DE2655387B1

DE2655387B1 - Branch piece for switching the gas flow in capillary columns

Info

Publication number: DE2655387B1
Application number: DE19762655387
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Ing Mueller; Horst Ing Straub
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-12-07
Filing date: 1976-12-07
Publication date: 1978-05-24
Also published as: GB1562664A; FR2373794B1; FR2373794A1; IT1088757B; DE2655387C2

Description

In der DT-OS 18 11 860 ist ein Gasdurchflußumschalter für die Anwendung in der Gaschromatographie beschrieben, mit dem Gasströme über Druckänderungen an den Enden von Trennsäulen umgeschaltet werden können. Zu diesem Zweck sind an den Umschaltstellen zwei T-förmige Abzweigungen vorgesehen, eine über die ein Druckregler einen vorbestimmten Druck an der Umschaltstelle einstellt und die andere, die über ein Ventil zur Atmosphäre umschaltbar ist Zur Ausführung der Umschaltung wird das Ventil in dem Abzweig zur Atmosphäre geöffnet.In DT-OS 18 11 860 there is a gas flow switch described for use in gas chromatography, with the gas flows via pressure changes can be switched at the ends of separation columns. For this purpose, the Switching points two T-shaped branches are provided, one via which a pressure regulator has a predetermined Pressure is set at the switching point and the other, which can be switched to atmosphere via a valve To carry out the switchover, the valve in the branch to the atmosphere is opened.

Auf diese Weise können z. B. Ausschnittsdosierungen mit zwei gaschromatographischen Säulen in der Weise ausgeführt werden, daß der aus der ersten Säule austretende Gasstrom nur während eines Teiles des Arbeitszyklus durch die zweite Säule geleitet wird. Diese Umschalttechnik ist besonders geeignet für Kapillarsäulen, da sich im Trennweg keine Ventile befinden, die auf Grund ihrer Konstruktion ein großes Totvolumen in den Trennweg einführen.In this way, z. B. Cut-out dosing with two gas chromatographic columns in the way be carried out that the gas flow emerging from the first column only during part of the Duty cycle is passed through the second pillar. This switching technique is particularly suitable for Capillary columns, as there are no valves in the separation path, which due to their construction are large Introduce dead volume into the separation path.

Voraussetzung für eine gute Trennleistung ist nämlich, daß infolge von Querschnittsveränderungen im Trennweg keine Toträume enstehen, in denen eine Verringerung der Geschwindigkeit der Gasströmung auftreten kann. Mit normalen T-Verzweigungen, bei denen die Enden der Kapillarsäulen in eine mit den Abzweigen versehene Bohrung eingeführt werden, läßt sich diese Bedingung nicht erfüllen, da an der Einmündung der Enden die Geschwindigkeit der Gasströmung stark absinkt. Kapillarsäulen haben einen Innendurchmesser von 0,2 bis 0,3 mm und einen Außendurchmesser von 0,8 mm. Beim Einführen des Kapillarsäulenendes in eine Bohrung entsteht eine Querschnitts-Flächenänderung für die Gasströmung von etwa 1 :15. Die Gasströmung kann dabei in den Toträumen zum Stillstand, es bleiben Probenreste zurück, die von der Gasströmung nicht mehr erfaßt werden und das langsame Herausdiffundieren dieser Probenreste führt zu einer Verfälschung der Peaks des Gaschromatogramms (tailing).A prerequisite for good separation performance is that as a result of changes in cross-section in the Separation path no dead spaces arise in which a reduction in the speed of the gas flow can occur. With normal T-branches where the ends of the capillary columns are in one with the Branches provided hole are introduced, this condition can not be met because of the Confluence of the ends the speed of the gas flow drops sharply. Capillary columns have one Inside diameter of 0.2 to 0.3 mm and an outside diameter of 0.8 mm. When inserting the Capillary column end in a bore creates a cross-sectional area change for the gas flow from about 1:15. The gas flow can come to a standstill in the dead spaces, and sample residues remain back, which are no longer covered by the gas flow and the slow diffusion of these Sample residues lead to a falsification of the peaks of the gas chromatogram (tailing).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verzweigungsstück anzugeben, bei dem Querschnittsänderungen im Strömungsweg klein im Verhältnis zum Trennsäulenquerschnitt gehalten werden und unbeströmte Toträume überhaupt vermieden sind. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Kapillarsäulenenden innerhalb gegen die Säulen abdichtenden Muffe bis zu einem Ringraum führen, in den auch die betreffenden Anschlüsse für die Gasdurchflußumschaltung einmünden und daß zur Verbindung der Säulen eine Kapillare aus Edelmetall oder Glas mit enger Passung auf einem Weg von etwa 5 bis 10 mm in den Innendurchmesser der Kapillarsäulen eingeführt sind.The invention is based on the object of specifying a branching piece in which changes in cross-section in the flow path are small in relation to the Separating column cross-section are maintained and dead spaces without a flow are avoided at all. According to According to the invention, this is achieved in that the ends of the capillary columns are sealed against the columns inside Lead the sleeve up to an annular space in which the relevant connections for the gas flow switchover open and that to connect the columns with a capillary made of noble metal or glass A close fit was introduced into the inner diameter of the capillary columns along a path of approximately 5 to 10 mm are.

