DE2807249A1

DE2807249A1 - Vorrichtung zum einspritzen einer fluessigkeitsprobe

Info

Publication number: DE2807249A1
Application number: DE19782807249
Authority: DE
Inventors: Lawrence J Finn; David R Friswell
Original assignee: Waters Associates Inc
Current assignee: Waters Associates Inc
Priority date: 1977-02-25
Filing date: 1978-02-21
Publication date: 1978-10-12
Also published as: JPS53134494A; CA1097101A; GB1595875A; FR2401412A1; US4094195A; JPS6318137B2; DE2807249C2; FR2401412B1

Description

Unsere Nr. 21 772 D/wl

Waters Associates, Inc.

MiIford, Massachusetts, V. St. A.

Vorrichtung zum Einspritzen einer Flüssigkeitsprobe

Die Erfindung betrifft eine automatische Vorrichtung zum Einspritzen einer Flüssigkeitsprobe unter Verwendung einer Leitung wie zum Baispiel einer Injektionskanüle oder einer Pipette zum Ansaugen von Flüssigkeit aus einem Probenvorrat, und deren Weiterleitung in eine Vorrichtung mit einem Ihjektorventil. Die Vorrichtung ist ausgestattet mit (l) einer neuen Dichtung, die radialen Druck oder Wischerwirkung auf die Leitung ausübt, und (2) neuen Mitteln zur Bearbeitung der Leitung, bestehend aus einem tropfendichten Mittel zur Zufuhr eines nicht-verunreinigenden Lösungsmittels zum Abvra.scb.en der Kanüle von Aussen und Mitteln zur Entfernung des Lösungsmittels, durch die sämtlich die Verwendung der Kanüle in einer Serie automatischer Einspritzungen nicht gestört wird.

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Auf dem Gebiet der PlUssigkeitschromatographie bestand eine Schwierigkeit in der Bereitstellung von Mitteln, die diskrete Flüssigkeitsproben in eine chromatographische Säule einspritzen bei minimaler Verdünnung oder "peak-spreading", wie der Ausdruck in der chromatographischen Technik lautet. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung, mit welcher man in eine Säule zur Flüssigkeitschromatographie eine grosse Anzahl von Flüssigkeitsproben einspritzen kann. Eine solche, für aufeinander folgende Tests ausgebildete Vorrichtung ist nützlich zum Baispiel bei der Qualitätskontrolle in der pharmazeutischen Indxistrie und dergleichen.

Das Injekbionsschema gemäss der Erfindung entspricht der US-PS j5 916 692. Bei der Anwendung dieses Schemas auf eine sich hin- und herbewegende Probenleitung, in die eine Serie von Proben eintritt, treten verschiedene Konstruktionsschwierigkeiton auf, wobei die schwerwiegendste in der Abdichtung der Austrittsöffnung von der sich hin- und herbewegenden Probsnleitung zum Kreislauf der Flüssigkeitschromatographie bestand. Es sei beachtet., dass bei den in Frage stehenden chromatogra-phischen Verfahren die Flüssigkeiten unter Drucken von 350 kg/cm und mehr stehen können.

Wie nachstehend näher beschrieben wird, wird von der erfindungsgemässen Vorrichtung die Leistung einer Vorrichtung gemäss der US-PS 3 916 692 erreicht oder sogar übertroffen.

Bei der Flüssigkeitschromatographie und in zahlreichen anderen Analyseverfahren in Chemie und Medizin sollte eine Vielzahl von Proben nacheinander in der gleichen Vorrichtung untersucht worden. In derartigen Fällen wird eine Leitung, häufig eine Injektionskanüle oder dergleichen, in eine Reihe verschiedener Proben eingetaucht. Dabei entsteht die erhöhte

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Gefahr der Verunreinigung durch andere Proben, da Probenmaterial aus einem früheren Arbeitsgang in einen zweiten Arbeitsgang gelangen kann.

Ein Problem auf diesem Gebiet bestand in der Bereitstellung eines tropfendichten Reinigungsverfahrens für die Leitung, die schnell wiederverwendet xverden soll, ohne dass die Probenzufuhr verlangsamt werden muss. Erfindungsgemäss wurde erstmalig eine solche tropfendichte und Verunreinigungen vermindernde Art der Leitungsreinigung aufgefunden. Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich besonders zur Verwendung in Verbindung mit einer automatischen Probenzufuhr bei der Plüssigkeitschromatographie.

Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Injektorventil zur Zufuhr diskreter Flüssigkeitsproben zu einer Analysenvorrichtung, insbesondere einer Vorrichtung zur Flüssigkeitschromatographie. Besonders soll diese Vorrichtung automatisch arbeiten.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Injektions- und Ventilmechanismus für Flüssigkeitsproben mit einer sich selbst reinigenden Probenleitung.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine Flüssigkeitsproben verarbeitende Vorrichtung, die eine sich automatisch reinigende, tropfendiohte, sich hin- und herbewegende Kanüle und Mittel aufweist, um die Kanüle direkt in einen Probenweg zu entleeren, ohne wesentliches Auslaufen rund um die Leitung beziehungsweise Kanüle. Dies soll auch bei Drucken in der Grössenordnung von 350 kg/cm möglich sein.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eins neue Dichtung, mit

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welcher das Abdichten der Öffnung der sich hin- und herbewegenden Leitung innerhalb des Probekreislaufs erleichtert wird.

In Verfolgung der genannten Ziele wurde ein Injektor konstruiert, der tatsächlich die besten bisher bekannten Injektoren hinsichtlich der Präzision, mit der die Proben aus dem Injektor in den Plüssigkeitschroraatographen oder eine andere Analysenvorrichtung abgegeben werden, übertrifft. In der Chromatographie führt diese Präzision zu einer schärferen Auflösung der Peaks, die verschiedene chemische Verbindungen darstellen.

Die vorstehend genannten Ziele wurden durch Konstruktion einer neuen Vorrichtung erreicht.

In vorliegender Beschreibung und den Zeichnungen wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt und beschrieben, wobei gleichzeitig verschiedene Alternativen und Abwandlungen nahegelegt werden.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigt Figur 1 eine neue Vorrichtung mit einem Injektorventil, durch die die automatische Probeneinspritzung erleichtert

Figur 2 ist ein Schnitt, insbesondere durch diejenigen Teile des Injektorventils, in Vielehen (a) die Probenleitung mit dem Fliessweg im restlichen Injektor verbunden ist und (b) die Probanleitung automatisch gewaschen wird.

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Figur j5 zeigt eine Draufsicht auf den Kunststoffteil der Wischerdichtung von Figur 2.

Figur 4 ist ein Teil des Druekeinsatzes, der einen Teil der Dichtung gemäss Figur 3 bildet.

Figur 5 stellt eine schematische Erläuterung der Funktion der Wischerdichtung gemäss Figur J5 dar.

Figur 6 zeigt eine erfindungsgemäss brauchbare Probenleitung.

Gemäss Figur 1 umfasst die Vorrichtung 10 eine Anzahl von Verbindungsstellen zu mehreren Leitungen, V7ie dies in der Flüssigkeitschromatographie allgemein üblich ist. Die Leitung 12 bringt über eine Pumpe (nicht gezeigt) ein als Träger wirkendes Lösungsmittel zur Anordnung 10. Sie steht gemäss einer ersten Betriebsweise in Verbindung mit einer Austrittsleitung l4 und endet weiter in einer chromatographischen Säule (nicht gezeigt). Um den Eintritt in die chromatographische Säule zu erreichen, muss die Flüssigkeit durch den Nadelventilblock 20 gelangen, der in Figur 2 am besten su sehen ist. Dar Block 20 enthält die Eintrittsöffnung 22 und Austrittsöffnung 24, die in die Leitung 12 und 14 übergehen. Zur vertikalen Hin- und Herbewegung im Block 20 gelangt als Probenleitung eine modifizierte Injektionskanüle. Befindet sich die Kanüle in der unteren Stellung, so entsteht ein ringförmiger Raum 26(a) um die Kanüle, in welchem Flüssigkeit aus Leitung 12 nach Leitung 14 fliessen kann. Wenn die Kanüle hochgezogen wird, so ergibt ihr unterster Teil, das heisst Teil 27, einen Pfropfen, der die Flüssigkeit mit Hilfe der unteren Dichtung 70 abschliesst.

Bsi der ersten Betriebsweise wird ein Ventil l6 in Leitung geschlossen. Wird das Ventil l6 zur Probeninjektion geöffnet, so verlässt die Hauptmenge der Flüssigkeit von der Pumpe her die

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Leitung 12 und fliesst durch Leitungen l8 und 19 in ein ausdehnbares Rohr 19(a), dann durch die Kanüle 26 zur Austrittsöffnung 24 und über Leitung 14 zur chroraatographischen Säule.

