DE3145873A1

DE3145873A1 - Fluessigkeits-chromatograph

Info

Publication number: DE3145873A1
Application number: DE19813145873
Authority: DE
Inventors: Robert 94020 Los Altos Hills Calif. Brownlee
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-04-28
Filing date: 1981-11-19
Publication date: 1982-11-11
Also published as: US4347131A; GB2097482B; GB2097482A; JPS57179747A

Description

EUROPEAN PATENTATTORNEYS dipl.-chem. dr. ε. Freiherr von pechmann

*"S" DR.-ING. DIETER BEHRENS

DIPL.-ING.; DIPL.-TJ7IRTSCH.-ING. RUPERT GOSTZ

¹^-^{55 413} D-8000 MÜNCHEN 90

Robert Brownlee, schweigerstrasse2

Los Al tos Hills, CaT., USA telefon: (089) 662051

TELEGRAMM: PROTECTPATENT TELEX! 524070

Beschreibung

Flüssigkeits-Chromatograph

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Flüssigkeits-Chromatographen und bezieht sich insbesondere auf einen Pumpen-Baustein hierfür, der bei der überwiegenden Zahl der laufenden flüssig-chromatographischen Analyseverfahren mit entweder isokratischer oder Gradientenelution verwendbar ist.

Im Folgenden wird zur Bezeichnung von flüssig-chromatographischen Systemen im allgemeinen und ihrer Bauteile die Abkürzung LC benutzt.

Bisher bestand ein besonderes Merkmal von LC-Einrichtungen darin, daß zum Zufördern einer als mobile Phase benutzten Flüssigkeit unter erhöhtem Druck zu einer Trennsäule eine Pumpe benutzt wurde. Zwischen die Pumpe und die Trennsäule war eine Einspritzvorrichtung zwischengeschaltet, mxz der eine flüssige Probe, die von der mobilen Phase durch die Trennsäule hindurchgetragen werden soll, zugesetzt wird.

LC-Einrichtungen sind im allgemeinen so konstruiert, daß sie

■ /2

--*-- 55

innerhalb eines großen Bereiches verschiedener Bedingungen die größtmögliche Leistung erbringen. Üblicherweise sind LC-Einrichtungen für Betriebsdrücke über etwa 207 bar ausgelegt und müssen häufig Forderungen nach Betriebsdrücken von etwa 345 bar bis etwa 690 bar erfüllen. Einrichtungen, die mit diesen Drücken betreibbar sind, sind allerdings in der Lage, nahezu alle LC-Analysen, die gefordert sein können, durchzuführen. In der Vergangenheit sind Pumpen vieler Konstruktionsarten verwendet worden, darunter Dosierpumpen in Form von Spritzen mit einer Kapazität von 500 bis 1000 ml, wie sie bei der Varian Aerograph, Walnut Creek, Kalifornien, der Perkin Eimer, Inc., Norwalk, Connecticut, und der Isco (Instrument Specialty Company), Nebraska, alle USA, erhältlich sind.

Bei solchen LC-Anwendungen ist die gebräuchlichste Form einer Dosierpumpe bzw. Spritze die mit einer Kapazität von 500 ml oder darüber und ausgelegt für den Betrieb bei einem bezeichneten Druck bzw. Entwurfsdruck von etwa 585 bar. Spritzen dieser Größe gehörten zu den anfänglich in der LC benutzten Pumpen. Der anfängliche Erfolg der Spritzenpumpe beruhte auf der Einfachheit und Zuverlässigkeit ihrer Mechanik und darauf, daß es sich um ein System in Verdrängerbauart handelt, das mit sehr exakten Strömungsgeschwindigkeiten fördert. Es stellte sich jedoch Kritik aus theoretischen und praktischen Gründen ein, weil sich die hohen Drücke und großen Volumina dieser Pumpen als abträglich für die Leistung herausstellten. Es kann bewiesen werden, daß bei einer 1000 ml-Spritze, die mit Hexan gefüllt ist, einem in der LC verwendeten üblichen flüssigen Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel, das Hexanvolumen bei solchen Drücken mit einem merklichen Prozentsatz von über 1% komprimiert wird. Es kann daher sein, daß, aus einem abgeschalteten, flußlosen Zustand heraus, die Pumpe einen beträchtlichen Weg in einer gleichermaßen beträchtlichen Zeit zurücklegen muß, bis der normale

- -er - 55

Betriebsdruck erreicht ist, weil der erste Teil der Betätigung zum Komprimieren des Hexans aufgebraucht wird. Unter dynamischen Verhältnissen bedeutet dies, daß nach dem Einschalten der Pumpe bis zu zwanzig Minuten vergehen können, bis eine exakte Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird.

