DE2847308A1 - Probenaufgabevorrichtung fuer gaschromatographen - Google Patents

Description

Anwaltsakte: 29512 31. Oktober 1978

Probenaufgabevorrichtung fUr Gaschromatographen

Die Erfindung betrifft eine Probenaufgabevorrichtung fUr einen Gaschromatographen, mit einer Kammer, in der ein hohler, mit einer Eintrittsöffnung fUr die Probe bzw. Tragergas versehener Aufstechdorn für Probenkapseln angeordnet ist und die einen mit dem Dorn kommunizierenden Anschluss für eine Trennsäule sowie einen Anschluss für Tragergas aufweist, und mit einer

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der Kammer vorgeschalteten Schleuse, durch welche die Probekapseln mittels eines Probenhalters in die Kanuner eingebracht und zur Oeffnung auf den Dorn aufgesteckt werden. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise in der DT-OS 25 30 879 beschrieben und z.B. unter der Bezeichnung MS 41 bei der Firma Perkin-Elmer Corp. Norwalk, USA erhaltlich.

Diese bekannten Probeaufgabevorrichtungen werden praktisch ausschliesslich für Gaschromatographen mit sogenannten gepackten Trennsäulen eingesetzt und haben sich da bestens bewahrt. FUr Kapillar-Gaschromatographen hingegen existiert noch kein vergleichbares Probenaufgabesystem, obwohl schon längere Zeit dringend nach einer Möglichkeit gesucht wird, auch hier die zu analysierende Substanz splitlos und möglichst ohne vorgehende Verdampfung auf die Säule bringen zu können. Es hat zwar nicht an diesbezüglichen Lösungsvorschlägen gefehlt, diese haben sich aber durchwegs als nicht oder bestenfalls nur teilweise zufriedenstellend erwiesen.

In "Chromatography Newsletter" Vol.5, No. 2, 1977 von Pcrkin Eimer Corp. wird auf Seiten 21 ff die Anwendung des obenangeführten Probenaufgabe systems in Zusammenhang mit einer relativ weiten Kapillarsaule beschrieben. Dabei werden jedoch fllr Kapillarsäulen ungewöhnlich hohe Trägergasströme verwendet, welche eine erhebliche Einbusse der Trennleistung der KapillarsHule zur

Folge hat. ;

Die Praxis zeigt, dass die direkte Uebernahme des bekannten Systems fllr Kapillar-Gaschromatographen bestenfalls nur fllr Spezialfälle und unter Inkaufnahme erheblicher Trennleistungseinbussen möglich ist. FUr den Normalfall und insbesondere wenn die sehr hohe Trennleistung moderner Kapillarsäulen voll ausgenutzt werden soll bzw. muss,

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ist das bekannte System nicht einsetzbar. GrUnde dafür sind in den relativ grossen Toträumen zwischen dem Aufstechdorn und dem Trennsäulenanfang sowie in der Dornkonstruktion zu suchen, welche flir die bei Kapillar-Gaschromatographen sehr niedrigen Trägergasströme ungeeignet ist.

Aufgabe der Erfindung ist demnach, eine Probenaufgabevorrichtung zu schaffen, die auch bei Kapillar-Gaschromatographen eine splitlose

Injektion unter isothermen Betriebsbedingungen zulässt. Insbesondere soll eine Probenaufgabevorrichtung der eingangs definierten Art dermassen modifiziert werden, dass sie auch fUr Kapillar-Gaschromatographen ohne Verminderung der spezifischer Trennleistung geeignet ist.

Gemäss der Erfindung wird die ihr zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass der Aufstechdorn im wesentlichen konisch oder pyramidisch ist, dass die Eintrittsöffnung des Dorns im obersten Viertel des Dorns angeordnet ist und in dessen Mantelfläche ausmllndet, dass der Dorn so geformt ist, dass er die Kapseln während des Aufstechens bis zu einer vorgegebenen Einstechtiefe wenigstens angenähert dicht verschliesst und nach weiterem Eindringen in die Kapseln oder durch relative Verdrehung gegenüber den Kapseln um seine Achse eine Zutrittsöffnung fUr Trägergas in die Kapseln freigibt bzw. schafft; und/oder dass der Anschluss für die Trennsäule so ausgebildet ist, dass die Trennsäule bis unmittelbar an den Dorn heran oder in diesen hinein reicht, und dass die Verbindungshohlräume von der Eintrittsöffnung des Dorns bis zur MUndung der Trennsäule im wesentlichen den gleichen lichten Querschnitt wie die Trennsäule aufweisen

