DE19718643C2 - Chromatographievorsäule - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorsäule für eine Chromatographie- oder Trennsäule sowie die Verwendung einer solchen Vorsäule.

In der Flüssigkeitschromatographie, insbesondere in der Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC) werden mit Sorbens gefüllte Säulen verwendet, die innere Durchmesser von einigen cm bis einigen µm haben. Zum Schutz der eigentlichen Trennsäule vor Verschmutzung und Verstopfung können davor kurze Vorsäulen einbaut werden.

Die Vorsäulen sind in der Regel mit gleichem Sorbens wie die Trennsäule befüllt, unterscheiden sich aber von diesen durch die kürzere Länge. Die Vorsäulen, die als Schmutzabfänger dienen, müssen häufig ausgetauscht werden und belasten somit den Anwender finanziell.

Andererseits muß eine Vorsäule hinsichtlich der Stabilität, Druckbelastung, Dichtigkeit und Maßgenauigkeit die gleichen hohen Anforderungen erfüllen wie die Trennsäule selbst.

Derartige Vorsäulen sind zwar bekannt aus der Schrift DE 36 06 474 A1, diese sind aber nicht universell einsetzbar.

Hinzu kommt bei Trennsäulen mit kleinen Innendurchmessern (iD < 2 mm) noch die Schwierigkeit der Kopplung. Sie müssen so mit den Vorsäulen gekoppelt werden, daß die Effizienz erhalten bleibt.

Kopplungsstücke mit einer inneren Bohrung, welche üblicherweise bei Trennsäulen mit größeren Innendurchmessern verwendet werden, bringen bei Trennsäulen mit kleinen Innendurchmessern große Effizienzverluste mit sich.

Für eine effiziente Kopplung der Trennsäule mit einer Kapillarvorsäule werden insbesondere bei der Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC) Halter eingesetzt, die zusammen mit der eigentlichen Kapillarvorsäule entweder im Innern der Säule eingebaut oder von außen auf die geschlossene HPLC-Säule geschraubt werden.

Im Fall der für den inneren Einbau - der hier auch als innere Verwendung bezeichnet wird - vorgesehenen Halter wird die Vorsäule direkt auf das Trennrohr der Säule gepreßt. Dafür ist es notwendig, den Kopf der Säule abzuschrauben. Die Säule muß geöffnet werden.

Kapillarvorsäulen mit solchen, für den inneren Einbau vorgesehenen Haltern haben den Nachteil, daß spezielle Halter notwendig sind, die nur zu dem jeweiligen verwendeten Säulentyp passen. Das bedeutet, daß jeder HPLC-Säulen-Hersteller zu seinen Säulentypen passende Halter anbietet, wobei die Halter verschiedener Säulentypen und/oder Hersteller untereinander nicht kompatibel sind.

Bei den von außen auf die HPLC-Säule geschraubten Haltern muß die Säule nicht geöffnet werden. Die auf dem Markt befindlichen Vorsäulen bestehen aus der eigentlichen Kapillare mit einer Erweiterung am Eingang für die Aufnahme einer Zuführkapillare und einem speziellen Halter. Dabei besteht der Nachteil, daß die Vorsäulen beim Einbau durch zu starkes Anzeihen unterhalb der Erweiterung, die die Zuführkapillare aufnimmt, abknicken, da eine seitliche Führung nur bei Trennsäulen mit einer Kapillaraufnahmelochtiefe für die Kapillarspitzen mit exakt 3,7 mm erreicht wird, was selten der Fall ist. Bei kürzeren Kapillaraufnahmelöchern wird die Kapillarvorsäule nach hinten verschoben, so daß die Erweiterung am Eingang zur Vorsäule seitlich nicht mehr von der Halterung geführt ist und so bei größerem Druck seitlich abknicken kann und undicht wird. Da die Kapillarvorsäulen aus einem einzigen Stück gearbeitet sind, müssen sie aufwendig aus Rohmaterial extra zu diesem Zweck hergestellt, d. h. gedreht werden. Es gibt nur eine einzige Länge mit 1,5 cm.

Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Kapillarvorsäule bereitzustellen, die kostengünstig, für eine Nachrüstung einer bereits vorhandenen HPLC- Säule für den inneren wie auch den äußeren Einbau gleichermaßen geeignet und gleichzeitig nicht auf einen Säulentyp eines speziellen Herstellers festgelegt ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Dadurch, daß das Dichtelement bereits den Halter bildet, ist bei außerhalb der eigentlichen Trennsäule eingesetzten Vorsäulen keine spezielle Halterung mehr notwendig. Das hat zusätzlich den Vorteil, daß beim Kauf einer Trennsäule nicht sofort entschieden werden muß, ob mit oder ohne Vorsäule gearbeitet werden soll. Bei Bedarf können die Vorsäulen nachträglich bezogen werden, ohne daß es eines Umbaus der Trennsäule bedarf und ohne daß Anschlußkomponenten zugekauft werden müssen. Außerdem sind die Vorsäulen universell, d. h. für alle unterschiedlichen, auf dem Markt befindlichen Trennsäulen einsetzbar und zwar sowohl innerhalb der Trennsäule (innerer Einbau oder innere Verwendung) als auch außerhalb der Trennsäule (äußerer Einbau oder äußere Verwendung).

Durch die einfache und somit auch kostengünstige Gestaltung der Vorsäulen kann der Kunde die Vorsäulen regelmäßig prophylaktisch austauschen, bevor sich Trennprobleme einstellen.

Dies ist unter anderem dadurch bedingt, daß der Anschluß der Vorsäule an die eigentliche Trennsäule ohne Zwischenstücke erfolgt, was ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Vorsäule ist. So bleibt auch bei Trennsäulen mit kleinen Innendurchmessern die volle Wirksamkeit erhalten.

In einer bevorzugten Ausführform ist das Dichtelement in Form eines einseitig oder zweiseitig dichtenden Klemmelementes ausgebildet. Die verwendeten Vorsäulen sind dabei lose in den Klemmring so eingeklemmt, daß sie beim Einbau in die Trennsäule automatisch in die richtige Position gedrückt werden, "Lose" bedeutet dabei, daß der jeweils verwendete Klemmring keine Verbindung mit der Vorsäule aufweist. Es handelt sich um zwei getrennte Elemente, die erst durch das Einklemmen oder Anpressen miteinander verbunden werden.

Die Vorsäulen weisen in der Regel eine Länge von 5 bis 20 mm auf. Außerdem unterscheidet man in an sich bekannter Weise ihre innere und länger sind als 5 mm, ist eine zusätzliche, an der Länge der Vorsäule angepaßte Halterung erforderlich, die an ihrem in der Richtung auf die Trennsäule weisenden Ende mit einem weiteren Klemmring zur Verbindung mit der Trennsäule versehen ist. So wird trotz Verwendung einer zusätzlichen Halterung eine einfache und universelle Verbindung von Vorsäule mit Halterung und Trennsäule möglich.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorsäule bei der inneren Verwendung direkt mit der Trennsäule verbunden und nur an ihrem von der Verbindung wegweisenden Ende mit einem Siebelement verschlossen. Dann kann die Vorsäule dazu verwendet werden, um Totvolumina, d. h. eingesackte Leerräume am Trennsäuleneingang wieder aufzufüllen, weil das dem Trennsäulenrohr zugewandte Vorsäulenende offen bleibt. Die Vorsäulenfüllung wird automatisch in die Leerräume gedrückt und somit die defekte Trennsäule repariert.

