DE2926521C2

DE2926521C2 -

Info

Publication number: DE2926521C2
Application number: DE2926521A
Authority: DE
Inventors: Lloyd R. Yorktown Heights N.Y. Us Snyder
Original assignee: Technicon Instruments Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1978-07-07
Filing date: 1979-06-30
Publication date: 1989-05-11
Also published as: FR2430614B1; CA1132371A; JPS5512486A; GB2024647A; GB2024647B; FR2430614A1; IT7967901A0; SE7901263L; DE2926521A1; US4204952A; IT1119074B; BE877273A; AU4542379A; AU518102B2; CH639000A5; NL7901754A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor richtung zur Flüssigkeits- und Gaschromatographie mit verbessertem Durchsatz oder verbesserter Verfahrensge schwindigkeit.

In den bekannten chromatographischen Systemen besetzt eine einzige aufzutrennende Probe verschwenderischerweise lediglich einen kleinen Abschnitt einer Chromatographie säule. Bevor die erste Probe nicht vollständig eluiert wor den ist, wurde keine zweite Probe eingeführt. Demzufolge war bisher die chromatographische Trennung von Proben ein unwirtschaftliches und zeitraubendes Verfahren.

An sich ist die Chromatographiekunst hinsichtlich ihrer Verfahren und Vorrichtungen zur Reinigung und zur Analyse von Proben sehr vielseitig und variationsreich. Bei einigen bisher bekannten Systemen werden zahlreiche Stufen agewandt, um komplex zusammengesetzte Proben auf zutrennen. wobei diese Auftrennung schwierig ist. Bei derartigen System wurden zwei oder mehr Säulen verwendet, die in Reihe nacheinander angeordnet und mit unterschied lichen Packungen versehen sind. Beispiele für derartige Systeme sind beispielsweise in folgenden Veröffentlichungen beschrieben: M.C. Simmons und L.R. Snyder, Analytical Chemistry 30, 32 (1958) "Two-Stage Gas Liquid Chromato graphy" und Orion Edwin Schupp III, Technique of Organic Chemistry 13, 251 (1968) "Gas Chromatography". Diese be kannten Systeme sehen ein Schaltventil zwischen den beiden Säulen vor, um eine oder mehrere aneinandergrenzende Banden für eine Vortrennung durch eine kurze Säule und für eine weitere Auftrennung mit Hilfe einer langen Säule auszu wählen. Jedoch führen derartige Systeme nicht zu einer Durchsatzerhöhung. Es ist für sie vielmehr charakteristisch, daß zu einer bestimmten Zeit lediglich eine Probe durch das System hindurchläuft. Das Prinzip für den Betrieb dieser Systeme besteht in der unterschiedlichen Trennungsselekti vität in jeder Säule.

Die zweite der obenerwähnten Literaturstellen befaßt sich mit speziellen Problemen bei verdünnten Proben, wobei eine Vorsäule mit nachfolgendem Schaltventil verwendet wird, an das sich in Reihe eine zweite Säule anschließt, die mit dem gleichen Material wie die erste gepackt sein kann. Niedrigsiedende Komponenten der Probe werden in der ersten Säule abgelassen. Die Temperatur der Vorsäule wird erhöht, um eine schnellere Eluierung der interessierenden Proben komponenten zu bewirken, und es ergibt sich eine normale Abtrennung der restlichen Probe. Das Ziel dieser Technik besteht darin, große Mengen an Lösungsmitteln oder anderen niedrigsiedenden Verbindungen, an denen ein Interesse be steht, zu entfernen, bevor die Haupttrennung eingeleitet wird. Nach diesem Verfahren werden die ungünstigen Wirkungen, die durch diese Materialien auf die Trennung in der Säule ausgeübt werden, eliminiert. Hochsiedende Komponenten, die eine lange Eluierungszeit erfordern, werden auf der ersten Säule festgehalten, bis die Trennung vollständig ist. Sie werden von der ersten Säule durch Rückwaschen (back-flushing) oder andere bekannte Techniken entfernt.