Zur Verbindung von zwei Kapillarsäulen sind sogenannten Teflonquetschverbindungen bekannt. Die zu verbindenden Kapillaren werden von beiden Seiten in die axiale Bohrung einer Verbindungsmuffe eingeführt und mittels auf die Enden der Verbindungsmuffe aufgeschraubter Gewindebüchsen festgehalten. Die Gewindebuchsen nehmen Dichtungsscheiben auf und pressen diese gegen die Außenwandung der Kapillarsäulen. Die axiale Bohrung der Verbindungsmuffe ist auf den Außendurchmesser der Kapillarsäulen abgestimmt.So-called Teflon pinch connections are known for connecting two capillary columns. the Capillaries to be connected are inserted from both sides into the axial bore of a connecting sleeve and held in place by means of threaded bushings screwed onto the ends of the connecting sleeve. the Threaded bushings take on sealing washers and press them against the outer wall of the capillary columns. The axial bore of the connecting sleeve is matched to the outer diameter of the capillary columns.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Anhand der F i g. 1 soll kurz auf die sogenannten Ausschnittsdosierung eingegangen werden, bei der das Verzweigungsstück der Erfindung verwendet wird. Der Trennweg führt von der Trägergasquelle über den Druckregler 24 und die Dosierstelle υ¹ zur Trennsäule A und weiter über das Verzweigungsstück mit den Abzweigungen 10 und 11 zur Trennsäule B, zum Detektor D und zum Ausgang 22. An den Abzweig 10 ist ein Magnetventil 26 angeschlossen, dem ein Nadelventil 27 vorgeschaltet ist. Parallel zum Magnetventil 26 liegt ein Drosselventil 28, um ständig eine schwache Strömung im Abzweig 10 aufrechtzuerhalten. In der Praxis reicht hierzu meist die geringe Undichtigkeit des Magnetventils 26 aus, so daß keine zusätzliche Drossel erforderlich ist.Based on the F i g. 1, the so-called cut-out metering will be briefly discussed in which the branching piece of the invention is used. The separation path leads from the carrier gas source via the pressure regulator 24 and the metering point υ ¹ to the separation column A and further via the junction with the branches 10 and 11 to the separation column B, to the detector D and to the outlet 22. A solenoid valve 26 is connected to the branch 10 , which is preceded by a needle valve 27. A throttle valve 28 is located parallel to the solenoid valve 26 in order to constantly maintain a weak flow in the branch 10. In practice, the slight leak in the solenoid valve 26 is usually sufficient for this purpose, so that no additional throttle is required.

Mit dem Druckregler 24 wird der gewünschte Trägergasdurchfluß eingestellt. Das Magnetventil 26 ist geschlossen und der Druckregler 29 wird so eingestellt, daß eine kleine Menge Trägergas in den Trennweg eingespeist wird, die verhindert, daß in den Abzweig 11 Probe eindiffundiert.The desired carrier gas flow rate is set with the pressure regulator 24. The solenoid valve 26 is closed and the pressure regulator 29 is adjusted so that a small amount of carrier gas in the separation path is fed, which prevents the branch 11 Sample diffused.

Für die Ausschnittsdosierung wird das Magnetventil 26 im Abzweig 10 geöffnet. Der Widerstand des Strömungsweges über den Abzweig 10 ist mit Hilfe des Nadelventils 27 so eingestellt, daß er etwas kleiner ist als der Strömungswiderstand der Säule B. Infolge des vom Druckregler 29 gehaltenen Drucks am Abzweig 11 strömt das aus der Säule A austretende Trägergas mit der Probe über den Abzweig 10 ab. Die Trennsäule B wird jetzt ausschließlich vom Druckregler 29 mit Trägergas versorgt und ein kleiner Anteil Trägergas strömt vom Anschluß 11 zum Abzweig 10 und wird mitThe solenoid valve 26 in branch 10 is opened for the cut-out metering. The resistance of the flow path via branch 10 is adjusted with the aid of needle valve 27 so that it is slightly smaller than the flow resistance of column B. As a result of the pressure maintained by pressure regulator 29 at branch 11, the carrier gas emerging from column A flows with the sample via branch 10. The separating column B is now supplied with carrier gas exclusively by the pressure regulator 29 and a small proportion of the carrier gas flows from the connection 11 to the branch 10 and is with it

der Gasströmung aus der Säule A über den Abzweig 10 abgeführt. Der Ausschnitt aus dem Chromatogramm wird beendet, sobald das Magnetventil 26 wieder geschlossen wird.the gas flow is discharged from column A via branch 10. The section from the chromatogram is ended as soon as the solenoid valve 26 is closed again.

