DE2061907C3 - Selbsttätiger Fraktionensammler - Google Patents

Description

gebildet werden sollen, unter diesen Bedingungen nicht mehr erfüllt werden kann. So ist die Ausflußgeschwindigkeit aus der Trennsäule Ober die Versuchsdauer nicht mehr genügend konstant, wenn sich die Elutionsmittelzusammensetzung ändert, cia die Dichte, Viskosität und Oberflächenspannung darin eingehen, so daß in der Zeiteinheit nicht gleiche Volumina des Eluats abgenommen werden können. Das gleiche gilt in verstärktem Maße für die Steuerung nach der Tropfenzahl, da besonders bei langen Versuchsdauern die Tropfengröße von Temperaturänderungen in der Umgebung zusätzlich beeinflußt wird; ein zusätzliches Problem besteht in der großen Tropfenzahl jeder Fraktion (0,01 1 entsprechen etwa 400 Tropfen), wodurch besondere Anforderungen an die Zähleinrichtung gestellt werden. Die Steuerung nach der Füllhöhe kann für präparative Zwecke nicht verwendet werden, da sie sich hier besonders aufwendig gestalten würde, und zwar einmal wegen der Notwendigkeit zur Verwendung kalibrierter Aufnahmegefäße, zum anderen wegen der Notwendigkeit, die bei dieser Methode zumeist verwendete Lichtschranke in vorbestimmter Weise in Zusammenwirkung mit der Auslaufeinrichtung von einem Aufnahmegefäß zum anderen verschieben zu müssen. Diese Probleme werden nur zum Teil dadurch beseitigt, daß die Fraktionierung mit Hilfe einer Schlauchpumpe erfolgt, die zusätzlich den weiteren Nachteil mit sich bringt, daß ihre Betätigung über die Länge der Zeit nicht ohne schädliche Rückwirkung auf die für die chromatographische Trennung notwendige Gleichgewichtseinstellung an der Trennsäule bleibt.

Dementsprechend besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Fraktionensammler für die präparative Flüssigkeitschromatographie zu schaffen. der robust und kostensparend aufgebaut ist und zuverlässig genau bei Fraktionen von 0,04 I und mehr über lange Betriebszeiten, auch bei veränderlicher Elutionsmittelzusammensetzung arbeitet. Des weiteren wird angestrebt, daß der Fraktionensammler das Eluat mit ausreich.nder Genauigkeit in Fraktionen gleichen Volumens aufteilt, und zwar bei langen Versuchsdauern und relativ großen Fraktionsvolumina.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst. daß der Fraktionsbildner ein auf dem Träger angeordneter Zwischenbehälter in Gestalt eines Überlaufgefä-Des mit einem an seinem unteren Jnde angesetzten Heber ist, das ein Volumen zur Aufnahme von Fraktionen von 0,04 I und größer besitzt und das mit seinem unteren Teil relativ größeren Querschnitts als Ringmantelgefäß ausgebildet ist, daß der innere Ringdurchmesser des Überlaufgefäßes zur Aufnahme eines Führuagsstempels des Trägers und zur Auf- und Abbewegung auf dem Führungsstempel ausgebildet ist und daß der Träger und der Tragarm in verschieden weiten, der Größe der Aufnahmegefäße angepaßten Schritten verschiebbar sind.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend anhand der Bezugszeichen erläutert und beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in Aufsicht und in Ansicht den Aufbau des erfindungsgemäßen Fraktionensammlers;

Fig. 2 im Längsschnitt und im Querschnitt das Gehäuseteil des Fraktionensammlers nach Fig. 1;

F i g. 3 einen Querschnitt durch den Tragarm und das Überlaufgefäß bei dem Fraktionensammler nach Fig. 1,

Fig.4 einen Längsschnitt und eine Aufsicht des Tragarms nach F i g. 3.

