DE19808992A1 - Kanalvorrichtung für die Feldflußfraktionierung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Feldflußfraktionierungs-Kanalvorrichtung, umfassend ein Kanalmodul und ein Halterungsmodul, wobei das Kanalmodul zumindest ein Oberteil (6), eine Membran (3), einen Abstandshalter (4) und ein Unterteil (1) und das Oberteil und das Unterteil lösbar miteinander verbunden sind, und das Kanalmodul durch das Halterungsmodul einfaßbar ist. Das Halterungsmodul umfaßt vorzugsweise eine feste erste Wand (11) als Anlage für den Feldflußfraktionierungs-Trennkanal, eine zweite Wand (14), die in bezug auf die erste Wand bewegbar ist, seitliche Führungen für die Bewegung der zweiten Wand und eine Befestigungseinrichtung (16), mit der die zweite Wand in bezug auf die erste Wand festsetzbar ist, wobei die erste Wand, die zweite Wand und die seitlichen Führungen einen Hohlraum zum Einführen des Feldflußfraktionierungs-Trennkanals bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kanalvorrichtung mit einem Kanalmodul und einem Halterungsmodul, die in der Feldflußfraktionierung (FFF) zur Auftrennung, Aufreinigung und Aufkonzentrierung von partikelhaltigen flüssigen Proben verwendet wird. Unter Partikeln werden hier auch Moleküle, insbesondere Makromoleküle wie Proteine etc., aber auch kleine Moleküle ohne Größeneinschränkung verstanden. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Halterungsmodul, das in einer solchen Kanalvorrichtung verwendbar ist.

Hintergrund der Erfindung

Bei der beanspruchten Erfindung handelt es sich um eine Kanalvorrichtung, die sich zur Trennung, Aufkonzentrierung und Reinigung sowie zur sonstigen Behandlung flüssiger partikelhaltiger Proben, eignet. Die Eignung der Vorrichtung ist jedoch nicht auf die genannten Verfahren begrenzt.

Ein besonders bevorzugter Anwendungsbereich der Erfindung ist die Aufkonzentrierung, Auftrennung und Reinigung flüssiger partikelhaltiger Proben mittels Fluß- Feldflußfraktionierung (Fluß-FFF). Die erfindungsgemäße Kanalvorrichtung ist insbesondere für den Einsatz im Zusammenhang mit der symmetrischen und asymmetrischen Fluß- FFF, nachfolgend abgekürzt als Fluß-FFF bezeichnet, geeignet. Diese beiden Techniken stellen Subtechniken der Fluß-FFF dar.

Als Feldflußfraktionierung (FFF) bezeichnet man eine ganze Gruppe von quasi-chromatographischen Analysentechniken zur Treirnung flüssiger partikelhaltiger Proben, zu der unter anderem auch die beiden bereits erwähnten Subtechniken symmetrische und asymmetrische Fluß-Feldflußfraktionierung (sym. Fluß-FFF bzw. asym. Fluß-FFF) gehören. Das Prinzip der FFF wurde zuerst von Giddings beschrieben und funktioniert wie folgt:
Bei der FFF wird die Probe mit Hilfe eines Trägerstroms durch einen Trennkanal geleitet. Die Auftrennung der einzelnen in der Probe enthaltenen Partikelfraktionen erfolgt durch ein Kraftfeld, welches senkrecht zum Trägerstrom an den Kanal angelegt wird. Die verschieden großen Probenbestandteile verlassen den FFF-Kanal zu unterschiedlichen Zeiten und werden anschließend mit einem geeigneten Detektor nachgewiesen. Allen FFF-Techniken gemeinsam ist die Verwendung eines Trennkanals, wobei sich die einzelnen Techniken prinzipiell nur in der Art und Weise des von außen an den Kanal angelegten Kraftfeldes unterscheiden. Je nachdem ob z. B. ein elektrisches Feld, ein Temperaturgradient oder ein Flüssigkeitsfluß als Kraftfeld genutzt wird, spricht man von Elektrischer-FFF, Thermischer-FFF oder von symmetrischer bzw. asymmetrischer Fluß-FFF.

