DE19525856C1 - Chromatographic column head - Google Patents

Chromatographic column head

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Abstract

A chromatographic column head has a gas space (3) located above a frit (2) and which can be filled with a gas under pressure by a device (4). Pref. a line for both or each of the eluting agent and the sample terminates, pref. as a spray head, is provided in the gas space.

Description

Die Erfindung betrifft einen verbesserten Säulenkopf für chromatogra­ phische Säulen, sowie chromatographische Säulen enthaltend einen erfindungsgemäßen Säulenkopf, sowie deren Verwendung, weiterhin Zusatzeinrichtungen für den Betrieb dieses Säulenkopfes.The invention relates to an improved column head for chromatogra phic columns, and chromatographic columns containing one column head according to the invention, and their use, further Additional devices for the operation of this column head.

Bei der Konstruktion einer Chromatographieanlage muß unter anderem das Problem gelöst werden, wie am Säulenkopf von dem geringen Strömungs­ querschnitt der Elutionsmittel- und Probenzuleitung auf den wesentlich größeren Querschnitt der Vor- oder Trennsäule übergegangen wird. Dieser Übergang muß so gestaltet sein, daß die Probe keine Bandenverbreiterung durch ungleichmäßige Strömungen im Übergangsbereich erfährt. Für diesen Zweck sind verschiedene konstruktive Maßnahmen bekannt; dazu gehören Verteilerplatten mit eingefrästen Kanälen oder mehrlagige Fritten. Diese Konstruktionen sind jedoch aufwendig und nur von unvollkommener Wirkung. Ein weiteres Problem resultiert aus Druckschwankungen, die beispielsweise bei der Verwendung von Kolbenpumpen entstehen, und die ebenfalls zu ungleichmäßigem Strömungsverhalten führen. Als Abhilfe werden beispielsweise zusätzliche Pulsationsdämpfer in die Chromato­ graphieanlage eingebaut. Diese Probleme sind bei Anlagen zur präpa­ rativen Chromatographie wegen der bei diesen Anlagen benutzten weiten Säulenquerschnitten (typischerweise < 2 cm) besonders gravierend.When designing a chromatography system, this must among other things Problem to be solved, as on the column head from the low flow cross-section of the eluent and sample supply to the essential larger cross section of the guard column or separation column. This The transition must be designed so that the sample does not broaden the band experienced by uneven currents in the transition area. For Various constructive measures are known for this purpose; to include distributor plates with milled channels or multi-layer frits. However, these constructions are complex and only imperfect Effect. Another problem results from pressure fluctuations that arise, for example, when using piston pumps, and the also lead to uneven flow behavior. As a remedy For example, additional pulsation dampers in the Chromato graphics system installed. These problems are with systems for prepa ratio chromatography because of the wide range used in these systems Column cross sections (typically <2 cm) are particularly serious.

Es wurde gefunden, daß durch die Verwendung eines neu gestalteten Säulenkopfes das Strömungsverhalten beim Auftragen der Probe wesent­ lich besser beherrschen läßt. Die erfindungsgemäße Konstruktion weist als weiteren Vorteil auf, daß Pulsationen im Elutionsmittelzulauf gedämpft werden, ohne daß ein getrennter Pulsationsdämpfer vorgesehen werden muß.It was found that by using a redesigned Column head, the flow behavior when applying the sample is essential can be mastered better. The construction according to the invention has Another advantage is that pulsations in the eluent inflow are damped be provided without a separate pulsation damper got to.

Aus WO 85/05 285 ist ein kuppelförmig gestalteter Säulenkopf für chroma­ tographische Säulen bekannt. Dieser Säulenkopf ist mit Flüssigkeit gefüllt. WO 85/05 285 describes a dome-shaped column head for chroma known graphic columns. This column head is filled with liquid.  

Die erfindungsgemäße Konstruktion des Säulenkopfes ist aus Abb. 1 ersichtlich; dargestellt ist der obere Teil einer Trennsäule mit dem erfin­ dungsgemäßen Säulenkopf: Auf dem Säulenbett (1) liegt eine Fritte (2) auf. The construction of the column head according to the invention can be seen from Fig. 1; the upper part of a separation column is shown with the column head according to the invention: a frit ( 2 ) lies on the column bed ( 1 ).

