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Trennkolonne für Gaschromatographie Die Erfindung betrifft eine Trennkolonne
für Gaschromatographen. Es sind Trennkolonnen bekannt, die aus mindestens zwei Paaren
Trennsäulen bestehen und einen Umschalter zur Leitung der Gaswege durch die Trennsäulen
aufweisen. Die bekannten Trennkolonnen dieser Art haben den Zweck, in einer ersten
Trennsäule die leicht- und schwerflüchtigen Komponenten voneinander zu trennen.
Die zuerst am Ausgang derselben erscheinenden leichtflüchtigen Gemischkomponenten
werden einer zweiten Trennsäule zugeführt, durch die eine feinere Trennung dieser
Komponenten erzielt wird. Die schwerflüchtigen Komponenten dagegen werden über einen
Umschalter direkt zum Ausgang bzw. zum Detektor geleitet. Dadurch wird eine unnötig
lange Gesamtdurchgangszeit der Probe durch die Trennkolonne vermieden.
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Andernfalls würden die schwerflüchtigen Komponenten eine lange Zeit
erfordern, ehe sie durch die zweite Trennsäule hindurchgelaufen sind. Als Umschalter
dienen bei den bekannten Anordnungen übliche Mehrwegehähne. Es ist hierbei eine
speziell für diesen Zweck eingerichtete Apparatur erforderlich, welche unter Umständen
solche Mehrwegehähne und Halterungen für verschiedene Trennsäulen enthält.
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Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein in sich geschlossenes Trennsäulenaggregat zu schaffen, welches an Stelle einer
einfachen Trennsäule in ein übliches Gerät einsetzbar ist, bei welchem aber die
wirksame Länge der Trennkolonne je nach den gegebenen Verhältnissen veränderbar
ist, wobei aber nicht an eine Umschaltung während des Trennvorgangs gedacht ist.
Solche Trennkolonnen sind insbesondere für präparative Zwecke häufig erwünscht.
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Erfindungsgemäß ist an den Trennsäulen endständig je ein Kopfstück
abgedichtet angebracht, und die Anordnung ist so getroffen, daß die Kopfstücke Verbindungskanäle
enthalten, und zwar eines davon einen Einlaßkanal und einen Auslaßkanal aufweist,
der mit je einer der Trennsäulen in Verbindung steht, und daß eines der Kopfstücke
in zwei Winkellagen mit den Trennsäulen verbindbar ist und bei der einen Winkellage
die mit dem Einlaßkanal und die mit dem Auslaßkanal verbundene Trennsäule an der
dem Ein-bzw. Auslaßkanal abgewandten Seite direkt miteinander verbunden sind, während
bei der zweiten Winkellage alle Trennsäulen hintereinandergeschaltet sind. Zweckmäßigerweise
sind die Trennsäulen in den Ecken eines regelmäßigen Polygons angeordnet, und die
Verbindungskanäle verbinden die nicht mit dem Einlaß- und dem Auslaßkanal verbundenen
Enden der Trennsäulen paarweise miteinander.
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Trennsäulen für präparative Zwecke haben in der Regel einen verhältnismäßig
großen Durchmesser und entsprechend großen Durchsatz. Um eine solche Trennsäule
in gewöhnlichen Gaschromatographiegeräten verwenden zu können, kann die Anordnung
so getroffen werden, daß der Auslaßkanal sich in zwei Teilkanäle spaltet, von denen
der eine einen wesentlich höheren Strömungswiderstand besitzt als der andere und
zu einer Meßanordnung, insbesondere einer Wärmeleitfähigkeitszelle, geführt ist.
Dann wird nicht der gesamte Gasstrom durch die Wärmeleitfähigkeitszelle geleitet,
sondern nur ein kleiner Teilstrom, wie er auch bei den Trennsäulen für rein analytische
Zwecke auftritt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und beschrieben: Fig. 1 zeigt teilweise im Schnitt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
mit sechs rohrförmigen Trennsäulen; Fig. 2 ist ein Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1; Fig. 3 zeigt das untere Kopfstück des Ausführungsbeispiels nach Fig.
1 von oben gesehen und Fig. 4 das obere Kopfstück von unten gesehen; Fig. 5 zeigt
eine Anordnung mit einer Trennkolonne nach Fig. 1 bis 4 und einer Wärmeleitfähigkeitszelle
zur Messung der austretenden Komponenten und den Weg des Gasstroms in dieser Anordnung.
