DE19502395C1 - Einrichtung zur kontinuierlichen flüssigchromatographischen Trennung eines Substanzgemisches - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur kontinuierlichen flüssigchromatographischen Trennung eines Substanzgemisches gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-PS 43 26 222.8 bekannt. Die Einrichtung weist ein Trennbett auf, dem über seine gesamte Höhe Substanzgemisch und Lösungsmittel zugeführt werden. Für eine kontinuierliche Abnahme der getrennten Fraktionen ist das Trennbett durch einen Ring aus porösem Material umgeben. Diese Einrichtung eignet sich vorzugsweise zur Auftrennung von größeren Substanzmengen. Sogar Tonnen von Substanzgemisch können mittels dieser Einrichtung getrennt werden. Sie ist zum Auftrennen von kleineren bzw. kleinsten Mengen von Substanzen nicht geeignet. Diese werden aufgrund der erforderlichen, relativ großen Höhe des Trennbettes zu stark verdünnt und sind anschließend nicht nachweisbar.

Aus der DE 28 41 276 C2 ist eine Zentrifugal-Chromatographie-Einrichtung bekannt, bei der auf eine flache, unter einem Winkel zur horizontalen Ebene geneigte Scheibe ein zu trennendes Gemisch aufgebracht wird und die getrennten Phasen in einer schräg angeordneten Sammelwanne aufgenommen werden. Es können mehrere Rotoren und mehrere, diesen zugeordneten Sammelwannen vorgesehen sein. Ferner ist eine Abstreifvorrichtung vorgesehen, um Schichten gleichmäßiger Dichte zu erhalten.

Die US-PS 3,417,548 beschreibt eine Einrichtung zur kontinuierlichen Chromatographie mit zwei dicht aneinander angeordneten und relativ zueinander rotierende Trennscheiben, von denen mindestens eine mit dem zu trennenden Substanzgemisch versehen ist. In den Raum zwischen den beiden Scheiben wird ein Trägergas eingebracht.

Daneben ist aus der US-PS 3,503,712 eine Vorrichtung zur chromatographischen Trennung von Substanzgemisch bekannt, die mehrere übereinander befindliche Trennscheiben aufweist, welche so zueinander angeordnet sind, daß der vertikale Abstand der einzelnen Scheiben zueinander klein ist, gegenüber deren horizontaler Ausdehnung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung anzugeben, mit der bei einer preisgünstigen und gebrauchsvorteilhaften Bauweise minimalste Fraktionsmengen nachweisbar sind.

Diese Aufgabe ist durch die im Hauptanspruch angegebene Einrichtung gelöst. Die Unteransprüche stellen Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung dar.

