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Verbesserte Drehvorrichtung zum gleichmäßigen Packen von Chromatographiesäulen
mit Dextrangelen Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung, mit deren Hilfe hochwertige
Gelbetten für die Säulenchromatographie zur Trennung chemischer Substanzen erhalten
werden können. Der Anwendungsbereich umfaßt im wesentlichen ausgesprochen lange
Säulen mit Dextrangelen als Trägermaterial und wässrigen Laufmitteln, jedoch kann
die Vorrichtung auch bei anderen Chromatographiesäulen von Vorteil sein.
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Die Säulenchromatographie bedient sich in der Regel langer, senkrecht
stehender Glassäulen, die mit einem Trägermaterial (stationäre Phase) und einem
Laufmittel (mobile Phase) gefüllt sind. (Vergl.: Th. Wieland und F. Turba, in :
Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Bd. II, S. 871 (1953)) Das zu trennende
Substanzgemisch wird in konzentrierter Lösung auf das obere Säulenende gebracht
und unter Nachspülen von Laufmittel durch die Säule gewaschen. Bedingt durch die
verschiedenen Verteilungsgrade zwischen stationärer und mobiler Phase ergeben sich
verschiedene Wanderungsgeschwindigkeiten der zu trennenden Substanzen und daraus
resultierend eine Zerlegung des Gemischs in seine einzelnen Komponenten. Diese werden
dann am unteren Säulenende fraktionsweise aufgefangen.
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Je nach chemischer Beschaffenheit der Komponenten werden verschiedene
Chromatographieverfahren mit verschiedenen Trägermaterialien verwendet. (Vergl.:
G. Hesse, in : Methodicum Chimicum, Bd. I, S. 92 (1973)) Vornehmlich in der Chemie
hydrophiler, hochmolekularer Naturstoffe ist die Trennung durch Gelchromatographie
erfogreich. Die Gelchromatographie ist eine Stofftrennung aufgrund von
Molekulargewichtsunterschieden.
Stationäre Phasen sind hier Dextran-, Polyacrylamid- und andere Gele. ( Vergl.:
H. Determann, Gelchromatographie (1967)) Entscheidend für ein gutes Trennergebnis
ist die gleichmäßige Beschaffenheit des in die Säule gefüllten Trägermaterials,
des Gelbettes. Während eine solche Säulenfüllung bei vielen Trägern leicht durch
einfaches Sedimentieren herzustellen ist, kann das Herstellen einheitlicher Säulenfüllungen
für die Gelchromatographie zu Schwierigkeiten führen. Dies ist insbesondere der
Fall, wenn a) das Gelmaterial bereits mehrfach gebraucht wurde und die Partikelgröße
nicht mehr ganz einheitlich ist, b) wässrige Laufmittel oder andere Laufmittel mit
hohem spezifischen Gewicht verwendet werden und c) im Verhältnis zum Durchmesser
ausgesprochen lange Säulen verwendet werden.
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Grund für diese Schwierigkeiten ist das gegenüber anderen Materialien
geringe spezifische Gewicht der einzelnen Dextrangel-Partikel. Das allgemein vorgeschlagene
Einfüllen einer dickflüssigen Gelsuspension in einem Guß in eine mit wenig Wasser
gefüllte Säule ( Vergl. r P. Flodin, J. Chromatog. 5, 103 (1961) ) verursacht bei
übermäßig langen Säulen eine zunächst verzögerte, dann aber plötzliche, lockere
und ungleichmäßige Sedimentation. Dies führt beim Trennvorgang zu einer Zonenverbreiterung.
Verdünnt man die Suspension und gibt das Gel in mehreren kleinen Portionen zu, so
treten bei langen, dünnen Säulen vertikal verlaufende Strömungen störend in Erscheinung.
Es wird dabei eine Sedimentation größerer Partikel auf der absteigenden Seite und
kleinerer Partikel auf der aufsteigenden Seite der Flüssigkeitsströmung beobachtet.
Daraus resultiert beim Trennvorgang ein von oben nach unten zunehmend schräges Laufen
der Zonen, das um so gravierender ist, je älter und uneinheitlicher das Gelmaterial
ist. Gleichermaßen sind auch die Verhältnisse bei einer beschriebenen Vorrichtung
zum automatischen Packen der Gelbetten sein, (Vergl.: R. Widen und K.E.Eriksson,
J.Chromatog. 15, 429(1964)) wenn man diese auf besonders lange Säulen anwendet.
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Der Effekt der vertikalen Strömungen läßt sich kompensieren, indem
man die Säule während des Sedimentiernes des Geles langsam um die eigene vertikale
Achse dreht.
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Gibt man eine verdünnte Suspension des Geles portionsweise auf eine
solchermaßen
rotierende Säule, so wiegen sich die Strömungen gegenseitig
auf, und die Sedimentation erfolgt nach allen Seiten hin gleichmäßig. Damit ist
die Voraussetzung für ein einwandfreies Gelbett und trennscharfe Säule gegeben.
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Die Idee einer Säule, die während des Packvorgangs gedreht wird, ist
nicht neu.
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Eine entsprechende Vorrichtung hierfür wurde bereits beschrieben.
