DE2123653A1

DE2123653A1 - Verfahren für die Gradienten-Eluierung und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2123653A1
Application number: DE19712123653
Authority: DE
Inventors: Howard Lloyd; Byrne jun. Sydnor Hummer; Newark; Wolf John Peter Wilmington; Del. Ashmead (V.StA.)
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1970-05-12
Filing date: 1971-05-12
Publication date: 1971-11-25
Also published as: DE2123653C3; JPS5019959B1; GB1340093A; DE2123653B2; SE383567B; NL7106434A; US3712513A; CH529585A; FR2091465A5

Description

_Dr_ ir,-,."' :x?x Abitz 2123553

Dr. Pic"· r F. M ο rf
_D;" p-. _;--A. Braune

München 33, Pienzenauerstr.»

12. Mai 1971 PDC-1286

E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Streets, Wilmington, Del. I9898, V.St.A.

Verfahren für die Gradienten-Eluierung und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf das Eluieren. Sie betrifft ein Verfanren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Elutionsmittels· mit bekannter Konzentration unterschiedlicher Flüssigkeiten, Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorricntung für die Herstellung eines Elutionsmittels mit zeitlich veränderlicner Konzentration unterschiedlicher Flüssigkeiten.

Das einfachste Elutionssystem, wie es beispielsweise für eine Chromatographisehe Säule verwendet wird, führt der Säule ein Elutionsmittel zu, das aus einer einzigen Flüssigkeit besteht. In vielen Fällen reicht jedoch diese

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einzige Flüssigkeit nicht aus, um sämtliches gesuchtes Material aus der Säule zu entfernen. Daher wird aucn ein Elutionsmittel benutzt, das zwei Flüssigkeiten in feststehender Konzentration aufweist. Es können mehr als zwei Flüssigkeiten benutzt werden, und solcne Methoden sind auch benutzt worden; um jedoch den Stand der Technik und unsere Erfindung leicnter beschreioen zu können, soll die nachfolgende Beschreibung auf zwei Flüssigkeiten beschränkt werden, die wir als Flüssigj-ceit A und Flüssigkeit ό bezeichnen wollen. Ein Umschalten der Flüssigkeit wänrend des Vorgangs und ein' Gemisch von Flüssigkeiten"hat sich nicht als verfahrensmässig günstig erwiesen, und es besteht die allgemeine Tendenz, mit Gradienten-Eluierungs-Systemen zu arbeiten. Bei der Gradienten-Eluierung enthält das Elutionsmittel anfänglich eine feststehende Konzentration der Flüssigkeiten (im allgemeinen: 100 % A und kein B), und diese Konzentration wird allmählich verändert und durchläuft Zwischenwerte der Verteilung, bis eine zweite feststehende Konzentration der Flüssigkeiten erreicht ist (im allgemeinen: kein A und 100 % B). Um diesen Verlauf zu erreichen, werden im allgemeinen zwei Pumpen für konstanten Durchsatz verwendet. Mit einer dieser Pumpen wird Flüssigkeit aus einem Gefäß, das die Anfangskonzentration der beiden Flüssigkeiten (im allgemeinen: 100'% A und kein 3) enthält, in.die Säule gepumpt. Mit der zweiten Pumpe wird Flüssigkeit mit der geforderten Endkonzentration der beiden Flüssigkeiten (im allgemeinen: kein A und 100 % B) in das Gefäß gepumpt, das der ersten Pumpe zugeordnet ist, so daß die Konzentration der Flüssigkeit in dem Gefäß, aus dem die Säule gespeist wird, allmählich die Werte der Endkonzentration annimmt. Diese Methode hat einge Nachteile. Es sind zwei Pumpen nötig, und obwohl die Konzentrationsänderung ziemlich genau gesteuert werden kann, ist

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dieses System nicht geeignet, ganz bestimmte Konzentrationsänderungen herzustellen, um damit die Notwendigkeiten zu erfüllen, die bei speziellen Tests vorliegen können. In mancnen Fällen werden anstelle des oben beschriebenen Zweistufensystems zwei Proportional-Mengenregelungsventile in Verbindung mit den beiden Pumpen angewendet, und die Flüssigkeitsströmung durch die Ventile wird variiert, um die geforderte Konzentration nerzustellen. Dieses System ist deswegen nachteilig,weil die Strömung durch Proportional\mtile nur unter Schwierigkeiten, wenn überhaupt, mit einer gewissen Genauigkeit zu regulieren ist, insbesondere bei geringem Durchsatz, und deswegen kann auch die Konzentration nicht genau gesteuert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine zur Ausübung des Verfahrens geeignete Vorrichtung anzugeben, die eine Elutionsflüssigkeit liefern, in der die Konzentration der flüssigen Anteile genau bekannt ist. vielter soll die Erfindung die Aufgabe lösen, ein Elutionsmittel zu liefern, in dem die Konzentration der beiden flüssigen Partner zeitlich genau steuerbar ist. Ferner soll eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Elutionsmittels angegeben werden, in der die Konzentration der flüssigen Bestandteile zeitlich variierbar ist und in der die Einrichtungen zur Konzentrations steuerung eine flexible Steuerung der Flüssigkeitskonzentrationen in dem Elutionsmittel und der Schnelligkeit der Änderung dieser Konzentrationen ermöglicht. Ferner soll ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung angegeben werden, mit denen ein Elutionsmittel mit zeitlich variierbarer Flüssigkeitskonzentration mit Hilfe einer einzigen Pumpe geliefert werden kann.