Aus der Literaturstelle R. Kaiser: "Chromatographie in der Gasphase. 1. Teil: Gas-Chromatographie" 1960, S. 157- 159, ist es bekannt, ein Chromatographiesystem mit Proben zu beschicken, wobei das Eluat aus einer ersten Säule A aufgetrennt weiterbehandelt wird, indem eine Fraktion eine weitere Säule B durchläuft, bevor sie einem Detektor zugeführt wird, während der Rest des Eluats aus der Säule A unmit telbar dem Detektor zugeführt wird. Die Chromatographie geschwindigkeit in beiden Säulen kann unterschiedlich sein, und sie kann synchronisiert sein, so daß während der Auf trennung der Fraktion in Säule B zugleich der Rest des Eluats aus Säule A gewonnen wird.

Ein weiteres System mit mehreren Säulen ist von L.R. Snyder in Journal of Chromatographie Science 8, 692 (1970) "Comparisons of Normal Elution, Coupled-Columns, And Solvent, Flow or Temperature Programming in Liquid Chroma tography" beschrieben. Ein derartiges System eignet sich insbesondere für schwierig zu analysierende Proben mit vielen Komponenten. Zwei oder mehrere Säulen sind parallel und bzw. oder in Reihe miteinander verbunden und besitzen unterschiedliche Retentionswirkungen. Ein derartiges System eignet sich zur Ableitung nicht zurückgehaltener Proben komponenten, die sich rasch von Säulen mit schwacher Reten tionswirkung eluieren lassen, auf Säulen mit starker Reten tionswirkung. Dadurch wird eine Differenzierung der schlecht zurückgehaltenen Komponenten ermöglicht. Dieses Vorgehen ähnelt in seiner Wirkung demjenigen anderer Verfahren, wie beispielsweise der Gradientenelution, der Temperaturpro grammierung und der Strömungsprogrammierung.

In derartigen Systemen ist zu einer bestimmten Zeit lediglich ebenfalls nur eine Probe vorhanden. Demzufolge ist der Durchsatz dieses Systems nicht besonders hoch.

Gemäß einer weiteren Technik wird eine kontinuierliche chromatographische Reinigung einer Probe vorgesehen. Eine kontinuierliche Auftrennung einer einzelnen Probe wird zur Herstellung großer Mengen von reinem Material durchgeführt. Ein derartiges Verfahren wird von P.E. Barker und S. Al- Madfai in Journal of Chromatographic Science 7, 426 (1969) "continuous Chromatographic Refining using a new Compact Chromatographic Machine" sowie in den US-PS 30 02 583 und 40 01 112 beschrieben. Die zuletzt genannten drei Litera turstellen erläutern eine Reinigung eines Bestandteils durch chromatographische Verfahren und befassen sich nicht mit einer Erhöhung des Durchsatzes des Systems. Es werden auch keine diskreten Proben nacheinander eingeführt oder gleichzeitig durch eine Trennsäule hindurchlaufen gelassen.

Aus den US-PS 33 73 872 und 35 08 880 sind weiter Chromatographiesysteme bekannt, die aus mehr als einer Säule bestehen, die durch eine einzige Pumpe versorgt werden. Auch in diesen Patentschriften ist nicht die Rede von einer Vielzahl diskreter Proben, die zu einer bestimmten Zeit gleichzeitig durch eine Säule oder durch ein System ge schickt werden.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Erhöhung des Durchsatzes in einem Flüssigkeits- oder Gaschromatogra phiesystem und insbesondere die Schaffung eines kontinu ierlich beschickbaren Chromatographiesystems, in dem mehrere diskrete Fraktionen von Proben gleichzeitig durch eine Chromatographiesäule des Systems hindurchwandern.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Ver besserung des Durchsatzes in einem Chromatographiesystem zur Analyse mehrerer Proben, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

a) eine Reihe von Proben durch eine erste Chromatographie säule wandern läßt;
b) ausgewählte Fraktionen des Eluats aus der ersten Chro matographiesäule in eine zweite Chromatographiesäule einführt, wobei jede eingeführte Fraktion mindestens eine zu ermittelnde Komponente enthält; und
c) die Geschwindigkeit der Einführung der Fraktionen in die zweite Chromatographiesäule derart steuert, daß ein gleichzeitiges Hindurchwandern von mehr als einer Fraktion durch die zweite Chromatographiesäule unter hinreichender Auftrennung der einzelnen zu ermittelnden Bestandteile zu deren Analyse erfolgt.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrich tung zur chromatographischen Analyse mit verbessertem Durch satz, bestehend aus
einer ersten Chromatographiesäule;
ersten Mitteln zur Einleitung von Proben in die erste Chromatographiesäule;
einer zweiten Chromatographiesäule und
zweiten Mitteln zur Einleitung einer Fraktion von jeder Probe, die aus der ersten Chromatographiesäule eluiert wird, mit gesteuerter Geschwindigkeit in die zweite Chromatogra phiesäule, so daß eine hinreichende Trennung zwischen den einzelnen zu ermittelnden Bestandteilen jeder der Fraktionen, die aus der zweiten Säule eluiert werden, erfolgt ist.