Oberhalb der Fritte befindet sich ein Gasraum (3). Mit einer Druckvorrich­ tung (4) kann der Gasraum mit dem Arbeitsdruck über eine Zuleitung (5) beaufschlagt werden. Neben Luft sind insbesondere inerte Gase, wie z. B. Stickstoff oder Edelgase, wie z. B. Argon oder Krypton, für die Füllung des Gasraumes geeignet. In den Gasraum mündet die Zuleitung für Elutions­ mittel und Probe, die beispielsweise als Sprühkopf (6) gestaltet sein kann. In einer abgewandelten Ausführungsform können jeweils für Elutionsmittel und Probe getrennte Zuleitungen vorgesehen sein. Elutionsmittel und/oder Probe können auch durch mehr als eine Leitung eingebracht werden. Ent­ sprechend können auch mehrere Sprühköpfe vorgesehen werden.A gas space ( 3 ) is located above the frit. With a Druckvorrich device ( 4 ), the gas space with the working pressure can be applied via a supply line ( 5 ). In addition to air, inert gases such as, for. B. nitrogen or noble gases, such as. B. argon or krypton, suitable for filling the gas space. In the gas space opens the supply line for eluent and sample, which can be designed for example as a spray head ( 6 ). In a modified embodiment, separate feed lines can be provided for eluent and sample. Elution agent and / or sample can also be introduced through more than one line. Accordingly, several spray heads can be provided.

Elutionsmittel und/oder Probe werden durch Überdruck gefördert; Vorrich­ tungen zum Erzeugen von Überdruck sind dem Fachmann bekannt, dazu gehören beispielsweise Pumpen oder Injektionsspritzen. In der weiteren Beschreibung werden beispielhaft für derartige Druckerzeugungsvorrich­ tungen Pumpen beschrieben.Eluent and / or sample are conveyed by overpressure; Vorrich The generation of excess pressure is known to the person skilled in the art include pumps or hypodermic syringes. In the further Description are exemplary of such a pressure generating device Pumps described.

Im Elutionsbetrieb und beim Äquilibrieren der Säule befindet sich oberhalb der Fritte (2) eine dünne Schicht (7) Elutionsmittel. Die Höhe dieser Schicht beträgt typischerweise weniger als das Doppelte des Säulendurchmessers. Die Förderleistung der Elutionsmittelpumpe (8) und der durch die Druckvor­ richtung (4) erzeugte Arbeitsdruck werden so abgestimmt, daß die Höhe der Schicht (7) weitgehend konstant bleibt. Diese Regelung kann automatisch erfolgen, z. B. unter Verwendung eines Niveausensors (9). Die Sprüh­ strahlen (13) deuten das Einpumpen des Elutionsmittels an. Wegen der Kompressibilität des Gases im Gasraum (3) werden Pulsationen, die beispielsweise von der Elutionsmittelpumpe herrühren können, gedämpft.In elution mode and when equilibrating the column, there is a thin layer ( 7 ) of eluent above the frit ( 2 ). The height of this layer is typically less than twice the column diameter. The delivery rate of the eluent pump ( 8 ) and the pressure generated by the Druckvor device ( 4 ) are adjusted so that the height of the layer ( 7 ) remains largely constant. This regulation can take place automatically, e.g. B. using a level sensor ( 9 ). The spray jets ( 13 ) indicate that the eluent is being pumped in. Because of the compressibility of the gas in the gas space ( 3 ), pulsations which can result, for example, from the eluent pump are damped.

Der Betrieb unter Verwendung des erfindungsgemäßen Säulenkopfes ist im folgenden beispielhaft beschrieben; bezüglich der Bezugszeichen ist auf Abb. 1 verwiesen:Operation using the column head according to the invention is described below by way of example; with regard to the reference symbols, reference is made to Fig. 1:

  • a) Zunächst wird die Zuführung von Elutionsmittel unterbrochen. Durch den Gasdruck wird das Elutionsmittel durch die Säule transportiert, bis es im Säulenkopf zum Niveau der oberen Frittenfläche abgesunken ist. Dieser Vorgang kann beispielsweise mittels eines zweiten Niveau­ sensors (10) überwacht werden.a) First, the supply of eluent is interrupted. The eluent is transported through the column by the gas pressure until it has sunk in the column head to the level of the upper surface of the frit. This process can be monitored, for example, by means of a second level sensor ( 10 ).
  • b) Die Probe wird durch Überdruck, beispielsweise erzeugt mittels einer Probenpumpe (11), aufgetragen, wobei sich eine Probenschicht (12) ausbildet.b) The sample is applied by overpressure, for example generated by means of a sample pump ( 11 ), a sample layer ( 12 ) being formed.
  • c) Die Probenzufuhr, beispielsweise die Probenpumpe (11), wird eben­ falls abgeschaltet, bis die Probe durch den Gasdruck in die Säule eingebracht ist und die Probenschicht im Säulenkopf bis zum Niveau der oberen Frittenfläche abgesunken ist.c) The sample supply, for example the sample pump ( 11 ), is also switched off if necessary until the sample is introduced into the column by the gas pressure and the sample layer in the column head has sunk to the level of the upper frit surface.
  • d) Anschließend wird der Durchsatz an Elutionsmittel erhöht, beispiels­ weise durch die Erhöhung der Pumpleistung der Elutionsmittelpumpe (8), bis wieder eine Elutionsmittelschicht (7) entstanden ist.d) The throughput of eluent is then increased, for example by increasing the pumping capacity of the eluent pump ( 8 ), until an eluent layer ( 7 ) has formed again.
  • e) Zuletzt wird der Durchsatz an Elutionsmittel reduziert, beispielsweise durch Anpassung der Pumpleistung der Elutionsmittelpumpe (8), so daß die Elutionsmittelschicht (7) wie oben erläutert, während der Elution eine konstante Dicke aufweist.e) Finally, the throughput of eluent is reduced, for example by adjusting the pumping capacity of the eluent pump ( 8 ), so that the eluent layer ( 7 ) has a constant thickness as explained above during the elution.

Diese Arbeitsschritte sind in Abb. 2 dargestellt.These steps are shown in Fig. 2.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Ver­ fahren wird ein steilflankiges Dosierprofil der Probe und im Verlauf der Trennung ein steilflankiges Flußprofil erzielt. Außerdem werden Pulsatio­ nen der Pumpen durch die Kompressibilität des Gases im Gasraum gedämpft und die mechanische Belastung der Säulenpackung vermieden.Due to the arrangement according to the invention and the Ver will drive a steeply flanked dosing profile of the sample and in the course of the Separation achieved a steep-sided flow profile. In addition, pulsatio pumps due to the compressibility of the gas in the gas space damped and the mechanical stress on the column packing avoided.

Die Chromatographie- und Kartuschenrohre, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden können, besitzen die üblichen Ab­ messungen; d. h. für präparative Anwendungen betragen die Durchmesser ca. 2 cm bis zu ca. 1 m. Kleinere Durchmesser sind bei analytischen Anwendungen üblich. Für Vorsäulen oder für Säulen, die für Probenvorbe­ reitung vorgesehen sind, werden kurze Säulen, d. h. etwa das 0,5- bis 2-fache des Säulendurchmessers verwendet. Längere Säulen sind als Trennsäulen üblich (5- bis 10-fache des Säulendurchmessers, z. T. noch länger).The chromatography and cartridge tubes associated with the present invention can be used, have the usual Ab measurements; d. H. the diameter is for preparative applications  approx. 2 cm up to approx. 1 m. Smaller diameters are analytical Applications common. For guard columns or for columns that are used for sample preparation are provided, short columns, d. H. about the 0.5 to 2 times the column diameter used. Longer columns are as Separation columns are common (5 to 10 times the column diameter, sometimes still longer).

