DE3117173C2

DE3117173C2 - Anordnung zum Verbinden der Säulenenden zweier Kapillarsäulen

Info

Publication number: DE3117173C2
Application number: DE3117173A
Authority: DE
Inventors: Maria 7768 Stockach Auer; Bruno Dipl.-Chem. Dr. 7776 Owingen Kolb; Peter Dipl.-Ing. 7770 Überlingen Pospisil
Original assignee: Bodenseewerk Perkin Elmer & Co 7770 Ueberlingen GmbH; Bodenseewerk Perkin Elmer and Co GmbH
Current assignee: PE Manufacturing GmbH
Priority date: 1981-04-30
Filing date: 1981-04-30
Publication date: 1989-11-23
Also published as: GB2097694B; JPS585650A; DE3117173A1; GB2097694A; US4453954A

Abstract

Die Säulenenden zweier Kapillarsäulen (10, 12) bei der Gaschromatographie sind von beiden Seiten unter Bildung von Ringspalten (14, 16) in eine gerade Kapillare (18) eingesteckt. Die Kapillare (18) sitzt in einem T-Stück (20), in aus dem die Kapillarsäulen (10, 12) abdichtend herausgeführt sind und in das über eine Spülstromleitung (30) Trägergas einleitbar ist. Es ist "Geradeausbetrieb" mit in Reihe geschalteten Kapillarsäulen (10, 12) und "Rückspülbetrieb" möglich. Das Totvolumen zwischen den Kapillarsäulen (10, 12) kann klein gehalten werden.

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Verbinden der Säulenenden zweier Kapillarsäulen bei der Gaschromatographie mittels eines Verbindungsstücks welches eine gerade Kapillare enthält, die mit den beiden Säulenenden unter Bildung von Ringspalten verbunden ist.

Eine solche Anordnung ist beispielsweise bekannt aus »Siemens MP44. 1979«, DE-AS 26 55 387 und DE-OS 28 40 612. Es sind dort die beiden Säulenendcn abdichtend in ein hülsenartiges Gehäuse eingesetzt. Das Gehäuse ist durch ein zentrales Dichtstück in zwei Kammer unterteilt. In dem Dichtstück sitzt eine Kapillare, welche das Dichtstück druchdringt und unter Bildung von Ringspalten in die Säulcnenden hineinragt. In die Kammern ist ein Trägergas unter verschiedenen einstellbaren Drücken einleitbar, um die verschiedenen Betriebsweisen, nämlich »Geradeausbetrieb«, »Cut-Bctrieb« und »Rückspülbetrieb« zu realisieren. Bei »Geradeausbetrieb« strömt Trägergas aus der einen Kammer durch den Ringspalt zwischen Kapillare und stromaufwärtiger Kapillarsäule in die Kapillare. Durch diesen »Spülstrom« wird ein Austritt von Probendampf über den Ringspalt in das innerhalb des Gehäuses gebildete Totvolumen vermieden. Das in die andere Kammer ein- «ι geleitete Trägergas strömt durch den innerhalb der stromabwärtigen Kapillare gebildeten Ringspalt und verhindert auch hier, daß der aus der Kapillare austretende Probendampf in das Totvolunien gelangt. Der Trägergasstrom mit dem Probendampf wird daher von b^r< der stromaufwärtigen Kapillarsäulc durch die Kapillare in die stromabwärtige Kapillarsäulc transportiert, wobei als Totvolumen praktisch nur das Volumen der Ka-

pillare wirksam wird.

Für »Rückspülbetrieb« wird der auf die erstere Kammer gegebene Druck gegenüber dem Eingangsdruck am Eingang der stromaufwärtigen Kapillarsäule erhöht, so daß eine Strömung aus der ersten Kammer des Gehäuses durch den Ringspalt der kstromaufwärtigen Kapillarsäule und in umgekehrter Richtung durch diese Kapillarsäule zu deren Eingang hin auftritt Durch den auf die zweite Kammer gegebenen Druck wird dagegen eine Strömung über den Ringspalt der stromabwärtigen Kapillarsäulc und weiter durch diese Kapillarsäule erzeugt Wenn die stromaufwärtigen Kapillarsäule eine Vorsäulc ist, so werden die schwerer flüchtigen Komponenten der Probe, die im Zeitpunkt der Umschaltung von »Geradeausbetrieb« auf »Rückspülbetrieb« noch in der Vorsäule waren, auf deren Eingang zurückgespült, während die leichter flüchtigen Komponenten, die schon in die stromabwärtige Hauptsäule transportiert worden waren, weiter durch die Hauptsäule transportiert werden.