In den Fig.2 und 3 werden in stark vergrößerter Darstellung (Maßstab etwa 10 :1) Ausführungsbeispiele für gemäß der Erfindung konstruierte Verzweigungsstücke angegeben. Nach Fig.2 besteht das Verzweigungsstück aus den eine Verbindungsmuffe für die Enden der Kapillarsäulen bildenden Teilen 1 und 2, die sich mittels einer Schraubverbindung 3 zusammenfügen lassen. Beide Teile sind an ihren äußeren Enden mit konisch verlaufenden Ausnehmungen zur Aufnahme von Graphitdichtungen 8, 9 versehen. Gleichartige Ausnehmungen für Graphitdichtungen 20 sind im Innern angebracht. Die Anschlüsse für die Gasdurchflußumschaltung sind mit 10 und 11 bezeichnet, in Übereinstimmung mit den entsprechenden Abzweigungen in Fig. 1. Die Enden der beiden Kapillarsäulen A und B sind mit 12 und 13 bezeichnet und in diese Enden ist die Kapillare 7 derart eingeführt, daß sie auf einem Weg von etwa 5 bis 10 mm in das Innere der Kapillarsäulen hineinragt Im Innern der aus den Teilen 1 und 2 zusammengesetzten Verbindungsmuffe ist noch ein Kapillarrohr 21 eingesetzt, das an seinen Enden mit der Kapillare 7 gasdicht verbunden, z. B. verschweißt ist. Die Kapillare 7 besteht zweckmäßig aus Edelstahl oder Glas, damit sie keinen Einfluß auf die zu analysierenden Bestandteile ausüben kann. Für die Ausführung nach Fig.2 ist Platin-Iridium besonders geeignet, da dieses Material nach dem Verschweißen mit dem Rohr 21 hart bleibt. Platin würde hierbei seine Härte und Festigkeit verlieren. Für die Ausführung nach Fig.3 kann das leichter verabeitbare Platin zur Herstellung der Kapillare 7 verwendet werden, da hier keine Wärmeeinwirkung zur Verbindung der Teile notwendig ist Nach dem Zusammenfügen der Teile 1 und 2 entsteht an den Enden der Kapillarsäulen 12 und 13 ein Ringraum 15 bzw. 16, in den die Anschlüsse 10,11 für die Gasdurchflußumschaltung einmünden. Der Außendurchmesser des Ringraumes kann zusätzlich gegenüber dem Außendurchmesser der Kapillarsäulenenden 12 und 13 verringert sein (vgl. F i g. 3).In FIGS. 2 and 3, exemplary embodiments for branching pieces constructed according to the invention are given in a greatly enlarged representation (scale approx. 10: 1). According to FIG. 2, the branching piece consists of parts 1 and 2 which form a connecting sleeve for the ends of the capillary columns and which can be joined together by means of a screw connection 3. Both parts are provided with conically running recesses for receiving graphite seals 8, 9 at their outer ends. Similar recesses for graphite seals 20 are made in the interior. The connections for the Gasdurchflußumschaltung are designated 10 and 11, in accordance with the related branches in Fig. 1. The ends of the two capillary columns A and B are denoted by 12 and 13 and in this ends, the capillary 7 is inserted such that it protrudes on a path of about 5 to 10 mm into the interior of the capillary columns. Inside the connecting sleeve composed of parts 1 and 2, a capillary tube 21 is inserted, which is connected at its ends to the capillary 7 in a gas-tight manner, e.g. B. is welded. The capillary 7 is expediently made of stainless steel or glass so that it cannot exert any influence on the components to be analyzed. Platinum-iridium is particularly suitable for the embodiment according to FIG. 2, since this material remains hard after being welded to the tube 21. Platinum would lose its hardness and strength. For the embodiment according to FIG. 3, platinum, which is easier to process, can be used to manufacture the capillary 7, since no heat is required here to connect the parts or 16, into which the connections 10, 11 for the gas flow switch open. The outer diameter of the annular space can additionally be reduced compared to the outer diameter of the capillary column ends 12 and 13 (see FIG. 3).