Soweit diese Chromatographie- oder Kartuschenrohr aus durchsichtigen Material (z. B. Glas, PEEK, Poly(meth)acrylaten) bestehen, oder mit Fenstern aus durchsichtigem Material ausgestattet sind, kann die Ein­ stellung des Flüssigkeitsniveaus oberhalb der Fritte visuell erfolgen. Bei undurchsichtigen Rohrmaterialien oder für automatische Steuerungen können Niveausensoren in den Säulenkopf integriert werden. Dem Fach­ mann sind Prinzipien und Ausführungsformen für geeignete Niveau­ sensoren bekannt. Dazu gehören Sensoren, die auf der Messung der Leitfähigkeit oder der Dielektrizitätskonstante beruhen, und auch Sensoren, die eine berührungsfreie Messung erlauben. Letztere können beispiels­ weise auf der Reflexion eines Lichtstrahles oder auf Abstandsmessungen mittels Ultraschall beruhen. Das Ausgangssignal der Sensoren kann entweder angezeigt werden oder als Regelgröße in einer automatischen Regelvorrichtung verwendet werden. Geeignete Anzeige- und Regel­ vorrichtungen sind dem Fachmann bekannt.As far as this chromatography or cartridge tube from clear Material (e.g. glass, PEEK, poly (meth) acrylates), or with Windows are made of transparent material, the one Position the liquid level above the frit visually. At opaque pipe materials or for automatic controls level sensors can be integrated in the column head. The subject There are principles and embodiments for appropriate levels sensors known. This includes sensors based on the measurement of the Conductivity or dielectric constant, and sensors, that allow a non-contact measurement. The latter can for example point on the reflection of a light beam or on distance measurements based on ultrasound. The output signal of the sensors can either be displayed or as a control variable in an automatic Control device can be used. Suitable display and rule devices are known to the person skilled in the art.

Die Einstellung des Flüssigkeitsniveaus im Säulenkopf in Abhängigkeit von Volumenstrom des Elutionsmittels oder der Probe und des Arbeitsdruckes im Säulenkopf kann manuell gesteuert werden, wobei das Flüssigkeits­ niveau wie oben beschrieben entweder direkt beobachtet wird oder durch Sensoren gemessen und angezeigt wird. Soweit das Flüssigkeitsniveau mit Sensoren erfaßt wird, kann das Flüssigkeitsniveau auch automatisch geregelt werden.The setting of the liquid level in the column head depending on Volume flow of the eluent or the sample and the working pressure in the column head can be controlled manually, the liquid level as described above is either observed directly or through Sensors are measured and displayed. So much for the liquid level Sensors is detected, the liquid level can also automatically be managed.

Die Verbindung von Elutionsmittelstrom und Probenstrom kann durch eine T-Verbindung (14) oder durch ein Umschaltventil oder im Säulenkopf erfolgen. The elution medium flow and sample flow can be connected by a T-connection ( 14 ) or by a changeover valve or in the column head.

Druckvorrichtungen, die geeignet sind, einen Gasraum mit einem Arbeits­ druck zu beaufschlagen, sind dem Fachmann bekannt. Dazu gehören beispielsweise Gaspumpen und Gasdruckbehälter, die zusätzlich eine Regelvorrichtung aufweisen können.Pressure devices that are suitable for a gas space with a working to apply pressure are known to the person skilled in the art. This includes for example gas pumps and gas pressure vessels, which also have a Can have control device.

Claims (5)

1. Säulenkopf einer chromatographischen Säule, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich oberhalb einer Fritte (2) ein Gasraum (3) befindet, und daß eine Vorrichtung (4) vorgesehen ist, die es erlaubt, den genannten Gasraum (3) mit einem Gas unter Überdruck zu beauf­ schlagen.1. column head of a chromatographic column, characterized in that there is a gas space ( 3 ) above a frit ( 2 ), and that a device ( 4 ) is provided which allows said gas space ( 3 ) with a gas under Apply overpressure. 2. Säulenkopf nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß in den Gasraum eine Leitung für Elutionsmittel und Probe einmünden.2. column head according to claim 1, further characterized in that Open a line for eluent and sample in the gas space. 3. Säulenkopf nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß in den Gasraum mindestens je eine Leitung für Elutionsmittel und Probe einmünden.3. column head according to claim 1, further characterized in that at least one line each for eluent and Open sample. 4. Säulenkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Einmündungen der Leitungen für Elutions­ mittel und/oder Probe als Sprühköpfe ausgeführt sind.4. Column head according to one of claims 1 to 3, further thereby characterized in that the junctions of the lines for elutions medium and / or sample are designed as spray heads. 5. Verwendung eines Säulenkopfes nach einem der Ansprüche 1-4 in einer chromatographische Säule.5. Use of a column head according to one of claims 1-4 in a chromatographic column.
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