DE19532684A1 - Easily controlled membrane fractionation system for efficient on-line fractionation - Google Patents
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Abstract
Description
Die gegenwärtige Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Trennung bzw. Fraktionierung von Molekülen, Partikeln und anderen Spezies in wäßrigen bzw. organischen Medien. Das Gerät ist konzipiert für Anwendungen in der analytischen und makromolekularen Chemie, für die Kontrolle von Teilchen größen, für die Fraktionierung von Partikeln und Makromolekülen in der Umweltchemie bzw. -analytik, für die Reinigung und Aufkonzentrierung von synthetischen und natürlichen Polymeren und für die Spezifikation von Komponenten in natürlichen wäßrigen Medien, die feste Partikel enthalten.The present invention relates to a device for separation or Fractionation of molecules, particles and other species in aqueous or organic media. The device is designed for applications in the analytical and macromolecular chemistry, for particle control sizes, for the fractionation of particles and macromolecules in the Environmental chemistry and analysis, for the cleaning and concentration of synthetic and natural polymers and for the specification of Components in natural aqueous media that contain solid particles.
Zur Fraktionierung von Teilchen und löslichen Komponenten in wäßrigen Medien wird häufig die Filtration, insbesondere die Membranfiltration, genutzt. Zu diesem Zweck ist auch mehrfach schon eine Kaskade konven tioneller gerührter Membranfiltrationszellen benutzt worden. Die Anwendung mehrerer miteinander verbundener Filtrationszellen ist also bekannt. Zellen dieser Art bestehen aus einem Gehäuse, einem semi permeablen Filter, Verbindungsschläuchen und diversen Kontrollinstru menten. Fraktionierungssysteme dieser Art sind jedoch mit einer ganzen Reihe von praktischen Nachteilen behaftet, insbesondere gestaltet sich die Trennung von Spezies in Gegenwart von festen Partikeln sehr schwierig, z. B. aufgrund von hemmenden Ablagerungsschichten auf der Filterober fläche, niedrigen Fließraten, schwieriger Kontrolle der Trennoperation und aufgrund von großen Volumina an Waschlösungen, die für eine effiziente Trennung erforderlich sind.For the fractionation of particles and soluble components in aqueous Filtration, especially membrane filtration, utilized. For this purpose, a cascade has already been used several times tionally stirred membrane filtration cells have been used. The Use of several interconnected filtration cells is therefore known. Cells of this type consist of a housing, a semi permeable filter, connecting hoses and various control instru ment. Fractionation systems of this type are, however, with a whole A number of practical disadvantages, particularly the Separation of species in the presence of solid particles very difficult e.g. B. due to inhibitory deposits on the filter top area, low flow rates, difficult control of the separation operation and due to large volumes of washing solutions that are needed for efficient Separation are required.
Konventionelle Filtrationssysteme bestehen bekanntlich aus einem Gehäuse, entsprechenden Haltevorrichtungen für die Membran innerhalb dieses Gehäuses, einer Fixierung mit Schraubenzylindern, einem Eingang und Ausgang für die Testlösung, einer Rühreinrichtung (meist auf Basis eines Magnetrührers) und verschiedenen Kontrollinstrumenten. Haupt nachteile der bisher vorgestellten Fraktionierungssysteme, die aus einer Reihe aneinander gekoppelter Filtrationszellen bestehen, sind ein niedriger Wirkungsgrad und eine eingeschränkte Anwendbarkeit, insbesondere auch aufgrund der für Ultrafiltrationen im unteren kDalton-Bereich notwendigen Arbeitsdrücke und deren Steuerung.Conventional filtration systems are known to consist of one Housing, corresponding holding devices for the membrane inside this housing, a fixation with screw cylinders, an entrance and output for the test solution, a stirring device (mostly based of a magnetic stirrer) and various control instruments. Main disadvantages of the previously presented fractionation systems, which consist of a Row of coupled filtration cells are a lower one Efficiency and limited applicability, especially also due to those necessary for ultrafiltration in the lower kDalton range Working pressures and their control.