( Vergl.: K. H. Altgelt, Makromol. Chem. 88, 75 (1965)) Die Anwendung dieser Vorrichtung
setzt jedoch das Vorhandensein speziell angefertigter Chromatographiesäulen voraus.
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Die Vorrichtung ist verhältnismäßig aufwendig und die Durchführung
des Packvorgangs ist wegen des besonders hergerichteten oberen und unteren Säulenendes
nicht ohne Einschränkungen möglich.
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Die im folgenden beschriebene Erfindung umgeht diese Schwierigkeiten.
Wesentlich ist, daß mit ihr die üblichen, in einem chemischen Labor gebräuchlichen
Chromatographiesäulen ( Vergl.: Th. Wieland und F. Turba, in : Houben-Weyl, Methoden
der Organischen Chemie, Ed. II, S. 876 (1953)) rotierend gepackt werden können.
Das über dem oberen Säulenende anzubringende Flüssigkeitsreservoir und der Auslauf
am unteren Säulenende bleiben von der nachfolgend dargestellten Vorrichtung unberührt.
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Die gesamte Vorrichtung ist in Abb. 1 dargestellt. Die Chromatographiesäule
liegt frei drehbar in zwei Lagern 1 (Abb. 2). Ein solches Lager besteht aus zwei
entsprechend zugeschnittenen Teilen 2 und 3, die die Säule umfassen. In Teil 2 sind
zwei Gewinde stäbe unlösbar verankert. Durch Teil 3 führen zwei Bohrungen 4, durch
die dasselbe auf die Gewindestäbe aufgesetzt werden kann. 2 und 3 werden durch zwei
Schraubenmuttern fest miteinander verbunden. Zwei halbkreisförmige Ausschnitte an
den Berührungsseiten von 2 und 3 ergeben im zusammengesetzten Gesamtteil einen kreisrunden
Ausschnitt, der die Führung der Säule darstellt, und dessen Durchmesser wenig größer
als der äußere Säulendurchmesser ist. Zur besseren Drehbarkeit der Säule können
die halbkreisförmigen Ausschnitte innen mit Filz ausgelegt sein. An das Teil 2 ist
eine kurze Metallstange 5 befestigt, mit deren Hilfe das Lager an eine Wandhalterung
montiert wird.
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In vertikaler Richtung wird die Säule durch eine Antriebsscheibe 6
festgehalten (Abb. 3). Die Antriebsscheibe ist in z.vei Hälften 7 und 8 teilbar.
Wie in Abb. 3 dargestellt besteht jede Hälfte aus drei übereinanderliegenden, fest
miteinander verbundenen Lagen, die an der Verbindungsseite beider ljälften zargenartig
überlappen.
Die beiden Hälften der Antriebsscheibe werden von zwei
durch je eine Bohrung geführte Schrauben 9 und Schraubenmuttern 10 zusammengehalten.
Im Zentrum der Scheibe liegt eine kreisrunde Bohrung, wenig größer als der äußere
Säulendurchmesser. Die Säule wird an der für die Antriebsscheibe vorgesehenen Stelle
mit soviel Klebeband umwickelt, daß sich nach Darüberlegen der beiden Scheibenhälften
7 und 8 und Anziehen der Schrauben ein fester Halt ergibt. Das Material der Antriebsscheibe
kann Holz oder Kunststoff sein.
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Ein im Laborbetrieb gebräuchlicher Rührmotor 11 mit seitlichem Schneckengetriebe
wird so montiert, daß die Antriebsscheibe nach Abb. 1 auf der Drehachse 12 des Schneckengetriebes
zu liegen kommt. Bei einer festen Montage des Motors und der Antriebsscheibe ist
die Säule so in ihrer vertikalen Lage hinreichend gesichert. Der Motor kann in seiner
langsamsten Dreheinstellung über einen Intervallschalter 13 kurze Drehintervalle
vollziehen. Auch kann die bei gewöhnlichen Rührmotoren nicht genügend weit herunterregulierbare
Minimalgeschwindigkeit des Schneckengetriebes elektronisch weiter heruntergeregelt
werden. Bei einer geeigneten Drehgeschwindigkeit der Chromatographiesäule werden
die Turbulenzen in der in der in der Säule befindlichen Flüssigkeit gut ausgeglichen,
zum anderen entstehen aber auch keine Rotationskräfte, die wiederum ein ungleichmäßiges
Sedimentieren der Gelpartikel zur Folge hätten. Durch die Unruhe im Lauf des Rührmotors
werden leichte Vibrationen hervorgerufen, die das Gelbett kompakter werden lassen.
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Zu Beginn des Packvorganges verschließt man den unteren Säulenausgang
zur Hälfte mit Flüssigkeit, öffnet den Hahn langsam und bringt das Gel in kleinen
Portionen mit viel Flüssigkeit auf. Überschüssige Flüssigkeit wird in einer am oberen
Ende der Säule angebrachten Glaskugel aufgefangen.
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Kleinere Säulen lassen sich mit derselben Apparatur packen, indem
die Lager entsprechend mit Filz ausgelegt und die Säule an der für die Montage der
Antriebsscheibe vorgesehenen Stelle mit entsprechend viel Klebeband umwickelt werden.
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