DE102021109060A1

DE102021109060A1 - Separation column device for a gas chromatograph and gas chromatograph

Info

Publication number: DE102021109060A1
Application number: DE102021109060.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Zimmermann; Tim Kobelt; Ansgar Kirk; Martin Lippmann; Maximilian Küddelsmann
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2022-10-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trennsäulenvorrichtung für einen Gaschromatographen mit einer Beheizungsvorrichtung zum Beheizen der Trennsäulenvorrichtung. Die Erfindung betrifft außerdem einen Gaschromatographen mit einem Injektor, einer Trennsäulenvorrichtung der zuvor genannten Art und einem Detektor.The invention relates to a separating column device for a gas chromatograph with a heating device for heating the separating column device. The invention also relates to a gas chromatograph with an injector, a separation column device of the type mentioned above and a detector.

Description

Ein Gaschromatograph ist eine Vorrichtung zur Durchführung einer Gaschromatographie. Die Gaschromatographie ist sowohl eine Absorptions- als auch eine Verteilungschromatographie, die als Analysemethode zum Auftrennen von Gemischen in einzelne chemische Verbindungen verwendet wird.A gas chromatograph is a device for performing gas chromatography. Gas chromatography is both an absorption and partition chromatography used as an analytical method to separate mixtures into individual chemical compounds.

Die Gaschromatographie ist eine der verbreitetsten Analysemethoden in der Chemie. Bei ihr wird ein Stoffgemisch anhand der unterschiedlichen Interaktion der verschiedenen Substanzen mit einer auf der Trennsäule aufgebrachten sogenannten stationären Phase in seine Bestandteile aufgetrennt. Dabei existiert jedoch nur ein geringer Bereich der Interaktionsstärke, beschrieben durch den sogenannten Retentionsfaktor, in dem eine gute Trennung stattfindet. Bei zu geringer Interaktion werden die Substanzen nicht getrennt, bei zu starker Interaktion verbleiben sie einfach auf der stationären Phase. Um dennoch einen größeren Substanzbereich analysieren zu können, werden Gaschromatographen üblicherweise nicht isotherm, sondern mit während der Messung veränderlicher Temperatur betrieben.Gas chromatography is one of the most common analysis methods in chemistry. With it, a mixture of substances is separated into its components based on the different interactions of the various substances with a so-called stationary phase applied to the separation column. However, there is only a small range of the interaction strength, described by the so-called retention factor, in which a good separation takes place. If the interaction is too low, the substances are not separated, if the interaction is too strong, they simply remain on the stationary phase. However, in order to be able to analyze a larger range of substances, gas chromatographs are usually not operated isothermally, but at a temperature that changes during the measurement.

Aus der Veröffentlichung „Dynamic Thermal Gradient Gas Chromatography“, Jesse A. Contreras et al., Journal of Chromatography A, 1302 (2013), S. 143-151 geht ein entsprechender Vorschlag hervor.A corresponding proposal emerges from the publication "Dynamic Thermal Gradient Gas Chromatography", Jesse A. Contreras et al., Journal of Chromatography A, 1302 (2013), pp. 143-151.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weiter verbesserte Trennsäulenvorrichtung für einen Gaschromatographen sowie einen entsprechenden Gaschromatographen anzugeben.The invention is based on the object of specifying a further improved separation column device for a gas chromatograph and a corresponding gas chromatograph.

Diese Aufgabe wird bei einer Trennsäulenvorrichtung der eingangs genannten Art durch eines, mehrere oder alle der folgenden Merkmale a), b), c), d) gelöst:

a) die Trennsäulenvorrichtung weist eine Trennsäule auf, an der eine Heizeinrichtung zur direkten Beheizung wenigstens eines Längsabschnitts der Trennsäule angeordnet ist, wobei die Heizeinrichtung über den Längsabschnitt in mehrere Segmente unterteilt ist, die unmittelbar aneinander grenzen und separat mit voneinander unabhängig einstellbaren Heizleistungen beheizbar sind,
b) die Trennsäulenvorrichtung weist mehrere parallele Trennsäulen auf, wobei an mehreren oder allen der parallelen Trennsäulen eine gemeinsame Heizeinrichtung zur direkten gemeinsamen Beheizung wenigstens eines Längsabschnitts der parallelen Trennsäulen angeordnet ist,
c) die Trennsäulenvorrichtung weist mehrere parallele Trennsäulen auf, die in mehrere Gruppen aufgeteilt sind, wobei mehreren oder allen Gruppen von Trennsäulen jeweils eine gemeinsame Heizeinrichtung zur direkten gemeinsamen Beheizung wenigstens eines Längsabschnitts der Gruppe von Trennsäulen angeordnet ist, wobei die gemeinsamen Heizeinrichtungen separat mit voneinander unabhängig einstellbaren Heizleistungen beheizbar sind,
d) die Trennsäulenvorrichtung weist mehrere parallele Trennsäulen auf, wobei an mehreren oder allen der parallelen Trennsäulen jeweils eine individuelle Heizeinrichtung zur direkten Beheizung wenigstens eines Längsabschnitts der jeweiligen Trennsäule angeordnet ist, wobei die individuellen Heizeinrichtungen separat mit voneinander unabhängig einstellbaren Heizleistungen beheizbar sind.

This object is achieved in a separation column device of the type mentioned at the outset by one, several or all of the following features a), b), c), d):

a) the separating column device has a separating column on which a heating device for the direct heating of at least one longitudinal section of the separating column is arranged, the heating device being divided over the longitudinal section into a plurality of segments which are directly adjacent to one another and can be heated separately with heating outputs which can be set independently of one another,
b) the separating column device has several parallel separating columns, with a common heating device being arranged on several or all of the parallel separating columns for the direct common heating of at least one longitudinal section of the parallel separating columns,
c) the separating column device has a plurality of parallel separating columns which are divided into several groups, with several or all groups of separating columns each having a common heating device for direct common heating of at least one longitudinal section of the group of separating columns, the common heating devices being separate and independent of one another adjustable heat output can be heated,
d) the separating column device has a plurality of parallel separating columns, with an individual heating device for direct heating of at least one longitudinal section of the respective separating column being arranged on a plurality or all of the parallel separating columns, with the individual heating devices being heatable separately with heating outputs that can be set independently of one another.

Die Trennsäulenvorrichtung kann somit aus einer einzigen Trennsäule oder aus mehreren parallelen Trennsäulen ausgebildet sein. Der Begriff „parallel“ bezieht sich dabei nicht auf die geometrische Anordnung der Trennsäulen, sondern auf das Merkmal, dass die parallelen Trennsäulen parallel durch jeweilige Anteile der Probe durchströmt werden können. Natürlich ist es möglich, die mehreren Trennsäulen auch geometrisch parallel zueinander anzuordnen.The separating column device can thus be formed from a single separating column or from a plurality of parallel separating columns. The term "parallel" does not refer to the geometric arrangement of the separation columns, but to the feature that the parallel separation columns can be flowed through in parallel by the respective portions of the sample. Of course, it is also possible to arrange the several separation columns geometrically parallel to one another.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass im Vergleich zu bekannten Gaschromatographen eine präzisere Einstellung der Temperatur und/oder des Temperaturprofils über die Länge der Trennsäule durch eine direkte Beheizung der Trennsäule, z. B. in mehreren Segmenten, ermöglicht wird. Eine direkte Beheizung bedeutet dabei, dass sich die Heizeinrichtung im direkten Kontakt mit der Trennsäule befindet. Beispielsweise kann die Heizeinrichtung als zylindrische oder anders geformte Hülse ausgebildet sein, die die Trennsäule am Außenumfang umgibt und die aus einem Widerstandsmaterial besteht, z. B. Konstantan, Stahl, Nickel, Kupfer oder Aluminimum, und durch elektrische Strombeaufschlagung konduktiv erwärmt wird. Es ist auch möglich, dass die Trennsäule selbst aus einem solchen Widerstandsmaterial zumindest teilweise besteht und somit die entsprechende Wand der Trennsäule dann selbst die Heizeinrichtung bildet.The invention has the advantage that, in comparison to known gas chromatographs, the temperature and/or the temperature profile over the length of the separation column can be set more precisely by directly heating the separation column, e.g. B. in several segments, is made possible. Direct heating means that the heating device is in direct contact with the separation column. For example, the heating device can be designed as a cylindrical or other shaped sleeve which surrounds the separation column on the outer circumference and consists of a resistance material, e.g. B. constantan, steel, nickel, copper or aluminum, and is conductively heated by electrical current application. It is also possible that the separating column itself consists at least partially of such a resistance material and thus the corresponding wall of the separating column itself then forms the heating device.