Geräte, die der hier vorgeschlagenen Erfindung am nächsten kommen, sind spezielle Ultrafiltrations-Einheiten, die aus Reservoirs für die Test- und Waschlösung, einer Mehrkanal-Schlauchpumpe mit Schlauchverbindungen, Kontrollinstrumenten, einer Filterunterlage mit doppelten spiralförmigen Fließkanälen, semi permeablen Flachfiltern, sowie Eingängen und Ausgängen bestehen, welche mit den dazugehörigen Sammelgefäßen an der Außenseite der Ultrafiltrations-Einheit verbunden sind. Die Ausgänge des Drainagesystems und die Pumpeneingänge sind mit unabhängigen Probeentnahme-Stellen ausgestattet. Die Geräte haben zudem eine steuerbares Verteilersystem zur Druckregistrierung (Manometer) in den Kanälen. Im Kreislauf bzw. im Tangentialfluß wird die Probe über die Filtermembranen gepumpt, wobei eine Verbindung zu dem Ausgangs- Sammelgefäß bzw. dem Lösungs-Reservoir besteht und ein Überfluß- Sicherheitsventil zu einem Seitenkanal führt. Zusätzlich ist ein Sammel gefäß zwischen dem Reservoir für die Waschlösung und der Pumpe eingebaut, das mit dem Kreislauf-Strom verbunden ist.Devices that come closest to the invention proposed here special ultrafiltration units that consist of reservoirs for the test and Washing solution, a multi-channel hose pump with hose connections, Control instruments, a filter pad with double spiral Flow channels, semi-permeable flat filters, as well as entrances and There are exits, which with the associated collecting vessels the outside of the ultrafiltration unit. The exits of the drainage system and the pump inputs are independent Sampling points. The devices also have one controllable distribution system for pressure registration (manometer) in the Channels. In the circuit or in the tangential flow, the sample is over the Pumped membrane membranes, connecting to the starting Collecting vessel or the solution reservoir and an abundance Safety valve leads to a side channel. In addition there is a collection vessel between the reservoir for the washing solution and the pump installed, which is connected to the circuit current.
Wesentliche Nachteile solcher bekannten Filtrationssysteme sind jedoch eine relativ komplizierte Kontrolle der Trennoperation und eine gewisse Empfindlichkeit gegenüber Feststoff-Partikeln in der Testlösung, so daß seine Anwendung auf wäßrige Umweltproben und andere Lösungen mit suspendierten Partikeln nicht möglich ist. Darüberhinaus können die langen Schlauchverbindungen zu erheblichen Sorptionsverlusten der zu tren nenden Stoffe während der Filtration führen.However, there are significant disadvantages of such known filtration systems a relatively complicated control of the separation operation and some Sensitivity to solid particles in the test solution, so that its application to aqueous environmental samples and other solutions with suspended particles is not possible. In addition, the long Hose connections to considerable sorption losses substances during filtration.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Effizienz solcher Trenn systeme während einer "on-line"-Fraktionierung von Lösungskomponenten in Gegenwart von festen Partikeln zu verbessern, die Durchführungs kontrolle zu vereinfachen und die Anwendungsgebiete für solche Systeme auszuweiten.The aim of the present invention is to improve the efficiency of such separation systems during an "on-line" fractionation of solution components in the presence of solid particles to improve the implementation simplify control and the areas of application for such systems expand.
Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Gegenstand, das heißt ein Gerät zur Trennung und Fraktionierung von Makromolekülen, Partikeln und anderen Mikrospezies in wäßrigen bzw. organischen Medien.The invention relates to that characterized in the claims Object, that is, a device for separating and fractionating Macromolecules, particles and other microspecies in aqueous or organic media.