Die Trennverfahren mit Vor- und Hauptsäule und mit Geradeaus- und Rückspülbetrieb sind bei gepackten Trennsäulen gängige Technik. Bei Verwendung von Kapillarsäulen (DE-PS 10 63 409) können jedoch Totvolumina der Verbindungsstücke zu einer unerwünschten Verbreiterung der Banden und damit zu einer Verschlechterung der Trennlcistung führen. Die Probendämpfc verteilen sich beim Austritt aus der Vorsäule auf das Totvolumen. Die Hauptsäulc erhält dann statt eines möglichsi engen »Pfropfens« oder »Pakets« einer vorgetrennten Probenkomponente ein relativ dazu großes Volumen von Trägergas, in welchem die Probenkomponenten verdünnt enthalten sind. Man muß daher versuchen, die in dem Verbindungsstück gebildeten Totvolumina möglichst klein zu halten.

Bei der vorstehend diskutierten bekannten Anordnung liegen die Stirnflächen der Säulencnden notwendigerweise in einem relativ großen Abstand voneinander. Das Totvolumen wird dadurch klein gehalten, daß die Verbindung der Kapillarsäulen über eine sehr enge Kapillare als Verbindungsstück hergestellt wird. Der Außendurchmesser der Kapillare muß unter Berücksichtigung des Ringspalts kleiner sein als die Innendurchmesser der Kapillarsäulen. Dadurch ergibt sich ein sehr kleiner Innendurchmesser der Kapillare, der einen unerwünscht hohen Strömungswiderstand mit sich bringt. Bei der bekannten Anordnung wird daher eine aufwendige Einrichtung zur Messung und Regulierung der Druckdifferenz an dieser Kapillare vorgesehen, um eine definierte Strömung durch die Kapillare aufrechtzuerhalten. Die Kapillare muß weiterhin in der praktischen Realisierung (Siemens M P 44. 1979) in aufwendiger Weise als Platin-Iridium-Kapillare hergestellt werden. Bs ist aber häufig erwünscht, den Trägergas- und Probcndampfstrom nur über inerte Quarz- und Glaskapillarcn zu leiten und einen Kontakt mit Metallteilen möglichst zu vermeiden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Verbinden der Säulenenden von Kapillarsäulcn zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, ein geringes Totvolumen ergibt und dabei einen geringen Strömungswiderstand für den durchgehenden Trägergasstrom liefert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Innendurchmesser der geraden Kapillare größer ist als der Außendurchmesser der Säulcnenden.

Ιλ wird also als Verbindungsstück nicht eine Kapillare in die Säulcnendcn der Kanillarsäulen cineesteckt

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sondern es werden die Säulenenden in die das Verbin- aufwärtigen Kapillarsäule 10 strömt ebenfalls in die dungsstück bildende Kapillare eingesteckt. Diese Kapil- stromabwärtige Kapillarsäule 12. Die Strömungsgelare kann dabei einen relativ großen Außen und Innen- schwindiglceit des Spülstroms in den Ringspaiten 14 und durchmesser besitzen und daher z. B. ?us Glas herge- 16 ist größer als die Diffusionsgeschwindigkeit des Prosteilt sein. Sie bildet keinen Strömungswiderstand für s bendampfs im Trägergas, so daß kein Probendampf in das durchströmende Trägergas. Das kleine Totvolumen die Ringspalte 14, 16 oder gar in den Raum außerhalb wird dadurch erreicht, daß die Kapillarsäule so weit in der Kapillare 20 hineindiffundieren kann. Die Ringspaldie das Verbindungsstück bildende Kapillare eingescho- te 14 und 16 bilden daher kein Totvolumen, das zu einer ben werden Können, daß ihre Stirnflächen dicht benach- Beeinträchtigung der Trennieistung führen könnte. Totbart sind. Die Kapillare können bis zu den Säulenenden io volumen ist nur der Raum zwischen den Stirnflächen beschichtet werden. der Kapillarsäulen 10 und 12. Dieser Raum kann sehr