Ferner kommt durch die großen Abmessungen der Bauteile eine bestimmte, im direkten Verhältnis dazu stehende mechanische Nachgiebigkeit des Systems zustande. Beispielsweise werden solche Pumpen für einen Durchlauf von 1 ml/Minute betrieben, indem je Minute nur ein Teil je tausend Teile ihres Gesamtvolumens genutzt wird. Somit führen Mängel oder Toleranzen im mechanischen System oder die aus der Kompressibilität sich ergebenden Fehler, bedingt durch die Ausnutzung eines so kleinen Teils der Gesamtkapazität der Pumpe, zu einer Vergrößerung derartiger Fehler.

Bisher war es üblich, derartige Spritzen von Hand zu füllen. Dies war an sich schon genügend unzweckmäßig, um Hersteller zur Verwendung einer großvolumigen Pumpe zu bringen, um den Wiederauffüllzyklus zeitlich zu verkürzen.

Es besteht somit Bedarf an einer Pumpe mit niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit, bei der die Zusammensetzung des Förderflusses genauer eingehalten wird und die Einflüsse der Faktoren Kompressibilität und Nachgiebigkeit nicht so stark sind wie bei herkömmlichen großvolumigen Spritzen. Bei einem bekannten System stand eine überaus kleine Spritze mit einem Volumen von etwa 1 ml für den Betrieb bei Drücken von etwa 138 bar zur Verfügung.

Die meisten anderen handelsüblichen LC-Pumpen sind kleine Spritzen (von etwa 0,020 bis 0,10 ml), die periodisch mit 0 bis 300 Hz betrieben werden und getrennte Ein- und Auslaß-Rückschlagventile aufweisen, die beide gewöhnlich passiv

- A- - . 55 413

- sr-

betätigt werden. Weil eine solche Pumpe Undichtigkeitsstellen aufweist und für hohe Strömungsgeschwindigkeiten ausgelegt ist, kann sie nicht die für die Flüssigkeits-Chromätographie benötigten sehr niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten bei niedrigem oder mäßigem Druck erzeugen. Weil diese Pumpen im Verlaufe einer einzigen LC-Analyse viele Male gefüllt und geleert werden, rufen sie im Detektorausgangssignal störende und falsche Signale hervor.

Es besteht daher Bedarf an einem Flüssigkeits-Chromatographen mit einem Pumpensystem, das die vorstehend beschriebenen Nachteile und Beschränkungen überwindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeits-Chromatographen mit einem Pumpensystem zu schaffen, das in der überwiegenden Zahl der Fälle bessere Leistungen und zu niedrigeren Kosten als herkömmliche Pumpensysteme erbringt. Dabei sollen die Eigenschaften der Pumpe streng nach den Bedürfnissen eines im Echtzeitbetrieb arbeitenden Analysesystems ausgerichtet sein, die insbesondere in hoher Genauigkeit, niedriger Strömungsgeschwindigkeit und größerer Genauigkeit bei der Zusammensetzung des Förderstromes bestehen.. Außerdem soll das Pumpensystem so ausgelegt sein, daß es seine Leistung in den meisten Anwendungsfällen von LC-Systemen optimiert.

Die Lösung der Aufgabe ist in den beigefügten Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Spritzenpumpen, so wie sie bisher bekannt sind, von zu großem Volumen sind, und daß es möglich ist, eine Pumpe von verhältnismäßig kleinem Volumen von beispielsweise etwa 40 ml zu schaffen, die als einstufiges, diskontinuierliches Pumpsystem zufriedenstellend arbeitet. Mit einer solchen Pumpe sind aktiv betätigte bzw.