Das vorgeschlagene Membran-Fraktionierungs-System (MFS) trägt folgende Merkmale: Es besteht aus einer Reihe direkt aneinander gekoppelter Ultrafiltrationsstufen, die mit geeigneten Membranen bestückt sind, und einem Eingangsreservoir für die Test- bzw. Waschlösung. Die für dieses MFS entwickelten Membranträger weisen im oberen Teil spiralförmige oder auch nicht-spiralförmige Kanäle und im unteren Teil ein Drainage-System auf, das über spezielle Kanäle zur Membran der nächsten Trennstufe führt. Die zu fraktionierende Probe wird jeweils im Kreislauf bzw. im durchfluß fördernden Tangentialfluß über die betreffende Membran geführt, wobei zur Aufnahme der einzelnen Fraktionen jeweils ein durchströmtes Sammelgefäß mit konstantem Volumen dient. Am Eingang für die Testlösung befindet sich ein Regulierungsventil, ebenso am Ausgang für das Endfiltrat (Permeat). Die einzelnen, "on-line" miteinander verbundenen Trennstufen, die die Form von flachen Zylinderscheiben haben, sind durch geeignete Kunststoff-Ringe abgedichtet und werden durch Kopfschrauben von der untersten zur obersten Trennstufe zusammengehalten. Die Test lösung wird von unten nach oben durch das MFS geführt und passiert dabei die einzelnen Filter, die nach ihrer Ausschlußgrenze (Porenweite) zu den kleinsten Porengrößen hin geordnet sind. Die resultierenden Fraktionen sammeln sich bei der Trennung in den bereits erwähnten Sammelgefäßen der einzelnen Trennstufen. The proposed membrane fractionation system (MFS) has the following Features: It consists of a series of directly linked Ultrafiltration stages, which are equipped with suitable membranes, and an input reservoir for the test or wash solution. The one for this MFS developed membrane supports have spiral or in the upper part also non-spiral channels and a drainage system in the lower part which leads to the membrane of the next separation stage via special channels. The sample to be fractionated is circulated or flowed through promoting tangential flow over the membrane in question, wherein a flow through each to take up the individual fractions Serves with a constant volume. At the entrance for the Test solution there is a regulating valve, also at the outlet for the final filtrate (permeate). The individual, "on-line" interconnected Separation stages that have the shape of flat cylindrical disks are through suitable plastic rings are sealed and are secured by cap screws held together from the bottom to the top separator. The test solution is led and passed through the MFS from bottom to top the individual filters according to their exclusion limit (pore size) are ordered according to the smallest pore sizes. The resulting fractions collect at the separation in the collection vessels already mentioned of the individual separation stages.
Bild 1 zeigt ein schematisches Fließdiagramm des entwickelten MFS. Eine Querschnittszeichnung des Gerätes ist in Bild 2 dargestellt. Die zu fraktio nierende Testlösung wird vom Reservoir mittels Schlauchpumpe unter Druck (150-200 kPa) in die erste Filtrationsstufe eingeführt, wobei die Lösung in paralleler Richtung über die Membranoberfläche transportiert wird (Tangentialfluß). Der Teil der Testlösung, der die Membran nicht durchdringt, kehrt zum Reservoir zurück. Das Filtrat hingegen, fließt in das Reservoir bzw. in den Tangential-Kreislauf der nächst folgenden Filtrationsstufe. Hier wird es, wie in der Filtrationsstufe zuvor, wieder mittels Schlauchpumpe über die Membranoberfläche geführt, dabei teilweise filtriert bzw. in das dortige Reservoir zurückgeleitet (s. Bild 1). Dieser Filtrationsprozeß wiederholt sich so bei jedem Schritt. Auf diese Weise können, wie im Bild 1 gezeigt, eine ganze Reihe von Filtrationsstufen (z. B. fünf oder zehn) hintereinander geschaltet werden. Das so konstruierte MFS ermöglicht technisch einfache und schnelle "on-line"-Fraktionierungen von Stoffgemischen, wie die untersuchten Anwendungsbeispiele belegen. Figure 1 shows a schematic flow diagram of the developed MFS. A cross-sectional drawing of the device is shown in Figure 2. The test solution to be fractionated is introduced from the reservoir by means of a peristaltic pump under pressure (150-200 kPa) into the first filtration stage, the solution being transported in a parallel direction over the membrane surface (tangential flow). The part of the test solution that does not penetrate the membrane returns to the reservoir. The filtrate, on the other hand, flows into the reservoir or into the tangential circuit of the next filtration stage. Here, as in the previous filtration stage, it is again passed over the membrane surface using a peristaltic pump, partially filtered or returned to the reservoir there (see Fig . 1). This filtration process is repeated at every step. In this way, as shown in Figure 1, a whole series of filtration stages (e.g. five or ten) can be connected in series. The MFS constructed in this way enables technically simple and fast "on-line" fractionation of substance mixtures, as the examined application examples demonstrate.