Gemäß der Erfindung wird somit der erhöhte Durchsatz dadurch erzielt, daß man zu Anfang jede einer Anzahl von Proben, die der Reihe nach in eine erste Säule eingeführt worden sind, grob in ihre einzelnen Bestandteile auftrennt. Danach werden aus dem aus der ersten Säule kommenden Eluat erneut Proben genommen, so daß bestimmte Fraktionen jeder Probe nacheinander über eine zweite Säule geschickt werden, in der eine vollständige Auftrennung der Bestandteile er zielt wird. Dadurch wird ermöglicht, daß viele Probenfrak tionen zugleich durch das System wandern.

Insbesondere sind die erste und die zweite Säule nach einander angeordnet und können mit dem gleichen oder unter schiedlichen Material gepackt sein. Zwischen den Säulen ist ein Schalt- oder Probenahmeventil angeordnet, um jede der eluierten Proben, die der Reihe nach aus der ersten Säule heraustreten, zu fraktionieren. Die Eluatfraktion kann mehrere aneinandergrenzende Zonen von Verbindungen ent halten, die zur vollständigeren Auftrennung durch die zweite Säule geschickt werden. Nicht erwünschte Eluate werden mit Hilfe des Schaltventils verworfen, wenn sie den gewünschten Zonen vorauslaufen oder ihnen nachfolgen. Mit anderen Worten, wird mit Hilfe des Schaltventils eine Fraktion von jeder Probe entnommen, die aus der ersten Säule heraustritt, und diese Fraktion wird auf die zweite Säule aufgegeben.

Da die zweite Säule lediglich mit einer kleinen Frak tion der Probe beschickt wird, kann eine oder können meh rere Fraktionen von verschiedenen Proben gleichzeitig durch sie hindurchlaufen gelassen werden, wodurch die Auftrennung wesentlich wirksamer durchgeführt wird.

Wenn das übrige Material aus der ersten Probe die erste Säule verläßt, wird eine nachfolgende Probe ähnli cher Zusammensetzung auf die erste Säule aufgegeben. Die zweite und die nachfolgenden Proben werden analog zur ersten Probe fraktioniert. Dieses Verfahren führt daher zur Beschickung der zweiten Säule mit diskreten Proben fraktionen mit gesteuerter Geschwindigkeit. Wenn die erste Probenfraktion eine diskrete Entfernung die zweite Säule hinuntergewandert ist, wird eine darauf folgende Probenfraktion auf die zweite Säule aufgegeben, so daß eine Kette aneinander angrenzender Probenfraktionen gleich zeitig über die zweite Säule laufengelassen wird. Dadurch wird der Durchsatz des Chromatographiesystems in äußerst wirksamerWeise erhöht.

Die Aufgabegeschwindigkeit (injection rate) und das Volumen der verschiedenen Probenfraktionen, die der zweiten Säule zugeführt werden, werden im Hinblick auf die Strömungsgeschwindigkeit durch die zweite Säule ge steuert. Daher wird der gewünschte Bestandteil jeder Probenfraktion abgetrennt, jedoch überlappt er mit anderen, angrenzenden Bestandteilen bei der Eluierung aus der zwei ten Säule nicht. Außerdem kann die Aufgabe der Proben auf die erste Säule mit der Aufgabe der Probenfraktionen auf die zweite Säule synchronisiert werden. Auf diese Weise wird ein kontinuierliches Verfahren zur Analyse diskreter angrenzender Proben erzielt, bei dem diskrete, nicht über lappende Bestandteile, die in dem Eluat jeder Probenfrak tion enthalten sind, erhalten werden. Wie bereits erwähnt, besteht der größte Vorteil dieser Kontinuität darin, daß mit einigen wenigen geringfügigen Änderungen in der Vor richtung ein neues System mit einem beträchtlich erhöhten Durchsatz geschaffen wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeich nungen näher erläutert, worin bedeuten:

Fig. 1 ein Fließschema des Chromatographiesystems gemäß der Erfindung;

Fig. 2a bis 2d verschiedene schematische Diagramme für über Trennsäulen laufende Verbindungen. Fig. 2a zeigt dabei die Auftrennung von Verbindungen innerhalb einer hin reichend langen Säule, deren Länge gleiche der Summe der Längen der kurzen und der langen Säule gemäß Fig. 1 ist, so daß die dicht aufeinanderfolgend eluierten Verbindungen W und X vollständig voneinander getrennt werden;

Fig. 2b zeigt die Wanderung der Verbindungen inner halb der kurzen Säule gemäß Fig. 1, so daß die dicht auf einanderfolgend eluierten Verbindungen W und X einander überlappen.

Fig. 2c zeigt eine Anzahl von Fraktionen d aus der kurzen Säule (vgl. Fig. 2b), die der langen Säule gemäß Fig. 1 zugeführt und durch diese hindurchwandern.

Fig. 2d zeigt die aufeinanderfolgende Eluierung der Verbindungen W und X aus aufeinanderfolgenden Proben fraktionen, die aus der langen Säule von Fig. 1 gemäß der Erfindung eluiert werden.

Fig. 3 zeigt ein Fließschema einer alternativen Ausführungsform des chromatographischen Systems gemäß Fig. 1 und

Fig. 4 zeigt ein Diagramm der Ventilstellungs folge für die Ausführungsform gemäß Fig. 3.

Gemäß der Erfindung wird eine Reihe von Proben durch eine erste Chromatographiesäule geführt, um die Bestand teile der einzelnen Proben grob voneinander zu trennen. Eine Fraktion des Eluats jeder Probe aus der ersten Säule wird danach auf eine zweite Säule gegeben, wodurch die Auftrennung vervollständig wird. Das Hindurchschicken dieser Fraktionen durch die zweite Säule wird mit ge steuerter Geschwindigkeit durchgeführt, um sicherzustel len, daß die im einzelnen zu isolierenden Bestandteile in jeder Fraktion nicht überlappen bzw. auf andere Weise hinreichend scharf voneinander getrennt werden, wenn sie aus der zweiten Säule eluiert werden. Der Durchsatz des Systems wird beträchtlich erhöht, indem man eine Anzahl von Fraktionen aus verschiedenen Proben nacheinander gleichzeitig durch die zweite Säule laufen läßt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung besitzt eine erste Chromatographiesäule, Mittel zum Aufgeben einer Reihe von Proben auf die erste Säule, eine zweite Chro matographiesäule sowie Mittel zum Überleiten der Frak tionen jeder aus der ersten Säule eluierten Probe mit gesteuerter Geschwindigkeit in die zweite Säule, um sicher zustellen, daß die gewünschten Bestandteile jeder Proben fraktion, die aus der zweiten Säule eluiert wird, zum Zwecke der Analyse hinreichend voneinander getrennt sind.

