DE1201093B

DE1201093B - Process and device for the chromatographic separation of substances

Info

Publication number: DE1201093B
Application number: DEL46095A
Authority: DE
Inventors: Hans Bennisch; Dr Phil Jerker Porath
Original assignee: LKB Produkter AB
Current assignee: Pfizer Health AB
Priority date: 1962-10-15
Filing date: 1963-10-15
Publication date: 1965-09-16

Description

Verfahren und Gerät für die chromatographische Trennung von Stoffen Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen für die chromatographische Trennung von Stoffen. Der Grundgedanke der Erfindung läßt sich sowohl bei der Flüssigkeitschromatographie als auch bei der Gaschromatographie anwenden. Aus Gründen der Einfachheit wird im folgenden nur auf die Flüssigkeitschromatographie eingegangen. Die Änderungen, die erforderlich sind, um eine Anwendung der Erfindung bei der Gaschromatographie zu ermöglichen, liegen für jeden Fachmann auf der Hand.Process and apparatus for the chromatographic separation of substances The invention relates to methods and devices for chromatographic Separation of substances. The basic idea of the invention can be applied both to liquid chromatography as well as in gas chromatography. For the sake of simplicity, the the following only dealt with liquid chromatography. The changes that are required to apply the invention to gas chromatography enable are obvious to every professional.

Die chromatographische Trennung beruht auf der bekannten Tatsache, daß sich zwei oder mehr zu trennende Stoffe mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch eine Säule bewegen, wenn die Säule von einem Lösungsmittel für die Stoffe durchflossen wird. Wenn sich die Wanderungsgeschwindigkeiten genügend stark unterscheiden, werden die Stoffe vollständig voneinander getrennt, wenn sie das Austrittsende der Säule erreichen, so daß sie leicht getrennt entnommen werden können. Wenn sich die Wanderungsgeschwindigkeiten der Stoffe dagegen nur sehr wenig unterscheiden, erfolgt eine unvollkommene Trennung am Austrittsende der Säule, d. h., die den verschiedenen Stoffen entsprechenden Zonen der Adsorptionssäule überdecken sich teilweise. Um eine vollständige Trennung dieser Zonen zu erreichen, vergrößert man die Länge der Säule oder man leitet einen Flüssigkeitsstrom durch zwei oder mehr hintereinandergeschaltete Säulen. In der Praxis läßt sich jedoch die Länge der Säule bzw. die Zahl der Säulen nicht über eine bestimmte Grenze hinaus vergrößern, da sich Schwierigkeiten ergeben, die z.B. auf einen zu hohen Strömungswiderstand oder einen zu großen Verbrauch des Lösungsmittels zurückzuführen sind. The chromatographic separation is based on the known fact that two or more substances to be separated are at different speeds move through a column when the column is from a solvent for the substances is traversed. If the migration speeds differ sufficiently, the substances are completely separated from each other when they reach the outlet end of the Reach column so that they can be easily removed separately. If the On the other hand, there is very little difference in migration speeds of the substances imperfect separation at the exit end of the column, d. i.e., the different Zones of the adsorption column corresponding to substances partially overlap. Around To achieve a complete separation of these zones, one increases the length of the Column or a flow of liquid is passed through two or more series-connected Columns. In practice, however, the length of the column or the number of columns do not enlarge beyond a certain limit, as difficulties arise which, for example, indicate too high a flow resistance or too high a consumption of the Solvent are due.

Gemäß der Erfindung hat es sich nunmehr gezeigt, daß man auch Stoffe voneinander trennen kann, deren Wanderungsgeschwindigkeiten sich nur sehr wenig unterscheiden, wenn man das am Austrittsende der Säule gewonnene Medium erneut dem Eintrittsende der Säule zuführt, um den Trennungsvorgang zu wiederholen. Hierbei wird somit die gleiche Säule bei zwei oder mehr Durchläufen der zu trennenden Stoffe benutzt, bis ein solcher Trennungsgrad erreicht ist, daß man den einen Stoff mit dem gewünschten Genauigkeitsgrad von dem anderen Stoff trennen kann. According to the invention it has now been shown that one can also use substances can separate from each other whose migration speeds differ very little distinguish if the medium obtained at the outlet end of the column is again dem Feeding the inlet end of the column to repeat the separation process. Here thus becomes the same column with two or more passes of the substances to be separated used until such a degree of separation is reached that one substance with can separate from the other substance to the desired degree of accuracy.