Die Erfindung betrifft des weiteren die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorsäulen in der Hochdruckflüssigkeits­ chromatographie für den inneren wie äußeren Einbau.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorsäule gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 1a einen Schnitt durch eine schematisch und unvollständig dargestellte Chromatographiesäule mit Vorsäule und ein eine Anschlußkapillare aufweisendes Fingertight-Fitting,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorsäule gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2a einen Schnitt durch eine schematisch dargestellte Halterung für erfindungsgemäße Vorsäulen, die länger als 5 mm sind,

Fig. 2b einen Schnitt durch eine schematisch und unvollständig dargestellte Chromatographie mit Vorsäule und ein eine Anschlußkapillare mit Halterung aufweisendes Fingertight-Fitting,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Vorsäule gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel mit einseitig dichtendem Klemmring, und

Fig. 3a einen Schnitt durch eine schematisch und unvollständig dargestellte Chromatographiesäule mit einer Vorsäule gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.

1.) Kurze Vorsäule mit Doppelklemmring für die äußere Verwendung

Die in Fig. 1 dargestellte und insgesamt mit 1 bezeichnete erfindungsgemäße Vorsäule für eine Chromatographiesäule weist ein mit einem Sorbens 3 gefülltes Kapillarstück 5 auf, das an seinen Enden in Längsrichtung mit jeweils einem Siebelement aus Edelstahl 7 verschlossen ist. Diese Siebelemente 7 können auch in Form von Fritten ausgebildet sein. Das Kapillarstück ist lose in einen als Dicht- und Positionierelement ausgebildeten Klemmring 9 eingeklemmt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Klemmring 9 in Form eines zweiseitig dichtenden 1/16 Zoll- Doppelklemmrings und die Vorsäule 1 insgesamt als kurze 5 mm Vorsäule ausgebildet. Der Klemmring 9 weist beidseitig in Längsrichtung der Vorsäule 1 sich keilförmig abflachende Flanken 11 auf.

Da der Klemmring 9 lose auf das Kapillarstück 5 gepreßt ist, wird dieses beim Einbau in die Chromatographie- oder Trennsäule 13 durch die Anschlußkapillare 15 und eine handelsübliche Andruckschraube 17 für zweiseitige Klemmringe automatisch in die, je nach Säulentyp unterschiedliche, richtige Lage geschoben. Die Verbindungsstelle 12 von Zuführkapillare 15 und Vorsäulenkapillarstück 5 kann also innerhalb des Doppelklemmrings 9 bei voller Funktionsfähigkeit aus der Mitte leicht verschoben werden. Der zweiseitig dichtende Klemmring 9 hält das Kapillarstück 5 in der richtigen Position und dichtet bei der kurzen, 5 mm langen Vorsäule sowohl die Verbindungstelle zwischen der Vorsäule 1 und der Anschlußkapillare 15 als auch zwischen Vorsäule und dem Säulenkopf 18 ab, wie dies in Fig. 1a dargestellt ist.

Bei diesem ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine für die äußere Verwendung geeignete Vorsäule 1. Äußere Verwendung bedeutet, daß die Vorsäule außerhalb zwischen dem Säulenkopf und der Anschlußkapillare 15 eingesetzt wird. Bei dieser äußeren Verwendung haben die Kapillarstücke 5 dieselben Durchmesser wie die Anschlußkapillaren 15, im analytischen - mikrobore Bereich üblicherweise 1/16 Zoll. Die erfindungsgemäße Verwendung ist jedoch nicht auf diesen Durchmesser beschränkt. In Fig. 1a ist der Einbau der kurzen 5 mm Vorsäule dargestellt. Dabei ist das die Anschlußkapillare 15 aufweisende Fingertight-Fitting insgesamt mit 17 bezeichnet. In diesem Fingertight- Fitting 17 wird die erfindungsgemäße Vorsäule 1 mittels der einen Seit des zweiseitigen Klemmringes 9 gehalten. Die andere Seite des Klemmringes 9 dichtet die Verbindung zwischen der Vorsäule 1 und dem die Trennsäule 13 aufweisenden Säulenkopf 18 ab. Eingesetzt wird die hier beschriebene Anordung gemäß dem ersten wie auch der weiteren Ausführungbeispiele vorzugsweise in der Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC). Sie wird im Handel üblicherweise als Kapillarvorsäule (-nkartusche) bezeichnet.

