst in dem Kanal 73 selbst zu zentrieren. Wäre die bewegbare Kapillare 20B starr an den Hebel 83 gekoppelt, würde sich die Zentrierung nicht einstellen und ein weiteres Einsetzen der bewegbaren Kapillare wäre erschwert bis unmöglich. Somit erlaubt die schwebende Lagerung beim Einsetzen in den zweiten Kanal 73 eine Selbstzentrierung der bewegbaren Kapillare 20B. Mit anderen Worten kann sich die bewegbare Kapillare 20B relativ zu dem Hebel 83 bewegen. Ferner können durch die schwebende Lagerung Fertigungsungenauigkeiten ausgeglichen werden. Die schwebende Lagerung erleichtert also das Einsetzen und Herausnehmen der bewegbaren Kapillare 20B.
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Weiterhin ist es möglich, beispielsweise durch eine schwebende Lagerung der bewegbaren Kapillare 20B in einem Langloch des Hebels 83 mittels Gleitstein und eine Linearführung der bewegbaren Kapillare 20B, die bewegbare Kapillare 20B nicht wie oben durch eine Dreh- bzw. Schwenkbewegung zwischen der geöffneten und geschlossenen Stellung zu überführen, sondern auf einer Linearbewegung. Bevorzugt ist die Linearführung entlang der Mittelachsen des ersten und zweiten Kanals 71 und 73 ausgerichtet. Somit kann die Kraftrichtung der Kraft in Einsetzrichtung mit den Mittelachsen des ersten und zweiten Kanals 71 und 73 fluchten.
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Wie in den 5 bis 7 gezeigt, weist die Aufnahmevorrichtung 80 vorzugsweise einen stationären Abschnitt 84 auf, an den die stationäre Kapillare 20A gekoppelt ist. Die Koppelung der stationären Kapillare 20A an den stationären Abschnitt 84 geschieht beispielsweise durch Schweißen oder durch ein Anpassstück, das beispielsweise an den stationären Abschnitt 84 angeschraubt ist und die stationäre Kapillare 20A aufnimmt. Weiterhin weist der stationäre Abschnitt 84 vorzugsweise die Schwenkachse 82 auf und ist vorzugsweise an die Vorspanneinrichtung 81 gekoppelt. Dadurch wird das System 60 kompakt gehalten.
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Der stationäre Abschnitt 84 erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu einer Längsrichtung bzw. Mittelachse der Chromatographiesäulenanordnung 70. Der erste Hebelarm 831 erstreckt sich vorzugsweise ebenfalls im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung bzw. Mittelachse der Chromatographiesäulenanordnung 70 von der Schwenkachse hin zum ersten Ende 72 der Chromatographiesäulenanordnung 70 im getrennten Zustand der bewegbaren Kapillare 20B. Im eingesetzten Zustand schließt der erste Hebelarm 831 bevorzugt einen spitzen Winkel, besonders bevorzugt einen Winkel von maximal 30°, mit der der Längsrichtung bzw. Mittelachse der Chromatographiesäulenanordnung 70 ein.
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Die bewegbare Kapillare 20B ist bevorzugt an einen beweglichen Abschnitt, beispielsweise der Hebel 83, vorzugsweise schwebend gelagert, gekoppelt. Die Koppelung der bewegbaren Kapillare 20B an den beweglichen Abschnitt geschieht beispielsweise durch Schweißen oder durch ein Anpassstück, das beispielsweise an den beweglichen Abschnitt oder die schwebende Lagerung angeschraubt ist und die bewegbare Kapillare 20B aufnimmt.
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Ein System 60 wie oben beschrieben ist einfach zu bedienen. Es erlaubt einen hohen Automatisierungsgrad und Abdichten gegen hohe Arbeitsdrücke bei geringer Kraftaufbringung.
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Die Chromatographiesäulenanordnung 70 ist beispielsweise eine Kartusche oder eine Filtersäule, die als Vorsäule, wie in 7 gezeigt, fungiert und über eine stationäre Kapillare 20A an eine Hauptsäule 701 gekoppelt ist. Dabei ist der Strömungsweg von der Vorsäule in die Hauptsäule 701 kurz und das Chromatographieverhalten wird verbessert.
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Die Chromatographiesäulenanordnung 70 lässt sich mit dem System 60 leicht austauschen, indem eine Kraft entgegen der Vorspannrichtung auf den ersten Hebelarm 831 aufgebracht wird.
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Das System 60 ist für verschiedene Arten von Chromatographiesäulenanordnungen 70 unabhängig vom Innendurchmesser (Durchmesser der Kammer 31) der Chromatographiesäulenanordnung 70 geeignet ist. Typische Kartuscheninnendurchmesser sind zum Beispiel 2,1 mm, 3 mm oder 4,6 mm.
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In den 5 bis 7 verjüngen sich sowohl der erste Kanal 71 und der zweite Kanal 73 als auch die Mantelflächen 21A und 21B der stationären Kapillare 20A und der bewegbaren Kapillare 20B. Dies ist bevorzugt aufgrund der Selbstzentrierung und der guten Dichtwirkung in dem ringförmigen Dichtbereich. Allerdings können der erste Kanal 71 und/oder der zweite Kanal 73 nicht verjüngend ausgebildet sein. Auch die Mantelflächen 21A und/oder 21B der stationären Kapillare 20A und/oder der bewegbaren Kapillare 20B können nicht verjüngend ausgebildet sein.
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In den obigen Ausführungsformen und den Ansprüchen umfasst der Begriff Kapillare Komponenten die von einer Öffnung durchzogen sind, durch die ein Fluid strömen kann. So kann die Kapillare beispielsweise eine Düse oder Injektionsnadel sein. Die Kapillare kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt werden. Zum Beispiel kann in den 5 bis 7 ein Endteil der stationären Kapillare 20A integral mit dem stationären Abschnitt 84 ausgeführt sein, und dann ein Hauptteil an das Endteil angeschweißt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 10
- Chromatographiesäulenadapter
- 11
- Kanal
- 111
- sich verjüngender Abschnitt Kanal
- 121, 122, 123
- Kanalabschnitte
- 12
- Innenwand
- 13
- erste Seite
- 14
- zweite Seite
- 15
- Mittelachse des Kanals
- 16
- diffuser Abschnitt
- 17
- Mündung
- 20, 20A, 20B
- Kapillaren
- 21, 21A, 21B
- Mantelflächen
- 211
- Dichtbereich Kapillare
- 22
- Stirnseite
- 23
- Öffnung
- 24
- Mittelachse der Kapillare
- 30
- Chromatographiesäulenadapter
- 31
- Kammer
- 32
- Filterelement
- 40
- Überwurfstück
- 50
- Dichtring
- 60
- System
- 70
- Chromatographiesäulenanordnung
- 71
- erster Kanal
- 72
- erstes Ende
- 73
- zweiter Kanal
- 74
- zweites Ende
- 80
- Aufnahmevorrichtung
- 81
- Vorspanneinrichtung
- 82
- Schwenkachse
- 83
- Hebel
- 831, 832
- Hebelarme
- 84
- stationärer Abschnitt
- α
- Mantelöffnungswinkel
- β1, β2
- Kanalöffnungswinkel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014375050 A1 [0005]
- US 2016116088 A1 [0007]