Gemäß Fig. 1 wird eine Probe 9, wie durch den Pfeil 10 angedeutet, zusammen mit einem Lösungsmittel in eine erste Chromatographiesäule 11 mit Hilfe eines Einspritzventils (injection valve) 12 und dem kontinuierlichen Pumpen einer Hochdruckpumpe 13 eingeführt. Die Probe enthält normaler weise mehrere Verbindungen, von denen eine oder mehrere letztlich von den anderen Verbindungen abgetrennt und ana lysiert werden sollen. Die Probe 9 läuft unter dem Druck der Pumpe 13 durch die Säule 11 hindurch, und das Eluat aus der Säule 11 wird, wie durch Pfeil 14 angedeutet, einem Schalt- oder Probenahmeventil 15 zugeführt. Der Zweck des Ventils 15 besteht darin, eine Fraktion der Probe herauszuschneiden oder auf andere Weise eine Frak tion, die die aufzutrennenden Bestandteile enthält, von den anderen Verbindungen in der Probe abzutrennen. Das Schaltventil 15 gibt diese Bestandteile unter dem Druck der Hochdruckpumpe 13, wie durch Pfeil 16 angedeutet, von einem Auslaß a auf eine zweite Chromatographiesäule 21. Die am Ventil 15 erhaltene Fraktion ist eine Roh fraktion von Probe 9, die den zu ermittelnden Bestand teil zusammen mit anderen, dicht aufeinanderfolgend elu ierten Verbindungen, die nicht vollständig voneinander getrennt sind, enthält. Demzufolge ist eine weitere Auf trennung durch Säule 21 erforderlich. Die kontinuierlich betriebene Hochdruckpumpe 20 liefert den Druck zum Auf bringen jeder abgetrennten Fraktion auf Säule 21 während der weiteren Eluierung von Säule 11 durch Pumpe 13. Andere Anteile des Eluates, die die Säule 11 verlassen und die die zu bestimmenden Bestandteile nicht enthalten, werden über Auslaß c des Ventils 15, wie durch Pfeil 17 ange deutet, verworfen. Gewünschtenfalls können derartige An teile jedoch weiter fraktioniert und über eine dritte Säule 24 zur Auftrennung und Analyse eines weiteren Be standteiles gegeben werden. Die zusätzliche Säule 24 ist mit einem zweiten Auslaß b von Ventil 15 verbunden, wie dargestellt. Die vom Auslaß b des Ventils 15 gelieferte Fraktion wird unter dem Druck der Pumpe 13 auf die Säule 24 gegeben und im weiteren durch die Hochdruckpumpe 20 a durch Säule 24 hindurchgetrieben.

Die Fraktion der ursprünglichen Probe 9, die die Säule 21 und bzw. oder Säule 24 verläßt, wird, wie durch die Pfeile 18 bzw. 18′ angedeutet, zu Detektoren 22 bzw. 22′ geleitet. Das Eluat wird anschließend verworfen, wie durch die Pfeile 19 bzw. 19′ angedeutet.

Die Detektoren 22 und 22′ können Photometer oder Spektrofotometer sein. Alternativ können die Refracto meter, elektrochemische Detektoren, Fluorometer, Leit fähigkeitsdetektoren usw. sein. Der Zweck dieser Detek toren besteht darin, die Menge an dem zu bestimmenden Bestandteil in dem Eluat, das durch die damit verbundene Säule gelaufen ist, zu bestimmen oder anderweitig zu messen.

Der Betrieb dieses Systems wird im folgenden lediglich in Verbindung mit Säule 21 beschrieben. Selbstverständlich trifft diese Beschreibung in analoger Weise auch auf zu sätzliche Säulen, wie beispielsweise Säule 24, zu, wenn diese in das System eingeschlossen sind. Die Struktur des Systems, das mit Säule 21 verbunden ist, ähnelt stark demjenigen bereits bekannter Systeme. Jedoch besitzen die Pumpen 13 und 20 zusammen mit Ventil 15 eine vollständig andersartige Funktion als ihre bekannten Gegenstücke. Die Pumpen 13 und 20 dienen zur Einführung der entsprechenden Materialien in Säulen 11 bzw. 21 nacheinander und mit Geschwindigkeiten, die synchronisiert und gesteuert sind, um zwei wesentliche Merkmale zu erfüllen:
1. eine Anzahl von Fraktionen wird gleichzeitig durch Säule 21 hindurch strömen gelassen, und
2. der zu bestimmende Bestandteil in jeder Probenfraktion, die aus Säule 21 eluiert worden ist, wird praktisch vollständig abgetrennt und überlappt mit anderen mitlaufenden Bestandteilen nicht.

Fig. 2a erläutert eine vollständige Auftrennung ver schiedener Bestandteile U, W, X und Z in einer Probe. Diese Bestandteile sind durch eine herkömmliche Chromato graphiesäule gegeben worden, die eine Länge besaß, die der Summe der Längen von Säulen 11 und 21 entspricht. X ist gemäß Fig. 2b (durch Schraffieren) als die zu ana lysierende Komponente bezeichnet.