Die Vorrichtung zum Herstellen eines Elutionsmittels ge-

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maß der Erfindung weist eine Quelle für eine erste Flüssigkeit und eine Quelle für eine zweite Flüssigkeit auf, sowie eine Dosiereinrichtung mit einem Mischbereicn, mit dem Mischbereich verbundenen Absperrmitteln und einer Programmsteuerung, die mit den Absperrmitteln verounden ist und sie betätigt, sowie schließlich Flüssigkeitszuführungen, im vorliegenden Fall eine Zuführung für eine erste Flüssigkeit bzw. eine Zuführung für eine zweite Flüssigkeit, welche Zuführungen zum Zuleiten der ersten bzw. der zweiten Flüssigkeit zu den Absperrmitteln dienen. Der Mischbereich wird dann unmittelbar an die Säule angeschlossen. Die 'Absperrmittel bestehen aus mindestens " zwei wirksamen Teilen: einem ersten wirksamen Teil zwischen der Zuleitung für die erste Flüssigkeit und dem Mischber eich und einem zweiten wirksamen Teil zwischen mindestens einem Teil der Zuleitung für die zweite Flüssigkeit und dem Mischbereicn. Die Programmsteuerung betätigt periodisch den einen oder den anderen wirksamen Teil der Absperrmittel, so daß der Mischbereich periodisch mit jeweils einer der beiden Flüssigkeiten versorgt wird.

Als Mischbereicn kommt jede Einrichtung in Betracnt, die die Mischung zwischen den beiden Flüssigkeiten in ausreichendem Maße bewirkt. Bei einer Ausbildung des Mischbereichs kann eine getrennte Mischkammer vorgesehen werden, deren Volumen beträchtlich grosser als das größte Flüssigkeitsvolumen ist, das in den Mischbereicn während des Zeitabschnitts, in dem einer der beiden wirksamen Teile der Absperrmittel getätigt wird, eintritt, und die Kammer kann mit einer Einrichtung ausgestattet werden, die die Flüssigkeiten in der Kammer gründlich vermischt, so daß die Mischung in der gesamten Kammer völlig nomogen ist. In einer einfacheren, aber noch ausreichend wirkungsvollen Ausführungsform wird der Mischbereicn allein durcn die Vermindungs leitungen zwischen den AbsperrmitteIn und der Säule

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"gebildet. Je nachdem, wie homogen die Mischung für den vorgesehenen Zweck ausfallen muß, kann das Volumen der Mischregion kleiner als, ebenso groß wie oder grosser als das größte Volumen sein, das in den Mischbereich während des Zeitraums eintritt, wenn einer der beiden wirksamen Teile der Absperrmittel in Tätigkeit ist. Man könnte annehmen, daß entweder ein ausgedehnter Mischbereich oder eine zusätzliche Mischvorrichtung, etwa eine eingeschaltete Glasfritte für die Herstellung eines Bereichs mit hoher Turbulenz, vorzusehen sind, jedoch hat es sich gezeigt, daß, von Anwendungsproblemen abgesehen, in . denen eine hohe Gleichförmigkeit erforderlich ist, ein ziemlich kleiner Raum in den Verbindungsronren allein für eine brauenbare Vermischung ausreicnt. Wenn beispielsweise

jedes wirksame Teil der Absperrmittel 0,25 cm Flüssigkeit durchtreten läßt, ergibt ein Mischbereich mit einem Volumen von 0,50 cm eine endgültige Vermischung am Ende des Mischbereichs, die periodische Veränderungen von höchstens 1,0 % aufweist. Wäre eine Variation zwischen 10 bis 20 % zulässig, so könnte der Rauminhalt des Mischbereichs sogar kleiner sein als das Flüssigkeitsvolumen, .das die Absperrmittel periodisch passiert. Es scheint, daß in diesem dynamischen System die wesentliche Vermischung durch Diffusion, Reibung, Wirbelströme und dergl. erfolgt·

Der Mischbereich ist ferner mit einer Einrichtung versehen, die es gestattet, einen Teil der jeweils in dem Mischbereicn befindlichen Flüssigkeit aus der Mischregion wegzuführen, wodurch ein Elutionsmittel geliefert wird, in dem die Konzentration jeder FlüssigKeit der Augenblickskonzentration jeder Flüssigkeit in dem Mischbereich in dem Augenblick, in dem die Flüssigkeit aus dem Miscnbereich abgeaogen wird, gleichwertig ist. Vorzugsweise wird die Flüssigkeit kontinuierlich aus dem Misch-

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bereicn an die Säule geliefert.

Als Absperrmittel können dienen: ein Dreiwegeventil, wobei dann einer der Durchlässe des Ventils den ersten wirksamen Teil bedeutet und der andere Durchlaß den zweiten wirksamen Teil; zwei getrennte Ventile, wobei dann jedes Ventil einen der wirksamen Teile der Absperrmittel darstellt; oder eine beliebige Auf-Zu-AnOrdnung, mit der Flüssigkeit aus einer Fluidleitung auf eine andere Fluidleitung geschaltet werden kann. Um die folgende Beschreibung zu vereinfachen, soll sie.auf ein System be-

k schränkt werden, das mit zwei getrennten Ventilen arbeitet. Diese Ventile können beliebig ausgeführt sein - beispielsweise als Magnetventil oder als druckluftbetätxgtes Ventil - , sofern es sich durch ein von aussen herangeführtes Signal betätigbar ist. Als Programmiereinrichtung kann demnach jede. Einrichtung dienen, die ein Signal erzeugt und den Ventilen zuführt, ein Signal,das die Ventile zu betätigen vermag. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Ventile als Magnetventile ausgeführt, und die Programmsteuerung besteht .aus einem elektronischen Signalerzeuger, der zwei elektronische Signale liefert, von denen das eine ein periodisches Signal ist und das andere eine monoton zunehmende

ψ Funktion darstellt. Die Programmsteuerung vermag ferner die Ventile zu steuern, indem das eine Ventil geöffnet wird, wenn der Augenblickswert des einen Signals den Augenblickswert des anderen Signals überschreitet, und dann das andere Ventil geöffnet wird, wenn der umgekehrte Fall eintritt.