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Die erfindungs'gemässe Ausbildung des Aufstechdorns ermöglicht ein einwandfreies Aufstecken der Probenkapseln ohne wesentliche Brauenbildung und vor allem ohne dass der Kapselinhalt während des Aufstechens aus der Kapsel austreten kann. Die erfindungsgemMsse Heranführung der Kapillarsäule bis an oder sogar in den Dorn vermeidet grosse Toträume, sodass mit geringsten TrägerstrOmen ausgekommen werden kann, was natürlich der Auflösung der Chromatogramme zugute kommt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein AusfUhrungsbeispiel einer erfindungsgemassen Vorrichtung,

Fig. 2 ein Detail aus Fig. 1, Fig. 3 und 4 zwei Varianten eines Aufstechdorns, Fig. 5a und b schematische Schnitte nach der Linie V-V der Fig. 2 mit zwei verschiedenen Drehstellung des Probenhalters, Fig. 5c einen Schnitt analog Fig. 5a mit einem

Aufstechdorn nach Fig. 4, und Fig. 6 eine weitere Detailvariante. Die in Fig. 1 als Ganzes dargestellte Probenaufgabevorrichtung umfasst eine Schleuse 1 und eine sich daran anschliessende Kammer 2 mit einem Aufstechdorn 3 fUr eine Probenkapsel 4, welche am vorderen Ende eines nur teilweise gezeigten Probenhalters 5 befestigt ist. Mit Ausnahme der Kammer 2 und des Dorns 3 sind alle Teile der. dargestellten Probenaufgabevorrichtung gleich wie beim eingangs genannten MS 41 von Perkin-Elmer Corp. bzw. wie in der DT-OS 25 30 879 beschrieben.

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Die durch einen becherartigen Teil gebildete Kammer ist mit der Schleuse 1 verschraubt. Der Aufstechdorn ist in den Bodenteil 21 der Kammer 2 eingeschraubt, welcher eine axiale Bohrung 22 enthält, durch welche das vordere Ende 6 einer Trennsäule (Fig. 2) in noch zu beschreibender Weise in den Dorn 3 eingeführt ist. Zum Befestigen der Trennsäule im Bodenteil sind eine Rlemmhlilse 7 und eine Ueberwurf mutter 8 vorgesehen, welche auf ein entsprechendes Gewinde 24 am Bodenteil 21 aufschraubbar ist.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Aufstechdorns 3 in grösserer Darstellung. Der Dorn 3 umfasst einen mit einem Gewinde versehenen, in einer Gewindebohrung des Kammerbodens 21 sitzenden Sockel 31 mit einem Flansch 32 und eine den eigentlichen Dorn bildende kegelförmige Spitze

Der Flansch 32 ist an seinem Umfang teilweise abgeflacht oder sechskantig ausgebildet, sodass ein entsprechend geformter Steckschlüssel mit ihm in Eingriff gebracht und der Dorn damit ein- und ausgeschraubt werden kann.

Die Spitze 33 gliedert sich in einen unteren Teil 33a und einen oberen Teil 33 b. Der Neigungswinkel α der Mantellinien des unteren Dornteils beträgt etwa l°-5°, vorzugsweise etwa 2,5°, der entsprechende Winkel β des oberen Dornteils etwa 10-20°, vorzugsweise etwa 15°. Der Querschnitt des unteren Dornteils 33a ist gegenüber der Kreisform etwas abgeflacht (Fig. 3 und 5a).

Der Dorn ist mit zwei axialen, ineinander Übergehenden Bohrungen 34 und 35 versehen, wovon die dllnnere fast bis zum Scheitel 36 der Dornspitze 33 reicht. Vom Ende dieser Bohrung 35 zweigt eine weitere Bohrung 37 ab,

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welche senkrecht zur Mantelfläche des oberen Dornteils 33b verläuft und in diese ausmündet. Die grüssere (34) der beiden axialen Bohrungen reicht bis in den unteren Dornteil 33a und nimmt das vordere Ende der Trennsäule 6 auf. Der Durchmesser der dünneren axialen Bohrung 35 ist gleich dem inneren Durchmesser der Trennsäule 6, im Falle einer Kapillarsäule also etwa 0,3-0,5 mm. Auf diese Weise ist das Totvolumen zwischen der Oeffnung 37 und dem Eingang der Trennsäule minimal.