Figur 6 zeigt die Kanüle 26 mit der Austrittsöffnung 28, die vorzugsweise in Übereinstimmung zur Öffnung 24 steht. Der untere Teil 27 der Kanüle ist massiv und bildet keinen Teil der kanülenförmigen Leitung.

Aus Figur 1 ist zu ersehen, dass das Bindeglied4o zwischen der Kanüle 26 und der Leitung 19(a) aus einem Stahleinsatz 42 besteht, der sich seinerseits in einem Aluminiumkolben 44 befindet. Der Kolben 44 wird durch Luft betrieben. Er bewegt sich in einem zylindrischen Gehäuse 30 mit einer oberen Gehäuseabdeckung 32 und unteren Gehäuseabschlussplatten 34 und 36. Die unteren Platten 34 und ~j>6 besitzen einen zentralen Kanal 60, dar im Block 20 weiterläuft und in dem sich die Probenleitung 26 hin~ und herbewegt. Luft zum Hbben des Kolbens 44 (xind selbstverständlich der damit verbundenen Kanüle 26) tritt durch die Leitung 46 ein. Luft zum Senken des Kolbens tritt mit Leitung 48 ein. Diese Leitungen sind mit einem pneumatischen Kontrollsystem verbunden (nicht gezeigt)^ das sich der Fachmann leicht herstellen und den entsprechenden Bedürfnissen anpassen kann. Der Kolben ist mit Dichtungslippen bei 50 und 52 versehen« Der Weg des Kolbens kann eingestellt werden, indem man die vertikale Stellung einer Arretierung ^K mit Hilfe der Einstellmutter 56 einstellt. Wie bereits gesagt, ist die Idealstellung derart, dass die Öffnung 28 in der Kanüle 26 mit der Öffnung 24 korrespondiert»

Die Verbindung 4o umfasst Klinkringe sowohl an der Kanüle 26 als auch am Leitungsrohr 19(a). Diese bilden eine Stoßverbindung aus in der Chromatographlertechnik bekannten Verbindungsstücken.

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Die Figuren 2 bis 5 illustrieren eine wichtige Dichtungsform, von der die Kombination aus Einfachheit und der Fähigkeit zum Arbeiten bei hohen Drucken abhängt. In Stellungen kurz ober- und unterhalb derjenigen im Kanal 6o, auf die die Leitung 26 hinbewegt werden kann, um Übereinstimmung mit der öffnung 24 erzeugen, muss eine wirksame Dichtung

vorhanden sein, die Drucke von ;55O bis 420 kg/cm ermöglicht, und zwar ohne Festsitzen der Kanüle 26 und bei störungsfreiem Betrieb während längerer Perioden. Es sei beachtet, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung für analytische Verfahren bestimmt ist, bei denen sie routinemässig Proben von nur 5 Mikroliter oder weniger verarbeitst. Ferner ist zu beachten, dass wegen der Empfindlichkeit des verwendeten Analysenverfahrens die meisten organischen Baumaterialien nicht verwendet werden können, da chemische Verunreinigungen aus ihnen ausgelaugt werden könnten. Es bestehen somit Begrenzungen aus hydraulischen, chemischen und mechanischen Gründen. Das gestellte Problem wurde jedoch erfolgreich gelöst durch Verwendung der Dichtungen 70, die eine Dichtungsmanschette72 aus einem Fluorkohlenwasserstoff-Material aufweisen. Der Fluorkohlenwasserstoff ist zweckmässig verstärkt, andernfalls könnte er bröckeln oder abblättern. Vorteilhafterweise besitzt das Material Zug- und Druckfestig-

keiten von mehr als 112 bzw. 84 kg/cm . Ein geeignetes Material ist das unter der Handelsbezeichnung "Rulon J" der Dixon Corporation vertriebene Produkt. .." Druckrringe 74 können gesonderte Teile darstellen, wie bei den obersten und untersten Ringen gemäss Figur 2 gezeigt. Im Fall der den Öffnungen 22 und 24 näherliegenden Ringe· empfiehlt es sieh, 6 Ie in den Block 20 einzuarbeiten.