Als erste und zweite Flüssigkeitszuleitung können zwei getrennte Pumpen dienen, die je nach den Umständen konstante Leistung oder konstanten Druck liefern können; in d er bevorzugten Ausführungsform wird jedoch mit einer ein-

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zigen Pumpe gearbeitet. Anstelle der zweiten Pumpe ist eine Speichericammer vorgesehen. Die einzige Pumpe allein arbeitet als Förderpumpe für die erste Flüssigkeit und fördert die erste Flüssigkeit in das erste Ventil. Die zweite Flüssigkeitszuleitung umfaßt sowohl die Speicherkammer, die mit der zweiten Flüssigkeit angefüllt werden kann, als auch die Pumpe. Die Pumpe ist mit der Speicherkammer und dem zweiten Ventil so verbunden, daß bei geöffnetem zweiten Ventil die von der Pumpe geförderte' erste Flüssigkeit benutzt wird, um die in der Speicherkammer befindliche zweite Flüssigkeit in das zweite Ventil zu treiben. Das Ventil kann in Strömungsrichtung gesehen entweder oberhalb oder unterhalb der Speicherkammer vorgesehen werden, und je nach den Erfordernissen der Anlage läßt sich eine Pumpe für konstante Leistung oder für konstanten Druck einsetzen. Die Speicherkammer ist so auszubilden, dali in dem Zeitabschnitt, in dem das System in Tätigkeit ist, praktisch keine Vermischung der ersten Flüssigkeit mit der zweiten Flüssigkeit eintritt. Eine SpeicherKammer in Form eines langen dünnen Rohres, das wesentlich mehr Flüssigkeit aufzunehmen vermag als in einer bestimmten Situation gebraucht werden muß, erfüllt diese Voraussetzung.

Die Arbeitsweise des oben angedeuteten Systems läßt sich am besten in Ve±>indung mit den Zeichnungen beschreiben, die folgendes darstellen:

Fig. 1 eine schematische Übersicht über die einfachste Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Übersicht über eine erste Ausführungsform einer verbesserten Version der Erfindung, bei der nur eine einzige Pumpe erforder-

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licht ist;

Fig. 3 eine schematische Übersicht über eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der nur· eine einzige Pumpe erforderlich ist;

Fig. 4 eine schematische Übersicht über die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Übersicht über eine Ausbildung ψ einer Vorrichtung, die zum Messen der aus der

Speicherkammer entnommenen Flüssigkeitsmenge dient;

Fig. 6 eine graphische Darstellung mehrerer möglicher Wellenfunktionen, die zum Steuern der Ventile verwendet werden/können, sowie der von ihnen erzeugten Programmi er folgeii!

Fig» 7 eine Kurvendarstellung einer möglichen Programmierfolge .

Nach Fig« 1 sind eine Quelle 11 für Flüssigkeit A und eine Quelle 12 für Flüssigkeit B vorgesehen und mit konstanten Druck ausübenden Pumpen 13 bzw. 14 verbunden. Diese Pumpen sind jeweils an eine Mischeinrichtung 15 angeschlossens die zwei Absperrventile 16 und 17, einen Mischbereich und eine (nicht gezeichnete) Programmsteuerung aufweist, die an die Ventile angeschlossen ist und die ßetätigaag der Ventile zn steuern vermag. Der Einfachheit halbei? ist in dieser und in den anderen Figuren der Mischbereich dureh eine getrennte Mischkammer 18 verdeutlicht_s obwohl eine derartige Kammer, wie oben erwähnt, nicht

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unentbehrlich ist. Die Pumpen 13 bzw. 14 sind an die Ventile 16 bzw. 17 angeschlossen, die beide mit der Mischkammer 18 verbunden sind. Von der Mischkammer 18 wiederum führt eine Verbindung zu der säulenchromatographisehen Anordnung 19, die aus einer Einlaßöffnung 20, einer Säule und einem Detektor 22 besteht. Die Säulenanordnung ihrerseits entwässert in einen Ablauf 23. Das hier beschriebene Eluierungssystem ist für alle Anwendungen brauchbar, bei denen in einer Mischung eine einwandfrei überwachte oder veränderte Konzentration von Flüssigkeiten erforderlich ist, der Einfachheit halber soll das System aber in seiner Anwendung bei einem System für die Lieferung des Elutionsmittels zur FlüssigkeitsChromatographie beschrieben werden. Die Anordnung zur Chromatographie soll, da sie lediglich zur Erläuterung der Anwendung der Erfindung dient, nicht im einzelnen beschrieben werden.