Die Trennanordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung weist eine, um ihren Mittelpunkt und relativ zu der Aufgabe und Abnahmeanordnung rotierende Trenndiskette auf. Wesentlich dabei ist, daß die Trennphase der Trenndiskette so dünn ist, daß die gesamte Höhe des Trennmaterials bei einer einseitigen, ober- oder unterseitigen Aufgabe des Substanzgemisches und des Lösungsmittels gleichmäßig durchströmt wird, d. h. ein Gradient der Fraktionen wird nur in Richtung von innen nach außen der Trennphase gebildet. Eine Verteilung der aufgegebenen Substanzen über die Höhe/Dicke der Trennphase findet nicht statt. Die Trenndiskette ist kreisförmig und weist im Bereich der Trennphase zwei ringförmige Kanäle zur Aufgabe des Substanzgemisches und des Lösungsmittels bzw. Abnahme der Fraktionen auf. Die Trennphase ist so beschaffen, daß sie nach außen lösungsmitteldicht ist und daß sich zwischen der beidseitigen lösungsmitteldichten Beschichtung das Trennmaterial befindet, durch welches die Fraktionen des aufgegeben Substanzgemisches getrennt werden. Die Aufgabe des Substanzgemisches und des Lösungsmittels und die Abnahme der Fraktionen erfolgt einseitig, d. h. die eine Seite der Trenndiskette ist durchgehend dicht, die lösungsmitteldichte Beschichtung der anderen Seite ist durch einen Aufgabe- und einen Abnahmekanal unterbrochen, welche Kanäle zum Trennmaterial führen. Das Substanzgemisch und das Lösungsmittel werden durch die Aufgabe- bzw. Abnahmeanordnung in die Kanäle der Trenndiskette aufgegeben bzw. von diesen abgenommen. Durch die besonders dünne Ausführungsform der Trenndiskette/der Trennphase (vorzugsweise 0,5 mm) können ohne aufwendige Ventilschaltungen und Steuerungen, also mit einem hohen Wirtschaftlichkeitsgrad kleinste Mengen von Fraktionen kontinuierlich nachgewiesen werden. Gerade im Bereich der Trennung kleiner Stoffmengen, z. B. für die Überwachung und Steuerung von quantitativen Mengen von Produktsynthesen im Forschungs- und Entwicklungsbereich ist diese Einrichtung besonders gut einsetzbar. Die chromatographische Trennung der Substanzen ist abhängig von der Flußgeschwindigkeit und dem erzeugten Gegendruck durch das System. Da die Fläche über den Radius der Trennphase nach außen zunimmt, baut sich nur ein sehr geringer Druck auf. Die Flußgeschwindigkeit des Lösungsmittels nimmt in der Trennphase nach außen hin ab. Die Trenndiskette rotiert während der Trennung der Fraktionen sehr langsam um eine nicht bewegte Proben- bzw. Lösungsmittelaufgabe. Das Lösungsmittel und das Substanzgemisch wandern radial vom Innenrand der Trennphase zum Außenrand. Die effektive Trennstrecke ist bei diesem System durch den Radius der Trennphase bzw. den radialen Abstand zwischen dem Aufgabe- und Abnahmekanal bestimmt. Durch die langsam rotierende Trenndiskette bilden die verschiedenen Komponenten der kontinuierlich zugeführten Probe (d. h. des Substanzgemisches), spiralförmige Banden mit unterschiedlicher Steigung aus. Die Steigung der Probenbanden läßt sich über die Rotationsgeschwindigkeit der Trenndiskette und die Lösungsmittelflußgeschwindigkeit des Lösungsmittels bestimmen. Durch die sehr geringe Größe der Trenndiskette ist der Lösungsmittel- und der Probenverbrauch minimal, so daß die erfindungsgemäße Einrichtung auch sehr kostensparend eingesetzt werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Aufgabe- und Abnahmeanordnung durch mehrere dünne Zuleitungen/Kapillaren gebildet ist. Die Zuleitungen weisen einen Durchmesser zwischen 0,2 und 0,5 mm auf.

Die Trennphase besteht vorteilhafterweise aus einem beidseitig mit einer lösungsmittelundurchlässigen Schicht beschichteten Kieselgel oder Gel. Wesentlich ist, daß die Trennphase selbsttragend ist. Somit ist eine Verstärkung des Kieselgels oder Gels mit organischen oder anorganischen Phasen vorgesehen. Die lösungsmittelundurchlässige Beschichtung des Materials der Trennphase kann z. B. aus Kunststoffolie, Glas oder Metall bestehen.

Die Trenndiskette ist durch eine Hülle geschützt, in die sie eingeschoben wird und welche sie an ihren Randbereichen umgibt.

Vorteilhaft ist, wenn der ringförmige Aufgabekanal am inneren Rand der Trenndiskette verläuft und der ringförmige Abnahmekanal an ihrem äußeren Rand. Jedoch können die Kanäle bezüglich ihrer Anordnung auch umgekehrt angeordnet werden. Die Trenndiskette liegt auf der Aufgabe- und Abnahmeanordnung. In ihrer Mitte ist sie über eine Kupplung mit einem Antrieb verbunden; von oben liegt auf der Trenndiskette ein Anpreßdeckel auf, welcher mit ihr gekoppelt ist und während des Trennvorganges ebenfalls rotiert.