3U5873

--■5· - 55 413

-3-

ßo£3.l.euerte" Ventile verbunden und mit ihrem Fördern uß durch eine Wiederauffüll-Steuervorrichtung koordiniert, um für den großen Bereich der LC-Qperationen ein Optimum an Leistung zu schaffen.

Der Flüssigkeits-Chromatograph gemäß der Erfindung hat eine Trennsäule mit einer stationären Phase, durch welche die Pumpe eine mobile Phase hindurchtreibt, die eine Probe enthält, von der Komponenten durch Differentialadsorption getrennt werden sollen. Die Pumpe ist ein im Einzelbetrieb bzw. einstufig arbeitendes System und enthält Vorrichtungen zu ihrer Wiederauffüllung mit einem Behälter für die mobile Phase sowie gesteuerte Ventile zum wechselweisen Anschließen de·:.; Pumpcru'iuy I ar.stw. während einer. Fördorhube:; an ein Probeneinspritzventil und während des Ansaughubes an den Behälter für die mobile Phase. Für die Koordination der Bewegungen des Pumpentauahkolbens und der gesteuerten Ventile ist eine entsprechende Steuervorrichtung, z.B. ein Mikroprozessor, vorgesehen.

Gemäß einem bevorzugten Lösungsgedanken der Erfindung ist eine unabhängige, schnell arbeitende Rückstellvorrichtung vorgesehen, die zum raschen Wiederauffüllen der Pumpe den Antrieb für den Wiederauffüll-Rückhub liefert. Eine entsprechende Anordnung sorgt dafür, daß die Pumpe von der für die Wiederauffüllung sorgenden Rückstellvorrichtung getrennt und während des Förderhubes mit der iioxnnalen Antriebsvorrichtung verbunden wird. Die Antriebsvorrichtung für den Förderhub ist von einem Schrittmotor gebildet, der über ein zweckdienliches Getriebe mit dem Schaft des Pumpenkolbens gekuppelt ist. Zu den besonders vorteilhaften Merkmalen des Pumpenaufbaues, welche die weiter oben genannten Kriterien erfüllen und insbesondere für die Durchführung der Erfindung geeignet sind, gehört eine Dichtung, die am förderseitigen Ende des Tauchkolbens ausgebildet ist und an einem letzteren

- JS" - 55

einschließenden Zylinder anliegt. Die Dichtung kann so ausgebildet sein, daß das förderseitige Endstück des Tauchkolbens • eine nach außen weisende Vertiefung aufweist und in dieser ein durch Federkraft vorgespanntes, entlastetes Dichtglied angeordnet ist, das während des Betriebes mit der Innenwand des Zylinders in Berührung bleibt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Gesamtansicht eines LC-System-Bausteins gemäß der Erfindung zu Beginn des Probeneinspritzhubes, wobei einige Bauteile im Schnitt dargestellt sind, Fig. 2 eine Fig. 1 ähnliche Ansicht des Bausteins zu Beginn des Wiederauffüll-Rückhubes,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Pumpe zur Durchführung der Erfindung und

Fig. 4 eine vereinfachte Gesamtansicht eines LC-Systems gemäß der Erfindung für die Gradientenelution.

Das in Fig. 1 dargestellte System ist geeignet für eine isokratische flüssig-chromatographische Elution. Zu seinen Hauptbauteilen gehört ein Pumpen-Baustein 10 mit einem Einspritzauslaß 12, der eine flüssige mobile Phase zu einem Probeneinspritzventil 14 fördert, das eine Probenpufferschleife aufweist. Das Probenexnsprxtzventil 14 hat einen Einlaß, der an eine Probenquelle 18 angeschlossen ist. Die Abgabe des Probeneinspritzventils 14 besteht in einer von der mobilen Phase transportierten Probe, die an eine flüssig-chromatographische Trennsäule 20 abgegeben wird, deren Abgabe durch einen Detektor 22 hindurchgeleitet wird.