Gemäß Merkmal a) ist die Heizeinrichtung über den Längsabschnitt in mehrere Segmente unterteilt, die unmittelbar aneinander grenzen und separat mit voneinander unabhängig einstellbaren Heizleistungen beheizbar sind. Damit können in den einzelnen Segmenten unterschiedliche Heizleistungen eingestellt werden. Es sind somit nicht separate Heizeinrichtungen aneinander gereiht, sondern eine Heizeinrichtung ist segmentiert. Durch solche unterschiedlichen Heizleistungen können beispielsweise unterschiedliche Temperaturen erreicht werden oder unterschiedliche Wärmeverluste bzw. Wärmeübertragungseffekte ausgeglichen werden. Dies hat den Vorteil, dass eine über die Länge der Trennsäule homogene Erwärmung realisiert werden kann, ohne dass Übergangstellen zwischen den Segmenten vorhanden sind, an denen Kaltstellen (cold spots) auftreten können. Die unterschiedlichen Segmente der Heizeinrichtung können z. B. derart realisiert sein, dass eine durchgehende Heizeinrichtung eingesetzt wird, die in Längsrichtung an mehreren Stellen mit elektrischen Kontakten versehen wird, die mit gesteuerten oder geregelten Heizspannungen beaufschlagt werden. Auf diese Weise können über die Länge der Trennsäule gezielt definierte Temperaturprofile erzeugt oder Inhomogenitäten ausgeglichen werden.According to feature a), the heating device is divided into several segments over the longitudinal section divided, which are directly adjacent to each other and can be heated separately with heat outputs that can be set independently of one another. This means that different heat outputs can be set in the individual segments. Separate heating devices are therefore not lined up, but one heating device is segmented. Different temperatures can be reached, for example, or different heat losses or heat transfer effects can be compensated for by such different heat outputs. This has the advantage that heating can be achieved homogeneously over the length of the separation column without transition points being present between the segments at which cold spots (cold spots) can occur. The different segments of the heater can, for. B. be realized in such a way that a continuous heating device is used, which is provided in the longitudinal direction at several points with electrical contacts that are subjected to controlled or regulated heating voltages. In this way, specifically defined temperature profiles can be generated over the length of the separation column or inhomogeneities can be compensated for.

Gemäß Merkmal b) und c) sind mehrere parallele Trennsäulen vorhanden. Hierdurch ist es möglich, dass die einzelne Trennsäule einen vergleichsweise geringen Durchmesser aufweisen kann, was zu einer besseren Interaktion der Substanzen mit der auf der Trennsäule aufgebrachten stationären Phase und somit zu besserer Trennleistung führt. Durch die gemeinsame Heizeinrichtung kann eine direkte Beheizung dieser parallelen Trennsäulen erfolgen, sodass diese äußerst präzise hinsichtlich der Temperatur gesteuert oder geregelt werden können.According to features b) and c), there are several parallel separation columns. This makes it possible for the individual separation column to have a comparatively small diameter, which leads to better interaction of the substances with the stationary phase applied to the separation column and thus to better separation performance. Due to the common heating device, these parallel separation columns can be heated directly, so that they can be controlled or regulated extremely precisely in terms of temperature.

Gemäß Merkmal d) sind ebenfalls mehrere parallele Trennsäulen vorhanden, wobei im Unterschied zum Merkmal b) bzw. c) einem jeweiligen Längsabschnitt der Trennsäule eine jeweilige individuelle Heizeinrichtung zugeordnet ist. Es können z. B. so viele Heizeinrichtungen wie parallele Trennsäulen vorhanden sein. Auf diese Weise lässt sich die Temperatur am entsprechenden Längsabschnitt jeder einzelnen Trennsäule separat regeln. Hierdurch können die einzelnen Trennsäulen mit jeweils angepassten Temperaturprofilen beheizt werden, wobei jeweils eine präzise individuelle Einstellung der Temperatur möglich ist.According to feature d), there are also a plurality of parallel separating columns, wherein, in contrast to feature b) or c), a respective individual heating device is assigned to a respective longitudinal section of the separating column. It can e.g. B. as many heaters as parallel separation columns can be present. In this way, the temperature at the corresponding longitudinal section of each individual separation column can be regulated separately. As a result, the individual separating columns can be heated with respectively adapted temperature profiles, it being possible for the temperature to be set precisely and individually in each case.

Die Trennsäulenvorrichtungen gemäß den Merkmalen b) und/oder c) und/oder d) können dadurch vorteilhaft weiter gebildet werden, dass eine, mehrere oder alle der jeweiligen Heizeinrichtungen entsprechend der im Merkmal a) genannten Variante ebenfalls segmentiert gestaltet sind, d. h. über den Längsabschnitt in mehrere Segmente unterteilt sind, die unmittelbar aneinander grenzen und separat mit voneinander unabhängig einstellbaren Heizleistungen beheizbar sind. Hierdurch können auch in Längsrichtung variable Temperaturprofile erzeugt werden. Es ist z.B. möglich unterschiedliche Wärmeverluste oder Wärmeübergang von einer Trennsäule auf die andere Trennsäule auszugleichen.The separating column devices according to features b) and/or c) and/or d) can advantageously be further developed in that one, several or all of the respective heating devices are also segmented according to the variant mentioned in feature a), i. H. are divided over the longitudinal section into several segments that are directly adjacent to each other and can be heated separately with heat outputs that can be set independently of one another. In this way, variable temperature profiles can also be generated in the longitudinal direction. For example, it is possible to compensate for different heat losses or heat transfer from one separation column to the other separation column.

Der über die Heizeinrichtung beheizbare Längsabschnitt der Trennsäule kann sich über die gesamte Länge der Trennsäule oder nur über einen Teil der Länge der Trennsäule erstrecken. Es können auch Zuleitungen vom Injektor und zum Detektor, sogenannte Transferkapillaren, ebenfalls so beheizt werden.The longitudinal section of the separating column that can be heated by the heating device can extend over the entire length of the separating column or only over part of the length of the separating column. Feed lines from the injector and to the detector, so-called transfer capillaries, can also be heated in this way.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung den Längsabschnitt der Trennsäule umfangsseitig umgibt, insbesondere vollständig umgibt. Auf diese Weise ist ein besonders guter Temperaturübergang von der Heizeinrichtung auf die Trennsäule erzielbar. Somit ist eine besonders präzise Einstellung der Temperatur der Trennsäule durch die direkte Heizung möglich. Insbesondere kann ein verbesserter Temperaturübergang ohne Kaltstellen geschaffen werden.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the heating device surrounds the longitudinal section of the separation column on the peripheral side, in particular completely surrounds it. In this way, a particularly good temperature transfer from the heating device to the separation column can be achieved. Thus, a particularly precise adjustment of the temperature of the separation column is possible through the direct heating. In particular, an improved temperature transition can be created without cold spots.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest der Längsabschnitt der Trennsäule, der die Heizeinrichtung aufweist, ganz oder teilweise aus elektrisch leitfähigem Material besteht, wobei das elektrisch leitfähige Material die Heizeinrichtung bildet. Beispielsweise kann die Wand der Trennsäule zumindest teilweise aus dem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sein. Auf diese Weise kann eine in die Trennsäule integrierte Heizeinrichtung realisiert werden.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that at least the longitudinal section of the separation column that has the heating device consists entirely or partially of electrically conductive material, with the electrically conductive material forming the heating device. For example, the wall of the separating column can be formed at least partially from the electrically conductive material. In this way, a heating device integrated into the separation column can be implemented.

