DE3307560C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft auswechselbare Säulenpatronen für Flüssigkeits-Chromatographen, die mit der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeitsprobenleitung des Flüssigkeits-Chroma­ tographen bequem und rasch verbindbar und von ihr lösbar sind. Das Rohr gemäß der vorliegenden Beschreibung ist ein Kapillarrohr und als Austauschpatrone in flüssigchromatogra­ phischen Anlagen des in der US-PS 43 13 828 beschriebenen Typs besonders geeignet.

Gemäß dem angegebenen US-Patent hat eine Endarmatur ein Hauptteil, das eng an eine Säule in Form eines Rohres paßt und an einem Ende mit einem Stopfen abgedichtet ist, der auf den Rand am Ende des Rohres aufschiebbar ist. Das Hauptteil hat einen Glockenabschnitt zur Aufnahme einer hy­ draulischen Sekundärdichtung, welche die Glocke und die Außenwand der Rohrsäule umgibt und miteinander verbindet. Durch die Glocke hindurch dringen im Hochdruckbetrieb Sekun­ därleckverluste in die Dichtung ein und betätigen sie hydrau­ lisch. Die Primärdichtung bleibt der Stopfen zwischen der Säulenendwand oder dem Säulenrand und dem Boden der Vertie­ fung in der Endarmatur, wobei letztere mit Zu- und Ableitungs­ kapillaren der flüssigkeitschromatographischen Anlage gekup­ pelt ist. Es sind entsprechende Mittel vorgesehen, um durch Ausüben von Druckkräften auf die Säule eine erste Dichtwir­ kung zu erzielen. Die Anordnung ist so, daß, wenn die den Druck ausübenden Bauteile betätigt werden, die Säule und die Primärdichtungen im Bereich des Umfangsrandes der Säule zu­ sammengepreßt werden, um die Abdichtung herzustellen.

Wenngleich sich die vorstehend beschriebene Anordnung als sehr zufriedenstellend erwiesen hat, fehlen doch die Einzel­ heiten, um die Säule so zu konstruieren, daß insbesondere bei Anwendung auf Kapillarsäulen ein bequemer und zuverläs­ siger Ausbau und Austausch möglich ist. In den Fällen, in denen die Länge der Füllung besonders klein, beispielsweise etwa 1 cm ist und der Durchmesser auf etwa 2 mm vermindert ist, nähern sich die Gesamtabmessungen einem Stadium, in dem eine Neukonstruktion angebracht ist. Die Gesamtlänge von Schutzsäulen muß so verkleinert werden, daß die im Betrieb der Säule auftretende Varianz auf weniger als etwa 20 Mikro­ liter (quadratischer Mittelwert) herabgesetzt wird. Heute besteht die Auf­ fassung, daß der Durchmesser der Enddichtung auf günstige Weise verkleinert werden kann, wenn die Dichtung mit kleine­ rem Gesamtdurchmesser getrennt vorgesehen wird. Insbesondere wird heute anstelle des T-förmigen Querschnitts mit einem vergrößerten, das Rohrende überlappenden oberen Ende als zu­ friedenstellendere Lösung die betrachtet, bei der das Ende des Rohres eine mit dem Rohrboden in Verbindung stehende Ver­ tiefung aufweist und zum Abdichten in diese Vertiefung ein Stopfen eingesetzt wird. Bei einer solchen Ausführung erweist sich die Abdichtung unmittelbar an der Bohrung als zufrieden­ stellend, und es wird eine geringere Turbulenz dadurch er­ reicht, daß eine Fritte und eine Dichtungsbohrung von kleine­ rem Durchmesser verwendet werden, so daß die Strömungs- und Totvolumina proportional kleiner werden. Bei der herkömmli­ chen Konstruktion trat gelegentlich eine andere Schwierigkeit insofern auf, als nach der Demontage die Gefahr bestand, daß der Stopfen aus der Säule herausfiel und die Säule dadurch unbrauchbar wurde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auswechselbare Patrone mit Dichtung zu schaffen, welche die angegebenen Ein­ schränkungen und Nachteile überwinden. Die Patrone soll zu Austausch- oder anderen Zwecken bequem aus dem Flüssigkeits- Chromatographen ausbaubar sein, sich nicht selbst zerlegen und verhältnismäßig einfach aufgebaut und herstellbar sein. Für die Patrone soll außerdem eine konzentrische Ausführung mit niedrigen Turbulenzfaktoren möglich sein, bei der an der Bohrung unmittelbar benachbarten und sie umgebenden Flä­ chen abgedichtet wird. Die Patrone soll auch gegen bekannte Patronenkonstruktionen ähnlicher Art austauschbar sein und eine Leckkräften direkt entgegenwirkende endweise Primär­ dichtung beibehalten.