Der Pumpen-Baustein 10 umfaßt eine Dosierpumpe in Form einer Spritze 28, die über ein zweckdienliches Getriebe 29, z.B. über eine Kugelumlaufspindel, von einem Linearschrittmotor 30 antreibbar ist. Die Anordnung ist so, daß die Spritze 28

3U5873

-JT- 55

von diesen Vorrichtungen nur in einer Richtung, nämlich für den Pumpenförderhub, angetrieben wird. Zum Umschalten der Spritze 28 beim Wiederauffüllen ist ein getrennter Gleichstrommotor. 32 vorgesehen, dessen wirksame Geschwindigkeit sehr viel größer ist als die des Linearschrittmotors 30. Die Abgabe bzw, der Auslaß der Spritze 28 ist über eine Leitung nach der einen Seite mit dem Probeneinspritzventil 14 und nach der anderen Seite mit einem Behälter 35 für eine flüssige mobile Phase verbunden. In den abgehenden Leitungen sind zwei positiv wirkende bzw. gesteuerte Ventile 36 und angeordnet, welche die Ausgangsleitung 34 der Spritze 28 entweder mit dem Einspritzauslaß 12 zum Probeneinspritzventil 14 oder mit dem Behälter 35 zu verbinden vermögen, ohne daß leckagegefährdete Rückschlagventile verwendet werden. Es ist ein Steuerungs-Baustein oder eine Zentraleinheit 40 vorgesehen, welche den Linearschrittmotor 30 und den Gleichstrommotor 32 synchron mit den Ventilen 36 und 38 folgendermaßen zu steuern vermag: Wenn der Linearschrittmotor 30 eingeschaltet ist, um den Kolben im Einspritzbetrieb anzutreiben, ir.t das als Einlaßventil wirkende Ventil 38 geschlossen, wogegen das als Auslaßventil wirkende Ventil 36 geöffnet ist. Nach Beendigung jedes Hubes schaltet die Zentraleinheit 40 den Linearschrittmotor 30 ab und die Ventile 36 und 38 um; mit anderen Worten, das Ventil 38 wird zum Behälter 35 hin geöffnet, wogegen das Ventil 36 geschlossen wird. Während des Wiederauffüllzyklus übersteuert der schneilaufende Gleichstrommotor 32 den Linearschrittmotor 30 und stellt den Kolben rasch zurück, um die Spritze 28 neu zu füllen.

Der in Fig. 3 im einzelnen dargestellte Pumpen-Baustein 10 für die Durchführung der Erfindung hat einen äußeren Zylinder 41 mit einer nach innen weisenden feinpolierten Wandfläche 42. Im Zylinder 41 arbeitet mit hin- und hergehender Bewegung ein Tauchkolben 43, der zur Stabilisierung seiner Bewegung zwei mit Zwischenabstand in Nuten 43a und 43b ent-

-JS- bb 413

- 41-

sprechend angeordnete kreisringförmige Führungsringe 46 und 47 trägt. Die Führungsringe 46 und 47 können aus Polytetrafluoräthylen sein und werden in wischende Anlage an der Wandfläche 42 von in sich geschlossenen ringförmigen Schraubenfedern 48 und 49 vorgespannt, die eine einer seitlichen.Versetzung des Tauchkolbens 43 proportionale Zentrierkraft erzeugen. An seinem äußersten Ende, also in der Nähe seiner Arbeitsfläche, trägt der Tauchkolben 43 eine in Umfangsrichtung sich erstreckende Dichtung 50, die vorzugsweise entlastet und in einer nach außen weisenden Nut angeordnet ist, welche nahe diesem Ende des Tauchkolbens 43 ausgebildet ist. Die Nut ist von einem abgesetzten Endabschnitt 43c des Tauchkolbens 43 und von einer Endkappe 51 gebildet. Die Dichtung 50 umfaßt ein flexibles Bauteil 52 aus Polytetrafluoräthylen von torusabschnittförmiger Querschnittsgestalt, das eine offene Stirnseite hat, so daß es im radialen Querschnitt U-förmig ist; die offene Seite ist gegen den Arbeitsraum der Spritze 28 gerichtet. In der entlasteten Dichtung 50 ist ein Hilfsmittel angeordnet, das die Dichtung 50 an die Wandfläche 42 des Zylinders 41 und an die Nut des darin aufgenommenen Tauchkolbens 43 nachgebend und abdichtend vorspannt und dadurch eine Niederdruck-Dichtung von solchen mechanischen Eigenschaften schafft, daß die anfängliche strukturelle Stabilität der Bauteile hergestellt wird. Dieses Hilfsmittel besteht aus einer in sich geschlossenen ringförmigen Schraubenfeder 54, die in den Innenraum der Dichtung 50 eingesetzt ist. Der Tauchkolben 43 ist mit einem abnehmbaren Endstück ausgebildet, um den Einbau der Dichtung zu vereinfachen. Die Windungen der Schraubenfeder 54 sind in bezug auf den Ringradius schräg angeordnet, um eine radiale Verformung zu ermöglichen und die Windungen für ein- und auswärts gerichtete Ausdehnung innerhalb ihrer physikalischen Grenzen Vorzuspannen. Derartige entlastete Dichtungen sind bekannt und können von der BaI Seal Engineering Company, Sante Ana, Kalifornien/USA bezogen werden.