Die Trennsäule kann z. B. ganz oder teilweise aus einem metallischen Material gebildet sein, beispielsweise eine MXT-Säule der Firma Restek. Die Trennsäule kann dann gleichzeitig ihre Funktion als Trennsäule und als Heizeinrichtung übernehmen. Hierdurch kann die Temperatureinstellung der Trennsäule noch weiter verbessert werden.The separation column can e.g. B. be formed entirely or partially from a metallic material, such as an MXT column from Restek. The separating column can then simultaneously assume its function as a separating column and as a heating device. In this way, the temperature setting of the separating column can be further improved.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Wärmeisolationsschicht die Heizeinrichtung umfangsseitig umgibt. Hierdurch kann der auftretende Wärmeverlust minimiert werden. Somit ist eine noch präzisere Einstellung der Temperatur der Trennsäule möglich.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that a thermal insulation layer surrounds the heating device on the circumference. As a result, the heat loss that occurs can be minimized. Thus, an even more precise setting of the temperature of the separation column is possible.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung ganz oder teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einem temperaturabhängigen spezifischen Widerstand besteht, wobei das elektrisch leitfähige Material mit einer Widerstandsmessvorrichtung verbunden ist, durch die der elektrische Widerstand zumindest eines Teils der Heizeinrichtung erfassbar ist. Dies hat den Vorteil, dass je nach Ausführung der Trennsäulenvorrichtung die Heizeinrichtung oder, wenn die Heizeinrichtung durch das Material der Trennsäule gebildet ist, die Trennsäule selbst genutzt werden kann, um über die Messung einer Widerstandsänderung die Temperatur des Längsabschnitts der Trennsäule direkt zu bestimmen. Dies erlaubt eine besonders genaue Temperaturmessung, da der erfasste Messwert der echten Temperatur der Trennsäule bestmöglich folgt, insbesondere bei einer metallischen Trennsäule. Durch den gemessenen Widerstand und die daraus bestimmte Temperatur kann eine direkte Temperaturregelung des Längsabschnitts der Trennsäule realisiert werden. Eine solche metallische Trennsäule kann dann die Heizvorrichtung und den Temperatursensor in einem Element vereinigen. Es ist aber auch möglich, eine metallische Trennsäule als Temperatursensor zu nutzen und mit einer zusätzlichen Heizeinrichtung zu umgeben.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the heating device is made entirely or partially of an electrically conductive material with a temperature-dependent specific There is resistance, the electrically conductive material being connected to a resistance measuring device, by means of which the electrical resistance of at least part of the heating device can be detected. This has the advantage that, depending on the design of the separation column device, the heating device or, if the heating device is formed by the material of the separation column, the separation column itself can be used to directly determine the temperature of the longitudinal section of the separation column by measuring a change in resistance. This allows a particularly accurate temperature measurement, since the recorded measured value follows the real temperature of the separation column as best as possible, especially with a metallic separation column. Direct temperature regulation of the longitudinal section of the separating column can be realized by the resistance measured and the temperature determined therefrom. Such a metallic separating column can then combine the heating device and the temperature sensor in one element. However, it is also possible to use a metallic separation column as a temperature sensor and to surround it with an additional heating device.

Es können auch mehrere, ggf. verschieden aufgebaute erfindungsgemäße Trennsäulenvorrichtungen in Reihe geschaltet werden oder von einem einzigen Injektor zu mehreren Detektoren laufen, um verschiedene Trennsäulencharakteristika zu kombinieren.Several separating column devices according to the invention, which may have different designs, can also be connected in series or run from a single injector to several detectors in order to combine different separating column characteristics.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch einen Gaschromatographen mit einem Injektor, einer Trennsäulenvorrichtung der zuvor erläuterten Art und einem Detektor, wobei durch den Injektor eine im Gaschromatographen zu analysierende Probe der Trennsäulenvorrichtung zuführbar ist und durch den Detektor die die Trennsäulenvorrichtung verlassenden Substanzen auswertbar sind. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Die Trennsäulenvorrichtung kann dabei als eine Trennsäulenvorrichtung nach dem Merkmal a), dem Merkmal b) oder dem Merkmal c) oder dem Merkmal d) des Anspruchs 1 ausgebildet sein, oder als eine Kombination verschiedener solcher Anordnungen. Der Injektor kann z. B. eine Einmischvorrichtung für ein Trägergas aufweisen, über das die zu analysierende Probe in die Trennsäulenvorrichtung zugeführt wird. Der Detektor kann eine Vorrichtung zur Signalaufzeichnung der detektierten Signale haben oder eine Schnittstelle zur Verbindung mit einer solchen Vorrichtung.The object mentioned at the outset is also achieved by a gas chromatograph with an injector, a separation column device of the type explained above and a detector, whereby a sample to be analyzed in the gas chromatograph can be fed to the separation column device through the injector and the substances leaving the separation column device can be evaluated by the detector. The advantages explained above can also be realized in this way. The separating column device can be designed as a separating column device according to feature a), feature b) or feature c) or feature d) of claim 1, or as a combination of different such arrangements. The injector can B. have a mixing device for a carrier gas, via which the sample to be analyzed is fed into the separation column device. The detector may have a device for signal recording the detected signals or an interface for connection to such a device.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gaschromatograph eine Steuervorrichtung zur Temperatursteuerung der Beheizungsvorrichtung hat, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist,

a) bei einer Trennsäulenvorrichtung, die
- - eine Trennsäule aufweist, an der eine Heizeinrichtung zur direkten Beheizung wenigstens eines Längsabschnitts der Trennsäule angeordnet ist, wobei die Heizeinrichtung über den Längsabschnitt in mehrere Segmente unterteilt ist, die unmittelbar aneinander grenzen und separat mit voneinander unabhängig einstellbaren Heizleistungen beheizbar sind, die Segmente auf jeweilige individuelle Heizleistungen zu steuern oder zu regeln, und/oder
b) bei einer Trennsäulenvorrichtung, die
- - mehrere parallele Trennsäulen aufweist, wobei an mehreren oder allen der parallelen Trennsäulen eine gemeinsame Heizeinrichtung zur direkten gemeinsamen Beheizung wenigstens eines Längsabschnitts der parallelen Trennsäulen angeordnet ist,
die gemeinsame Heizeinrichtung auf eine jeweilige Heizleistung zu steuern oder zu regeln, und/oder
c) bei einer Trennsäulenvorrichtung, die
- - die mehrere parallele Trennsäulen aufweist, die in mehrere Gruppen aufgeteilt sind, wobei mehreren oder allen Gruppen von Trennsäulen jeweils eine gemeinsame Heizeinrichtung zur direkten gemeinsamen Beheizung wenigstens eines Längsabschnitts der Gruppe von Trennsäulen angeordnet ist, wobei die gemeinsamen Heizeinrichtungen separat mit voneinander unabhängig einstellbaren Heizleistungen beheizbar sind,
die gemeinsamen Heizeinrichtungen auf eine jeweilige Heizleistung zu steuern oder zu regeln, und/oder
d) bei einer Trennsäulenvorrichtung, die
- - mehrere parallele Trennsäulen aufweist, wobei an mehreren oder allen der parallelen Trennsäulen jeweils eine individuelle Heizeinrichtung zur direkten Beheizung wenigstens eines Längsabschnitts der jeweiligen Trennsäule angeordnet ist, wobei die individuellen Heizeinrichtungen separat mit voneinander unabhängig einstellbaren Heizleistungen beheizbar sind,
die individuellen Heizeinrichtungen auf jeweilige individuelle Heizleistungen zu steuern oder zu regeln.

According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the gas chromatograph has a control device for controlling the temperature of the heating device, the control device being set up to

a) in a separation column device, the
- - has a separating column on which a heating device for the direct heating of at least one longitudinal section of the separating column is arranged, the heating device being divided over the longitudinal section into a plurality of segments which are directly adjacent to one another and can be heated separately with heating outputs that can be set independently of one another, the segments on respective ones to control or regulate individual heat outputs, and/or
b) in a separation column device, the
- - has a plurality of parallel separating columns, with a common heating device being arranged on a plurality or all of the parallel separating columns for the direct common heating of at least one longitudinal section of the parallel separating columns,
to control or regulate the common heating device to a respective heating output, and/or
c) in a separation column device, the
- - which has a plurality of parallel separating columns which are divided into a plurality of groups, with a common heating device for directly common heating of at least one longitudinal section of the group of separating columns being arranged for several or all groups of separating columns, with the common heating devices being heatable separately with heating outputs which can be set independently of one another are,
to control or regulate the common heating devices to a respective heating output, and/or
d) in a separation column device, the
- - has a plurality of parallel separating columns, wherein an individual heating device for the direct heating of at least one longitudinal section of the respective separating column is arranged on a plurality or all of the parallel separating columns, wherein the individual heating devices can be heated separately with heating outputs that can be set independently of one another,
to control or regulate the individual heating devices to respective individual heating outputs.

