DE112012002247B4

DE112012002247B4 - Verfahren und Vorrichtung für eine Chromatographie mit verbesserter Auflösung

Info

Publication number: DE112012002247B4
Application number: DE112012002247.5T
Authority: DE
Inventors: Harald Ritchie; Ross Andrew Shalliker
Original assignee: Of Western Sydney, University of; University of Western Sydney; Thermo Electron Manufacturing Ltd
Current assignee: Of Western Sydney, University of; University of Western Sydney; Thermo Electron Manufacturing Ltd
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2012-05-21
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2032-05-22
Also published as: AU2012260981B2; CN103687654B; WO2012160032A1; JP6002212B2; GB201108859D0; GB201314565D0; GB2504622A; JP2014517924A; GB2504622B; GB2491168B; GB2491168A; DE112012002247T5; CN103687654A

Abstract

Vorrichtung für eine Säulenchromatographie, aufweisend eine zylindrische Chromatographiesäule, wobei die Säule einen Einlass und einen Auslass hat, wobei der Einlass ausgestattet ist zum Einleiten eines Stroms einer mobilen Phase in die Säule, der eine Probe befördert, wodurch sich die Probe in Komponenten trennt, während sie sich in Längsrichtung durch die Säule vom Einlass zum Auslass bewegt, getragen von der mobilen Phase, wobei der Einlass eine Frittenanordnung mit mindestens zwei geteilten Frittensegmenten aufweist die durch eine Strömungsbarriere voneinander getrennt sind, um die mobile Phase zu segmentieren, wobei die Strömungsbarriere in Form eines nicht porösen Körpers vorgesehen ist, der einen lateralen Fluss der mobilen Phase zwischen den mindestens zwei geteilten Frittensegmenten verhindert, und um den Strom der mobilen Phase in die Säule in mindestens zwei separaten Teilströmen einzuleiten, die unabhängig steuerbar sind, und die Teilströme in verschiedene radiale Regionen der Säule einzuleiten, so dass die Teilströme in Längsrichtung durch die Säule in verschiedenen radialen Regionen strömen.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Säulenchromatographie.
Allgemeiner Stand der Technik
Chromatographiesäulen werden weitgehend entwickelt und routinemäßig sowohl in der analytischen wie auch präparativen Chromatographie verwendet. Wie allgemein bekannt ist, wird die Trennung einer Probe (auch als Analyt oder gelöster Stoff bezeichnet), die ein Gemisch aus Komponenten enthält, in einer Chromatographiesäule durch Auflösen der Probe in einem Elutionsmittel zur Bildung einer fluiden mobilen Phase und Hindurchleiten der mobilen Phase durch eine stationäre Phase erreicht, die für gewöhnlich in eine rohrförmige Säule gepackt ist, wodurch die Probe veranlasst wird, sich aufgrund der Unterschiede in der Verteilung der verschiedenen Komponenten (d.h. die Komponenten haben unterschiedliche Verteilungskoeffizienten) zwischen der mobilen und stationären Phase in ihre Komponenten zu trennen. Das Elutionsfluid ist meistens eine Flüssigkeit, kann aber ein anderes Fluid wie ein superkritisches Fluid (SCF) sein und die Erfindung betrifft Säulen, die mit mobilen Flüssigkeits- oder SCF-Phasen verwendet werden. Die Erfindung betrifft jedoch keine Gaschromatographie (d.h. das Fluid ist kein Gas). In der Säulenchromatographie weist die stationäre Phase für gewöhnlich die Form eines Bettes gepackter Partikel oder eines porösen monolithischen Blocks innerhalb einer Säule auf. Diese Erfindung betrifft insbesondere gepackte Säulen, ist aber nicht nur auf gepackte Säulen beschränkt. Häufig umfassen die Säulen wiederverwertbare Säulen mit wegwerfbaren Patronen, die beide für gewöhnlich zylindrisch sind. Diese Erfindung kann mit zylindrischen Säulen (äußerst bevorzugt kreisförmigen zylindrischen Säulen) oder Säulen mit anderen Querschnittsprofilen verwendet werden. Das heißt, die Wand der Säule kann zahlreiche Querschnittsprofile aufweisen, hat aber äußerst bevorzugt ein kreisförmiges Profil in ihrem transversalen Querschnitt.
Wie beschrieben, wird die mobile Phase durch die Säule hindurchgeleitet und das Eluat, das die Säule verlässt, wird abhängig von der Zeit erfasst. Die erfasste Signalvariation im Laufe der Zeit, das Chromatogramm, zeigt das Vorhandensein verschiedener Komponenten im Gemisch an. Der Grad der Trennung der verschiedenen Komponenten hängt von der Trennungseffizienz oder Auflösung der Säule ab. Die Auflösung der Säule hängt von vielen Faktoren ab. Solche Faktoren enthalten die Art der mobilen und stationären Phasen, die weitgehend untersucht und entwickelt wurden.
Es ist auch bekannt, dass die Form der eingespritzten Probe ein Faktor ist, der die Auflösung der Säule beeinflusst. Die Probe wird üblicherweise im Wesentlichen über den Durchmesser der Säule in die Säule eingeführt. Kopfstücke, wie Fritten, werden üblicherweise am Einlass der Säule verwendet. Es können Verteiler verwendet werden, die das Verteilen der Probe in dem Bemühen erleichtern, eine gleichförmige Probenschicht über den gesamten Durchmesser der Säule zu erhalten. US Patent US 4 999 102 A beschreibt ein Verteilersystem für ein gleichförmiges Verteilen von Flüssigkeit an und/oder gleichförmiges Sammeln einer Flüssigkeit aus einer Zelle eines Trennungssystems in großem Maßstab. Bei Verwendung als Einlass verteilt der Verteiler einen einzelnen Strom durch eine Reihe von Abzweigungen in mehrere Ströme und die abschließende Vielzahl von Fluiddurchlassvorrichtungen ist in einem Muster angeordnet, das annähernd eine gleichförmige Verteilung von Flüssigkeit über die gesamte Zelle an der Grenzfläche zwischen dem Verteiler und der Zelle garantiert. Bei Verwendung als Auslass ist der Verteiler umgekehrt angeordnet, um gleichmäßig über die Zelle verteilte Ströme zu sammeln und durch eine Reihe von Abzweigungen in einer einzigen Leitung zu vereinen. Auf gleich Weise beschreibt US 5 124 133 A ein System für ein gleichförmiges Strömungsprofil einer Flüssigkeit durch ein gepacktes Bett, das das gleichmäßige Verteilen der Flüssigkeit über die obere Oberfläche des gepackten Betts beinhaltet.
Es sind andere Arten von Einlasssystem, häufig für verschiedene Zwecke, bekannt. Zum Beispiel offenbart EP 0 371 648 A eine Vorrichtung, die für eine Verdrängungschromatographie gestaltet ist, bei der ein Einlassverteiler vorhanden ist. Jede Flüssigkeit in der Abfolge der Verdrängungschromatographie fließt durch dieselben radialen Regionen der Säule. Andererseits beschreibt JP S62 - 63 857 A eine plattenförmige Säule mit mehreren Einlässen für möglicherweise mehrere Proben, in welchen ein elektrisches Feld in einer orthogonalen Richtung zum Einlassstrom angelegt werden kann, um eine zweidimensionale Trennung über die Säulenplatte bereitzustellen, die auch mehrere Auslässe hat.
In JP S62 - 240 857 A ist eine Chromatographiesäule für eine präparative Chromatographie beschrieben, in der eine ringförmige Trennung des Stroms vorgesehen ist, der aus der Säule austritt, so dass zentrale Ströme von peripheren Strömen isoliert werden können. Die Spitzenformen der Elutionsbänder aus den zentralen Ringen waren im Vergleich zu jenen der Elutionsbänder von den äußeren Ringen besser, die eine signifikante Bandverzerrung zeigten.
EP 0 257 582 A2 beschreibt eine Chromatographiesäule für eine präparative Anwendung, bei der die Probe durch ein Rohr in die Säule geladen wird, das in das Bett vom Säulenauslass einsetzt wird. Dieses Rohr ist in dem Bett ungefähr 20% unter dem Säuleneinlass zentriert. Das heißt, das Packungsmaterial befindet sich über dem Rohr. Sobald die Probe auf die Säule geladen ist, eluiert eine mobile Phase die Probe durch die Säule (außerhalb des Probeneinleitungsrohrs). Die Probe tritt dann durch eine Reihe von Löchern oder Schlitzen am Auslass aus dem Säulenauslass aus. Der Auslass hat an konzentrischen Stellen Schlitze, wobei aber ein zentraler Austrittsschlitz fehlt, da sich das Einleitungsrohr im zentralen Segment der Säule befindet.
In Bezug auf Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) ermöglichten vor kurzem Shalliker et al. in den späten 1990ern das Sichtbarmachen eines Fluidstroms in einer Säule. Es gelang ihnen, in Glassäulen unter Verwendung einer stationären Phase und einer mobilen Phase mit demselben Brechungsindex den Fluidstrom mit Hilfe von Farbstoffmarkern sichtbar zu machen. Ihre Ergebnisse zeigten, dass die Weise wichtig ist, in der eine Probe zum Bett einer Chromatographiesäule geleitet wird. Im Idealfall sollte der Injektionsstopfen ein zylindrisch-quadratischer Stopfen sein, aber verschiedene Faktoren führen letztendlich zu einem parabolischen Probeband, zum Beispiel wurde mit abnehmender Frittenporosität der Strom durch den Stopfen eher parabolisch. Broyles, Shalliker und Guiochon, (‚Visualization of Solute Migration in Chromatographie Columns. Influence of the Frit Porosity‘. J. Chromatography A., 917 (2001) 1-22) zeigten, dass mit abnehmender Einlassfrittenporosität die Pfropfenströmung eher parabolisch wurde. Die Verwendung eines Verteilers verbesserte die Gleichförmigkeit der Strömungsgeschwindigkeit über den radialen Querschnitt des Bettes, aber auf Kosten einer Erhöhung der axialen Dispersion, was letztendlich zu einer wesentlichen Abnahme in der Trennleistung führte. Unabhängig von der Frittenporosität oder ob ein Verteiler verwendet wurde oder nicht, war die Probenverteilung über den radialen Säulenquerschnitt nicht gleichförmig. Shalliker et. al. (J. Chromatography A, 865 (1999) 83-95) zeigten, dass weder Fritten noch Verteiler einer gleichförmigen Verteilung der Probe über die Säule dienen und eine höhere Neigung besteht, dass die Probe in der zentralen Region des Bettes stärker konzentriert wird (im Gegensatz dazu, in der Umfangsregion des Bettes stärker verdünnt wird). Ferner sollte der Frittendurchmesser zum Innendurchmesser der Säule passen (Broyles, Shalliker und Guiochon, J. Chromatography A, 855 (1999), 367-382). Falls nicht, wird bei einer Fritte mit einem kleineren Durchmesser als jenem der Säule ein beträchtlicher parabolischer Strom erhalten. Für den Fachmann der Chromatographie kann es intuitiv sein, dass der Frittendurchmesser gleich dem Innendurchmesser der Säule sein soll, aber es ist nicht immer möglich, dies zu erreichen, insbesondere, wenn Säulen durch axiale Kompression hergestellt werden, wo das Kopfstückstück im Inneren der Säule selbst sitzt. Für diese Arten von Säulen muss der Durchmesser der Fritte kleiner als jener der Säule sein, da die Fritte in einer Gehäuseeinheit enthalten sein muss, um ein Lecken und eine Beschädigung an der Säulenwand zu verhindern.
In einer anderen Studie zeigten Shalliker et al (‚Physical Evidence of two Wall Effects in Liquid Chromatography‘. J. Chromatography A. 888 (2000) 1-12 und ‚Visualization of Solute Migration in Liquid Chromatography Columns‘. J. Chromatography A., 826 (1998) 1-13), dass, wenn die Probe in das Bett bei einer Tiefe etwa 1 cm unter der Fritte über eine Zentralpunktinjektion (CPI) eingeleitet wurde, die Migration der Probe im zentralen radialen Segment des Bettes deckungsgleich war. Während von Shalliker et. al. bei Anwendung der CPI-Technik eine ausgezeichnete Trennungseffizienz beobachtet wurde, sollte hervorgehoben werden, dass ein solches Probeneinleitungsverfahren mühsam ist und dazu neigt, das Säulenbett zu beschädigen. Somit ist die Technik für Routineanwendungen nicht geeignet. Während ferner Zentralpunktinjektionen das effizienteste Mittel für einen Transport des gelösten Stoffs entlang der Säule bieten, da bei solchen Injektionen die Probe in einer lokalen zentralen Zone innerhalb der am effizientesten gepackten Region der Säule konzentriert werden kann, haben moderne Säulen effektiv die Verwendung solcher Injektionstechniken verhindert, da eine Ventilinjektion die Probe über die Säule verstreut, wenn sie durch eine Fritte und einen Verteiler an der Oberseite der Säule eintritt. Als solche wurden Zentralpunktinjektionsprozesse weitgehend aufgegeben.
Die Wirkung der Gegenwart der Säulenwand und der Packung der Säule nahe den Wänden auf den Probenfluss wurde besprochen. Knox, Laird und Raven (J. Chromatography, 122 (1976), 129-145) zeigten, dass die Strömungsgeschwindigkeit sehr nahe bei der Wand etwas höher war als in der Mitte der Säule. Sie zeigten auch, dass eine gestörte Region einer Säulenpackung in die Säule ragt und eine ernsthafte Bandverbreiterung und Spitzenverzerrung bewirkt. Die Wandregion in einer sonst gut gepackten LC-Säule kann sich über etwa 30 Partikeldurchmesser in die Säule erstrecken. Shalliker, Broyles und Guiochon, (J. Chromatography A, 888 (2000) 1-12) beschrieben das Vorhandensein von zwei Wandeffekten. Beide Wandeffekte werden durch eine Heterogenität in der Säulenpackung verursacht. Eine partikelgepackte Chromatographiesäule hat eine geringere Bettdichte im zentralen (radialen) Segment der Säule, wobei das zentrale Segment relativ gleichförmig ist, die aber über diese Zonenpackungsdichte hinaus allmählich zur Wand hin zunimmt. Somit ist die Strömungsgeschwindigkeit im zentralen Segment der Säule am höchsten und nahe der Wand am niedrigsten, und dies trägt zu einer parabolischen Pfropfenströmung bei. In der unmittelbaren Nähe der Wand jedoch nimmt die Packungsdichte rasch ab. Dieser Faktor ist ein Ergebnis der geometrischen Eigenschaft der Säule und der Partikel. Sowohl die Partikel wie auch die Säule sind starr; keines kann verzerrt werden, um das andere aufzunehmen. Somit erhöht sich der leere Raum an der Wand und dort ist der Punkt, wo die Säulenpermeabilität am höchsten ist. Somit ist die Strömungsgeschwindigkeit in der Region unmittelbar neben der Säulenwand am höchsten. Diese beiden Wandeffekte tragen deutlich zu einer Abnahme der Migrationseffizienz bei.
Broyles, Shalliker und Guiochon, (J. Chromatography A, 867 (2000), 71-92), zeigten, dass unter anderen die Migrationsstrecke nach eine bestimmten Zeit deutlich mit der radialen Position variiert und dass der Austrittsanschluss die Spitzenform beeinflusst, die nach der Säule erfasst wird.
In der Druckschrift US 4 537 217 A wird ein Fluidverteiler am Einlass einer zylindrischen Chromatographiesäule offenbart, wobei das Fluid am Einlassende der Säule konventionell mit Hilfe einer einzigen Einlassleitung eingeleitet wird, sodass die Säule als einzelner Strom am Auslassende austritt. Eine ähnliche Konstruktion wird in der Druckschrift DE 39 39 854 A1 beschrieben in der ebenfalls ein einzelner Strom eines einzelnen Fluids in die Säule mit Hilfe einer einzigen konventionellen Einlassleitung eingebracht wird.
Es ist daher bekannt, dass die Probenmigration durch eine partikelgepackte Chromatographiesäule nicht durch ein zylindrisches Pfropfenströmungsmodell beschrieben wird. Zahlreiche Faktoren, einschließlich der Art der Fritte, des Vorhandenseins eines Verteilers, des Injektionsprozesses selbst, des Wandeffekts und der Heterogenität der Packungsdichte, führen zu einem Probenstopfen oder Band, der bzw. das parabolisch oder schalenförmig ist und im Allgemeinen eine zentrale Region höherer Konzentration hat, die sich bei höherer Geschwindigkeit bewegt als eine stärker verdünnte Region näher bei der Wand. Es gibt auch eine Region geringer Konzentration mit schneller Strömung sehr nahe der Wand. Die im Allgemeinen parabolische Form des Bandes stellt höhere Anforderungen an die Effizienz der Säule. Es sind mehr Böden notwendig, um parabolisch verbreiterte Zonen zu trennen als zylindrisch verbreiterte Zonen. Somit sind zur Durchführung einer Trennung längere Säulen notwendig, was zu einer längeren Zeit, möglicherweise auch zu einer Abnahme in der möglichen Strömungsgeschwindigkeit führt, um eine längere Säule aufzunehmen. Monolithische stationäre Phasen in Säulen können auch an Wandeffekten leiden und eine Pfropfenströmung durch solche Säulen ist wieder nicht zylindrisch.
Vor diesem Hintergrund wurde die vorliegende Erfindung gemacht.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die Erfindung ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche definiert. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung für eine Säulenchromatographie vorgesehen, aufweisend eine Chromatographiesäule, wobei die Säule einen Einlass und einen Auslass hat, wobei der Einlass dazu gestaltet ist, einen Strom einer mobilen Phase in die Säule einzuleiten, der eine Probe befördert, wodurch sich die Probe in Komponenten trennt, während sie sich in Längsrichtung durch die Säule vom Einlass zum Auslass bewegt, getragen von der mobilen Phase, wobei der Einlass ferner dazu gestaltet ist, den Strom der mobilen Phase in die Säule in mindestens zwei separaten Teilströmen einzuleiten, die unabhängig steuerbar sind, und die Teilströme in verschiedene radiale Regionen der Säule einzuleiten, so dass die Teilströme in Längsrichtung durch die Säule in verschiedenen radialen Regionen strömen. Der Einlass weist eine Frittenanordnung mit mindestens zweigeteilten Frittensegmenten auf, wie in Anspruch 1 beansprucht.
Vorzugsweise sind die Probenkonzentrationen in jedem Teilstrom oder die Strömungsgeschwindigkeit jedes Teilstroms oder beide unabhängig steuerbar.
Die zu trennende Probe ist vorzugsweise in einem der Teilströme in einer höheren Konzentration enthalten als in dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen. Die zu trennende Probe ist vorzugsweise in einem der Teilströme in einer höheren Konzentration enthalten als in dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen, zumindest am Einlass, wo die Teilströme in die Säule eingeleitet werden. Die Probe, die in einem der Teilströme der mobilen Phase in einer höheren Konzentration als in dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen enthalten ist, enthält den bevorzugten Fall, wo die gesamte, d.h. im Wesentlichen die gesamte Probe in einem der Teilströme der mobilen Phase enthalten ist und der andere Teilstrom oder die anderen Teilströme vorzugsweise zumindest am Einlass, wo die Teilströme in die Säule geleitet werden, und bevorzugter auch am Auslass keine, d.h. im Wesentlichen keine, Probe enthalten (d.h. der andere Teilstrom oder die anderen Teilströme ist/sind nur Lösemittel).
Die mobile Phase tritt aus der Säule als ein Eluatstrom aus und der Auslass ist vorzugsweise dazu gestaltet, den Eluatstrom, während er durch den Auslass aus der Säule austritt, in mindestens zwei separate Eluatteilströme zu trennen. Die getrennten Eluatteilströme entsprechen vorzugsweise den Teilströmen der mobilen Phase, die in die Säule am Einlass eingeleitet werden. Das Eluat am Auslass, das in zwei oder mehr Teilströme getrennt ist, kann somit einen Eluatteilstrom enthalten, der zumindest einen Teil oder den ganzen Teilstrom der mobilen Phase aufweist, der durch die Säule geströmt ist, die die relativ höhere Probenmenge (oder im Wesentlichen die gesamte Probe) enthält. Das Eluat am Auslass, das in zwei oder mehr Teilströme getrennt ist, kann somit einen Eluatteilstrom enthalten, der zumindest einen Teil oder den ganzen Teilstrom der mobilen Phase aufweist, der durch die Säule geströmt ist, die die relativ geringere Probenmenge (oder im Wesentlichen keine Probe) enthält. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Vorrichtung so gestaltet, dass sie die Eluatteilströme separat verarbeitet. Vorzugsweise ist der Auslass dazu gestaltet, einen Teilstrom eines Eluatstroms beim Verlassen der Säule so zu lenken, dass er separat von einem Rest des Eluats verarbeitet wird, wobei der Teilstrom aus einer begrenzten radialen Region der Säule kommt.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren einer Säulenchromatographie vorgesehen, aufweisend: das Vorsehen von mindestens zwei separaten Teilströmen einer mobilen Phase an einem Einlass einer Chromatographiesäule, die unabhängig voneinander steuerbar sind und von welchen mindestens einer eine Probe, die in Komponenten zu trennen ist, enthält; das Zuleiten der mindestens zwei separaten Teilströme der mobilen Phase in verschiedene radiale Regionen der Säule; das Strömenlassen der Teilströme der mobilen Phase in Längsrichtung durch die Säule in den verschiedenen radialen Regionen vom Einlass der Säule zu einem Auslass der Säule, um die Probe in Komponenten zu trennen. Vorzugsweise weist das Verfahren das Steuern der transversalen Diffusion der Probe aus dem Teilstrom mit der höheren Probekonzentration durch den Strom des anderen Teilstroms oder der anderen Teilströme auf.
Vorzugsweise enthält mindestens einer der separaten Teilströme der mobilen Phase die Probe in einer höheren Konzentration als in dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen.
Die mobile Phase verlässt die Säule durch den Auslass als ein Eluat und vorzugsweise umfasst das Verfahren das Trennen des Eluatstroms, während er die Säule durch den Auslass verlässt, in mindestens zwei separate Eluatteilströme. In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Verfahren das getrennte Verarbeiten der mindestens zwei Eluatteilströme.
Die vorliegende Erfindung kann zahlreiche Vorteile bieten. Die Erfindung ermöglicht das Einleiten der Probe in den Einlass der Säule, die vorzugsweise in einem der Teilströme der mobilen Phase enthalten ist, und dass dieser Teilstrom in eine begrenzte radiale Region, vorzugsweise die zentrale Region, der Säule eingeleitet wird und durch diese hindurchströmt. Ein solcher Teilstrom, der eine höhere Probenkonzentration enthält, wird hierin auch als der Probenstrom bezeichnet. Ein sogenannter Vorhangstrom kann dann durch einen oder mehrere der anderen Teilströme der mobilen Phase vorgesehen werden, der vorzugsweise durch die Wand oder periphere Region der Säule strömt (die die zentrale Region ringförmig umgibt), der die transversale Migration der Probe (d.h. Diffusion), z.B. die Migration zur Wand begrenzt. In gewissen bevorzugten Ausführungsformen weist der Vorhangstrom die Form eines ringförmigen Bands der mobilen Phase auf, die um den Probenstrom strömt, das die Form eines zentralen Bandes der mobilen Phase hat. Insbesondere bei Verwendung in Verbindung mit einem geteilten oder segmentierten Strom am Auslass tritt somit die Probe, die aus der Säule austritt, konzentriert in eine bestimmte radiale Region, vorzugsweise die zentrale Region, aus. Der Nachweis einer Probe kann dadurch verstärkt werden, indem die Probe innerhalb einer begrenzten Region der Säule, vorzugsweise der zentralen Region, gehalten und konzentriert wird, da dies für gewöhnlich die homogenste gepackte Region in einer gepackten Säule ist und wo die Probentrennungseffizienz für gewöhnlich auch am höchsten ist. Im Prinzip dient daher die Erfindung dazu, die Probe, die durch die Chromatographiesäule strömt, in einer definierten Region, vorzugsweise der zentralen, zylindrischen Region, des Säulenbetts zu halten, um den Nachweis von Komponenten zu verbessern, die aus der Säule eluieren. Die Erfindung dient somit zur Verringerung der transversalen Diffusion der Probe innerhalb der Säule, während sie sich in Längsrichtung durch die Säule fortbewegt. Verbesserungen im Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) chromatographischer Spitzen können somit durch das Eingrenzen der Probe in einem kleineren Eluatvolumen erreicht werden.
Bei einem weiteren Vorteil können die linearen Strömungsgeschwindigkeiten der verschiedenen mobilen Phasenteile gesteuert werden, vorzugsweise um im Wesentlichen gleich zu sein. Die Strömungsgeschwindigkeiten können entweder unter Verwendung separater Pumpen für die Teilströme (eine separate Pumpe für jeden Teilstrom), oder durch andere Mittel gesteuert werden, zum Beispiel durch Anordnen von Strömungsbegrenzern in der Rohrleitung, die jeden Teilstrom befördert (d.h. zum Erzeugen eines Differentialdrucks zwischen den Rohrleitungen, die jeden Teilstrom befördern, zum Beispiel zwischen peripheren Fluidleitungen und einer zentralen Fluidleitung). In einer herkömmlichen Säule mit einer einzigen Einlassöffnung wird der Probenstrom auf die zentrale Region des Säulenbetts fokussiert, in der Strömungsgeschwindigkeiten natürlich auf alle Fälle höher sind. Dies führt zu einem schalenförmigen Probenband, wobei sich die Probe in der zentralen Region schneller bewegt und sich die Probe in der peripheren oder Wandregion langsamer bewegt. Die vorliegende Erfindung kann diesen Mangel durch Anordnen separater Ströme verschiedener Teilströme der mobilen Phasen, wie eines zentral fließenden Teilstroms und eines zusätzlichen peripher fließenden Teilstroms, beheben oder verringern, wobei ihre Strömungsgeschwindigkeiten so gestaltet werden können, dass sie im Wesentlichen dieselben sind, wodurch ein Strömungsgeschwindigkeitsprofil im transversalen Querschnitt vorgesehen wird, das im Wesentlichen flach oder zumindest signifikant flacher als im herkömmlichen Fall ist. Flache Strömungsprofile können Spitzen an den Auslass in einem schmäleren Zeitband ausgeben (d.h. schmälere Spitzenbreiten im Chromatogramm) und somit die Auflösung verbessern.
Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung eines Vorhangstroms, der nur Lösemittel ist, die Probe die Wand überhaupt nicht berühren könnte. Es hat sich gezeigt, dass bis zu 100% der Probe so angeordnet werden können, dass sie aus der zentralen Region der Säule eluieren und bis zu nur 0% peripher zu dieser Region eluieren. Mit dem Vorhangstrom kann somit erreicht werden, dass es im Wesentlichen keinen Probenverlust bis null aus der zentralen Region gibt und im Wesentlichen bis zu 100% Lösemittel wiedergewonnen werden, das im peripheren Vorhangstrom verwendet wird. Daher kann die Probe so angeordnet werden, dass sie als Pfropfen durch die Mitte der Säule eluiert. Dies bietet einen der Hauptvorteile des Vorhangstroms, nämlich die Erhöhung der Probenkonzentration, die durch Kanalisieren der konzentrierten Probe aus der zentralen Region über einen zentralen Auslass des Stroms geringeren Volumens zu einem separaten Verarbeitungsmittel, vorzugsweise einer Probensammelvorrichtung oder einem Detektor, erreicht wird. Das bis zu 100% gewonnene Lösemittel, das im Vorhangstromteil der mobilen Phase verwendet wird, kann wiederverwendet werden, was zu zahlreichen Umweltvorteilen führt.
Der Auslass der Vorrichtung kann dazu gestaltet sein, das Eluat duch eine einzige Ausgangsöffnung zu sammeln, wie in einer herkömmlichen Anordnung, oder er kann dazu gestaltet sein, den Eluatstrom in zwei oder mehr Teilströme zu teilen oder zu segmentieren, zum Beispiel durch zwei oder mehr Ausgangsöffnungen, wie in der Folge ausführlicher beschrieben ist.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen enthält mindestens eine der separaten Verarbeitungsarten vorzugsweise den Nachweis des Eluats. Die vorliegende Erfindung kann zum Beispiel einen verstärkten Nachweis von Proben und eine verbesserte Testleistung von einer Chromatographiesäule ermöglichen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Erfindung zum Beispiel einen tieferen Grenzwert für einen Nachweis von Spezies, die chromatographiert werden, aufgrund einer verbesserten Nachweisempfindlichkeit und/oder verbesserten Spitzenkapazität und Spitzenauflösung in einem chromatographischen Test ermöglichen. Es hat sich gezeigt, dass die Anzahl theoretischer Böden signifikant erhöht werden kann.