Ein FFF-Trennkanal, gleich für welche FFF-Methode er verwendet werden soll, muß bestimmte Anforderungen erfüllen. Der eigentliche für die Trennung vorgesehene Hohlraum im Inneren des Trennkanals hat bei der Fluß-FFF vorteilhaft eine Länge von ca. 20-30 cm, eine Breite von ca. 2 cm und eine Höhe von ca. 70-500 µm. Die Höhe wird gering gewählt, damit sich im Kanalhohlraum ein laminares Strömungsprofil ausbildet, das neben dem extern angelegten Kraftfeld eine Grundvoraussetzung für die Trennung ist. Die eigentliche Trennung der Proben geschieht in diesem inneren Kanalhohlraum.

Für den Grundaufbau einer FFF-Kanalvorrichtung sind verschiedene konstruktive Lösungen denkbar. Sie richten sich u. a. auch nach der speziellen FFF-Methode, für welche der Kanal verwendet werden soll. Ein Beispiel wird im folgenden anhand einer Zeichnung (Fig. 1) erläutert. Prinzipiell besitzt jede FFF-Kanalvorrichtung ein Oberteil (6) und ein Unterteil (1), eine Membran (3) sowie einen Abstandshalter (Spacer) (4). Der Spacer legt die Länge, Breite und Höhe des eigentlichen inneren Kanalhohlraums (5) fest. Als Spacer werden oft verschiedene Folien (z. B. aus Polyester) verwendet, aus welchen der innere Kanalhohlraum ausgeschnitten wird.

Problemstellung

Die FFF-Technologie ist, verglichen mit anderen Trenntechniken wie z. B. der Chromatographie, eine noch recht junge Analysentechnik. Bisher konnte sie sich gegenüber konkurrierenden Verfahren noch nicht durchsetzen. Dies lag nicht an ihrer prinzipiellen Leistungsfähigkeit und Anwendbarkeit auf verschiedene analytische Trennprobleme, sondern an bislang fehlenden technisch ausgereiften und leistungsfähigen FFF-Systemen. In der Vergangenheit wurden FFF-Systeme meist nur in Hochschullaboratorien eingesetzt, wobei dort experimentelle Aufbauten und Eigenentwicklungen verwendet wurden.

Für einen routinemäßigen, technischen Einsatz der FFF- Technologie in der Praxis außerhalb von Hochschullaboratorien muß eine Kanalvorrichtung notwendigerweise aber folgende Anforderungen erfüllen:

• 1. Eine konstant hohe Trennleistung für reproduzierbare Meßergebnisse über einen längeren Zeitraum hinweg.
• 2. Eine hohe Dichtigkeit des FFF-Kanals auch bei höheren Flußraten und Drücken.
• 3. Einen möglichst hohen Bedienungskomfort, so daß die FFF-Vorrichtungen auch von Personen mit nur geringer oder keiner wissenschaftlichen Ausbildung (z. B. Technische Assistenten in Industriefirmen, Arzthelferinnen etc.) bedient und benutzt werden können.
• 4. Einfache und rasche Zerlegbarkeit, so daß die FFF- Kanäle rasch und gründlich gereinigt werden können und die Trennmembran zügig ausgetauscht werden kann.

Bislang sind in der Literatur eine Vielzahl von FFF- Anwendungen beschrieben worden. Ausgereifte Konstruktionen für FFF-Kanäle, insbesondere für die asymmetrische Fluß- FFF, sind jedoch noch nicht entwickelt worden. Die bisherigen FFF-Kanäle sind durchweg kompliziert aufgebaute und für den Routineeinsatz, z. B. in Industrielaboratorien, ungeeignete Konstruktionen. Beispiele für solche Aufbauten wurden bisher z. B. von Kirkland [J. Chromatogr., 593 (1992), 339-355] und Litzen [Anal. Biochem. 212 (1993), 469-480] beschrieben. Am weitesten entwickelt ist ein asymmetrischer Kanal, der von Tank [GIT Labor- Fachzeitschrift 2/98, 119] entwickelt wurde. Aber auch dieser Kanal erfüllt nicht alle der obigen Anforderungen in genügendem Umfang.

