-
In der Flüssigkeitschromatographie (Liquid-Chromatography, LC, Hochdruckflüssigkeitschromatographie, HPLC) werden mit speziellen Pulvern gepackte Säulen aus Stahl, Glas oder Kunststoff verwendet.
-
Eine Standard-LC-Säule besteht aus einem stabilen Rohr, welches die pulvrige Packung enthält, und ist an beiden Enden mit je einem Deckel mit Öffnung, einer poröser Fritte und einer Dichtung verschlossen. Bei größeren Säulen kann noch ein Strömungsverteiler eingebaut sein.
-
LC-Säulen dienen der Analyse und Reinigung von chemischen, pharmazeutischen Substanzen: Prinzipiell können alle Substanzen analysiert werden, die in Flüssigkeiten löslich sind.
-
In der präparativen LC versucht man größere Mengen an Roh-Substanzen zu reinigen, um sie später z.B. als Arzneimittel zu verwenden. Die Rohextrakte werden in die Säule injiziert, anschließend mit Flüssig-Eluenten durch die Säule gepresst und dabei in die Einzelbestandteile aufgetrennt. Um gute Ergebnisse zu erzielen, muss die Packung innerhalb der Säulen immer fest und gleichmäßig sein und darf vor allem nicht zusammensacken und Hohlräume (Totvolumen) bilden, was die Trennung verschlechtern würde.
-
Zur Befüllung werden die LC-Säulen in der Regel an ein sogenanntes Slurry-Füllrohr angeschlossen. In diese zusammengesetzte Füllrohr-Säulen Kombination wird eine Partikel-Flüssigkeits-Mischung hinein geleert, um sie dann mit Hilfe einer Pack-Apparatur mit hohen Drücken (bis zu mehreren tausend bar) in die eigentliche LC-Säule hineinzudrücken. Da die Flüssigkeit über einen Ausgang entweichen kann, die Partikel aber nicht, reichern sich die Partikel in der eigentlichen LC-Säule an und bilden die sogenannte Säulenpackung, auch chromatographisches Bett oder stationäre Phase genannt.
-
Nach Beendigung der Packvorganges wird die LC-Säule vom Füllrohr-Teil wieder abgenommen und endgültig verschlossen.
-
Dieses Abnehmen der Säulen vom eigentlichen Füllrohr ist ein sehr kritischer und entscheidender Vorgang bei der Produktion von präparativen LC-Säulen:
-
Das in das Säulen-Rohr eingepresste Füll-Material kann sich nämlich beim Abnehmen vom Füllrohr, seinen elastischen Eigenschaften entsprechend, wieder mehr oder weniger entspannen und einige Millimeter aus dem Säuleneingang heraus wandern.
-
Dabei löst sich die ideale Packungsstruktur wieder auf und es kann sogar Material verloren gehen. Das einige Millimeter herausgequollene Pack-Material kann beim Verschließen nicht mehr zurückgedrückt werden. Man muss es vor dem Verschließen abnehmen und verwerfen, um die Säule dicht zu bekommen.
-
Dies hat aber 2 sehr negative Folgen:
-
Sowohl die Trenn-Leistung und als auch die Lebensdauer der Säule verschlechtern sich, da sich später beim Arbeiten sogenannte Totvolumina (Hohlraüme) ausbilden können, wenn das Füll-Material wieder zusammensackt und zurückwandert.
-
Um diesen negativen Effekt bei herkömmlicher Standard-Packtechnik möglichst gering zu halten, muss bei diesem Säulenabnehmvorgang immer sehr schnell gearbeitet werden. Ganz vermeiden lässt sich dieser negative Effekt des Herausquellens bei diesen Standardsäulen aber trotzdem nie.
-
Möchte man optimale Säulen produzieren, muss dieses Herausquellen aus der Säule ganz verhindert werden. Die Packung muss permanent komprimiert bleiben. Man muss verhindern, dass sich das Packmaterial wieder entspannt und ausdehnt. Der Säulen-Stempel, der die Partikel-Packung zusammendrückt, muss noch unter Druck, an Ort und Stelle, fixiert werden. Der Stempel darf auf keinen Fall zurückwandern. Erst nach der Stempel-Fixierung im eigentlichen LC-Säulenrohr darf die Druckstange, die den Stempel in die Säule schiebt, zurückgefahren werden, um die Säule aus dem Packstand nehmen zu können.