Wie der technischen Zeichnung (Bild 2) zu entnehmen ist, besteht das MFS aus einem Ober- und Unterteil, zwischen denen die einzelnen Zylinder scheiben-förmigen Filtrationszellen, ausgestattet mit Regulations-Ventilen und zusammengehalten durch Kopfschrauben, angeordnet sind. Die erwähnten zylinderförmigen Filtrationszellen sind ausgestattet mit Anschlüssen für den Ein- bzw. Auslaß der im Kreislauf geführten Testlösung, mit Kanälen zum Drainagesystem der nächstfolgenden Filtrationsstufe und mit einer Kammer (Rerservoir). Diese Kammer weist Anschlüsse für das Entfernen von Luftblasen, für die Probeentnahme während der Filtration und für den bereits beschriebenen Kreislauf der über die Membran geführten Fraktion auf. Zur äußeren Abdichtung der zylinderförmigen Filtrationsstufen dienen dazwischen gesetzte Gummi- Dichtungsringe. Vor Inbetriebnahme des MFS werden die einzelnen Filtrationsstufen mit den für die vorgesehene Trennaufgabe erforderlichen Membranen bestückt, mit je einem Dichtungsring bestückt und dann, wie in Bild 1 bzw. 2 dargestellt, aufeinandergesetzt, wobei das bereits erwähnte Unter- bzw. Oberteil den Abschluß nach unten bzw. oben bilden. As can be seen in the technical drawing ( Figure 2), the MFS consists of an upper and lower part, between which the individual cylinder-shaped filtration cells, equipped with regulating valves and held together by cap screws, are arranged. The cylindrical filtration cells mentioned are equipped with connections for the inlet and outlet of the test solution circulated, with channels to the drainage system of the next filtration stage and with a chamber (rerservoir). This chamber has connections for the removal of air bubbles, for sampling during the filtration and for the previously described circulation of the fraction passed over the membrane. Rubber sealing rings placed in between are used for the external sealing of the cylindrical filtration stages. Before the MFS is put into operation, the individual filtration stages are equipped with the membranes required for the intended separation task, each equipped with a sealing ring and then, as shown in Fig. 1 or 2, placed on top of each other, with the lower and upper part already mentioned closing at the bottom or form above.
Zum Schluß werden die aufeinander gesetzten Trennstufen mittels Zylinderkopfschrauben über Unter- und Oberteil fest aufeinander fixiert und dann die zum Kreislauf-Betrieb innerhalb der Filtrationsstufen erforderlichen Schlauchverbindungen, verbunden über eine Mehrkanal-Schlauchpumpe, hergestellt.Finally, the separating stages are placed on top of each other Cylinder head screws are firmly attached to each other via the lower and upper part then those required for circulatory operation within the filtration stages Hose connections, connected via a multi-channel hose pump, produced.