Zum Beschicken der Trennsäule 6 mit einer Probe wird die die Probe enthaltende Kapsel 4 mittels des Probenhalters 5 durch die Schleuse 1 in die Kammer 2 eingeführt und auf den Dorn 3 aufgesteckt. Die Dornspitze 33 dringt dabei in die Kapsel 4 ein, schliesst diese aber hermetisch nach allen Seiten ab. (Fig. 5a). Das durch den auf Höhe des unteren Dornteils 33a angeordneten Trägergaseinlass 23 einströmende Trägergas kann daher vorerst noch nicht in die Kapsel 4 eintreten und anderseits kann die in der Kapsel befindliche Substanz auch nicht aus dieser in die Kammer 2 entweichen. Nunmehr wird die Kapsel 4 mittels des Halters 5 um 90° um ihre Längsachse gedreht. Durch den unrunden Querschnitt des unteren Dornteils 33a wird die Einstichöffnung der Kapsel dadurch aufgeweitet, sodass an den abgeflachten Dornseiten Zutrittsöffnungen 41 für das Trägergas entstehen (Fig. 5b), durch welche das letztere nunmehr in die Kapsel 4 eindringen kann und die darin enthaltene Substanz durch die Bohrung 37 in den Dorn und weiter in die Kapillarsäule 6 verdrängt.

Für eine optimale Entleerung der Kapsel bzw. optimale Einbringung der Substanz in die Kapillarsäule ist es wesentlich, dass sich die Oeffnung 37 des Dorns 33

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möglichst nahe an dessen Scheitel 36 befindet. Die Oeffnung 37 unmittelbar am Scheitel 36 anzubringen, ist wegen der Verstopfungsgefahr weniger zweckmässig FUr die Praxis genllgt es, wenn sich die Oeffnung im obersten Viertel oder FUnftel der Dornspitze 33, also der Distanz Flansch 32 - Scheitel 36 befindet. Ferner sollte die Oeffnung in Mantellinienrichtung gemessen möglichst klein sein. Deswegen verlauft die Bohrung 37 senkrecht zur Mantelflache.

Statt einer einzigen Bohrung können vorteilhaft auch mehrere, beispielsweise etwa zwei oder drei Bohrungen vorgesehen sein. Fig. 3 zeigt einen Dorn mit zwei Bohrungen. Die beiden Bohrungen 37a und 37b sind diametral und um 90° gegenüber den abgeflachten Stellen des unteren Dornteils versetzt angeordnet. Dies ergibt eine besonders intensive DurchspUlung der Kapsel.

Von wesentlicher Bedeutung fUr eine optimale Entleerung der Kapsel ist ferner die Unterteilung der Dornspitze in einen oberen Teil mit grösserem und einem unteren Teil mit kleinerem Oeffnungswinkel sowie die richtige Bemessung dieser Winkel (siehe vorne). Auf diese Weise wird die Bildung störender Brauen vermieden, welche sonst Taschen in der Kapsel bilden wurden, in denen sich die Substanz ansammeln könnte. Ferner hat es sich als zweckmassig erwiesen, wenn zumindest die Unterkanten der MUndung(en) der Bohrung(en) 37 abgerundet sind. Dies erleichtert einen sauberen Einstich in die Kapsel und verhindert ein Ausfransen des Oeffnungsrandes der Kapsel beim Uebergleiten der Oeffnung 37.

Wesentlich für die Anwendbarkeit der Kapseltechnik

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auf Kapillarsaulen ist ferner, dass der Dorn so gestaltet ist, dass er die Kapsei bis zum Erreichen der vollen Einstichtiefe abdichtet und erst dann den Zutritt des Trägergases freigibt. Dies lasst sich z.B. wie schon beschrieben durch die Abflachung des unteren Dornteils 33a erreichen. Ferner könnte der Dorn dazu in seinem unteren Teil auch einen polygonalen Querschnitt besitzen. Eine weitere geeignete Dornvariante ist in Fig. 4 dargestellt. Dieser Dorn besitzt eine rotationssymmetrische Spitze mit einem unteren und einem oberen Teil 33a bzw. 33b. Der obere Teil 33b ist mit drei Bohrungen bzw. Oeffnungen 37a, b und c versehen. Anstelle der Abflachungen bei den Dornen der Fig. 2 und 3 ist hier am untersten Ende der Dornspitze eine Querschnittverengung oder Ringnut 33c vorgesehen. Wenn der Oeffnungsrand der Kapsel beim Einstechen des Dorns in den Bereich der Ringnut kommt, entsteht plötzlich ein Ringspalt 42, durch den dann das TrMgergas in die Kapsel einströmen kann. Dies ist vereinfacht in Fig. 5c dargestellt. Anstelle der Ringnut könnten natürlich auch am Umfang des unteren Dornteils verteilte Kerben oder dgl. vorgesehen sein.