Wenn das System gemäß Fig. 1 derart betrieben würde, daß lediglich Säule 11 eingesetzt würde, so würde eine Auftrennung erfolgen, wie sie in Fig. 2b dargestellt ist. Aus dieser Fig. 2b ergibt sich, daß die zu bestimmende Komponente X mit dem dicht nachfolgenden und daher über lappenden Bestandteil W eluiert wird. Das Ventil 15 von Fig. 1 wählt nun die Fraktion d aus, die den Bestandteil X und einen überlappenden Anteil des Bestandteils W enthält. Diese ausgewählte Fraktion wird in dem System zurückgehal ten, während sämtliche anderen Anteile der eluierten Probe über Auslaß c, wie durch Pfeil 17 angedeutet ist, bei ent sprechender Ventilstellung verworfen werden. Die Fraktion d muß hinreichend umfangreich gewählt werden, um sicherzu stellen, daß praktisch die Gesamtmenge des Bestandteils X auf die Säule 21 aufgebracht wird. Wie obenerwähnt, wird die zurückgehaltene Fraktion d jeder Probe 9 durch Ven til 15 längs Auslaß b auf die zweite Säule 21 aufgegeben. Fig. 2c erläutert nun die weitere Auftrennung der Frak tion d längs der Säule 21. Die Fraktion d enthält den Be standteil X vermischt oder überlappend mit dem Bestand teil W. Gemäß Fig. 2c erfolgt die Auftrennung der Bestand teile X und W im Laufe der Zeit, während die Fraktion d über die Säule 21 läuft. Fig. 2c kann auch mehrere Frak tionen, die gemeinsam durch Säule 21 wandern, darstellen, wie weiter unten erläutert wird.

Man kann sich zum Zwecke der besseren Beschreibung vorstellen, daß Säule 21 in sechs getrennte Abschnitte oder Stufen 1 bis 6 geteilt ist, wie dargestellt. Die Fraktion d wird bei Abschnitt 1 in die Säule 21 einge führt und läuft durch jede nachfolgende Stufe, bis sie den Endabschnitt 6 erreicht. Aus Fig. 2c ist ersichtlich, daß jede Stufe die Bestandteile W und X der Fraktion progressiv auftrennt, so daß X und W auf der Endstufe 6 praktisch vollständig voneinander getrennt vorliegen.

Wenn lediglich eine Fraktion d von Probe 9 durch Säule 21 geschickt würde, so würde die Verfahrensgeschwin digkeit oder Verweilzeit des Systems die gleiche sein, wie wenn Säulen 11 und 21 miteinander verbunden wären und keine Fraktion herausgeschnitten worden wäre.

Während also gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einzelprobe nicht rascher als bei irgendeinem bekannten Verfahren aufgetrennt wird, d. h. die Verweilzeit jeder Probe in dem System nicht verringert wird, so wird den noch der Durchsatz oder die Gesamtbearbeitungsgeschwindigkeit für mehrere Proben erhöht. Dies wird dadurch erreicht, daß man mehrere Probenfraktionen d gleichzeitig und mit ge steuerter Geschwindigkeit durch Säule 21 laufen läßt. Nach dem eine Fraktion d einer ersten Probe während einer Zeit t _a die Säule 21 entlanggewandert ist, kann eine Fraktion d einer zweiten Probe auf die Säule aufgegeben werden, ohne daß sich Störungen mit der ersten Probenfraktion ergeben. Dies ergibt sich daraus, daß die erste Fraktion nunmehr in Abschnitt 2 eintritt, während die zweite Fraktion auf Ab schnitt 1 aufgegeben wird. Nach Verstreichen der Zeit 2 t _a hat die erste Fraktion den Abschnitt 2 voll besetzt, wäh rend die zweite Fraktion den Abschnitt 1 voll besetzt hat. Nunmehr kann auf Abschnitt 1 eine dritte Fraktion aufgege ben werden. Nach Verstreichen der Zeit 3 t _a hat die erste Fraktion den Abschnitt 3 vollständig besetzt, die zweite Fraktion den Abschnitt 2 und die dritte Fraktion den Ab schnitt 1. Diese Art des Verfahrens kann so lange fortge setzt werden, bis sämtliche Abschnitte der Säule 21 mit Fraktionen besetzt sind, die durch die Säule hindurch laufen.