Eine die Aufgabe lösende Patrone ist mit vorteilhaften Aus­ gestaltungen in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung schafft eine Patrone mit einem langgestreckten Rohr, das denselben Gesamtaußendurchmesser wie bisher erhält­ liche Rohre ähnlicher Art haben kann. Das Rohr ist auf ganzer Länge von einer Innenbohrung konzentrisch durchsetzt, die an jedem Ende in eine konzentrische zylindrische Vertiefung mün­ det. Die Vertiefung weist auf der innengelegenen Seite einen ebenen Boden auf. In jeder Vertiefung ist mit Festsitz ein zumindest annähernd zylindrischer Stopfen aufgenommen, der über das Rohrende etwas hinausragt, also eine Länge hat, die etwas größer als die Tiefe der Vertiefung ist, so daß nach dem Gesamtzusammenbau das Rohr endweise auf Druck beansprucht werden kann und eine Dichtkraft erzeugt werden kann durch Verformung oder Druckausübung direkt auf den Stopfen sowie zwischen ihm und dem Boden der Vertiefung und zwischen den Endwänden des Stopfens und der inneren Endwand der Armatur, in die das Rohr eingeschoben ist. Der Stopfen ist somit mit zwei entgegengesetzten parallelen Stirnflächen und mit einer Innenbohrung ausgebildet, deren Durchmesser dem der Rohr­ bohrung entspricht, welche eine Füllung enthält. Aufgabe des Stopfens ist es, die Füllung im Rohr zurückzuhalten, als Halter für einen Filter in Form einer Fritte zu dienen und die Dichtfläche zwischen dem Säulenrohr und der Endarmatur zu bilden, in welcher das Säulenrohr aufgenommen ist. Die Dichtkraft bringt eine erste oder Primärdichtung zustande und verläuft vom Boden der Vertiefung zum Stopfen und von der Oberseite des Stopfens zum Boden der Endarmatur. Auf diese Weise wird die Leckstelle durch Kräfte abgedichtet, die den Leckkräften exakt rechtwinklig entgegenwirken, vom Rand des Rohres unabhängig und in der Nähe der Rohrbohrung selbst wirksam sind.

Die Patrone kann einen Filter in Form einer Fritte haben, der sich ohne weiteres in eine auf geringe Turbulenz ausge­ legte Konstruktion eingliedern und bequem einbauen läßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schrägansicht in auseinandergezogener Darstel­ lung einer Patrone gemäß der Erfindung für einen Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographen,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch dieselbe Patrone, in dem Einzelheiten ihres Aufbaues dargestellt sind, und

Fig. 3 einen vergrößerten Längsschnitt durch einen Teil einer Patrone gemäß der Erfindung nach dem Zusammen­ bau mit einer Endarmatur eines Flüssigkeits-Chroma­ tographen.