Die Absperrventile 16 und 17 stellen in Ruhe geschlossene Absperrventile dar, die von einem äusseren Signal gesteuert werden können. Typische Beispiele für derartige Ventile sind als Magnetventile oder druckluftbetätigte Ventile bekannt. Man könnte auch ein durch ein Signal betätigtes Dreiwegeventil oder ein beliebiges Ventilsystem verwenden, das zuverlässig in gesteuerten Zeitintervallen von einer Flüssigkeit auf eine andere umgesteuert werden kann. Der besseren Übersichtlichkeit halber wollen wir die Beschreibung im folgenden auf Magnetventile und elektronische Programmsteuerungen beschränken. Natürlich kann stattdessen aber ein beliebiges von aussen betätigbares Ventil und eine Programmsteuerung benutzt werden, die dieses Ventil zu steuern vermag.

Die konstanten Druck liefernden Pumpen fördern im Betrieb ihre Flüssigkeiten in das jeweils zugeordnete, in Ruhe ge-

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schlossene Absperrventil. Die Programmsteuerung öffnet dann eines der Ventile für die Dauer eines vorbestimmten Zeitabschnitts. Nachfolgend soll angenommen werden, daß immer die Flüssigkeit A als erste Flüssigkeit fließt und daß infolgedessen das Ventil 16 geöffnet wird; es kann aber in Wirklichkeit auch umgekehrt sein. Ein bestimmtes Volumen der Flüssigkeit A tritt in die Mischkammer άη.. Nun schaltet die Programmsteuerung das Ventil 16 an. und betätigt das Ventil 17 für die Dauer eines zweiten Zeita bschnitts, so daß ein bestimmtes Volumen der Flüssigkeit B in die Mischkammer eintreten kann. Unter normalen Umständen würde die anfängliche Flüssigkeitsmischung in der Mischkammer zu 100 % aus Flüssigkeit A, ohne einen Anteil an Flüssigkeit B, bestehen. Um anfänglich die Kammer zu füllen,müßte daher das Ventil 16 periodisch oder während langer Zeit geöffnet gehalten werden, bis die Mischkammer mit Flüssigkeit A gefüllt wäre, und das Ventil 17 würde geschlossen bleiben. Das Volumen der Mischkammer ist bei dieser Ausführungsform grosser als das FlüssigleLtsvolumen, das jedes Ventil der Programmsteuerung entsprechend während jeweils eines Arbeitsspiels bei periodisch geöffneten Ventilen hindurchtreten lassen kann. Unter Arbeitsbedingungen, die ein hohes Maß von Gleichförmigkeit erfordern, darf nur ein Bruchteil des zum Füllen der Mischkammer erforderlichen Volumens durch das Ventil fliessen. Das einer chromatographischen Säule zuzuführende Eluierungsmittel kann unter hohem Druck zugeführt werden, kann aber auch unter dem Einfluß der Schwerkraft durch die Säulen wandern. Wir wollen unsere Erörterungen auf die erstgenannte, schwierigere Situation beschränken, wenn die Mischkammer vollständig mit der Anfangskonzentration gefüllt werden muß. Unter diesen Umständen kann es zweckmässig sein, auf der Mischkammer ein Ablaßventil vorzusehen, um in der Kammer eingeschlossene Luft abzublasen oder den Wechsel der Flüssigkeiten in der Kammer zu erleichtern. Es sei vorausge-

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setzt, daß die Mischkammer vollständig mit Flüssigkeit A gefüllt ist, daß die Programmsteuerung die Konzentration in der Mischkammer zu ändern nat, während die Flüssigkeit in der Kammer unter Druck - unter dem von den Pumpen 13 und IH ausgeübten Druck - in die Säule geleitet wird. Die einfachste Situation wäre_s daß die Endmischung zu 100 % aus der Flüssigkeit B bestände und keine Flüssigkeit A enthielte. Ein Weg, um diese Konzentration zu erreichen, wäre, daß die Programmsteuerung das Ventil 17 betätigen und das Ventil 16 überhaupt nicht betätigen würde. Wenn eine wesentliche Homogenität der Mischung am Ende der Mischkammer nächst der Säule nicht erreicht wird, dann ist die Präzision und die Reproduzierbarkeit der der Säule zugeleiteten Konzentration dürftig, und die sich ergebenen chromatographisehen Bestimmungen sind mangelhaft·

Bei de« erwähnten Vorgehen wird das Ventil 17 periodisch oder ständig geöffnet, wobei kleine Volumina der Flüssigkeit B in die in der Mischkammer befindliche flüssigkeit eingeleitet werden. Allmählich nimmt die Konzentration der Flüssigkeit B in der Mischkammer zu, bis die Mischkammer am Ende nur Flüssigkeit B enthält. Es ist offensichtlich, daß in manchen Fällen die Zuführung von Flüssigkeit A₁ die in der Mischkammer enthalten ist, nicht ausreicht, um die Änderung von der* Anfangskonzentration zur Endkonzentration in einer Weise ablaufen zu lassen _t die den Anforderungen der mexsten Eluierungsvorrichtungen entspricht. In diesem Fall muß die Programmsteuerung abwechselnd das Ventil 16 und das Ventil 17 betätigen, um die Zuführung von Flüssigkeit A in die Mischkammer aufrechtzuerhalten» herden die Ventile 16 und 17 abwechselnd gleich lange Zeit geöffnet, wird die EndkonzentratloK 50 % Flüssigkeit A and 50 % Flüssigkeit ä betragen. Um eine Endkonzentration von 100 % der Flüssigkeit B zu erreichen, muß die Zeitdauer, während

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welcher das Ventil 16 offengehalten wird, allmählich bis auf Null herabgesetzt werden. Das geht im allgemeinen mit einer Verlängerung der Zeitdauer einher, während welcher das Ventil 17 geöffnet gehalten wird. Die relativen Zeitdauern bestimmen sich durch die Betriebserfordernisse der Anlage. Wenn eine bestimmte Konzentration verlangt wird, kann jedes Ventil so programmiert werden, daß es für eine bestimmte, unterschiedliche Zeitdauer geöffnet gehalten wird, die die verlangte Konzentration festlegt, und diese Konzentration kann aufrechterhalten werden, indem die Ventilöffnungsdauern während des ganzen Betriebs unverändert gehalten werden.