Zu 1.: Viele bisherige FFF-Kanäle, insbesondere Kanäle für asymmetrische Fluß-FFF-Systeme, zeigen keine über einen längeren Zeitraum konstant hohe Trennleistung. Nach jeder Inbetriebnahme, jedem Membranwechsel oder Lösungsmittelaustausch besitzt der Kanal aufgrund des komplexen Aufbaus eine andere Trennleistung. Außerdem hängt die Leistungsfähigkeit des Kanals entscheidend von der Art und Weise ab, wie der jeweilige Nutzer den Kanal nach einer Wartung oder einem Membranwechsel etc. wieder zusammensetzt bzw. -schraubt. Je nach Lage der Dichtungen und der Membran oder abhängig davon wie fest der Anwender den Kanal zusammenschraubt, besitzt der FFF-Kanal stark voneinander abweichende Trennleistungen. Unterschiedliche Proben bzw. Messungen eines oder mehrerer Tage lassen sich mit diesem System nicht miteinander vergleichen. Der Aussagewert solcher relativen Messungen ist nur sehr gering und reicht für die Praxis, z. B. in der Qualitätskontrolle einer Industrieproduktion, nicht aus.

Zu 2.: Nur bei einem absolut dichten FFF-Kanal lassen sich reproduzierbare Bedingungen, hohe Trennleistungen und niedrige Nachweisgrenzen erreichen. Außerdem läßt sich nur bei einem gut abgedichteten Kanal der Verlust von Probe während der Trennung vermeiden. Die Trennleistung eines FFF-Kanals steigt mit zunehmender Trägerstromrate deutlich an. Kanäle, welche bei hohen Flußraten (ca. 4-6 mL/min) noch verläßlich abgedichtet sind, haben eine bei weitem höhere Trennleistung als Kanäle, die bei hohen oder bereits schon bei mittleren Flußraten (ca. 2-4 mL/min) Lösungsmittel verlieren.

Die ausreichende Abdichtung der Kanäle war jedoch seit dem Beginn der Forschungen auf dem Gebiet der FFF ein zentrales Problem. Viele Konstruktionen zeigten eine nur mäßige oder keine Dichtigkeit. Undichtigkeiten traten hier besonders bei höheren Trägerstromflußraten (< 4 mumin) auf. Manche Kanäle waren zwar weitgehend dicht, sie waren aber derart kompliziert konstruiert, daß ein Einsatz außerhalb des Forschungslabors nicht möglich war. Die Handhabung eines solchen Kanals ist in der Praxis nur mit erheblichem Zeitaufwand und durch sehr erfahrene Mitarbeiter möglich.

Zu 3.: Die bisher realisierten Fluß-FFF-Kanäle waren allesamt sehr unhandlich, z. T. zu groß und sperrig für Laboranwendungen und zeigten ein wenig bedienungsfreundliches Design. Kompakt aufgebaute Systeme mit möglichst wenigen Einzelteilen, die zudem noch platzsparend im Labor eingesetzt werden konnten, existierten nicht. Die Handhabung bisheriger Systeme benötigte einen hohen Zeitbedarf und verursachte hohe Personalkosten. Dies war mit ein Grund warum sich die FFF, z. B. im industriellen Bereich, bislang gegenüber anderen Trenntechniken nicht durchsetzen konnte. Es werden also FFF-Kanäle benötigt, welche leicht zu bedienen und zudem wartungsarm sind und die dem Nutzer dadurch einen hohen Grad an Verfügbarkeit garantieren. Bei manchen bisherigen Kanälen, z. B. den Fluß-FFF-Kanälen der Fa. FFFractionation Inc., waren für vorbereitende Tätigkeiten (z. B. Entgasen der Kanäle, Stabilisierung der Basislinie) oft mehrere Tage notwendig, wobei die eigentliche Messung der Probe im Bereich von einigen Minuten bis Stunden liegt.