2.) Lange Vorsäule mit Doppelklemmring für den äußeren Einbau

Die in Fig. 2 dargestellte insgesamt mit 101 bezeichnete erfindungsgemäße Vorsäule unterscheidet sich von der im ersten Ausführungbeispiel beschriebenen Vorsäule 1 lediglich dadurch, daß sie eine Länge von 20 mm aufweist. Entsprechend sind alle Bezugzahlen der Fig. 2 und 2a, die zu den in den Fig. 1 und 1a angegebenen Bezugszahlen eine Entsprechung aufweisen, mit denselben, jedoch um 100 erweiterten Ziffern belegt.

Eine solche Vorsäule 101 und grundsächlich Vorsäulen, die länger sind als 5 mm benötigen eine Halterung, die in Fig. 2a dargestellt und insgesamt mit 119 bezeichnet ist. Die Halterung 119 hat die Form eines Fingertights, das ein UNF-10/32 (oder ähnliches) Innengewinde 121 und ein UNF- 10/32 Außengewinde 123 sowie eine Bohrung 125 zur Aufnahme des Kapillarstückes 105 aufweist. Im Ausführungsbeispiel hat die Bohrung einen Durchmesser vom 1/16 Zoll, ist jedoch auf diesen Durchmesser grundsächlich nicht beschränkt, sondern kann an den jeweiligen Durchmesser des Kapillarstückes 105 der verwendeten Vorsäule 101 angepaßt werden. Entsprechend ist auch die Länge der Halterung 119 an die Länge der jeweils verwendeten Vorsäule 101 angepaßt.

In Fig. 2b ist der Einbau der 20 mm Vorsäule 101 dargestellt. Die Verbindung zwischen der Vorsäule 101 und der Trennsäule 113 wird durch die Halterung 119 selbst bewirkt. Hierfür weist auch die Halterung 119 an ihrem beim Einbau in Richtung auf die Trennsäule 113 weisenden Ende eine Dichtungsspitze 109' mit abfallenden Flanken 111' auf. Die Verbindung zwischen Vorsäule 101 und Anschlußkapillare 115 wird durch den zweiseitigen Klemmring 109 bewirkt, welcher lose auf das Kapillarstück 105 aufgepreßt ist. Die Verbindungsstelle 112 von Anschlußkapillare 115 und Vorsäulenkapillarstück 105 liegt in der Mitte dieses losen Klemmrings 109. Die Verbindungstelle 112 kann aber bei Säulen-Fabrikaten mit anderem Kapillaraufnahmeloch 114 im Säulenkopf 118 innerhalb des losen Klemmringes 109 aus der Mitte wandern, da die genaue Lage des Kapillarstücks 105 von der Tiefe des Kapillaraufnahmeloches 114 im Säulenkopf 118 abhängt, d. h. bei tiefen Kapillaraufnahmelöchern 114 rückt das Kapillarstück 105 tiefer in den Säulenkopf 118 und dementsprechend rückt die Verbindungstelle 112 innerhalb des Doppelklemmringes 101 leicht aus der Mitte in Richtung Säule. Die Funktionsfähigkeit wird dadurch nicht beeinträchtigt.