Es ist klar, dass als eine Alternative zur Verbesserung der Spitzenauflösung für eine gegebene Säulenlänge die Erfindung die Verwendung kürzerer Säulen ermöglichen kann, um eine bestimmte Spitzenauflösung im Vergleich zu einem analogen herkömmlichen System zu erreichen. Eine kürzere Säule ermöglicht die Durchführung schnellerer chromatographischer Trennungen. Ein weiterer Vorteil ist zum Beispiel, dass die Verwendung nur eines Teilstroms des Eluats für einen Nachweis bedeuten kann, dass eine verringerte Lösemittellast in den Detektor eingeleitet wird, was für gewisse Detektoren, wie Massenspektrometer und andere Detektoren, die in einer Vakuumumgebung arbeiten, oder Detektoren der Biotyp-Reaktion, wie Antioxidans-Detektoren, die in der Entdeckung medizinischer Verbindungen verwendet werden, günstig sein kann. Die Erfindung kann daher die Verwendung von Säulen herkömmlicher Größe mit MS-Nachweis besser ermöglichen. In Bezug auf die präparative Chromatographie kann die Erfindung die Sammlung reinerer Fraktionen von Proben aufgrund der verbesserten Trennungseffizienz ermöglichen. Diese und andere Vorteile werden ausführlicher beschrieben und werden aus der folgenden Beschreibung der Erfindung offensichtlicher.
Die Vorrichtung weist eine Chromatographiesäule auf, die für gewöhnlich eine Flüssigkeitschromatographiesäule ist, aber eine superkritische Fluid-Chromatographiesäule sein kann, wobei die Säule einen Einlass und einen Auslass hat, wobei eine mobile Phase, die ein Lösemittel und eine Probe enthält, die zu trennen sind, durch den Einlass in die Säule geleitet werden kann und in Längsrichtung (d.h. axial) entlang der Säule zum Auslass strömen kann.
Der Einlass ist vorzugsweise so gestaltet, dass er einen Strom der mobilen Phase in die Säule so leitet, dass die mobile Phase in mindestens zwei separaten Teilströmen vorgesehen ist, wobei jeder Teilstrom vorzugsweise separat, z.B. über seinen eigenen Satz aus einem oder mehreren Zuleitungskanälen, eingeleitet wird. In gewissen bevorzugten Ausführungsformen strömt ein Teilstrom der mobilen Phase in einer anderen Region der Säule als ein anderer Teilstrom in und durch die Säule und wird bevorzugter separat von dem anderen Teilstrom erfasst oder gesammelt. Die Konfiguration des Säuleneinlasses ermöglicht eine Trennung des Stroms der mobilen Phase an der Säule. Dies wiederum ermöglicht einen Vorhangstrom eines Teilstroms der mobilen Phase effektiv separat von einem zentralen Strom.
Vorzugsweise ist der Einlass zum Zuleiten eines Stroms der mobilen Phase in die Säule in mindestens zwei separaten Teilströmen ausgestaltet: mindestens einem ersten Teilstrom und einem zweiten Teilstrom. Vorzugsweise enthält ein erster Teilstrom der mobilen Phase die Probe in einer höheren Konzentration als der zweite Teilstrom. Somit ist in solchen Fällen die Probenkonzentration in jedem Teilstrom unabhängig steuerbar. Dies kann in einem einfachen Fall durch Anordnen eines Probeninjektionsventils erreicht werden, um die Probe in einen der Teilströme (einen ersten Teilstrom) in einer steuerbaren Menge zu injizieren, nicht aber in den anderen Teilstrom oder die anderen Teilströme, zum Beispiel indem das Probenventil auf einer Leitung, durch die nur einer der Teilströme hindurchströmt, vor dem Säuleneinlass angeordnet wird. Der andere Teilstrom oder die anderen Teilströme haben möglicherweise jeweils kein Probeninjektionsventil auf der Leitung, durch die nur einer der Teilströme vor dem Säuleneinlass hindurchströmt, so dass der andere Teilstrom nur Lösemittel enthält, oder kann (können) ein separates Probeninjektionsventil auf der Leitung haben, um eine andere Probenmenge (einschließlich des Falls keiner Probe) als jene zuzuleiten, die in den ersten Teilstrom eingespritzt wurde.
Die Zusammensetzung der Teilströme der mobilen Phase kann steuerbar sein. Dadurch können die Teilströme der mobilen Phase dieselbe oder eine unterschiedliche Zusammensetzung haben, z.B. dieselben oder verschiedene Lösemittel haben. Ein Teilstrom, z.B. ein radial peripherer Teilstrom, kann sogar ein Nicht-Lösemittel oder zumindest ein Lösemittel mit geringerer Löslichkeit für die zu trennende Probe (z.B. Wasser) sein, wodurch das Zurückhalten der Probe im anderen, z.B. radial zentralen, Teilstrom gefördert wird.
Vorzugsweise werden mindestens zwei separate Teilströme der mobilen Phase zu verschiedenen Regionen der Säule geleitet, z.B. kann der erste Teilstrom zu einer ersten Region geleitet werden und der zweite Teilstrom kann zu einer zweiten Region der Säule geleitet werden, insbesondere zum Säulenbett.
Bevorzugter können die mindestens zwei separaten Teilströme zu verschiedenen radialen Regionen der Säule geleitet werden, z.B. kann der erste Teilstrom zu einer ersten radialen Region geleitet werden und der zweite Teilstrom kann zu einer zweiten radialen Region der Säule geleitet werden, die sich von der ersten radialen Region unterscheidet. Der Begriff radiale Region bezeichnet hier eine Region im transversalen Querschnitt oder der transversalen Ebene der Säule, d.h. der Querschnitt oder die Ebene senkrecht zur Mittel- oder Längsachse der Säule. Der Begriff „radial“ bezieht sich somit hier auf eine Richtung senkrecht zur Mittel- oder Längsachse der Säule. Vorzugsweise ist die erste Region der Säule eine radiale Region, die im Wesentlichen von den Wänden der Säule entfernt liegt. Vorzugsweise ist die Säule eine gepackte Säule mit einem Säulenbett darin und eine erste Region der gepackten Säule ist eine radiale Region, durch die eine mobile Phase in Längsrichtung durch den am homogensten gepackten Teil des Säulenbetts geht. Noch bevorzugter wird der erste Teilstrom der mobilen Phase zu einer zentralen radialen Region der Säule geleitet und fließt durch diese hindurch und der zweite Teilstrom wird zu einer radialen Region geleitet und fließt durch diese hindurch, die sich radial außerhalb der zentralen radialen Region befindet, d.h. eine periphere Region ist. Äußerst bevorzugt ist die zentrale radiale Region der Säule eine Region, die sich im Wesentlichen auf einer Mittelachse befindet, die in Längsrichtung durch die Säule vom Einlass zum Auslass verläuft. Auf diese Weise kann ein zentraler Kern des mobilen Phasenstroms, der vorzugsweise eine höhere Probenkonzentration und besser aufgelöste Komponenten enthält, als ein Teilstrom zu einem Detektor oder einem anderen Verarbeitungsmittel gelenkt werden, während ein Rest des Stroms, z.B. als ein Teilstrom oder mehrere andere Teilströme, woanders hin gelenkt wird, z.B. zu einem oder mehreren verschiedenen Verarbeitungsmittel(n). Somit wird vorzugsweise der erste Teilstrom anders und separat vom Rest des Stroms verarbeitet. In einigen Ausführungsformen ist der Einlass so angeordnet, dass er den Strom einer mobilen Phase in mehr als zwei Teilströmen in die Säule leitet, zum Beispiel kann der Einlass in solchen Ausführungsformen so angeordnet sein, dass er den Strom in drei oder mehr separaten Teilströmen zur Säule leitet.
Wie oben festgestellt, nimmt die Konzentration in einem sich bewegenden Probenband innerhalb einer gepackten LC-Säule mit zunehmendem Abstand von der Säulenmittelachse aufgrund eines ungleichmäßigen Stroms innerhalb und über den Säulendurchmesser und teilweise aufgrund der Diffusion und den zugehörigen Massentransfereffekten ab, die mit dem Transport in und um ein gepacktes Bett verbunden sind, dessen eigene Dichte und Homogenität mit der Wirksamkeit variieren können, mit der die Säule gefüllt ist. Das sich bewegende Probenband neigt auch dazu, eine parabolische Form aufzuweisen. Diese Phänomene können zu Nachteilen bei der Probentrennungseffizienz, dem Nachweis und der Auflösung führen, da ein herkömmlicher Säulenauslass Eluat über den gesamten Durchmesser der Säule sammelt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch, dass der Strom einer mobilen Phase, der in die Säule eintritt, so segmentiert wird, dass ein Teilstrom von mindestens einem anderen Teilstrom getrennt wird und die Teilströme im Wesentlichen parallel entlang der Säule strömen können. Zum Beispiel kann ein Teilstrom der mobilen Phase, der eine relativ höhere Konzentration einer Probe enthält, selektiv durch die zentrale Region der Säule strömen und vorteilhaft separat bei einem Detektor so gelenkt werden, dass ein verbesserter Nachweis bereitgestellt wird, in dem Spitzen auch besser aufgelöst sind. Das heißt, die Komponentenbänder in einer chromatographierten Probe werden im zentralen Kern der Säule weniger axial verbreitert, so dass Spitzen im Chromatogramm aufgrund des Nachweises benachbarter Komponenten in einer Probe besser getrennt oder aufgelöst werden. In den bevorzugteren Ausführungsformen wird der Nachweis dadurch nur auf den Teilstrom fokussiert, der aus dem mittleren Kern der Säule, d.h. der zentralen radialen Region, eluiert, da dieser eine relativ höhere Konzentration einer Probe hat als die radial äußere Region, die näher zu den Säulenwänden liegt. Ein Auslass der Säule ist somit vorzugsweise so gestaltet, dass der Eluatstrom, der die Säule verlässt, in verschiedene Teilströme geteilt wird, die aus verschiedenen Regionen der Säule kommen, wobei die verschiedenen Teilströme separat verarbeitet werden.
Da jedoch die Probenmigration zu der Wand reduziert ist, ergibt sogar das Sammeln des Eluats aus der ganzen Säulenbreite, z.B. durch eine einzelne Ausgangsöffnung, eine Verbesserung bei der Trenneffizienz im Vergleich zu einer konventionellen Injektionsanordnung, da im Fall der Erfindung mehr von der Probe durch die effektive zentrale Region der Säule und weniger durch die Wandregion, die im Allgemeinen das Probenband stärker spreizt und die Trenneffizienz reduziert, hindurchgetreten ist. Dementsprechend verlässt die mobile Phase bei einigen Ausführungsformen die Säule als ein Eluatstrom, um als ein einzelner Teilstrom verarbeitet zu werden, d.h., wobei die mobile Phase von allen radialen Regionen der Säule wird als ein einzelner Teilstrom verarbeitet. In solchen Fällen kann der Eluatstrom die Säule durch eine einzelne Auslassöffnung oder durch mehrere Auslassöffnungen verlassen, die das Eluat sammeln und es kombinieren, damit es als ein einzelner Teilstrom verarbeitet wird.
Die Erfindung erzeugt dadurch vorzugsweise einen Strom einer mobilen Phase (bevorzugter nur Lösemittel), der hierin als Vorhangstrom bezeichnet wird, der durch einen der Teilströme der mobilen Phase gebildet wird, der vorzugsweise in einer radialen äußeren Region der Säule eingeleitet wird, um somit durch die Säule in einer radial äußeren Region der Säule zu strömen. Dieser Vorhangstrom bewegt sich vorzugsweise bei einer vergleichbaren, bevorzugter im Wesentlichen derselben, linearen Geschwindigkeit wie der Teilstrom der mobilen Phase, der eine relativ höhere Konzentration einer Probe enthält (bevorzugter die gesamte Probe enthält), der hierin als Probenstrom bezeichnet wird, der vorzugsweise in einer radial zentralen Region der Säule eingeleitet wird, um somit durch die Säule in einer radial zentralen Region der Säule zu strömen. Diese Übereinstimmung von Geschwindigkeiten bietet somit einen Strömungswiderstand zu der transversalen Diffusion der Probe aus dem Probenstrom innerhalb der Säule. Auf diese Weise wird ein zentraler Teilstrom der mobilen Phase von einem peripheren Teilstrom der mobilen Phase getrennt gehalten.
Die Vorrichtung ist somit vorzugsweise für separate Ströme aus verschiedenen Teilströmen der mobilen Phase angeordnet, wie einen zentralen Teilstrom und einen zusätzlichen peripheren Teilstrom, wobei ihre Strömungsgeschwindigkeiten so gestaltet werden können, dass sie im Wesentlichen dieselben sind, wodurch ein Strömungsgeschwindigkeitsprofil im transversalen Querschnitt bereitgestellt wird, das im Wesentlichen flach oder viel flacher als im herkömmlichen Fall ist. Flache Strömungsprofile geben auch Spitzen zum Auslass in einem schmäleren Zeitband ab (d.h. schmälere Spitzenbreiten im Chromatogramm). In gewissen Ausführungsformen kann eine geringere Strömungsgeschwindigkeit in der zentralen Region relativ zur peripheren Region vorliegen.
Wenn der mobile Phasenstrom den Auslass der Säule erreicht, wird das Eluat vorzugsweise derart getrennt, dass eine wesentliche Mischung der Teilströme des mobilen Phasenstroms vermieden wird. Am Auslass der Säule wird das Eluat vorzugsweise derart geteilt, dass der Vorhangstrom vom Probenstrom getrennt gehalten wird. Auf diese Weise kann zum Beispiel ein zentraler Strom, der eine relativ höhere Probenkonzentration enthält, zu einem Detektor gelenkt werden, während ein peripherer Strom (Vorhangstrom) woanders hin gelenkt wird. Dies kann den unteren Nachweisgrenzwert für zu chromatographierende Komponenten verbessern und die Spitzenkapazität in einem chromatographischen Test verbessern, mit dem Vorteil, dass eine verbesserte Testleistung erhalten wird.
Das Verhältnis der jeweiligen Volumina der verschiedenen Teilströme des mobilen Stroms kann variiert werden und somit kann die Stromsegmentierung abstimmbar sein. Das optimale Strömungsverhältnis hängt für gewöhnlich von dem besonderen ausgeführten Experiment ab. Ferner kann die Menge eines Stroms durch eine periphere Region, der wenig oder keine Probe enthält, gegenüber der Menge eines Stroms durch eine zentrale Region der Säule, der die Probe enthält, variiert werden, um die Umweltbelastung des Prozesses zu berücksichtigen. Diese Erfindung stellt in vorteilhafter Weise ein abstimmbares System bereit, das ökonomische wie auch umweltbezogene Vorteile ins Gleichgewicht bringen kann.
Das Verhältnis des Stroms kann durch verschiedene Mittel variiert werden, wie in der Folge ausführlicher beschrieben ist. Vorzugsweise ist ein Teilstrom der mobilen Phase 70% oder weniger (auf das Volumen bezogen), oder 50% oder weniger, bevorzugter 30% oder weniger der gesamten mobilen Phase. Zum Beispiel kann der eine Teilstrom 50% oder weniger, 45% oder weniger, 40% oder weniger, 35% oder weniger, 30% oder weniger, 25% oder weniger, 20% oder weniger, 15% oder weniger, 10% oder weniger, oder 5% oder weniger der gesamten mobilen Phase sein. Dieser eine Teilstrom ist vorzugsweise ein Teilstrom, der durch eine zentrale radiale Region der Säule strömt.
Das Verhältnis der jeweiligen Volumina der verschiedenen Teilströme des mobilen Phasenstroms kann durch Wählen des Flächenverhältnisses verschiedener Frittensegmente und/oder durch Wählen der Anzahl und/oder Größe der Einlassöffnungen variiert werden, wie hierin in der Folge ausführlicher beschrieben ist.
Der Einlass ist vorzugsweise mit einer Einlassfritte versehen, wobei die Fritte derart angeordnet ist, dass die mobile Phase, die in die Säule eintritt, durch die Fritte strömt. Vorzugsweise ist die Einlassfritte im Innendurchmesser der Säule am Einlass angeordnet.
Die Einlassfritte ist vorzugsweise eine Einlassfrittenanordnung, die zum Trennen des Stroms einer mobilen Phase, wenn er in die Säule eintritt, in mindestens zwei separate Teilströme gestaltet ist. Die derartige Konfiguration der Fritte ermöglicht eine Trennung des Stroms einer mobilen Phase an der Säule, nicht nach der Säule, um getrennte Teilströme in der Säule zu erzeugen. Zur Teilung des Stroms ist die Einlassfrittenanordnung vorzugsweise eine geteilte Frittenanordnung (hierin auch als segmentierte Frittenanordnung bezeichnet), die mindestens zwei separate Frittensegmente aufweist, die durch eine oder mehrere Strömungsbarrieren voneinander getrennt sind, z.B. kann ein nicht poröser Körper eine Strömungsbarriere vorsehen oder eine nicht poröse Beschichtung kann eine Strömungsbarriere vorsehen, wobei z.B. eine solche Beschichtung an einer oder mehreren Oberflächen mindestens eines der separaten Frittensegmente vorgesehen ist, wobei eine oder mehrere beschichtete Oberflächen gegen das oder die anderen Frittensegment(e) liegen. Somit kann der mobile Phasenstrom durch das eine oder die mehreren erste(n) Frittensegment(e) den ersten Teilstrom des mobilen Phasenstroms vorsehen und der mobile Phasenstrom durch ein zweites oder mehrere zweite Frittensegment(e) kann den zweiten Teilstrom des mobilen Phasenstroms vorsehen, da der mobile Phasenstrom durch das (die) erste(n) Frittensegment(e) vom mobilen Phasenstrom durch das (die) zweite(n) Frittensegment(e) durch die Fluidbarriere in der Form des nicht porösen Körpers getrennt ist. Die Strömungsbarriere verhindert einen lateralen, d.h. radialen, Eluatstrom zwischen den Frittensegmenten während das Eluat durch die Frittenanordnung geht, wodurch eine Stromtrennung in separate Teilströme möglich wird. Da die Segmente der geteilten Fritte verschiedene Regionen, insbesondere verschiedene radiale Regionen, der Säule einnehmen, bestimmt die geteilte Fritte, dass mindestens zwei separate Teilströme der mobilen Phase in verschiedene Regionen der Säule, vorzugsweise verschiedene radiale Regionen wie beschrieben geleitet werden. Andererseits ist ein einziges Frittenstück weniger effizient, da der Strom einer mobilen Phase durch die Fritte weniger geordnet ist und daher die mobile Phase darin bis zu einem unerwünschten Grad gemischt werden kann, während sie durch die Fritte strömt.
Eine bevorzugte Konfiguration einer Frittenanordnung mit geteiltem Einlass weist mindestens ein mittleres Frittensegment, einen nicht porösen Körper, der das mindestens eine mittlere Frittensegment umgibt, und mindestens ein äußeres Frittensegment, das das mindestens eine mittlere Frittensegment umgibt, aber von dem nicht porösen Körper getrennt ist, auf. Bevorzugter weist die geteilte Fritte ein radial zentrales mittleres Frittensegment, einen nicht porösen Körper, der das mittlere Frittensegment ringförmig umgibt, und ein äußeres Frittensegment, das den nicht porösen Körper ringförmig umgibt, auf. Äußerst bevorzugt befindet sich das radial zentrale mittlere Frittensegment im Wesentlichen auf der Mittelachse, die in Längsrichtung durch die Säule vom Einlass zum Auslass verläuft. Solche geteilte Frittenkonfigurationen ermöglichen, dass das oder die zentrale(n) Frittensegment(e) einen Teilstrom zu einer zentralen radialen Region der Säule erzeugt (erzeugen) und das (die) äußere(n) Frittensegment(e) einen Teilstrom zu einer radialen Region erzeugt (erzeugen), die radial außerhalb (peripher) der zentralen radialen Region liegt.
Das mittlere Frittensegment und äußere Frittensegment können verschiedene relative Flächen haben, wodurch der mobile Phasenstrom in Teilströme aus zentralen und peripheren Regionen unterschiedlicher relativer Flächen geteilt wird. Das Verhältnis der Flächen der Frittensegmente kann dadurch ein Mittel zum Variieren des Verhältnisses der jeweiligen Volumina der Teilströme des mobilen Phasenstroms sein. Zum Beispiel kann das Verhältnis der Fläche des äußeren Frittensegments zur Fläche des zentralen Frittensegments z.B. von 90%:10% bis 50%:50%, gewöhnlicher von 80%:20% bis 50%:50% variieren, aber es können auch Verhältnisse außerhalb dieser Bereiche verwendet werden. Ein bevorzugtes Verhältnis der Fläche des äußeren Frittensegments zur Fläche des zentralen Frittensegments ist von etwa 6:1 bis etwa 1:1, bevorzugter von etwa 3:1 bis etwa 1:1, noch bevorzugter von etwa 2,5:1 bis etwa 1,5:1, und ist äußerst bevorzugt etwa 2:1.
Die Frittensegmente können dieselbe oder eine unterschiedliche Dichte haben. Zum Beispiel kann das zentrale Frittensegment eine andere Dichte haben als das äußere Frittensegment. In einer Art von Ausführungsform kann das zentrale Frittensegment eine geringere Dichte haben als das äußere Frittensegment. Somit kann die mobile Phase so gesteuert werden, dass sie vorzugsweise durch ein Frittensegment geringerer Dichte relativ zu einem Frittensegment höherer Dichte strömt.
Die Einlassfrittenanordnung weist für gewöhnlich einen äußeren nicht porösen Anschluss auf, der vorzugsweise aus Polymer besteht, der z.B. zum Einlassende der Säule passt, so dass die Frittenanordnung eine Frittenkappe bildet. Ein solcher äußerer Anschluss ist bevorzugt, da zum Beispiel eine Stahlfritte nicht gut gegen eine Stahlsäulenwand abdichtet. Der Polymeranschluss kann aus verschiedenen Polymeren bestehen, z.B. PTFE, ETFE, PEEK oder Kel-F, bevorzugter PEEK. Im Allgemeinen können sämtliche nicht porösen Teile der Frittenanordnung aus Kunststoff oder Polymer, z.B. PTFE, ETFE, PEEK oder Kel-F, bevorzugter PEEK, bestehen.
Die Einlassfrittenanordnung kann in einigen anderen Ausführungsformen eine einstückige poröse Fritte, d.h. anstelle von Frittensegmenten, aufweisen. Die einstückige poröse Fritte kann wie in den anderen beschriebenen Ausführungsformen in einem äußeren nicht-porösen, vorzugsweise polymeren, Anschluss gehalten werden, der z.B. zum Auslass der Säule passt, so dass die Frittenanordnung eine Frittenkappe bildet.
Der äußere nicht poröse Anschluss kann Öffnungen haben, die eine separate Einleitung des Stroms der mobilen Phase ermöglichen. Zum Beispiel kann der äußere nicht poröse Anschluss eine radial zentrale Öffnung aufweisen, so dass ein Durchfluss eines Teilstroms der mobilen Phase durch die Fritte zu einer radialen zentralen Region der Säule möglich ist, und kann eine oder mehrere periphere Öffnung(en) radial außerhalb der zentralen Öffnung haben, so dass ein Durchfluss eines Teilstroms der mobilen Phase durch die Fritte zu einer peripheren radialen Region der Säule (die die radial zentrale Region umgibt) möglich ist. Der Teilstrom des mobilen Phasenstroms zur peripheren Region der Säule kann von den Außenseiten der Fritte eingeleitet werden, indem z.B. eine oder mehrere periphere Öffnung(en) in den Seitenwänden des äußeren nicht porösen Anschlusses vorgesehen sind.
Die Einlassfrittenanordnung hat vorzugsweise eine kreisförmige äußere Form, so dass sie zu einer Säule mit kreisförmigem Querschnitt passt, obwohl abhängig von der Säulenform zum Beispiel Frittenanordnungen anderer Formen verwendet werden können.
Das Material der Einlassfritte kann ein herkömmliches Frittenmaterial sein, das in LC verwendet wird, z.B. Stahl. Somit kann die Fritte einfach eine geteilte Gestalt aufweisen, wie hierin beschrieben, um den Eluatstrom zu teilen, der durch sie hindurch strömt. Zum Beispiel können das Frittenmaterial, die Dicke (Tiefe) und Porosität herkömmlich sein, wie sie in LC-Systemen verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Fritte mit einer typischen Dicke von 0,25 bis 2 mm verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Fritte mit einer nominellen Porosität von 2 µm verwendet werden. Fritten mit anderen Porositäten, z. B. im Bereich von nominell 0,1 - 20 µm, können jedoch verwendet werden. Der nicht poröse Körper der Ausführungsformen mit geteilter Fritte besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff oder Polymer, z.B. PTFE, ETFE, PEEK oder Kel-F, bevorzugter PEEK, oder kann aus einem Metall, z.B. Edelstahl, bestehen. Solche nicht porösen Materialien können auch als eine Dünnschicht oder Beschichtung auf einer oder mehreren Oberfläche(n) eines Frittensegments oder mehrerer Frittensegmente vorgesehen sein, die gegen ein anderes Frittensegment liegt bzw. liegen, um eine Strömungsbarriere vorzusehen. Die nicht poröse Strömungsbarriere könnte auch aus einem Metall bestehen. Eine solche Metallbarriere könnte durch Sputtern als Dünnschicht oder Beschichtung auf einer oder mehreren Oberfläche(n) eines Frittensegments oder mehrerer Frittensegmente gebildet sein, die gegen ein anderes Frittensegment liegt bzw. liegen.
Die Breite (d.h. gemessen in die radiale Richtung) der Strombarriere oder des nicht porösen Körpers ist vorzugsweise im Vergleich zur Breite der Frittensegmente klein, d.h. ist vorzugsweise kleiner als die Breite jedes der Frittensegmente. Sie ist vorzugsweise so klein wie möglich, im Idealfall in Mikrogröße.
Vorzugsweise befinden sich der Säuleneinlass und -auslass jeweils am Ende der Säule, d.h. an gegenüberliegenden Enden der Säule. Die Säule hat in Verwendung vorzugsweise einen Einlassströmungsverteiler an seinem Einlassende, z.B. zum Erzeugen des Vorhangstroms um einen zentralen Strom. Der Strömungsverteiler ist vorzugsweise so gestaltet, dass er den mindestens ersten und zweiten Teilstrom des mobilen Phasenstroms in separaten Kanälen transportiert, d.h. der erste Teilstrom wird in einem oder mehreren Kanälen getrennt vom zweiten Teilstrom transportiert usw. Der Einlassströmungsverteiler ist somit effektiv ein Verteiler für den mobilen Phasenstrom. Der Einlassströmungsverteiler kann als ein Säulenendstück vorgesehen sein, d.h. ein abnehmbares Endstück, das in Gebrauch lösbar am Säulenauslassende angebracht ist. Alternativ kann der Einlassströmungsverteiler einstückig mit dem Einlassende der Säule gebildet sein. In einer bevorzugten Anordnung ist der Einlassströmungsverteiler ein separates Endstückteil, das in Gebrauch am Ende der Säule angebracht ist. Es ist jedoch klar, dass es in anderen Ausführungsformen möglich ist, dass der Strömungsverteiler einstückig mit der Säule mit mehreren separaten Kanälen gebildet ist, um den mindestens ersten und zweiten Teilstrom des mobilen Phasenstroms zu befördern. In solchen einstückigen Ausführungsformen ist der Strömungsverteiler kein separates Teil. Obwohl hierin vorwiegend die bevorzugte Ausführungsform eines separaten Endstücks verwendet wird, um den Einlassströmungsverteiler darzustellen, sind die Merkmale eines solchen Endstückes im Allgemeinen auch bei dem Fall anwendbar, wo der Strömungsverteiler einstückig mit dem Säulenende ausgebildet ist.
Der Einlassströmungsverteiler ist so gestaltet, dass er mehrere separate Kanäle aufweist, um den mindestens ersten und zweiten Teilstrom des mobilen Phasenstroms zu befördern. Der Einlassströmungsverteiler alleine kann zum Zuleiten des mobilen Phasenstroms in den separaten Teilströmen gestaltet sein, wenn z.B. eine standardmäßige (nicht geteilte) Fritte am Einlass verwendet wird. Der Einlassströmungsverteiler hat somit mehrere separate Kanälen zum Einströmen des mindestens ersten und zweiten Teilstroms der mobilen Phase. Die separaten Teilströme der mobilen Phase können dadurch zu verschiedenen Regionen der Säule verteilt werden. Wie oben beschrieben, ist der Strömungsverteiler vorzugsweise als ein Endstück vorgesehen, wobei das Endstück die mehreren separaten Kanäle enthält.