Wenn die wiederholt umgewälzte Lösung außerdem andere Stoffe enthält, die für die Untersuchung ohne Interesse sind, ist es zweckmäßig, diese Stoffe aus dem System zu entfernen. Da der Rauminhalt des geschlossenen Systems gewöhnlich konstant ist, führt man gleichzeitig ein gleich großes Lösungsmittelvolumen zu, und zwar zweckmäßig dort, wo die erwähnten Stoffe abgezogen werden. If the repeatedly circulated solution also contains other substances, which are of no interest to the investigation, it is expedient to remove these substances remove from the system. As the volume of the closed system usually is constant an equally large volume of solvent is fed in at the same time, and although it is useful where the substances mentioned are withdrawn.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Gerät zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung. Dieses Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine chromatographische Säule umfaßt, ferner eine Leitung zum Zurückleiten des Mediums vom Austrittsende der Säule zu ihrem Eintrittsende, eine in diese Leitung eingeschaltete Pumpe sowie einen Analysator, der es ermöglicht, das durch die Leitung fließende Medium kontinuierlich zu analysieren. The invention also relates to a device for performing the Method according to the invention. This device is characterized in that it is a chromatographic column further comprises a line for returning the medium from the exit end of the column to its entry end, one connected into this line Pump as well as an analyzer that allows the flowing through the pipe Analyze medium continuously.

Mit Hilfe des Analysators werden Änderungen in der Zusammensetzung der aus der Säule abgezogenen Flüssigkeit beobachtet. Der Analysator kann eine Zelle mit ultraviolettes Licht durchlassenden Wänden umfassen, ferner eine auf einer Seite der Zelle angeordnete Quelle für ultraviolettes Licht sowie eine auf der anderen Seite der Zelle vorgesehene Photozelle. Wenn die Absorptionsfähigkeit der durch die Zelle strömenden Flüssigkeit für ultraviolettes Licht geändert wird, reagiert die Photozelle entsprechend. With the help of the analyzer are changes in the composition observed the liquid withdrawn from the column. The analyzer can be a cell with ultraviolet light transmitting walls, further one on one side source of ultraviolet light located on top of the cell and one on top of the other Photocell on the side of the cell. When the absorbency of the through The cell's flowing fluid is changed to ultraviolet light, reacts the photocell accordingly.

Alternativ kann man den Analysator so ausbilden, daß die Messung einer anderen Eigenschaft der Flüssigkeit möglich ist, z. B. der pH-Zahl, der elektrischen Leitfähigkeit oder des Brechungsindex.Alternatively, you can train the analyzer so that the measurement of a other property of Liquid is possible, e.g. B. the pH number, the electrical conductivity or the refractive index.

Der Analysator ist zweckmäßig in bekannter Weise mit einem Registriergerät kombiniert, mittels dessen die Meßergebnisse aufgezeichnet werden können. The analyzer is expedient in a known manner with a recording device combined, by means of which the measurement results can be recorded.

Dieses Registriergerät soll synchron mit der die Flüssigkeit in der Säule umwälzenden Pumpe angetrieben werden. Hierdurch wird die Identifizierung der registrierten Werte erleichtert; hierauf wird weiter unten näher eingegangen.This recorder should be in sync with the liquid in the Column circulating pump are driven. This enables the identification of the registered values facilitated; this is discussed in more detail below.

Das adsorbierende Medium in der Säule hat infolge seines Gewichts die Neigung, seine höchste Dichte am unteren Ende der Säule anzunehmen. Um diesem Betreben entgegenzuwirken, ist es zweckmäßig, die Flüssigkeit von unten nach oben durch die Säule zu leiten. Es ist jedoch auch möglich, mit der entgegengesetzten Strömungsrichtung zu arbeiten. The adsorbing medium in the column has due to its weight the tendency to reach its highest density at the bottom of the column. To this Striving to counteract this, it is useful to move the liquid from the bottom up to pass through the column. However, it is also possible with the opposite To work flow direction.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. The invention is described below with reference to schematic drawings explained in more detail using an exemplary embodiment.