Fig. 7 zeigt die Vielseitigkeit einer solchen Anlage, tfenn der Experimentator die günstigste Flüssigkeitskonzentration nicht kennt, kann die Anfangskonzentration auf einen vernünftigen Wert eingestellt und das Ergebnis betrachtet werden. Ist es unzureichend, kann die Konzentration allmählich geändert werden, bis die geforderte oder Endkonzentration erreicht ist, an welchem Punkt die Konzentration auf dem gewünschten Niveau festgehalten werden kann. Wenn festgestellt wird, daß eine Gradienteneluierung, d.h. ein Übergang von einer Konzentration zu einer anderen, zweckmässig ist, die optimale Änderungsrate aber nicht bekannt ist_s so läßt sich die Rate einfach dadurch verändern, daß die Ventile so programmiert werden, daß sie mit unterschiedlicher relativer Frequenz öffnen, bis die optimale Änderungsrate ermittelt ist.

Fig. 2 zeigt eine verbesserte Version der in Fig. 1 gezeichneten Anlage. Die einzige Änderung .Desteht darin, daß cle Pumpe 14 durch einen Flüssigkeitslieferer ersetzt ist_a der aus einer Speieherkammer 25 besteht, die zwischen das Ventil 17 und die Pumpe 13 geschaltet ist.

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. Die Speicherkammer wird zunächst mit Flüssigkeit B aus der Quelle 12 gefüllt, indem man das Ventil 24 öffnet, so daß die Kammer sich unter Schwerkraftwirkung füllt. Dann wird das Ventil 24 geschlossen und die einen konstanten Druck ausübende Pumpe 13 arbeitet abwechselnd, um ein Quantum Flüssigkeit A unmittelbar zu dem Ventil 15 und ein Quantum Flüssigkeit A in die Speicherkammer zu fördern, damit die in der Speicherkammer befindliche" Flüssigkeit B zum Ventil 17 gedrückt wird. Der Vorzug dieser Anordnung liegt darin, daß eine einzige Pumpe benutzt werden kann, so daß die Anlage weniger kostspielig wird, und daß ferner beide Flüssigkeiten unter dem gleichen konstanten Druck oder mit gleicher Strömungsgeschwindigkeit an ihre jeweiligen Ventile gefördert wird. Werden zwei Pumpen verwendet, ist es nicht leicht, die letztgenannte Bedingung einzuhalten, weil es schwierig ist, die von den verschiedenen Pumpen ausgeübten Drücke oder Strömungsgeschwindigkexten einander anzupassen. Die Speicherkammer ist so auszubilden, daß keine wesentliche Vermischung zwischen der Flüssigkeit A und der Flüssigkeit B stattfindet, wenn die FlussigkeitA zum Verdrängen der Flüssigkeit B in Richtung auf das Ventil 17 benutzt wird. Ferner muß in der Speicherkammer eine ausreichende Menge der Flüssigkeit B gehalten werden, um den Eluierungsv organg vollständig ablaufen lassen zu können. Eine lange, enge Speicherkammer, etwa ein langes enges Rohr genügt diesen Bedingungen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der gleichen Anordnung. Bei dieser Ausführung sind die beiden Ventile und 17 durch ein einziges Dreiwegeventil 26 ersetzt worden, und die einen konstanten Druck liefernde Pumpe 13 ist durch eine Pumpe 27 mit konstanter Förderleistung ersetzt worden. Das Ventil 26 liegt in Strömungsrichtung oberhalb der Speicherkammer 25 und nicht unterhalb der

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Kammer, es ließe sich aber auch ohne weiteres unterhalb der Kammer anordnen. Die Arbeitsweise der Anordnung ist die gleiche wie bei der Anordnung nach Fig. 2.

Fig. 4 zeigt die bevorzugte Ausbildungsform der Eluierungseinrichtung. Bei dieser Ausfünrungsform sind Flüssigkeit squellen 11 bzw. 12 mit Standgläsern 30 bzw, 31 vorgesehen, damit der Stand der beiden Flüssigkeiten überwacht werden kann. Die Speicherkammer hat die Form einer langen dünnen Rohrschlange 34, die durch Schwerkraft- oder Druckwirkung durch das Ventil 24 hindurch gefüllt wird. Um das Füllen der Kammer 34 zu erleichtern, kann der Flüssigkeitsbehälter 12 über die Ventile 32 bzw. 33 mit Luft bzw. Vakuum beaufschlagt werden. Die Speicherkammer ist über das Ventil 36, das in Ruhe geschlossen ist, unmittelbar mit dem Ablauf 23 verbunden; das Ventil 36 dient sowohl zum Entleeren als auch zum Erleichtern des Füllens der Speicherkammer. Die in stromauf gelegene Seite (unteres Ende) der Speicherkammer steht über das Ventil 35 mit der Pumpe 13 in Verbindung; das Ventil 35 wird geöffnet, wenn die Flüssigkeiten den ihnen zugeordneten Ventilen zugeführt werden. Die Arbeitsweise der Anordnung entspricht derjenigen der Anordnung nach Fig.