Die separaten Kanäle des Einlassströmungsverteilers, z.B. des Endstücks, sind vorzugsweise so angeordnet, dass sie Teilströme des mobilen Phasenstroms befördern, die zu verschiedenen Regionen der Säule, bevorzugter verschiedenen radialen Regionen der Säule, wie beschrieben, geleitet werden. Die separaten Kanäle des Strömungsverteilers können einen ersten Satz von mindestens einem Kanal (vorzugsweise einem ersten Kanal) aufweisen, der sich im Verteiler befindet, so dass er in Gebrauch in einer ersten Region, vorzugsweise ersten radialen Region, der Säule liegt. Zum Beispiel liegt im Fall eines Einlassströmungsverteilers, der die Form eines Endstücks aufweist, der erste Satz von mindestens einem Kanal des Endstücks im Anschluss derart, dass, wenn es am Einlassende der Säule angebracht ist, der erste Satz in einer ersten Region, vorzugsweise ersten radialen Region, der Säule liegt. Die erste radiale Region ist vorzugsweise die zentrale radiale Region der Säule, die bevorzugter im Wesentlichen auf einer Mittelachse liegt, die in Längsrichtung durch die Säule verläuft, und ein erster Satz von mindestens einem Kanal wird hierin in diesem Fall als ein zentraler Einlasskanalsatz bezeichnet. Der erste oder zentrale Kanalsatz befördert einen ersten Teilstrom des mobilen Phasenstroms. Der erste Satz von mindestens einem Kanal (z.B. der zentrale Kanalsatz) ist vorzugsweise radial mit einem zentralen Frittensegment einer geteilten Einlassfrittenanordnung ausgerichtet, wenn eine geteilte Frittenanordnung verwendet wird. Die separaten Kanäle des Einlassströmungsverteilers können einen zweiten Satz von mindestens einem Kanal (vorzugsweise mehreren Kanälen) aufweisen, der sich im Verteiler befindet, so dass er in Gebrauch in einer zweiten Region, vorzugsweise zweiten radialen Region, der Säule liegt. Zum Beispiel liegt im Fall eines Strömungsverteilers, der die Form eines Endstücks aufweist, der zweite Satz von mindestens einem Kanal (vorzugsweise mehreren Kanälen) des Endstücks im Anschluss so, dass, wenn er an dem Einlassende der Säule angebracht ist, der zweite Satz von mindestens einem Kanal in einer zweiten Region, vorzugsweise zweiten radialen Region, der Säule liegt. Die zweite radiale Region ist vorzugsweise eine radiale Region, die radial außerhalb oder peripher der zentralen radialen Region liegt, und ein zweiter Satz von mindestens einem Kanal wird in diesem Fall hierin als ein äußerer oder peripherer Einlasskanalsatz bezeichnet. Der zweite oder äußere oder periphere Kanalsatz befördert einen zweiten Teilstrom des mobilen Phasenstroms. Der zweite Satz von mindestens einem Kanal (z.B. der äußere oder periphere Einlasskanalsatz) ist vorzugsweise radial mit einem äußeren oder peripheren Frittensegment einer geteilten Einlassfrittenanordnung ausgerichtet, wenn eine geteilte Frittenanordnung verwendet wird. Ein dritter Satz und optional weitere Sätze aus einem Kanal oder mehreren Kanälen können in anderen Ausführungsformen im Strömungsverteiler enthalten sein, z.B. wo dritte und optional weitere getrennte Teilströme der mobilen Phase zur Säule geleitet werden. In bevorzugten Ausführungsformen weist der erste Kanalsatz zum Zuleiten eines ersten Teilstroms der mobilen Phase einen radial zentralen Kanal auf und der zweite Satz weist mehrere äußere Kanäle radial außerhalb des zentralen Kanals aus. Es ist jedoch klar, dass in Ausführungsformen der erste Satz mehrere zentrale Kanäle, d.h. in einer zentralen radialen Region, und mehrere äußere Kanälen radial außerhalb des ersten Satzes von Kanälen aufweisen kann. In anderen Ausführungsformen kann der zentrale Kanal fehlen. Der mobile Phasenstrom durch die mehreren zentralen Kanäle kann in solchen Fällen gesammelt und letztendlich als ein erster Teilstrom separat vom Strom aus den mehreren äußeren Kanälen verarbeitet werden, die gesammelt und als ein separater, zweiter Teilstrom verarbeitet werden können.
Vorzugsweise ist der Einlassströmungsverteiler sehr nahe bei oder, äußerst bevorzugt, in Kontakt mit der Einlassfrittenanordnung angeordnet, so dass die Teilströme der mobilen Phase, die durch die jeweiligen Sätze von Kanälen im Einlassströmungsverteiler gegangen sind, jeweils durch die Frittenanordnung als erster und zweiter Teilstrom der mobilen Phase in verschiedenen radialen Regionen der Säule gehen. Durch Anordnen des Strömungsverteilers in direktem Kontakt mit der Frittenanordnung ist es weniger wahrscheinlich, dass Hohlräume eingeleitet werden. Der Einlassströmungsverteiler kann in Gebrauch bündig gegen die Frittenoberfläche sitzen. Der Strömungsverteiler kann in Gebrauch in Kontakt mit einem oder mehreren der nicht porösen Teile der Frittenanordnung sein, so dass das eine oder die mehreren nicht porösen Teil(e) für eine Dichtung zwischen der Fritte (z.B. den Frittensegmenten) und dem Strömungsverteiler sorgen, wodurch benachbarte Teilströme des mobilen Phasenstroms am Einlass voneinander abgedichtet werden. Zum Beispiel können der nicht poröse äußere Frittenanschluss und/oder die nicht poröse Strömungsbarriere (die die porösen Frittensegmente trennt) gegen den Strömungsverteiler abdichten, um dadurch die Teilströme der mobilen Phase getrennt zu halten, während sie durch die Einlassfritte gehen.
Die Kanäle durch den Einlassströmungsverteiler, vorzugsweise das Endstück, haben vorzugsweise jeweils eine Eingangs- oder Einlassöffnung an ihrem stromaufwärts liegenden Ende, an die ein Zuleitungsrohr angeschlossen werden kann, um die mobile Phase zur Säule zu befördern. Die Anzahl von Kanälen kann gleich der Anzahl von Eingangsöffnungen sein oder nicht, zum Beispiel könnten in einigen Ausführungsformen beliebige zwei oder mehr Kanälen im Einlassströmungsverteiler eine Eingangsöffnung teilen. Vorzugsweise ist jedoch die Anzahl von Kanälen gleich der Anzahl von Eingangsöffnungen.
Vorzugsweise sind die äußeren oder peripheren Kanäle und ihre Öffnungen im Einlassströmungsverteiler symmetrisch um die Mittelachse der Säule angeordnet. Zum Beispiel können die äußeren oder peripheren Kanälen und ihre Öffnungen gleichmäßig beabstandet und/oder äquidistant von der Mittelachse/dem zentralen Kanal und der Öffnung sein. Die äußeren oder peripheren Kanälen und ihre Öffnungen könnten jedoch asymmetrisch angeordnet sein.
Vorzugsweise weist der Einlassströmungsverteiler einen zentralen Kanal und 2 bis 12 äußere Kanäle auf, d.h. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12 äußere Kanäle, bevorzugter einen zentralen Kanal und 3 bis 6 äußere Kanäle. Ein Einlassströmungsverteiler mit 3, 4, 5 oder 6 äußeren Kanälen ist ein gutes Beispiel. Diese Zahlen sind jedoch für die Erfindung nicht einschränkend.
Als bevorzugte Beispiele weist in einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Einlassströmungsverteiler, vorzugsweise das Endstück, einen zentralen Kanal und drei äußere Kanäle (d.h. eine Vier-Kanal oder -öffnungskonfiguration) auf. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform weist der Einlassströmungsverteiler einen zentralen Kanal und sechs äußere Kanälen (d.h. eine Sieben-Kanal oder -öffnungskonfiguration) auf. Die Anzahl von Kanälen und die Anzahl von Öffnungen kann variiert werden, z.B. können Konfigurationen mit vier Öffnungen, fünf Öffnungen , sechs Öffnungen, sieben Öffnungen, acht Öffnungen, neun Öffnungen, zehn Öffnungen, elf Öffnungen oder zwölf Öffnungen verwendet werden oder es können sogar Konfigurationen mit noch höheren Anzahlen von Öffnungen verwendet werden.
In Bezug auf die Anzahl zentraler Eingangsöffnungen gegenüber der Anzahl peripherer Eingangsöffnungen kann der Einlassströmungsverteiler, vorzugsweise das Endstück, in der oben genannten ersten bevorzugten Ausführungsform eine zentrale Eingangsöffnung in der Mitte und drei periphere Eingangsöffnungen, die diese umgeben, aufweisen, es sollte aber klar sein, dass die vorliegende Erfindung jede Anzahl peripherer Eingangsöffnungen in Betracht zieht, z.B. eine oder mehrere periphere Eingangsöffnungen. Bevorzugte Beispiele können 3 bis 12, bevorzugter 3 bis 10, periphere Eingangsöffnungen aufweisen, insbesondere 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 periphere Eingangsöffnungen. Ein Einlassströmungsverteiler, vorzugsweise ein Endstück, mit 3, 4, 5 oder 6 peripheren Austrittsöffnungen ist ein gutes Beispiel. Ferner zieht die vorliegende Erfindung jede Anzahl zentraler Eingangsöffnungen in Betracht (d.h. jene Öffnungen, die einen Strom zu einer zentralen radialen Region weiterleiten), z.B. eine oder mehrere zentrale Eingangsöffnungen. Vorzugsweise ist eine zentrale Eingangsöffnung vorhanden. Die Eingangsöffnungen können sich im Allgemeinen im Ende oder in den Seiten des Körpers des Strömungsverteilers, vorzugsweise im Ende befinden. Die äußere(n) Eingangsöffnung(en) können sich im Ende oder in den Seiten des Strömungsverteilers befinden. Die zentrale(n) Eingangsöffnung(en) können sich im Ende oder in den Seiten des Strömungsverteilers, vorzugsweise aber im Ende befinden.
Die Auswahl der Anzahl und der Größe der Eingangsöffnung(en), die jeden Teilstrom der mobilen Phase kanalisieren, können ein Mittel zum Variieren des Verhältnisses der jeweiligen Volumina der Teilströme des mobilen Phasenstroms sein (d.h. des Grades der Einlasssegmentierung). Das Verhältnis der jeweiligen Volumina der Teilströme des mobilen Phasenstroms am Einlass (Grad an Segmentierung) kann alternativ oder auch durch Einstellen der Drücke in den Einlasskanälen (d.h. des Einlassdifferentialdrucks) variiert werden.
In Gebrauch kann eine oder können mehrere der Eingangsöffnungen geschlossen, d.h. blockiert sein, so dass die mobile Phase nicht hindurch strömt, sondern stattdessen veranlasst wird, durch die übrigen offenen Öffnungen zu strömen.
Das Einlassendstück kann gleiche Außenabmessungen wie ein herkömmliches Endstück haben. Das Einlassendstück kann am Ende der Säule am Säuleneinlass entweder von Hand festgezogen werden oder, falls notwendig, mit Hilfe eines Werkzeugs festgezogen werden. Das Endstück wird vorzugsweise am Einlassende der Säule durch eine Schraubverbindung befestigt oder kann aufgeschoben oder unter Verwendung einer anderen Art von Verbindung befestigt werden. Wie bei vielen herkömmlichen Arten von Endstücken für analytische Säulen, z.B. für HPLC, weist eine typische Verbindung für das Endstück an der Säule ein Außengewinde am Einlassende der Säule und ein Innengewinde im Inneren des Endstücks auf. In solchen Anordnungen wird somit das Endstück auf das Ende der Säule geschraubt und bedeckt den Einlass. In anderen Ausführungsformen kann das Endstück im Inneren des Säulenendes befestigt werden, z.B. bei gewissen Arten von selbstgepackten Säulen und axialen Kompressionssäulen. In solchen Ausführungsformen kann das Endstück (reibschlüssig) in das Säulenende geschoben werden und kann optional ein Dichtungsmittel, wie einen oder mehrere Dichtungsring(e) oder O-Ring(e), an seiner Außenfläche zum Abdichten gegen die Innenfläche der Säulenwand tragen. Das Endstück kann aus jedem geeigneten Material bestehen. Das Endstück kann aus Metall, vorzugsweise Edelstahl, bestehen, insbesondere, wenn es an einer Metallsäule, z.B. Edelstahlsäule, vorzugsweise durch eine Schraubverbindung oder unter Verwendung eines Anschlusses der Swagelok^™-Art befestigt wird. In anderen Fällen, z.B. wenn die Säule Glas ist, kann das Endstück aus sämtlichen anderen geeigneten Materialien bestehen, z.B. Kunststoff, zum Beispiel PEEK. Es ist offensichtlich, dass ein Schlüsselmerkmal der Erfindung darin besteht, dass die Trennung des Stroms der mobilen Phase an der Säule und nicht nur weiter stromaufwärts durchgeführt wird. Dies wird durch die hierin beschriebenen Merkmale der Erfindung erreicht, wie die geteilte Frittenanordnung und den Strömungsverteiler.
Der Auslass ist vorzugsweise zum Teilen eines Eluatstroms (d.h. der mobilen Phase, die die Säule verlässt) beim Verlassen der Säule gestaltet. Der Auslass ist vorzugweise so gestaltet, dass die Teilströme der mobilen Phase, die durch die Säule in verschiedenen Regionen geströmt sind, am Auslass geteilt werden, um die separaten Teilströme des Eluats vorzusehen. Der Auslass ist vorzugsweise so gestaltet, dass der Eluatstrom in mindestens zwei separate Teilströme geteilt wird und jeder Teilstrom separat verarbeitet wird, z.B. zu einem eigenen Verarbeitungsmittel getrennt von dem Verarbeitungsmittel geleitet wird, zu dem der andere Teilstrom (oder die anderen Teilströme) geleitet wird (oder werden). Somit wird ein Teilstroms des Eluatstroms, der die Säule verlässt, von einem anderen Teilstrom getrennt und separat von dem anderen Teilstrom verarbeitet. In gewissen bevorzugten Ausführungsformen wird ein Teilstrom des Eluatstroms, der die Säule verlässt, von einem anderen Teilstrom getrennt und separat von dem anderen Teilstrom erfasst. In gewissen bevorzugten Ausführungsformen wird ein Teilstrom des Eluatstroms, der die Säule verlässt, von einem anderen Teilstrom getrennt und Fraktionen des Teils werden separat von dem anderen Teilstrom gesammelt.
Es ist offensichtlich, dass ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung darin besteht, dass die Trennung des Eluatstroms an der Säule und nicht nach der Säule wie bei dem herkömmlichen Verfahren durchgeführt wird. Dies wird durch die hierin beschriebenen Merkmale der Erfindung erreicht, wie die geteilte Frittenanordnung und den Strömungsverteiler am Auslass.
Vorzugsweise ist der Auslass so gestaltet, dass er einen Eluatstrom, während er durch den Auslass aus der Säule austritt, in mindestens zwei separate Teilströme trennt: mindestens einen ersten Teilstrom des Stroms und einen zweiten Teilstrom des Stroms. Dieser erste und zweite Teilstrom des Eluatstroms sind vorzugsweise der Ausfluss des ersten bzw. zweiten Teilstroms der mobilen Phase, die durch die Säule geströmt ist. Vorzugsweise wird ein erster Teilstrom des Eluatsstroms zu einem ersten Verarbeitungsmittel geleitet und ein zweiter Teilstrom des Eluatsstroms wird zu einem zweiten Verarbeitungsmittel geleitet, das separat von dem ersten Verarbeitungsmittel ist und sich von diesem unterscheidet. Zum Beispiel weist vorzugsweise das erste Verarbeitungsmittel einen Detektor zum Nachweisen einer Probe auf, die im Eluat vorhanden ist, und das zweite Verarbeitungsmittel kann einen Abfallbehälter aufweisen oder kann der Einlass derselben oder einer anderen Chromatographiesäule sein, so dass der zweite Teilstrom mindestens einer weiteren Runde Chromatographie unterzogen wird. Das zweite Verarbeitungsmittel kann jedoch auch einen Detektor zum Nachweisen einer Probe aufweisen, die im Eluat vorhanden ist. Viele andere Verarbeitungsmittel und Kombinationen davon können verwendet werden und sind in der Folge ausführlicher besprochen. Auf diese Weise sieht die Erfindung zum Beispiel eine Säule mit einem Auslass vor, der zum selektiven Leiten eines Teilstroms des Eluatstroms zu einem ersten Verarbeitungsmittel, z.B. einem Detektor, gestaltet ist, während er einen anderen Teilstrom zu einem anderen Verarbeitungsmittel leitet, das getrennt von dem ersten Verarbeitungsmittel ist.
Vorzugsweise kommen mindestens zwei separate Teilströme des Eluats aus verschiedenen Regionen der Säule, z.B. kann der erste Teilstrom aus einer ersten Region kommen und der zweite Teilstrom kann aus einer zweiten Region der Säule kommen, ganz besonders dem gepackten Säulenbett. Diese erste und zweite Region, aus der der erste und zweite Teilstrom des Eluatstroms kommen, sind vorzugsweise die erste bzw. zweite Region der Säule, durch die der erste und zweite Teilstrom der mobilen Phase geströmt sind. Bevorzugter kommen die mindestens zwei separaten Teilströme von verschiedenen radialen Regionen der Säule, z.B. kann der erste Teilstrom aus einer ersten radialen Region kommen und der zweite Teilstrom kann aus einer zweiten radialen Region der Säule kommen, die sich von der ersten radialen Region unterscheidet. Der Begriff radiale Region bezeichnet hier eine Region im transversalen Querschnitt oder der transversalen Ebene der Säule, d.h. der Querschnitt oder die Ebene senkrecht zur Mittel- oder Längsachse der Säule. Der Begriff „radial“ bezieht sich somit hier auf eine Richtung senkrecht zur Mittel- oder Längsachse der Säule. Vorzugsweise ist die erste Region der Säule eine radiale Region, die im Wesentlichen von den Wänden der Säule entfernt liegt. Vorzugsweise ist die Säule eine gepackte Säule mit einem Säulenbett darin und eine erste Region der gepackten Säule ist eine radiale Region, aus der das Eluat die Säule verlässt, nachdem es durch den am homogensten gepackten Teil des Säulenbetts gegangen ist. Noch bevorzugter kommt der erste Teilstrom aus einer zentralen radialen Region der Säule und der zweite Teilstrom kommt aus einer radialen Region, die sich radial außerhalb der zentralen radialen Region befindet. Äußerst bevorzugt ist die zentrale radiale Region der Säule eine Region, die im Wesentlichen auf einer Mittelachse liegt, die in Längsrichtung durch die Säule vom Einlass zum Auslass verläuft. Auf diese Weise kann ein zentraler Kern des Eluatstroms, der eine relativ höhere Probenkonzentration und besser aufgelöste Komponenten enthält, als ein Teilstrom zu einem Detektor geleitet oder anderem Verarbeitungsmittel geleitet werden, während ein Rest des Eluatstroms, z.B. als ein Teilstrom oder mehrere andere Teilströme, woanders hin geleitet wird, z.B. zu einem oder mehreren verschiedenen Verarbeitungsmittel(n). Somit wird vorzugsweise der erste Teilstrom des Eluatstroms anders und separat vom Rest des Eluatstroms verarbeitet. Ohne in irgendeiner Weise den Umfang der Erfindung einzuschränken, wird angenommen, dass dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass ein Teilstrom eines Eluats, der aus einer begrenzten radialen Region genommen wird, aufgrund der parabolischen Form des sich bewegenden Probenbandes eine geringere axiale Verbreiterung der Probe hat, als Eluat, das über die volle Breite der Säule genommen wird.
In einigen Ausführungsformen ist der Auslass zum Teilen des Eluatstroms beim Verlassen der Säule in mehr als zwei Teilströme angeordnet. Zum Beispiel kann der Auslass in solchen Ausführungsformen zum Teilen des Eluatstroms beim Verlassen der Säule in drei oder mehr separate Teilströme angeordnet sein, wobei jeder Teilstrom zu einem anderen Verarbeitungsmittel als die anderen Teilströme geleitet wird, d.h. so, dass in diesem Fall drei oder mehr separate Verarbeitungsmittel vorhanden sind.
Wie oben festgestellt, nimmt die Konzentration in einem sich bewegenden Probenband innerhalb einer gepackten LC-Säule mit zunehmendem Abstand von der Säulenmittelachse ab, aufgrund des ungleichmäßigen Stroms innerhalb des und über den Säulendurchmesser(s) und teilweise aufgrund der Diffusion und den damit verbundenen Massentransfereffekten, die mit dem Transport innerhalb eines gepackten Bettes und um dieses herum verbunden sind, dessen eigene Dichte und Homogenität mit der Wirksamkeit variieren kann, mit der die Säule gefüllt ist. Das sich bewegende Probenband neigt auch dazu, eine parabolische Form zu haben. Diese Phänomene können zu Nachteilen bei der Probentrennungseffizienz, dem Nachweis und der Auflösung führen, da ein herkömmlicher Säulenauslass Eluat über den gesamten Durchmesser der Säule sammelt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch, dass der Eluatstrom, der aus der Säule austritt, so geteilt oder segmentiert wird, dass ein Teilstrom des Eluatstroms von mindestens einem anderen Teilstrom getrennt wird und die Teilströme separat verarbeitet werden können. Zum Beispiel kann ein Teilstrom des Eluats, der eine relativ höhere Konzentration einer Probe enthält, die ferner besser getrennt ist, selektiv zu einem Detektor geleitet werden, so dass ein verbesserter Nachweis vorgesehen ist, wobei Spitzen auch besser aufgelöst sind. Das heißt, die Komponentenbänder in einer chromatographierten Probe werden im zentralen Kern der Säule weniger axial verbreitert, so dass Spitzen im Chromatogramm aufgrund des Nachweises benachbarter Komponenten in einer Probe besser getrennt oder aufgelöst werden. In den bevorzugteren Ausführungsformen wird der Nachweis daher nur auf den Teilstrom des Stroms fokussiert, der aus dem Mittelkern der Säule eluiert, d.h. der zentralen radialen Region, da dieser eine relativ höhere Konzentration einer Probe hat als die radial äußere Region näher bei den Säulenwänden. Mit anderen Worten, schädliche Randeffekte, die im Eluatstrom vorhanden sind, können durch die Verwendung der vorliegenden Erfindung verringert oder eliminiert werden. Im Falle einer präparativen Chromatographie kann der Teilstrom des Eluats, der eine relativ höhere Konzentration der Probe enthält, die besser getrennt ist, für eine Fraktionierung gewählt werden, um reinere Fraktionen der Probe zu erhalten. Ein Strom einer mobilen Phase in einer Wand- oder peripheren radialen Region der Säule vermeidet in vorteilhafter Weise, dass die Probe in einem Strom einer mobilen Phase in einer zentralen radialen Region der Säule zur Säulenwand migriert. Auf diese Weise kann ein Sammeln und/oder Nachweisen nur des zentralen Teilstroms der mobilen Phase des Eluats, in dem die Probe im Wesentlichen durch die Funktion der vorliegenden Erfindung gehalten werden kann, bis zu einer 100% effektiven Verwendung der Probe führen (d.h. bis zu nur 0% der Probe werden im peripheren Teilstrom verschwendet). In solchen Ausführungsformen wird effektiv eine Säule mit schmälerem Durchmesser für die Trennung und Analyse verwendet, aber mit dem Druckabfall einer Säule mit weiterer Bohrung, bei den höheren Strömungsgeschwindigkeiten des Betts mit breiterer Bohrung und mit den zusätzlichen Totvolumenvorteilen eines Betts größeren Volumens.
Aus dem Vorhergesagten geht hervor, dass die Vorrichtung in besonderen Ausführungsformen vorzugsweise einen Detektor aufweist, der für den Nachweis mindestens eines Teilstroms des Eluats separat von dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen angeordnet ist. Bevorzugter ist der Detektor zum separaten Nachweisen eines Teilstroms des Eluats angeordnet, der aus einer zentralen radialen Region der Säule kommt. In weiteren besonderen Ausführungsformen weist die Vorrichtung einen Fraktionssammler auf, der zum Sammeln von Fraktionen von mindestens einem Teilstrom des Eluats separat von dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen angeordnet ist. In solchen Ausführungsformen kann die Vorrichtung zum Senden des anderen Teilstroms oder der anderen Teilströme zu einem Abfallbehälter angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung zum Senden des anderen Teilstroms oder der anderen Teilströme zum Einlass einer Säule für eine weitere Chromatographie des anderen Teilstroms oder der anderen Teilströme gestaltet sein. Der andere Teilstrom oder die anderen Teilströme kommen vorzugsweise aus einer äußeren radialen Region der Säule relativ zur zentralen radialen Region.
Obwohl die Menge an Fluid, die für einen Eintritt zum Beispiel in einen Detektor zur Verfügung steht, verringert werden kann, da nur ein Teilstrom des Eluatstroms für den Nachweis ausgewählt wird, ist die Konzentration der Probe im Detektorströmungsweg im Vergleich zu einem herkömmlichen Fall erhöht. Für gewisse Detektortypen, wie zum Beispiel ein Massenspektrometer, wo die Menge an Elutionsmittel, die zum Spektrometer geleitet wird, im Idealfall gering sein sollte, und im Fall gewisser Detektoren wie zum Beispiel UV Detektoren, wo Strömungseffekte relevant sind, ist dies ein Vorteil. Im Falle eines Massenspektrometrie- (MS) Nachweissystems kann dies bedeuten, da nur ein Teilstrom des Eluats für einen Nachweis mit der Erfindung verwendet wird, dass die Erfindung die Verwendung von Säulen herkömmlicher Größe beim MS-Nachweis besser möglich macht. Zum Beispiel kann eine herkömmliche 4,6 mm HPLC-Säule für gewöhnlich eine Strömungsrate von etwa 1,5 ml/min haben, während eine geteilte Strömungsanordnung der Erfindung in einigen Ausführungsformen einen Teilstrom des Eluats für einen Nachweis vorsehen kann, der eine Strömungsrate von nur etwa 0,2 ml/min hat, den das MS-System leichter handhaben kann, da eine größere Vakuumleistung erforderlich ist, um größere Beladungen an Lösemittel zu verdampfen. Einige Biodetektoren, wie der DPPH-Antioxidans-Detektor, erfordern, dass Reagenzien nach der Säule in den Strom gelangen. Eine maximale Empfindlichkeit wird durch das Verhältnis von mobiler Phase zu DPPH-Reagens bestimmt. Die Möglichkeit, den Strom zu teilen, der aus der Säule austritt, verringert auf günstige Weise den Verbrauch an DPPH-Reagens, ohne Verlust an Empfindlichkeit. Mehrere Nachweisvorrichtungen können ebenso gleichzeitig mit einem minimalen Totvolumen verwendet werden. Diese Detektoren können für eine Probe destruktiv sein, da ein Teilstrom der Probe noch immer in Fraktionen für eine weitere Analyse gesammelt werden kann.
Das Verhältnis der jeweiligen Volumina der verschiedenen Teilströme des Eluatstroms kann variieren und somit kann die Stromsegmentierung abstimmbar sein. Das optimale Strömungsverhältnis hängt für gewöhnlich von dem besonderen ausgeführten Experiment ab. Die Wirksamkeit einer Trennung nimmt systematisch zu, wenn der Anteil, der aus dem zentralen Segment gesammelt wird, abnimmt. Dies ist vorteilhaft, da die Trennung abhängig von der Schwierigkeit abgestimmt werden kann, die mit dem Erreichen der Trennung zusammenhängt, oder abhängig davon, wie viel Probe in einen von der Probenbeladung abhängigen Detektor strömen muss, wie ein Massenspektrometer. Ferner kann die Strömungsmenge aus einer peripheren Region z.B. zum Abfall, gegenüber jener, die aus einer zentralen Region der Säule gesammelt wird, unter Berücksichtigung der Umweltbelastung des Prozesses variiert werden. Diese Erfindung stellt in vorteilhafter Weise ein abstimmbares System bereit, das ökonomische wie auch umweltbezogene Vorteile ins Gleichgewicht bringen kann.
Das Verhältnis von Eluatströmen kann durch verschiedene Mittel variiert werden, wie in der Folge ausführlicher beschrieben ist. Vorzugsweise ist ein Teilstrom des Eluats, der separat verarbeitet wird, 70% oder weniger oder 50% oder weniger (auf das Volumen bezogen) des gesamten Eluats, bevorzugter 30% oder weniger. Zum Beispiel kann der eine Teilstrom 50% oder weniger, 45% oder weniger, 40% oder weniger, 35% oder weniger, 30% oder weniger, 25% oder weniger, 20% oder weniger, 15% oder weniger, 10% oder weniger, oder 5% oder weniger des gesamten Eluats sein. Dieser eine Teilstrom ist vorzugsweise ein Teilstrom, der aus einer zentralen radialen Region der Säule kommt. Dieser eine Teilstrom ist vorzugsweise ein Teilstrom, der separat erfasst oder separat von dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen gesammelt wird.
Das Verhältnis der jeweiligen Volumina der verschiedenen Teilströme des Eluatstroms kann durch Auswählen des Verhältnisses der Flächen der verschiedenen Frittensegmente und/oder durch Auswählen der Anzahl und/oder Größe der Auslassöffnungen variiert werden.
Das Verhältnis der jeweiligen Volumina der Teilströme des Eluatstroms vom Auslass (Grad an Segmentierung) kann durch Einstellen der Drücke und/oder Strömungsraten in einem oder mehreren der Kanäle variiert werden, die stromabwärts der Ausgangsöffnungen angeschlossen sind (z.B. des Auslassdifferentialdrucks). Der Auslassdifferentialdruck kann z.B. mit Hilfe eines Druck- oder Strömungsreglers in mindestens einem stromabwärts liegenden Kanal variiert werden, der einen der Teilströme führt, und/oder der Auslassdifferentialdruck kann z.B. durch Variieren der Rohrlängen variiert werden, die den Austrittsöffnungen folgen, oder durch Variieren des Durchmessers der Rohre, die den Austrittsöffnungen folgen.