- & - 55 413

Die Spritze 28 wird vom Linearschrittmotor 30 über das Getriebe 29, z.B. eine Kugelumlaufspindel, angetrieben, wobei die Verbindung über eine zweckdienliche Kupplung hergestellt ist, welche in Verbindung mit dem Linearschrittmotor 30 betätigt wird; mit anderen Worten, wenn der Linearschrittmotor 30 eingeschaltet wird, wird auch die Kupplung betätigt. Gesteuert wird der Linearschrittmotor 30 von der Zentraleinheit 40. Für den Wiederauffül 1- bzw. Neufül] x.yklus wird der schneilaufende Gleichstrommotor 32 eingeschaltet, um zum Rückstellen des Tauchkolbens 43 bei der Neuauffüllung den Linearschrittmotor 30 zu übersteuern.

Um durch Erfassen des Druckes in der Auslaßleitung 34 zu vermeiden, daß die Entwurfsgren.zwerte überschritten werden, ist an sie ein Druckmeßwertumformer 59 angeschlossen. Der Auslaß der Spritze 28 ist an die Verbindungsleitung der von der Zentraleinheit- 40 gesteuerten Ventile 36 und 38 angeschlossen, die einen T-Anschluß bilden, der an einer Seite mit dem Behälter 35 für den Wiederauffüll- bzw. Neufüllhub und an der anderen Seite mit dem Probeneinspritzventil 14 und der Elutions- bzw. Trennsäule PO verbunden ist. Die Ventile 36 und 38 arbeiten wechselweise, das heißt, im Neufüllbetrieb ist das als Einlaßventil wirkende Ventil 38 geöffnet, wogegen das als Auslaßventil wirkende Ventil 36 geschlossen ist. Beim Einspritzen sind die Verbindungen umgekehrt, so daß die Auslaßseite geöffnet, die Einlaßseite dagegen geschlossen ist.

Die Arbeitsweise des Systems ist, zusammengefaßt, folgende: Während des Ansaug- oder Neufüllzyklus schaltet die Zentraleinheit 40 den Gleichstrommotor 32 ein, um den Tauchkolben zurückzustellen und in der Spritze 28 zurückzuziehen. Gloich-

. /10

J I 4DÖ / J

55

zeitig betätigt die Zentraleinheit 40 die gesteuerten Ventile 36 und 38, und zwar öffnet sie das Ventil 38 zum Behälter 35 und schließt das Ventil 36. Nach beendeter Neufüllung schließt die Zentraleinheit 40 das Ventil 38 und öffnet das Ventil 36, wobei sie gleichzeitig den Gleichstrommotor 32 abschaltet. Das Probeneinspritzventil 14 wird mit einer Probe beschickt, die in der Probenpufferschleife 16 zurückgehalten wird. Sodann schaltet die Zentraleinheit 40 den Linearschrittmotor 30 ein, um den Tauchkolben 43 vorzuschieben. Es baut sich verhältnismäßig rasch Druck bis zum Entwurfsniaxinium auf, weil das System sehr wenige nachgiebige Bauteile aufweist und das Volumen der Spritze 28 begrenzt ist, so daß ein rascher Druckanstieg erreicht wird, ohne daß eine große Flüssigkeitssäule komprimiert werden muß. Das Probeneinspritzventil 14 kann, nachdem sich das LC-System stabilisiert hat, zu einem beliebigen Zeitpunkt vom Benutzer oder von der Zentraleinheit 40 betätigt werden. Dieses LC-System wird nach dem üblichen Abgabeverfahren betrieben, bis die für eine zu analysierende Probe gewünschte Zeitspanne abgelaufen ist, die für die meisten üblichen Anwendungen weniger als 20 Minuten beträgt.