Figur 3 zeigt die Dichtungsmanschette 72 der Dichtung 70. Sie besitzt einen Aussendurehmssser von 3>86l mm und einen

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Innendurchmesser von 1,499 mm (bei Verwendung einer Kanüle von 1,448 Aussendurchmesser). Diese Durchmesser sind konzentrisch innerhalb einer Grenze von 0,076 mm. Die Dichtungsmanschette besitzt nach der Herstellung keine Vertiefungen. In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Manschette 72 3,05 mm lang und besteht aus ein^§l^rve rs tärktenMat erial (im Gegensatz zu Glas oder Asbest). Dieses Material besitzt bessere Gebrauchseigenschaften als die meisten verstärkten, halogenierten Polymerharze. Es ist durch eine

Mindestzugfestigkeit von l40 kg/cm und eine Druckfestigkeit von etwa 100 kg/cm gekennzeichnet.

Figur 4 zeigt den Druckring« In der wiedergegebenen Ausführungsform der Erfindung besitzt er eins die Dichtungsmanschette deformierende Oberfläche 80 mit einer Abschrägung von 90°, die Bohrung hat einen Durchmesser von 0,419 mm und der Aussendurchmesser beträgt 3,8;55 mm. Die gerade Seitenwand 82 ist 1,27 mm lang.

Figur 5 zeigt schematisch einen Teil der Dichtungsmanschette der Dichtung 70. Man sieht, dass die Belastung der Manschette durch die Ringe 74 die Dichtung bei 86 hinausdrückt und damit gegen die Kanüle 26 abdichtet. Wie aus Figur 2 ersichtlich^, entsteht dieser Druck als Ergebnis der Kompression durch das Waschgehäuss 88, wovon ein Ansatz 90 in den Block 20 eingeschraubt ist bis zum untersten Dichtungsring 74, der seinerseits die untere Dichtung 70 gegen das Teil 92 von Block 20 drückt. Auf ähnliche Weise wird die obere Dichtung 70 nach unten gedrückt mittels einer Einstellmanschette 94, die wie der Ansatz 90 konzentrisch mit der Kanüle 26 verläuft.

Bei der normalen FlussigkeitsChromatographie ist das Reinigen der Probenl<ätung 26 von innen gewöhnlich kein Problem. Nachdem die Probe durch einen Ansauger 100 in die Kanüle 26 gesaugt

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wurde und die Kanüle pneumatisch in die richtige Entleerungsstelle gelangt ist, das heisst die Stellung, in der die Öffnung 28 der LeitungsÖffnung 24 gegenüberliegt, wird das Ventil 102 geschlossen, das Ventil l6 wird geöffnet und der Hauptlösungsmittelstrom fliesst durch die Leitungen l8, I9, 19(a) und so weiter. Durch diesen Lösungsmittelstrom wird nicht nur die Probe in die chromatographische Säule gespült, sondern dieser Strom wird noch genügend lange fortgesetzt, um sieher-" zustellen, dass keine wesentliche Probenverunreinigung in der Kanüle zurückbleibt. Eine solche Unterbrechung ist bei der Säulenchromatographie allgemein üblich.

Wie aus Figur 2 zu ersehen, wurde eine neue, nieht-tropfende Waschvorrichtung 110 für die Probenleitung entwickelt.

Der Wäscher 110 umfasst ein Lösungsmittelreservoir 112 und eine Quelle für Vakuum 114. Im Wäschergehäuse 88 befindet sich eine Bohrung 59* durch welche sich die Kanüle 26 während des Betriebs vertikal hin- und herbewegt. Um die Bohrung 89 sind zwei stark poröse Pfropfen II6 und II8 aus einem Sintermaterial, zum Beispiel Polypropylen, Polytetrafluorethylen oder dergleichen, angeordnet. Die Pfropfen besitzen Poren von etwa 20 bis 40 Mikron Grosse. Sie werden vom Abstandshalter 120 voneinander entfernt gehalten. Sie sitzen fest um die Kanüle, jedoch ohne deren vertikale Bewegung einzuschränken. Der Betrieb des Wäschers kann von Hand gesteuert werden, erfolgt jedoch zweckmässig automatisch, um (1) Lösungsmittel zum Pfropfen II6 zu leiten, sobald sich die Kanüle unten befindet und (2) Vakuum auf den Pfropfen II8 anzulegen, falls die Kanüle oben ist.

Der Wäscher 110 erlaubt somit, über den Pfropfen II6 die Kanüle zu benetzen, während diese sich in unterer Stellung befindet,

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und die Kanüle abzuwischen, während sie sich nqch oben bewegt. Überschüssiges Lösungsmittel fliesst durch den ringförmigen Raum 121 zwischen den Pfropfen 116 und Il8 und wird im unteren Pfropfen 118 verteilt und in einem Luftstrom aus dem Pfropfen Il8 und zur Vakuumquelle 114 gezogen. Auf diese Weise wird das Abtropfen von Lösungsmittel aus dem Wäscher vermieden. Der Pfropfen 118 dient auch dazu, die Kanüle bei der Aufwärtsbewegung abzuwischen.