Der Auslass ist vorzugsweise mit einer Fritte versehen, wobei die Fritte so angeordnet ist, dass das Eluat, das die Säule verlässt, durch die Fritte strömt. Vorzugsweise ist die Fritte im Innendurchmesser der Säule am Auslass angeordnet.
Die Auslassfritte befindet sich vorzugsweise in einer Frittenanordnung, die zum Teilen des Eluatstroms beim Verlassen der Säule in mindestens zwei separate Teilströme gestaltet ist. Zum Teilen des Stroms ist die Auslassfrittenanordnung vorzugsweise eine Teilungsfrittenanordnung (hierin auch als segmentierte Frittenanordnung bezeichnet), die mindestens zwei separate Frittensegmente aufweist, die durch eine oder mehrere Strömungsbarrieren voneinander getrennt sind, z.B. kann ein nicht poröser Körper eine Strömungsbarriere vorsehen oder eine nicht poröse Beschichtung kann eine Strömungsbarriere vorsehen, wobei z.B. eine solche Beschichtung an einer oder mehreren Oberflächen mindestens eines der separaten Frittensegmente vorgesehen ist, wobei eine oder mehrere beschichtete Oberflächen an dem oder den anderen Frittensegment(en) anliegen. Somit kann das Eluat, das durch ein oder mehrere erste Frittensegment(e) strömt, den ersten Teilstrom des Stroms vorsehen und das Eluat, das durch ein oder mehrere zweite Frittensegment(e) strömt, kann den zweiten Teilstrom des Stroms vorsehen, da das Eluat, das durch das (die) erste(n) Frittensegment(e) strömt, von dem Eluat, das durch das (die) zweite(n) Frittensegment(e) strömt, durch die Fluidbarriere in der Form des nicht porösen Körpers getrennt ist. Die Strömungsbarriere verhindert einen lateralen, d.h. radialen, Eluatstrom zwischen den Frittensegmenten, während das Eluat durch die Frittenanordnung hindurchgeht, wodurch eine Segregation in separate Teilströme möglich ist. Da die Segmente der geteilten Fritte verschiedene Regionen, insbesondere verschiedene radiale Regionen, der Säule einnehmen, bestimmt die geteilte Fritte, dass mindestens zwei separate Teilströme von Eluat wie beschrieben aus verschiedenen Regionen der Säule, vorzugsweise verschiedenen radialen Regionen, kommen. Andererseits ist ein herkömmliches einzelnes Frittenstück weniger effizient, da der Eluatstrom durch die Fritte weniger geordnet ist und daher Eluat, das durch verschiedene Regionen des Säulenbetts geströmt ist, in einem unerwünschten Ausmaß gemischt wird, während es durch die Fritte strömt. Die Verwendung einer geteilten Fritte ermöglicht, dass das Eluat, das durch verschiedene Regionen des Säulenbetts geströmt ist aus der Fritte in verschiedenen Teilströmen austritt, die den verschiedenen Regionen der Säule entsprechen.
Eine bevorzugte Konfiguration der geteilten Frittenanordnung weist mindestens ein mittleres Frittensegment, einen nicht porösen Körper, der das mindestens eine mittlere Frittensegment umgibt, und mindestens ein äußeres Frittensegment, das das mindestens einen mittleren Frittensegment umgibt, aber von diesem durch den nicht porösen Körper getrennt ist, auf. Bevorzugter weist die geteilte Fritte ein radial zentrales mittleres Frittensegment, einen nicht porösen Körper, der das mittlere Frittensegment ringförmig umgibt, und ein äußeres Frittensegment, das den nicht porösen Körper ringförmig umgibt, auf. Äußerst bevorzugt befindet sich das radial zentrale, mittlere Frittensegment im Wesentlichen auf der Mittelachse, die in Längsrichtung durch die Säule vom Einlass zum Auslass verläuft. Solche geteilten Frittenkonfigurationen am Auslass ermöglichen, dass das (die) zentrale(n) Frittensegment(e) einen Teilstrom erzeugt (erzeugen), der aus einer zentralen radialen Region der Säule kommt, und das (die) äußere(n) Frittensegment(e) einen Teilstrom erzeugt (erzeugen), der aus einer radialen Region kommt, die radial außerhalb (peripher) der zentralen radialen Region liegt.
Das mittlere Frittensegment und äußere Frittensegment können aus verschiedenen relativen Flächen bestehen, wodurch der Eluatstrom in Teilströme aus zentralen und peripheren Regionen verschiedener relativer Fläche geteilt wird. Das Verhältnis der Flächen der Frittensegmente kann dadurch ein Mittel zum Verändern des Verhältnisses der jeweiligen Volumina der geteilten Teilströme des Eluatstroms sein. Zum Beispiel kann das Verhältnis der Fläche des äußeren Frittensegments zur Fläche des zentralen Frittensegments z.B. von 90%:10% bis 50%:50%, für gewöhnlicher von 80%:20% bis 50%:50% variieren, aber Verhältnisse außerhalb dieser Bereiche können ebenso verwendet werden. Ein bevorzugtes Verhältnis der Fläche des äußeren Frittensegments zur Fläche des zentralen Frittensegments ist von etwa 6:1 bis etwa 1:1, bevorzugter von etwa 3:1 bis etwa 1:1, noch bevorzugter von etwa 2,5:1 bis etwa 1,5:1, und ist äußerst bevorzugt etwa 2:1.
Die Frittensegmente können dieselbe oder eine unterschiedliche Dichte aufweisen. Zum Beispiel kann das zentrale Frittensegment eine andere Dichte als das äußere Frittensegment haben. In einer Art von Ausführungsform kann das zentrale Frittensegment eine geringere Dichte als das äußere Frittensegment haben. Somit kann das Eluat so gesteuert werden, dass es vorzugsweise durch ein Frittensegment geringerer Dichte relativ zu einem Frittensegment höherer Dichte strömt.
Die Auslassfrittenanordnung weist für gewöhnlich einen äußeren nicht porösen Anschluss auf, der vorzugsweise aus Polymer besteht, der z.B. zum Auslassende der Säule passt, so dass die Frittenanordnung eine Frittenkappe bildet. Ein solcher äußerer Anschluss ist bevorzugt, da zum Beispiel eine Stahlfritte nicht gut gegen eine Stahlsäulenwand abdichtet. Der Polymeranschluss kann aus verschiedenen Polymeren, z.B. PTFE, ETFE, PEEK oder Kel-F, bevorzugter PEEK, bestehen. Im Allgemeinen können sämtliche nicht porösen Teile der Frittenanordnung aus Kunststoff oder Polymer, z.B. PTFE, ETFE, PEEK oder Kel-F, bevorzugter PEEK, oder kann aus einem Metall, z.B. rostfreiem Stahl, bestehen.
Die Auslassfrittenanordnung kann in einigen anderen Ausführungsformen ein einziges Stück einer porösen Fritte, d.h. anstelle von Frittensegmenten, enthalten. Das einzelne Stück einer porösen Fritte kann, wie in den anderen beschriebenen Ausführungsformen, in einem äußeren nicht porösen, vorzugsweise Polymer-, Anschluss gehalten werden, der z.B. zum Auslass der Säule passt, so dass die Frittenanordnung eine Frittenkappe bildet.
Der äußere nicht poröse Anschluss der Auslassfrittenanordnung kann Öffnungen zum Trennen des Eluatstroms aufweisen. Zum Beispiel kann der äußere nicht poröse Anschluss eine radial zentrale Öffnung haben, die einen Durchfluss eines Teilstroms des Eluats aus der Fritte ermöglicht, der aus einer radial zentralen Region der Säule kommt, und kann eine oder mehrere periphere Öffnungen radial außerhalb der zentralen Öffnung aufweisen, so dass ein Teilstrom des Eluats aus der Fritte möglich ist, der aus einer peripheren radialen Region der Säule kommt (die die radial zentrale Region umgibt). Der Teilstrom, der aus der peripheren Region der Säule kommt, kann von den Außenseiten der Fritte gesammelt werden, z.B. indem eine oder mehrere periphere Öffnungen in den Seitenwänden des äußeren nicht porösen Anschlusses vorgesehen sind.
Die Auslassfrittenanordnung hat vorzugsweise eine kreisförmiges äußere Form, so dass sie zu einer Säule mit kreisförmigem Querschnitt passt, obwohl Frittenanordnungen in anderen Formen verwendet werden können, abhängig zum Beispiel von der Säulenform.
Das Material der Auslassfritte kann herkömmliches Frittenmaterial sein, wie in der LC verwendet, z.B. Stahl. Somit kann die Fritte einfach in der hierin beschriebenen geteilten Weise gestaltet werden, um den durch sie hindurch fließenden Eluatstrom zu teilen. Zum Beispiel können die Dicke (Tiefe) und Porosität des Frittenmaterials herkömmlich sein, wie in LC-Systemen verwendet. Zum Beispiel kann eine Fritte mit einer typischen Dicke von 0,25 bis 2 mm verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Fritte mit einer Porosität von 2 µm verwendet werden. Der nicht poröse Körper der geteilten Frittenausführungsformen besteht vorzugsweise aus Kunststoff oder Polymer, z.B. PTFE, ETFE, PEEK oder Kel-F, bevorzugter PEEK, oder kann aus Metall, z.B. rostfreiem Stahl, bestehen. Solche nicht porösen Materialien können auch als Dünnschicht oder Beschichtung auf einer oder mehreren Oberflächen eines oder mehrerer Frittensegmente bereitgestellt sein, die gegen ein anderes Frittensegment liegen, um eine Strömungsbarriere vorzusehen. Die nicht poröse Strömungsbarriere könnte alternativ aus einem Metall bestehen. Eine solche Metallbarriere könnte durch Sputtern als Dünnschicht oder Beschichtung auf einer oder mehreren Oberflächen eines Frittensegments oder mehrerer Frittensegmente gebildet werden, die gegen ein anderes Frittensegment liegen. Solche Dünnschicht- oder Beschichtungsströmungsbarrieren können einen Vorteil eines geringen Strömungswiderstands auf den Strom haben.
Die Breite (d.h. gemessen in der radialen Richtung) der Strombarriere oder des nicht porösen Körpers ist vorzugsweise im Vergleich zur Breite der Frittensegmente klein, d.h. ist vorzugsweise kleiner als die Breite jedes der Frittensegmente. Somit kann jeder mögliche Strömungswiderstand auf den Strom getrennter Komponenten, der durch das Vorhandensein der Strombarriere im Eluatstrom verursacht werden könnte, oder können sämtliche Totzonenwirkungen hinter der Strömungsbarriere hierdurch minimiert werden. Es ist jedoch klar, dass die Barriere nicht so dünn sein sollte, dass eine Trennung des Stroms in separate Teilströme nicht effektiv erreicht wird.
In gewissen Ausführungsformen kann der Auslass mit mehreren Kapillaren (Austrittskapillaren) zum Kanalisieren des Eluatstroms versehen sein, wobei eine oder mehrere Kapillaren zum Kanalisieren des ersten Teilstroms anordnet sind und eine oder mehrere andere Kapillaren zum Kanalisieren des zweiten Teilstroms anordnet sind. Somit werden der erste und zweite Teilstrom in separaten Kapillaren kanalisiert und somit voneinander getrennt. Die Austrittskapillaren werden vorzugsweise durch ein nicht poröses Material, z.B. Kunststoff, voneinander getrennt. Auf diese Weise wird der Strom nur entlang der separaten Kapillaren geleitet. Vorzugsweise sind Fritten in den Austrittskapillaren vorgesehen. In einer bevorzugten Anordnung solcher Austrittskapillaren kann eine radial zentrale erste Kapillare von mehreren zweiten Kapillaren (z.B. gebündelten Kapillaren, die gebündelte Kapillaren in einer ringförmigen Anordnung sein können) umgeben sein, vorzugsweise ringförmig umgeben sein, wobei die radial zentrale erste Kapillare den ersten Teilstrom des Eluatstroms kanalisiert und die mehreren zweiten Kapillaren den zweiten Teilstrom des Eluatstroms separat vom ersten Teilstrom kanalisieren.
Vorzugsweise befinden sich der Säuleneinlass und -auslass jeweils am Ende der Säule, d.h. an gegenüberliegenden Enden der Säule. Die Säule hat in Verwendung vorzugsweise einen Strömungsverteiler an ihrem Auslassende (Auslassströmungsverteiler). Der Auslassströmungsverteiler ist vorzugsweise so gestaltet, dass er mindestens den ersten und zweiten Teilstrom des Eluatstroms in separaten Kanälen befördert, d.h. der erste Teilstrom wird in einem separaten Kanal oder mehreren separaten Kanälen vom zweiten Teilstrom usw. befördert. Der Strömungsverteiler ist somit effektiv ein Verteiler für den Eluatstrom. Der Auslassströmungsverteiler kann als ein Säulenendstück vorgesehen sein, d.h. als entfernbares Endstück, das in Verwendung lösbar an dem Säulenauslassende befestigt ist. Alternativ kann der Auslassströmungsverteiler einstückig mit dem Ende der Säule gebildet sein. In einer bevorzugten Anordnung ist der Auslassströmungsverteiler ein separates Endstück, das bei Verwendung am Ende der Säule befestigt ist. Es ist jedoch klar, dass es in anderen Ausführungsformen möglich ist, dass der Strömungsverteiler einstückig mit der Säule gebildet wird, mit mehreren separate Kanälen, die mindestens den ersten und zweiten Teilstrom des Eluatstroms befördern. In solchen einstückigen Ausführungsformen ist der Strömungsverteiler kein separates Teil. Obwohl hier die bevorzugte Ausführungsform eines separaten Endstückes vorwiegend zur Darstellung des Strömungsverteilers verwendet wird, gelten die Merkmale eines solchen Endstückes im Allgemeinen auch dann, wenn der Strömungsverteiler einstückig mit dem Säulenende gebildet ist.
Der Strömungsverteiler am Auslass ist mit mehreren separaten Kanälen ausgebildet, um den mindestens ersten und zweiten Teilstrom des Eluatstroms separat zu befördern, der z.B. stromaufwärts am Auslass geteilt wurde, wie durch die beschriebene geteilte Frittenanordnung, oder der Strömungsverteiler alleine kann zum Teilen des Eluatstroms in separate Teilströme gestaltet sein, z.B. wenn eine standardmäßige (nicht geteilte) Fritte am Auslass verwendet wird. Der Strömungsverteiler hat somit mehrere separate Kanäle, in welchen mindestens der erste und zweite Teilstrom des Eluats strömen. Das Eluat kann dadurch in separate Teilströme geteilt werden, die zu verschiedenen Verarbeitungsmitteln verteilt werden. Wie oben beschrieben, ist der Strömungsverteiler vorzugsweise als ein Endstück vorgesehen, wobei das Endstück die mehreren separaten Kanäle enthält.
Die separaten Kanäle des Auslassströmungsverteilers, z.B. des Endstücks, sind vorzugsweise zum Befördern von Teilströmen des Eluatstroms angeordnet, die aus verschiedenen Regionen der Säule kommen, bevorzugter wie beschrieben aus verschiedenen radialen Regionen der Säule. Die separaten Kanälen des Strömungsverteilers können einen ersten Satz von mindestens einem Kanal (vorzugsweise einem ersten Kanal) aufweisen, der sich im Verteiler befindet, so dass er in einer ersten Region, vorzugsweise einer ersten radialen Region, der Säule liegt. Im Fall zum Beispiel eines Strömungsverteilers, der die Form eines Endstücks aufweist, ist der ersten Satz von mindestens einem Kanal des Endstücks im Anschluss so positioniert, dass, wenn er an dem Auslassende der Säule befestigt wird, der erste Satz in einer ersten Region, vorzugsweise einer ersten radialen Region, der Säule liegt. Die erste radiale Region ist vorzugsweise die zentrale radiale Region der Säule, die bevorzugter im Wesentlichen auf einer Mittelachse liegt, die in Längsrichtung durch die Säule verläuft, und ein erster Satz von mindestens einem Kanal wird hierin in diesem Fall als ein zentraler Kanalsatz bezeichnet. Der erste oder zentrale Kanalsatz befördert einen ersten Teilstrom des Eluatstroms. Der erste Satz von mindestens einem Kanal (z.B. der zentrale Kanalsatz) ist vorzugsweise radial mit einem zentralen Frittensegment einer geteilten Frittenanordnung ausgerichtet, wenn eine geteilte Frittenanordnung verwendet wird. Die separaten Kanäle des Auslassströmungsverteilers können einen zweiten Satz von mindestens einem Kanal (vorzugsweise mehreren Kanälen) aufweisen, der sich im Verteiler befindet, so dass er in Verwendung in einer zweiten Region, vorzugsweise einer zweiten radialen Region, der Säule liegt. Zum Beispiel im Fall eines Endes, das die Form eines Endstücks aufweist, ist der zweite Satz von mindestens einem Kanal (vorzugsweise mehreren Kanälen) des Endstücks im Anschluss so positioniert, dass, wenn er am Auslassende der Säule befestigt ist, der zweite Satz von mindestens einem Kanal in einer zweiten Region, vorzugsweise einer zweiten radialen Region, der Säule liegt. Die zweite radiale Region ist vorzugsweise eine radiale Region, die sich radial außerhalb oder peripher der zentralen radialen Region befindet, und ein zweiter Satz von mindestens einem Kanal wird hierin in diesem Fall als ein äußerer oder peripherer Kanalsatz bezeichnet. Der zweite oder äußere oder periphere Kanalsatz befördert einen zweiten Teilstrom des Eluatstroms. Der zweite Satz von mindestens einem Kanal (z.B. der äußere oder periphere Kanalsatz) ist vorzugsweise radial mit einem äußeren oder peripheren Frittensegment einer geteilten Frittenanordnung ausgerichtet, wenn eine geteilte Frittenanordnung verwendet wird. Ein dritter Satz und optional weitere Sätze von einem Kanal oder mehreren Kanälen können im Strömungsverteiler in anderen Ausführungsformen enthalten sein, z.B. wenn ein dritter Teilstrom und optional weitere Teilströme des Eluats zur Verarbeitung getrennt werden. In bevorzugten Ausführungsformen weist der erste Kanalsatz zum Leiten eines ersten Teilstroms des Eluats einen radial zentralen Kanal auf und der zweite Satz weist mehrere äußere Kanäle radial außerhalb des zentralen Kanals auf. Es ist jedoch klar, dass in Ausführungsformen der erste Satz mehrere zentrale Kanäle aufweisen kann, d.h. in einer zentralen radialen Region, und mehrere äußere Kanälen radial außerhalb des ersten Satzes von Kanälen. Der Strom aus den mehreren zentralen Kanälen kann in solchen Fällen gesammelt und als ein erster Teilstrom separat vom Strom aus den mehreren äußeren Kanälen verarbeitet werden, der gesammelt und als ein zweiter Teilstrom verarbeitet werden kann.
Vorzugsweise befinden sich die Kanäle des Auslassströmungsverteilers im Wesentlichen an denselben radialen Positionen wie die Kanäle des Einlassströmungsverteilers, wo am Säuleneinlass vorhanden.
Vorzugsweise ist der Strömungsverteiler sehr nahe bei oder, äußerst bevorzugt, in Kontakt mit der Frittenanordnung angeordnet, so dass die Teilströme von Eluat, die durch die Frittenanordnung (insbesondere die geteilte Fritte) gegangen sind, die aus verschiedenen radialen Regionen des Säulenbetts kommen, zu den jeweiligen Sätzen von Kanälen im Verteiler strömen, z.B. die ersten und zweiten Eluatteilströme, die durch die Frittenanordnung gegangen sind, gehen jeweils in erste und zweite Sätze von Kanälen im Strömungsverteiler. Durch Anordnen des Strömungsverteilers in direktem Kontakt mit der Frittenanordnung ist es weniger wahrscheinlich, Hohlräume einzuführen. Der Strömungsverteiler sitzt in Verwendung bündig an der Frittenoberfläche. Der Strömungsverteiler kann in Verwendung in Kontakt mit einem oder mehreren der nicht porösen Teilströme der Frittenanordnung sitzen, so dass der eine oder die mehreren nicht porösen Teilströme eine Dichtung zwischen der Fritte (z.B. den Frittensegmenten) und dem Strömungsverteiler bilden, wodurch benachbarte Eluatteilströme voneinander abgedichtet werden. Zum Beispiel können der nicht poröse äußere Frittenanschluss und/oder die nicht poröse Strömungsbarriere (die die porösen Frittensegmente trennt), gegen den Strömungsverteiler abdichten, um dadurch die Eluatteilströme getrennt zu halten.
Die Kanäle durch den Auslassströmungsverteiler, vorzugsweise das Endstück, haben vorzugsweise jeweils eine Austritts- oder Auslassöffnung an ihrem stromabwärts liegenden Ende, an die eine Austrittsrohrleitung angeschlossen sein kann, um Eluat z.B. zum Verarbeitungsmittel zu befördern. Die Anzahl von Kanälen kann der Anzahl von Austrittsöffnungen gleich sein oder nicht, zum Beispiel könnten in einigen Ausführungsformen beliebige zwei oder mehr Kanälen im Strömungsverteiler zusammenlaufen und sich eine Austrittsöffnung teilen. Vorzugsweise jedoch ist die Anzahl von Kanälen gleich der Anzahl von Austrittsöffnungen.
Vorzugsweise sind die äußeren oder peripheren Kanäle und ihre Öffnungen symmetrisch um die Mittelachse der Säule angeordnet. Zum Beispiel können die äußeren oder peripheren Kanäle und ihre Öffnungen gleichmäßig beabstandet und/oder äquidistant von der zentralen Achse/vom zentralen Kanal und seiner Öffnung sein. Die äußeren oder peripheren Kanäle und ihre Öffnungen könnten asymmetrisch angeordnet sein.
Vorzugsweise weist der Auslassströmungsverteiler einen zentralen Kanal und 2 bis 12 äußere Kanälen auf, d.h. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12 äußere Kanäle, bevorzugter einen zentralen Kanal und 3 bis 6 äußere Kanälen. Ein Auslassströmungsverteiler mit 3, 4, 5 oder 6 äußeren Kanälen ist ein gutes Beispiel. Diese Zahlen schränken jedoch die Erfindung nicht ein.
Der Auslassströmungsverteiler hat vorzugsweise dieselbe Anzahl zentraler Kanäle (insbesondere einen zentralen Kanal) und dieselbe Anzahl äußerer Kanäle wie der hierin beschriebene Einlassströmungsverteiler.
Als bevorzugtes Beispiel weist in einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Auslassströmungsverteiler, vorzugsweise das Endstück, einen zentralen Kanal und drei äußere Kanälen (d.h. eine Vier-Kanal- oder Öffnungskonfiguration) auf. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform weist der Auslassströmungsverteiler einen zentralen Kanal und sechs äußere Kanäle (d.h. eine Sieben-Kanal- oder Öffnungskonfiguration) auf. Die Anzahl von Kanälen und die Anzahl von Öffnungen kann variieren, z.B. können Vier-Öffnungs-, Fünf-Öffnungs-, Sechs-Öffnungs-, Sieben-Öffnungs-, Acht-Öffnungs-, Neun-Öffnungs-, Zehn-Öffnungs-, Elf-Öffnungs- oder Zwölf-Öffnungskonfigurationen verwendet werden oder tatsächlich können Konfigurationen mit noch höheren Öffnungszahlen verwendet werden.
In Bezug auf die Anzahl zentraler Austrittsöffnungen gegenüber der Anzahl peripherer Austrittsöffnungen kann der Auslassströmungsverteiler, vorzugsweise das Endstück, in der oben genannten ersten bevorzugten Ausführungsform eine zentrale Austrittsöffnung in der Mitte und drei periphere Austrittsöffnungen, die diese umgeben, aufweisen, es sollte aber klar sein, dass die vorliegende Erfindung jede Anzahl von peripheren Austrittsöffnungen in Betracht zieht, z.B. eine oder mehr periphere Austrittsöffnungen. Bevorzugte Beispiele können 3 bis 12, bevorzugter 3 bis 10, periphere Austrittsöffnungen, insbesondere 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 periphere Austrittsöffnungen haben. Ein Strömungsverteiler, vorzugsweise ein Endstück, mit 3, 4, 5 oder 6 peripheren Austrittsöffnungen ist ein gutes Beispiel. Ferner zieht die vorliegende Erfindung jede Anzahl von zentralen Austrittsöffnungen in Betracht (d.h. jene Öffnung, die einen Eluatstrom aus einer zentralen radialen Region weiterleiten), z.B. eine oder mehr zentrale Austrittsöffnungen. Vorzugsweise gibt es eine zentrale Austrittsöffnung. Die Austrittsöffnungen befinden sich im Allgemeinen im Ende oder in den Seiten des Körpers des Strömungsverteilers, vorzugsweise im Ende. Die äußere(n) Austrittsöffnung oder -Öffnungen können sich in den Enden oder Seiten des Strömungsverteilers befinden. Die zentrale(n) Austrittsöffnung oder -Öffnungen können sich in den Enden oder Seiten des Strömungsverteilers befinden, vorzugsweise aber im Ende. In einigen Ausführungsformen kann der Strömungsteil, der aus der peripheren Region der Säule kommt, von den äußeren Seiten der Fritte gesammelt und z.B. durch die äußere(n) Austrittsöffnung oder -Öffnungen geleitet werden, die sich in den Seiten des Strömungsverteilers befinden. Der Strömungsteil, der aus der zentralen Region der Säule kommt, kann aus der Mitte der Fritte gesammelt und z.B. durch eine oder mehrere zentrale Austrittsöffnung oder -Öffnungen geleitet werden, die sich im Ende des Strömungsverteilers befinden.
Die Auswahl der Anzahl und der Größe der Austrittsöffnung(en), die jeden Teilstrom des Eluats kanalisieren, können ein Mittel zum Variieren des Verhältnisses der jeweiligen Volumina der Teilströme des Eluatstroms sein (d.h. des Grades an Segmentierung). Das Verhältnis der jeweiligen Volumina der Teilströme des Eluatstroms aus dem Auslass (Grad an Segmentierung) kann alternativ oder auch durch Einstellen der Drücke in den stromabwärts liegenden Kanälen nach den Austrittsöffnungen (d.h. des Auslassdifferentialdrucks) variiert werden. Der Auslassdifferentialdruck kann z.B. durch Verändern der Rohrlänge oder des Rohrdurchmessers nach den Austrittsöffnungen variiert werden.
In Gebrauch können eine oder mehrere der Austrittsöffnungen geschlossen, d.h. blockiert werden, so dass Eluat nicht hindurchfließt, sondern stattdessen veranlasst wird, durch die übrigen offenen Öffnungen zu fließen.
Ein Teilstrom des Eluatsstroms enthält das gesamte Eluat, das aus dem Auslass gesammelt und zu einem bestimmten Verarbeitungsmittel über eine bestimmte Route gesendet wird. Ein Teilstrom des Eluats kann somit Eluat enthalten, das aus einer oder mehreren Öffnung(en), z.B. mehreren peripheren Öffnungen, des Strömungsverteilers gesammelt wird und gemeinsam zu einem bestimmten Verarbeitungsmittel gesendet wird.
Das Auslassendstück kann ähnliche Außenabmessungen haben wie ein herkömmliches Endstück. Das Endstück kann entweder von Hand, falls notwendig mit Hilfe eines Werkzeugs, am Ende der Säule am Säulenauslass befestigt werden. Das Auslassendstück wird vorzugsweise am Auslassende der Säule durch eine Schraubverbindung befestigt oder kann aufgeschoben oder durch eine andere Art von Verbindung angeschlossen werden. Wie bei vielen herkömmlichen Arten von Endanschlüssen für analytische Säulen, z.B. für HPLC, weist eine typische Verbindung für das Endstück an der Säule ein Außengewinde am Auslassende der Säule und ein Innengewinde im Inneren des Endstücks auf. In solchen Anordnungen wird somit das Endstück auf das Ende der Säule geschraubt und bedeckt den Auslass. In anderen Ausführungsformen kann das Auslassendstück im Inneren des Säulenendes eingesetzt werden, z.B. bei gewissen Arten von selbstgepackten Säulen und axialen oder radialen Kompressionssäulen. In solchen Ausführungsformen kann das Endstück (reibschlüssig) in das Säulenende geschoben werden und optional ein Dichtungsmittel, wie einen oder mehrere Dichtungsring(e) oder O-Ring(e), an seiner äußeren Oberfläche tragen, um gegen die Innenfläche der Säulenwand abzudichten. Das Auslassendstück kann aus jedem geeigneten Material bestehen. Das Endstück kann aus Metall bestehen, vorzugsweise aus Edelstahl, insbesondere, wenn es an einer Metallsäule, z.B. einer Edelstahlsäule, vorzugsweise durch eine Schraubverbindung oder unter Verwendung eines Swagelok™-Anschlusses befestigt wird. In anderen Fällen, wenn die Säule z.B. Glas ist, kann das Endstück aus anderen geeigneten Materialien, z.B. Kunststoff, zum Beispiel PEEK, bestehen.
Der Säulenauslass kann den Eluatstrom, der die Säule verlässt, in mehr als zwei Teilströme, z.B. drei, vier oder mehr Teilströme, teilen. Vorzugsweise teilt der Auslass den Eluatstrom in zwei Teilströme, wodurch eine kostengünstige, elegante und vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vorgesehen wird, wie hierin ausführlicher dargestellt.