Die vorgestellte Erfindung ist gegenüber bekannten Ultrafiltrations-Geräten durch folgende entscheidende Vorteile gekennzeichnet:The presented invention is compared to known ultrafiltration devices characterized by the following decisive advantages:
- 1. Die Fraktionierung von Komponenten ist auch in Lösungen, die große Anteile an suspendierten Partikeln enthalten, möglich. Hierdurch wir die sonst schnelle Verstopfung von Ultrafiltrations-Membranen vermieden und eine bessere, d. h. auch zuverlässigere Trennung erreicht, die die Richtigkeit und Genauigkeit der sich anschließenden Analysen (z. B. Molmassen- Verteilungen von Makromolekülen) wesentlich verbessert.1. The fractionation of components is also great in solutions Contain proportions of suspended particles, possible. Hereby we the otherwise rapid clogging of ultrafiltration membranes avoided and a better, d. H. also achieved more reliable separation that is correct and accuracy of the subsequent analyzes (e.g. molecular weight Distributions of macromolecules) significantly improved.
- 2. Die Fraktionierung von Lösungsbestandteilen erfolgt ohne eine Veränderung in der chemischen bzw. Gas-Zusammensetzung der Test lösung, da der Trennvorgang in einem geschlossenen System abläuft.2. The fractionation of solution components takes place without one Change in the chemical or gas composition of the test solution because the separation process takes place in a closed system.
- 3. Die relativ kleine "innere" Oberfläche des entwickelten MFS ermöglicht es, Verluste von Trennkomponenten, verursacht durch Sorption an Ober flächen des Gerätesystems, gering zu halten. Damit wird die analytische Korrektheit dieses Trennverfahrens erheblich gesteigert.3. The relatively small "inner" surface of the developed MFS enables it, losses of separation components caused by sorption on upper to keep the surfaces of the device system small. This makes the analytical Correctness of this separation process increased considerably.
- 4. Die Prozeßkontrolle erfolgt in sehr einfacher Weise durch die ein Ventil am Eingang und Ausgang des Systems. Der erfolgreiche Einsatz des MFS und seine besonderen Vorteile konnten durch Fraktionierung von realen Proben recht unterschiedlicher Art nachgewiesen werden, wie die nach folgenden Beispiele klar belegen.4. The process control is carried out in a very simple manner through the one valve at the entrance and exit of the system. The successful use of the MFS and its special advantages could be obtained by fractionation from real ones Samples of quite different types can be detected, such as those after clearly demonstrate the following examples.
Es wurde eine granulometrische Analyse von Proben aus natürlichem
"peletischem" Material durchgeführt, um dessen Größenfraktionierung in
den Korn-Bereichen 250-100, 100-10, 10-2.5, 2.5-1, 1-0.45 und
0.45-0.1 µm zu erhalten. Die Fraktionierung wurde durchgeführt mit Hilfe
von speziellen Sieben bzw. Membranfiltern. Sie erfolgte in drei
Durchgängen (n = 3) in folgender Weise:
Eine Probe des Materials (50 g) wurde in ein Becherglas (500 ml) gegeben,
mit Essigsäure (7%ig) behandelt und dann unter Rühren mit deionisiertem
Wasser versetzt. Anschließend wurde die Suspension durch das mehr
stufige Fraktionierungssystem (ausgestattet mit Membranfiltern von 145
mm Durchmesser) geführt. Nach jeder Fraktionierung wurden die
erhaltenen Suspensions-Fraktionen aus dem System entnommen, das zu
diesem Zweck mit deionisiertem Wasser gespült wurde und dann mit Luft
ausgeblasen wurde. Die gesammelten Fraktionen wurden getrocknet und
gewogen.A granulometric analysis of samples from natural "peletic" material was carried out in order to obtain its size fractionation in the grain ranges 250-100, 100-10, 10-2.5, 2.5-1, 1-0.45 and 0.45-0.1 µm. The fractionation was carried out using special sieves or membrane filters. It was carried out in three runs (n = 3) in the following way:
A sample of the material (50 g) was placed in a beaker (500 ml), treated with acetic acid (7%) and then deionized water was added with stirring. The suspension was then passed through the multi-stage fractionation system (equipped with membrane filters with a diameter of 145 mm). After each fractionation, the suspension fractions obtained were removed from the system, which for this purpose was rinsed with deionized water and then blown out with air. The collected fractions were dried and weighed.