Die Montage der einzelnen Teile kann in folgender Weise vorgenommen werden. Auf die Kapillare 7, aus Edelmetall oder Glas bestehend, wird das Kapillarrohr 21 aufgeschoben und an seinen Enden mit der Kapillare 7 verschweißt. Das Rohr 21 mit der Kapillare 7 wird dann nach Aufschieben der Dichtungen 20 und der entsprechenden Druckstücke 6 in das Teil 2 eingeführt und über die Schraubverbindung 3 die Teile 1 und 2 zusammengeschraubt. Nach Einlegen der Graphitdichtung 8 und Einsetzen des entsprechenden Druckstückes 6 wird die Kapillarsäule 12 in das Teil 1 eingeführt und die Dichtung mit Hilfe der nicht dargestellten, in das Gewinde 4 eingreifenden Überwurfmutter festgezogen. Die gleiche Manipulation wird mit der Kapillarsäule 13 am rechten Ende des Teiles 2 unter Verwendung der Graphitdichtung 9, des entsprechenden Druckstückes und einer Überwurfmutter vorgenommen, die in das Gewinde 5 eingreift.The assembly of the individual parts can be done in the following way. On the capillary 7, from Existing noble metal or glass, the capillary tube 21 is pushed on and at its ends with the capillary 7 welded. The tube 21 with the capillary 7 is then after sliding on the seals 20 and the corresponding pressure pieces 6 are introduced into part 2 and parts 1 and 2 via screw connection 3 screwed together. After inserting the graphite seal 8 and inserting the corresponding pressure piece 6, the capillary column 12 is inserted into the part 1 and the seal is inserted into the Thread 4 engaging union nut tightened. The same manipulation is carried out with the capillary column 13 at the right end of part 2 using the graphite seal 9, the corresponding pressure piece and made a union nut which engages in the thread 5.

Im Geradeausbetrieb, d. h. wenn die Kapillarsäulen A und B hintereinandergeschaltet sind, strömt das aus dem Ende 12 der Säule A austretende Gasgemisch durch die Kapillare 7 zum Eingang 13 der Säule B. In den Innendurchmesser der Kapillarsäulen, der z. B. 0,25 mm beträgt, ist die Kapillare 7 mit z. B. 0,22 mm Außendurchmesser und 0,14 mm Innendurchmesser eingeschoben. Die Querschnittsänderung an der Einmündung der Kapillare 7 beträgt nur etwa 1 :2 bis 1:3. Eine ίο schwache Strömung verläuft auch in dem ringförmigen Raum zwischen der Außenwand der Kapillare 7 und der Innenwand der Kapillarsäule 12, weiche über den Abzweig 10 und die Leckdrossel 28 austritt (Fig. 1). Über den Abzweig 11 speist der Druckregler einen schwachen Strom Trägergas ein, der über den ringförmigen Raum zwischen der Innenwand der Kapillare 13 und der Außenwand des Kapillarrohres 7 in die Kapillarsäule B eintritt und sich mit dem Hauptstrom aus der Säule A vermischt. An keiner Stelle des Strömungweges können sich unbeströmte Toträume bilden.In straight-ahead operation, ie when the capillary columns A and B are connected in series, the gas mixture emerging from the end 12 of the column A flows through the capillary 7 to the inlet 13 of the column B. B. 0.25 mm, the capillary 7 is z. B. 0.22 mm outer diameter and 0.14 mm inner diameter inserted. The change in cross section at the confluence of the capillary 7 is only about 1: 2 to 1: 3. A weak flow also runs in the annular space between the outer wall of the capillary 7 and the inner wall of the capillary column 12, which exits via the branch 10 and the leakage throttle 28 (FIG. 1). The pressure regulator feeds a weak stream of carrier gas via branch 11, which enters capillary column B via the annular space between the inner wall of capillary 13 and the outer wall of capillary tube 7 and mixes with the main stream from column A. At no point in the flow path can dead spaces without flow form.

Für die Ausschnittsdosierung wird das Magnetventil 26 geöffnet Der Druck im Ringraum 15 bricht zusammen und der vom Druckregler 29 aufrechterhaltene Druck im Ringraum 16 kann sich über den ringförmigen Zwischenraum zwischen der Außenwand der Kapillare 7 und der Innenwand der Kapillare 13 zum anderen Ende fortpflanzen und verhindern, daß der Gasstrom aus der Kapillarsäule 12 in die Kapillare 7 eintritt. Dieser Gasstrom gelangt über den ringförmigen Zwischenraum außen an der Kapillare 7 entlang zum Ringraum 15.The solenoid valve 26 is opened for the cut-out metering. The pressure in the annular space 15 breaks together and the pressure maintained by the pressure regulator 29 in the annular space 16 can be over the annular space between the outer wall of the capillary 7 and the inner wall of the capillary 13 for Propagate the other end and prevent the gas flow from the capillary column 12 into the capillary 7 entry. This gas flow reaches the outside of the capillary 7 along the annular gap Annulus 15.

