DE3927863C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein HPLC-Analysengerät gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.

HPLC bedeutet Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie (High Pressure Liquid Chromatography). Diese Analysen­ technik beruht darauf, daß eine zu analysierende Probe in einen kontinuierlich durch eine Trennsäule unter hohem Druck hindurchgepumpten Eluentenstrom eingegeben wird.

Die einzelnen Substanzen der Probe haben in der Trennsäule eine unterschiedliche Strömungsgeschwindig­ keit, so daß sie an deren Ausgang zeitlich nacheinander auftreten. Dieses zeitlich aufgefächerte Auftreten der einzelnen Substanzen der Probe am Ausgang der Trennsäule wird detektiert und ermöglicht es, die Probe auf bestimmte interessierende Substanzen hin zu analysieren.

Für bestimmte zu analysierende Substanzen sind entspre­ chend angepaßte Trennsäulen entwickelt worden. Das bedeutet, daß die Trennsäulen in der Regel gewechselt werden, wenn die Proben auf andere Substanzen untersucht werden sollen.

In der Regel enthalten die zu analysierenden Proben neben den interessierenden Substanzen noch weitere Stoffe, die sich in den Trennsäulen festsetzen und nach einer bestimmten Zahl von Analysen zur Erschöpfung der Trennsäulen führen. Da die Trennsäulen relativ teuer sind, versucht man dem durch Verwendung von Vorsäulen entgegenzuwirken, die den Trennsäulen in Strömungsrichtung des Eluenten vorgeschaltet werden. Die Vorsäulen haben die Aufgabe, die unerwünschten Stoffe auszufiltern und die interessierenden Substanzen durchzulassen. Die Vorsäulen sind billiger als die Trennsäulen. Dies auch deshalb, weil die Vorsäulen kürzer als die Trennsäulen ausgeführt werden, da ihre wesentliche Funktion das Ausfiltern unerwünschter Stoffe und nicht das zeitliche Auffächern verschiedener Substanzen ist. Dennoch reichen für ganz spezielle Analysen allein die Vorsäulen (ohne Trennsäule) aus, um die Existenz bestimmter Stoffe in Proben festzustellen. Es ist also festzuhalten, daß HPLC-Analysengeräte in der Regel mit einer Trennsäule betrieben werden, der ggfs. eine Vorsäule vorgeschaltet wird und daß in Ausnahmefällen die Verwendung einer Vorsäule allein ausreichend ist.

Vorstehende Technik ist beispielsweise beschrieben in dem Aufsatz Riggenmann "HPLC-Probenaufbereitung für die Klinische Chemie" (Sonderdruck aus "LaborPraxis", Vogel-Verlag Würzburg, 5. Jahrgang, Heft 7-8/Juli-August 1981) sowie in dem Aufsatz "Rapid HPLC Sample Preparation: Extraction and Clean-up Using a Loop-column in the 7125 Injector" (Technical Notes 2 der Firma Rheodyne Incorporated, Januar 1980). Ferner sind HPLC-Analysenge­ räte der hier betrachteten Art in Prospekten der Firma Gynkotek (Injektionsautomat GINA 160) und der Firma Hewlett Packard (HP 1050 Series Autosampler) beschrieben. Die Analysengeräte von Gynkotek und Hewlett Packard weisen jeweils ein zwischen zwei Ventilstellungen umschaltbares Ventil auf, das mit einer Hochdruckpumpe, einer Niederdruckpumpe, für die eine Injektionsspritze verwendet ist, einem Ablauf, einem Trennsäulen-Anschluß, einer Probenschleife und einem Nadelsitz verbunden ist. Ferner weisen beide Geräte eine anhebbare bzw. absenkbare Probennadel auf, die mit der Probenschleife verbunden ist. Die Probennadel kann entweder in ein die flüssige Probe enthaltendes Probengefäß zwecks Probenaufnahme eingetaucht oder mit dem Nadelsitz in eine druckdichte Verbindung gebracht werden. Das Gynkotek-Gerät ist mit einem drehbaren Probenteller versehen, der mehrere Öffnungen aufweist, von denen jede durch Drehen des Probentellers in Flucht zwischen Probennadel und Nadelsitz gebracht werden kann. Ein Teil der Öffnungen dient zur Aufnahme von Probengefäßen, Leergefäßen oder Reagenzgefäßen; eine der Öffnungen ist zum Hindurchtreten der Probennadel bestimmt, derart, daß in diese druckdichte Verbindung mit dem Nadelsitz treten kann. Bei beiden Geräten ist in der ersten Ventilstellung die Hochdruckpumpe über das Ventil mit dem Trennsäulenanschluß verbunden und pumpt den Eluenten durch die Trennsäule. Der Nadelsitz ist über das Ventil mit dem Überlauf verbunden. Die Injektions­ spritze ist über das Ventil und die Probenschleife mit der Probennadel verbunden. In dieser ersten Ventil­ stellung kann mit der Injektionsspritze Probenflüssigkeit in die Probenschleife eingesaugt werden. In der zweiten Ventilstellung ist die Probenspritze über das Ventil mit dem Überlauf verbunden. Die Hochdruckpumpe ist in dieser zweiten Ventilstellung über das Ventil, die Probenschleife, die Probennadel und den Nadelsitz mit dem Anschluß für die Trennsäule verbunden, so daß die zuvor in die Probenschleife eingesaugte Proben­ flüssigkeit nunmehr im Eluentenstrom liegt und durch die Trennsäule hindurchgeführt wird.