Selbstverständlich können die einzelnen Bauteile der Einrichtung auch umgekehrt zu der oben beschriebenen Art angeordnet sein, d. h. die Aufgabe- und Abnahmeanordnung kann sich oberhalb der Diskette befinden und der mit der Trenndiskette rotierende Anpreßdeckel von unten. Dementsprechend würde die Aufgabe und Abnahme des Substanz- und Lösungsmittelgemisches von oben erfolgen.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung ohne eingelegte Trenndiskette;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Einrichtung im zusammengebauten Zustand

Fig. 3 einen Schnitt durch die Trenndiskette;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Trenndiskette;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Aufgabe- und Abnahmeanordnung;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Einrichtung.

Die Einrichtung zur kontinuierlichen flüssigchromatographischen Trennung von Substanzgemischen weist eine meistens feststehende Aufgabe- und Abnahmeanordnung 1, einen Anpreßdeckel 2 und eine Trenndiskette 3 auf. Die Aufgabe- und Abnahmeanordnung weist Aufgabezuleitungen 4 und Abnahmezuleitungen 5 auf. Die Zuleitungen sind in einer kreisförmigen Auflageplatte 6, auf einem Radius R1 bzw. R2 angeordnet. Die Aufgabe- und Abnahmezuleitungen 4, 5 sind zwischen Dichtungsringen (O-Ringen) 7, 8, 9, 10 angeordnet. Die Dichtungsringe sind vorgesehen, damit die Proben- und Lösungsmittelaufgabe bzw. Abnahme von den Zuleitungen 4, 5, wobei bei einem Durchmesser von 0,2 bis 0,5 mm die Zuleitungen 4, 5 auch als Kapillaren bezeichnet werden können, direkt in Aufgabe- bzw. Abnahmekanäle 11, 12 der Trenndiskette 3 erfolgt. Die Trenndiskette 3 weist im einzelnen eine Trennphase 13 auf, welche eine lösungsmittelbeständige obere und untere Schicht 14, 15 aufweist, zwischen denen Trennmaterial 16 angeordnet ist. Das Trennmaterial 16 kann entweder direkt mit den Schichten 14, 15 verbunden sein oder über eine Klebeschicht 17. Die ringförmigen Aufgabe- bzw. Abnahmekanäle 11, 12 der Trennphase 13, der Trenndiskette 3 gehen durch die untere lösungsmittelbeständige Schicht 15 hindurch bis zum Trennmaterial 16. Meistens wird das Lösungsmittel und die Probe/Substanzgemisch durch den inneren Kanal 11, d. h. den Kanal mit dem kleineren Radius R1 aufgegeben und durch den Kanal 12 mit dem größeren Radius R2 abgenommen. Die Trenndiskette 3 befindet sich in einer Hülle 40, welche sie an ihrem Rand umgibt. Ferner weist die Trenndiskette 3 in ihrer Mitte eine Öffnung 18 auf, in die die Kupplungsmittel 19 des Anpreßdeckels 2 einerseits und die Kupplungsmittel des Antriebes 23 andererseits eingreifen. Das Trennmaterial 16 erstreckt sich nicht über den gesamten Radius der Trenndiskette 3, sondern es ist zur besseren Handhabung in der unmittelbaren Umgebung der Öffnung 18 ein anderes Material 22 vorhanden, ebenso wie an dem äußeren Rand der Diskette (Ziffer 21), mit dem diese in die Hülle 40 eingreift. Vorteilhaft ist, wenn zwischen der Hülle 40 und der Trenndiskette 3 eine Einlage 20 aus Filz zur Schonung der Trenndiskette 3 vorgesehen ist. Wesentlich ist, daß die Trennphase 