Die geteilten Teilströme des Eluats, die den Auslass verlassen, können durch Eluatleitungsmittel weiter, d.h. stromabwärts des Strömungsverteilers, zum Verarbeitungsmittel geleitet werden. Vorzugsweise empfängt das Eluatleitungsmittel zum Leiten der Teilströme des Eluats zum Verarbeitungsmittel den Eluatstrom, nachdem er am Auslass geteilt wurde, z.B. nach dem Strömungsverteiler, und weist für gewöhnlich mehrere Leitungen, z.B. Rohrleitungen, auf. An jeder Auslassöffnung des Strömungsverteilers, durch die Eluat in Verwendung strömt, ist vorzugsweise eine Leitung befestigt. Vorzugsweise werden die mindestens zwei separaten Teilströme des Eluats in separaten Kanälen oder Leitungen zu ihrem jeweiligen separaten Verarbeitungsmittel geleitet. Eine geeignete Rohrleitung zu diesem Zweck kann jede standardmäßige oder herkömmliche Rohrleitung zur Verwendung in der Flüssigkeitschromatographie enthalten, z.B. eine Kunststoffrohrleitung (vorzugsweise PEEK-Rohrleitung) oder Metallrohrleitung (vorzugsweise Stahlrohrleitung). Jeder Teilstrom des Eluatstroms wird vorzugsweise durch seinen eigenen Satz aus einer oder mehr Leitung(en) zu einem jeweiligen Verarbeitungsmittel geleitet.
Hier bezeichnet der Begriff „Säule“ jede rohrförmige Struktur zur Ausführung einer Chromatographie an einer Probe. Daher kann die Säule eine gerade Säule oder eine gewundene Säule, vorzugsweise eine gerade Säule sein. Vorzugsweise ist die Säule eine Säule, die mit geeigneten Medien gepackt sein kann. Sie kann zum Beispiel eine Säule in großem Maßstab sein, die für präparative Chromatographie im industriellen Maßstab verwendet wird, oder eine Säule in kleinem Maßstab für eine präparative Chromatographie an kleinen Probenmengen und/oder in einer Laborumgebung. Sie kann eine Säule für eine analytische Chromatographie sein. Für gewöhnlich ist die Säule eine Säule für Flüssigkeitschromatographie, kann aber zum Beispiel eine Säule für superkritische Fluid (SCF)-Chromatographie sein. Die Strömungswege für die SCF durch die Vorrichtung sind in diesem Fall angemessen mit Druck beaufschlagt. Die Säule kann zum Beispiel eine Säule für Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC), Ultrahochleistungsflüssigkeitschromatographie (UHPLC), Flash-Säulenchromatographie, Schnelle-Protein-Flüssigkeitschromatographie (FPLC) und andere Formen von Chromatographie sein. Die Säule kann eine Kapillare aufweisen (wie in der Kapillarchromatographie verwendet). Vorteilhafterweise kann die Säule in gewissen Ausführungsformen eine standardmäßige, d.h. herkömmliche, HPLC-Säule sein, wodurch die Erfindung von Benutzern an Standardsäulen verwendet werden kann, wobei nur Modifizierungen am Säuleneinlass und optional dem Säulenauslass vorgenommen werden müssen, z.B. die Verwendung einer modifizierten Frittenanordnung und/oder eines modifizierten Strömungsverteilers wie hierin beschrieben.
Geeignete Säulen können, wie bekannt, aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, einschließlich zum Beispiel Metall (vorzugsweise Edelstahl), Glas, Keramik, Polymer usw. Die Säule kann als mikrofabrizierte oder integrierte fluide Chip-Struktur (integrierte Chip-Säulen) hergestellt werden. Die Säule kann jede geeignete Länge aufweisen; vorzugsweise haben Säulen eine Länge im Bereich von 5 mm bis 1000 mm (möglicherweise länger), z.B. 50 bis 200 mm, z.B. etwa 100 mm, insbesondere für analytische, z.B. HPLC, Anwendungen. Die Säule kann jeden geeigneten Durchmesser haben; vorzugsweise liegt der Innendurchmesser der Säule zwischen 300 µm und 1000 mm, z.B. Standardinnendurchmesser wie 4,6 mm Durchmesser für HPLC. Die Säule hat vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt (d.h. transversalen Querschnitt), obwohl Säulen mit anderen Querschnittsformen verwendet werden können.
Die Chromatographie, für die die Erfindung nützlich ist, kann in verschiedenen Ausführungsformen analytische Chromatographie, z.B. Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC), UltraHochleistungsflüssigkeitschromatographie (UHPLC), multidimensionale oder zweidimensionale Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (MDHPLC oder 2DHPLC), Flash-Säulenchromatographie, Schnelle-Protein-Flüssigkeitschromatographie (FPLC), Parallelnachweis-Chromatographie, SCF-Chromatographie und eine andere Chromatographie, insbesondere HPLC sein.
Die Chromatographie, für die die Erfindung nützlich ist, kann in Ausführungsformen präparative Chromatographie, z.B. präparative Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (PHPLC), Prozesschromatographie, Proteinreinigung, Enzymreinigung, Antikörperreinigungen, Reinigungen kleiner Moleküle, pharmazeutische Reinigungen oder Naturproduktreinigungen sein.
Die Flüssigkeitschromatographie, für die die Erfindung nützlich ist, kann in Ausführungsformen sowohl analytische wie auch präparative Chromatographie sein, wo z.B. das Eluat sowohl für analytische Zwecke erfasst wie auch in gereinigten Fraktionen gesammelt wird.
In Bezug auf die Art der mobilen Phase und stationären Phase, die verwendet werden, kann jede geeignete Art der mobilen Phase und stationären Phase verwendet werden, z.B. kann jede geeignete und/oder bekannte Phase verwendet werden, die für die Art von ausgeführter Chromatographie angemessen ist, z.B. jede bekannte mobile Phase und stationäre Phase für HPLC, wenn HPLC durchgeführt wird. In Bezug auf die Art von Trennungsverfahren kann jedes geeignete herkömmliche Verfahren verwendet werden, zum Beispiel entweder eine isokratische oder Gradientenelution oder Verdrängungselution, entweder eine Normalphasen- oder Umkehrphasen- oder hydrophile oder lonenaustausch- oder lonenausschluss- oder Affinitäts- oder chirale oder Größenausschluss-LC usw.
Wenn die Chromatographie superkritische Fluid-Chromatographie ist, kann die mobile Phase ein herkömmliches SCF wie Kohlendioxid sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
Eine Vorrichtung, die die vorliegende Erfindung verwendet, und Verfahren der vorliegenden Erfindung können für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, einschließlich zum Beispiel Reinheitsanalyse, Komponentenanalyse, Qualitätsanalyse, quantitative Analyse, und Isolierung oder Reinigung im analytischen Maßstab, Pilotmaßstab oder Industriemaßstab. Marktanwendungen enthalten zum Beispiel Arzneimittelentdeckung, klinischen Analyse, Umweltanalyse und Erforschung diagnostischer Marker im Bereich von Proteinen, Glycoprotein, Phosphoprotein, Metaboliten und Nukleinsäuren zum Beispiel. Die Erfindung ist somit zum Beispiel in der pharmazeutischen, chemischen, biotechnologischen, biopharmazeutischen und Herstellungsindustrie anwendbar.
Die Erfindung ist bei gepackten Säulen anwendbar. Gepackte Säule bedeutet hierin eine Säule, die ein geeignetes Bett für die stationäre Phase enthält. Jedes herkömmliche Bettmedium kann in das Innere der Säule als Säulenbett gepackt werden, abhängig von der Art von ausgeführter Chromatographie. Das Bettmedium kann zum Beispiel Partikel oder poröses monolithisches Material (z.B. polymeres oder keramisches monolithisches Bett), vorzugsweise Partikel enthalten. Das Bettmedium kann aber auch ein Membranbett oder jedes andere Bett aufweisen. Die Erfindung ist besonders für Betten nützlich, die heterogen verteilt sind. Partikelgrößen des bevorzugten Partikelmediums reichen zum Beispiel von 1 µm bis 150 µm, aber weder untere oder obere Grenzwerte der Partikelgröße begrenzen die Erfindung. Ein weiter Bereich von Porendurchmessern kann mit porösen Medien verwendet werden, die in der Erfindung abhängig von der Art von Chromatographie eingesetzt werden; vorzugsweise reichen Porengrößen von 30 A bis 3000 A (3 bis 300 nm). Porositäten können in einem weiten Bereich verwendet werden; vorzugsweise liegen Porositäten im Bereich von 0% bis 80%. Packungsmedien können verschiedene Chemikalien enthalten, abhängig von der Art von Chromatographie, zum Beispiel alkylgebundene Phasen, typische polargebundene Phasen und chirale stationäre Phasen. Integrierte Chip-Säulen können Partikel- oder poröse monolithische Betten verwenden.
Die Art von Detektoren, die in dem Verarbeitungsmittel verwendet wird, kann jeden herkömmlichen Detektor für Säulenchromatographie aufweisen, z.B. Ultraviolett- oder sichtbare (UV/Vis), massenspektrometrische (MS), Fluoreszenz-(FL), Chemilumineszenz- (CL), Brechungsindex- (RI), Leitfähigkeits- (CD), evaporative Lichtstreuungs- (ELSD) Detektoren usw. Ferner kann jeder nicht herkömmliche Detektor für Säulenchromatographie im Verarbeitungsmittel verwendet werden, z.B. Kernmagnetresonanz- (NMR) oder Infrarot- (IR) oder Antioxidans-Detektoren oder jeder andere Detektor vom Bio-Typ. In einigen Fällen kann ein Nachweis innerhalb der Säule verwendet werden, z.B. wo Eluat durch eine einzige Auslassöffnung hindurchgeleitet wird, wobei ein Detektor im Säulenbett so angeordnet wird, dass zum Beispiel der Detektor nur die mobile Phase aus einer bestimmten radialen Region erfasst, insbesondere der zentralen Region. Solche Detektoren können Leitfähigkeitsdetektoren aufweisen.
Vorzugsweise wird ein erster Teilstrom des Eluats zu einem ersten Verarbeitungsmittel gelenkt und ein zweiter Teilstrom des Eluats wird zu einem zweiten Verarbeitungsmittel gelenkt. Die Teilströme werden getrennt voneinander verarbeitet, d.h. das erste und zweite Verarbeitungsmittel sind getrennt. Auf diese Weise kann zum Beispiel ein erster Teilstrom mit einer relativ höheren Trennungsauflösung separat von einem zweiten Teilstrom mit einer relativ geringeren Trennungsauflösung erfasst werden. Selbst der Teilstrom mit einer relativ geringeren Trennungsauflösung kann jedoch besser aufgelöste Spitzen aufweisen als eine herkömmliche Anordnung, die Eluat erfasst, das über die gesamte Breite der Säule mit einer einzigen zentralen Auslassöffnung gesammelt wird, oder andernfalls kollektiv Eluat verarbeitet, das über die gesamte Breite der Säule gesammelt wurde. Die Erfindung kann dadurch z.B. ein Chromatogramm vom ersten Teilstrom und/oder ein Chromatogramm vom zweiten Teilstrom jeweils mit einer höheren Auflösung von Spitzen liefern als wenn die Teilströme gemeinsam erfasst werden. In einem anderen Beispiel kann ein erster Teilstrom mit einer höheren Trennungsauflösung separat in Fraktionen von einem zweiten Teilstrom mit einer geringeren Trennungsauflösung gesammelt werden. Dadurch können gesammelte Fraktionen vom ersten Teilstrom mit einer höheren Reinheit bereitgestellt werden, als wenn Fraktionen gemeinsam von den Teilen gesammelt werden.
Es ist daher offensichtlich, dass die Erfindung des Weiteren in einem weiteren Aspekt eine Vorrichtung zur Durchführung einer Multiplex-Chromatographie vorsieht, aufweisend: eine Chromatographiesäule, wobei die Säule einen Einlass und einen Auslass hat, wobei der Auslass dazu gestaltet ist, einen Eluatstrom, während er durch den Auslass aus der Säule austritt, in mindestens zwei separate Teilströme zu trennen, wobei die Vorrichtung zum separaten Verarbeiten der Teilströme gestaltet ist. Ebenso sieht die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren einer Multiplex-Chromatographie vor, aufweisend: Vorsehen einer mobilen Phase, die eine Probe aufweist, die in Komponenten getrennt werden soll; Strömenlassen der mobilen Phase in Längsrichtung durch eine Chromatographiesäule, von einem Einlass der Säule zu einem Auslass der Säule, wobei die mobile Phase die Säule durch den Auslass als ein Eluat verlässt; Teilen des Eluatstroms, während er die Säule durch den Auslass verlässt, in mindestens zwei separate Teilströme; und getrenntes Verarbeiten der mindestens zwei separaten Teilströme. Die separaten Teilströme haben jeweils eine chromatographische Trennung von Komponenten in der Säule erfahren. Die separate Verarbeitung kann das separate Erfassen der Teilströme aufweisen, z.B. jedes Teilstroms mit einem anderen Detektor. Auf diese Weise können verschiedene Detektoren, jeder mit seinen einzigartigen Vorteilen im Nachweis, zum parallelen Analysieren von Teilströmen desselben Eluats verwendet werden. Der Vorteil des Multiplexens kann in einer Erhöhung des Probendurchsatzes liegen. Die bevorzugten Merkmale der Vorrichtung und des Verfahrens zur Ausführung einer Multiplex-Flüssigkeitschromatographie sind hierin in Verbindung mit den anderen Aspekten der Erfindung beschrieben.
In den am meisten bevorzugten Ausführungsformen ist die Probe vorzugsweise im Wesentlichen zur Gänze im ersten Teilstrom der mobilen Phase enthalten, der in die Säule eingeleitet wird, um dadurch einen Probenteilstrom vorzusehen, und der zweite Teilstrom der mobilen Phase, der in die Säule eingeleitet wird, ist im Wesentlichen frei von Probe (d.h. besteht nur aus dem Lösemittel der mobilen Phase), um dadurch einen Vorhangteilstrom vorzusehen, der frei von Probe ist. Auf diese Weise kann zum Beispiel der erste oder Probenteilstrom mit einer Probe, die in Komponenten entlang der Säule getrennt wurde, separat vom zweiten oder Vorhangteilstrom im Wesentlichen ohne Probe darin erfasst werden. Der erste oder Probenteilstrom ist vorzugsweise der Teilstrom, der durch die zentrale Region der Säule geströmt ist, wo die Trennungseffizienz am höchsten ist. Der Vorhangstrom dient zum Begrenzen der transversalen Migration oder Diffusion der Probe und/oder zum Abflachen des Strömungsgeschwindigkeitsprofils im transversalen Querschnitt. Der Vorhangstrom, der im Wesentlichen keine Probe enthält, kann als ein Teilstrom des Eluats, das die Säule verlässt, verarbeitet werden, indem er in einer weiteren Runde Chromatographie verwendet wird. Auf diese Weise werden Kosteneinsparungen beim Lösemittelverbrauch erzielt, mit begleitenden Vorteilen für die Umwelt. Daher ist in solchen Ausführungsformen die Vorrichtung vorzugsweise zur Wiederverwendung des Teilstroms des Eluats, das aus einer peripheren radialen Region oder dem Vorhangstrom kommt, in einer weiteren Chromatographie gestaltet.
Vorzugsweise ist das zweite Verarbeitungsmittel eine andere Art von Verarbeitungsmittel als das erste Verarbeitungsmittel. In einigen Ausführungsformen ist jedoch klar, dass das erste und zweite Verarbeitungsmittel dieselbe Art von Verarbeitungsmittel sein können (z.B. können sie jeweils dieselbe Art von Detektor aufweisen), wobei ein Mittel einen ersten Teilstrom verarbeitet und das andere Mittel den zweiten Teil verarbeitet, solange die Teilströme getrennt verarbeitet werden. Vorzugsweise ist jedoch das zweite Verarbeitungsmittel von einer anderen Art als das erste Verarbeitungsmittel, da die Teilströme für gewöhnlich unterschiedliche Grade an Trennung aufweisen und es wünschenswert ist, sie auf verschiedene Weisen zu verarbeiten. Zum Beispiel können das erste und zweite Verarbeitungsmittel (und optional weitere Verarbeitungsmittel, wo das Eluat in einen dritten Teilstrom oder weitere Teilströme getrennt wird) unabhängig eines oder mehrere der folgenden aufweisen: einen Detektor, einen Abfallbehälter, eine Fraktionsaufnahme- oder -sammelvorrichtung und einen Säuleneinlass. Somit ist die Verarbeitung für jeden Teilstrom vorzugsweise (unabhängig) eines oder mehrere von: Erfassen, Sammeln von Fraktionen, Senden zum Abfall und Senden zu einem Säuleneinlass. Vorzugsweise weist in einigen Ausführungsformen die Verarbeitung eines Teils, z.B. des ersten Teilstroms, das Erfassen des Teilstroms separat von dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen, z.B. für analytische Chromatographie, auf. Vorzugsweise weist in einigen Ausführungsformen die Verarbeitung eines Teils, z.B. des ersten Teilstroms, das Sammeln von Fraktionen aus dem Teilstrom separat von dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen, z.B. für präparative Chromatographie oder für multidimensionale HPLC, entweder in einer umfassenden Analyse, oder in einer Heart Cutting-Analyse auf. Vorzugsweise weist in einigen Ausführungsformen die Verarbeitung eines Teils, z.B. des zweiten Teilstroms, das Senden des Teilstroms zu einem Säuleneinlass separat von dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen auf. In einigen Ausführungsformen können Teilströme zu mehreren separaten Säulen für den Zweck gesendet werden, eine unterschiedliche Selektivität bei der Trennung und Analyse vorzusehen. Vorzugsweise weist in einigen Ausführungsformen die Verarbeitung eines Teils, z.B. des zweiten Teilstroms, das Senden des Teilstroms zum Abfall, separat von dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen auf.
Vorzugsweise wird ein erster Teilstrom (z.B. für gewöhnlich ein Teilstrom mit einer relativ höheren Trennungsauflösung) separat von einem zweiten Teilstrom (z.B. für gewöhnlich ein Teilstrom mit einer relativ geringeren Trennungsauflösung) erfasst. Bevorzugter ist der erste Teilstrom in solchen Ausführungsformen ein Teilstrom, der aus einer zentralen radialen Region der Säule kommt.
In einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, sowohl einen Teilstrom, der aus einer zentralen radialen Region kommt, wie auch einen Teilstrom aus der äußeren radialen Region zu erfassen, da beide Regionen besser aufgelöste Spitzen als eine herkömmliche Anordnung mit einer einzigen zentralen Auslassöffnung aufweisen können, d.h. beide Eluatströme können für analytische und/oder präparative Zwecke verwendet werden, wenn der Strom segmentiert wird. Ohne den Umfang der Erfindung in irgendeiner Weise einzuschränken, wird dies auf die Tatsache zurückgeführt, dass ein Teilstrom des Eluats, der aus einer begrenzten radialen Region genommen wird, eine kleinere axiale Ausbreitung an Probe hat als Eluat, das über die volle Breite der Säule entnommen wird. Es versteht sich, dass dies der Fall sein kann, wenn jeder Teilstrom der mobilen Phase eine Probenmenge enthält, die für eine Detektion ausreicht, und nicht der Fall, als Beispiel, wenn der Vorhangstrom-Teilstrom im Wesentlichen frei von Probe ist, aber vielmehr nur aus Lösemittel besteht.
Vorzugsweise weist das erste Verarbeitungsmittel einen ersten Detektor auf. Als ein Beispiel kann das erste Verarbeitungsmittel einen Detektor zum Nachweisen einer Probe aufweisen, die im Eluat vorhanden ist, und das zweite Verarbeitungsmittel kann einen Abfallbehälter aufweisen, der für gewöhnlich erreicht wird, ohne den Detektor des ersten Verarbeitungsmittels zu passieren. Als ein anderes Beispiel kann das erste Verarbeitungsmittel einen Detektor wie zuvor beschrieben aufweisen und das zweite Verarbeitungsmittel kann den Einlass derselben oder einer anderen Chromatographiesäule aufweisen, so dass der zweite Teilstrom mindestens einer weiteren Runde Chromatographie unterzogen wird, die z.B. die Wiederverwertung der mobilen Phase beinhaltet. Das zweite Verarbeitungsmittel kann ein Ventil aufweisen, das von einem Steuersystem gesteuert wird und das zwischen einer ersten Position, die den Strom des zweiten Teilstroms zum Einlass derselben oder einer anderen Chromatographiesäule ermöglicht, und einer zweiten Position, die den Strom des zweiten Teilstroms anderswo, z.B. zu einem Detektor, einem Fraktionssammler, einer anderen Säule oder zum Abfall ermöglicht, umgeschaltet wird. Als weiteres Beispiel kann das erste Verarbeitungsmittel einen Detektor wie zuvor aufweisen (einen ersten Detektor) und das zweite Verarbeitungsmittel kann einen Detektor (einen zweiten Detektor) aufweisen, wobei der zweite Detektor optional eine Messung liefern kann, die (z.B. vom Steuersystem) zur Bestimmung verwendet werden kann, ob der zweite Teilstrom zum Einlass derselben oder einer anderen Chromatographiesäule strömt, so dass der zweite Teilstrom mindestens einer weiteren Runde Chromatographie unterzogen wird. Das Steuersystem ist vorzugsweise vorgesehen, das vorzugsweise die Signale von dem einen oder den mehreren Detektor(en) empfängt, die im ersten und/oder zweiten Verarbeitungsmittel enthalten sind. Das Steuersystem kann für eines oder mehrere der Verarbeitungsmittel den Betrieb eines Ventils oder mehrerer Ventile auf der Basis eines Signals von einem Detektor im Verarbeitungsmittel steuern, so dass ein Teilstrom des Eluats, nachdem er den Detektor passiert hat, zu einer gewünschten Stelle, z.B. zum Abfall oder einem Säuleneinlass, gelenkt wird. Somit kann die Vorrichtung eine Form von datenabhängiger Verarbeitung ausführen.
Wenn ein Verarbeitungsmittel den Einlass einer Chromatographiesäule aufweist, kann das Verarbeitungsmittel ferner ein Gefäß oder eine Strömungsschleife aufweisen, in dem oder der Eluat, das weiter chromatographiert werden soll, gesammelt wird und vorzugsweise vor einer weiteren Chromatographie erneut konzentriert wird.
Auf diese verschiedenen Weisen sieht zum Beispiel die Erfindung eine Säule mit einem Auslass vor, der zum selektiven Lenken eines Teilstroms des Eluats zu einem ersten Verarbeitungsmittel, z.B. einem Detektor, gestaltet ist, während er einen anderen Teilstrom zu einem anderen Verarbeitungsmittel lenkt, das sich vom ersten Verarbeitungsmittel unterscheidet. Vorzugsweise weist das erste Verarbeitungsmittel für analytische Zwecke einen Detektor auf, der so angeordnet ist, dass der erste Teilstrom separat vom zweiten Teilstrom erfasst wird. Vorzugsweise weist das erste Verarbeitungsmittel für präparative Zwecke eine Fraktionsaufnahmevorrichtung auf, die so angeordnet ist, dass Fraktionen des ersten Teilstroms separat vom zweiten Teilstrom aufgenommen werden (wenn das erste Verarbeitungsmittel eine Fraktionsaufnahmevorrichtung aufweist, kann es auch einen Detektor aufweisen).
Es ist offensichtlich, dass viele andere Verarbeitungsmittel und Kombinationen davon verwendet werden können und einige von diesen sind hier ausführlicher beschrieben. Hier enthält das Verarbeitungsmittel die Route, der ein Teilstrom des Eluats folgt, nachdem er die Säule verlassen hat, so dass die Teilströme zum Beispiel in gewissen Ausführungsformen zu demselben Detektor aber über verschiedene Routen gelenkt werden können, so dass die Teilströme separat erfasst (verarbeitet) werden, z.B. in diesem Fall nicht zur selben Zeit. In den meisten Fällen ist jedoch bevorzugt, dass die getrennten Teilströme vollkommen getrennten Routen folgen, nachdem sie am Säulenauslass geteilt wurden.
In einigen Ausführungsformen könnten die verschiedenen Teilströme des Eluats, die am Auslass geteilt werden, stromabwärts des Auslasses wieder vereint werden. Die Teilströme können wieder vereint werden, nachdem die Teilströme einer separaten Verarbeitung unterzogen wurden. Zum Beispiel können die Teilströme wieder vereint werden, nachdem ein Teilstrom, vorzugsweise der zentrale Teilstrom, separat von dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen erfasst wurde. Die wieder vereinten Teilströme können dann zum Beispiel einer oder mehrerer weiteren chromatographischen Abtrennung(en) unterzogen werden, optional nach einer erneuten Konzentration der Teilströme.
Mehrere Vorrichtung gemäß der Erfindung können miteinander verbunden werden, das heißt, einer (oder mehrere) der Teilströme des Eluats, das am Auslass der Säule getrennt wurde, können in den Einlass einer weiteren Säule geleitet werden, d.h. einer weiteren Vorrichtung gemäß der Erfindung. Somit kann eine Kaskade von Säulen gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden werden. Alternativ kann eine weitere Säule eine herkömmliches Säule oder andere Säule sein, die keine Säule gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Im Allgemeinen kann die Erfindung daher das Lenken des Stroms von einem (oder mehreren) der Teilströme des Eluats zu einer weiteren Säule für eine weitere chromatographische Trennung aufweisen. Auf diese Weise kann ein Teilstrom (oder mehr als ein Teilstrom) des Eluats, in dem Komponenten einer Probe nicht angemessen getrennt, d.h. aufgelöst, wurden, in eine weitere Säule geleitet und darin einer Chromatographie unterzogen werden, um die Komponenten weiter zu trennen. Die Anzahl von Säulen, die in dieser Art einer Kaskade verbunden werden können, ist nicht besonders eingeschränkt. Zum Beispiel können zwei, drei, vier oder mehr Säulen in Serie miteinander verbunden werden. Das Eluat kann vor dem Einspritzen in jede weitere Säule oder weitere Säulen erneut konzentriert werden. Der Teilstrom des Eluats, der zu einer weiteren chromatographischen Trennung geleitet wird, ist vorzugsweise der Teilstrom, der aus der äußeren oder peripheren radialen Region der Säule kommt, da Komponenten darin für gewöhnlich weniger gut getrennt sind als in dem Teilstrom, der aus der zentralen Region kommt, aber der Teilstrom des Eluats, der vom zentralen Teilstrom kommt, könnte optional zu einer weiteren chromatographischen Trennung geleitet werden, wie dies bei einer multidimensionalen oder zweidimensionalen HPLC der Fall wäre.
Als weitere Variation der vorangehenden Ausführungsformen kann das Eluat wiederverwertet werden, z.B. über Leitungen, d.h. zum Einlass derselben Säule für einen Durchgang oder mehrere weitere Durchgänge durch dieselbe Säule gelenkt werden (d.h. eine oder mehrere Runden Chromatographie). Insbesondere kann einer (oder mehrere) der Teilströme des Eluats, das am Auslass der Säule getrennt wurde, in den Einlass der Säule zurückgeleitet werden. Auf diese Weise kann ein Teilstrom (oder mehr als ein Teilstrom) des Eluats, in dem Komponenten einer Probe nicht angemessen getrennt, d.h. aufgelöst, wurden, wieder in die Säule geleitet und darin einer weiteren Chromatographie unterzogen werden, um die Komponenten weiter zu trennen. Das Eluat wird vorzugsweise vor der erneuten Injektion in die Säule für den einen Durchgang oder die mehreren weiteren Durchgänge durch die Säule konzentriert. Der Teilstrom des Eluats, der auf diese Weise wiederverwertet wird, ist vorzugsweise der Teilstrom, der aus der äußeren oder peripheren radialen Region der Säule kommt, da Komponenten darin für gewöhnlich weniger gut getrennt sind als in dem Teilstrom, der aus der zentralen Region kommt. In Fällen, wo der Teilstrom des Eluats im Wesentlichen frei von Probe ist (d.h. nur Lösemittel ist), z.B. wo ein Vorhangteilstrom nur aus Lösemittel durch die Säule geströmt ist und von dem anderen Teilstrom am Auslass geteilt wird, kann der Teilstrom nur aus Lösemittel als mobile Phase in einer weiteren Chromatographie wiederverwendet werden, wodurch der gesamte Verbrauch an mobiler Phase der Vorrichtung verringert wird.