F i g. 1 zeigt schematisch den Aufbau des Gerätes mit der rechteckigen Grundplatte 1 und den darauf befindlichen Behälterelementen 2, die der Größe der jeweils verwendeten Aufnahmegefäße 3 angepaßt sind. Mit der Grundplatte ist das Gehäuseteil 4 verbunden, das den Tragarm 5 mit dem Träger 6 für das Überlaufgefäß 7 trägt Mit 8 ist die zentrale Steuerung

ίο bezeichnet

In Fig.2 ist das Gehäuseteil 4 im Längsschnitt dargestellt Man erkennt bei 9 die Führung für die gleitende Lagerung der Halterung 40 des Tragarms 5. Die Endloskette 10 wird von einem Elektromotor 11 angetrieben und läuft über ein Umlenkrad IZ Durch das Führungsglied 13 ist die Halterung 40 des Tragarms 5 mit der Kette 10 verbunden. Man erkennt ferner bei 14 den Kontaktgeber des Tragarms, der mit in Reihen von in unterschiedlichem Abstand angeordneten elektromagnetischen Steuerkontakten 15 zu^r- mmenwirkt Die Steuerkontakte 15 sind in Abständen angeordnet, die den Abständen der Reihen von Aufnahmegefäßen 3 verschiedener Größe entsprechen. Weiterhin sind Endschalter IS vorgesehen, die die Bewegung des

2> Tragarms 5 btgrenzen und die Drehrichtung des Motors 11 umkehren, wobei die Anfangsstellung in der jeweils neuen Drehrichtung durch entsprechende Steuerkontakte bestimmt wird.

F i g. 3 zeigt einen Querschnitt durch den Tragarm 5

κι mit dem U-förmiger Träger 6 für das Überlaufgefäß 7. Der Tragarm 5 weist einen Führungsschlitz 17 auf, durch den der kürzere Schenkel 18 des Trägers 6 verläuft, der auf einer Führung 19 gleitend gelagert ist Der längere Schenkel 20 trägt auf einem Führungsstempel 21 das Überlaufgefäß 7, das einer Feder 22 aufliegt Auf diesem Schenkel befinde", sich auch der Ansatz 23 mit dem Kontaktgeber 24.

Der kürzere Schenkel 18 ist an einer auf der Führung 19 gleitend gelagerten Halterung 41 befestigt, die ihrerseits mi< der Kette 25 verbunden ist, die von einem Elel'Tomotor 26 angetrieben wird und um ein Umlenkrad 27 läuft. Bei 28 erkennt man den Kontakigcbcr des Tragers 5. der mit in Reihen von in unterschiedlichem Abstand angeordneten eiektromagnetischen Steuerkontakten 29 zusanr.Tienwirk*.. Die Abstände der Steuerkontakte in den Reihen sind so gewählt, daß sie den Abständen der Aufnahmegefäße 3 innerhalb eines Behälterelementes 2 entsprechen. Weiterhin sind Endschalter 30 vorgesehen, die die

το Bewegung des Trägers 6 entlang dem Tragarm 5 begrenzen und dit Drehrichtung des Motors 26 umkehren, wobei die Anfangsstellung in der jeweils neuen Drehrichtung durch entsprechende Steuerkontakte oestimmt wird.

^r'i In Fig. 3 ist auch das Überlaufgefäß 7 im Längsschnitt ge/cigt. Dieses Gefäß trägt am oberen £nde eine trichterförmige Erweiterung 31, die über ein Zwischenstuck 32 mit dem Ringmantelgefäß 33 verbunden ist. Der innere Ringd"rchmesser isi so gewählt, daß das

•<i Gefäß auf dem Führungsstempel 21 auf- und abbewegt werden kann. Das Ringmantelgefäß 33 trägt an seiner Unterseite einen seitlich abgebogenen Heber 34, der sich über den Tragarm 5 hinaus erstreckt und in einem über den Aufnahmegefäßen 3 angeordneten Auslauf 35

¹T endet. Ein weiterer s .-itlicher und im Winkel zum Heber 34 an dem Ringmantelgefäß 33 angebrachter Ansatz 36 ist mit einem elektromagnetischen Steuerkontakt 37 versehen. Im Betriebszustand ist dieser Ansatz benach-

bart zu dem auf dem Träger 6 befindlichen Ansatz 23 mit dem Kontaktgeber 24, mit dem der Steuerkontakt 37 zusammenwirkt, angeordnet.

Die Überlaufgefäße 7 können je nach der gewünschten Fraktionsgröße verschieden groß gewählt werden, wobei die Feder 22 entsprechend angepaßt wird.