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gerätes; Fig.2 zeigt im Längsschnitt eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Säule; Fig.3 zeigt teilweise in einer Seitenansicht und teilweise in einem Schnitt längs der LinieIII-III in F i g. 4 ein Ventil, mittels dessen sich Flüssigkeit leicht aus dem System entfernen läßt, während gleichzeitig frisches Lösungsmittel zugeführt wird; Fig.4 ist ein Schnitt längs der LinieIV-IV in Fig.3; F i g. 5 zeigt im Grundriß die Platte 18 nach Fig. 3; F i g. 6 gibt als Beispiel ein Diagramm wieder, wie es sich mit Hilfe eines an einen Analysator angeschlossenen Registriergerätes erzielen läßt. F i g. 1 is a schematic representation of one according to the invention Device; 2 shows in longitudinal section one for carrying out the invention Process suitable column; Fig.3 shows partly in a side view and partly in a section along the line III-III in F i g. 4 a valve by means of which Liquid can be easily removed from the system while at the same time fresh Solvent is supplied; Fig. 4 is a section along the line IV-IV in Fig. 3; F i g. Fig. 5 shows the plate 18 of Fig. 3 in plan; F i g. 6 gives as an example a diagram again, how it is connected to an analyzer with the help of a Can achieve registration device.

In F i g. 1 erkennt man eine aufrecht stehende Säule 1, die von einem Mantel 2 umgeben ist, dem man ein Medium zum Kühlen oder Erwärmen der Säule zuführen kann. Eine Rohrleitung 3 verbindet das obere Ende der Säule mit ihrem unteren Ende. Diese Rohrleitung sowie alle damit verbundenen Teile sollen möglichst klein gehalten werden, um auch das außerhalb der Säule befindliche Flüssigkeitsvolumen möglichst klein zu halten. In die Leitung 3 ist ein Ventil 4 eingeschaltet, das es ermöglicht, Flüssigkeit aus der Leitung abzuziehen und der Leitung Flüssigkeit zuzuführen, ferner eine Pumpe 5, mittels deren die Flüssigkeit in der Richtung der Pfeile gefördert wird, sowie ein Analysator6. An den Analysator ist in bekannter Weise ein Registriergerät 7 angeschlossen. In Fig. 1 you can see an upright column 1, which is supported by a Jacket 2 is surrounded, to which a medium for cooling or heating the column is fed can. A pipe 3 connects the upper end of the column to its lower end. This pipeline and all associated parts should be kept as small as possible in order to minimize the volume of liquid located outside the column to keep it small. In line 3, a valve 4 is switched on, which makes it possible Withdrawing liquid from the line and adding liquid to the line, furthermore a pump 5, by means of which the liquid is conveyed in the direction of the arrows as well as an analyzer6. A recording device is attached to the analyzer in a known manner 7 connected.

Die in Fig.2 mit weiteren Einzelheiten gezeigte Säule umfaßt ein an beiden Enden mit Außengewinde versehenes Rohr 8. Jedes Ende dieses Rohres kann mit Hilfe eines Stopfens 10 verschlossen werden, der eine Ringnut aufweist, in welcher ein Dichtungsring 11 liegt. Jeder Stopfen 10 wird durch ein mit Innengewinde versehenes, allgemein becherförmiges Bauteil9 in seiner Lage gehalten. Durch jeden Stopfen erstreckt sich eine Rohrleitung 13, die mit dem Stopfen durch eine Hohlschraube 12 verbunden ist. Das innere Ende des Stopfens weist eine leicht konische Vertiefung 15 auf, die von einer porösen Membran 14 überdeckt ist, welche mit dem adsorptionsfähigen Medium in Berührung steht. Auf diese Weise erfolgt eine gleichmäßige Verteilung der zugeführten und der abgeführten Flüssigkeit über den ganzen Quer- schnitt der Säule, und gleichzeitig wird das Volumen außerhalb des adsorptionsfähigen Mediums klein gehalten. The column shown in more detail in Figure 2 comprises a tube 8 externally threaded at both ends. Each end of this tube can be closed with the help of a plug 10 which has an annular groove in which a sealing ring 11 lies. Each plug 10 is provided with an internally threaded, generally cup-shaped component 9 held in its position. Extends through each plug a pipe 13, which is connected to the plug by a banjo screw 12 is. The inner end of the stopper has a slightly conical recess 15, which is covered by a porous membrane 14, which with the adsorbent Medium is in contact. In this way an even distribution takes place of the supplied and discharged liquid over the entire transverse cut the Column, and at the same time the volume is outside the adsorbent medium kept small.