Die Erfindung kann ferner in verschiedenen Ausführungsformen weitere bekannte Komponenten einer Chromatographievorrichtung aufweisen. Zum Beispiel kann die Erfindung ferner mindestens ein Mobile-Phase-Reservoir zum Zuleiten der mobilen Phase zum Einlass der Säule aufweisen. Die Erfindung kann ferner mindestens eine Pumpe zum Pumpen der mobilen Phase aus mindestens einem Mobile-Phase-Reservoir durch die Säule aufweisen. In einigen Ausführungsformen, in welchen zum Beispiel zwei oder mehr separate Teilströme der mobilen Phase durch einen Mehrfachöffnungseinlass eingeleitet werden, können zwei oder mehr Pumpen verwendet werden (z.B. eine für jeden Teilstrom). Es kann jedoch möglich sein, eine einzige Pumpe selbst dann zu verwenden, wenn mehrere Teilströme der mobilen Phase am Einlass eingeleitet werden, indem eine Strömungsregulierung verwendet wird, wie eine Anordnung mit einer einzigen Pumpe, aber mit Druckbeschränkungen in den Leitungen, die die mobile Phase befördern, um den Grad an Strömungsbeschränkung unabhängig in jeder Leitung zu variieren. Die Erfindung kann ferner mindestens einen Probeninjektor aufweisen, z.B. ein Injektionsventil, um eine Probe in die mobile Phase stromaufwärts des Säuleneinlasses einzuspritzen. Die Erfindung kann ferner einen oder mehrere Druckregler oder Strömungsbegrenzer zum Ausgleichen des Stroms aus zahlreichen Austrittsöffnungen bei gewünschten Pegeln aufweisen, wobei der eine oder die mehreren Druckregler vorzugsweise stromabwärts des Säulenauslasses liegen. Die Vorrichtung wird vorzugsweise von einem Steuer- und Datensammelsystem gesteuert, das z.B. einen Computer und Steuerelektronik aufweist. Das Steuer- und Datensammelsystem dient vorzugsweise zum Steuern (in jedem Fall, wenn die Komponente vorhanden ist) der eine oder mehreren Pumpen zum Pumpen der mobilen Phase durch die Säule, des Probeninjektors zur Probeninjektion und des einen oder der mehreren Druckregler zum Ausgleichen des Stroms durch die Austrittsöffnungen. Das Steuer- und Datensammelsystem dient vorzugsweise zum Empfangen und optional Verarbeiten von Daten von einem oder mehreren Detektoren der Verarbeitungsmittel. Das Steuer- und Datensammelsystem kann auch einen Ausgang der Daten vorsehen, z.B. mit oder ohne deren Verarbeitung, je nach Bedarf. Das Steuer- und Datensammelsystem kann zusätzlich andere Komponenten der Vorrichtung steuern.
Figurenliste

1 zeigt schematisch in Form eines Flussdiagramms eine herkömmliche Konfiguration eines HPLC-Systems.
2 zeigt schematisch eine axiale Querschnittsseitenansicht durch eine herkömmliche gepackte Chromatographiesäule, in der eine einzige Probenkomponente eluiert.
3 zeigt die Ansicht von 2 mit vier verschiedenen eluierenden Probenkomponenten.
4 zeigt schematisch eine axiale Querschnittsseitenansicht durch eine gepackte Chromatographiesäule gemäß der Erfindung, die das Prinzip eines Strömungsverteilers am Einlass und am Auslass zeigt.
5A zeigt eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Frittenanordnung gemäß der Erfindung; 5B zeigt eine Ansicht von unten der Ausführungsform in Richtung von Pfeil A; und 5C zeigt eine Seitenquerschnittsansicht der Ausführungsform entlang der Linie B-B.
5D zeigt eine perspektivische Ansicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform einer Frittenanordnung gemäß der Erfindung; und 5E zeigt die Ansicht von unten der Ausführungsform.
5F und 5G zeigen schematisch jeweils weitere Ausführungsformen der Frittenanordnungen gemäß der Erfindung.
5H und 5I zeigen schematisch Ausführungsformen von Kapillaranordnungen am Säuleneinlass oder -auslass gemäß der Erfindung.
6A zeigt, in auseinander gezogener Ansicht, eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Fritte mit geteilten Segment und einem Vier-Öffnungs-Endstück;
und 6B zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie 6A aber mit einer einstückigen Fritte.
7 zeigt, in auseinander gezogener Ansicht, eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer Fritte mit geteiltem Segment und einem Vier-Öffnungs-Endstück.
8A zeigt, in auseinander gezogener Ansicht, eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer Fritte mit geteiltem Segment und einem Sieben-Öffnungs-Endstück.
8B zeigt die zusammengebaute Ausführungsform von 8A in einer abgeschnittenen Ansicht.
9 zeigt eine abgeschnittene Ansicht der in 7 dargestellten Ausführungsform, die in zusammengebauter Form mit daran befestigtem Ausgangsrohr dargestellt ist.
10 zeigt schematisch in der Form eines Flussdiagramms eine Ausführungsform eines analytischen LC-Systems gemäß der Erfindung.
11A zeigt schematisch in der Form eines Flussdiagramms eine weitere Ausführungsform eines LC-Systems gemäß der Erfindung, das die Wiederverwertung eines Teilstroms des Eluats nutzt.
11B zeigt schematisch ein System zum Kaskadieren der mobilen Phase aus einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zu anderen Vorrichtung gemäß der Erfindung.
12 zeigt einen Vergleich von Spitzen von drei gelösten Substanzen, Toluol, Propylbenzol und Butylbenzol, die in einem HPLC-System unter verschiedenen Bedingungen der mobilen Phasensegmentierung.
13 zeigt die Elutionsprofile in einem Vergleich nach Elutionsvolumen der Propylbenzolspitze im HPLC-System unter verschiedenen Bedingungen der mobilen Phasensegmentierung.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Für ein umfassenderes Verständnis der Erfindung, ohne jedoch deren Umfang einzuschränken, werden nun verschiedene beispielhafte Ausführungsformen und Versuche unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
In einer herkömmlichen Konfiguration eines HPLC-Systems (wie schematisch in 1 in der Form eines Flussdiagramms dargestellt), werden eine oder mehrere Flaschen des oder der Lösemittel der mobilen Phase 2 über eine Rohrleitung zu einem Lösemittelabgabesystem 6 geleitet, das eine Pumpe verwendet, die bei hohen oder geringen Drücken pumpt, oder werden über eine Rohrleitung durch Schwerkraft (nur geringer Druck) geleitet. Das Lösemittelabgabesystem 6 gibt das gewünschte Lösemittel der mobilen Phase oder Gemische davon (hierin einfach als Lösemittel bezeichnet) durch eine Probeninjektionsöffnung oder ein Ventil 8 ab, wobei eine Probe in den Lösemittelstrom und dann in eine chromatographischen Säule 15 geleitet wird, die mit einer stationäre Phase oder einem Bett gepackt ist oder mit einer monolithischen stationären Phase versehen ist. Die Säule ist für gewöhnlich eine zylindrische Säule mit kreisförmigem Querschnitt. Der Strom durch die Säule 15 wird radial über die volle Breite des Querschnitts des Säulenbetts durch eine Kopf- oder Einlassfritte 9 verteilt, wie auch durch das Säulenbett selbst und dann erfolgt eine anschließende chromatographische Trennung, während die Probe von dem Lösemittel der mobilen Phase die Länge der Säule nach unten befördert wird. Am Ausgang oder Auslass einer herkömmlichen HPLC-Säule wird die ausströmende mobile Phase oder das Eluat von einer zweiten oder Auslassfritte 11 gesammelt, die für gewöhnlich von einem Endstück in Position gehalten wird, das am Auslassende der Säule befestigt ist, so dass der gesamte Querschnitt des Stroms an eine kleine Austrittsöffnung 40 abgegeben wird, die sich in der Mitte des Querschnitts der Säule befindet. Das heißt, Material aus äußeren radialen Regionen der Säule nahe der Wand wird radial nach innen gepresst, so dass es, gemeinsam mit dem Material, das durch die zentrale radiale Region der Säule gegangen ist, durch die einzige zentrale Austrittsöffnung 40 geht. Getrennte Komponenten der Probe werden dann von dem Eluatstrom durch geeignete Verbindungsrohrleitungen in einen Detektor 16 befördert, der eine chromatographische Spur erzeugt. In der analytischen Chromatographie werden die getrennten Komponenten entweder nach dem Nachweis zum Abfall 18 gesendet oder während des Nachweises zerstört. In der präparativen Chromatographie wird ein Teilstrom des Eluats erfasst und als Grundlage für das Sammeln gewünschter Komponenten aus dem Strom verwendet, wobei ein Reservoir oder eine Fraktionssammelvorrichtung 19 verwendet wird. Das System wird von einem Steuer- und Datensammelsystem 4, z.B. einem Computer und zugehöriger Steuerelektronik gesteuert, die insbesondere das Lösemittelabgabesystem 6 und den Injektor 8 steuert und Daten vom Detektor 16 steuert und sammelt, wie auch andere Komponenten steuert. Das Steuer- und Datensammelsystem 4 kann auch die Daten für eine Ausgabe, z.B. als Chromatogramm verarbeiten.
Wie in 2 dargestellt, die schematisch eine axiale oder longitudinale Querschnittsseitenansicht durch eine herkömmliche gepackte Chromatographiesäule 15 zeigt, sammelt sich eine Probenkomponente, die auf den Kopf der Säule vom Injektor über eine einzige mittlere Einlassöffnung 41 aufgetragen wird, dort in der Form eines relativ dünnen, flachen Bandes 10 an. In drei Dimensionen ist das Band 10 einer dünnen, flachen Scheibe ähnlich, die durch den Innendurchmesser des Säulengehäuses oder der Wand begrenzt ist. Während der Trennung an der Säule, und wenn das Band 10 der Probe von der mobilen Phase die Säule hinab befördert wird, beginnt das Band die Form zu ändern, wie durch das Band bei 20 dargestellt und wie ausführlicher in der oben stehenden Einleitung beschrieben ist. Kurz gesagt, die Mitte des Bandes, die auf der und um die Mittel- oder Längsachse 17 der Säule liegt, bewegt sich schneller als der Umfang des Bandes näher der Wand, wodurch das Materialband in eine Art von Schale oder Becher gezogen wird, wie klar durch das Band bei 25 dargestellt ist. Ferner beginnt sich die Probe nahe der Säulenwand auszubreiten (zu verbreitern) und wird stärker verdünnt. Dieses Phänomen ist progressiv, so dass es am ausgeprägtesten ist, wenn das Fluid die Säule am Austrittsende oder Auslass der Säule verlässt. Am Ende der Säule 30 beginnt die „Schale“ an Material aus dem mittleren Austrittsloch oder der Öffnung 40 auszutreten, das bzw. die sich auf der Mittelachse 17 befindet, nachdem sie durch eine dünne Frittenschicht 11 mit minimaler Impedanz einer lateralen Strömung gegangen ist. An der rechten Seite in 2 ist die Stirnansicht des Endes 30 der Säule dargestellt, mit der mittleren Öffnung 40 in der Mitte. Das Ziel der herkömmlichen Anordnung besteht darin, den vollen Querschnitt des „Probenbandes“ an der mittleren Öffnung 40 zu sammeln und zum Detektor in einer möglichst scharfen Spitze zu leiten.
Wenn mehrere Komponenten auf eine gepackte Säule aufgebracht werden, bewirken ihre verschiedenen chemischen Affinitäten für mobile und stationäre Phasen in der Säule, dass sie sich jeweils bei unterschiedlichen Raten durch die Säule bewegen. Das ist die Grundlage einer Trennung in einer LC-Säule. 3, die analog zu 2 ist, zeigt vier verschiedene Probenkomponenten 105, 110, 115, 120, die über die Länge der Säule 15 teilweise aufgelöst (d.h. voneinander getrennt) sind. Es sollte klar sein, dass in dem schematischen Beispiel, das in 2B dargestellt ist, in der Mitte der Säule, d.h. auf der Mittelachse 17, Spitzen vollständig aufgelöst sind, aber die Verbreiterung und Verdünnung am Umfang, näher den Säulenwänden bewirkt, dass die Komponenten überlappen und nicht aufgelöst werden. Wenn dieser Satz von Komponenten 105, 110, 115, 120 aus dem einzigen zentralen Loch oder der Öffnung 40 in der Mitte des Chromatographiesäulenauslasses austritt, während Flüssigkeit über die volle Breite durch die Öffnung gepresst wird, zeigen die Spitzen im erhaltenen Chromatogramm 135 eine teilweise oder unvollständige Auflösung. Das heißt, es gibt unterscheidbare Spitzen, die aber im frühen und späten Teil jeder Spitze, z.B. in der Inter-Spitzen-Region 140 nicht vollständig voneinander getrennt sind.
Im Gegensatz zur beschriebenen herkömmlichen Anordnung ist in bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der Einlass und gegebenenfalls der Auslass der Säule mit mehreren Einlassöffnungen und mehreren Austrittsöffnungen im Gegensatz zur einzigen Austrittsöffnung 40 der in 2 und 3 gezeigten herkömmlichen Anordnung gestaltet. Wie in der Folge ausführlicher beschrieben ist, können bevorzugte Ausführungsformen einen End- oder Einlassanschluss (auch als Endkappe bezeichnet) am Einlassende der Säule und einen End- oder Austrittsanschluss (auch als Endkappe bezeichnet) am Auslassende der Säule verwenden, die so modifiziert wurden, dass sie einem herkömmlichen LC-Endstück nicht ähnlich sind. Eine bevorzugte Modifizierung ist, dass die Einlassfritte und/oder das Einlassendstück so gestaltet sind, dass die mobile Phase durch mehrere Kanäle zur Säule geleitet wird, die an verschiedenen Punkten im transversalen (radialen) Querschnitt der Säule positioniert sind, wenn die Fritte und/oder der Anschluss am Einlass positioniert sind. Auf diese Weise trifft die mobile Phase, die durch die mehreren Kanäle eingeleitet wird, an verschiedenen radialen Regionen der Säule ein. In bevorzugten Ausführungsformen wird ein Teilstrom der mobilen Phase, der mehr Probe enthält, zu den vorteilhafteren Regionen der Säule geleitet, wie der radial zentralen Region, und der andere Teilstrom der mobilen Phase, der weniger oder keine Probe enthält, wird zu weniger vorteilhaften Regionen der Säule wie der Wandregion geleitet. Diese Einlassanordnung ermöglicht eine Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit und eine Steuerung der Probenkonzentration über den Durchmesser der Säule, um konzentriertere, besser aufgelöste und schmälere Komponentenbänder zu erzeugen. Eine weitere bevorzugte Modifizierung besteht darin, dass die Auslassfritte und/oder die Endstücke so gestaltet sind, dass sie die mobile Phase von der Säule durch mehrere Kanäle ableiten, die an verschiedenen Punkten im transversalen (radialen) Querschnitt der Säule positioniert sind, wenn die Fritte und/oder der Anschluss am Auslass positioniert sind. Auf diese Weise kommt die mobile Phase, die durch die mehreren Kanälen abgeleitet wird, aus verschiedenen Regionen der Säule, insbesondere verschiedenen radialen Regionen der Säule. Dies ermöglicht eine Segregation der verschiedenen fluiden Komponenten über den Durchmesser der Säule. Der Strom aus mehreren Kanälen kann in Form von getrennten Teilen behandelt und unterschiedlich verarbeitet werden. In bevorzugten Ausführungsformen kann die mobile Phase aus mehreren vorteilhaften Regionen der Säule, wie der zentralen radialen Region, getrennt von der weniger vorteilhaften mobilen Phase verarbeitet werden, um zum Beispiel die Auflösung eines dabei erhaltenen Chromatogramms oder die Reinheit gesammelter Fraktionen zu verbessern. Durch Begrenzen der Teilströme des Eluats auf eingeschränkte radiale Regionen der Säule kann jeder Teilstrom Verbesserungen in der Trennungseffizienz im Vergleich zum herkömmlichen Fall zeigen, wo Eluat über die gesamte Säule gesammelt und als ein Strom erfasst wird.
Es werden nun verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es gibt drei bevorzugte Hauptaspekte bei den Ausführungsformen. Ein erster bevorzugter Hauptaspekt ist das Verwenden eines segmentierten Strömungsanschlusses am Säuleneinlass und/oder einer Fritte am Einlass, die modifiziert ist, um die mobile Phase, die an der Mitte des Säulenquerschnitts eintrifft, von der mobilen Phase, die an der Region eintrifft, die die Mitte umgibt (d.h. an der Umfangsregion), zu segregieren und dadurch eine segmentierte Stromeinspritzung vorzunehmen, um einen Vorhangstrom, der einen Probenstrom umgibt, durch die Säule zu erzeugen, so dass die Effizienz weiter verbessert wird. Ein zweiter bevorzugter Hauptaspekt ist, dass die Fritte am Auslass modifiziert ist, um die mobile Phase, die von der Mitte des Säulenquerschnitts eintrifft, von der mobilen Phase, die von der Region eintrifft, die die Mitte umgibt (d.h. aus der Umfangsregion) zu trennen und zu segregieren. Somit wird der Eluatstrom durch die Fritte in einen Teilstrom, der sich durch die Mitte der Säule bewegt hat, und einen Teilstrom, der sich durch die Umfangsregion bewegt hat, getrennt. Ein dritter bevorzugter Hauptaspekt ist, dass die Ströme von der Mitte und vom Umfang in verschiedene Austrittskanäle und Öffnungen in einem Strömungsverteiler (z.B. Stahlendstück oder Kappe) geleitet werden, der für gewöhnlich am Ende der Säule befestigt (z.B. verschraubt) ist. In einigen Ausführungsformen ist möglich, einen solchen Verteiler ohne die geteilte Fritte zu verwenden, die das Eluat teilt, da der Strömungsverteiler mit mehreren Öffnungen alleine eine Teilung des Eluatstroms in verschiedene Teilströme ausführen kann, z.B. wenn die Oberfläche des Strömungsverteilers, die der Fritte gegenüber liegt, nahe der Oberfläche der Fritte, vorzugsweise in Kontakt mit der Oberfläche der Fritte, liegt.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht im Längsquerschnitt der Säule ähnlich 2 und 3. 4 zeigt schematisch das Prinzip des Einlassströmungsverteilers 182 am Einlass der Säule 15, die eine gepackte Säule ist, z.B. für HPLC. An der linken Seite der Seitenansicht eines Längsquerschnitts ist eine Stirnansicht des Säuleneinlasses dargestellt (d.h. eine Stirnansicht des Strömungsverteilers 182 am Einlassende der Säule). Der Einlassströmungsverteiler weist eine mittlere Einlassöffnung 185 auf, die ähnlich wie die einzige mittlere Einlassöffnung 41 der herkömmlichen Anordnung positioniert ist, die die mobile Phase in die Säule leitet (d.h. die mittlere Einlassöffnung 185 liegt auf der Mittelachse 17 der Säule). Vorzugsweise leitet die mittlere Einlassöffnung 185 des Einlassströmungsverteilers 182 die mobile Phase weiter, die stärker mit Probe konzentriert ist und bevorzugter im Wesentlichen die gesamte Probe enthält. Der Einlassströmungsverteiler 182 weist ferner sechs periphere Einlassöffnungen 190 auf, die gleichmäßig und symmetrisch beabstandet um die zentrale Öffnung 185 liegen, die die mobile Phase zur Umfangsregion, näher zur Innenwand der Säule leiten, die weniger oder vorzugsweise keine Probe enthält (d.h. sie besteht nur aus Lösemittel, wenn keine Probe vorhanden ist). Dieser Umfangsstrom einer mobilen Phase bildet einen Vorhangstrom, der den zentralen Probenstrom ringförmig umgibt. Es ist offensichtlich, dass, wenn die gesamte Probe über die mittlere Öffnung eingeleitet wird, nur eine Strömungsleitung, die die mittlere Einlassöffnung versorgt, ein Probeninjektionsventil aufweisen muss, d.h. die Strömungsleitungen, die die sechs peripheren Einlassöffnungen 190 versorgen, müssen keine Probeninjektionsventile haben.
Am Auslass der Säule 15 ist ein Auslassströmungsverteiler 172 vorgesehen. An der rechten Seite der Seitenansicht im Längsquerschnitt ist eine Endansicht des Säulenauslasses dargestellt (d.h. eine Endansicht des Strömungsverteilers 172 am Ende der Säule). Der Strömungsverteiler weist eine mittlere Auslassöffnung 175 auf, die ähnlich wie die einzige mittlere Öffnung 40 der herkömmlichen Anordnung positioniert ist, die eine Eluatströmung aus einer zentralen radialen Region des Querschnitts der Säule aufnimmt und weiterleitet (d.h. einer Region, die sich auf der Mittelachse 17 der Säule befindet), die stärker konzentrierte und aufgelöste Komponenten enthält. Der Strömungsverteiler weist ferner sechs periphere Öffnungen 180 auf, die gleichmäßig und symmetrisch beabstandet um die zentrale Öffnung 175 liegen, die Eluat aufnehmen und weiterleiten, das in der Umfangsregion, näher zur Innenwand der Säule strömt, das die stärker verdünnte oder keine Probe enthält.
Im Gegensatz zu den schalenförmigen, teilweise aufgelösten Bändern 105, 110, 115, 120, die durch die herkömmliche Einlassanordnung in 3 erzeugt werden, liefert die Einlassanordnung der Erfindung, die in 4 dargestellt ist, flachere Probenbänder 150, 155 und 160, die die Säulenwände überhaupt nicht berühren könnten, wenn die Probe vorwiegend oder vollständig im zentralen Probenstrom am Einlass enthalten ist. Der separat eingeleitete Vorhangstrom, der durch die peripheren Einlassöffnungen 190 gebildet wird, ermöglicht, dass die Strömungsgeschwindigkeit der mobilen Phase in der peripheren Region der Säule unabhängig von der mobilen Phase in der zentralen Region gesteuert werden kann und enger mit der Strömungsgeschwindigkeit in der zentralen Region übereinstimmen kann, wodurch das Probenband abgeflacht wird. Die jeweiligen Teilströme können für diesen Zweck unabhängig gepumpt werden (z.B. durch separate Pumpen). Als Alternative können die jeweiligen Teilströme durch eine gemeinsame Pumpe gepumpt werden, aber ihre eigene Strömungs- oder Druckregulierung aufweisen, um ihre Strömungsgeschwindigkeiten zu regulieren. Der Vorhangstrom verringert auch die Neigung der Probe in der zentralen Region, transversal zu migrieren oder zu diffundieren, d.h. nach außen zur Wand, wodurch die Probe in der zentralen Region konzentriert wird. Daher sind die Probenbänder 150, 155 und 160, die den Auslass der Säule erreichen, stärker konzentriert, flacher und schmäler, wodurch erfasste Spitzen mit einem höheren S/N erhalten werden, die schärfer und besser aufgelöst sind. Die Teilströme der mobilen Phasen können dieselbe oder eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen, z.B. dasselbe oder unterschiedliche Lösemittel. Ein Teilstrom, z.B. ein radial peripherer Teilstrom, kann sogar ein Nicht-Lösemittel oder zumindest ein Lösemittel mit geringerer Löslichkeit für die zu trennende Probe (z.B. Wasser) sein, wodurch das Zurückhalten der Probe in dem anderen, z.B. radial zentralen, Teilstrom weiter gefördert wird.
Diese Verbesserung im Probenbandprofil, das sich durch die Säule bewegt, kann am effektivsten von dem Auslassströmungsverteiler 172 genutzt werden.
Das Eluat, das die Mitte der Säule verlässt, stellt das höchst erwünschte Material dar, da es die höchste Komponentenkonzentration der Probe aufweist und die am schärfsten aufgelösten Komponenten enthält. Somit ermöglicht die separate Verwendung der zentralen Öffnung 175 des Auslassströmungsverteilers 172, dass dieser am meisten gewünschte Teilstrom des Eluats selektiv zu einem Detektor und/oder Fraktionssammler (nicht dargestellt) geleitet wird. Das Eluat aus sechs peripheren Öffnungen 180 wird gesammelt und bildet gemeinsam einen Teilstrom des Eluats, der nicht mit dem Eluat aus der zentralen Öffnung 175 verarbeitet wird. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform, wo der Vorhangstrom einen Teil der Probe enthält und in der Eluat aus der zentralen Öffnung 175 mit Hilfe eines Detektors nachgewiesen wird, das Vorhangstromeluat aus peripheren Öffnungen 180 stattdessen unter Verwendung eines anderen, separaten Detektors nachgewiesen oder separat gesammelt werden oder könnte zum Abfall gesendet werden oder könnte zum Einlass derselben oder einer anderen Säule für eine weitere chromatographische Trennung gesendet werden, um die Komponenten besser aufzulösen, optional nachdem es vor einer solchen weiteren chromatographischen Trennung erneut konzentriert wurde. Das periphere Eluat ist für gewöhnlich weniger wünschenswert als das zentrale Eluat, da es stärker verdünnt und weniger aufgelöst ist. Wenn das periphere Vorhangstromeluat wenig oder keine Probe enthält, dann kann es getrennt von dem zentralen Probestrom von den peripheren Austrittsöffnungen 180 gesammelt und in einer folgenden Runde von Chromatographie wieder als mobile Phase verwendet werden, wodurch der Verbrauch der mobilen Phase verringert wird.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine Einlass- oder Auslassfritte 11 zu gestalten, die zum Segregieren der Ströme der mobilen Phase am Einlass oder Auslass der Säule geeignet ist. 5A zeigt eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Frittenanordnung 220, wobei 5B eine Ansicht von unten der Ausführungsform in Richtung von Pfeil A zeigt und 5C eine Querschnittsseitenansicht entlang der Linie B-B zeigt. In der dargestellten Ausführungsform ist die Frittenanordnung aus Segmenten der Fritte zusammengebaut, d.h. einer zentralen, kreisförmigen Frittenscheibe 235 und einem umgebenden konzentrischen Frittenring 245, die beide aus porösem Material hergestellt sind, das herkömmlicherweise als Frittenmaterial verwendet wird, z.B. Stahl, die durch eine feste, nicht poröse Strömungsbarriere in der Form eines konzentrischen Rings 240 voneinander getrennt sind, der z.B. aus Polymer wie PEEK besteht. Der nicht poröse Zwischenring 240 verhindert einen seitlichen Strom der mobilen Phase zwischen den zwei Frittensegmenten 235 und 245, wodurch die zentralen und peripheren Ströme der mobilen Phase getrennt gehalten werden. Die Breite des nicht porösen Rings 240 ist geringer als die Breite der Frittensegmente, um z.B. einen Strömungswiderstand auf getrennten Komponenten im Eluatstrom zu verringern. Die Scheibe und die Ringe 235, 240, 245 sind aneinander befestigt und werden im Inneren eines ringförmigen, profilierten, äußeren Anschluss 250 gehalten, der auch aus einem festen, nicht porösen Material, z.B. PEEK, besteht, der als ein Anschluss zum Ende der Säule wie unten beschrieben dient. Die oben genannten Teile 235, 240, 245, 250 werden somit so zusammengebaut, dass sie zur Bildung einer Anordnung 220 zusammengefügt sind, die als Frittenkappe dient, wobei der äußere Ring 250 mit einem erweiterten Umfangsrand 224 dimensioniert und profiliert ist, der über das Ende der Säule passt, so dass die Unterseite 222 der Frittenkappe (d.h. reibschlüssig) über das Ende der Säule geschoben wird. Die Oberseite der Frittenkappe 225 steht in Gebrauch mit dem Stahlendstück in Kontakt (in der Folge ausführlicher beschrieben), sobald das Endstück auf das Ende der Säule geschraubt ist. Frittenanordnungen zur Verwendung mit der Erfindung, wie die Anordnung 220, können für gewöhnlich wie dargestellt auf das Säulenende geschoben oder geschraubt werden, werden aber vorzugsweise durch einen Schiebesitz oder reibschlüssigen Sitz angebracht. 5D und 5E zeigen Ansichten einer ähnlichen Frittenanordnungskonstruktion wie jene, die in 5A, 5B und 5C dargestellt ist, mit der Ausnahme, dass die Frittenscheibe 235' und die Ringe 240' und 245' verschiedene relative Flächen haben, wodurch der Strom der mobilen Phase in Teilströme aus zentralen und peripheren Regionen mit verschiedenen relativ transversalen Flächen geteilt wird. Zum Beispiel kann das Verhältnis der Fläche des äußeren Frittensegments 245 (245') zur Fläche der zentralen Frittenscheibe 235 (235') z.B. von 90%:10% bis 50%:50% variieren, aber für gewöhnlich von 80%:20% bis 50%:50%, wobei Verhältnisse außerhalb dieses Bereichs auch möglich sind. Zum Beispiel kann das oben genannte Verhältnis etwa 70%:30% oder 75%:25% sein. Vorzugsweise ist das Verhältnis etwa 2:1. Das Verhältnis der Flächen der Frittensegmente kann ein Mittel zum Variieren des Verhältnisses der jeweiligen Volumina der geteilten Teilströme der mobilen Phase sein. In einigen Ausführungsformen kann es möglich sein, eine zentrale Frittenscheibe 235 (235') zu verwenden, die eine andere, z.B. geringere Dichte im Vergleich zu den Frittensegmenten 245 (245') aufweist.
5F und 5G zeigen weitere Frittengestaltungen, die in der vorliegenden Erfindung zum Verteilen des Stroms der mobilen Phase am Säuleneinlass oder Teilen des Eluatstroms am Säulenauslass verwendet werden könnten, in welchen eine zentrale poröse Frittenscheibe 535 von einer oder mehreren porösen Frittenscheiben 550 umgeben ist, wobei jede der Frittenscheiben 535 und 550 in einem nicht porösen Körper 540 angeordnet ist, wodurch ein lateraler Strom der mobilen Phase zwischen den zwei Frittensegmenten 535 und 550 verhindert wird. Andere Anordnungen ähnlich jenen in 5F und 5G könnten mehr oder weniger als die dargestellten sechs peripheren Frittenscheiben 550 aufweisen. Die relativen Flächen der zentralen und peripheren Frittenscheiben 535 und 550 können variiert werden, wobei Beispiele verschiedener relativer Flächen in 5F und 5G dargestellt sind.