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Wie in Fig. 1 dargestellt ist, enthält das bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Anordnung
mit einer Mehrzahl von Röhren 10 von
gleicher Länge. Diese Röhren haben einen verhältnismäßig großen Durchmesser, verglichen
mit den gebräuchlicheren Trennsäulen für Gaschromatographie. Dieser kann in der
Größenordnung von 2,5 cm (1 Zoll) oder mehr liegen, verglichen mit den Röhren von
0,6 cm (1/4 Zoll) oder kleinerem Durchmesser, wie sie üblich für Trennsäulen für
die Gaschromatographie benutzt werden. Die Röhren 10 sind üblicherweise mit einem
inerten Material, wie z. B. Diatomeenerde (Celite) gefüllt, welches als Träger für
eine flüssige Trennsubstanz dient, die häufig in Form eines Filmes einer geeigneten
öligen Substanz, z. B. von 308/obigem Didecylphthalat, aufgebracht ist.
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In bekannter Weise hat die Trennsubstanz geeignete Affinitäten für
die Bestandteile des zu analysierenden oder zu trennenden Gemisches. Infolgedessen
werden die Bestandteile der Probe in der Trennsäule verschieden lange zurückgehalten,
entsprechend ihrer Affinität zu der Trennsubstanz, und treten voneinander getrennt
nach bekannten oder bestimmbaren Zeitabständen aus der Trennsäule aus. Die allgemeinen
Prinzipien der Gaschromatographietechnik und -erscheinungen sind in einer Veröffentlichung
von H. H. Hausdorff: »Vapor Fractometry (Gas Chromatography) A Powerful New Tool
in Chemical Analysis«, dargestellt.
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Die Röhren 10 mit großem Innendurchmesser werden von einem oberen
Kopfstück 11 und einem unteren Kopfstück 12 gehalten. Geeignete Mittel, wie der
dargestellte O-Ring 13, sind vorgesehen, um eine Dichtung zwischen jedem Trennsäulenende
und den Kopfstücken 11 und 12 zu schaffen. Ein Bolzen 14, der an den Enden mit entsprechenden
Muttern 15 verschraubt ist, zieht die Anordnung zusammen und preßt die Kopfstücke
11 und 12 abdichtend auf die Röhren 10. Ein Einlaßstutzen 16 ist mit einer der Röhren
der Kolonne verbunden und ein Auslaßstutzen 17 mit einer benachbarten Röhre der
Trennsäulenanordnung. Diese Stutzen sind dazu vorgesehen, das Trägergas bei der
Gaschromatographie durch die Trennkolonne zu leiten, und das Probengemisch wird
in bekannter Weise in den durch die Trennkolonne zu leitenden Trägergasstrom eingespritzt.
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Fig. 2 ist ein Querschnitt des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und
zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit sechs Röhren oder Trennsäulen. Bei
dieser speziellen Ausführungsform sind die Röhren 10 gleichmäßig in gleichen Abständen
um die Mittelachse der Anordnung, die mit der Mitte des Bolzens 14 zusammenfällt,
gelagert.
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Fig. 3 zeigt das untere Kopfstück bei dem Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1. Das Kopfstück 12 weist Ausnehmungen zur Aufnahme der sechs gleich langen
Röhren auf, und der Einlaßkanal 16 ist, wie dargestellt, zu einer Röhre geführt,
während der Auslaßkanal 17 zu einer benachbarten Röhre geführt ist.
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Zwischen den verbleibenden Röhrenpaaren sind Verbindungskanäle vorgesehen.
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Fig. 4 zeigt das obere Kopfstück bei der Anordnung nach Fig. 1, und
man sieht, daß es in Form und Aufbau ähnlich ausgebildet ist wie das untere Kopfstück
12. Das obere Kopfstück hat aber keine Ein- oder Auslaßanschlüsse, sondern vielmehr
ausgesparte Verbindungskanäle, welche die Paare von benachbarten Röhren verbinden.
Die Kopfstücke 11 und 12, wie sie in Fig. 3 und 4 dargestellt sind, sind so ausgebildet,
daß sie wahlweise in verschiedenen Winkellagen auf
die Röhren 10 der erfindungsgemäßen
Trennkolonne aufsetzbar sind, um dadurch die Länge der Trennkolonne nach Wunsch
zu ändern.
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Wenn man einmal annimmt, daß die Kopfstücke in bezug auf die Trennsäulen
in den gleichen Winkellagen aufgesetzt und verspannt sind, wie sie in Fig. 4 und
3 dargestellt sind, so sieht man, daß das Trägergas durch den Einlaß 16 eintritt,
durch die Röhre 20 (Fig. 4) strömt, durch den Verbindungskanal 19 a des oberen Kopfstückes
11 in die Röhre 21 (Fig. 4) gelangt und nach unten zu dem Auslaß 17 ffießt. Die
übrigen Röhren werden umgangen. Wenn jedoch das obere Kopfstück 11, wie in Fig.