Zu 4.: Ein häufiges Problem bisheriger Kanalkonstruktionen war deren komplexer Aufbau. Nicht nur im Hinblick auf die Anfälligkeit gegen Betriebsstörungen sondern auch bei der Problematik des Membran- oder Lösungsmittelwechsels und der Kanalreinigung kamen die Nachteile dieser Kanäle zum Tragen. Um eine hohe Verfügbarkeit und eine konstant hohe Trennleistung zu gewährleisten, ist es notwendig, das Verschleißteil der Fluß-FFF, die Trennmembran, in regelmäßigen Abständen zu wechseln. Bei vielen der bekannten Kanalkonstruktionen ist der Wechsel der Membran nur mit großem Aufwand und schwierig möglich. Die Fluß-FFF- Kanäle der Fa. FFFractionation Inc. werden z. B. durch ca. 30 etwa 15 cm lange Edelstahlschrauben zusammengehalten, wobei bei einem Membranwechsel der komplette Kanal auseinander geschraubt werden muß. Bis zur Wiederinbetriebnahme des Systems ist ein Zeitbedarf von einigen Stunden notwendig. Für eine konstant hohe Trennleistung und reproduzierbare Trennbedingungen ist eine Reinigung des Kanals in regelmäßigen Abständen ebenfalls notwendig. Ähnlich wie ein Membranwechsel ist dies bei den bisherigen Kanalkonstruktionen sehr schwierig und oder nur mit hohem Zeitaufwand möglich. Ein schnelles Zerlegen des Kanals ist meistens ebenso wenig möglich wie ein rascher Wechsel des Lösungsmittels.

Obwohl der Fluß-FFF-Kanal nach Tank einen einfacheren Aufbau als Vorgängermodelle aufweist, vermag auch er die Probleme des Standes der Technik nicht vollständig zu lösen: Insbesondere muß dieser Kanal zur Reinigung vollständig zerlegt werden und läßt sich zur weiteren Verwendung nicht exakt reproduzierbar wieder zusammensetzen.

Der vorliegenden Erfindung lag daher das Problem zugrunde, einen FFF-Kanal zu konstruieren, welcher

• - eine konstant hohe Trennleistung besitzt,
• - reproduzierbare Meßergebnisse über längere Zeiträume hinweg ermöglicht,
• - eine hohe Dichtigkeit auch bei höheren Flußraten besitzt,
• - von unterschiedlich ausgebildeten Personen bedient werden kann,
• - schnell und einfach zerlegbar ist,
• - sich rasch und gründlich reinigen läßt und
• - dessen Trennmembran schnell ausgetauscht werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorstehend beschriebene Problemstellung wurde durch eine Kanalvorrichtung für die Feldflußfraktionierung gelöst, welche ein Kanalmodul und ein Halterungsmodul umfaßt, wobei das Kanalmodul zumindest ein Oberteil (6), eine Membran (3), einen Abstandshalter (4) und ein Unterteil (1) und das Oberteil und das Unterteil lösbar miteinander verbunden sind, und das Kanalmodul durch das Halterungsmodul einfaßbar ist. Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kanalvorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche 2-4 und 11.

Die erfindungsgemäße Kanalvorrichtung ermöglicht es erstmals, Trennkanal und Halterungsmodul modulartig zu verwenden. Erfindungsgemäß sind Kanalmodul und Halterungsmodul eigenständige Bauteile. Das Kanalmodul weist alle Bauelemente auf, die für die Funktion eines klassischen Trennkanals erforderlich sind. Hiervon getrennt genügt das Halterungsmodul den mechanischen Anforderungen, die sich aus den Betriebsbedigungen eines klassischen FFF- Kanals ergeben. Durch das Zusammenwirken beider Module wird eine betriebsbereite Kanalvorrichtung derart bereitgestellt, daß sie dicht ist, leicht zu reinigen ist, und konstant hohe Trennleistungen und reproduzierbare Bedingungen sicherstellt. Diese Vorteile ergeben sich u. a. daraus, daß das Kanalmodul immer in gleicher Weise und sehr einheitlich fest zusammengepreßt wird.

Durch den modularen, zweigeteilten Aufbau wird die Handhabung der erfindungsgemäßen Kanalvorrichtung sehr einfach. Das Kanalmodul kann sehr leicht aus dem Halterungsmodul gelöst und wieder eingesetzt werden. Die Erfindung ermöglicht einen kompakteren Aufbau der Kanalvorrichtung und erleichtert dadurch die Handhabung zusätzlich.

Die erfindungsgemäße Kanalvorrichtung läßt sich bedingt durch ihren besonderen Aufbau sehr schnell zerlegen und reinigen. Außerdem ist der Wechsel der Trennmembran nun innerhalb von wenigen Minuten möglich. Dadurch konnte die Verfügbarkeit eines entsprechenden FFF-Systems erheblich gesteigert werden.