In gewissen anderen Ausführungsformen, wie in 5H und 5I dargestellt, kann der Säuleneinlass (oder -auslass) 580 mit mehreren Eintritts- (oder - Austritts-)kapillaren 585, 590 versehen sein, um den Strom der mobilen Phase in separate Teilströme am Ende der Säule zu teilen, wobei eine radial zentrale Kapillare 585 zum Kanalisieren des ersten Teilstroms zu (oder aus) der zentralen Region der Säule angeordnet ist und zehn Kapillaren 590, die peripher um die zentrale Kapillare 585 angeordnet sind, zum Lenken des zweiten Teilstroms vorgesehen sind. Somit werden die ersten und zweiten Teilströme in separaten Kapillaren kanalisiert und somit voneinander getrennt. Vorzugsweise sind in solchen Ausführungsformen Fritten 592 in den Enden der Kapillaren vorgesehen, wie in 5I dargestellt. Die Gesamtzahl von Kapillaren kann variiert werden, z.B. 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, oder 12 oder mehr Kapillaren.
6 zeigt, in auseinander gezogener Ansicht, eine Ausführungsform der Erfindung, die zum Beispiel mit einer standardmäßigen analytischen HPLC-Stahlsäule 270 mit 4,6 mm Innendurchmesser verwendet werden könnte. Die Ausführungsform in 6A verwendet eine geteilte Frittenanordnung 278, 279, und einen Strömungsverteiler, der am Einlass und/oder Auslass verwendet werden könnte, in der Form eines Endstückes 280 mit mehreren Strömungskanälen darin mit entsprechenden Öffnungen 281, 282 (die Einlassöffnungen sind, wenn er als ein Einlassendstück verwendet wird, oder Auslassöffnungen, wenn er als ein Auslassendstück verwendet wird). Die Teile (Einsatz 285) der Fritte mit geteilten Segmenten 278 (entsprechend den Teilen 235, 240 und 245 in 5A-E) werden zusammengebaut und am Säulenauslass angebracht. Die Frittenteile 285 weisen ein zentrales Frittenscheibensegment 255 auf, das in einem nicht porösen PEEK-Zwischenring 260 gehalten wird, wobei der Ring 260 seinerseits in einem äußeren peripheren Ringfrittensegment 265 gehalten wird. Über den Frittenteilen 285 befindet sich ein Anschluss 279, d.h. eine äußere Kappe aus PEEK, der als Strömungsadapter wirkt und zum Ausrichten der jeweils getrennten Strömungspfade durch die geteilte Fritte 278 mit jeweiligen Öffnungen 281, 282 des Stahlendstückes 280 dient, wie später beschrieben ist. Der Anschluss 279 weist einen Hauptkörper 271 auf, der eng über dem Ende 268 der Säule (durch reibschlüssige Passung) sitzt und die Frittenteile 285 der Fritte mit geteilten Segmenten 278 am Säulenende umschließt. In einer alternativen Anordnung könnte anstelle der reibschlüssigen Passung der Anschluss 279 durch eine Schraubverbindung am Ende der Säule angebracht sein (d.h. ein Innengewinde im Inneren des Hauptkörpers 271 des Anschlusses 279 könne auf ein Außengewinde am Ende 268 der Säule geschraubt sein). Der Anschluss 279 hat eine radial zentrale Öffnung 272, die mit dem zentralen Frittensegment 255 der geteilten Fritte ausgerichtet ist, um dadurch einen Durchgang der mobilen Phase durch die Öffnung 272, zu, im Fall eines Einlasses (oder von, im Fall eines Auslasses), der zentralen radialen Region der Säule zu ermöglichen durch das zentrale Frittensegment 255 geht. Der Anschluss 279 hat auch mehrere, vorzugsweise gleich beabstandete, periphere Öffnungen 273 (in diesem Fall 5 Öffnungen), die peripher um die zentrale Öffnung 272 positioniert sind und in einer ringförmigen Vertiefung in der Stirnfläche 277 des Adapters liegen. Es ist offensichtlich, dass die Öffnungen 273 kreisförmig oder Schlitze sein können oder eine andere Form aufweisen können. Die peripheren Öffnungen 273 sind in diesem Fall radial mit dem peripheren Frittensegment 265 der geteilten Fritte ausgerichtet. Die Öffnungen 273 ermöglichen dadurch einen Durchgang der mobilen Phase zu (oder von) der peripheren radialen Region der Säule, die außerdem durch das periphere Frittensegment 265 geht. Die periphere mobile Phase, die auf diese Weise durch Öffnungen 273 geht, steht mit der ringförmigen Vertiefung, in der die Öffnungen 273 in der Stirnfläche 277 des Anschlusses 279 liegen, aus den nachfolgend erläuterten Gründen in Verbindung.
Das Endstück oder die Endkappe 280 aus Stahl wird an das Außengewinde 275 an der Außenseite des Säulenendes angeschraubt und entweder von Hand oder falls, notwendig mit Hilfe eines Werkzeuges festgezogen. Das Endstück 280 sieht eine oder mehrere Öffnungen, in diesem Fall drei Öffnungen, 281, für die mobile Phase vor, die in die (im Fall eines Einlassstücks) oder aus der (im Fall eines Auslassstücks) Säule zu oder aus peripheren radialen Regionen der Säule ein- oder austritt (d.h. über das periphere Frittensegment 265 und die peripheren Öffnungen 273), und eine zentrale Öffnung 282 für die mobile Phase, die in die oder in der oder zu oder aus der Säule aus einer zentralen radialen Region der Säule ein- oder austritt (d.h. über das zentrale Frittensegment 255 und die Öffnung 272).
Im zusammengebauten Zustand steht die Unterseite des festgezogenen Endstücks 280 (in der Figur nicht sichtbar) mit der Stirnfläche des Anschlusses 279 in Kontakt. Die beschriebene ringförmige periphere Vertiefung im Ende des Anschlusses 279, die die Öffnungen 273 enthält, ist mit den peripheren Öffnungen 281 ausgerichtet und in Fluidverbindung, so dass der periphere Strom der mobilen Phase durch die peripheren Öffnungen 273 dadurch mit den peripheren Öffnungen 281 im Endstück 280 in Verbindung steht. Die ringförmige Gestalt der Vertiefung bedeutet, dass eine drehende Ausrichtung der peripheren Öffnungen 281 mit den peripheren Öffnungen 273 nicht erforderlich ist. Die durch periphere Öffnungen 281 geschickte mobile Phase (oder von dort empfangenes Eluat) wird an die gleiche periphere Region weitergeleitet (oder kommt als Eluat daher) und bildet so einen Teilstrom der mobilen Phase in der Säule und wird im Fall des die Säule verlassenden Eluats gesammelt und gemeinsam als ein Teilstrom des Eluats verarbeitet, z.B. erfasst oder zum Abfall gelenkt oder zum Einlass einer Chromatographiesäule für eine weitere chromatographische Trennung gesendet. Am häufigsten wird der Strom aus peripheren Öffnungen 281 vereint und als ein Teilstrom verarbeitet. Es ist jedoch offensichtlich, dass ein Strom aus einer oder mehreren peripheren Öffnungen separat verarbeitet werden könnte. Tatsächlich könnte der Strom aus jeder peripheren Öffnung separat verarbeitet werden.
Die zentrale Öffnung 272 im Anschluss 279 steht andererseits mit der zentralen Öffnung 282 des Endstückes in Fluidverbindung. Die durch zentrale Öffnung 282 des Endstücks geschickte mobile Phase (oder von dort empfangenes Eluat) wird somit an die zentrale radiale Region der Säule weitergeleitet (oder kommt als Eluat daher) und bildet einen Teilstrom der mobilen Phase zentral in der Säule und wird im Fall des die Säule verlassenden Eluats anders als das Eluat von den peripheren Öffnungen verarbeitet. Das Eluat aus der zentralen Öffnung 282 weist den Teilstrom der mobilen Phase auf, in dem die Komponenten der Probe konzentriert und besser aufgelöst sind und der somit mit einem höheren S/N und erhöhter Auflösung im Fall einer analytischen Chromatographie nachgewiesen werden kann oder mit höheren Erträgern und in reineren Fraktionen im Fall einer präparativen Chromatographie gesammelt werden kann. Die Öffnungen 281, 282 haben Oberflächen mit Innengewinde (aufnehmenden Gewinden) zur Aufnahme einer Schraube für die Rohrleitung, wie unten beschrieben. Alternativ ist es möglich, die Öffnungen mit einem Außengewinde zu versehen, z.B. einem Außengewinde auf dem vorstehenden Teil, auf das ein Anschluss für die Rohrleitung geschraubt wird.
Die Ausführungsform in 6B ist weitgehend dieselbe wie jene, die in 6A dargestellt ist, aber statt der Fritte mit geteilten Segmenten 278 wird eine Frittenanordnung verwendet, die ein einziges Frittenstück 278' im Inneren des Anschlusses 279 aufweist, wobei der Anschluss 279 den Strom durch seine zentralen und peripheren Öffnungen 272 bzw. 273 teilt.
7 zeigt eine auseinander gezogene Ansicht eines Beispiels einer Säule 293, die an ihrem Einlass und/oder Auslass ein Endstück 293' mit Außengewinde aufweist, auf das ein Endstück 289 geschraubt wird, das eine Innengewindefläche für diese Verbindung hat. Eine geteilte Frittenanordnung 290 mit Frittenteilen wie dargestellt (siehe Einsatz eine auseinander gezogenen Ansicht), wird über einen Abschnitt 299 des Säulenendes mit kleinerem Außendurchmesser als das Gewindeteil 293' geschoben. Die geteilte Frittenanordnung 290 wird in Position gehalten, sobald das Endstück 289 auf das Ende der Säule geschraubt ist. Die geteilte Frittenanordnung 290 weist in dieser Ausführungsform eine zentrale Frittenscheibe 295 und einen peripheren Frittenring 294 auf, die durch einen nicht porösen PEEK-Ring 296 als Strömungsbarriere voneinander getrennt sind. Die geteilten Frittensegmente werden in der äußeren PEEK-Ringmuffe 297 gehalten, die als eine Schiebemontagekappe dient, die über das Ende 299 der Säule passt. Die Muffe 297 ist ferner am Säulenende mit einem ringförmigen Stahlband 298 befestigt, das den Umfang der PEEK-Muffe 297 umgreift. In der Ausführungsform von 7 unterscheidet sich die Muffe 297 vom Anschluss 279, der als Stromadapter in 6 dient. In diesem Beispiel dichtet die Unterseite des Endstücks 289 gegen die nicht porösen Teile (d.h. Teile 296, 297) der Frittenanordnung 290 ab, wodurch die Teilströme der mobilen Phase aus den Frittensegmenten 295 und 294 strömungstechnisch getrennt gehalten werden. Das Endstück 289 hat eine zentrale Öffnung 292 in der Mitte und drei periphere Öffnungen 291, die diese umgeben, aber es sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung jede Anzahl von peripheren Öffnungen 291 in Betracht zieht, z.B. eine oder mehrere periphere Öffnungen 291. Bevorzugte Beispiele können 3 bis 10 periphere Öffnungen, insbesondere 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 periphere Öffnungen haben. Endstücke mit 3 und 6 peripheren Öffnungen sind gute Beispiele. Ferner zieht die vorliegende Erfindung jede Anzahl von zentralen Öffnungen in Betracht (d.h. jene Öffnungen, die einen Eluatstrom aus einer zentralen radialen Region weiterleiten), z.B. eine oder mehrere zentrale Öffnungen. Vorzugsweise jedoch ist eine einzige zentrale Öffnung vorhanden, wie in der dargestellten Ausführungsform. Die zentrale Öffnung 292 des Endstücks liegt radial in der zentralen Region der Säule und ist radial mit dem zentralen Frittensegment 295 ausgerichtet und um dadurch den Teilstrom durch das zentrale Frittensegment zu erlauben. Die drei peripheren Öffnungen 291 liegen radial in der peripheren Region der Säule und sind radial mit dem peripheren Frittenring 294 ausgerichtet, um dadurch den Teilstrom durch den peripheren Frittenring zu erlauben. Die Öffnungen 291, 292 haben Innengewindeflächen zur Aufnahme einer Schraube für eine Rohrleitung, wie unten beschrieben, aber als Alternative kann wiederum ein Außengewinde benutzt werden.
8A zeigt eine auseinander gezogene Ansicht einer alternativen Frittenanordnung 303 und ein Endstück 305, das im Allgemeinen jenem ähnlich ist, das in 7 dargestellt ist. In diesem Beispiel jedoch hat das Endstück 305 sechs periphere Öffnungen 302 um eine zentrale Öffnung 301. Die zusammengebaute Frittenanordnung 303 und das Endstück 305 sind in 8B dargestellt, die abgeschnitten wurde, um das Verhältnis der zusammengefügten Teile im Inneren zu zeigen.
9 zeigt eine abgeschnittene Seitenansicht desselben Vier-Öffnungs-Endstücks, das in 7 dargestellt ist, das aber an der Säule 293 gemeinsam mit einer daran befestigten Rohrleitung angebracht ist. In dieser Ansicht ist deutlicher erkennbar, dass sich die Öffnungen 291 und 292 am Ende der jeweiligen Kanälen 291' und 292' befinden, die durch das Endstück 289 von seiner Innenfläche, die in Fluidverbindung mit der Frittenanordnung 290 steht, zu seiner Außenfläche verlaufen, wo die Öffnungen 291, 292 liegen.
Ein Rohrleitungsrohr 331 vom Standardtyp für HPLC ist an der mittleren Öffnung 292 durch einen Schraubverschluss 341 mit Außengewinde angebracht. Rohrleitungsrohre 332, auch wieder vom Standardtyp, sind an den peripheren Öffnungen 291 durch Schraubverschlüsse 342 derselben Art wie der Schraubverschluss 341 angebracht. Die Schraubverschlüsse 341 und 342 sind in die Kanäle 292' und 291' für die Öffnungen 292 bzw. 291 geschraubt, wobei die Kanäle für diesen Zweck ein Innengewinde aufweisen, und die Rohrleitungen 331, 332 werden dadurch festgeklemmt. Es ist offensichtlich, dass in anderen Gestaltungen die Rohrleitung an den Öffnungen durch einen Schraubverschluss mit Innengewinde befestigt werden kann, der zu einer Öffnung mit Außengewinde am Endstück passt. Das Endstück 289 wird am Ende der Säule 310 fest verschraubt, so dass die Innenfläche oder Unterseite des Endstücks 289 mit der Stirnfläche der Frittenanordnung 290 in Kontakt gelangt und dadurch die jeweiligen zentralen und peripheren Teilströme der mobilen Phase, die durch die Fritte geht, auch zu den jeweiligen zentralen und peripheren Kanälen 292' und 291' des Endstückes gehen. Die Unterseite des Endstücks 289 dichtet gegen die nicht porösen Teile (d.h. Teile 296, 297) der Frittenanordnung 290 ab, wodurch die Teilströme der mobilen Phase, die durch die Frittensegmente 295 und 294 strömen, strömungstechnisch getrennt werden.
Es ist offensichtlich, dass viele weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gestaltet werden können, um einen segmentierten Strom am Säulenauslass vorzusehen.
Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, dass die vorliegende Erfindung den großen Vorteil hat, dass sie unter Verwendung bestehender, herkömmlicher, gepackter Chromatographiesäulen durch Segmentieren der mobilen Phase, z.B. durch Vorsehen eines Einlassendstücks mit mehreren Öffnungen, und vorzugweise Segmentieren des Eluatstroms ausgeführt werden kann, indem z.B. ein Endstück mit mehreren Öffnungen vorgesehen wird, so dass ein Eluat aus verschiedenen Regionen der Säule unterschiedlich verarbeitet wird. Die Segmentierung des Eluatstroms wird in vorteilhafter Weise an der Säule, d.h. nicht nach der Säule ausgeführt. Die vorliegende Erfindung kann daher zum Beispiel unter Verwendung eines herkömmlichen HPLC-Systems ausgeführt werden, wobei ein Teilstrom des Eluatstroms zum Detektor geleitet wird und der andere Teilstrom zum Abfall gesendet oder wiederverwertet oder auf andere Weise verarbeitet wird.
In 10 ist eine Ausführungsform eines analytischen LC-Systems gemäß der Erfindung schematisch in der Form eines Flussdiagramms dargestellt. Das System ist weitgehend dem herkömmlichen System ähnlich, das in 1 dargestellt ist und daher werden gleiche Bezugszeichen zum Bezeichnen gleicher Komponenten verwendet. Am Einlass der Säule ist der Unterschied, dass das oder die Lösemittel 2 über eine Rohrleitung an ein Lösemittelabgabesystem 6 abgegeben wird bzw. werden, das in diesem Beispiel zwei Pumpen verwendet. Das oder die einströmenden Lösemittel, falls nicht dem System 6 bereits in der Form von zwei separaten Teilströmen zugeführt, wird bzw. werden in zwei Teilströme geteilt. Ein erster Teilstrom des Lösemittels wird zu einer ersten Pumpe gelenkt und von dieser gepumpt und ein zweiter Teilstrom des Lösemittels wird zu einer zweiten Pumpe im System 6 gelenkt und von dieser gepumpt. Die unabhängigen Pumpen ermöglichen eine unabhängige Steuerung der Strömungsgeschwindigkeiten der Teilströme. Die Lösemittel werden über Strömungsleitungen in der Form von Rohrleitungen 6a, 6b und 6c zur Säule 15 gepumpt. Der erste Teilstrom des Lösemittels wird durch Leitung 6a durch ein Probeninjektionsventil 8 gepumpt, wobei eine Probe in diesen Teilstrom von Lösemittel eingeleitet wird. Der erste Teilstrom des Lösemittels, der mit Probe beladen ist, wird in die Säule 15 über eine mittlere Einlassöffnung 440' geleitet, die auf der Mittelachse der Säule liegt. Der zweite Teilstrom des Lösemittels, der keine Probe enthält, wird durch Leitungen 6b in die Säule 15 über äußere oder periphere Einlassöffnungen 442' geleitet, die die mittlere Einlassöffnung 440' ringförmig umgeben. Der Einlass hat auch eine geteilte Frittenanordnung 9', so dass der erste Teilstrom des Lösemittels durch ein zentrales Segment der Fritte strömt und der zweite Teilstrom des Lösemittels durch ein peripheres Segment der Fritte strömt, das das zentrale Segment ringförmig umgibt. Es ist offensichtlich, dass Variationen der dargestellten Ausführungsform vorgesehen sein können, zum Beispiel könnten die Leitungen 6b auch ein Probeninjektionsventil 8 haben und durch dieses nach Wunsch mit einer Probenmenge versorgt werden. Ein weiterer Unterschied ist am Auslass der Säule, wo eine geteilte Frittenanordnung und ein Mehrfach-Öffnungs-Endstück, gemeinsam mit dem Bezugszeichen 411 bezeichnet, so angebracht ist, dass das ausströmende Eluat in mindestens zwei Teilströme wie oben beschrieben geteilt wird. Eluat, das aus der zentralen Region der Säule kommt, fließt aus einer kleinen zentralen Austrittsöffnung 440, die sich in der Mitte des Querschnitts der Säule befindet, zum Detektor 16. Getrennte Komponenten der Probe mit einem verbesserten Trennungsgrad werden dadurch vom zentralen Eluatstrom in einen Detektor 16 befördert, der eine verbesserte chromatographische Spur erzeugt. In der analytischen Chromatographie werden die getrennten Komponenten nach dem Nachweis zum Abfallbehälter 18 gesendet oder können während des Nachweises zerstört werden. Eluat, das aus der peripheren Region der Säule kommt, fließt durch mehrere kleine periphere Austrittsöffnungen 442 im Endstück 411 zum Abfallbehälter 18. In anderen Ausführungsformen jedoch, in Fällen, in denen der periphere Strom auch mit einer Probenmenge beladen wurde, kann das Eluat, das aus der peripheren Region über periphere Austrittsöffnungen 442 kommt, selbst für analytische Zwecke verwendet werden und kann somit auch z.B. von einem separaten Detektor erfasst werden. Das periphere Eluat kann auch einen größeren analytischen Wert als ein herkömmliches System haben, da es eine höhere Spitzenauflösung hat als ein konventionelles System, weil es eine höhere Spitzenauflösung hat als die herkömmliche Säule. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Verwendung eines peripheren Stroms mit wenig oder keiner Probe darin kann das über periphere Ausgangsöffnungen 442 von der peripheren Region kommende Eluat in folgenden Chromatographiedurchläufen als mobile Phase wiederverwendet werden. Es ist offensichtlich, dass eine ähnliches System mit verbesserter Auflösung wie jenes, das in 10 dargestellt ist, für die präparative Chromatographie verwendet werden kann, wobei die Probe aus der zentralen Öffnung 440 in Fraktionen gesammelt sind, vorzugsweise nach dem Erfassen mindestens eines Teilstroms von ihr, ähnlich dem Sammelsystem von 1. In dem verbesserten System, das in 10 dargestellt ist, ist bevorzugt, ein Mittel zum Steuern und Ausgleichen der Drücke der mobilen Phase zwischen der mittleren Austrittsöffnung 440 und den peripheren Austrittsöffnungen 442 anzuordnen, so dass sich die größte Menge an konzentriertem Material in der mittleren Region der Säule nach unten bewegt. Für diesen Zweck kann daher ein Strömungs- oder Druckregler 450 an die Austrittsleitung(en) aus peripheren Öffnungen 442 und/oder der zentralen Öffnung 440, vorzugsweise an der Austrittsleitung aus peripheren Öffnungen 442 wie dargestellt angeschlossen sein. Das Steuer- und Datensammelsystem 4, das insbesondere das Lösemittelabgabesystem 6 und die Injektionsöffnung oder das Injektionsventil 8 steuert und auch Daten vom Detektor 16 steuert und empfängt, steuert auch den Strömungs- oder Druckregler 450, z.B. als Reaktion auf eine Signalrückkopplung vom Detektor und/oder den Strömungssensoren. Durch aktives Regeln des Widerstands in den Strömungsleitungen ist es möglich, mehr oder weniger Fluid durch die zentralen oder peripheren Kanäle zu leiten.
Die vorliegende Erfindung kann auch alternative LC-Systeme in präparativen Anwendungen ermöglichen. In einer Ausführungsform, die schematisch in 11A dargestellt ist, wird Eluat, das aus der zentralen Austrittsöffnung 440 gesammelt wird, durch einen Detektor 16 zu einer Fraktionssammelvorrichtung 455 gesendet. Eluat, das aus peripheren Austrittsöffnungen 442 gesammelt wird, wird jedoch nicht durch einen Detektor oder zu einer Fraktionssammelvorrichtung 455 gesendet, sondern kann über ein Ventil 446 entweder zum Lösemittelabgabesystem 6 zur Wiederverwendung des Lösemittels geschickt werden oder in einem oder mehreren Reservoir(s) 445 aufgenommen (die jedes geeignete Reservoir sein können, zum Beispiel eine Falle oder zusätzliche Säule) werden, das bzw. die mit dem Probeninjektionsventil 8 für die primäre Säule 15 für eine Wiederverwertung in Verbindung steht bzw. stehen. Zu einem geeigneten Zeitpunkt kann die primäre Säule 15 erneut beladen werden, dieses Mal mit dem peripher eluierten Material (in Fällen, in denen Probe darin enthalten ist) aus einem oder mehreren vorangehenden Durchläufen, das im Reservoir 445 gesammelt wurde und in den Lösemittelstrom durch das Probeninjektionsventil 8 eingespritzt wird. Das zentrale eluierende Eluat wird wieder erfasst und in der Fraktionssammelvorrichtung 455 gesammelt. Weitere Zyklen einer chromatographischen Verarbeitung können verwendet werden, bis ein ausreichend hoher und gewünschter Anteil des gesamten Materials in der ursprünglichen Probe gereinigt und im höchsten verfügbaren Ausmaß einer Chromatographie fraktioniert ist, indem das Material jedes Mal separat von der mittleren Austrittsöffnung 440 genommen und gesammelt wird.
11B zeigt schematisch ein System zum Kaskadieren der mobilen Phase, in der Richtung, die durch die Pfeile dargestellt ist, aus einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zu einer anderen Vorrichtung gemäß der Erfindung und so weiter. In der dargestellten Ausführungsform sind drei LC-Säulen 615 jeweils mit ihrer eigenen frischen Versorgung an mobiler Phase 606 an ihrem Einlass in Serie verbunden Es ist offensichtlich, dass die Anzahl an LC-Säulen in anderen Ausführungsformen mehr oder weniger als drei sein kann. Jede Säule 615 hat einen Strömungsverteiler an ihrem Einlass und Auslass zum Teilen des Stroms der mobilen Phase, der in die Säule eintritt und sie verlässt, in zwei Teilströme: einen zentrale Teilstrom 600 und einen peripheren Teilstrom 602. In der dargestellten Ausführungsform wird der zentrale Teilstrom 600 erfasst und/oder in Fraktionen am Auslass jeder Säule gesammelt. Der periphere Teilstrom 602 wird andererseits zum Einlass der nächsten Säule stromabwärts geleitet, mit der Ausnahme, dass die abschließende Säule ihren peripheren Teilstrom 602 entweder zum Abfall senden kann oder ihn zur ersten Säule in der Serie zurückleiten oder woanders hin senden kann.
Beispiele
In der Folge sind Einzelheiten verschiedener Versuche und Ergebnisse zur näheren Darstellung der Erfindung anhand von zusätzlichen Beispielen angeführt.
Die Versuche wurden an einer 100 × 21 mm Stahlsäule, gepackt mit 12 µm Pentafluorophenyl-Silica-Partikeln als stationäre Phase ausgeführt. Alle Versuche, die die verschiedenen Säulengerätekonfigurationen testeten, wurden an derselben Säule durchgeführt, wobei Kopfstücke nach Bedarf getauscht wurden. Die durchgeführten Versuche verwendeten: (1) eine herkömmliche Säule (eine einzige Einlassöffnung und eine einzige Auslassöffnung); (2) einen herkömmlichen Säuleneinlassanschluss (eine einzige Einlassöffnung) mit segmentiertem Strömungsauslassanschluss (4 Öffnungen: 1 zentrale Öffnung und 3 periphere Öffnungen); und (3) einen Vorhangstrom-Säuleneinlassanschluss (4 Öffnungen: 1 zentrale Öffnung und 3 periphere Öffnungen) mit segmentiertem Strömungsauslassanschluss (4 Öffnungen: 1 zentrale Öffnung und 3 periphere Öffnungen). Eine Injektion von Toluol, Propylbenzol und Butylbenzol, in eine 30/70 Wasser/Methanol mobile Phase (250 µL) wurde zum Testen der Leistung für diese drei Betriebsmodi verwendet. Die Ergebnisse sind unten beschrieben.
Eine Darstellung der parabolischen Eigenschaft des Pfropfenstroms durch eine herkömmliche Säule ist in 2 dargestellt und wurde oben beschrieben. In den Versuchen (2) und (3) wie hierin beschrieben war das Auslassendstück so gestaltet, dass es die Region des Stroms nahe der Säulenwand von jener des Stroms im zentralen Segment des gepackten Betts trennte. Das Einlassendstück wurde so gestaltet, dass es separate Ströme der mobilen Phase jeweils in die Region nahe der Säulenwand und in die Region im zentralen Segment des gepackten Betts trennte. Die Gestaltung dieser Anschlüsse für die Versuche ist in 7 und 9 dargestellt. Mit diesem Endstück wurde der Eluatstrom von der Wandregion über einen UV-Detektor zum Abfall geleitet, während die zentrale Region auf herkömmliche Weise unter Verwendung eines separaten UV-Detektors alleine analysiert wurde.

12 zeigt die chromatographische Trennung der drei Komponentengemische, die für jeden Betriebsmodus (1), (2) und (3) erhalten wurde. Die Elutionsreihenfolge war Toluol, Propylbenzol und dann Butylbenzol. Der herkömmliche Chromatographiemodus (1) ist durch die gestrichelte Linie dargestellt, der segmentierte Auslassströmungsmodus (2) ist durch die punktierte Linie dargestellt und der Vorhangstrommodus (3) ist durch die volle Linie dargestellt. Das Teilungsverhältnis des segmentierten Auslassstroms war 54% der mobilen Phase, die über die peripheren Öffnungen zum Abfall eluierten, wobei der Rest über die mittlere Öffnung erfasst oder gesammelt wurde. Das Vorhangströmungsverhältnis war 1:3,5 (zentrale Zone:Vorhangszone). Die gesamten Strömungsraten am Säuleneinlass waren 18 mL/min. Von primärer Signifikanz in diesen Abtrennungen war die 155% Erhöhung in der Empfindlichkeit im Vergleich zu einem normalen Betriebsmodus (1), die für die Vorhangstrominjektion in Versuch (3) beobachtet wurde, wie ausführlich in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1

	Mitte				Wand
Strömungsmodus	Höhe (µV)	N	Asymmetriefaktor	%ΔN relativ zum Normalmodus	Höhe (µV)	N	Asymmetriefaktor
(1) Normal	16380	2111	1,10	-	-	-	-
(2) Segmentierter Stromauslass	20988	2457	0,97	16	17403	2374	0,99
(3) Vorhangstrom-Punktinjektion	41786	2100	1,00	0	-	-	-

Es wird angenommen, dass diese Erhöhung in der Empfindlichkeit das Ergebnis einer zweifachen Wirkung ist:

(i) Die gesamte Probe im Vorhangstrommodus (3) wurde direkt über die zentrale Einlassöffnung in die zentrale Säulenzone geladen und anschließend eluierte die Probe (100% davon) durch die zentrale Öffnung des segmentierten Auslassanschlusses, wobei keine Elution der Probenkomponente in den Abfallstrom über die peripheren Auslassöffnungen beim Nachweisgrenzwert beobachtet wurde. Somit eluierte die Probe mit derselben Massebeladung wie im normalen Betriebsmodus (1), aber in einem wesentlich geringeren Elutionsvolumen, wie in der Folge ausführlicher erklärt.
