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"Verwendung eines Dichtemessgerätes in Flüssigkeitschromatographen"
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Dichtemessgerätes, mit dem die
Dichte von Flüssigkeiten nach dem Prinzip der Bestimmung der Eigenfrequez eines
die Flüssigkeit enthaltenden, mechanischen Schwingungsgebildes gemessen wird, in
Flüssigkeitschromatographen.
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In der Flüssigkeitschromatographie ist es üblich, der chromatographischen
Trennsäule einen Detektor nachzuschalten, dessen Aufgabe darin besteht, die einzelnen
Stoffe zu identifizieren, die, voneinander getrennt, nacheinander zusammen mit der
Trägerflüssigkeit aus der Trennsäule ausgespült werden. Die vom Detektor als Funktion
der Zeit registrierte Konzentrationsverteilung der Stoffe ermöglicht durch Integration
auch die quantitative Ausw@rtung der zu analysierenden Substanz.
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Als Detektoren werden in der Flüssigkeitschromatographie Photometer
und Refraktometer benutzt. Der Einsatz dieser Detektoren ist aber beschränkt. So
ist ihr Einsatz nicht möglich, wenn die Trägerflüssigkeit für die verwendete, im
ultravioletten oder im sichtbaren Spektralbereich l.i.egende Identifizierungs-Wellenlänge
undurchlässig ist. Auch wenn beispielsweise die Absorptionsbanden des zu iderLtifizierenden
Stoffes in nicht zuganglichen Wellenlängenbereiche des Photometers liegen, sind
diese detektoren nicht anwendbar.
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Auch ist es auf dem Gebiet der Flüssigkeitschromatographie bekannt,
aus der Wanderungsgeschwindigkeit der @robesubstanz in der Trennsäule auf den i.n
der Probesubstanz enthaltenen Stoff zu schliessen. Diesc Methode ist aber sehr ungenau
für die Identifizierung eines von mehreren in einer Probesubstanz enthaltenen Stoffen.
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Bekannt ist aus der deutschen Patentschrift 1 648 953 eine Vorrichtung
zur Ne sung der Dichte einer Flüssigkeit durch Bestimmung der Eigenfrequensz eines
mechanischen Schwingungsgebildes. In der Nasse des Schwingungsgebildes in Form einer
einseitig eingespannten, rohrförmigen Schwinggabel ist die Nasse des zu messenden
Stoffes enthalten. Das Schwingungsgebilde wird auf elektrodynamischem Wege zur ungedämpften
Schwingung angeregt. Die Frequenzmessung erfolgt elektronisch.
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Mit diesem bekannten Messgerät lassen sich Genauigkeiten in der Dichtemessung
von 10-6g/cm3 erreichen. Dazu ist aber erforderlich, dass die Entdämpfung des mechanischen
Schwingungsgebildes phasenrein erfolgt, was dadurch erzielt wird, dass der Erregerv
erstärker als galvanisch gekoppelter Differenzverstärker ausgebildet ist. Solche
Dichtemessgeräte finden Anwendung auf dem Gebiet der Ultrazentrifugenmessungen und
Streumessungen von Röntgenstrahlen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Detektor für die Flüssigkeitschromatographie
zu finden, dessen Anwendungsbereich bei gleichbleibender, sehr hoher Genauigkeit
weder durch die Trägerflüssigkeit noch durch den zu identifizierenden Stoff eingeschränkt
wird und der darüberhinaus eine kontinuierliche Messung, das heisst, bei kontinuierlichem
Durchfluss, gestattet, ohne dass für die Messung selbst ein grösseres Volumen an
Messsubstanz erforderlich ist.
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Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäss durch die Verwendung eines
ein U- oder V-förmiges Schwingungsrohr aufweisenden.
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Dichtemesegerätes, mit dem die Dichte v-on Flüssigkeiten nach dem
Prinzip der Bestimmung der Eigenfrequenz des die Flüssigkeit enthaltenden Schwingunger@hres
gemessen wird und wobei das einseitig eingespannte Schwi.ngungsrohr im Bereich scines
grössten Abstandes von seiner Einspannstelle zu Eigenschwingungen erregt wird, als
Detektor zur Identifizierung und/oder Messung der Konzentration bzw. Konzentrationsverteilung
einzelner Stoffkomponenten in der Trägerflüssigkeit eines Flüssigkeitschromatographen.
Insbesondere hat sich für Hechdruckflüssigkeitschromatographen die Verwendung eines
solchen Dichtemessgerätes bewehrt, bei dem der Ilanendurchmesser des U-oder V-förmigcn
Schwingungerohres 0,5 mm nicht übersteigt. Bei drucklosen FliissigReitschromeltographen
können auch Schwingungerohre verwendet werden, deren Innendurchmesser grosser ist,
also beispielsweise 1,0 mm beträgt. Durch die Verwendung von Schwingungsrohren mit
grösseren lnnendurchmessern wird allerdings das Auflösungsvermögen der Dichtemessung
etwas vermindert.