-
Um dies so zu erreichen, existieren auf dem Markt 2 verschiedene Methoden: die SAC- und die DAC-Methode:
-
Bei der SAC-Methode wird der Stempel nach dem Packprozess sofort fest und unbeweglich im Säulenrohr fixiert, noch bevor der Packdruck vom System genommen wird. Man spricht dann von Statisch-Axialer Kompression (SAC-Methode).
-
Bei der DAC-Methode erfolgt die Fixierung des Stempels mit Hilfe von komprimierten Federn oder mit Hilfe einer hydraulischen, permanent drückenden Pumpe. Man spricht dann von Dynamisch-Axialer Kompression (DAC-Methode).
-
Bei der Federstempel-Technik werden elastischen Federn durch die Druckstange der Packapparatur, die beim Packen von hinten auf die Federn drückt, automatisch komprimiert und drücken dann anschließend aufgrund ihres Nachfederungsmechanismuses den Säulen-Stempel permanent, dynamisch-axial, nach vorne auf die Packung.
-
Bei der hier neu beschriebenen DAC-Säule kann man den Feder-Stempel beliebig weit in die Säule hineindrücken und mit entsprechend langen Distanzelementen in jeder beliebigen Endposition fixieren ( +2).
-
Neu an der hier beschriebenen Erfindung ist auch, dass Slurry-Füllrohr und DAC-Säule zwei separate Teile sind, die nur zum Packen zusammengesetzt werden müssen: Nach dem Packvorgang kann man DAC-Säule und Slurry-Füllrohr wieder trennen. Das Füllrohr bleibt nicht Teil der DAC-Säule, wodurch die fertigen Säulen nicht mehr so unhandlich sind.
-
Die neu entwickelten, abnehmbaren DAC-Säulen werden deutlich leichter und vor allem kürzer. In der Regel werden diese abnehmbaren DAC-Säulen nur halb so lang wie bei dem Vorgänger-Model (Patent
US-7008 532 ).
-
Dies ist besonders wichtig, wenn man die Säulen später für schwierige Trennungen in einem Säulenofen thermostatieren muss. In herkömmliche Säulenöfen passen in der Regel nur Säulen mit einer maximalen Länge von ca. 40 cm. Die überlange Vorgänger-Patent Version passt meist nicht in diese Säulenöfen, was ein großer Nachteil ist.
-
Diesen Nachteil haben die hier neu beschriebenen Säulen-Typen nicht mehr. Sie sind SäulenOfen-tauglich und außerdem Material-sparender, preiswerter und handlicher.
-
Die hier neu beschriebenen DAC-Säulen haben im Gegensatz zu den auf dem Markt befindlichen hydraulischen DAC Säulen folgende Vorteile:
- 1.) man kann die Säulen aus dem Packstand herausnehmen
- 2.) die Säulen sind handlicher und ökonomischer und
- 3.) sie passen in handelsübliche Säulenöfen.
-
Vorteil der Feder-Technik:
-
Im Gegensatz zur SAC Methode können bei der DAC-Methode die während des Packprozesses komprimierten Federn den Säulen-Stempel immer dynamisch auf die Packung drücken und, sobald das Säulenbett zusammensackt, den Stempel der Packung hinterher schieben. Lässt der Widerstand des Säulenbettes nach, entspannen sich die Federn axial in Richtung des Säulenbettes bis sie wieder auf den Widerstand des Säulenbettes stoßen. Der Stempel wandert der Packung dynamisch hinterher, so dass beide immer in Kontakt bleiben. Es wird verhindert, dass sich zwischen Stempel und Säulen-Bett ein Hohlraum ausbildet, der die Säulen-Qualität verschlechtern würde.