3.) Vorsäule mit einseitig dichtendem Klemmring für die innere Verwendung

In Fig. 3 ist eine Vorsäule 201 für den inneren Einbau dargestellt. Alle Bezugszahlen, die zu den Bezugszahlen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels eine Entsprechung aufweisen, werden mit denselben, jedoch um zweihundert erweiterten Ziffern belegt. Eine für die innere Verwendung vorgesehenen Vorsäule 201 unterscheidet sich von einer Vorsäule 1, 101 für die äußere Verwendung grundsächlich dadurch, daß sie zwischen dem Rohr der Trennsäule 213 und der vorderen Säulenverschraubung 225 eingesetzt wird. Der Außendurchmesser der Vorsäule 201 ist daher dem Außendurchmesser der Trennsäule 213 angepaßt, so daß beide direkt aufeinanderpassen. Der Klemmring 209, der im Ausführungsbeispiel in Form eines einseitig dichtenden Klemmringes 209 ausgebildet ist, hält beide Säulen 201, 213 in der richtigen Position. Einfache Klemringe 209 sind hier bei Vorsäulen, die kürzer sind als 10 mm sind, bevorzugt. Zur Abdichtung wird die Vorsäule 201 mit der Säulenendverschraubung 225, die um die Länge der Vorsäule 201 verlängert sein muß, auf die Trennsäule 213 gepreßt und durch eine sogenannte Fittingschraube 227 und Säulenklemmring 209' gehalten. Bei Bedarf kann eine Dichtscheibe zwischengelegt werden.

4.) Vorsäule für die innere Verwendung zur Auffüllung von Totvolumina

Dieses vierte Ausführungsbeispiel betrifft im wesentlichen eine bevorzugte Verwendung einer Vorsäule 201 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Der Unterschied besteht darin, daß die Vorsäule 201 nur ein einziges Sieb, bzw. eine Fritte 207 aufweist. Das dem Rohr der Trennsäule 213 zugewandte Ende der Vorsäule 201 bleibt offen. Wenn Vorsäule 201 und Trennsäule 213 in der im dritten Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise zusammengesetzt werden, wird die Füllung der Vorsäule 201 in Form des Sorbens 203 dann, wenn am Eingang der Trennsäule 213 Totvolumina, d. h. eingesackte Leerräume, vorhanden sind, automatisch in diese Leerräume gedrückt. Der Einbau der Vorsäule 201 dient in diesem Fall also dazu, die Leerräume am Eingang der Trennsäule 213 wieder aufzufüllen und somit die defekte Trennsäule 213 zu reparieren. Dieser zusätzliche erfindungsgemäße Effekt ist nicht auf die Verwendung von Kapillarstücken 205 einer bestimmten Bohrung, wie z. B. 1/16 Zoll, und oder einer bestimmten Länge, wie hier 5 mm, und/oder die Verwendung eines einseitig, dichtenden Klemmringes 209 beschränkt.

Claims (8)

1. Vorsäule für eine Trennsäule in der Flüssigkeitschromatographie, die mit einem Sorbens befüllt und zumindest an einem Ende mit einem Siebelement verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsäule (1, 101, 201) von einem in axialer Richtung beweglichen Halter umgeben ist, der zugleich als Dichtelement (9, 109) ausgebildet ist, um die Vorsäule (1, 101, 210) an Trennsäulen (13, 113, 213) unterschiedlicher Bauweise unmittelbar anzuschließen.

2. Vorsäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement in Form eines zweiseitig dichtenden Klemmringes (9, 109) ausgebildet ist.

3. Vorsäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie länger als 5 mm und eine zusätzliche, an der Länge der Vorsäule (101) angepaßte Halterung (119) aufweist, wobei die Halterung (119) an ihrem in Richtung auf die Trennsäule (113) weisenden Ende mit einer als Klemmring (109') dienenden Spitze versehen ist.

4. Vorsäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement in Form eines einseitig dichtenden Klemmringes (209) ausgebildet ist.

5. Vorsäule nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsäule (209) direkt mit der Trennsäule (213) verbunden und nur an ihrem von der Verbindung wegweisenden Ende mit einem Siebelement (207) verschlossen ist.

6. Verwendung einer Vorsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in der Hochdruckflüssigkeitschromatographie.

7. Verwendung einer Vorsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für den inneren Einbau oder die innere Verwendung in der Trennsäule.

8. Verwendung einer Vorsäule nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für den äußeren Einbau oder die äußere Verwendung an der Trennsäule.