4 dargestellt ist, in irgendeiner Richtung um 600 versetzt und mit den Trennsäulen
verbunden wird, so sieht man, daß das Trägergas und die Probe, welche durch den
Einlaßkanal 16 eintreten, über die Verbindungskanäle 18 a, 18 b des unteren Kopfstückes
19 a, 19 b, 19 c des oberen Kopfstückes nacheinander durch alle sechs Röhren hindurchfließt
und erst dann an der Auslaßverbindung 17 austritt. Auf diese Weise kann die Vorrichtung
nach der vorliegenden Erfindung so angeordnet werden, daß die Länge der Trennkolonne
um ein Vielfaches je nach der Anzahl der vorgesehenen Trennsäulenpaare vergrößert
werden kann. Das ist von besonderem Vorteil bei der Trennung der Bestandteile solcher
Proben, die eine größere Trennkolonnenlänge benötigen. Insbesondere ist es einleuchtend,
daß der wesentlich vergrößerte Querschnitt einer Kolonne für präparative Zwecke
einen viel größeren Durchsatz gestattet. Daher ist es zur Erzielung einer einwandfreien
Trennung nicht selten erforderlich, die Länge der Trennkolonne wesentlich zu erhöhen.
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Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
bei welchem die Mehrsäulenanordnung, die generell mit der Bezugsziffer 30 bezeichnet
ist, mit einem Detektorblock 31 verbunden ist. Der Detektorblock kann eine Wärmeleitfähigkeitszelle
sein. Der Trägergasstrom, der die zu trennende Probe in die Trennkolonne mit sich
führt, tritt in die präparative Trennkolonne durch den Einlaß 32 ein. Das Trägergas
wird üblicherweise durch den Detektorblock geführt und erzeugt dadurch, daß etwas
Gas in die Wärmeleitfähigkeitszelle diffundiert, ein Signal.
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Die Wärmeleitfähigkeitszelle kann beispielsweise mit einem Thermistor
versehen sein. Das elektrische Ausgangssignal des Thermistors bildet das Vergleichssignal.
Das Trägergas mit der Probe tritt aus der präparativen Trennsäule durch den Auslaß
33 aus, nachdem, je nach der Lage der Kopfstücke und der ausgesparten Kanäle, durch
zwei oder sechs Röhren hindurchgelaufen ist.
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Es ist schon dargelegt worden, daß die Strömung durch die präparative
Kolonne viel größer als in einer gewöhnlichen Trennsäule ist. Um den Detektorblock
von handelsüblichen Gaschromatographiegeräten für eine präparative Kolonne verwendbar
zu machen, ist ein kapillarer Nebenschluß 34 und ein T-Stück 35 vorgesehen. Das
Trägergas und die getrennten Probenkomponenten, die an dem Auslaß 33 austreten,
fließen zu dem Nebenschluß und teilen sich in zwei Ströme, die in verschiedenen
Richtungen fließen. Ein verhältnismäßig kleiner Anteil des Stromes geht durch die
Einschnürung 34, welche die Form einer Kapillarröhre haben kann, von wo aus er durch
eine Wärmeleitfähigkeitszelle geführt ist und zu dem T-Stiick 35 abfließt. Der größere
Anteil des austretenden Gasstromes
geht direkt zu dem T-Stück 35,
wo es zu geeigneten Auffangmitteln geleitet wird.
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Die Gründe, warum man die Wärmeleitfähigkeitszelle nicht mit einem
zu großen Gasstrom belastet, sind für den Fachmann augenscheinlich. Es ist auch
offensichtlich, daß es wünschenswert ist, die erfindungsgemäße präparative Trennkolonne
ohne weiteres an handelsüblichen Gaschromatographiegeräte ansetzbar zu machen, da
dadurch der Anwendungsbereich bestehender Gaschromatographiegeräte vergrößert wird.
Das Detektorausgangssignal liefert wertvolle Informationen für das Auffangen der
gewünschten Probenkomponenten.
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Wie aus Fig. 1 und 5 ersichtlich ist, ist die erfindungsgemäße präparative
Trennkolonne mit geeigneten Anpassungszwischenstücken versehen, um sie an Detektorblocks
üblicher Gaschromatographiegeräte anzupassen, die üblicherweise für die Aufnahme
von Trennsäulen mit 1/4 Zoll Durchmesser eingerichtet sind. Die Abmessungen der
präparativen Trennkolonne gestatten es, sie ohne weiteres in der temperaturgeregelten
Kammer handelsüblicher Gaschromatographiegeräte unterzubringen.