In den oben erwähnten Technical Notes der Firma Rheodyne ist beschrieben, daß die Vorsäulen die Form von zylindri­ schen Kartuschen haben. Zur Aufnahme der Vorsäulen dient eine Haltevorrichtung, die aus zwei miteinander verschraubbaren Hülsenteilen besteht. Die Hülsenteile schließen im zusammengefügten Zustand einen zylindrischen Hohlraum ein, der an die Form der Vorsäule angepaßt ist. Jedes Hülsenteilende ist mit einer Schraubkupplung versehen, und über ein Kapillarrohr mit dem Ventil verbunden. Ein Vorsäulen-Wechsel kann nur von Hand erfolgen, indem die beiden Hülsenteile auseinanderge­ schraubt, die bisherige Vorsäule entfernt, eine neue Vorsäule eingesetzt und die beiden Hülsenteile wieder miteinander verschraubt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Arbeitsweise eines HPLC-Analysengeräts der im Oberbegriff des Anspru­ ches 1 beschriebenen Art zu vereinfachen.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung gestattet es, eine Mehrzahl von Vorsäulen oder Trennsäulen in einem Speicher zu bevorraten und in einfacher Weise dadurch in den Proben- Eluenten-Strom einzufügen bzw. ein Auswechseln vorzuneh­ men, daß sie zwischen Probennadel und Nadelsitz eingesetzt werden. Die Trennsäulen bzw. Vorsäulen können damit in gleicher Weise bevorratet und mittels einer ein Greifersystem enthaltenden Transportvorrichtung ausge­ wechselt werden, wie dies mit den Probegefäßen bei den bekannten Geräten der Fall ist.

Wenn das HPLC-Analysengerät einen verstellbaren Gefäßträ­ ger aufweist, der beispielsweise wie bei den bekannten Gynkotek-Geräten die Form eines mit Öffnungen versehenen Drehtellers hat, so kann in dem Gefäßträger auch eine Öffnung zur Aufnahme einer Vorsäule oder einer Trennsäule vorgesehen werden.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung, welcher selbständige erfinderische Bedeutung zukommt und nicht an den Betrieb mit Vorsäule gebunden ist, kann darin bestehen, daß der Steuerteil, welcher den Antriebsteil des Gefäßträgers steuert, so ausgebildet ist, daß der Gefäßträger durch den Antriebsteil in einer Stufe des Steuerprogramms gerüttelt wird. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Probe in einem besonderen Mischgefäß vor der Analyse mit einer Reagenz versetzt wird und möglichst gut mit dieser vermischt werden soll. Das Mischen kann auf dem Gefäßträger erfolgen, indem mit der Probennadel Probenflüssigkeit aus dem Probenbehälter und Reagenz aus einem ebenfalls auf dem Gefäßträger befindlichen Reagenzgefäß in das ebenfalls auf dem Gefäßträger befindliche Mischgefäß eingefüllt werden. Bevor die mit der Reagenz versetzte Probe in dem Mischgefäß dann in den Eluentenstrom eingebracht wird, wird der Gefäßträger, der vorzugsweise ein Drehtel­ ler ist, durch das von dem Steuerteil gesteuerte Antriebs­ teil einer Rüttelbewegung unterworfen. Vorzugsweise enthält der Steuerteil einen Mikroprozessor, in dem das Steuerprogramm eingegeben ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht von oben auf das HPLC-Analysengerät;