Zwar ist die Säule 21 tatsächlich nicht in Abschnit te eingeteilt, jedoch ist das Prinzip des Durchleitens mehrerer Fraktionen durch die Säule dennoch gültig. Bei spielsweise erkennt man, daß der Raum, der von der Frak tion d zu jedem beliebigen Zeitpunkt in Abschnitt 1 ein genommen wird, kürzer ist als die Entfernung, die notwen dig ist, damit die Fraktion in der Zeit t _a den Abschnitt 1 durchläuft. Jedoch nimmt die Fraktion d sämtlichen Raum vollständig ein, wenn sie den Abschnitt 6 erreicht hat, weil sich die Bestandteile X und W getrennt haben. Mit anderen Worten, die Einführungsgeschwindigkeit aufeinander folgender Proben muß derart gesteuert sein, daß die Aus dehnung der Bestandteile eingerechnet ist, die auftritt, wenn sie durch die Säule 21 hindurchlaufen. Eine derartige Steuerung der Geschwindigkeit stellt sicher, daß keine der aufeinanderfolgenden Probenfraktionen die benachbarten Probenfraktionen innerhalb der Säule stört. Anders ausge drückt, wird die Fraktion d, die von unterschiedlichen Proben genommen worden ist, die einzeln durch Säule 11 hindurchgewandert sind, auf Säule 21 gegeben und durch sie in derartigen Abständen hindurchgeführt, daß keine Über lappung auftritt. Unter der Einwirkung der Pumpe 20 wandern diese Fraktionen gleichzeitig mit der gleichen Geschwindig keit durch Säule 21 hindurch, wobei der Abstand derart ist, daß der Bestandteil X in jeder Probe in völlig abgetrennter Form vorliegt, wenn er dem Detektor 22 zur Bestimmung zu geführt wird.

Um eine optimale Wirkung zu erzielen, wird Probe 9 nacheinander mit einer Geschwindigkeit auf Säule 11 aufge geben, die mit der Geschwindigkeit synchronisiert ist, mit der die Probenfraktionen d auf Säule 21 aufgegeben werden. Demzufolge erfolgt eine hinreichende Abtrennung des Be standteils X in den aufeinanderfolgenden Fraktionen, die die Säule 21 verlassen. Die Synchronisierung wird durch einen Ventilregler (Zeitgeber) 25 erzielt, der ein Mikro prozessor sein kann.

In Fig. 2d ist die Folge von nicht überlappenden Fraktionen d dargestellt, die die Säule 21 verlassen, wenn eine richtige Synchronisierung erzielt ist.

Das Fließschema gemäß Fig. 1 zeigt, daß zwei Hoch druckpumpen 13 und 20 erforderlich sind, um die obener wähnte Synchronisierung zu erzielen. Eine alternative Durchführungsform, bei der lediglich eine Hochdruckpumpe erforderlich ist, ist in Fig. 3 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird das Schaltventil 15 durch ein neues Schaltventil 15′ ersetzt, das eine Fraktionsaufbewahrungs schleife Q besitzt. Dadurch wird ermöglicht, daß die Pum pe 20 (eine Hochdruckpumpe) durch eine Niederdruckpumpe 20′ ersetzt werden kann.

Die mit gestrichelten Umgrenzungslinien eingefaßten Bereiche 30 a und 30 b entsprechen unterschiedlichen Be triebsstellungen V ₁ und V ₂ des Schaltventils 15′. In Fig. 4 ist die Zusammensetzung des die Säule 11 verlassen den Eluats im Hinblick auf drei aufeinanderfolgende Pro ben S ₁, S ₂ und S ₃ dargestellt. Ebenfalls in Fig. 4 ist den einzelnen Bestandteilsfraktionen jeder Probe die ent sprechende Stellung von Ventil 15′ zugeordnet.

Zu Beginn wird das Schaltventil 15′ in die Stellung V ₁ gebracht. Dadurch wird ermöglicht, daß die Fraktion e (und in den nachfolgenden Proben f) in die Halteschleife Q gelangt, während das Lösungsmittel aus der Schleife Q auf die Säule 21 aufgegeben wird. Die Schleife Q ist jedoch groß genug, daß die Fraktionen e und f, die in sie ein treten, die Schleife nicht verlassen, bevor das Ventil in die Stellung V ₂ umgeschaltet worden ist. Wenn eine ge wünschte Fraktion d aus Säule 11 eluiert wird, wird das Schaltventil 15′ in die Stellung V ₂ gebracht, und gleich zeitig wird die Halteschleife Q mit frischem Lösungsmittel gespült, so daß die nicht erwünschten Komponenten (Frak tionen e und f) abgeführt und verworfen werden und die gewünschte Komponente d unmittelbar auf Säule 21 aufge bracht wird. Es ist zu erwähnen, daß Pumpe 20′ jetzt im Gegenstrom verwendet wird, um die Schleife Q zu spülen. Danach wird das Schaltventil 15′ in die Stellung V ₁ zurück gestellt, sobald die Fraktion d auf die Säule 21 aufgebracht worden ist, und die Schleife sammelt nun wieder das nicht erwünschte Material (Fraktionen e und f), bis die nächste erwünschte Fraktion d aus Säule 11 eluiert wird.