Weiterhin wird ein für diesen Trennkanal besonders geeignetes erfindungsgemäßes Halterungsmodul mit einer festen ersten Wand als Anlage für den Feldflußfraktionierungs-Trennkanal, einer zweiten Wand, die in Bezug auf die erste Wand bewegbar ist, seitlichen Führungen für die Bewegung der zweiten Wand und einer Befestigungseinrichtung, mit der die zweite Wand in bezug auf die erste Wand festsetzbar ist, zur Verfügung gestellt, wobei die erste Wand, die zweite Wand und die seitlichen Führungen einen Hohlraum zum Einführen des Feldflußfraktionierungs-Trennkanals bilden.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Halterungsmoduls sind Gegenstand der Unteransprüche 5-10.

Durch die Konstruktion des bevorzugten erfindungsgemäßen Halterungsmoduls ist das Kanalmodul im Halterungsmodul fast vollständig eingeschlossen und sehr gleichmäßig eingespannt. Die feste erste Wand stellt eine Bezugsfläche für das Kanalmodul bereit. Die bewegbare zweite Wand ist vorteilhaft zum Aufbringen einer Flächenpressung nutzbar, wobei aufgrund der seitlichen Führungen ohne baulichen Aufwand eine Abschirmung des somit eingeschlossenen Kanalmoduls gewährleistet ist und zugleich die Flächenpressung exakt reproduzierbar aufgebracht werden kann.

Da vorteilhafterweise in einer der Wände eine Öffnung ausgebildet ist, ist das Kanalmodul notwendigen Anschlüssen für den Trägerstrom und gegebenenfalls einem Injektionsport zugänglich. Um zugleich die Festigkeit des Halterungsmoduls nicht zu beeinträchtigen, entspricht die Größe der Öffnung im wesentlichen dem Längsschnitt des Kanalhohlraums für einen FFF-Trennkanal.

Durch den gleichmäßigen, reproduzierbaren und innerhalb von bestimmten Grenzen erhöhbaren Anpressdruck des Halterungsmoduls, der durch die erfindungsgemäße Befestigungseinrichtung erzielt wird, kann der Trennkanal auch bei hohen Trägerstromraten abgedichtet werden. Der Kanal kann bei wesentlich höheren Trägerstrom- und Querstromflußraten als bei bisherigen Systemen üblich, sowie bei Drücken von bis zu 40 bar, eingesetzt werden, ohne daß er undicht wird. Durch die Verwendung höherer Trägerstrom- (bis zu 10 mL/min) und Querstromflußraten (bis zu 99, 99%) konnte die Trennleistung der Kanalvorrichtung gegenüber bisher bekannten Systemen deutlich erhöht werden.

Die Befestigungseinrichtung kann beispielsweise durch Federelemente, Hydraulikelemente, Pneumatikelemente, Verschraubungen, Knebelvorrichtungen, Hebelvorrichtungen, oder vergleichbare Befestigungseinrichtungen gebildet werden. Verschraubungen sind als einfache und kostengünstige Umsetzung gegenwärtig bevorzugt. Besondere Vorteile bieten aber auch Hydraulikelemente, weil sie einen reproduzierbar hohen Anpreßdruck bei zugleich wenig kraftaufwendiger Bedienung gewährleisten.

Das Kanalmodul läßt sich innerhalb kürzester Zeit (einige Sekunden) aus dem erfindungsgemäßen Halterungsmodul entfernen und komplett zerlegen. Das Kanalmodul ist äußerst einfach konstruiert und muß nicht mehr durch Schrauben, Bolzen etc. zusammengehalten werden. Die einzelnen Bestandteile des Trennkanals werden vorzugsweise nur noch lose aufeinander gelegt ("Sandwich-Technik"), dann wird das Kanalmodul in das Halterungsmodul eingeführt, durch dieses zusammengepreßt und der Kanal somit abgedichtet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in denen:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht des erfindungsgemäßen Kanalmoduls zeigt,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen FFF-Kanalvorrichtung zeigt,

Fig. 3 eine Untersicht des erfindungsgemäßen Halterungsmoduls zeigt,

Fig. 4 eine Draufsicht auf erfindungsgemäßes Halterungsmodul zeigt,

Fig. 5 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie V-V der Fig. 4 zeigt, aus der ein Ausführungsbeispiel der Befestigungseinrichtung besonders hervorgeht.