Fig. 2 bis 7 eine Blockdarstellung der wesentlichen Teile des HPLC-Analysengerätes in verschiedenen Betriebsphasen, wobei sich das Ventil in der ersten Betriebsstellung befindet;

Fig. 8 die Injektionsphase bei dem in den Fig. 2 bis 7 beschriebenen Blockschaltbild, wobei sich das Ventil in der zweiten Ventilstellung befindet;

Fig. 9 einen Schnitt durch den Drehteller mit einge­ setzter Halterungsvorrichtung für eine Vorsäule.

Das in Fig. 1 dargestellte HPLC-Analysengerät weist ein Gerätegehäuse 1 mit einer Längsschiene 2 auf, auf der ein Längsschlitten 3 fahrbar angeordnet ist. Der Längsschlitten 3 trägt eine Traverse 4, an der eine Querschiene 5 befestigt ist. An der Querschiene 5 ist ein Querschlitten 6 fahrbar angeordnet, welcher einen Greifer 7 trägt. Die Antriebe für den Längsschlit­ ten 3, den Querschlitten 6 und den Greifer 7 sind nicht einzeln dargestellt. Die Elemente 2 bis 7 bilden insgesamt eine Transportvorrichtung 30, die in den Fig. 2 bis 8 als Block dargestellt ist.

Unterhalb des Greifers 7 sind auf dem Gerätegehäuse 1 Öffnungen 8 vorgesehen, in die Probengefäße, Reagenzge­ fäße, Mischgefäße (zum Mischen von Probenflüssigkeit mit Reagenz), Vorsäulen oder Trennsäulen nach Art einer Matrix angeordnet werden können. Die vorstehend erwähnten Gefäße, Vorsäulen oder Trennsäulen können einzeln mit dem Greifer 7 der Transportvorrichtung 30 ergriffen, aus den Öffnungen herausgenommen, zum Analysen­ platz transportiert oder wieder in die Öffnungen abgesetzt werden.

Auf dem Gerätegehäuse 1 befindet sich ferner ein Drehtel­ ler 9 mit Öffnungen 10 bis 14. Der Drehteller 9 weist an seiner Außenseite eine Zahnung 39 auf, die mit einem Zahnriemen 17 kämmt, welcher über ein Zahnritzel 16 läuft. Das Zahnritzel 16 wird von einem Schrittmotor 15 angetrieben. Das Zahnritzel 16 kann auch direkt mit der Zahnung 39 des Drehtellers 9 in Eingriff gebracht werden.

Wie man der Fig. 2 entnehmen kann, dient die Öffnung 11 in dem Drehteller 9 zur Aufnahme eines Probengefäßes 19. Die Öffnung 10 dient zur Aufnahme eines Mischgefäßes 18. Die Öffnung 12 dient zur Aufnahme eines mit einer Reagenz gefüllten Gefäßes 20. Die Öffnung 13 dient zum Spülen. Die Öffnung 14 dient zum Hindurchtreten einer Probennadel 21.