-
Im Unterschied zum SAC-Patent
DE 10 2016 014 466.1 der Fa. Dr. Maisch GmbH werden bei dieser DAC-Erfindung elastische Elemente in Form von Federn (meist Teller- oder Schraubenfedern) verwendet, um mit Hilfe ihrer Nachfederkraft einen dauernden, dynamischen Druck auf das chromatographische Bett aufzubauen und um den Stempel bei einem evt. Volumenschwund automatisch dem Bett hinterher zu schieben. SAC-Säulen dagegen können die Lage des Stempel nach ihrer Fixierung nicht mehr verändern. Der Stempel bleibt immer an der gleichen Stelle und hält nur den Packdruck aufrecht, er kann aber einer schrumpfenden Packung nicht hinterher wandern.
-
Vorteil von Feder-Technik in Verbindung mit Distanzstücken:
-
Ein gemeinsames Problem bei SAC und DAC Methoden ist, dass man die Menge an Packmaterial, das man zum Packen einer Säulen mit bestimmter Länge einsetzen muss, im Voraus genau kennen muss.
-
Nimmt man zu wenig Packmaterial, wird das Säulenbett zu kurz und der Säulenstempel wandert tief in das Säulenrohr hinein.
-
Es bleibt dann ein großer Zwischenraum zwischen Säulen-Eingang und dem tief sitzenden Feder-Stempel. Diese Lücke kann man aber wegen der ausgefahrenen, quasi im Weg stehenden, Druckstange nachträglich nicht einfach mit weiteren ringförmigen Federn auffüllen. Ringförmige, also geschlossene Elemente können wegen der Druckstange nicht mehr eingefädelt werden.
-
Eine Möglichkeit bieten aber offene, halbschalige Distanzstücke: Diese kann man auch noch nachträglich, um die Druckstange und Stempeloberteil herum, einsetzen, um den tiefer als gewollt sitzenden Stempel zu fixieren.
-
Man muss die Säule in diesem Falle wegen eigentlich zu geringer Material-Einwaage also nicht unbedingt wieder leeren, weil die Säule, technisch bedingt, nicht mehr verschlossen werden kann. Man kann die Säule trotzdem, mit entsprechend langen halbschaligen Distanzstücken, verschließen.
-
Die Trenn-Ergebnisse dieser kurz geratenen Säule kann man, wenn notwendig, nachträglich mathematisch korrigieren.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von 4 Zeichnungen erläutert.
-
Die Zeichnungen zeigen:
- : Füllapparatur mit zusammengesetzter DAC-Säule und Füllrohr
- : fertig gepackte DAC Säule mit Stahlfedern
- : DAC-Säulenstempel vor ( ) und nach ( ) Zusammenbau mit Stahlfedern und Federhalteringen
- : Säulendeckelhälften mit Innenöffnung
-
Aufbau der DAC-Säulen:
-
Eine LC-Säule besteht generell aus dem Säulen-Rohr, das die eigentliche chromatographischen Packung (Säulen-Bett) enthält, dem Säuleneingang und dem Säulenausgang:
-
Der Säuleneingang dieser neuen Erfindung besteht aus folgenden Teilen:
einem Säulen-Stempel (f) mit Fritte (g) und Dichtungen (h), den Federn (m), den Federhalteringen (r), einem Flanschzugring (d), den zwei Säulendeckelhälften (b) und den Flanschschrauben (c).
-
Die Säulendeckelhälften sind in in der Draufsicht (4a) und im Querschnitt (4b)) dargestellt. Die Halbschalen sind in (i) in Draufsicht und Längsschnitt dargestellt.
-
Zwischen den zwei Säulendeckelhälften (b) und dem Säulen-Stempel (f) befinden sich die Federn, oben und unten von einem Federhaltering (r) begrenzt. Zusätzlich können zur Überbrückung zwischen Säulendeckelhälften (b) und oberem Federhaltering noch unterschiedlich viele Halbschalen (i) eingesetzt werden.
-
Die Säulendeckelhälften enthalten eine innere Öffnung (e) für die Druckstange der Packapparatur (s), welche den Säulen-Stempel vom Füllrohr (t) aus in die eigentliche Säule (j) hineingedrückt.
-
Funktionsweise einer LC-Säule:
-
Im Arbeits-Einsatz wird ein Flüssig-Eluent über die Eingangskapillare (a) in das Säulenrohr mit Säulenpackung (k) hineingeleitet. Über die Ausganskapillare (1) verlässt dieser Eluent die Säule wieder.