Durch solche Steuerungen oder Regelungen der Heizleistungen können Inhomogenitäten der Trennsäulenvorrichtung ausgeglichen werden. Die Steuervorrichtung kann z. B. eine elektronische Steuervorrichtung sein, z. B. eine rechnergesteuerte Steuervorrichtung. Dementsprechend kann die Steuervorrichtung einen Rechner aufweisen. Inhomogeneities in the separation column device can be compensated for by such controls or regulations of the heating power. The control device can, for. B. be an electronic control device, z. B. a computer-controlled control device. Accordingly, the control device can have a computer.

Der Rechner kann ein Computerprogramm ausführen, durch das die Steuerung und/oder Regelung der jeweiligen Heizleistung durchgeführt wird. Wird eine Regelung durchgeführt, so weist der Gaschromatograph zusätzlich wenigstens einen Temperatursensor zur Erfassung der aktuellen Temperatur des mit der Heizvorrichtung beheizten Bereichs der Trennsäule auf. Wie zuvor ausgeführt, kann ein solcher Temperatursensor in die Heizeinrichtung oder die Trennsäule direkt integriert sein, z. B. durch Nutzung eines metallischen Materials der Heizeinrichtung und/oder der Trennsäule. Es kann aber auch ein als separates Bauteil ausgebildeter Temperatursensor eingesetzt werden.The computer can run a computer program that controls and/or regulates the respective heating output. If regulation is carried out, the gas chromatograph additionally has at least one temperature sensor for detecting the current temperature of the region of the separation column heated by the heating device. As stated above, such a temperature sensor can be integrated directly into the heating device or the separation column, e.g. B. by using a metallic material of the heater and / or the separation column. However, a temperature sensor designed as a separate component can also be used.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gaschromatograph eine Gasstrom-Erzeugungseinrichtung hat, durch die im Betrieb des Gaschromatographen ein Gasstrom über die Außenseite der Trennsäulenvorrichtung erzeugbar ist. Durch einen solchen über die Außenseite der Trennsäulenvorrichtung erzeugbaren erzwungenen Gasstrom können beispielsweise zusätzliche Kühlungs- und/oder Erwärmungs-Effekte erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Trennsäulenvorrichtung auch schon vor dem Betrieb der Heizeinrichtung auf ein gleichmäßiges Temperaturniveau gebracht werden kann und Unterschiede zwischen den einzelnen Trennsäulen oder Segmenten der Trennsäulen verringert werden können. Die Gasstrom-Erzeugungseinrichtung kann z.B. derart ausgebildet sein, dass ein der natürlichen Konvektion entgegen gerichteter Gasstrom erzeugbar ist. Der erzeugte Gasstrom kann auch in Konvektionsrichtung oder schräg zur Konvektionsrichtung erzeugt werden.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the gas chromatograph has a gas flow generating device, by means of which a gas flow can be generated via the outside of the separation column device during operation of the gas chromatograph. Such a forced gas flow that can be generated via the outside of the separation column device can, for example, generate additional cooling and/or heating effects. This has the advantage that the separating column device can be brought to a uniform temperature level even before the heating device is operated, and differences between the individual separating columns or segments of the separating columns can be reduced. The gas flow generating device can, for example, be designed in such a way that a gas flow directed counter to natural convection can be generated. The gas flow generated can also be generated in the convection direction or at an angle to the convection direction.

Der durch die Gasstrom-Erzeugungseinrichtung erzeugte Gasstrom kann während des Heiz-Betriebs der Trennsäulenvorrichtung variiert oder geregelt werden, um die Unterschiede zwischen verschiedenen Trennsäulen und/oder Segmenten einer jeweiligen Trennsäule auch im laufenden Betrieb des Gaschromatographen zu verringern. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Gasstrom-Erzeugungseinrichtung eingerichtet sein, z. B. im Rahmen der Temperaturregelung der Trennsäulenvorrichtung. Die Gasstrom-Erzeugungseinrichtung kann zudem dazu eingesetzt werden, über einen einstellbaren Luftstrom die Trennsäulenvorrichtung nach dem Ende einer Gaschromatographie-Messung zu kühlen. Auch dies kann von der Steuervorrichtung gesteuert werden. Die Gasstrom-Erzeugungseinrichtung kann z. B. als Lüfter ausgebildet sein.The gas flow generated by the gas flow generating device can be varied or regulated during the heating operation of the separation column device in order to reduce the differences between different separation columns and/or segments of a respective separation column even during ongoing operation of the gas chromatograph. For example, the control device can be set up to control and/or regulate the gas flow generating device, e.g. B. as part of the temperature control of the separation column device. The gas flow generating device can also be used to cool the separation column device via an adjustable air flow after the end of a gas chromatography measurement. This can also be controlled by the control device. The gas flow generating device can, for. B. be designed as a fan.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Heizeinrichtung mit einer Heizspannung beaufschlagt ist, die eine Wechselspannung oder eine mit einer Wechselspannung überlagerte Gleichspannung ist. Durch zumindest einen Wechselspannungsanteil der Heizspannung kann die Temperaturmessung der Trennsäule über die zuvor erwähnte Widerstandsmessung der Heizeinrichtung verbessert werden. Durch den Wechselspannungsanteil und den dadurch verursachten Stromfluss ist eine bessere Identifizierung des Widerstands des Heizelements bei gleichzeitig anliegender Heizspannung möglich. Die Wechselspannung kann z. B. eine Sinusform haben, z. B. mit einer Frequenz größer 500 Hz oder größer 1 kHz. Die Widerstandsmessvorrichtung zur Erfassung des Widerstands kann dann z. B. mit einem speziellen Filter, wie z. B. einem Lock-in-Verstärker, ausgebildet sein, um einen Messstrom zuverlässig von einem Heizstrom zu trennen. Wenn man die Trennsäule als Temperatursensor nutzt, aber eine externe Heizeinrichtung nutzt, wäre trotzdem ein sinusförmiger Strom durch die Trennsäule zur Widerstandsmessung möglich.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that a heating voltage is applied to the heating device, which is an AC voltage or a DC voltage superimposed with an AC voltage. The temperature measurement of the separating column can be improved by at least one AC voltage component of the heating voltage via the previously mentioned resistance measurement of the heating device. The alternating voltage component and the current flow caused by it enable a better identification of the resistance of the heating element when the heating voltage is applied at the same time. The AC voltage can B. have a sinusoidal shape, z. B. with a frequency greater than 500 Hz or greater than 1 kHz. The resistance measuring device for detecting the resistance can then z. B. with a special filter such. B. a lock-in amplifier, be designed to reliably separate a measurement current from a heating current. If the separation column is used as a temperature sensor but an external heating device is used, a sinusoidal current would still be possible through the separation column for resistance measurement.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Widerstandsmessung ist die Nutzung getrennter Heiz- und Messspannungen. So kann in einem ersten Zeitabschnitt eine hohe Heizspannung zum Heizen der Trennsäule und in einem zweiten Zeitabschnitt eine rauscharme, vorzugsweise geringere Messspannung zum Erfassen des Widerstands genutzt werden. Besonders vorteilhaft können die einzelnen Heizspannungen von der Trennsäule getrennt werden, sodass hier kein weiterer Stromfluss entsteht, und eine einzige Messspannung bzw. ein einziger Messstrom über der gesamten Säule eingeprägt werden. Aus den jeweiligen Segmentspannungen können dann direkt die jeweiligen Segmentwiderstände errechnet werden.Another advantageous option for resistance measurement is the use of separate heating and measuring voltages. Thus, in a first period of time, a high heating voltage can be used to heat the separation column, and in a second period of time, a low-noise, preferably lower, measuring voltage can be used to detect the resistance. In a particularly advantageous manner, the individual heating voltages can be separated from the separation column so that no further current flow occurs here, and a single measurement voltage or a single measurement current can be impressed across the entire column. The respective segment resistances can then be calculated directly from the respective segment voltages.