. Die Speicherkammer wird gefüllt, und die Ventile 24 und 36 werden geschlossen. Das Ventil 35 ist offen, und die Pumpe 13 wird dazu verwendet, dem Ventil 16 Flüssigkeit A zuzuführen und die in der Speicherkammer 34 enthaltene Flüssigkeit gegen das Ventil 17 zu treiben. Die dem Programm gemäß hergestellte Mischung wird durch die Säule in einen Ablauf 23 gedrückt. Es ist darauf zu achten, daß beim Betreiben der Anordnung nicht versehentlich die Flüssigkeit B während eines zu lang ausgedehnten Betriebs aus der Speicherkammer 34 entfernt wird, so daß nur Flüssigkeit A in die Mischkammer eingeführt wird· Um das zu

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verhindern, kann eine Einrichtung vorgesehen werden, mit der die Menge der verbrauchten, ursprünglich in der Speienerkammer enthaltenen Flüssigkeit verfolgt werden kann. Dazu sind ein Steuerorgan 37 und ein Auffanggefäß 38 vorgesehen. Als Steuerorgan ist gemäß Fig. ** ein Dreiwegeventil angeordnet. Das Dreiwegeventil ist so angebracht, daß es sich, wenn das Ventil 17 offen ist, in der gezeichneten Stellung befindet, und ein Flüssigkeitsvolumen, das dem Flussigkeitsvolumen gleich ist, das durch das Ventil 17 gelaufen ist, wird bei geschlossenem Ventil 39 in dem Auffanggefäß 38 gesammelt. Wenn das Ventil 17 geschlossen ist, wird das Dreiwegeventil um eine Vierteldrehung nach links verstellt, und die Flüssigkeit läuft unmittelbar in den Ablauf. Der Flüssigkeitsspiegel in dem Aufanggefäß 38 gibt ein Maß für die Menge der Flüssigkeit B, die noch in der Speicherkammer verblieben ist, so daß sie ergänzt werden kann, ehe der Vorrat erschöpft ist. Wenn die Untersuchung beendet ist, wird das Auffanggefäß 38 durch cbs Ventil hindurch entleert.

Zweckmässigerweise wird das Steuerorgan 37.durch das gleiche Signal betätigt wie das Ventil 17. Fig. 5 zeigt, wie eine solche Betätigung auf einfache Weise vorgenommen werden kann. Die den Detektor 22 verlassende Flüssigkeit wird durch ein biegsames Rohr S3 geleitet, das an der Stange SH angebracht ist, die ihrerseits einen Teil eines. Solenoidsystems 55 bildet. Es sind zwei Auffanggefäße vorgesehen. Das eine Gefäß, 52, führt direkt in den Ablauf 23; das andere Gefäß, 50, führt über das Ventil 39, das in Ruhe geschlossen ist, zum Ablauf 23. An dem Auffanggefäß 50 kann ein Standglas 51 angebracht werden. Wird das Ventil 17 durch ein elektrisches Signal betätigt, so wird auch das Solenoid 55 erregt, und das biegsame Rohr 5 3 wird

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über das Auffanggefäß 50 gestellt. Wird das Ventil 17 geschlossen, so lenkt das Solenoid 55 das Diegsame Ronr in seine Stellung über dem Ablauf 23 zurück. Das ist ein brauchbarer Weg, wie eine Flüssigkeitsmenge aufgefangen werden kann, die dem durch das Ventil 17 laufenden Volumen gleich ist, aber natürlich kann auch jede andere, dem Fachmann bekannte brauchbare Lösung verwendet werden.

Einer der größten Vorteile der beschriebenen Anordnung ist ihre vielseitige Anwendbarkeit. Die Anfangs- und die Endkonzentration des Eluierungsmittels lassen sich leicht einstellen, und auch die Änderungsrate dieser Konzentration kann ohne weiteres festgelegt werden. Fig. 6 zeigt eine Programmfolge, die zur Veränderung der Konzentration in dem Eluierungsmittel verwendet werden kann. Die Anordnung arbeitet mit zwei elektronischen Signalen; das eine Signal, das Signal 60, stellt eine periodische Sägezahnwelle dar, das andere Signal, das Signal 62, ist ein Auslösesignal, das in diesem Fall linear anwächst. Die Programmsteuerung, ein elektronischer Signalgenerator, erzeugt gleichzeitig zwei Signale und vermag ein Ventil zu betätigen, wenn der Augenblickswert der Sägezahnwelle grosser ist als der Augenblickswert des Auslösesignals; er vermag das andere Ventil zu betätigen, wenn der Augenblickswert

w der Sägezahnwelle kleiner ist als der Augenblickswert des Auslösesignals. Wenn das Ventil lö das erste Ventil ist, so gibt der schraffierte Bereich des BäLkens unter dem Diagramm das zeitliche Intervall an, in dem Flüssigkeit A in die Mischkammer gegeben wird, und die nicht schraffierten Bereiche geben die zeitlichen Intervalle an, in denen Flüssigkeit B zugeführt wird, die relativen Zeitdauern hängen von den Arten der erzeugten Funktionen ab. Wenn man von den vielfältigen Möglichkeiten der elektronischen Erzeugung von Funktionen Gebrauch macht, kann praktisch jede Programmfolge hergestellt werden. Fig. 6 stellt

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eine brauchbare Programmfolge dar. Eine Sägezahnwelle 60 in Kombination mit einem beliebigen, monoton anwachsenden Auslösesxgnal beliebiger Gestalt, etwa nach Signal 63, stellt eine weitere brauchbare Folge dar. Ein lineares Auslösesxgnal 62 in Kombination mit einem periodischen Signal beliebigen Verlaufs wäre ebenfalls brauchbar.