Gemäß Fig. 1 und 2 hat die dargestellte Patrone ein Rohr 10, eine in einer mittigen Bohrung 11 des Rohres 10 angeordnete Füllung 12, Endstopfen 15 und 16 und Filter 18 und 19 in Form von Fritten. Die Endstopfen 15 und 16 und die Filter 18 und 19 sind jeweils von gleicher Ausbildung. Alle Bauteile sind zylindrisch und axial symmetrisch. Das Rohr 10 ist lang­ gestreckt und seine gleichachsige Bohrung 11 ist mit der kör­ nigen Füllung 12 angefüllt, um in bekannter Weise eine Elu­ tionssäule von vorbestimmter Länge zu bilden. Die Bohrung 11 mündet an jedem Ende in eine zur Aufnahme einer Dichtung vor­ gesehene Vertiefung mit einem zur Rohrachse quergerichteten ebenen Boden 22 und einer zylindrischen Außenwand 24. Jeder Endstopfen 15 bzw. 16 ist von kleiner Länge, zylindrisch und von einem Durchmesser, der in der zugehörigen Vertiefung paßt. Aus der Außenwand 26 jedes Endstopfens 15 bzw. 16 tre­ ten im Abstand voneinander zwei in Umfangsrichtung sich er­ streckende Rippen 28 und 29 hervor, deren Abmessungen so sind, daß beim Einsetzen des Endstopfens 15 oder 16 mit der Außen­ wand 24 ein Teilfestsitz zustande kommt, so daß es nach De­ montage der Vorrichtung schwierig ist, den Endstopfen 15 bzw. 16, wie schon vorgekommen, durch Saugwirkung zu entfernen. Jeder Dicht- bzw. Endstopfen 15 bzw. 16 weist eine gleich­ achsige Bohrung 30 auf, die über eine gleichachsige hohle Kammer 31 am inneren, also dem Rohr 10 zugewandeten Ende des Stopfens in eine Filteraufnahme-Vertiefung 32 mündet. Die Filter 18 und 19 in Form von Fritten sind gewöhnlich von kleinem Durchmesser, z. B. 2,4 mm. Der Endstopfen 15 bzw. 16 ist länger, als die abgedichtete Vertiefung des Rohres 10 tief ist, so daß er einen Überstand 34 hat, der ausreicht, um sein Nachgeben und seine Verformung bei Einwirken einer Druckkraft auszugleichen, ohne daß aufgrund der Berührung mit den Rohrenden oder -rändern die Erzeugung einer Kraft direkt im Rohr 10 selbst ermöglicht wird. Die Rohrenden oder -ränder sind frei von Berührung und brauchen nicht abgedich­ tet werden.

Gemäß Fig. 3 ist die Patrone an jedem Ende in eine Endarmaturen- Anordnung eingebaut, die eine eigentliche Endarmatur 116 und eine Endnutmutter 122 aufweist, in welche ein Zuleitungsrohr 36 aus dem Flüssigkeits-Chromatographen eingeführt und darin von einer durch radiale Kompression wirkenden Zwinge 140 in Stellung gehalten ist. In der Endarmatur 116 ist eine Dich­ tung 118 durch zweckdienliche Hilfsmittel gehalten, die im Ende der Endarmatur 116 selbst angeordnet sind, beispiels­ weise durch einen Haltering 158, der an einer Positionier­ scheibe 159 anliegt. Die verschiedenen Bauteile der Armatu­ renanordnung sind in einer gleichzeitigen Anmeldung derselben Anmelderin mit dem Titel "Hochdruck-Kupplung für in der Flüs­ sigkeits-Chromatographie verwendete rohrförmige flüssigkeits­ führende Bauteile" (Patentanwaltsakte 56 863) im einzelnen beschrieben, auf die hiermit verwiesen wird. Die Endarmaturen- Anordnung kann auch gemäß der US-PS 43 13 828 ausgeführt sein.