Da aufgrund der durchgehenden Heizungseinrichtung mit mehreren Kontakten keine unmittelbare Messung des durch die Heizungseinrichtung fließenden Stromes möglich ist, ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung die Nutzung einer Strommessung über das resultierende Magnetfeld, bspw. mittels einer Hallsonde oder über die in einer Spule induzierte Spannung. Auch hier ist die Nutzung einer Wechselspannung zur Steigerung der Sensitivität vorteilhaft.Since the continuous heating device with multiple contacts does not allow direct measurement of the current flowing through the heating device, a further advantageous embodiment is the use of a current measurement via the resulting magnetic field, e.g. by means of a Hall probe or via the voltage induced in a coil. Here, too, the use of an AC voltage to increase sensitivity is advantageous.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung zur Regelung der in die Heizeinrichtung eingespeisten elektrischen Leistung eingerichtet ist. Durch eine solche Leistungsregelung kann eine besonders präzise Temperatureinstellung an der Trennsäule realisiert werden. Insbesondere vorteilhaft ist hierbei eine Vorsteuerung der Heizleistung basierend auf einer gewünschten Temperatur der Trennsäulen bzw. des jeweiligen Segments der Trennsäule und/oder einer gewünschten zeitlichen Temperaturveränderung, um die Regelabweichung über den gesamten Zeitablauf zu minimieren.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the control device is set up to regulate the electrical power fed into the heating device. A particularly precise temperature setting on the separating column can be realized by such a power regulation. Precontrol of the heating output based on is particularly advantageous here a desired temperature of the separating columns or of the respective segment of the separating column and/or a desired temperature change over time in order to minimize the control deviation over the entire course of time.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an die in Längsrichtung hintereinander angeordneten Segmente der Heizeinrichtung jeweilige Heizspannungen angelegt sind, wobei das Vorzeichen der Differenz der Heizspannungen benachbarter Segmente über die hintereinander angeordneten Segmente jeweils wechselt. Dies kann z. B. derart realisiert werden, dass an die Segmente abwechselnd positive und negative Spannungen angelegt werden, oder abwechselnd Spannungen mit gleichem Vorzeichen und abwechselnd mit großen und kleinen Beträgen, sodass sich in der Differenz wiederum abwechselnde Vorzeichen ergeben. Dies hat den Vorteil, dass der Aufwand zur Regelung der notwendigen Heizspannungen reduziert werden kann, da die Spannungspotentialdifferenz zwischen dem ersten und dem letzten Segment gegenüber einer reinen Reihenschaltung verringert ist. Insbesondere bei einer Vielzahl von hintereinander angeordneten einzelnen Segmenten kann hierdurch der Hardwareaufwand und Isolationsbedarf deutlich reduziert werden. Um eine Leistungsregelung der einzelnen Segmente durchzuführen, können dann über ein Gleichungssystem aus den Strömen der einzelnen Spannungsquellen die jeweiligen Leistungen in den Segmenten bestimmt werden.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that respective heating voltages are applied to the segments of the heating device arranged one behind the other in the longitudinal direction, the sign of the difference in the heating voltages of adjacent segments changing over the segments arranged one behind the other. This can e.g. B. be realized in such a way that positive and negative voltages are applied alternately to the segments, or alternately voltages with the same sign and alternately with large and small amounts, so that the difference in turn results in alternating signs. This has the advantage that the outlay for regulating the necessary heating voltages can be reduced, since the voltage potential difference between the first and the last segment is reduced compared to a pure series connection. In particular with a large number of individual segments arranged one behind the other, the hardware outlay and the need for insulation can be significantly reduced as a result. In order to regulate the power of the individual segments, the respective power in the segments can then be determined using a system of equations from the currents of the individual voltage sources.

Es können auch für die Versorgung der einzelnen Segmente einer Trennsäule mit Heizspannungen einzelne isolierte Netzteile eingesetzt werden, die die Spannungen für die einzelnen Segmente direkt bereitstellen. Auch hier sind abwechselnd positive und negative Spannungen vorteilhaft, um die notwendige Isolation und Gesamtspannung gering zu halten.Individual isolated power packs can also be used to supply the individual segments of a separation column with heating voltages, which supplies the voltages for the individual segments directly. Alternating positive and negative voltages are also advantageous here in order to keep the necessary insulation and total voltage low.

Ebenfalls kann eine Segmentierung der Heizeinrichtung in zwei gleiche Segmente auch zur einfacheren Kopplung an andere Geräte genutzt werden. In diesem Fall werden beide Enden der Heizeinrichtung mit Masse verbunden und eine Spannung in der Mitte zwischen den beiden Segmenten angelegt.A segmentation of the heating device into two equal segments can also be used for easier coupling to other devices. In this case, both ends of the heater are connected to ground and a voltage is applied midway between the two segments.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Steuervorrichtung jeweilige vorab bestimmte Heizcharakteristika der jeweiligen Trennsäule gespeichert sind, wobei die Steuervorrichtung dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Gaschromatographen die einzelnen Heizeinrichtungen und/oder deren Segmente individuell entsprechend einem jeweiligen zugeordneten Heizcharakteristikum zu steuern oder zu regeln. Die Steuervorrichtung kann z. B. einen Speicher haben, aus dem der Rechner die jeweiligen Heizcharakteristika, z. B. Daten von Temperaturprofilen der einzelnen Trennsäulen oder Segmenten der Trennsäulen, ausliest und für die Steuerung oder Regelung der einzelnen Heizeinrichtungen oder deren Segmente nutzt. Auf diese Weise können fertigungsbedingte Unterschiede der Trennsäulen beispielsweise in Länge, Durchmesser und Schichtdicke kompensiert werden.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the control device stores previously determined heating characteristics of the respective separation column, with the control device being set up to control the individual heating devices and/or their segments individually in accordance with a respective assigned heating characteristic during operation of the gas chromatograph or to regulate. The control device can, for. B. have a memory from which the computer calculates the respective heating characteristics, e.g. B. data from temperature profiles of the individual separation columns or segments of the separation columns, reads and used for the control or regulation of the individual heating devices or their segments. In this way, production-related differences in the separation columns, for example in length, diameter and layer thickness, can be compensated.

Durch ein solches System lässt sich vorteilhaft ein Verfahren zur Anpassung mehrerer paralleler Säulen untereinander umsetzen, mit dem diese fertigungsbedingten Unterschiede rechnergesteuert kompensiert werden können. Dabei werden zunächst, beispielsweise nach der Herstellung des Gaschromatographen, für jede Trennsäule Messungen durchgeführt, bei der sich ihre jeweilige Temperatur von denen aller anderen Trennsäulen unterscheidet. So lässt sich für jede Trennsäule einzeln die entsprechende Interaktion der Analyten bestimmen und als Heizcharakteristika dieser Trennsäule speichern. Im Analysebetrieb des Gaschromatographen können dann für jede Trennsäule einzeln angepasste Temperaturprofile auf Basis der gespeicherten Heizcharakteristika verwendet werden, die die erwähnten Unterschiede kompensieren.Such a system can advantageously be used to implement a method for matching a plurality of parallel columns with one another, with which these production-related differences can be compensated under computer control. In this case, measurements are first carried out, for example after the production of the gas chromatograph, for each separating column in which its respective temperature differs from those of all the other separating columns. In this way, the corresponding interaction of the analytes can be determined individually for each separation column and saved as the heating characteristics of this separation column. In the analysis mode of the gas chromatograph, individually adapted temperature profiles based on the stored heating characteristics can then be used for each separation column, which compensate for the differences mentioned.

Soweit ein Rechner erwähnt ist, kann dieser dazu eingerichtet sein, ein Computerprogramm, z.B. im Sinne von Software, auszuführen. Der Rechner kann als handelsüblicher Computer ausgebildet sein, z.B. als PC, Laptop, Notebook, Tablet oder Smartphone, oder als Mikroprozessor, Mikrocontroller oder FPGA, oder als Kombination aus solchen Elementen.If a computer is mentioned, it can be set up to run a computer program, e.g. in the sense of software. The computer can be designed as a commercially available computer, e.g. as a PC, laptop, notebook, tablet or smartphone, or as a microprocessor, microcontroller or FPGA, or as a combination of such elements.