Jedes der Gefäße 18, 19, 20 ist mit einer geeigneten Kappe verschlossen, welche ein Herausspritzen der in dem Gefäß befindlichen Flüssigkeit verhindert, jedoch ein Hindurchstoßen der Probennadel 21 erlaubt. Die Probennadel ist innen hohl und kann mittels eines Nadelantriebes 32 angehoben oder abgesenkt werden. Das Anheben oder Absenken kann durch eine (nicht darge­ stellte) Zahnstange erfolgen, die über ein Zahnritzel von dem Nadelantrieb vertikal verstellbar ist, wobei die Probennadel 21 mit der Zahnstange verbunden ist. Durch das Absenken kann die Probennadel 21 in jedes der Gefäße 18, 19, 20 eingetaucht werden. Darüber hinaus kann die Probennadel 21 soweit abgesenkt werden, daß sie mit einem Nadelsitz 24 druckfest in Eingriff treten kann. Der Nadelsitz 24 ist in Fig. 9 im Schnitt genauer dargestellt. Er besteht aus einem Trichter 37 sowie einem einen Kanal enthaltenden elastischen Dich­ tungsstück 38. Der Kanal des Nadelsitzes 24 ist mit einem Ventil 23 verbunden, welches zwei Ventilstellungen einnehmen kann. Fig. 2 zeigt das Ventil 23 in der ersten Ventilstellung. Ebenfalls verbunden ist mit dem Ventil ein Überlauf 25, eine Trennsäule 28, eine Hochdruckpumpe 29 und eine Injektionsspritze 26. Ferner ist die Injektionsnadel 21 über eine von einem Kapillar­ rohr gebildete Druckschleife 22 mit dem Ventil 23 verbunden. Das Ventil 23 ist zwischen der ersten Ventil­ stellung und der zweiten Ventilstellung, die in Fig. 8 gezeigt ist, durch ein Steuerteil 27 umschaltbar. Das Steuerteil 27 steuert außerdem den Drehantrieb 15 für den Drehteller 9, ferner die Transportvorrichtung 30, die Hochdruckpumpe 29 und den Nadelantrieb 32.

In der in Fig. 2 gezeigten ersten Stellung des Ventils 23 ist der Nadelsitz 24 über das Ventil 23 mit dem Über­ lauf 25 verbunden. Ferner ist die Hochdruckpumpe 29 über das Ventil 23 mit der Trennsäule 28 verbunden. Schließlich ist die Injektionsspritze 26 über das Ventil 23 und die Probenschleife 22 mit der Injektions­ nadel 21 verbunden.

In der ersten Ventilstellung pumpt die Hochdruckpumpe 29 Eluenten-Flüssigkeit über das Ventil 23 durch die Trennsäule 28.

In der in Fig. 2 gezeigten ersten Betriebsphase wird mit der Injektionsspritze 26 über das Ventil 23 und die Probenschleife 22 mit der Probennadel 21 (die dazu in das Probengefäß 19 abgesenkt wird), Probenflüssig­ keit in die Probenschleife 22 eingesaugt.

Fig. 3 zeigt eine zweite Betriebsphase, in der sich das Ventil 23 noch in der ersten Ventilstellung befindet. Gegenüber Fig. 2 ist der Drehteller 9 so gedreht worden, daß sich nunmehr das Mischgefäß 18 unterhalb der Proben­ nadel 21 befindet. Nachdem die Probennadel 21 in das Mischgefäß 18 abgesenkt worden ist, kann die in der Probenschleife 22 befindliche Probenflüssigkeit nunmehr durch Drücken der Injektionsspritze 26 in das Mischgefäß 18 eingefüllt werden.

Fig. 4 zeigt eine dritte Betriebsphase, in der sich das Ventil 23 weiterhin in der ersten Ventilstellung befindet. Der Drehteller 9 ist hier erneut gedreht worden, so daß sich nunmehr das Reagenzgefäß 20 unterhalb der Probennadel 21 befindet. Nach Absenken der Proben­ nadel 21 in das Reagenzgefäß 20 kann Reagenzflüssigkeit durch Ziehen der Injektionsspritze 26 in die Probenschlei­ fe 22 eingesaugt werden.