Das in F i g. 3 gezeigte Ventil umfaßt ein Ventilgehäuse 16, durch das sich fünf Kanäle erstrecken, die mit dünnen Rohrleitungen 17 verbunden sind. Im folgenden ist angenommen, daß eine der Leitungen 17 mit der aus der Säule herausführenden Leitung verbunden ist, daß eine weitere Leitung 17 an die zu der Säule führende Leitung angeschlossen ist, daß eine dritte Leitung 17 dazu dient, Flüssigkeit aus dem System abzuführen, daß eine vierte Leitung 17 zum Einführen von Flüssigkeit in das System dient und daß die fünfte Leitung geschlossen ist. An dem Ventilgehäuseteil 16 liegt eine kreisrunde Platte 18 an, die mit zwei schlitzförmigen Öffnungen21 versehen ist und im übrigen eine Abdichtung zwischen den aufeinanderliegenden Flächen bewirkt. Länge und Anordnung der Öffnungen 21 sind so gewählt, daß jede Öffnung jeweils zwei der Kanäle in dem Ventilkörper 16 miteinander verbindet. Die Platte 18 wird durch eine Feder 19 gegen den Ventilkörper gedrückt und kann mit Hilfe eines Griffes 20 gedreht werden. The in Fig. The valve shown in 3 comprises a valve housing 16 through that extend five channels, which are connected with thin pipes 17. In the following it is assumed that one of the lines 17 with the leading out of the column Line is connected that another line 17 to the leading to the column Line is connected that a third line 17 serves to remove liquid discharge from the system that a fourth line 17 for introducing liquid serves in the system and that the fifth line is closed. On the valve housing part 16 rests against a circular plate 18 with two slot-shaped openings21 is provided and, moreover, a seal between the surfaces lying on top of one another causes. The length and arrangement of the openings 21 are chosen so that each opening connects two of the channels in the valve body 16 to one another. The plate 18 is pressed by a spring 19 against the valve body and can with the help of a Handle 20 can be rotated.

F 1 g. 6 gibt ein Diagramm wieder, in dem die Abszissenachse die Zeit in Stunden angibt, während auf der Ordinatenachse die Durchlässigkeit in Prozenten der den Analysator passierenden Lösung aufgetragen ist. Das reine Lösungsmittel hat eine Durchlässigkeit von 100 Wo. Der Verlauf der Kurve in F i g. 6 wird nachstehend in Verbindung mit der Arbeitsweise des Gerätes beschrieben. F 1 g. 6 shows a diagram in which the axis of abscissa represents Specifies the time in hours, while the ordinate axis shows the permeability in percent applied to the solution passing through the analyzer. The pure solvent has a permeability of 100 wks. The course of the curve in FIG. 6 becomes below in connection with the operation of the device.

Am Beginn der Untersuchung wird das System mit reinem Lösungsmittel gefüllt. Im Zeitpunkt Null wird eine zu untersuchende Probe in das System eingeleitet. Zur Vereinfachung sei angenommen, daß die Probe nur zwei zu trennende Stoffe enthält, die mit A und B bezeichnet sind. Zum Einleiten der Probe wird eine der Rohrleitungenl7 in die Probe eingeführt, woraufhin das Ventil so eingestellt wird, daß diese Rohrleitung mit derjenigen anderen Rohrleitung 17 verbunden wird, die an die Leitung 3 angeschlossen ist, welche iiber die Pumpe mit dem Eintrittsende der Säule verbunden ist. Auf diese Weise wird die Probe von dem System angesaugt. Gleichzeitig wird die vom Austrittsende der Säule ausgehende Leitung mit der noch verbleibenden offenen Rohrleitung 17 verbunden. Eine gleich große Menge des Lösungsmittels strömt über diese Leitung aus. At the beginning of the investigation, the system is run with pure solvent filled. At time zero, a sample to be examined is introduced into the system. For the sake of simplicity it is assumed that the sample contains only two substances to be separated, which are labeled A and B. One of the pipes 17 is used to introduce the sample introduced into the sample, whereupon the valve is adjusted so that this pipeline is connected to that other pipeline 17 which is connected to the line 3 which is connected to the inlet end of the column via the pump. To this Way, the sample is sucked into the system. At the same time, that of the exit end the pipe outgoing from the column is connected to the remaining open pipe 17. An equal amount of the solvent flows out through this line.

Wenn das gewünschte Volumen der Probe angesaugt worden ist, wird das Ventil umgestellt, um das System nach außen abzuschließen.When the desired volume of the sample has been aspirated, the Valve repositioned to close the system from the outside.