Die obige Beschreibung diente dazu, die Nützlichkeit und die Arbeitsweise der Erfindung zu verdeutlicnen. Es wird beansprucht, daß mehr als zwei Flüssigkeiten auf diese Weise behandelt werden können, und der Fachmann ist in der Lage, die beschriebene Anordnung in mannigfacher Weise abzuwandeln. Die Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen Ausfuhrungsformen beschränkt.

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Claims

PDC-1286 12. MsI 1971 At P at entansprüche

1. Vorrichtung zum Erzeugen eines Eluierungsmittels, dadurch gekennzeichnet, daß (a) eine Quelle (11) einer ersten Flüssigkeit (A) vorgesehen ist, ferner (b) eine Quelle (12) einer zweiten Flüssigkeit (B), (c) Flüssig-

fe keitsleitungen an der Quelle (11) der ersten Flüssigkeit (A), (d) Flüssigkeitsleitungen an der Quelle (12) der zweiten Flüssigkeit (B), (e) eine Dosiereinrichtung (15) mit einem Mischbereich, daran angeschlossene Absperrmittel und eine mit den Absperrmitteln verbundene Programmsteuerung, daß ferner die Absperrmittel aus mindestens zwei wirksamen Teilen besteht, nämlich einem ersten wirksamen Teil zwischen der ersten Flüssigkeitsleitung und dem Mischbereich, so angeordnet, daß der Mischbereich mit der ersten Flüssigkeit (A) versorgt wird, wenn der erste wirksame Teil betätigt wird, und einem zweiten wirksamen Teil zwischen mindestens einem Teil der zweiten Flüssigkeitsleitung und dem

' Mischbereich, so daß der Mischbereich mit der zweien Flüssigkeit (B) versorgt wird, wenn der zweite wirksame Teil betätigt wird, und daß die Programmsteuerung periodisch die Zeit zu steuern vermag, in der jeder wirksame Teil der Absperrmittel betätigt wird, wobei der Mischbereich eine Anordnung aufweist, die es ermöglicht, daß ein Teil der in dem Mischbereich vorhandenen Flüssigkeit aus dem Mischbereich entfernt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß das Volumen des Mischbereichs grosser ist als das maximale Volumen der Flüssigkeit, die den Mischbereich während des Zeitabschnitts erreicht, in dem einer der wirksamen Teile der Absperrmittel betätigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrmittel aus einem Dreiwegeventil bestehen, dessen einer Zweig den ersten wirksamen Teil darstellt, während der zweite Zweig dem zweiten wirksamen Teil entspricht.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrmittel aus zwei getrennten Absperrventilen bestehen, und daß das erste Ventil (16) den ersten wirksamen Teil darstellt, während das zweite Ventil (17) dem zweiten wirksamen Teil entspricht.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis U, dadurch gekennzeichnet,daß der Mischbereich eine Mischkammer (18) aufweist, deren Volumen wesentlich grosser ist als das maximale Flussigkeitsvolumen, das in die Mischkammer (18) während des Zeitabschnitts eintritt, in dem einer der beiden wirksamen Teile der Absperrmittel betätigt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkeitsleitung

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aus einer ersten Pumpe (13) besteht und die zweite aus einer zweiten Pumpe (14).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (13, 14) konstanten Druck ausüben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (13, IU) konstante Förderleistung

* haben.

Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flüssigkeitsleitung eine mit der Quelle (11) der ersten Flüssigkeit (A) verbundene Pumpe (13) ist, daß die zweite Flüssigkeitsleitung eine Speicherkammer (25) ist, die mit der Quelle (12) der zweiten Flüssigkeit (B) verbunden und mit der zweiten Flüssigkeit (B) gefüllt ist, und daß die Dosiereinrichtung (15) einen Mischbereich mit daran angeschlossenen AbsperrmitteIn und an die Absperrmittel angeschlossener Programmsteuerung aufweist, wobei die Absperrmittel mindestens zwei wirksame Teile aufweist, deren erster zwischen der Pumpe (13) und dem Mischbereich so angeordnet ist, daß der Mischbereich mit der ersten Flüssigkeit (A) versorgt wird, wenn der erste wirksame Teil betätigt wird, und deren zweiter wirksamer Teil mit der Speicherkammer (25) verbunden ist, wobei die Speicherkammer (25) und der zweite wirksame Teil der Absperrmittel zwischen der Pumpe (13) und dem Mischbereich derart angeordnet ist,

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daß der Mischbereich mit der zweiten Flüssigkeit (B) versorgt wird, wenn der zweite wirksame Teil betätigt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet," daß die Absperrmittel aus einem Dreiwegeventil bestehen, das in Strömungsrichtung unterhalb der Speiche rkammer (25) liegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperrmittel aus einem Dreiwegeventil bestehen, das in Strömungsrichtung oberhalb der Speicherkammer liegen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkanuner aus einem langen engen Rohr besteht und die Pumpe mit konstantem Druck arbeitet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkammer als langes enges Rohr ausgebildet ist und die Pumpe konstante Leistungliefert,

. Vorrichtung nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Absperrventil druckluftbetätigt sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

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daß das erste und das zweite Absperrventil Magnetventile sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß als Programmsteuerung ein elektrischer Signalgenerator dient.