Die zentrale Steuereinheit 8 enthält bekannte Schaltungselemente in bekannten Anordnungen; sie bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung und ist daher im folgenden nur summarisch beschrieben.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Fraktio nensammlers ist folgende:

Zu Beginn des Versuches werden der Tragarm 5 und das Überlaufgefäß 7 mit Hilfe der Steuereinheit 8 in die Ausgangsposition über dem ersten Aufnahmegefäß gebracht; dabei kann der Tragarm 5 mit dem Überlaufgefäß 7 auch in jede andere Ausgangsposition gebracht werden, falls z. B. eine länger dauernde Trennung r-.ach einer Unterbrechung fortgesetzt wer den soll. Die Größe der Aufnahmegefäße 3 ist dem Inhalt des Überlaufgefäßes 7 im allgemeinen angepaßt. Sie kann aber auch so gewählt werden, daß die Entleerung des Überlaufgefäßes in jeweils ein Aufnahmegefäß mehrfach erfolgen kann. Beim Ausführungsbeispiel können Fraktionen von maximal 0.4 I abgenommen werden.

Das Überlaufgefäß 7 wird mit zunehmender Füllung gegen die Kraft der Feder 22 auf dem Führungsstempel 21 nach unten gedrückt. In der untersten erreichbaren Stellung, in der gleichzeitig auch die Entleerung beginnt, wird durch den Steuerkontakt 37 der Kontaktgeber 24 betätigt; mit zunehmender Entleerung hebt sich das Überlaufgefäß wieder unter der Wirkung der Feder 22. und der Kontaktgeber 24 wird dadurch erneut betätigt. Dadurch wird in der Steuereinheit 8 eine Verzögerungsschaltung ausgelöst, die bewirkt, daß ein Weitertransport des Überlaufgefäßes 7 entlang dem Tragarm 5 mit Hilfe der Kette 25 nicht unmittelbar nach der Kontaktgabe durch Betätigung des Elektromotors 26 erfolgt, sondern erst nach einer bestimmten Zeit, die sich nach der Zeit für die vollständige Entleerung des Überlaufgefäßes 7 bestimmt. Diese Zeit ist natürlich von der Größe des Inhaltes des Überlaufgefäßes abhängig und kann an der Steuereinheit 8 entsprechend eingestellt werden. Auch die Anzahl der Entleerungen pro Aufnahmegefäß wird dort eingestellt, falls die gewünschte Fraktionsgröße ein Mehrfaches des Inhaltes des Überlaufgefäßes betragen soll.

Nach Ablauf der Verzögerungszeit bzw. wenn die vorgewählte Fraktionsgröße erreicht ist, wird der Elektromotor 26 angetrieben, wodurch mit Hilfe der Kette 25 ein Transport des Trägers 6 mit dem Überlaufgefäß 7 entlang dem Tragarm 5 erfolgt. Diese Bewegung wird unterbrochen, d. h. der Elektromotor 26 wird abgeschaltet, wenn der Kontaktgeber 28 mit dem Steuerkontakt 29 zusammenwirkt, der dem jeweils nächstfolgenden Aufnahmegefäß zugeordnet ist. Dabei ist dieser Steuerkontakt 29 so angeordnet, daß sich der Auslauf 35 des Überlaufgefäßes 7 gerade über dem in dem Behälterelement 2 nächstfolgenden Aufnahmegefäß 3 befindet. Entsprechend Fig.4 sind mehrere Reihen von Steuerkontakten 29 vorgesehen, deren Abstände den unterschiedlich weiten Abständen der

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Nach einer Reihe solcher Schritte erreicht der Träger 6 eine Endlage auf dem Tragarm 5. Der dabei betätigte letzte Steuerkontakt 29 einer Reihe bewirkt, daß der Elektromotor 11, der die mit dem Tragarm 5 verbundene Kette 10 antreibt, in Tätigkeit gesetzt wird. Dadurch verschiebt sich der Tragarm 5. bis durch die Zusammenwirkung des Kontaktgebers 14 mit einem Steuerkontakt 15 die Stromzuführung zu dem Elektromotor 1) lnterbrochen wird. Auf diese Weise gelangt der Auslauf 35 des Überlaufgefäßes 7 gerade über das erste Aufnahmegefäß 3 der im Behälterelement 2 nächstfolgenden Reihe von Auhahmegefäßen bzw. über das erste Aufnahmegefäß des nächstfolgenden Behälterclementes. Wie Fig. 2 zeigt, sind mehrere Reihen solcher Steuerkontakte 15 vorgesehen, deren Abstände den unterschiedlichen Abständen der Aufnahmegefäße verschiedener Größe angepaßt sind.