Konstruktionsmorkmale der Spritze (40 m]):

Zylinder · Innendurchmesser: etwa 19,05 mm

Außendurchmesser: etwa 25,4 mm

Tauchkolben Durchmesser: etwa 18,92 mm

entlastete Dichtung Außendurchmesser: etwa 19,05 mm

Innendurchmesser: etwa 14,27 mm Breite: etwa 3,55 mm

gesteuertes T-Ventil Modell S500

(Scientific Systems, Inc.).

Im folgenden werden die Leistungen des Pumpen-Bausteins 10 angegeben.

b5 Ί13

Leistungsangaben:

1. Gesamtströmungsgeschwindigkeit

2. Einstellbare Stufen für die Gesamtströmungsgeschwindigkeit

3. Programmierbare Stufen für die Strömungsgeschwindigkeit (Auflösung 1:2000)

4. Programmierbare Genauigkeit der Zusammensetzung des Lösungsmittels

5. Gesamtvolumen eines Pumpen-Bausteins

6. Längste Analysezeit

bei größter Fließgeschwindigkeit von 3 ml/min
bei kleinster Fließgeschwindigkeit von 0,-1 ml/min

7. Maximaler Druck (begrenzt durch Größe des Linearschrittmotors)

8. Genauigkeit der .Strömungsgeschwindigkeit

Konstanz der Strömungsgeschwindigkeit

maximal 2,0 ml/min 0,1 ml/min

0,001 ml/min

0-100% +1% oder höher 40 ml

20 Minuten Minuten

etwa 138 bar oder darüber

+2% des eingestellten Gesamtwertes

+0,2% abs. bei 5 Minuten

In Fig. 4 ist ein System zur Gradientenelution dargestellt, das mit zwei Pumpen-Bausteinen gemäß der Erfindung ausgestattet ist. Es wäre auch möglich, drei oder mehr Pumpen-Bausteine zu verwenden, um Säulen mit Gradienten nach den gleichen Grundsätzen zu schaffen. Beim gezeigten Beispiel sind zwei Pumpen-Bausteine je von gleichem Aufbau vorgesehen. Folglich sind der Ausführungsform gemäß Fig. 1 entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung von "A" bzw. "B" bezeichnet. Eine nochmalige ins einzelne gehende

/12

ο ι too / ο

55

Beschreibung der Wirkungsweise für die Bauteile der Pumpen-Bausteine ist nicht erforderlich. Die beiden Pumpen-Bausteine fördern in eine Mischkammer 60, um ein zweckdienliches Gemisch der beiden Lösungsmittel in Form einer homogenen mobilen Phase herzustellen. Der Auslaß der Mischkammer 60 ist direkt an das Probenexnspritzventxl 14 angeschlossen, das in der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise arbeitet und die Probe zum Trennen an die Trennsäule 20 abgibt.