Beschreibung des besten Wegs zur Ausführung der Erfindung

Die Erfindung stellt ein universell einsetzbares Halterungsmodul und eine Kanalvorrichtung für den Einsatz im Zusammenhang mit der FFF zur Verfügung. Besonders bevorzugt ist der Einsatz des Halterungsmoduls zusammen mit einem FFF-System unter gleichzeitiger Verwendung einer speziellen Flußmeß- und -steuervorrichtung. Ganz besonders bevorzugt hat die Meßvorrichtung eine Ansprechzeit von bis zu 1 sec und arbeitet kontinuierlich, und die Steuerungsvorrichtung arbeitet mit einer Ansprechzeit innerhalb von 1 Sekunde mit einer Genauigkeit von ±10% oder weniger, bezogen auf die Flußrate.

In bisherigen Systemen bildeten das Kanalmodul und das Halterungsmodul eine Einheit und waren nicht voneinander unterscheidbar. Die erfindungsgemäße Kanalvorrichtung besteht jedoch aus zwei unabhängigen Baugruppen, dem Halterungsmodul und dem eigentlichen Kanalmodul, die einfach und schnell getrennt und zerlegt werden können.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Halterungsmodul so konstruiert, daß mit ihr das Kanalmodul schnell, sehr gleichmäßig und genügend fest eingespannt werden kann. Aus Fig. 5 ist zu erkennen, daß das bevorzugte Halterungsmodul aus einer Oberseite 11, zwei Seitenwänden 12, einer Unterseite 13 und einer beweglichen Druckplatte 14 besteht. Die Oberseite, die beiden Seitenwände und die Unterseite sind fest und starr miteinander verbunden. Die Druckplatte befindet sich in dem für das Kanalmodul vorgesehenen Hohlraum 15, der durch die Ober- und Unterseite sowie die beiden Seitenwände gebildet wird. In diesen Kanalhohlraum wird der Kanalmodul eingeführt und dann mit der beweglichen Druckplatte gegen die Oberseite gedrückt. Dabei wird die Druckplatte durch geeignete Elemente in Richtung der Oberseite bewegt. Die Seitenwände dienen als Führung für die Druckplatte, damit diese nicht verkantet und gleichmäßig in Richtung des Kanals verschoben werden kann. Hierfür eignen sich einfache, verstellbare starre Schrauben 16 oder andere Druck ausübende Stellelemente, welche eine gerichtete Kraft direkt oder indirekt auf die Druckplatte und damit auf den Kanalmodul ausüben. Die Vorrichtungen müssen reversibel verstellbar sein, um den Kanal schnell wieder aus der Halterung entfernen zu können. Dies kann z. B. auch durch den Einsatz hydraulischer oder pneumatischer Vorrichtungen geschehen. Die Schrauben oder anderen Stellelemente sind durch die Unterseite hindurch geschraubt, durchdringen sie und sitzen auf der Druckplatte auf. Mit der Druckplatte sind sie folglich beweglich verbunden und üben so beim Verstellen eine definierte Kraft auf diese aus. Fig. 3 zeigt die Unterseite eines Halterungsmoduls bei Verwendung von Schrauben als Stellelementen. In der Figur sind 10 Schrauben gezeigt, wobei aber auch eine höhere oder niedrigere Anzahl von Schrauben verwendet werden kann. Fig. 4 zeigt die Oberseite des Halterungsmoduls. In diese Oberseite ist ein Fenster 20 eingearbeitet, wodurch der Kanal in der Halterung jederzeit eingesehen werden kann. Dieses Fenster erfüllt eine wichtige Funktion, da nur durch eine wirkungsvolle Kontrolle des Kanals vor und während einer Trennung Fehler erkannt und beseitigt werden können.

Treten z. B. Luftblasen im Kanal auf, so ist keine ungestörte Trennung möglich und die Ergebnisse einer solchen Messung sind kritisch zu bewerten. Durch das Fenster können Luftblasen im Kanal frühzeitig erkannt werden.