Soweit eine Regelung erwähnt ist, unterscheidet sich eine Regelung von einer Steuerung dadurch, dass eine Regelung eine Rückführung oder Rückkopplung gemessener oder interner Werte aufweist, mit der die erzeugten Ausgabewerte der Regelung wiederum im Sinne eines geschlossenen Regelkreises beeinflusst werden. Bei einer Steuerung erfolgt ein reines Steuern einer Größe ohne eine solche Rückführung oder Rückkopplung.As far as regulation is mentioned, regulation differs from control in that regulation has feedback of measured or internal values, with which the generated output values of the regulation are in turn influenced in the sense of a closed control loop. In the case of a controller, a variable is simply controlled without such feedback.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

1: eine Trennsäule mit segmentierter Heizeinrichtung,
2: eine Trennsäulenvorrichtung mit mehreren Gruppen paralleler Trennsäulen,
3: eine Trennsäulenvorrichtung mit mehreren parallelen Trennsäulen und jeweiligen individuellen Heizeinrichtungen,
4: eine Trennsäulenvorrichtung gemäß 3 mit segmentierten Heizeinrichtungen,
5: eine Trennsäule mit Spannungsquellen in einer ersten Ausführungsform,
6: eine Trennsäule mit Spannungsquellen in einer zweiten Ausführungsform,
7: einen Gaschromatograph,
8: eine weitere Trennsäulenvorrichtung,
9: eine weitere Trennsäulenvorrichtung,
10: eine weitere Trennsäulenvorrichtung.

The invention is described in more detail below on the basis of exemplary embodiments using drawings. Show it

1 : a separation column with segmented heating device,
2 : a separation column device with several groups of parallel separation columns,
3 : a separation column device with several parallel separation columns and respective individual heating devices,
4 : a separation column device according to FIG 3 with segmented heating devices,
5 : a separation column with voltage sources in a first embodiment,
6 : a separation column with voltage sources in a second embodiment,
7 : a gas chromatograph,
8th : another separation column device,
9 : another separation column device,
10 : another separation column device.

Die 1 zeigt eine Trennsäulenvorrichtung 1 mit einer einzelnen Trennsäule 2, von der ein Längsabschnitt dargestellt ist, an dem eine Heizeinrichtung 5 angeordnet ist. Der dargestellte Längsabschnitt der Trennsäule 2 kann auch die gesamte Trennsäule 2 sein. Es ist durch Pfeile angedeutet, dass in die Trennsäule 2 eine Probe 3 zugeführt werden kann und aus der Trennsäule 2 Substanzen 4 austreten, die einem Detektor zugeführt werden können.the 1 shows a separation column device 1 with a single separation column 2, of which a longitudinal section is shown, on which a heating device 5 is arranged. The longitudinal section of the separation column 2 shown can also be the entire separation column 2 . Arrows indicate that a sample 3 can be fed into the separation column 2 and substances 4 emerge from the separation column 2 and can be fed to a detector.

Der mit der Heizeinrichtung 5 versehene Längsabschnitt der Trennsäule 2 ist umfangseitig von der Heizeinrichtung 5 vollständig umgeben. Die Heizeinrichtung 5 ist damit wie eine Hülse eng um die Trennsäule 2 herumgelegt. Die Heizeinrichtung 5 ist in Längsrichtung segmentiert ausgebildet, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel drei Segmente 51, 52, 53 dargestellt sind. In einer praktischen Anwendung kann die Heizeinrichtung 5 auch wesentlich mehr Segmente aufweisen. Die Heizeinrichtung 5 ist dabei durch die Segment-Unterteilung aber nicht real unterteilt, sondern lediglich bezüglich der elektrischen Kontaktierung in voneinander unabhängig bestrombare Segmente aufgeteilt. Die Segmente 51, 52, 53 können z. B. dadurch definiert sein, dass an den entsprechenden Stellen, an denen ein Segment endet, jeweils ein Anschlusskontakt 54, 55, 56, 57 an der Heizeinrichtung 5 vorhanden sind, der mit einem Anschluss einer Spannungsquelle 6 verbunden werden kann. Die Spannungsquellen 6 können steuerbare Spannungsquellen sein, sodass durch Steuerung der Spannungsquellen variable und insbesondere zeitlich veränderbare Heizspannungen an den einzelnen Segmenten 51, 52, 53 angelegt werden können. Auf diese Weise können die Segmente 51, 52, 53 jeweils individuell auf bestimmte Temperaturen gesteuert oder geregelt werden.The longitudinal section of the separation column 2 provided with the heating device 5 is completely surrounded by the heating device 5 on the peripheral side. The heating device 5 is thus placed tightly around the separation column 2 like a sleeve. The heating device 5 is segmented in the longitudinal direction, with three segments 51, 52, 53 being shown in the exemplary embodiment shown. In a practical application, the heating device 5 can also have significantly more segments. However, the heating device 5 is not actually subdivided by the segment subdivision, but is merely subdivided into segments that can be energized independently of one another with regard to the electrical contacting. The segments 51, 52, 53 can, for. B. be defined in that at the corresponding points at which a segment ends, a connection contact 54, 55, 56, 57 is present on the heating device 5, which can be connected to a connection of a voltage source 6. The voltage sources 6 can be controllable voltage sources, so that variable heating voltages, and in particular heating voltages that can change over time, can be applied to the individual segments 51, 52, 53 by controlling the voltage sources. In this way, the segments 51, 52, 53 can each be individually controlled or regulated to specific temperatures.

Für alle beschriebenen Ausführungsbeispiele gilt, dass die als Hülse um die Trennsäule 2 herumgelegte Heizeinrichtung 5 stattdessen auch direkt als Wand der Trennsäule 2 ausgebildet sein kann, insbesondere wenn diese Wand aus einem elektrisch leitfähigem Material besteht, das durch Stromfluss erwärmbar ist (konduktive Erwärmung). Das Material kann insbesondere ein metallisches Material sein.For all of the exemplary embodiments described, the heating device 5 placed as a sleeve around the separation column 2 can instead also be designed directly as a wall of the separation column 2, in particular if this wall consists of an electrically conductive material that can be heated by current flow (conductive heating). The material can in particular be a metallic material.

Die 2 zeigt eine Ausführungsform einer Trennsäulenvorrichtung 1, die mehrere parallele Trennsäulen 2 aufweist. Die parallelen Trennsäulen 2 sind dabei in Gruppen angeordnet, wobei eine Gruppe von Trennsäulen 2 jeweils eine gemeinsame Heizeinrichtung 5 aufweist. Auf diese Weise kann jede Gruppe von Trennsäulen 2 mit einer jeweiligen Spannungsquelle 6 zur Einspeisung einer Heizspannung verbunden werden. Dementsprechend können die einzelnen Gruppen von parallelen Trennsäulen 2 durch ihre jeweilige Heizeinrichtung individuell beheizt werden. Die Trennsäulen 2 einer Gruppe können nur gemeinsam beheizt werden.the 2 shows an embodiment of a separation column device 1, which has several parallel separation columns 2. The parallel separating columns 2 are arranged in groups, with each group of separating columns 2 having a common heating device 5 . In this way, each group of separation columns 2 can be connected to a respective voltage source 6 for feeding in a heating voltage. Accordingly, the individual groups of parallel separating columns 2 can be heated individually by their respective heating device. The separation columns 2 in a group can only be heated together.

Die 3 zeigt eine Ausführungsform einer Trennsäulenvorrichtung 1, die ebenfalls mehrere parallele einzelne Trennsäulen 2 aufweist. Jeder Trennsäule bzw. deren Längsabschnitt ist eine eigene individuelle Heizeinrichtung 5 zugeordnet. Dementsprechend kann über eine jeweilige mit der Heizeinrichtung 5 verbundene Spannungsquelle 6 jede Trennsäule über ihre Heizeinrichtung 5 individuell und separat voneinander auf unterschiedliche Temperaturen beheizt werden.the 3 shows an embodiment of a separation column device 1, which also has several parallel individual separation columns 2. Each separating column or its longitudinal section is assigned its own individual heating device 5 . Accordingly, each separating column can be individually and separately heated to different temperatures via a respective voltage source 6 connected to the heating device 5 via its heating device 5 .