In jüngerer Zeit sind Apparate konstruiert worden mit dem Ziel, gepackte Mikrokapillarsäulen zu benutzen, um bei bestimmten Proben eine äußerst hohe Auflösung zu erreichen. Es wird auf den Artikel "Techniques of Capillary Liquid Chromatography" von Yukio Hirata und Milos Növotny verwiesen, der in "Advances in Chromatography 1979", herausgegeben von A. Zlatkis und verlegt von der University of Houston, Texas/USA, erschien und die Verwendung von Kapillartrennsäulen behandelt. Im allgemeinen ist der Querschnitt solcher Kapillarsäulen etwa ein Viertel einer normalen Elutionssäule. Folglich benutzt die vorliegende Erfindung eine angepaßte Ausführungsform davon, um das Volumen der Spritze im Verhältnis dazu zu verringern. Das Volumen liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 10 ml. Die Abmessungen der Spritze und ihr Hub sind die gleichen wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß die Durchmesser des Spritzenzylinders und des Tauchkolbens um den Faktor 2 verkleinert worden sind. Wie eingangs erwähnt, wurden als Dosierpumpen Hochdruck-Spritzen des vorher erwähnten Typs mit übermäßig großem Volumen verwendet.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform eignet sich als Grundlage für die praktische Durchführung der Erfindung. Anstelle, beispielsweise, der Ausführung mit zwei Motoren läßt sich das im wesentlichen gleiche funktionsmäßige Ergebnis auch erhalten, wenn die Auslegung des Schrittantriebes (Schrittfrequenz) so geändert wird, daß auf eine sehr viel höhere Frequenz nur beim Neufüllzyklus umgeschaltet wird.

Leerseite

Claims

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS dipl.-chem. dr. ε. Freiherr von pechmann DIPL.-ING.; DIPL1-VIRTSCH1-INg. RUPERT GOBT2 1 -55 413 D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2 telefon: (089) 66 20 ji TELEGRAMM: PROTECTPATENT TELEX: J 24 070 Ansprüche

1.) Flüssigkeitschromatograph mit einer Trennsäule, die eine stationäre Phase enthält, durch die von einer Spritze eine mobile Phase hindurchgetrieben wird, welche eine Probe enthält, deren Komponenten beim Durchlaufen der stationären Phase durch Differentialadsorption getrennt werden sollen, und mit einem rProbenpumpsystem mit einem Probeneinspritzventil, gekennzeichnet durch ein im Einzelbetrieb arbeitendes Abgabepumpsystem (Pumpen-Baustein 10) mit einer Spritze (28), Vorrichtungen zum Neufüllen der Spritze (28) mit einem Behälter (35) für die mobile Phase, einem ersten gesteuerten Ventil (36) zum Verbinden des Spritzenauslasses während des Förderhubes mit dem Probeneinspritzventil (14), einem zweiten gesteuerten Ventil (38) zum Verbinden der Spritze (28) während des Ansaughubes mit dem Behälter (35) für die mobile Phase, einer Antriebsvorrichtung (Linearschrittmotor 30) zum Antreiben der Spritze (28) in der Weise, daß sie exakte Mengen der mobilen Phase an das Probeneinspritzventil (14) abgibt, einem schneilaufenden Rückstellmotor (Gleichstrommotor 32), Vorrichtungen zum Verbinden der Spritze (28) mit dem Rückstellmotor (32) während des Ansaughubes, und einer Vorrichtung (Zentraleinheit 40) zum Synchronisieren und Steuern der vorstehend genannten Bauteile in der Weise, daß während des Ansaughubes, der vom Rückstellmotor (32) ausgeführt wird, das erste Ventil (36) geschlossen und das zweite Ventil (38) geöffnet ist, und, wenn die Spritze (28) mit der erstgenannten

- 2 - 55

Antriebsvorrichtung (30) für den Förderhub verbunden ist, das erste Ventil (36) geöffnet und das zweite Ventil (38) geschlossen ist.

2. Flüssigkeitschromatograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Förderkapazität der Spritze (28) je Hub etwa 10 bis 40 ml beträgt. - .

3. Flüssigkeitschromatograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Spritze (28) einen Tauchkolben (43) und als Gehäuse einen Zylinder (41) mit einer Innenwand (42) hat, Hilfsmittel, die eine linear verschiebliche Dichtung zwischen dem Tauchkolben (43) und dem Zylinder (41) bilden und eine am förderseitigen Ende des Tauchkolbens (43) ausgebildete, nach außen weisende kreisringförmige Vertiefung sowie eine durch Federkraft vorgespannte, entlastete- Dichtung (50) umfassen, die in der Vertiefung angeordnet ist, wobei die Innenwand (42) des Zylinders (41) über dem gesamten Verstellweg, den die Dichtung (50) während des Förderhubes zurücklegt, glatt ist.