Fig. 5 zeigt eine vierte Betriebsphase, bei der sich das Ventil 23 weiterhin in der ersten Ventilstellung befindet. Hier ist der Drehteller 9 erneut gedreht worden, derart, daß sich nunmehr wieder das Mischgefäß 18 unterhalb der Probennadel 21 befindet. Durch Absenken der Probennadel 21 in das Mischgefäß 18 kann nunmehr die zuvor aufgenommene Reagenz aus der Probenschleife 22 in das Mischgefäß eingefüllt werden, in dem sich bereits Probenflüssigkeit befindet.

Fig. 6 zeigt eine fünfte Betriebsphase, in der sich das Ventil 23 weiterhin in der ersten Ventilstellung 23 befindet. In dieser Betriebsphase wird der Drehteller 9 durch den Drehantrieb 15 gerüttelt, derart, daß die Probenflüssigkeit und die Reagenz sich in dem Mischgefäß 18 miteinander vermischen. Das entsprechende Steuerpro­ gramm für das Rütteln ist in einen Mikroprozessor eingegeben, der zum Steuerteil 27 gehört.

Fig. 7 zeigt eine sechste Betriebsphase, bei der sich das Ventil immer noch in der ersten Ventilstellung befindet. Hier wird die Ventilnadel 21 erneut in das Mischgefäß 18 abgesenkt. Durch Ziehen der Injektions­ spritze 26 wird die mit Reagenz vermischte Probenflüssig­ keit in die Probenschleife 22 eingesaugt.

Fig. 8 zeigt eine siebte Betriebsphase, bei der das Ventil 23 nunmehr in die zweite Ventilstellung umgeschal­ tet worden ist. Ferner ist der Drehteller 9 gedreht worden, derart, daß sich nunmehr die Öffnung 14 unter der Probennadel 21 befindet. Wenn ohne Vorsäulen-Betrieb gearbeitet wird, wird die Injektionsnadel 21 durch die Öffnung 14 soweit abgesenkt, daß sie in eine druck­ dichte Verbindung mit dem Nadelsitz 24 tritt. Dann wird die Hochdruckpumpe 29, deren Betrieb zuvor unterbro­ chen worden ist, durch den Steuerteil 27 erneut in Betrieb gesetzt, wodurch die von der Hochdruckpumpe 29 kommende Eluentenflüssigkeit über das Ventil 23 das in der Probenschleife 22 befindliche Gemisch über die Probennadel 21 und den Nadelsitz 24 sowie das Ventil 23 in die Trennsäule 28 drückt. In Fig. 8 ist abweichend davon die erfindungsgemäße Besonderheit gezeigt, nämlich daß zwischen dem Nadelsitz 24 und die Probennadel 21 ein Halterungsteil 31 für eine Vorsäule eingefügt ist.

Fig. 9 zeigt die Anordnung des Halterungsteils 31 für die Vorsäule in dem Drehteller 9, der hier im Schnitt gezeigt ist. Die Halterungsvorrichtung 31 besteht aus zwei Hülsenteilen 40, 41, die miteinander verschraubt sind. Die beiden Hülsenteile 40, 41 bilden im zusammengeschraubten Zustand einen Hohlraum, der an die Form der zylindrischen Vorsäule 43 angepaßt ist. Der obere Hülsenteil 40 ist mit einem Anschluß 36 versehen, der wie der Nadelsitz 24 ausgebildet ist. Der untere Hülsenteil 41 weist eine rohrartige Verlänge­ rung 42 auf, an dessen unterem Ende sich ein Anschluß 33 befindet, der wie die Probennadel 21 ausgebildet ist. Auf diese Weise ist es also möglich, die Probennadel 21 wahlweise direkt mit dem Nadelsitz 24 oder unter Zwischen­ schaltung einer Halterungsvorrichtung 31 für eine Vorsäule 43 mit dem Nadelsitz 24 in Verbindung zu bringen.