Die so gewonnenen Fraktionswerte wurden mit zertifizierten Werten dieser Proben, ermittelt durch Sedimentationsversuche, verglichen. Zertifizierte Werte waren vorhanden für die Fraktionen 2.5-10 µm im Fall der Proben 1-6, für die Fraktionen 250-100 und 100-1 µm im Fall der Probe 7 und für die Fraktion 100-1 µm im Fall der Probe 8. Die nachfolgende Tabelle 1 faßt diesen Vergleich für die Fraktion 2.5-10 µm im Fall der Proben 1-6 zusammen.The fraction values obtained in this way were certified with these Samples determined by sedimentation tests compared. Certified Values were available for the 2.5-10 µm fractions in the case of the samples 1-6, for the fractions 250-100 and 100-1 µm in the case of sample 7 and for the fraction 100-1 µm in the case of sample 8. Table 1 below summarizes this comparison for the fraction 2.5-10 µm in the case of samples 1-6 together.
Die zertifizierten Werte in Probe 7 waren 18 (250-100 µm) bzw. 82% (100-1 µm), während die Fraktionierung mit dem MFS 25 bzw. 75% ergab. Der Ergebnis-Vergleich im Fall der Probe 8 war 98% (Sedimentation) und 91% (Membran-Fraktionierungs-System). Wie der Vergleich klar belegt, ist die Richtigkeit der hier vorgestellten Filtrationsmethode insgesamt als gut einzustufen und zeigt höchstens einmal eine Abweichung um 8% vom zertifizierten Wert.The certified values in sample 7 were 18 (250-100 µm) or 82% (100-1 µm), while fractionation with the MFS 25 or 75% revealed. The result comparison in the case of Sample 8 was 98% (Sedimentation) and 91% (membrane fractionation system). Again The comparison clearly proves the correctness of the presented here Filtration method overall as good and shows at most once a deviation of 8% from the certified value.
Ein weiterer entscheidender Aspekt ist der Zeitfaktor. Die Fraktionierung von suspendierten Partikelproben mittels Sedimentation erfordert einen Zeitbedarf von etwa 3-4 Tagen, während mit der MFS lediglich 2 Stunden benötigt werden.Another crucial aspect is the time factor. The fractionation of suspended particle samples by sedimentation requires one Time requirement of about 3-4 days, while with the MFS only 2 hours are needed.
Aquatische Huminstoffe (HS) sind generell ein komplexes, kaum auftrenn bares Gemisch sich ähnelnder Polyelektrolyte mit variierenden Molekül größen, (Sub)strukturen und Funktionalitäten. Die HS gehen in Böden und aquatischen Umweltbereichen vielseitige Wechselwirkungen mit umwelt relevanten Stoffen ein. Von besonderem Interesse ist das hohe Bindungsvermögen der HS gegenüber Metallionen sowie organischen Schadstoffen, das nicht unwesentlich von der Molekülgrößen- Verteilung der HS abhängt. Die Molekülgrößen-Verteilung von HS wird üblicherweise mit Hilfe der Gelpermeations-Chromatographie (GPC) ermittelt.Aquatic humic substances (HS) are generally a complex, hardly separable A mixture of similar polyelectrolytes with different molecules sizes, (sub) structures and functionalities. The HS go in soils and aquatic environmental areas versatile interactions with the environment relevant substances. The high one is of particular interest Binding ability of the HS towards metal ions as well as organic Pollutants that are not insignificant from the molecular size distribution the HS depends. The molecular size distribution of HS is common determined with the aid of gel permeation chromatography (GPC).