4. Gradientenelutionssystem des Flüssigkeits-Chromatographen nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeich net, daß die Trennsäule (20) von einem langen Kapillarrohr gebildet ist und das Volumen jeder Spritze etwa 40 ml beträgt.

5. Flüssigkeitschromatograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Spritze (28) einen .. Zylinder (41) hat, der eine Gehäusewand (42) bildet, einen Tauchkolben (43), Hilfsmittel, die eine entlastete Dichtung (50) bilden, die am förderseitigen Ende des Tauchkolbens (43) angeordnet ist, und Führungs- und Dichtmittel (Führungsringe 46,47), die am Tauchkolben (43) mit Zwischenabstand angeordnet sind, um diesen nachgebend zu zentrieren und eine Sekundärdichtung gegen Leckage zu bilden.

- 3 - 55

6. Flüssigkeitschromatograph nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die entlastete Dichtung (50) von einem flexiblen Bauteil (52) von toroidförmigem Querschnitt gebildet ist, das an der zum förderseitigen Ende des Tauchkolbens (43) weisenden Seite offen ist.

7. Flüssigkeitschromatograph nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß im flexiblen Bauteil (52) eine in sich geschlossene, ringförmige Schraubenfeder (54) angeordnet ist, die das Bauteil (52) nachgebend an die Gehäusewand (42) anpreßt.

8. Gradientenelutionssystem des Flüssigkeits-Chromatographen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Eluentenpumpen-Bausteine (ΙΟΑ,ΙΟΒ), eine Vorrichtung zum Steuern der Pumpen-Bausteine (ΙΟΑ,ΙΟΒ) in der Weise, daß ihre Fördermengen entsprechend im voraus festgelegter prozentualer Anteile kombiniert werden, eine Mischkammer (60) zur Aufnahme der kombinierten Fördermengen der Pumpen-Bausteine (ΙΟΑ,ΙΟΒ), ein Probeneinspritzventil (14),. das an den Auslaß der Mischkammer (60) angeschlossen ist, eine Trennsäule (20) mit einem an den Auslaß des Probeneinspritzventlls (14) angeschlossenen Einlaß zum Trennen der Komponenten der Probe, wenn diese von der mobilen Phase jedes Pumpen-Bausteins (ΙΟΑ,ΙΟΒ) durch die Trennsäule (20) hindurchgetrieben wird, wobei jeder der Pumpen-Bausteine (IQA, 10B) ein im Einzelbetrieb arbeitendes Abgabesystem bildet mit einer Spritze, Vorrichtungen zum Neufüllen der Spritze mit einem Behälter (35A,35B) für die mobile Phase, einem ersten gesteuerten Ventil (36A,36B) zum Verbinden des Spritzenauslasses während des Förderhubes mit dem Probeneinspritzventil (14), einem zweiten gesteuerten Ventil (38A,38B) zum Verbinden der Spritze während des Ansaughubes mit dem Behälter (35A,35B) für die mobile Phase, einer Antriebsvorrichtung (Linearschrittmotor 3OA,30B) zum Antreiben der Spritze

/4

1 G. 1 1 .X ·: ^J l^öM

- 4 - 55 413

in der Weise, daß sie exakte Mengen der mobilen Phase an das Probeneinspritzventil (14) abgibt, einem sehne11aufenden Rückstellmotor (Gleichstrommotor 32A,32B), Vorrichtungen zum Verbinden der Spritze mit dem Rückstellmotor (32A,32B) während des Ansaughubes, und einer Vorrichtung (Zentraleinheit 58) zum Synchronisieren und Steuern der vorstehend genannten Bauteile in der Weise, daß während des Ansaughubes, der vom Rückstellmotor (32A,32B) ausgeführt wird, das erste Ventil (36A,36B) geschlossen und das zweite Ventil (38A,38B) geöffnet ist, und, wenn die Spritze mit der erstgenannten Antriebsvorrichtung (3OA,30B) für den Förderhub verbunden ist, das erste Ventil (36A,36B) geöffnet und das zweite Ventil (38A,38B) geschlossen ist.