Die 4 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform einer Trennsäulenvorrichtung 1, bei der ebenfalls mehrere parallele Trennsäulen 2 vorhanden sind, die jeweilige individuelle Heizeinrichtungen 5 haben, ähnlich wie bei 3. Zusätzlich können eine, mehrere oder alle der Heizeinrichtungen 5 analog zu 1 in Längsrichtung segmentiert sein, d. h. in mehrere Segmente 51, 52, 53 unterteilt sein. Hierdurch ist eine noch individuellere Regelung oder Steuerung der Beheizung der einzelnen Trennsäulen 2 möglich, auch in Längsrichtung.the 4 FIG. 1 shows an advantageous embodiment of a separation column device 1, in which there are also several parallel separation columns 2, each of which has individual heating devices 5, similar to FIG 3 . In addition, one, several or all of the heating devices 5 can be analogous to 1 be segmented in the longitudinal direction, ie divided into several segments 51, 52, 53. As a result, an even more individual regulation or control of the heating of the individual separation columns 2 is possible, also in the longitudinal direction.

Die 5 und 6 zeigen vorteilhafte Gestaltungen der Spannungsversorgung der segmentierten Heizeinrichtungen 5 durch Spannungsquellen 6, die Heizspannungen bereitstellen. In der Ausführung der 5 sind die Heizspannungen U₁, U₂, U₃, U₄ vom Betrag her abwechselnd größer und kleiner, aber in gleicher Polarität, wie durch das Spannungsdiagramm unterhalb der Trennsäule 2 verdeutlicht wird. Die 6 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Heizspannungen U₁, U₂, U₃, U₄ abwechselnd positive und negative Werte haben. In beiden Fällen kann die in Längsrichtung über die Heizeinrichtung auftretende Gesamtspannung gering gehalten werden, was die notwendige Isolation sowie den Hardwareaufbau vereinfacht.the 5 and 6 show advantageous designs of the voltage supply of the segmented heating devices 5 by voltage sources 6, which provide heating voltages. In the execution of 5 the heating voltages U ₁ , U ₂ , U ₃ , U ₄ are alternately larger and smaller in magnitude but in the same polarity, as illustrated by the voltage diagram below the separation column 2 . the 6 shows an embodiment in which the heating voltages U ₁ , U ₂ , U ₃ , U ₄ alternately have positive and negative values. In both cases, the total voltage occurring in the longitudinal direction across the heating device can be kept low, which simplifies the necessary insulation and the hardware structure.

Die 7 zeigt einen Gaschromatographen 7, der eine Trennsäulenvorrichtung 1 nach irgendeiner der beschriebenen Ausführungsformen haben kann. Beispielhaft ist die Ausführungsform nach 1 dargestellt. Die Trennsäulenvorrichtung 1 ist eingangsseitig mit einem Injektor 8 verbunden, über den die Probe 3 der Trennsäule 2 zugeführt wird. Ausgangsseitig ist die Trennsäule 2 mit einem Detektor 9 verbunden, dem die aus der Trennsäule austretenden Substanzen 4 zugeführt werden.the 7 FIG. 1 shows a gas chromatograph 7 having a separation column device 1 according to any of the described embodiments can. The embodiment according to FIG 1 shown. The separating column device 1 is connected on the inlet side to an injector 8 via which the sample 3 is fed to the separating column 2 . On the outlet side, the separation column 2 is connected to a detector 9 to which the substances 4 emerging from the separation column are fed.

Der Gaschromatograph 7 weist eine Steuervorrichtung 12 auf, die als rechnergesteuerte Steuervorrichtung mit einem Rechner 13 und einem Speicher 14 ausgebildet ist. In dem Speicher 14 können charakteristische Daten der Trennsäule 2 und/oder der Heizeinrichtung 5 gespeichert sein, z. B. vorab bestimmte Heizcharakteristika der Trennsäule 2. Der Rechner 13 hat Zugriff auf den Speicher 14 und kann die Heizcharakteristika auslesen und für eine Steuerung und Regelung der Heizvorrichtung 5 nutzen. Die Heizvorrichtung 5 ist in diesem Fall mit vier Spannungsquellen 6 verbunden, die von der Steuervorrichtung 12 jeweils einzeln gesteuert werden können. Die Steuervorrichtung 12 kann die von den Spannungsquellen 6 abgegebene Spannung steuern, alternativ ist auch eine Stromsteuerung oder eine Leistungssteuerung möglich.The gas chromatograph 7 has a control device 12 which is designed as a computer-controlled control device with a computer 13 and a memory 14 . Characteristic data of the separation column 2 and/or the heating device 5 can be stored in the memory 14, e.g. B. previously determined heating characteristics of the separation column 2. The computer 13 has access to the memory 14 and can read out the heating characteristics and use them to control and regulate the heating device 5. In this case, the heating device 5 is connected to four voltage sources 6 which can each be controlled individually by the control device 12 . The control device 12 can control the voltage output by the voltage sources 6; alternatively, current control or power control is also possible.

Der Gaschromatograph 7 weist außerdem eine Widerstandsmessvorrichtung 11 auf, die über elektrische Anschlüsse 54, 55, 56, 57 mit der Heizeinrichtung 5 verbunden ist. Die Widerstandsmessvorrichtung 11 weist Stromsensoren A und Spannungssensoren V auf, die an die Anschlüsse 54, 55, 56, 57 angeschlossen sind. Vorteilhafterweise können einer oder mehrere der elektrischen Anschlüsse 54, 55, 56, 57 auch als mehrere Kontakte ausgeführt werden, um den Übergangswiderstand zu reduzieren oder getrennte Kontakte für Zuführen des Heizstromes und Spannungsmessung für eine Drei- oder Vierleitermessung zu bieten. Die Heizeinrichtung 5 besteht ganz oder teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einem temperaturabhängigen spezifischen Widerstand, der für die Widerstandsmessung und Ermittlung der entsprechenden Temperatur des jeweiligen Segments der Trennsäule genutzt wird. Die durch die Widerstandsmessvorrichtung 11 gemessenen Widerstände oder daraus ermittelten Temperaturen der Segmente der Heizeinrichtung 5 können von der Steuervorrichtung 12 ausgelesen und für eine Regelung der Heizvorrichtung 5 genutzt werden, um durch entsprechende Steuerung der Spannungsquellen 6 eine Temperaturregelung auf gewünschte Temperaturprofile durchzuführen.The gas chromatograph 7 also has a resistance measuring device 11 which is connected to the heating device 5 via electrical connections 54 , 55 , 56 , 57 . The resistance measuring device 11 has current sensors A and voltage sensors V which are connected to terminals 54,55,56,57. Advantageously, one or more of the electrical connections 54, 55, 56, 57 can also be designed as multiple contacts in order to reduce the contact resistance or to provide separate contacts for supplying the heating current and voltage measurement for a three-wire or four-wire measurement. The heating device 5 consists entirely or partially of an electrically conductive material with a temperature-dependent specific resistance, which is used for measuring the resistance and determining the corresponding temperature of the respective segment of the separation column. The resistances measured by the resistance measuring device 11 or the temperatures of the segments of the heating device 5 determined therefrom can be read out by the control device 12 and used to regulate the heating device 5 in order to carry out temperature regulation to desired temperature profiles by appropriately controlling the voltage sources 6.

Der Gaschromatograph 7 weist außerdem eine Gasstrom-Erzeugungseinrichtung 10 auf, durch die ein Gasstrom 15 über die Außenseite der Trennsäulenvorrichtung 1 erzeugt werden kann. Die Gasstrom-Erzeugungseinrichtung 10 kann ebenfalls von der Steuervorrichtung 12 gesteuert und/oder geregelt werden, d. h. die Steuervorrichtung 12 kann die Stärke des abgegebenen Gasstroms 15 einstellen und/oder die Gasstrom-Erzeugungseinrichtung 10 ein- und ausschalten.The gas chromatograph 7 also has a gas flow generating device 10 through which a gas flow 15 can be generated via the outside of the separation column device 1 . The gas flow generating device 10 can also be controlled and/or regulated by the control device 12, i. H. the control device 12 can adjust the strength of the emitted gas flow 15 and/or switch the gas flow generating device 10 on and off.

Die 8 zeigt eine Trennsäulenvorrichtung 1 für den Gaschromatograph 7 aus 7, bei der eine beispielhafte Verschaltung der Widerstandsmessvorrichtung 11 bei anderer Anordnung der Spannungsquellen 6 dargestellt ist.the 8th shows a separation column device 1 for the gas chromatograph 7 7 , in which an exemplary wiring of the resistance measuring device 11 is shown with a different arrangement of the voltage sources 6.