Nach 10 bis 11 Stunden registriert gemäß Fig. 6 das Registriergerät den Durchlauf des Stoffes A durch den Analysator. Der Stoff B wird nach Ablauf von insgesamt 11 bis 13 Stunden registriert. Bis jetzt haben sich die beiden Stoffe nur in einem geringfügigen Ausmaß voneinander getrennt. After 10 to 11 hours, the recorder registers according to FIG. 6 the passage of substance A through the analyzer. Substance B becomes after the expiry of registered a total of 11 to 13 hours. So far, the two substances have separated from each other only to a minor extent.

Beim zweiten Durchlauf durch die Säule wird eine Spitze für den Stoff nach insgesamt 21 Stunden registriert, und eine Spitze für den Stoff B wird nach 23 Stunden registriert. Während des dritten Durchlaufs trennen sich die beiden Spitzen noch weiter voneinander. The second pass through the column creates a point for the fabric registered after a total of 21 hours, and a peak for substance B is registered after Registered 23 hours. During the third pass, the two peaks separate further apart.

Nach dem vierten Durchlauf haben sich die beiden Stoffe so weit getrennt, daß man einen großen Teil des Stoffes aus dem System entfernen kann. Dies geschieht zwischen der 45. und der 50. Stunde, wie es in Fig.6 an der betreffenden Stelle durch eine Schraffur angedeutet ist. Während die Flüssigkeit abgezogen wird, führt man gleichzeitig ein gleich großes Volumen des reinen Lösungsmittels in das System ein. Dies geschieht in der bezüglich des Einleitens der Probe beschriebenen Weise. After the fourth pass, the two substances have separated so far that that you can remove a large part of the substance from the system. this happens between the 45th and 50th hour, like it in Fig.6 at the relevant Place is indicated by hatching. While the liquid is being drawn off, at the same time, an equal volume of the pure solvent is introduced into the System one. This is done in the procedure described in relation to the introduction of the sample Way.

Der Verlauf der Kurve nach dem fünften Durchlauf zeigt, daß immer noch eine kleine Menge des Stoffes in der Lösung verblieben ist. Diese Menge wird nach dem sechsten Durchlauf entfernt, wie es in F i g. 6 durch die schraffierte Fläche zwischen der 66. und der 70. Stunde angedeutet ist. The course of the curve after the fifth run shows that always a small amount of the substance remains in the solution. This amount will removed after the sixth pass, as shown in FIG. 6 by the hatched Area between the 66th and the 70th hour is indicated.

Nach dem siebenten Durchlauf zeigt es sich, daß die Lösung praktisch nur noch den Stoff enthält. After the seventh pass, it turns out that the solution is practical only contains the substance.

Der größte Teil des Stoffes wird aus dem System nach dem achten Durchlauf entfernt, wie es in F i g. 6 zwischen der 84. und der 87. Stunde durch eine schraffierte Fläche angedeutet ist.Most of the material will be out of the system after the eighth pass removed as shown in FIG. 6 between the 84th and 87th hour with a hatched Area is indicated.

Claims

Claims: 1. Method for performing a chromatographic Separation in a chromatographic column, characterized in that the am Medium removed from the outlet end of the column is fed back to the inlet end of the column to repeat the separation process.

2. The method according to claim 1, characterized in that during the flow of the medium from the exit end of the column to the entry end is a medium which contains dissolved substances which are irrelevant for the investigation are.

3. The method according to claim 2, characterized in that the discharge of the medium from the system at the same time as the supply of an equal amount of the solvent takes place.

4. Apparatus for performing a chromatographic separation according to Claims 1 to 3, characterized by a chromatographic column, a pipeline for returning the medium from the outlet end of the column to the inlet end of the column, a pump connected to this pipeline and an analyzer, by means of which the medium flowing through the pipeline is continuously analyzed.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the analyzer is equipped with a recording device through which the analyzes are registered will.

6. Apparatus according to Claim S, characterized in that the recording device and the pump are driven synchronously.

7. Apparatus according to claim 1 to 6, characterized in that the column is arranged upright and the pump flows through the medium from bottom to top the pillar promotes.

8. Apparatus according to claim 4 to 7, characterized in that in the Pipeline a valve is switched on, which comprises at least two outlets, which are arranged so that it is possible at the same time to remove the medium from the pipeline Withdrawal via one outlet and the solvent into the pipeline via the other Initiate outlet.

9. Apparatus according to claim 4 to 8, characterized in that the adsorbent Medium in the column at both ends with a surface of a porous membrane is in contact, the other surface of which delimits a chamber, the height of which in comparison is small to the diameter of the column.

Publications considered: German Auslegeschriften No. 1 083 575, 1122293, 1130204.