13 selbsttragend ist, d. h. bei einer Dicke von etwa 0,5 mm (was für die erfindungsgemäße Ausbildung der Einrichtung wesentlich ist), soll die Trenndiskette 3 eine genügende Steifigkeit und Festigkeit aufweisen, damit der selbsttragende Effekt gewährleistet ist. Im Betrieb der Einrichtung liegt die Diskette auf der Auflageplatte 6 der Aufgabe- und Abnahmeanordnung 1 und die Zuleitungen 4, 5 münden in die Kanäle 11, 12 der Trenndiskette 3. Die Zuleitungen 4, 5 sind vorteilhafterweise gegen die Trenndiskette 3 über die Dichtungen 7, 8, 9, 10 abgedichtet. Die Trenndiskette 3 ist von unten mit seinem Antrieb 23 verbunden. Der Antrieb 23 wirkt über eine Antriebswelle 25 mit einem Kupplungselement 24 mit der Trenndiskette 3 zusammen. Die Trenndiskette 3 liegt mit ihren Abschnitten 22 auf dem Kupplungselement 24 des Antriebes 23. Von oben greift in die Öffnung 18 der Trenndiskette 3 das Kupplungselement 19 des Anpreßdeckels 2 ein. Durch die Drehung der Welle 25 des Antriebes 23 wird die Trenndiskette 3 über das Kupplungselement 24 in Rotationsbewegung versetzt und nimmt gleichzeitig mittels des Kuppelelementes 19 den oberen Anpreßdeckel 2 mit. Somit dreht sich die Trenndiskette 3 relativ zu der feststehenden Aufgabe- und Abnahmeanordnung 11. Die Zuleitungen 4, 5 verändern somit ihre Position gegenüber den Kanälen 11, 12, der Trenndiskette 3, wodurch eine gezielte Probenaufgabe/-abnahme bzw. Lösungsmittelaufgabe und -abnahme erfolgen kann. Die Einrichtung weist ferner eine Frontplatte 26 auf, an der ein Hebel 27 angeordnet ist, mittels welchem der Anpreßdeckel 2 in der Höhe verstellbar ist. Der kontinuierliche Betrieb der Einrichtung erfolgt dann, wenn die Trenndiskette 3 mit Lösungsmittel gesättigt ist und das zu trennende Substanzgemisch eingebracht wird. Der Anpreßdeckel 2 wird dabei nach unten verfahren, so daß er die Trenndiskette 3 gegen die Aufgabe-/Abnahmeanordnung 1 leicht anpreßt. Die Zuleitungen 4, 5 sind ringförmig in der Aufgabe-/Abnahmeanordnung angeordnet. Bei einem Durchmesser der Trenndiskette 3 von etwa 5 1/4 Zoll können mindestens 32 Lösungsmittelkapillaren 4 am inneren Umfang und mindestens 300 Probenauffangkapillaren am äußeren Umfang (Radius R2) angeordnet werden. Das Lösungsmittel und das Substanzgemisch wandern radial vom Innenrand der Trennphase 13 bis zu ihrem Außenrand. An dem Außenrand werden die einzelnen Fraktionen durch die nicht bewegten Aufnahmekapillaren 5 aufgefangen. Wenn die langsamste Fraktion/Probenkomponente die Trennphase 13 verläßt, ist ein im wesentlichen stationärer Zustand der chromatographischen Trennung erreicht. Somit ist die Trenndauer für immer neue Aufgaben von Probe und Lösungsmittel unbeschränkt. Der Probenstrom der getrennten Fraktionen wird anschließend in üblicher Weise einem Detektor zugeführt, wodurch ein Intensitäts-/Orts-Chromatogramm erhalten werden kann. Diese Vorgehensweise ist jedoch jedem Fachmann bekannt. Die Einrichtung weist ferner eine Auswurfvorrichtung 28 für die eingelegte Trenndiskette 3 auf. Der Anpreßdeckel 2 ist über eine Anpreßfeder 29 mit dem Hebel 27 verbunden.