(ii) Der Volumenstrom durch den Detektor war geringer, da nur 46% des Lösemittels durch den Detektor gesendet wurden. Das heißt, die Strömungsrate durch den Detektor im Betriebsmodus (3) war 8,3 mL/min, im Vergleich zu 18 mL/min im normalen Betriebsmodus (1). Somit ergab die Verlängerung der Detektor-Verweilzeit eine größere Empfindlichkeit.

In 12 ist auch erkennbar, dass das segmentierte Auslasssystem (2) chromatographische Profile ergab, die wesentlichen schmäler als sowohl im normalen Betriebsmodus (1) wie auch im Vorhangstrombetriebsmodus (3) waren. Bodenzahlen (N) und andere Leistungszahlen, die die Effizienz beschreiben, sind auch in Tabelle 1 enthalten. Es gab eine 16% Erhöhung in der Effizienz für den segmentierten Betriebsmodus, aber keine Veränderung in der Trennungseffizienz für den Vorhangstrommodus im Vergleich zum normal Betriebsmodus. Es sollte jedoch festgehalten werden, dass diese Messungen von N nicht das beste Maß für die spezifischen verwendeten Gestaltungen sind, wie näher besprochen wird (siehe folgenden Text). Die Trennung im Vorhangstrommodus (3) ergab jedoch eine Spitze, die perfekt symmetrisch war, im Gegensatz zum schwachen Tailing, das im normalen Betriebsmodus (1) beobachtet wurde. Aus den Daten in Tabelle 1 ist auch festzustellen, dass die Probe, die im Abfallstrom über die peripheren Öffnungen unter Verwendung des segmentierten Auslassbetriebsmodus (2) eluierte, etwa 12,5% effizienter war als im normalen Betriebsmodus.
Die Messung der Bodenzahlen N erfordert isokratische Beharrungsbedingungen. Ein Kernaspekt der beschriebenen Versuche, der den Leistungsvergleich zwischen den verschiedenen Betriebsmodi begrenzt, ist, dass sich die Strömungsrate durch den Detektor zwischen dem normalen Betriebsmodus und jedem anderen Betriebsmodus unterscheidet, der einen segmentierten Auslassstrom durch einen Detektor beinhaltet. In allen Betriebsmodi - normal (1), segmentierter Auslass (2), oder Vorhangstrom mit segmentiertem Auslass (3), blieb der volumetrische Strom durch das Bett konstant, aber die Stromteilung am Säulenauslass führt dazu, dass nur 46% des Lösemittels in den segmentierten Betriebsmodi durch den Detektor gingen. Somit war die offensichtliche Spitzenbreite für die Modi (2) und (3) im Prinzip zweimal so breit wie für den normalen Betriebsmodus (1). Dies verringert künstlich das offensichtliche Maß der Anzahl theoretischer Böden. Eine bessere Reflexion der Trennleistung in segmentierten Betriebsmodi kann daher durch Messung des gelösten Stoffs erhalten werden, der im Sammelvolumen der Probe eluiert (d.h. die Konzentration des gelösten Stoffs). Für diese Messung wurde daher eine weitere Studie durchgeführt, in der Probenbänder über ihr Elutionsvolumen in Intervallen von fünf Sekunden fraktioniert wurden. Jede Fraktion wurde dann analysiert, um die Menge an gelöstem Stoff zu bestimmen, die eluierte. Die Menge an gesammeltem gelöstem Stoff wurde dann als eine Funktion des Elutionsvolumen aus der Säule eingetragen und die Ergebnisse sind in 13 dargestellt. Spur A wurde im herkömmlichen Modus (1) erhalten, Spur B wurde im segmentierten Strommodus (2) unter Verwendung einer Probe, die aus der mittleren Öffnung eluierte, erhalten, Spur C wurde im segmentierten Strommodus (2) unter Verwendung einer Probe, die von der Wandregion (den peripheren Öffnungen) eluierte, erhalten und Spur D wurde im Vorhangstrommodus (3) erhalten.
13 zeigt den Vergleich in der Trennleistung (gemessen an der Elution des Propylbenzolbandes) zwischen dem normalen Betriebsmodus (1) und jedem segmentierten Strombetriebsmodus (2) und dem Vorhangstrominjektionsmodus (3) für diese Fraktionierungsstudie. Diese Trennungen zeigen deutlich ein fortgeschrittenes Maß an Trennleistung für jeden der segmentierten Strömungsbetriebsmodi und den Vorhangstrom. Das Probensammelvolumen für den segmentierten Strombetriebsmodus (2), für Probe, die aus dem zentralen Strom gesammelt wurde (Spur B), war etwa 4 mL und 7 mL aus der Wandregion (Spur C). Das Probensammelvolumen für die Vorhangstrominjektion (Spur D) mit segmentiertem Auslassstrom war etwa 5,5 mL. Im herkömmlichen Betriebsmodus war das Probensammelvolumen 11 mL. Daher war der effizienteste Modus einer Probenkomponentenextraktion, zumindest in Bezug auf das Spitzenvolumen, der segmentierte Strombetriebsmodus mit Probe, die durch das zentrale Auslasssegment gesammelt wurde. In diesem Betriebsmodus jedoch wurden etwa 50% der Probe zum Abfallstrom gesendet, wenn auch die Probe dann anschließend in etwa 7 mL Lösemittel enthalten war. Da im Vorhangstrombetriebsmodus 100% der Probe über den zentralen Strom eluieren, ergab dieser Betriebsmodus den effizientesten Extraktionsprozess, der 100% effizienter als der herkömmliche Betriebsmodus war, zumindest in Bezug auf die Probensammlungskonzentration (und somit die Nachweisempfindlichkeit), und wies auch eine verbesserte Trennungseffizienz in Bezug auf das Spitzenvolumen auf. Eine weitere Kosteneffektivität konnte hinsichtlich der Lösemittelwiederverwertung erreicht werden, da in der Beobachtung keine Probe von der Wandregion der Säule mit dem Vorhangstromschema eluierte. Dieses Lösemittel könnte somit ohne Energiebedarf wiederverwertet werden, was im beschriebenen Betriebsmodus 54% des gesamten Lösemittelverbrauchs bedeuten würde. Es ist offensichtlich, dass die Erfindung signifikante Verbesserungen in der Form eines erhöhten Nachweises von Proben und einer verbesserten Testleistung aus einer Flüssigkeitschromatographiesäule bieten kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Erfindung zum Beispiel einen Nachweis eines unteren Grenzwertes für chromatographierte Spezies aufgrund einer verbesserten Nachweisempfindlichkeit und/oder verbesserten Spitzenkapazität und Spitzenauflösung in einem chromatographischen Test ermöglichen. Es ist klar, dass als Alternative zur Verbesserung der Spitzenauflösung für eine bestimmte Säulenlänge die Erfindung die Verwendung kürzerer Säulen ermöglichen kann, um eine bestimmte Spitzenauflösung im Vergleich zu einem analogen herkömmlichen System zu erreichen. Eine kürzere Säule ermöglicht die Ausführung schnellerer chromatographischer Trennungen. Ein weiterer Vorteil ist zum Beispiel, dass die Verwendung nur eines Teilstroms des Eluats für den Nachweis bedeuten kann, dass eine verringerte Lösemittellast in den Detektor geleitet wird, was für gewisse Detektoren wie Massenspektrometer und andere Detektoren, die in einer Vakuumumgebung arbeiten, sehr günstig sein kann. Die Erfindung kann daher die Verwendung von Säulen herkömmlicher Größe mit MS-Nachweis besser ermöglichen. In Bezug auf die präparative Chromatographie kann die Erfindung das Sammeln reinerer Fraktionen von Proben aufgrund der verbesserten Trennungseffizienz ermöglichen. Ein noch weiterer Vorteil ist beispielsweise, dass ein am Auslass getrennter Teilstrom der mobilen Phase mit wenig oder keiner Probe darin bei der folgenden Chromatographie wiederverwendet werden kann, wodurch der Verbrauch der mobilen Phase verringert wird. Die Erfindung kann einfach mit günstigen Materialien, z.B. Frittenmaterial und Stahlendstücken, durchgeführt und auf einfache Weise gestaltet werden, z.B. in der Form von Endstücken mit Mehrfachöffnungen anstelle einer einzigen Öffnung.
Wie hierin verwendet, einschließlich in den Ansprüchen, sollen, falls der Zusammenhang nicht anderes verlangt, die Singularformen der Begriffe hierin so verstanden werden, dass sie die Pluralform enthalten und umgekehrt. Zum Beispiel, falls der Zusammenhang nicht anderes verlangt, bedeutet eine Angabe im Singular wie „eine“ „eine oder mehrere“.
In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen dieser Patentschrift bedeuten die Wörter „aufweisen“, „enthaltend“, „haben“ und „beinhalten“ und Variationen der Wörter, zum Beispiel „aufweisend“ und „weist auf“ usw.,„enthaltend, ohne aber darauf beschränkt zu sein“ und sollen andere Komponenten nicht ausschließen (und schließen diese nicht aus).
Es ist offensichtlich, dass Variationen der vorangehenden Ausführungsformen der Erfindung vorgenommen werden können, die weiterhin in den Umfang der Erfindung fallen. Jedes Merkmal, das in dieser Patentschrift offenbart ist, kann, falls nicht anderes angegeben, durch alternative Merkmale ersetzt werden, die demselben, äquivalenten oder ähnlichen Zweck dienen. Somit, falls nicht anderes angegeben, ist jedes offenbarte Merkmal nur ein Beispiel einer allgemeinen Reihe äquivalenter oder ähnlicher Merkmale.
Die Verwendung eines und aller Beispiele oder beispielhafter Ausdrücke („zum Beispiel“, „wie“, „beispielsweise“, „z.B.“ und ähnliche Ausdrücke), die hierin angeführt sind, sollen die Erfindung nur besser darstellen und stellen keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung dar, falls nicht anderes beansprucht wird. Kein Ausdruck in dieser Patentschrift sollte so verstanden werden, dass er ein nicht beanspruchtes Element als wesentlich für die Ausführung der Erfindung angibt.
Sämtliche Schritte in dieser Patentschrift können in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden, falls nicht anders angegeben oder der Zusammenhang nicht anderes verlangt.
Alle in dieser Patentschrift offenbarten Merkmale können in einer beliebigen Kombination kombiniert werden, außer in Kombinationen, wo zumindest einige solcher Merkmale und/oder Schritte wechselseitig ausschließend sind. Insbesondere sind die bevorzugten Merkmale der Erfindung bei allen Aspekten der Erfindung anwendbar und können in beliebiger Kombination verwendet werden. Ebenso können Merkmale, die in nicht essentiellen Kombinationen beschrieben sind, separat (nicht in Kombination) verwendet werden.

Claims

Vorrichtung für eine Säulenchromatographie, aufweisend eine zylindrische Chromatographiesäule, wobei die Säule einen Einlass und einen Auslass hat, wobei der Einlass ausgestattet ist zum Einleiten eines Stroms einer mobilen Phase in die Säule, der eine Probe befördert, wodurch sich die Probe in Komponenten trennt, während sie sich in Längsrichtung durch die Säule vom Einlass zum Auslass bewegt, getragen von der mobilen Phase, wobei der Einlass eine Frittenanordnung mit mindestens zwei geteilten Frittensegmenten aufweist die durch eine Strömungsbarriere voneinander getrennt sind, um die mobile Phase zu segmentieren, wobei die Strömungsbarriere in Form eines nicht porösen Körpers vorgesehen ist, der einen lateralen Fluss der mobilen Phase zwischen den mindestens zwei geteilten Frittensegmenten verhindert, und um den Strom der mobilen Phase in die Säule in mindestens zwei separaten Teilströmen einzuleiten, die unabhängig steuerbar sind, und die Teilströme in verschiedene radiale Regionen der Säule einzuleiten, so dass die Teilströme in Längsrichtung durch die Säule in verschiedenen radialen Regionen strömen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Probenkonzentration in jedem Teilstrom oder die Strömungsgeschwindigkeit jedes Teilstroms oder beide unabhängig steuerbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zu trennende Probe in einem der Teilströme in einer höheren Konzentration als in dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen enthalten ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein erster Teilstrom der mobilen Phasen in eine zentrale radiale Region der Säule eingeleitet wird und ein zweiter Teilstrom der mobilen Phase in eine periphere radiale Region eingeleitet wird, die sich radial außerhalb der zentralen radialen Region befindet und diese ringförmig umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die zentrale radiale Region der Säule eine Region ist, die auf einer Mittelachse liegt, die durch die Säule vom Einlass zum Auslass verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die zu trennende Probe in dem ersten Teilstrom in einer höheren Konzentration als im zweiten Teilstrom enthalten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die zu trennende Probe im ersten Teilstrom der mobilen Phase enthalten ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der zweite Teilstrom der mobilen Phase eine Migration der Probe von dem ersten Teilstrom zu einer Wand der Säule begrenzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Teilströme der mobilen Phase die gleiche Strömungsgeschwindigkeit aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Frittensegmente der Frittenanordnung verschiedene radiale Regionen der Säule belegen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Frittenanordnung mindestens ein zentrales Frittensegment aufweist, wobei der nicht porösen Körper das mindestens eine zentrale Frittensegment umgibt, und mindestens ein äußeres Frittensegment aufweist, welches das mindestens eine zentrale Frittensegment umgibt, jedoch durch den nicht porösen Körper davon getrennt ist.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Säule einen Einlassströmungsverteiler am Einlass zum Befördern der mindestens zwei getrennten Teilflüsse der mobilen Phase in getrennten Kanälen darin hat.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Einlassströmungsverteiler ein getrenntes Teil ist, das bei Gebrauch an dem Einlassende der Säule angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Einlassströmungsverteiler eine erste Menge aus mindestens einem Kanal aufweist, der derart ausgelegt ist, das bei Gebrauch die erste Menge in einer ersten radialen Region der Säule liegt, um einen ersten Teilstrom der mobilen Phase zu einer ersten radialen Region der Säule zu befördern, und eine zweite Menge aus mindestens einem Kanal umfasst, der derart ausgelegt ist, dass die zweite Menge bei Gebrauch in einer zweiten radialen Region der Säule liegt, um einen zweiten Teilstrom der mobilen Phase zu einer zweiten radialen Region der Säule zu befördern.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die erste radiale Region der Säule, in der die erste Menge liegt, eine zentrale radiale Region ist, und die zweite radiale Region der Säule, in der die zweite Menge liegt, eine periphere radiale Region ist, die sich radial außerhalb der zentralen radialen Region befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei der Einlassströmungsverteiler einen zentralen Kanal in der ersten Menge und drei bis 10 äußere Kanäle in der zweiten Menge umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei der Einlassströmungsverteiler bei Gebrauch mit einem oder mehreren nichtporösen Teilen der Frittenanordnung in Kontakt steht, so dass das eine oder die mehreren nichtporösen Teile der Frittenanordnung eine Dichtung zwischen der Fritte und dem Strömungsverteiler bereitstellen, wobei benachbarte Teilströme des Stroms der mobilen Phase voneinander abgedichtet werden.
Vorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die mobile Phase die Säule als ein Eluatstrom, der als ein einzelner Teilstrom verarbeitet werden soll, verlässt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Eluatstrom die Säule durch eine einzelne Auslassöffnung verlässt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die mobile Phase die Säule als ein Eluatstrom verlässt und der Auslass gestaltet ist, den Eluatstrom, während er die Säule durch den Auslass verlässt, in mindestens zwei getrennte Eluatteilströme aufzuteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Vorrichtung gestaltet ist zum getrennten Verarbeiten der Eluatteilströme.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei der Auslass gestaltet ist, einen ersten Teilstrom des Eluatstroms zu einem ersten Verarbeitungsmittel und einen zweiten Teilstrom des Eluatstroms zu einem zweiten Verarbeitungsmittel, das von dem ersten Verarbeitungsmittel getrennt ist, zu lenken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die mindestens zwei getrennten Eluatteilströme aus verschiedenen radialen Regionen der Säule kommen.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die mindestens zwei getrennten Eluatteilströme aus den gleichen radialen Regionen der Säule kommen, in die die getrennten Teilströme der mobilen Phase durch den Einlass eingeleitet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, wobei ein erster Eluatteilstrom von einer zentralen radialen Region der Säule kommt und ein zweiter Eluatteilstrom von einer peripheren radialen Region kommt, die sich radial außerhalb der zentralen radialen Region befindet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, wobei ein Teilstrom des Eluats 50% oder weniger, 45% oder weniger, 40% oder weniger, 35% oder weniger, 30% oder weniger, 25% oder weniger, 20% oder weniger, 15% oder weniger, 10% oder weniger, oder 5% oder weniger des gesamten Eluats, auf das Volumen bezogen, ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20-26, wobei der Auslass mit einer Frittenanordnung versehen ist, die gestaltet ist, den Eluatstrom in die mindestens zwei getrennten Teilströme aufzuteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Frittenanordnung des Auslasses mindestens zwei separate Frittensegmente aufweist, die durch eine Strömungsbarriere getrennt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Fritte mindestens ein radial zentrales Frittensegment, eine Strömungsbarriere, die das mindestens eine zentrale Frittensegment umgibt, und mindestens ein radial äußeres Frittensegment, das das mindestens eine zentrale Frittensegment umgibt und von diesem durch die Strömungsbarriere getrennt ist, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 29, wobei die Säule einen Auslassströmungsverteiler am Auslass hat, um die mindestens zwei separaten Teilströme des Eluatstroms in separaten Kanälen darin zu befördern.
Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei der Auslassströmungsverteiler ein separates Teil ist, das in Gebrauch am Auslassende der Säule befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, wobei der Strömungsverteiler einen ersten Satz von mindestens einem Auslasskanal aufweist, der so angeordnet ist, dass in Gebrauch der erste Satz in einer ersten radialen Region der Säule liegt, um einen ersten Teilstrom des Eluats zu befördern, und einen zweiten Satz von mindestens einem Auslasskanal, der so angeordnet ist, dass in Gebrauch der zweite Satz in einer zweiten radialen Region der Säule liegt, um einen zweiten Teilstrom des Eluats zu befördern.
Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei die erste radiale Region der Säule, in der der erste Satz von mindestens einem Auslasskanal liegt, eine zentrale radiale Region ist und die zweite radiale Region der Säule, in der der zweite Satz von mindestens einem Auslasskanal liegt, eine Region ist, die radial außerhalb der zentralen radialen Region liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, wobei der Strömungsverteiler einen zentralen Auslasskanal im ersten Satz und drei bis zehn äußere Auslasskanäle im zweiten Satz aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 34, wobei der Strömungsverteiler in Gebrauch mit einem oder mehreren nicht porösen Teil(en) der Frittenanordnung in Kontakt steht, so dass das eine oder die mehreren nicht porösen Teil(e) der Frittenanordnung eine Dichtung zwischen der Fritte und dem Strömungsverteiler vorsehen, wodurch benachbarte Teilströme des Eluats voneinander getrennt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 35, wobei die Vorrichtung einen Detektor aufweist, der zum Erfassen mindestens eines Teilstroms des Eluats separat von dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 36, wobei die Vorrichtung einen Fraktionssammler aufweist, der zum Sammeln von Fraktionen aus mindestens einem Teilstrom des Eluats separat von dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 36 oder 37, wobei der Detektor oder Fraktionssammler zum separaten Erfassen oder Sammeln von Fraktionen eines Teilstroms des Eluats angeordnet ist, der aus einer zentralen radialen Region der Säule kommt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 38, wobei die Vorrichtung zum Senden eines Teilstroms oder mehrerer Teilströme zu einem Abfallbehälter oder zum Einlass einer LC-Säule gestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 39, wobei einer der Eluatteilströme von einer peripheren radialen Region kommt und frei von Probe ist, die in Komponenten getrennt worden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei die Vorrichtung konfiguriert ist zum Wiederverwenden des Eluatteilstroms, der von einer peripheren radialen Region kommt, in einer weiteren Chromatographie.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 40, wobei die Vorrichtung mindestens erste und zweite Verarbeitungsmittel zur getrennten Verarbeitung der mindestens ersten und zweiten Teilströme des Eluats aufweist, wobei die ersten und zweiten Verarbeitungsmittel jeweils unabhängig eines oder mehrere der Folgenden aufweisen: einen Detektor, ein Abfallreservoir, einen Fraktionssammler und einen Säuleneinlass.
Vorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die Säule eine Säule für analytische Chromatographie ist ausgewählt aus: Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC), Ultra-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (UHPLC), multi-dimensionaler oder zweidimensionaler Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (MDHPLC oder 2DHPLC), Flash-Säulenchromatographie, Schnelle-Protein-Flüssigkeitschromatographie (FPLC) und superkritisches Fluid (SCF)-Chromatographie.
Vorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, wobei die Säule eine Säule für präparative Chromatographie ist.
Verfahren zur Säulenchromatographie, umfassend: Liefern an einen Einlass einer zylindrischen Chromatographiesäule von mindestens zwei getrennten Teilströmen der mobilen Phasen, die unabhängig steuerbar sind, von denen mindestens einer eine in Komponenten zu trennende Probe enthält, wobei der Einlass eine Frittenanordnung mit mindestens zwei geteilten Frittensegmenten aufweist die durch eine Strömungsbarriere voneinander getrennt sind, um die mobile Phase zu segmentieren, wobei die Strömungsbarriere in Form eines nicht porösen Körpers vorgesehen ist, der einen lateralen Fluss der mobilen Phase zwischen den mindestens zwei geteilten Frittensegmenten verhindert; Einleiten der mindestens zwei getrennten Teilströme der mobilen Phase in verschiedene radiale Regionen der Säule; Strömenlassen der Teilströme der mobilen Phase in Längsrichtung durch die Säule in den verschiedenen radialen Regionen von dem Einlass der Säule zu einem Auslass der Säule, um die Probe in Komponenten zu trennen.
Verfahren nach Anspruch 45, wobei die Probenkonzentrationen in jedem Teilstrom oder die Strömungsgeschwindigkeit jedes Teilstroms oder beide unabhängig steuerbar sind.
Verfahren nach Anspruch 45 oder 46, wobei einer der Teilströme die Probe in einer höheren Konzentration als in dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 47, umfassend das Leiten eines ersten Teilstroms der mobilen Phase in eine zentrale radiale Region der Säule und eines zweiten Teilstroms der mobilen Phase in eine periphere radiale Region, die radial außerhalb der zentralen radialen Region und diese ringförmig umgebend liegt.
Verfahren nach Anspruch 48, wobei die zu trennende Probe im ersten Teilstrom in einer höheren Konzentration enthalten ist als im zweiten Teilstrom.
Verfahren nach Anspruch 49, wobei die zu trennende Probe im ersten Teilstrom der mobilen Phase enthalten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 48 bis 50, wobei der zweite Teilstrom der mobilen Phase eine Migration der Probe von dem ersten Teilstrom zu einer Wand der Säule begrenzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 51, wobei die Teilströme der mobilen Phasen dieselbe Strömungsgeschwindigkeit haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 52, wobei die Frittensegmente der Frittenanordnung verschiedene radiale Regionen der Säule belegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 53, umfassend das Versehen der Säule mit einem Einlassströmungsverteiler, um die mindestens zwei separaten Teilströme der mobilen Phase in separaten Kanälen darin zu befördern.
Verfahren nach Anspruch 54, wobei der Einlassströmungsverteiler ein separates Teil ist, das in Gebrauch am Einlassende der Säule befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 54 oder 55, wobei der Einlassströmungsverteiler einen ersten Satz von mindestens einem Kanal aufweist, der so angeordnet ist, dass in Gebrauch der erste Satz in einer ersten radialen Region der Säule liegt, um einen ersten Teilstrom der mobilen Phase zu einer ersten radialen Region der Säule zu befördern, und einen zweiten Satz von mindestens einem Kanal, der so angeordnet ist, dass in Gebrauch der zweite Satz in einer zweiten radialen Region der Säule liegt, um einen zweiten Teilstrom der mobilen Phase zu einer zweiten radialen Region der Säule zu befördern.
Verfahren nach Anspruch 56, wobei die erste radiale Region der Säule, in der der erste Satz liegt, eine zentrale radiale Region ist und die zweite radiale Region der Säule, in der der zweite Satz liegt, eine periphere radiale Region ist, die radial außerhalb der zentralen radialen Region liegt.
Verfahren nach Anspruch 56 oder 57, wobei der Einlassströmungsverteiler einen zentralen Kanal im ersten Satz und drei bis zehn äußere Kanäle im zweiten Satz aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 49, wobei die mobile Phase die Säule als ein Eluatstrom verlässt, der als ein einzelner Teilstrom verarbeitet werden soll.
Verfahren nach Anspruch 59, wobei der Eluatstrom die Säule durch eine einzelne Auslassöffnung verlässt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 45 bis 58, wobei die mobile Phase die Säule als ein Eluatstrom verlässt und der Auslass gestaltet ist, den Eluatstrom, während er die Säule durch den Auslass verlässt, in mindestens zwei getrennte Eluatteilströme aufzuteilen.
Verfahren nach Anspruch 61, wobei die Vorrichtung gestaltet ist zum getrennten Verarbeiten der Eluatteilströme
Verfahren nach Anspruch 61 oder 62, wobei die mindestens zwei getrennten Eluatteilströme aus verschiedenen radialen Regionen der Säule kommen.
Verfahren nach Anspruch 63, wobei die mindestens zwei getrennten Eluatteilströme aus den gleichen radialen Regionen der Säule kommen, in die die getrennten Teilströme der mobilen Phase durch den Einlass eingeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 63 oder 64, wobei ein erster Eluatteilstrom von einer zentralen radialen Region der Säule kommt und ein zweiter Eluatteilstrom von einer peripheren radialen Region kommt, die sich radial außerhalb der zentralen radialen Region befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 61 bis 65, wobei der Auslass mit einer Frittenanordnung versehen ist, die gestaltet ist, den Eluatstrom in die mindestens zwei getrennten Teilströme aufzuteilen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 61 bis 66, wobei die Säule einen Auslassströmungs-Strömungsverteiler am Auslass hat, um die mindestens zwei separaten Teilströme des Eluatstroms in separaten Kanälen darin zu befördern.
Verfahren nach Anspruch 67, wobei der Auslassströmungsverteiler einen ersten Satz von mindestens einem Auslasskanal aufweist, der so angeordnet ist, dass in Gebrauch der erste Satz in einer ersten radialen Region der Säule liegt, um einen ersten Teilstrom des Eluats zu befördern, und einen zweiten Satz von mindestens einem Auslasskanal, der so angeordnet ist, dass in Gebrauch der zweite Satz in einer zweiten radialen Region der Säule liegt, um einen zweiten Teilstrom des Eluats zu befördern.
Verfahren nach Anspruch 68, wobei die Kanäle des Auslassströmungsverteilers im Wesentlichen in den gleichen radialen Positionen liegen wie die Kanäle eines am Einlass der Säule vorgesehenen Einlassströmungsverteilers.
Verfahren nach Anspruch 68 oder 69, wobei die erste radiale Region der Säule, in der der erste Satz von mindestens einem Auslasskanal liegt, eine zentrale radiale Region ist, und die zweite radiale Region der Säule, in der der zweite Satz von mindestens einem Auslasskanal liegt, eine Region ist, die radial außerhalb der zentralen Region liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 61 bis 70, wobei die Vorrichtung einen Detektor aufweist, der zum Erfassen mindestens eines Teilstroms des Eluats separat von dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen angeordnet ist, und/oder einen Fraktionssammler, der zum Sammeln von Fraktionen aus mindestens einem Teilstrom des Eluats separat von dem anderen Teilstrom oder den anderen Teilströmen angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 71, wobei der Detektor oder Fraktionssammler zum separaten Erfassen oder Sammeln von Fraktionen eines Teilstroms des Eluats angeordnet ist, der aus einer zentralen radialen Region der Säule kommt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 61 bis 70, wobei einer der Teilströme des Eluats von einer peripheren radialen Region kommt und frei von Probe ist, die zu Komponenten getrennt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 73, umfassend das Wiederverwenden des Teilstroms des Eluats, das von der peripheren Region kommt, in einer weiteren Chromatographie.