Selbstverständlich sind die beiliegenden Zeichnungen schematisch. Beispielsweise sind die bei der Flüssigkeitsohromatographie verwendeten Leitungen im allgemeinen kleiner als gezeigt. Zur Vereinfachung der Zeichnungen wurden die Passstücke weggelassen, wie zum Beispiel bei den Öffnungen 22 und 24. Entsprechende Passtücke sind bekannt und stellen keinen erfinderischen Anteil dar.

Es ist ein wesentlicher Vorteil, wenn sich die Öffnung· 28 der Kanüle 26 direkt gegenüber der öffnung 24 befindet» Durch diese Anordnung der öffnungen wird das Risiko eines vorzeitigen Verlusts von Meniscus-Plüssigkeit aus der Öffnung vor der beabsichtigten Entleerung der Probenleitung verringert.

Für: Waters Associates₃ Inc.

Milford, Massachusetts, V.St.A.

Dr.H.J.Wolff Rechtsanwalt

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Claims

Patentansprüche :

Vorrichtung zum Einspritzen einer Flüssigkeitsprobe, mit einem Probenweg, "Mitteln zur Zufuhr diskreter Proben der Flüssigkeit su diesem Probenweg, Mitteln zur Zufuhr eines Lösungsmittels zum Austreiben der Probe aus der Einspritzvorrichtung durch eine Austrittsöffnung, Mitteln zur Zufuhr von Lösungsmittel durch eine Leitung, die den Probenweg umgeht und dann zur genannten Austrittsöffnung führt an gleicher Stelle, an der der Probenweg sich in die Austrittsöffnung entleert, dadurch gekennzeichnet, dass

(a) das Mittel zur Zufuhr diskreter Proben zum Probenweg eine Probenleitung aufweist, die einen Teil des Probenwegs darstellt und in einem vertikalen Kanal zwischen einer Probenaufnahmestellung und einer Probenabgabestellung beweglich ist,

(b) die Probenleitung auf einer Seite eine Entleerungsöffnung besitzt, die in Probenabgabestellung Flüssigkeit durch die erwähnte Austrittsöffnung abgeben kann und

(c) die Probenleitung unterhalb der Entleerungsöffnung mit einem propfenförmigen Teil versehen ist, der den Kanal abdichtet bei gehobener Stellung der Probenleitung,

wobei das Mittel zur Zufuhr von Lösungsmittel über eine Umgeh^ungsleitung eine ringförmige Passage um die Probenleitung nahe der Entleerungsöffnung in Probenabgabestellung umfasst, und wobei eine Abdichtung zwischen der Probenleitung und den Wänden des vertikalen Kanals in einer Stellung oberhalb und

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ORIGINAL INSPECTED

unterhalb der Austrittsöffnung aufrechterhalten wird, wobei jede dazu gehörige Dichtung eine Dichtungsmanschette aus komprimierbarem Harz aufweist, die Teil der Kanalwandung ist, und Druckringe oberhalb und unterhalb der Manschetten angeordnet sind, die bei Betrieb die oberen und unteren Ränder der Manschetten einwärts drücken unter Ausbildung einer abdichtenden Berührung mit der Probenleitung unter der Einwirkung von Mitteln zum Eindrücken der Ringe in die Dichtungsmanschetten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschetten aus einem mit organischem Hars verstärkten Polyfluorkohlenwasserstoffharz bestehen.
J>, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckringe einen keilförmigen Vorsprung besitzen, der in die Manschette drückt, gegen die· sie gedruckt werden.
4. Dichtung für Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch eine Manschette aus komprimierbarem Harz und oberhalb und unterhalb der Manschette montierte Druckringe, wobei diese so ausgebildet sind, dass sie die oberen und unteren Ränder der Manschette einwärts gegen die Achse der Manschetten drücken, und Mittel zum Eindrücken der Ringe in die Manschetten.
5. Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschetten aus mit organischem Harz verstärktem Polyfluorkohlenwasserstoffharz bestehen.

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6. Dichtung nach Anspruch ¹I-, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckringe einen keilförmigen Vorsprung besitzen, der in die Manschette eindringt, gegen die er gedrückt wird.

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