17. Verfahren zum Erzeugen eines Eluierungsmittels, das aus zwei Flüssigkeiten in zeitlich sich ändernder Konzentration besteht, dadurch gekennzeichnet, daß (a) eine erste Flüssigkeit (A) aus einer ersten Quelle zu einem ersten wiksamen Teil eines in Ruhe geschlossenen Absperrmittels geleitet wird, (b) daß eine zweite Flüssigkeit (B) aus einer zweiten Quelle zu einem zweiten wirksamen Teil des in Ruhe geschlossenen Absperrmittels geleitet wird, (c) daß abwechselnd der erste wirksame Teil der Absperrmittel während eines ersten Zeitabschnitts bestimmter Länge* betätigt wird, damit ein erstes bestimmtes Volumen der ersten Flüs-" sigkeit (A) einen Mischbereich erreicht, und daß dann

der zweite wirksame Teil des Absperrmittels während eines zweiten Zeitabschnitts bestimmter Länge betätigt wird, damit ein zweites bestimmtes Volumen der zweiten Flüssigkeit (B) den Mischbereich erreicht und sich mit dem ersten bestimmten Volumen der ersten Flüssigkeit zu einem Gemisch mit einer bestimmten Konzentration von erster und zweiter Flüssigkeit vermischt, und daß (d) ein Teil des Gemischs den Mischbereich verlassen kann, wodurch ein Eluierungsmxttel hergestellt ist, das eine Konzentration an erster und zweiter Flüssigkeit

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aufweist, dessen momentane Konzentration gleich der momentanen Konzentration der ersten und der zweiten Flüssigkeit am stromab gelegenen Ende des Mischbereichs in dem Augenblick ist, in dem der Teil dieses Gemischs den Mischbereich verläßt.

18. Verfahren nach Anspruch 18, dsdurch gekennzeichnet, daß die erste bzw, die zweite festgesetzte Zeitdauer, während welcher der erste bzw. der zweite wirksame Teil des Absperrmittels betätigt wird, variiert werden, wodurch die Konzentrationen der ersten bzw. der zweiten Flüssigkeit in der Mischung allmählich geändert werden.

19. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Flüssigkeit zu einem ersten wirksamen Teil des Absperrmittels mittels einer Pumpe gefördert wird, und daß die zweite Flüssigkeit einem zweiten wirksamen Teil des Absperrmittels durch Übertragen eines Quantums der zweiten Flüssigkeit in eine lange enge Speicherkammer zugeführt wird, die an den zweiten wirksamen Teil des Absperrmittels angeschlossen ist, und daß durch Betätigen des zweiten wirksamen Teils des Absperrmittels die erste Flüssigkeit, die normalerweise dem Mischungsbereich durch den zweiten wirksamen Teil des Absperrmittels zugeführt wird, die zweite Flüssigkeit, die in der Speicherkammer enthalten ist, in den Mischbereich drückt.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,

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daß das erste und das zweite Absperrventil als Magnetventile ausgeführt sind, und daß der Schritt, das erste bzw. das zweite festgelegte Zeitintervall, während dessen das erste bzw. das zweite Ansperrventil geöffnet sind, zu variieren, durch Erzeugen eines zeitlich veränderlichen elektrischen Signals bewirkt wird, das abwechselnd zunächst dem einen und dann dem anderen der beiden Absperrventile zugeführt wird.

21. Verfahren zum Erzeugen eines Eluierungsmxttels aus zwei Flüssigkeiten nit unverändert bleibender Konzentration, dadurch gekennzeichnet, daß (a) eine erste Flüssigkeit einem ersten, in Ruhe geschlossenen Absperrventil bei gleichbleibendem Druck zugeführt wird, daß (b) eine zweite Flüssigkeit einem zweiten, in Ruhe geschlossenen Absperrventil bei gleichbleibendem Druck zugeführt wird, daß (c) abwechselnd das erste Absperrventil während eines ersten bestimmten Zeitintervalls geöffnet wird, so daß ein erstes feststehendes Volumen der ersten Flüssigkeit in einen Mischbereich eintreten darf, und daß dann das zweite Absperrventil während eines zweiten bestimmten Zeitintervalls geöffnet wird, so daß ein zweites feststehendes Volumen der zweiten Flüssigkeit in den Mischbereich eintreten darf, um ein Gemisch aus der ersten und der zweiten Flüssigkeit in unveränderlicher Konzentration herzustellen und daß (d) ein Teil der Mischung den Mischbereich zu verlassen vermag, wodurch ein Eluxerungsmxttel mit einer festen Konzentration der ersten und der zweiten Flüssigkeit erzeugt wird.

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22. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung einer zweiten Flüssigkeit zu dem zweiten Absperrventil dadurch erfolgt, daß zunächst ein Quantum der zweiten Flüssigkeit in eine lange enge Speicherkammer übertragen wird und dann ein Quantum der ersten Flüssigkeit, die normalerweise dem ersten Absperrventil zugefünrt wird, benutzt wird, um die in der Speicherkammer enthaltene zweite Flüssigkeit an das zweite Absperrventil zu drücken.

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