Die Molekülgrößen-Verteilung von gelösten HS kann nun auch mit dem
beschriebenen, analytisch ausgelegten MFS wie folgt ermittelt werden:
10 ml-Proben der gelösten HS (0.1 bis 1 mg/ml HS, pH 6.0) werden mittels
Schlauchpumpe (Druck: 2.0 bar) durch das MFS, bestückt mit einer Serie
von Ultrafiltrations-Membranen (nominelle Ausschlußgrenzen: 1, 5, 10, 50
und 100 · 10³ g/mol, 25 mm Durchmesser), mit einem Durchfluß von etwa
2 ml/h (Tangentialfluß: 2-3 ml/min) gepumpt. Anschließend wird mit 10 ml
deionisiertem Wasser in der gleichen Weise nachgewaschen. Die so
erhaltenen HS-Fraktionen werden mit jeweils 5 ml deionisiertem Wasser
aus den Reservoir-Kammern der einzelnen Filtrationsstufen herausgespült
und den nachfolgenden Bestimmungen zugeführt. Nachweisstarke HS-
Bestimmungen wurden mittels UV/VIS-Spektrophotometrie im
Wellenbereich von 250 bis 450 nm vorgenommen. Die nachfolgenden
Bilder 3 sowie 4 beschreiben die Molekülgrößen-Verteilung aquatischer HS
verschiedener Herkunft (BOC 3/9.5 = DFG-Versuchsfeld Bocholt, VM 4 =
Venner Moor, FU 2 = Fuhrberg/Hannover, R 2 = Ruhr) sowie einen
Vergleich der Molekülgrößen-Verteilung, die zum einen durch das MFS und
zum anderen durch herkömmliche Gelpermeations-Chromatographie (GPC)
ermittelt wurde.The molecular size distribution of dissolved HS can now also be determined with the analytical MFS described as follows:
10 ml samples of the dissolved HS (0.1 to 1 mg / ml HS, pH 6.0) are pumped through the MFS using a peristaltic pump (pressure: 2.0 bar) and equipped with a series of ultrafiltration membranes (nominal exclusion limits: 1, 5, 10, 50 and 100 · 10³ g / mol, 25 mm diameter), pumped with a flow of about 2 ml / h (tangential flow: 2-3 ml / min). It is then washed in the same way with 10 ml of deionized water. The HS fractions obtained in this way are rinsed out of the reservoir chambers of the individual filtration stages with 5 ml of deionized water and fed to the following determinations. Highly detectable HS determinations were carried out by means of UV / VIS spectrophotometry in the wave range from 250 to 450 nm. The following pictures 3 and 4 describe the molecular size distribution of aquatic HS from different origins (BOC 3 / 9.5 = DFG test field Bocholt, VM 4 = Venner Moor, FU 2 = Fuhrberg / Hanover, R 2 = Ruhr) as well as a comparison of the molecular size Distribution determined on the one hand by the MFS and on the other hand by conventional gel permeation chromatography (GPC).
Aus Bild 3 ist ersichtlich, daß die Molekülgrößen-Verteilungen von aqua tischen HS recht unterschiedlich ausfallen. Das Bild 4 belegt eine recht gute Übereinstimmung der beiden unterschiedlichen Methoden, die zur Bestimmung der Molekülgrößen-Verteilung von HS genutzt wurden. Im Fall der konventionellen GPC wird jedoch deutlich, daß sie im Fall der hoch molekularen Fraktionen F1 (<100 kD) und F2 (50-100 kD) systematisch zu niedrige Werte erbringt, die vermutlich auf eine partielle irreversible Bindung der Spezies dieser Fraktionen an das genutzte Trennpolymer zurückzuführen ist.From Figure 3 it can be seen that the molecular size distributions of aquatic HS are quite different. Figure 4 shows a fairly good agreement between the two different methods used to determine the molecular size distribution of HS. In the case of the conventional GPC, however, it becomes clear that in the case of the high molecular fractions F1 (<100 kD) and F2 (50-100 kD) it systematically produces values which are presumably due to a partial irreversible binding of the species of these fractions to the separation polymer used is attributable.