Man erkennt, daß auf diese Weise ein mäanderartiger Bewegungsablauf des Überlaufgefäßes entsteht. Für die Begrenzung der Bewegung des Tragarms und des Trägers sind Endkontakte vorgesehen, bei deren Berührung die Stromzufuhr zu dem Gerät abgeschaltet wird, sowie das am Auslauf der Chromatographiersäule angeordnete Magnetventil; gleichzeitig kann dabei auch eine optische oder akustische Warnanlage betätigt werden.

Ilier^u 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Patentansprüche· bestimmte Fraktion aufgenommen hat Dazu ist eine ' Vortriebseinrichtung mit einem Elektromotor für den

1. Selbsttätiger Fraktionensammler für die Flüs- Umlauf des Drehgestells, mit einer Mitnehmereinrichsigkeitschromatographte mit einem Fraktionsbild- tung für die Verschwenkung des Tragarms und mit einer ner zwischen einer chromatographischen Trennsäu- 5 ober den Drehwinkel des Drehgestells gesteuerten Ie und in Reihen auf einer rechteckigen Grundplatte Verriegelung für die Mitnehmereinrichtung vorgesehen, unbeweglich angeordneten Aufnahmegefäßen, Eine weitere bekannte Vorrichtung dieser Art (W. C einem über den Aufnahmegefäßen schrittweise Lister, »An Automatic Fraction Collector«, Chemistry verschiebbaren Tragarm, der einen entlang der and Industry 1955, S. 583—586) enthält ebenfalls ein die Tragarmachse in senkrechter Richtung zu der ι ο Aufnahmegefäße aufnehmendes, rundes, schrittweise Bewegung des Tragarms schrittweise verschiebba- umlaufendes Drehgestell und an dessen Rand einen ren Träger aufweist sowie mit einer Einrichtung unter dem Auslauf einer chromatographischen Trennzum Vortrieb des Trägers und des Tragarms, säule befindlichen Zwischenbehälter an einem um seine dadurch gekennzeichnet, daß der Frak- Achse schwenkbaren Tragarm. Die Aufnahmegefäße tionsbildner ein auf dem Träger (6) angeordneter 15 _sind dabei entlang einer Spirale angeordnet und die Zwischenbehälter in Gestalt eines Überlaufgefäßes Vortriebseinrichtung weist eine entsprechend verlau-(7) mit einem an seinem unteren Ende angesetzten fende Führungsschiene auf, über die die Verschwenkung Heber (34) ist das ein Volumen zur Aufnahme von des Tragarms an den Vortrieb des Drengestells Fraktionen von 0,04 1 und größer besitzt und das mit gekoppelt ist Der Zwischenbehälter ist ein Siphon an seinem unteren Teil relativ größeren Querschnitts 20 einem mit auswählbaren Gegengewichten belastbaren ais Ringmanteigefäß (33) ausgebildet ist daß der Waagebaiken für Fraktionen im Bereich von i — 50 ml.
innere Ringdurchmesser des Überlaufgefäßes (7) zur Es ist außerdem auch ein Fraktionensammler ohne Aufnahme eines Führungsstempels (21) des Trägers Zwischenbehälter bekannt (GB-PS 10 92 177), bei dem (6) und zur Auf- und Abbewegung auf dem eine an den Ausgang der chromatographischen Führungsstempel (21) ausgebildet ist und daß der 25 Trennsäule angeschlossene Schlauchpumpe ausgangs-Träger (6) und der Tragarm (5) in verschieden seitig mit einem Verteilerrohr verbunden ist Das weiten, der Größe der Aufnahmegefäße (3) ange- Verteilerrohr ist an einer Spindel oberhalb einer Reihe paßten Schritten verschiebbar sind. von Aufnahmegefäßen angeordnet die sich in Gestellen