Das Halterungsmodul ist prinzipiell nicht auf einen bestimmten Typ eines FFF-Kanalmoduls festgelegt. Besonders bevorzugt ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Halterungsmoduls jedoch in Zusammenhang mit einem nach dem "Sandwich-Prinzip" aufgebauten asymmetrischen FFF-Kanal. In Fig. 1 ist ein FFF-Kanalmodul schematisch dargestellt, wie es gegenwärtig im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Halterungsmodul bevorzugt wird. Es besteht aus einem massiven Kanalblock 1, in den eine poröse Filterplatte 2 eingefügt ist. Auf dem Kanalblock und der Filterplatte ist eine semipermeable Membran 3 aufgebracht, die wiederum mit einer dünnen Folie 4, dem sogenannten Abstandshalter (Spacer), belegt ist. Aus dieser Folie ist der eigentliche innere Kanalhohlraum 5 in den gewünschten Abmessungen ausgeschnitten. Die Höhe des Kanals wird durch die Dicke der verwendeten Folie 4 vorgegeben. Als obere Begrenzung des Kanals wird eine flache Platte 6 verwendet, in der sich auch der Einlaß 7, der Injektionsport 8 und der Auslaß 9 des Kanals befinden. Meist wird ein an den Enden spitz zulaufender rechtwinkliger oder trapezoider Kanal verwendet. Das Kanalmodul kann als Deckplatte eine Glasplatte bevorzugt oder eine Kunststoffplatte, als Spacer eine Silikon- oder sonstige Kunststoffolie, als Membran eine Ultrafiltrationsmembran, als Kanalblock ein Metall- oder Kunststoffgehäuse und als poröse Filterplatte eine poröse Keramik-, Kunststoff- oder Metallfritte mit einem Porendurchmesser von typischerweise 5 µm enthalten.

Der Kanalmodul kann aus lose aufeinander gelegten Einzelteilen nach dem "Sandwich-Prinzip" aufgebaut sein und muß dann nicht mehr durch Schrauben, Bolzen oder andere mechanische Elemente zusammengehalten werden. Erst durch das Halterungsmodul wird das Kanalmodul mit definierter Kraft zusammengepreßt und abgedichtet. Die Dichtigkeit wird durch den Anpressdruck in der Halterungsmodul gewährleistet, der z. B. bei Verwendung eines Hebels genau voreingestellt werden kann. Außerdem werden die Kanalkomponenten, insbesondere bei der asymmetrischen Fluß- FFF die Deckplatte, aufgrund des gleichmäßigen Anpressdruckes vor Beschädigungen und Bruch geschützt. So können auch bruchempfindliche Glasplatten als Deckplatte für den Kanal verwendet werden. Bislang werden meist Plexiglas oder andere durchsichtige Kunststoffe verwendet, welche weniger bruchempfindlich sind. Durch die Verwendung von Glas können nun mit der FFF prinzipiell auch andere Lösungsmittel außer Wasser eingesetzt werden. Die Gefahr einer Kontamination der Probe durch Weichmacher und andere Zusätze Schwermetalle aus dem Kunststoff besteht bei Verwendung von Glas nicht.

Bevorzugt wird der die erfindungsgemäße Kanalvorrichtung mit einer (nicht dargestellten) Flußmeß- und -steuereinheit verwendet. Wesentliches Element dieser Meßeinheit ist eine Vorrichtung, die kontinuierlich mindestens 1 mal pro Sekunde die Flußrate mißt, d. h. innerhalb von 1 Sekunde anspricht, vorzugsweise etwa 5 mal pro Sekunde. Pro Sekunde sollte mindestens ein Meßwert ausgegeben werden. Die für die Zwecke dieser Erfindung verwendete Meßvorrichtung kann eine Hitzedraht-Widerstandsmeßvorrichtung, eine Differenzdruckmeßvorrichtung, ein Laser-Doppler-Anemometer oder eine Ultraschall-Meßvorrichtung sein. Besonders bevorzugt ist eine Hitzedraht-Widerstandsmeßvorrichtung, bei der die Messung der Flußrate durch die Abkühlung eines durch Strom aufgeheizten Widerstandsdrahtes und die damit verbundene Widerstandsänderung erfolgt. Der Meßbereich der Meßvorrichtung beträgt vorteilhaft 1 µl bis 10 ml/min. noch stärker bevorzugt reicht er bis 50 nl/min. Die Genauigkeit sollte vorteilhaft 1-2% des Absolutmeßwerts betragen.