Solange die Schleife beim Schaltventil 15′ groß genug ist, um das Probenvolumen aufzunehmen, das zwischen den gewünschten Fraktionen in zwei aufeinanderfolgenden Proben eluiert wird (siehe Fig. 4), erreichen lediglich die gewünschten Bestandteile die Säule 21. Das einzige Erfordernis für die Niederdruckpumpe 20′ besteht darin, daß sie rasch genug pumpt, um die Schleife mit frischem Lösungsmittel vollständig auszuwaschen, während das Schalt ventil 15′ sich in der Stellung V ₂ befindet.

An dem oben beschriebenen System können verschiedene Abänderungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann statt einer ersten Säule 11, die kürzer ist als die zweite Säule 21, vorgesehen werden, daß beide Säulen gleich lang sind.

Während gemäß den Fig. 2a bis 2d typischerweise die Bestandteile U, W, X und Z dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen wurden, können selbstverständlich auch andere Bestandteilsfolgen erfindungsgemäß behandelt werden.

Das Packmaterial für beide Säulen 11 und 21 ist zweckmäßigerweise, jedoch nicht notwendigerweise, gleich. Es können Situationen eintreten, bei denen unterschiedliche Materialien verwendet werden, wie dem Fachmann geläufig ist.

Außer Säule 24 können noch weitere Säulen verwendet werden, um weitere Bestandteile aus jeder Probe abzutrennen oder um den Durchsatz des Systems weiter zu verbessern. In den Fällen, in denen ein erhöhter Durchsatz erwünscht ist, kann die dritte Säule 24 alternierend mit Säule 21 Frak tionen aufnehmen. Bei dieser Verfahrensweise wird die Säule 11 zweimal so schnell wie in den anderen Fällen mit Proben beschickt.

Eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Ver fahrens besteht darin, daß drei nacheinander angeordnete Säulen 11, 21 und 24 vorgesehen sind, die fortschreitend engere Fraktionen im Eluat herstellen. Für diese Arbeits weise ist ein weiteres Schaltventil zwischen den Säulen 21 und 24 erforderlich.

Claims

1. Verfahren zur Erhöhung des Durchsatzes eines Chromato graphiesystems, das kontinuierlich betrieben und mit einer Reihe von Proben beschickt wird, wobei jede Probe einen zu ermittelnden Bestandteil enthält und man

(a) periodisch eine Reihe von Proben mit einer ersten gesteuerten Geschwindigkeit in eine erste Chromato graphiesäule zur Abtrennung des zu ermittelnden Bestandteils aus jeder der Proben einführt,
(b) die für jede Probe aus der ersten Chromatographie säule erhaltene, den zu ermittelnden Bestandteil enthaltende Fraktion von Eluatmaterialien gewinnt und
(c) periodisch die gewonnenen Fraktionen mit einer zwei ten gesteuerten Geschwindigkeit in eine zweite Chromatographiesäule überführt, wobei die erste Geschwindigkeit praktisch mit der zweiten Geschwin digkeit synchron ist, und eine hinreichende chroma tographische Auftrennung zwischen den einzelnen Bestandteilen jeder der Fraktionen durchführt,

dadurch gekennzeichnet, daß man in Stufe (c) eine Anzahl der gewonnenen Fraktionen gleichzeitig hintereinander die zweite Chromatographie säule durchlaufen läßt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Fraktionen verwendet, die jede eine Anzahl von dicht aufeinanderfolgend eluierbaren Verbindungen enthält.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Chromatographiesystem ein Flüssigkeits- oder Gaschromatographiesystem anwendet.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem die Eluatfraktionen aus der zweiten Chromatographiesäule zur Bestimmung der Menge des zu ermittelnden Bestandteils in den Eluatfraktionen analysiert.