2. Fraktionensammler nach Anspruch !, dadurch innerhalb eines Behälters befinden. Die Spindel ist in gekennzeichnet daß der Träger (6) U-förmig mit 30 einem Gehäuse qw zu den Reihen von Aufnahmegefäungleich lar jen Schenkeln ausgebildet ist daß der Ben geführt und es ist eine Vortriebseinrichtung mit kürzere Schenkel (18) in einen Führungsschlitz (17) einer Steuerung vorgesehen, die den reihenweisen des Tragarms (5) eingreift una mit einem Kettenan- Vortrieb der Spindel und den schrittweisen Vortrieb des trieb (25) verbunden ist, daß der längere Schenkel Verteilerrohres mit einer intermittierenden Betätigung (20) über die Oberseite des liagarms (5) hinweg 35 der Schlauchpumpe koppelt.

verläuft und daß der längere Schenkel nahe an Die bisher bekannten Fraktionensammler werden für

seinem Endeden Führungsstempel (21) aufweist. analytische. z.B. auch biochemische Zwecke (Amino-

3. Fraktionensammler nach Anspruch I. dadurch Säureanalyse von Proteinen) eingesetzt Bei solchen gekennzeichnet, daß das Überlaufgefäß (7) an Untersuchungen stehen oft nur get.?%e Probemengen seinem oberen Ende einen Einlauf mit einer «0 zur Verfugung, zu deren Verarbeitung Präzisionsinstrutrichterförmig erweiterten Öffnung (31) aufweist. mente der vorstehenden Art unerläßlich sind. Für viele

andere Zwecke ist dagegen ein derartiges Präzisionsinstrument gar nicht erforderlich. So würde sein Einsatz

z. B. im Bereich der präparativen Chemie einen

⁴⁵ unzulässigen Kost·_■ naufwand verursachen, aber auch, da

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbsttätigen nur jeweils relativ geringe Probemengen verarbeitet

Fraktionensammler für die Flüssigkeitschromatogra- werden können, unter Umständen einen unerwünscht

phie mit einem Fraktionsbildner zwischen einer hohen Zeitaufwand mit sich bringen,

chromatographischen Trennsäule und in Reihen auf Für eine solche Aufgabe sind die bekannten

einer rechteckigen Grundplatte unbeweglich angeord- * Fraktionensammler mit beweglich angeordneten Auf-

neten Aufnahmegefäßen, einem über den Aufnahmege- nahmegefäßen nicht geeignet denn bei den dabei

fäßen schrittweise verschiebbaren Tragarm, der einen a'iftretenden Fraktionsgrößen würde das Gewicht der

entlang der Tragarmachse in senkrechter Richtung zu Behälter an den Transportmechanismus Anforderungen

der Bewegung des Tragarms schrittweise verschiebba- stellen, die mit einfachen und wenig aufwendigen

ren Träger autweist, sowie mit einer Einrichtung zum « Mitteln nicht mehr zu erfüllen sind. Darüber hinaus

Vortrieb des Trägers und des Tragarms. weisen Fraktionensammler der bekannten Art bei ihrer

Ein selbsttätiger Fraktionensammler dieser Art Anwendung für präparative Zwecke auch noch andere

(DE-PS 8 91 152) besteht aus einem runden, schrittweise Nachteile auf. Im allgemeinen werden vom Eluat

umlaufenden Drehgestell, in dem konzentrische Reihen Fraktionen gleichen Volumens gebildet, wobei die

von Aufnahmegefäßen angeordnet sind, und an dessen 6° Fraktionierung direkt in den Aufnahmegefäßen nach

Rand ein unter dem Auslauf einer chromatographischen der Zeit, der Tropfenzahl oder auch der Füllhöhe

Trennsäule befindlicher Zwischenbehälter an einem gesteuert werden kann. Diese Steuerung ist für

Tragarm um seine Achse schwenkbar gelagert ist. Die präparative Zwecke wegen der langen Versuchsdauer

Anordnung ist dabei so getroffen, daß der Tragarm von (mehrere Tage), wegen der relativ großen Volumina der

einer Reihe von Aufnahmegefäßen zur anderen ^Μ Fraktionen (bis zu 0,5 I) und Gesamtmengen (u. U. 10 I)

verschwenkbar ist, nachdem das Drehgestell einmal und auch bei Änderungen der Elutionsmittelzusammen-

umgelaufen ist oder das letzte Aufnahmegafäß der setzung im Laufe der Trennung unzureichend, weil die

jeweiligen Reihe die nach Zeit oder Tropfenzahl Voraussetzung, daß Fraktionen gleichen Volumens