Ein weiteres wesentliches Element der Erfindung ist die Steuereinheit zur schnellen und präzisen Einstellung der Flußrate. Diese Vorrichtung eignet sich zur Regelung der Flußrate mit einer Genauigkeit von ±10% oder weniger, bezogen auf die Flußrate, innerhalb von 1 Sekunde. Die Einstellung des Flusses geschieht dabei durch ein mechanisch oder pneumatisch gesteuertes Ventil ist, dessen Öffnungsgrad exakt reguliert werden kann und dessen Kennlinie einen möglichst großen linearen Bereich hat. Die bevorzugte Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Einstellung der Flußrate ein schrittmotorgesteuertes Nadelventil ist. Der Öffnungsgrad des Ventils wird über die Schrittzahl des Schrittmotors, ein Potentiometer und/oder eine zusätzliche Lichtschranke zur Bestimmung der Endstellungen, 100% geöffnet und 0% geöffnet, definiert.

Die Vorrichtungen zur Messungen der Flußrate und zur Regelung des Flusses sind über eine geeignet programmierte Software verknüpft und werden über diese gesteuert. Die Software erhält mindestens einmal pro Sekunde Informationen über die aktuelle Flußrate von dem Flußmeßgerät. Nach einem Vergleich von Soll- und Istwert berechnet die Software die neue Schrittzahl des Schrittmotors, die vom Grad der Abweichung von Ist- und Sollwert abhängt.

Eine solche Vorrichtung erlaubt eine besonders hohe Trennleistung.

Claims (11)

1. Feldflußfraktionierungs-Kanalvorrichtung, umfassend ein Kanalmodul und ein Halterungsmodul, wobei das Kanalmodul zumindest ein Oberteil (6), eine Membran (3), einen Abstandshalter (4) und ein Unterteil (1) und das Oberteil und das Unterteil lösbar miteinander verbunden sind, und das Kanalmodul durch das Halterungsmodul einfaßbar ist.

2. Feldflußfraktionierungs-Kanalvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (6), die Membran (3), der Abstandshalter (4) und das Unterteil (1) des Kanalmoduls lose aufeinander liegen und durch das Halterungsmodul miteinander verbindbar sind.

3. Feldflußfraktionierungs-Kanalvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin Einrichtungen zur Messung und Steuerung der Flußrate umfaßt.

4. Feldflußfraktionierungs-Kanalvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung der Flußrate innerhalb von 1 Sekunde anspricht und kontinuierlich arbeitet und die Einrichtung zur Steuerung der Flußrate innerhalb von 1 Sekunde mit einer Genauigkeit von ±10% oder weniger, bezogen auf die Flußrate, arbeitet.

5. Halterungsmodul für einen Feldflußfraktionierungs- Trennkanal, mit
einer festen ersten Wand als Anlage für den Feldflußfraktionierungs-Trennkanal,
einer zweiten Wand, die in Bezug auf die erste Wand bewegbar ist,
seitlichen Führungen für die Bewegung der zweiten Wand und
einer Befestigungseinrichtung, mit der die zweite Wand in bezug auf die erste Wand festsetzbar ist,
wobei die erste Wand, die zweite Wand und die seitlichen Führungen einen Hohlraum zum Einführen des Feldflußfraktionierungs-Trennkanals bilden.

6. Halterungsmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wand oben und die zweite Wand unten angeordnet ist.

7. Halterungsmodul nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Wände eine Öffnung ausgebildet ist.

8. Halterungsmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Öffnung im wesentlichen dem Längsschnitt des Kanalhohlraums (5) des Feldflußfraktionierungs-Trennkanals entspricht.

9. Halterungsmodul nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen quaderförmig ist und die seitlichen Führungen durch Wände derart gebildet sind, daß der Hohlraum bis auf seine Stirnseiten und gegebenenfalls die Öffnung geschlossen ist.

10. Halterungsmodul nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare zweite Wand derart festgesetzt wird, daß sie bei eingesetztem Trennkanal im wesentlichen spaltfrei an diesem anliegt.

11. Feldflußfraktionierungs-Kanalvorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1-4 mit einem Halterungsmodul gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 5-10.