Mit Hilfe des entwickelten MFS wurden auch Molmassen-Verteilungen für
wasserlösliche Polymere ermittelt. Dies wurde am Beispiel von technischem
PEI (Polymin P, BASF) mit einer mittleren Molekularmasse von 25 000 g/mol
untersucht. Zur Fraktionierung im MFS dienten Ultrafiltrations-Membranen
(z. B. aus Polyamid oder Polysulfon, 47 mm Durchmesser) mit den Trenn
grenzen 10, 50 und 100 g/mol:
25 ml einer wäßrigen PEI-Lösung (Gehalt: 0.5% PEI) wurden mittels
Mehrkanal-Schlauchpumpe (Druck: 150 kPa) in das beschriebene MFS
eingeführt (Durchfluß: 10 ml/h, Tangentialfluß: 5 ml/min) und anschließend
mit 25 ml deionisiertem Wasser gewaschen. Die so gewonnenen Frak
tionen wurden mit jeweils 5 ml deionisiertem Wasser aus dem MFS gespült
und dann spektrophotometrisch (bei 240 nm, Spektrophotometer: Varian
Cary 1/3) bestimmt. Eine Fraktionierung erforderte etwa 3 Stunden. Wie
die spektrophotometrischen Bestimmungen ergaben, entfielen 25.6 des PEI
auf die Fraktion <10 kDalton, 43.2% auf die Fraktion von 10-50 kDalton,
18% auf die Fraktion von 50-100 kDalton und 13.2% auf die Fraktion von
<100 kDalton. Die Massenbilanz ergab praktisch keine PEI-Verluste (PEI-
Wiederfindungsrate: <98%).With the help of the developed MFS, molecular weight distributions for water-soluble polymers were also determined. This was investigated using the example of technical PEI (Polymin P, BASF) with an average molecular mass of 25,000 g / mol. Ultrafiltration membranes (e.g. made of polyamide or polysulfone, 47 mm diameter) with separation limits of 10, 50 and 100 g / mol were used for fractionation in the MFS:
25 ml of an aqueous PEI solution (content: 0.5% PEI) were introduced into the described MFS using a multi-channel peristaltic pump (pressure: 150 kPa) (flow rate: 10 ml / h, tangential flow: 5 ml / min) and then with 25 ml deionized water. The fractions obtained in this way were rinsed with 5 ml of deionized water from the MFS and then determined spectrophotometrically (at 240 nm, spectrophotometer: Varian Cary 1/3). Fractionation took about 3 hours. According to the spectrophotometric determinations, 25.6% of the PEI was for the <10 kDalton fraction, 43.2% for the 10-50 kDalton fraction, 18% for the 50-100 kDalton fraction and 13.2% for the <100 kDalton fraction. The mass balance showed practically no PEI losses (PEI recovery rate: <98%).
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19532684A DE19532684A1 (en) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | Easily controlled membrane fractionation system for efficient on-line fractionation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19532684A DE19532684A1 (en) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | Easily controlled membrane fractionation system for efficient on-line fractionation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19532684A1 true DE19532684A1 (en) | 1997-03-06 |
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ID=7771273
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DE19532684A Withdrawn DE19532684A1 (en) | 1995-09-05 | 1995-09-05 | Easily controlled membrane fractionation system for efficient on-line fractionation |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19532684A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005051645A1 (en) * | 2005-10-26 | 2007-05-03 | Rapid Sampling Technologies Ag | Apparatus and method for fractionating particle-laden liquids |
-
1995
- 1995-09-05 DE DE19532684A patent/DE19532684A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102005051645A1 (en) * | 2005-10-26 | 2007-05-03 | Rapid Sampling Technologies Ag | Apparatus and method for fractionating particle-laden liquids |
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