Die 9 verdeutlicht eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Widerstandsmessung durch die Nutzung getrennter Heiz- und Messspannungen. So kann in einem ersten Zeitabschnitt eine hohe Heizspannung über die Spannungsquellen 6 zum Heizen der Trennsäule eingespeist werden. Dann werden die Spannungsquellen 6 in einem zweiten Zeitabschnitt abgeschaltet und eine rauscharme, vorzugsweise geringere Messspannung zum Erfassen des Widerstands eingespeist, z.B. über eine Stromquelle 16. Besonders vorteilhaft können die einzelnen Spannungsquellen 6 von der Trennsäule 2 getrennt werden, sodass hier kein weiterer Stromfluss entsteht, und eine einzige Messspannung bzw. ein einziger Messstrom über der gesamten Trennsäule 2 eingeprägt werden. Aus den jeweiligen Segmentspannungen, die über die Spannungssensoren V erfasst werden, können dann bei bekanntem Strom der Stromquelle 16 direkt die jeweiligen Segmentwiderstände errechnet werden.the 9 illustrates another advantageous option for measuring resistance by using separate heating and measuring voltages. Thus, in a first period of time, a high heating voltage can be fed in via the voltage sources 6 for heating the separating column. Then the voltage sources 6 are switched off in a second period of time and a low-noise, preferably lower, measurement voltage is fed in for detecting the resistance, e.g. via a current source 16. The individual voltage sources 6 can be separated from the separation column 2 particularly advantageously, so that no further current flow occurs here. and a single measurement voltage or a single measurement current can be impressed across the entire separation column 2 . From the respective segment voltages, which are detected via the voltage sensors V, the respective segment resistances can then be calculated directly if the current of the current source 16 is known.

Die 10 zeigt einen Gaschromatographen 7, der eine Trennsäulenvorrichtung 1 mit mehreren übereinander angeordneten Trennsäulen 2 hat. Dies können bspw. mehrere parallele Trennsäulen oder Windungen einer einzelnen als Spirale angeordneten Trennsäule sein. Durch die Beheizung der Trennsäulen 2 entsteht ein Wärme-Konvektionsstrom 17. Durch die Gasstrom-Erzeugungseinrichtung 10 kann ein Gasstrom 15 abgegeben werden, durch den der Wärme-Konvektionsstrom 17 in einer gewünschten Weise beeinflusst bzw. kompensiert wird.the 10 shows a gas chromatograph 7 which has a separation column device 1 with a plurality of separation columns 2 arranged one above the other. This can be, for example, several parallel separating columns or windings of a single separating column arranged as a spiral. A heat convection flow 17 is produced by heating the separating columns 2. A gas flow 15 can be emitted by the gas flow generating device 10, by means of which the heat convection flow 17 is influenced or compensated for in a desired manner.

Claims

Separation column device (1) for a gas chromatograph (7) with a heating device for heating the separation column device (1), characterized by one, several or all of the following features a), b), c), d): a) the separation column device (1) has a separating column (2) on which a heating device (5) for direct heating of at least one longitudinal section of the separating column (2) is arranged, the heating device (5) being divided into a plurality of segments (51, 52, 53) over the longitudinal section that are directly adjacent to each other and can be heated separately with heat outputs that can be set independently of one another, b) the separating column device (1) has several parallel separating columns (2), with a common heating device (5) being arranged on several or all of the parallel separating columns (2) for the direct common heating of at least one longitudinal section of the parallel separating columns (2), c ) the separating column device (1) has several parallel separating columns (2) which are divided into several groups, with several or all groups of separating columns (2) each having a common heating device (5) for direct common heating of at least one longitudinal section of the group of separating columns (2) is arranged, wherein the common heating devices (5) can be heated separately with heating outputs that can be set independently of one another, d) the separation column device (1) has a plurality of parallel separation columns (2), with several or all of the parallel separation columns (2) each an individual heating device (5) for the direct heating of at least one longitudinal section of the respective n separating column (2) is arranged, wherein the individual heating devices (5) can be heated separately with heating outputs that can be set independently of one another.

Separation column device (1) after claim 1 , characterized in that in case b) and/or c) the common heating device (5) is divided over the longitudinal section into a plurality of segments (51, 52, 53) which directly adjoin one another and can be heated separately to different temperatures.

Separation column device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that in case d) one, several or all of the individual heating devices (5) is divided over the longitudinal section into several segments (51, 52, 53) which directly adjoin one another and can be heated separately to different temperatures.

Separation column device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device (5) surrounds the longitudinal section of the separation column (2) on the peripheral side, in particular completely surrounds it.

Separation column device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least the longitudinal section of the separation column (2) which has the heating device (5) consists entirely or partially of electrically conductive material, the electrically conductive material the heating device (5) forms.

Separation column device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a thermal insulation layer surrounds the heating device (5) on the peripheral side.

Separation column device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device (5) consists entirely or partially of an electrically conductive material with a temperature-dependent specific resistance, the electrically conductive material being connected to a resistance measuring device (11) through which the electrical resistance of at least part of the heating device (5) can be detected.

Gas chromatograph (7) with an injector (8), a separation column device (1) according to one of the preceding claims and a detector (9), wherein a sample (3) of the separation column device ( 1) can be supplied and the substances (4) leaving the separation column device (1) can be evaluated by the detector (9).

Gas chromatograph (7) after claim 8 , characterized in that the gas chromatograph (7) has a control device (12) for controlling the temperature of the heating device, the control device (12) being set up to a) in a separation column device (1) which - has a separation column (2). one heating device (5) for the direct heating of at least one longitudinal section of the separation column (2), the heating device (5) being divided over the longitudinal section into a plurality of segments (51, 52, 53) which directly adjoin one another and are separate from one another independently adjustable heating outputs, to control or regulate the segments (51, 52, 53) to respective individual heating outputs, and/or b) in a separating column device (1) which - has several parallel separating columns (2), with several or all of the parallel separating columns (2) have a common heating device (5) for direct common heating of at least one longitudinal section of the parallel separating columns len (2) is arranged to control or regulate the common heating device (5) to a respective heating power, and/or c) in a separating column device (1) which - has a plurality of parallel separating columns (2) divided into a plurality of groups a common heating device (5) for directly common heating of at least one longitudinal section of the group of separating columns (2), wherein the common heating devices (5) can be heated separately with heating outputs that can be set independently of one another are that in common men to control or regulate heating devices (5) to respective individual heat outputs, and / or d) in a separating column device (1), which - has several parallel separating columns (2), wherein on several or all of the parallel separating columns (2) one individual heating device (5) is arranged for the direct heating of at least one longitudinal section of the respective separation column (2), the individual heating devices (5) being heatable separately with heating outputs which can be set independently of one another, the individual heating devices (5) being controlled or closed to the respective individual heating outputs regulate.

Gas chromatograph (7) according to one of Claims 8 until 9 , characterized in that the gas chromatograph (7) has a gas flow generating device (10) by means of which a gas flow (15) can be generated via the outside of the separation column device (1) during operation of the gas chromatograph (7).

Gas chromatograph (7) according to one of Claims 8 until 10 , characterized in that the heating device (5) is acted upon by a heating voltage which is an AC voltage or a DC voltage superimposed with an AC voltage.

Gas chromatograph (7) according to one of Claims 8 until 11 , characterized in that the control device (12) is set up to regulate the electrical power fed into the heating device (5).

Gas chromatograph (7) according to one of Claims 8 until 12 , characterized in that respective heating voltages are applied to the segments (51, 52, 53) of the heating device (5) arranged one behind the other in the longitudinal direction, the sign of the difference in the heating voltages of adjacent segments (51, 52, 53) over the segments arranged one behind the other (51, 52, 53) changes each time.

Gas chromatograph (7) according to one of Claims 8 until 13 , characterized in that in the control device (12) respective predetermined heating characteristics of the respective separation column (2) are stored, wherein the control device (12) is set up during operation of the gas chromatograph (7) the individual heating devices (5) and / or to control or regulate their segments (51, 52, 53) individually according to a respective assigned heating characteristic.