-
Packprozess einer DAC-Säule (Abb.1):
-
Mit der Druckstange (s) einer Hochdruck-Packpumpe wird der mit Federn (m) hinterlegte Säulen-Stempel (f) vom Füllrohr (t) aus in das Säulenrohr (j) hineingedrückt, wo er schließlich fixiert wird.
-
Zur Fixierung muss der Säulen-Stempel noch unter Hochdruck, also bevor die Druckstange zurückfahrt, arretiert werden, indem man zwei Halbschalen ( , i) um den verjüngten oberen Teil des Stempels herum, über dem oberem Federhaltering (r), platziert und diese dann mit den zwei Säulendeckelhälften (b) und Schrauben (c) an einem Flanschzugring (d), der außen am Säulenrohr befestigt ist, fixiert.
-
Während des Hochdruck-Packprozesses werden die Federn so komprimiert, dass sie später mit der gespeicherten Entspannungs-Kraft permanent dynamisch auf das Säulenbett drücken. Die Federn müssen so gebaut sein, dass sie sich zwar beim Säulen-Packen durch den hohen Packdruck komprimieren lassen, nicht aber durch den niedrigeren Arbeitsdruck während der späteren Trennungen.
-
Mit dieser hier vorgestellten Konstruktion und Vorgehensweise ist sichergestellt, dass der Stempel durch die unter Spannung stehende Packung (k) nicht mehr zurückgedrückt werden kann. Der ursprünglich von der Druckstange ausgeübte Druck wird von den Säulendeckelhälften, den Halbschalen, den komprimierten Federn, den 2 Federhalteringen, dem Flanschzugring und den Flanschdeckelschrauben aufgenommen.
-
Die chromatographische Packung (k) bleibt so unter permanenter dynamischer-axialer Kompression und kann sich nicht wieder ausdehnen und entspannen.
-
Das anschließende Zurückfahren der Druckstange(s) ist notwendig, um die Säule aus dem Packstand wieder herausnehmen zu können. Dies ist bei den hydraulisch-dynamischen DAC-Säulen ohne Druckfedern nicht möglich. Hier muss die hydraulische Apparatur dauernd und dynamisch auf die Säulenpackung drücken, wozu die Säulen im Packstand bleiben muss.
-
Bezugszeichenliste
-
- : Säulenpackstand für die Packung von DAC-Säulen mit Füllrohr
- s =
- Druckstange
- t =
- Füllrohr
- j =
- Säulenrohr
- f =
- Säulen-Stempel
- u =
- Kopplungstelle von Füllrohr und Säulenrohr
- l =
- Säulenausgang
- k =
- Säulenpackung
- g =
- Stempelfritte
- m=
- Federn
- : DAC-Säule mit Feder-Kompressions-Technik und 2 eingebauten Halbschalen
- a =
- Eingangskapillare
- b =
- Säulendeckelhälften mit Innenöffnung
- c =
- Flanschdeckel-Schrauben (nicht alle eingezeichnet)
- d =
- Flanschzugring
- e =
- Säulendeckel-Öffnung für Hydraulische Druckstange (nicht sichtbar)
- f =
- Stempel
- g =
- Stempelfritte
- h =
- Stempeldichtung
- i =
- Stützelemente (Halbschalen)
- j =
- Säulenrohr
- k =
- Säulenpackung
- l =
- Säulenausgang
- m=
- Federn
- : Feder- Stempel-Konstruktion: vor (3a) und nach (3b) dem Zusammenbau
- r =
- Federhalte-Ringe
- m=
- Stahlfedern
- f =
- Stempel
-
: Säulendeckel-Hälften
-
| 3a: Draufsicht |
| |
p = Schraubenlöcher |
| e = Öffnung in Säulendeckel-Hälften für Druckstange |
| 3b: Seitenansicht der Säulendeckelhälften |
| |
p= Schraubenlöcher |
| q= Überlappungstelle der Säulendeckel-Hälften |
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 7008532 [0020]
- DE 102016014466 [0025]