Ein Ausführungsbeispiel der beanspruchten Anord- klein gemacht werden, wenn die Stirnflächen in gerin-

nung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeich- gern Abstand voneinander angeordnet werden. Es er-

nungen näher erläutert. gab sich in der Praxis, daß durch die beschriebene An-

Fig. 1 zeigt schematisch in vergrößertem Maßstab 15 Ordnung keine Beeinträchtigung der Trennleistung der

den Aufbau einer Anordnung zur Verbindung von Ka- Kapillarsäulen eintrat.

pilUrsäulen; In Fig.3 sind die Strömungsverhältnisse bei Rück-

Fig.2 zeigt schematisch den Strömungsverlauf bei spülbetrieb dargestellt. Der Trägergasdruck am Ein-

»Geradeausbetrieb«, bei dem die beiden Kapillarsäulen gang der siromaufwärtigen Trennsäule IO ist abgeschal-

in Reihe geschaltet sind; 20 tet. Der Spülstrom fließt weiterhin aus der Spülgaslei-

F1 g. 3 zeigt schematisch in ähnlicher Darstellung wie tung 30 um die Kapillare 18 herum und durch die Ringin F i g. 2 den Strömungsverlauf bei »Rückspülbetrieb«; spalte 14 und 16. Er tritt aber jetzt sowohl in die slrom-

Fig.4 zeigt ein Chromatogramm, das im »Gerade- aufwärtige Kapillarsäule 10 an deren normalen Ausausbetrieb« mit zwei Kapillarsäulen aufgenommen wur- trittsende ein als auch in die stromabwärtige Kapillarde, die über ein Verbindungsstück nach F i g. 1 in Reihe 25 säule 12. In der siromaufwärtigen Kapillarsäule 10(Vorgeschaltet waren; säule) bewirkt er eine Rückspülung, d. h. die sich noch in

F1 g. 5 zeigt ein Chromatogramm, das mit der glei- dieser Kapillarsäule 10 befindenden Probenkomponenchen Anordnung von dem gleichen Gemisch (Rohöl) ten werden zum Eingang dieser Kapillarsäule zurückaufgenommen wurde, wobei nach 8 Minuten eine Un- transportiert. Die in der stromabwärtigen Kapillarsäule schaltung auf »Rückspülbetrieb« erfolgte. 30 12, der Hauptsäule, befindlichen Probenkomponenten

Mit 10 ist eine als »Vorsäule« dienende erste Kapillar- werden weiter durch die Kapillarsäule transportiert und säule bezeichnet, während eine als »Hauptsäule« die- in üblicher Weise weiter getrennt,
nende zweite Kapillarsäule mit 12 bezeichnet ist. Die Die beiden Kapillarsäulen 10 und 12 bilden beim »Gebeiden Kapillarsäulen 10 und 12 sind vorzugsweise mit radeausbctrieb«, wenn sie strömungsmäßig in Reihe ge-Quarzkapillaren aufgebaut. Die Säulenenden sind unter 35 schaltet sind, einen Druckteiler, durch den eine Druck-Bildung je eines Ringspalts 14 bzw. 16 von gegenüber- teilung zwischen dem am Eingang der stromaufwärtihegenden Seiten her in eine gerade Kapillare 18 einge- gen Kapillarsäule 10 herrschenden Eingangsdruck und steckt. Die Kapillare 18 besteht vorzugsweise aus Glas. dem am Ausgang der stromabwärtigen Kapillarsäule 12 Es sind Mittel zur Erzeugung eines einwärts gerichteten herrschenden Atmosphärendruck erfolgt. Zwischen den Spülstroms von inertem Gas (Trägergas) durch die 40 Kapillarsäulen 10 und 12 innerhalb der Kapillare 20 Ringspalte 14 und 16 vorgesehen. Die Riiigspalte 14 und stellt sich durch diese Druckteilung ein bestimmter 16 sind im Verhältnis zu dem Spülstrom so eng, daß die Druck ein. Der auf die Spülgasleitung 30 gegebene Strömungsgeschwindigkeit des Spülstroms größer ist Druck wird etwas größer als dieser Druck gewählt so als die Diffusionsgeschwindigkeit der Probenkompo- daß gerade der Spülstrom durch die Ringspalte 14 und nenten im Trägergas. Damit wird verhindert, daß solche 45 16 erzeugt wird. Bei Wegfall des Eingangsdrucks an der Probenkomponenten in die Ringspaltc 14 und 16 diffun- stromaufwärtigen Trennsäule 10 fließen zwar höhere dieren können, und dadurch werden die Ringspalte 14, Spülströme durch die Ringspalte 14 und 16 Die Druck-16 als Totvolumen ausgeschaltet. Verhältnisse in dem Raum zwschen den Stirnflächen der