Vorteilhafterweise kann, wie in Fig. 6 dargestellt, eine Vorrichtung 30 zur Filtration des Substanzgemisches vorgesehen sein. Diese Vorrichtung 30 weist eine Lösungsmittelzuleitung 31 auf und eine Probenzuleitung 32. Das Substanzgemisch wird durch die Zuleitung 32 in die Vorrichtung 30 eingeleitet, dort in einer porösen Membran 33 gereinigt und in den Raum 34 geleitet, aus dem die Probe mit dem aufgegebenen Lösungsmittel über die Ableitung 35 der Vorrichtung 30 entnommen wird und über die Zuleitungen 4 auf die Trenndiskette 3 aufgegeben wird. Sobald der Anpreßdeckel 2 durch Betätigung des Hebels 27 auf die Trenndiskette 3 abgesenkt wird, beginnt der Trennvorgang. Durch die Zuleitungen 4 und Kanäle 11 gelangt das Substanzgemisch und Lösungsmittel kontinuierlich in die Trenndiskette 3 bzw. deren Trennmaterial 16. Die getrennten Fraktionen verlassen diese kontinuierlich durch den Kanal 12 und die Zuleitung 5. Es erfolgt eine ortsaufgelöste Trennung der einzelnen Fraktionen, wobei die einzelnen Fraktionen/Probenkomponenten das chromatographische System an unterschiedlichen Orten verlassen.

Claims (12)

1. Einrichtung zur kontinuierlichen flüssigchromatographischen Trennung eines Substanzgemisches mit einer Trennanordnung für die Fraktionen des Substanzgemisches, einer Einlaßanordnung für das Aufgeben des Substanzgemisches und des Lösungsmittels auf die Trennphase und einer Anordnung zur Abnahme der getrennten Fraktionen dadurch gekennzeichnet, daß die Trennanordnung eine um ihren Mittelpunkt relativ zur Aufgabe- und Abnahmeanordnung (1) rotierende, kreisförmige Trenndiskette (3) mit einer selbsttragenden, außenseitig lösungsmittelundurchlässigen Trennphase (13) ist, die an ihrer einen Seite einen ringförmigen Aufgabekanal (11) und einen ringförmigen Abnahmekanal (12) aufweist, wobei die Trennphase (13) so dünn ist, daß die gesamte Höhe des Trennmaterials (16) durch das einseitige Aufgeben des Substanzgemisches und des Lösungsmittels gleichmäßig in radialer Richtung von dem Aufgabe- bis zu dem Abnahmekanal (11, 12) durchströmt wird, und daß die Aufgabe- und die Abnahmeanordnung ringförmig angeordnete Zuleitungen (4, 5) aufweist, die in die Aufgabe- und Abnahmekanäle (11, 12) der Trennphase (13) münden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen (4, 5) der Aufgabe- und Abnahmeanordnung (1) Kapillaren sind mit einem Innendurchmesser zwischen 0,2 und 0,5 mm.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Trennphase (13) eine Dicke von 0,5 mm aufweist.

4. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Trennphase (13) aus einem doppelseitig mit einer lösungsmittelundurchlässigen Schicht (14, 15) beschichtetem Trennmaterial (16) besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmaterial (16) Kieselgel oder Gel verstärkt mit organischen oder anorganischen Phasen ist.

6. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trenndiskette (3) in einer Hülle (40) befindet, welche ihre Randbereiche umgibt.

7. Einrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die lösungsmittelundurchlässige Beschichtung (14, 15) des Trennmaterials (16) aus Kunststoffolie, Glas oder Metall besteht.

8. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Aufgabekanal (11) einen kleineren Radius (R1) und der Abnahmekanal (12) einen größeren Radius (R2) aufweist.

9. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Trenndiskette (3) in Rotationsbewegungen relativ zu der Aufgabe- und Abnahmeanordnung (1) durch einen mit ihr gekoppelten Antrieb (23) versetzt wird.

10. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine Probefiltrationsvorrichtung (30) vorgesehen ist.

11. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Trenndiskette (3) mit ihrer Unterseite auf der Aufgabe- und Abnahmeanordnung (1) aufliegt und auf ihrer Oberseite durch einen Anpreßdeckel (2) an diese angepreßt wird.

12. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung tragbar ist.