Die Säulenpatrone gemäß der Erfindung ist so konstruiert, daß sich Schutz- und analytische Kapillarsäulen von extrem klei­ nem Innendurchmesser verwirklichen lassen. Somit kann die Rohrlänge innerhalb der üblichen Parameter von jeder belie­ bigen wirksamen Länge sein. In Grenzfällen sind Schutzsäulen gemäß der Erfindung mit Längen bis herunter auf 1 cm ausge­ führt worden, wogegen bei einer analytischen Säule eine üb­ liche Nennlänge 22 cm beträgt. Der Innendurchmesser ist auf 2 mm vermindert worden und kann noch auf 1 mm oder 0,5 mm reduziert werden. Die Säule gemäß der Erfindung ist somit hinsichtlich ihrer Außenabmessungen und der Abdichtung von üblicher Ausführung, kann aber so klein gehalten werden, wie es die vom Verwender benutzte Technologie verlangt und die fertigungstechnischen Bedingungen zulassen. Die Vertiefung an jedem Rohrende hat einen Innendurchmesser von etwa 5,9 mm, der Endstopfen 15 bzw. 16 einen Außendurchmesser von etwa 5,46 mm und die Rippen 28 und 29 einen Außendurchmesser von etwa 5,7 mm. Der Filter 18 bzw. 19 ist eine übliche Fritte aus gesintertem rostfreiem Stahl von etwa 2,4 mm.

Die Erfindung schafft somit eine neue Patrone, bei der sich die Vorteile von analytischen Kapillarsäulen mit einem Innen­ durchmesser im Bereich von 0,5 bis 2 mm bei üblichen Längen erzielen lassen. Durch eine solche Herabsetzung des Säulen­ durchmessers kann die gleiche Trennleistung mit einem Viertel des Lösungsmittelvolumens bei gleichzeitig mehrfacher Steige­ rung der Trennschärfe erzielt werden. Schließlich sind Säulen des vorstehend beschriebenen Typs an andere Detektionssysteme anschließbar als z. B. die üblichen Spektrophotometer, nämlich beispielsweise an Massenspektrometer und elektro-chemische Detektoren, die beide die Masse je Zeiteinheit messen, so daß die reduzierte Strömung zu einer noch größeren als der erwarteten Steigerung der Empfindlichkeit führt.

Claims (5)

1. Auswechselbare Patrone mit einer adsorbierenden Füllung eines Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographen, bei der ein langgestrecktes Rohr von einer Bohrung durchsetzt ist und an jedem Ende eine zur Bohrung konzentrische und mit ihr fluch­ tende vergrößerte Vertiefung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des Rohrs (10) eine mit der Bohrung (11) in Verbindung stehende Vertiefung ausgebildet ist und jede Ver­ tiefung von einem Stopfen (15, 16) ausgefüllt ist, der etwas über das Ende der Vertiefung hinausragt, wobei die Vertiefungen und die Stopfen (15, 16) so ausgebildet sind, daß sie einander ebene Flächen zuwenden, die zwischen ihnen eine Primärdichtung bilden und zur Bohrung (11) rechtwinkelig sind, dabei der Stopfen (15, 16) an seinem anderen Ende etwas über die Ver­ tiefung hinausragt, derart, daß einer beim Betreiben der Säule dort auf ihn einwirkenden Druckkraft nur von ihm entgegenge­ wirkt wird, und wobei der Stopfen (15, 16) ferner an jedem Ende parallele Stirnflächen aufweist und die Vertiefung einen ebenen Boden (22) hat, derart, daß die Dichtung zwischen ihnen gegen die in der Anlage entstehenden Leckkräfte abdichtet.

2. Patrone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Bohrung (30) des Stopfens (15, 16) an dem dem Säulenrohr (10) zugewandten Ende ein Filter (18, 19) in Form einer Fritte konzentrisch zur Bohrung (30) angeordnet ist.

3. Patrone nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (15, 16) aus Polytretrafluorethylen hergestellt ist.

4. Patrone nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (15, 16) von wenigstens einer mit ihm ein­ stückig verbundenen, in Umfangsrichtung sich erstreckenden Rippe (28, 29) umschlossen ist, die sich beim Einsetzen des Stopfens (15, 16) in die Vertiefung verformt und von einer Umfangsabmessung ist, die etwas größer ist als der Stopfen (15, 16) und der Innendurchmesser der Vertiefung.

5. Patrone nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (15, 16) eine Bohrung (30) aufweist, die der Bohrung (11) in der Säule entspricht, welche kapillarähnliche Abmessungen hat.