Die spülstromerzeugendcn Mittel enthalten ein T- Säulenenden innerhalb der Kapillare 20 ändern sich Stück 20. Die Kapillare 18 des Verbindungsstücks ist in 50 aber im wesentlichen nicht. Es ändert sich dadurch auch

dem dem »Querbalken« entsprechenden Teil 22 des T- nicht die Strömung in der stromabwärtigen Kapillarsäu-

Stücks 20 angeordnet, aus dem die Kapillarsäulen 10 Ie 12. Die Trennung der Probenkomponenten in dieser

und 12 auf gegenüberliegenden Seiten mittels Packun- Kapillarsäule 12 geht unverändert weiter,

gen 24 bzw. 26 abdichtend herausgeführt sind. Der dem Das ist aus den F i g. 4 und 5 ersichtlich. Diese zeigen

»Vertikalbalken« entsprechende Teil 28 des T-Stücks 20 55 das Ergebnis einer Dampfraumanalyse von Rohöl und

ist mit einer Spülstromleitung 30 verbunden. Diese zwar einmal bei durchgehendem Geradeausbetrieb und

Spulstromleitung 30 wird von einer Metallkapillare ge- einmal bei Umschaltung auf Rückspülbetrieb nach etwa

bildet, die mittels einer Packung 32 abdichtend in den 8 Minuten. Es wurden als Kapillarsäulen 10 und 12 zwei

Teil 28 des T-Stücks 20 hineingeführt ist. Quarzkapillaren von je 25 Meter Länge benutzt die

Bei »Geradeausbetrieb« wird Trägergasdruck auf bo durch eine Anordnung der beschriebenen Art miteinanden Eingang der stromaufwärtigen Kapillarsäule 10 ge- der verbunden waren. Die Messung erfolgte in einem geben. Ein verminderter Trägergasdruck wird über die Perkin-Elrner-Gaschromatographen Sigma 3 mit Flam-Spulgasleitung 30 wirksam. Wie aus Fig.2 ersichtlich menionisalionsdelektor. Man sieht, daß durch die Umist, tritt dann ein Spulsirom auf, der durch gestrichelte schaltung auf Rückspülbetrieb das Erscheinen der nach-Lmien angedeutet ist und der aus der Spülgasleitung 30 h-, folgenden Banden nicht beeinflußt wird

um die Kapillare 18 herum, durch die Ringspalte 14 und

16 und in die s.romabwärtigc Kapillarsäule 12 fließt. "Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Der T ragergas- und Probendampfstrom aus der sirom- -

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Verbinden der Säulenenden zweier Kapillarsäulen bei der Gaschromatographie s mittels eines Verbindungsstücks, welches eine gerade Kapillare (18) enthält, die mit den beiden Säulenenden unter Bildung von Ringspalten (14, 16) verbunden ist dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der geraden Kapillare (18) größer ist als der Außendurchmesser der Säulenenden.

2. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet daß die Kapillare (18) des Verbindungsstücks aus Glas besteht

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung eines einwärts gerichteten Spülstroms von inertem Gas durch die Ringspalte (14,16>

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Kapillare (18) des Verbindungsstücks in dem dem »Querbalken« entsprechenden Teil (22) eines T-Stücks (20) angeordnet ist, aus dem die Kapillarsäulen (10, 12) abdichtend (24, 26) herausgeführt sind und dessen dem »Vertikalbalken« entsprechender Teil (28) mit einer Spülstromleitung (30) verbunden ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet daß die Kapillarsäulen (10, 12) mit Quarzkapillaren aufgebaut sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülstromleitung (30) von einer Metallkapillare gebildet ist.