Damit der Druckabfall an der eingeführten Kapillare 7 klein ist im Verhältnis zum Druckabfall der Kapillarsäule A oder B muß die Kapillare 7 möglichst kurz gehalten werden. Dies läßt sich in besonders günstiger Weise mit dem in F i g. 3 gezeigten Verzweigungsstück erreichen, dessen Konstruktion auch im Aufbau gegenüber der Konstruktion nach F i g. 2 weiter vereinfacht ist. Zur Abdichtung der Ringräume 15 und 16 gegen den mittleren Teil der Kapillare 7 wird nur noch eine Graphitdichtung verwendet. Das rechte Ende des Teiles 2 wirkt dabei als Druckstück für die Graphitdichtung 14. In Achsrichtung des Abzweiges 11 führt ein zusätzlicher Abzweig 17 zum Ringraum 16. Über diesen Abzweig kann unter Zwischenschaltung eines Ventils ein Hilfsdetektor angeschlossen werden, über den festgestellt wird, wann die Umschaltung für eine bestimmte Trennaufgabe zu erfolgen hat. Dazu so wird der Druck des Druckreglers 29 für kurze Zeit etwas herabgesetzt, so daß Trägergas mit Probe aus der Säule A aus dem rechten Ende der Kapillare 7 über den ringförmigen Querschnitt zwischen der Kapillare 7 und der Innenwand des Kapillarsäulenendes 13 zum Ringraum 16 und in den Abzweig 17 austreten kann. Bei der Konstruktion nach Fig.3 sind die Ringräume 15 und 16 gegenüber dem Außendurchmesser der Enden der Kapillarsäulen 12 und 13 verringert, um die Sicherheit gegen die Ausbildung unbeströmter Toträume zu vergrößern.So that the pressure drop across the inserted capillary 7 is small in relation to the pressure drop across the capillary column A or B , the capillary 7 must be kept as short as possible. This can be done in a particularly advantageous manner with the method shown in FIG. 3 reach branch piece, the construction of which also has a construction compared to the construction according to F i g. 2 is further simplified. To seal the annular spaces 15 and 16 against the central part of the capillary 7, only a graphite seal is used. The right end of part 2 acts as a pressure piece for the graphite seal 14. In the axial direction of branch 11, an additional branch 17 leads to the annulus 16. Via this branch, an auxiliary detector can be connected with the interposition of a valve, which can be used to determine when the switchover occurs has to be carried out for a specific separation task. For this purpose, the pressure of the pressure regulator 29 is reduced for a short time so that the carrier gas with sample from the column A from the right end of the capillary 7 over the annular cross-section between the capillary 7 and the inner wall of the capillary column 13 to the annular space 16 and into the Junction 17 can exit. In the construction according to FIG. 3, the annular spaces 15 and 16 are reduced in relation to the outer diameter of the ends of the capillary columns 12 and 13 in order to increase the security against the formation of dead spaces without a flow.

Kerzu 3 Blatt ZeichnungenKerzu 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Branch piece for connecting the ends of capillary columns used for gas chromatography and for accommodating the connections for the gas flow switchover, characterized in that that the capillary column ends (12, 13) within a sealing against the columns Socket (1, 2) lead to an annular space (15, 16) in which the relevant connections (10,> or similar) are also inserted 11) open for the gas flow switchover and that a capillary (7) to connect the columns Precious metal or glass with a tight fit in a way of about 5 to 10 mm in the inner diameter the capillary columns (12,13) is inserted. '

2. Branch piece according to claim 1, characterized in that the outer diameter of the Connections for the gas flow switching receiving annular space (15, 16) is smaller than the Outside diameter of the capillary columns (12,13).

3. Branch piece according to claim 1 and 2, characterized in that the connecting sleeve consists of two parts (1, 2) connectable by means of a thread, that the first part (1) is one Capillary column (12) with its seal (8), one connection for the gas flow switch (10) and the seal for the inserted capillary receives, and that the second part (2) the other Capillary column (13) with its seal (9) and the other connection for the gas flow switchover (11, 17) in such a way that when the two parts (1, 2) are screwed together, the seal (14) is compressed for the inserted capillary.

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