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Durch die erfindungegemässe Verwendung der Di.cht-emessgeräte als
Detektoren für Flüssigkeitschromatographen ergibt sich insbesondere der Vorteil,
dass hierdurch der Nachweisbereich des Chromatographen erheblich erweitert wird
und nunmehr auch Stoffe durch Flüssigkeitschromatographie identifiziert und/oder
ihre Konzentration bzw. Konzentrationsverteilung gemessen werden können, die mittels
der bekannten, bisher verwendeten Photometer oder Refraktometer infolge von Absorptionsbanden
im nicht zugänglichen Wellenlängenbereich des Detektors nicht nachweisbar waren.
Die erfindungsgemässe Verwendung von Dichtemessgeräten der charakterisierten Art
als
Detektoren hat noch den Vorteil, dass nunmehr beliebige Trägerflüssigkeiten verwendet
werden können, also beispielsweise auch Elektrolyt-Lösungen, die wegen ihrer Absorptionsbanden
bei Verwendung von J?hotometern nicht als 9?rägerflüssigkeit benutzt werden können.
Selbstverständlich setzt die erfindungsgemässe Verwendung von Dichtemessgeräten
als Detektoren in der Flüssigkeitschromatographie voraus, dass zwischen Trägerflüssigkeit
und zu identifizierendem Stoff ein genügend grosser Dichteunterschied, beispielsweise
von etwa 0,01 g/m3, vorhanden sein muss.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, zwei Schwingungsrohre, die in
gleicher Weise zur Eigenfrequenz erregt werden, in Differenzschaltung zu verwenden,
wobei das eine Schwingungsrohr nur von Trägerflüssigkeit, die gegebenenlalls in
vorbestimmter Weise verändert wird, und das andere von der Trägerflüssigkeit, die
gegebenenfalls in vorbestimmter Weise verändert wird und die den zu identifizierenden
Stoff enthält, durchströmt wird. Dann registriert man die Änderung der Schwingungsdifferenz
der beiden zu Eigenfrequenzen erregten Schwingungsrohre und kann damit Einflüsse,
die aus einer Veränderung der Trägerflüssigkeit resultieren, eliminieren.
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In der Abbildung ist schematisch eine Anordnung dargestellt, in der
die Verwendung eines Dichtemessgerätes der charakterisierten Art in der Flüssigkeitschromatographie
dargestellt ist.
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Aus der chromatographischen Trennsäule 1 gelangt der zu identifizierende
Stoff mittels der Trägerflüssigkeit über einen Zulauf 2 in das beispielsweise U-förmig
ausgebildete Schwingungsrohr 3, das an seinem einen Ende in einen Kalter 11 eingespannt
ist. über einen Ablauf 4 ist das Schwingungsrohr
in dem Ausführungsbeispiel
mit einem Fraktionssammler 5 verbunden. Die den zu identifizierenden Stoff enthaltende
Trägerflüssigkeit fliesst kontinuierlich durch das Schwingungsrohr 3. Dieses Schwirgungsrohr
wird im Bereich seincs grössten Abstandes von der Einspannstelle, also im Bereich
seiner Spitze, mittels eines Erregers , beispielsweise mittels eines Elektromagneten,
zu Eigenschwingungen erregt.
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Mit dem Erreger gekoppelt ist gleichzeitig ein Frequenzabnehmersystem.
Diese Erreger- und Frequenzabnehmereinheit ist mit einem Erregerverstärker 7 verbunden,
der wiederum üLer einen digitalen Frequenzmesser und dieser über einen Digital-Analog-Wandlex
mit einen Schreiber verbunden ist, der die Dichte der durch das Schwingungsrohr
hindurchgeleiteten Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Zeit aufzeichnet.
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Wie strichliert angedeutet, kann der Digital-Analog-Wandler mit der
Steuereinheit 12 für den Fraktionssammler verbunden sein, um nach Durchlauf einer
Fraktion durch das Schwingungsrohr ein Steuersignal auszulösen, welches den Ersatz
eines gefüllten Bechers des Fraktionssammlers durch einen noch leeren Becher bewirkt.
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Nachfolgend wird ein Beispiel für die erreichbare Auflösung gegeben:
Verwendet wird ein Schwingungsrohr mit einem inneren Durchmesser von 0,5 mm und
einer Gesamtlänge von 150 mm. Das Gesamtvolumen der Flüssigkeit im-Schwingmngsrohr
beträgt dann 0>0295 ml. Als Trägerflüssigkeit wird Wasser gewählt mit einer absoluten
Dichte d40- 0,999 g/cm3. Es soll Methanol identifiziert werden, und die Genauigkeit
der Dichtebestimmung soll 1 x 10 5g/cm3 betragen. Unter diesen Bedingungen lautet
dann die Problemstellung: Welche kleinste Menge an Methanol kann in eIner wässrigen
Lösung unter Verwendung des charakterisierten Dichtemessgeräte
noch
nachgewiesen Werden? Es ergibt sich, dass unter den gegebenen Voraussetzungen noch
6 X 10-6 ml, d.h. 1 x 10-1µg/ml Methanol in wässriger Lössung nachgewiosen werden
können.