In Fig. 6 ist die Befestigung der Kapillarsäule 6 im Kammerboden detaillierter dargestellt. Der Dorn 3 ist in den Boden 21 der Kammer 2 eingeschraubt und mittels eines Silber-Dichtrings 50 abgedichtet. In der Bohrung 51 im Kammerboden 21 sitzt ein Futterrohr 52, welches die Kapillare 6 umschliesst und schlitzt. Am vorderen Ende des Rohrs 52 ist ein Graphit-Ferrule 53 angeordnet, welches mit seinen konischen Passflächen fllr eine dichte Verbindung zwischen Futterrohr 52 und Dornunterteil sorgt. Das Futterrohr ist mittels der Ueberwurfmutter 8 am Kammerboden 21 befestigt.

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Die Kapillaren-Befestigung gemäss Fig. 6 ergibt geringste Totvolumina und verhindert auch den Bruch der Kapillare beim Einführen in den Dorn.

Die vorstehend beschriebene Probenaufgabevorrichtung ermöglicht erstmals die Anwendund der bisher mit den genannten Ausnahmen nur bei gepackten Säulen möglichen Kapseltechnik auch bei Hochleistungskapillarsäulen, ohne Einbussen der Trennleistung in Kauf nehmen zu mllssen. Die Vorrichtung ist in erster Linie fUr Kapillarsäulen konzipiert, selbstverständlich aber auch für gepackte Säulen geeignet und auch dort von Vorteil.

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Claims (12)

1. Anwaltsakte: 29 53 2

   Patentansprüche

   ' Iy Probenaufgabevorrichtung fllr einen Gaschromatographen, mit einer Kammer, in der ein hohler, mit einer Eintrittsöffnung fllr die Probe bzw. Tragergas versehener Aufstechdorn fUr Probenkapseln angeordnet ist und die einen mit dem Dorn kommunizierenden Anschluss fllr eine Trennsäule sowie einen Anschluss fllr Tragergas aufweist, und mit einer der Kammer vorgeschalteten Schleuse, durch welche die Probenkapseln mittels eines Probenhalters in die Kammer eingebracht und zur Oeffnung auf den Dorn aufgesteckt werden, wobei der Dorn so geformt ist, dass er die Kapseln während des Aufstechens bis zu einer vorgegebenen Einstechtiefe wenigstens angenähert dicht verschliesst und nach weiterem Eindringen in die Kapseln oder durch relative Verdrehung gegenüber den Kapseln um seine Achse eine Zutrittsöffnung fllr Trägergas in die Kapseln freigibt, bzw. schafft, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufstechdorn im wesentlichen konisch oder pyramidisch ist, dass die Eintrittsöffnung des Doms im obersten Viertel des Dorns angeordnet ist und in dessen Mantelfläche ausmündet,und/oder dass der Anschluss fUr die Trennsäule so ausgebildet ist, dass die Trennsäule bis unmittelbar an den Dorn heran oder in diesen hinein reicht, und dass die Verbindungshohlräume von der Eintrittsöffnung des Dorns bis zur MUndung der Trennsäule im wesentlichen den gleichen lichten Querschnitt wie die Trennsäule aufweisen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufstechdorn im wesentlichen kegelförmig ist und zumindest in seinem unteren Teil einen gegenüber der Kreisform abgeflachten Querschnitt aufweis t

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3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufstechdorn in seinem unteren Teil eine Querschnittsverengung oder wenigstens eine Vertiefung in der Mantelfläche aufweist.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufstechdorn einen oberen und einen unteren Teil aufweist, und dass die Mantellinien des unteren Teils mit der Dornachse einen kleineren Neigungswinkel (α) einschliessen als die Mantellinien des oberen Teils
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (p) der Mantellinien des oberen Dornteils etwa 10°-20°, vorzugsweise etwa 15° beträgt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (σ) der Mantellinien des unteren Dornteils etwa l°-5°, vorzugsweise etwa 2,5° beträgt.
7. 7. ' Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung des Doms durch eine zur Mantelfläche senkrechte Bohrung gebildet ist.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn wenigstens zwei Eintrittsöffnungen aufweist.
9. 9." Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsöffnung(en) im obersten FUnftel des Dorns liegt bzw. liegen.

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10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Kante jeder Eintrittsöffnung abgerundet ist.
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn eine axiale Bohrung zur Aufnahme der Trennsäule aufweist.
12. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragergasanschiuss auf der Höhe des unteren Teils des Aufstechdorns in die Kammer mtindet.

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