In der Öffnung 14 des Drehtellers 9 befindet sich eine Wendelfeder 26, die sich unten auf einem Absatz der Öffnung 14 abstützt. Oben stützt sich die Wendelfe­ der 26 an einer Schulter ab, welche zwischen dem unteren Hülsenteil 41 und der rohrartigen Verlängerung 42 gebildet ist. Die rohrartige Verlängerung 42 erstreckt sich dabei durch den Innenraum der Wendelfeder 26. Die Transportvorrichtung 30 drückt die Wendelfeder 26 beim Einsetzen der Halterungsvorrichtung 31 in die Öffnung 14 zusammen, so daß der nadelartig ausgebildete untere Anschluß 33 mit dem Nadelsitz 24 eine druckdichte Verbindung bildet. Ein verstellbares Arretierteil 34 mit einer Öffnung 36 sorgt dafür, daß die Halterungsvor­ richtung 31 entgegen dem Druck der Wendelfeder 26 niedergehalten wird. Die Öffnung 36 gestattet den Durchtritt der Probennadel 21.

Die Probennadel 21 ist an der Stelle 44 aufgebrochen, und der probennadelartige Anschluß 33 ist an der Stelle 45 aufgebrochen, um zu zeigen, daß sich innen ein Hohlraum befindet.

Obwohl in den Fig. 8 und 9 nur die Halterungsvorrichtun­ gen 31 in Verbindung mit Vorsäulen 43 beschrieben sind, schließt dies nicht aus, daß auch die Trennsäulen in dieser Weise ausgebildet sind und damit ein einfacher automatischer Wechsel von Trennsäulen gewährleistet werden kann.

Die Tatsache, daß in Verbindung mit den Fig. 2 und 8 die Analyse von mit Reagenz versetzter Probenflüssigkeit sowie deren Mischen beschrieben worden ist, schließt selbstverständlich nicht aus, daß auch Probenflüssigkeit direkt, d.h. in nicht mit Reagenz versetzter Form, in die Probenschleife eingeführt und dann sofort der Trennsäule zugeführt werden kann.

Claims (3)

1. HPLC-Analysengerät, bei dem mittels einer an ein Pumpensystem angeschlossenen hohlen Probennadel Proben­ flüssigkeit aus einem Probengefäß entnommen und dann einem mit einer Trennsäule verbundenen ebenfalls hohlen Nadelsitz zugeführt wird, der passend zu der Probennadel ausgebildet ist, derart, daß er mit dieser im aneinandergedrückten Zustand eine Durchflußkupplung für die Probenflüssigkeit bildet, wobei der Trennsäule ggfs. eine Vorsäule vorgeschal­ tet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennsäule (28) oder die Vorsäule (43) bzw. eine die Trennsäule (28) oder die Vorsäule (43) aufnehmende Haltevorrichtung (31) an ihren Enden mit Anschlüssen (32, 33) versehen ist, von denen einer wie die Probennadel (21) und der andere wie der Nadelsitz (24) ausgebildet ist.

2. HPLC-Analysengerät nach Anspruch 1, bei dem die Haltevorrichtung (31) für die Vorsäule (43) oder Trennsäule (28) aus zwei vorzugsweise durch eine Schraubverbindung verbindbaren Hülsenteilen (40; 41, 42) besteht, die im zusammengefügten Zustand einen Hohlraum einschließen, der an die Form der Vorsäule (43) bzw. Trennsäule (28) angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem einen Hülsenteil (41, 42) der probennadelartige Anschluß (33) und an dem anderen Hülsenteil (40) der nadelsitzartige Anschluß (32) vorgesehen ist.

3. HPLC-Analysengerät nach Anspruch 1 oder 2 mit einem zwischen Probennadel und Nadelsitz angeordneten Gefäßträger, der Öffnungen aufweist, die zur Aufnahme von Gefäßen für die Probe, für eine Reagenz und/oder die mit der Reagenz versetzte Probe oder zum Hindurchtre­ ten der Probennadel bestimmt ist, wobei der Gefäßträger mittels eines von einem Steuerteil gesteuerten Antriebs­ teils derart verstellbar ist, daß jede der Öffnungen in dem Gefäßträger in Flucht zwischen Probennadel und Nadelsitz bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gefäßträger (9) auch eine Öffnung (14) zur Aufnahme der Vorsäule (43) oder Trennsäule (28) oder einer Haltevorrichtung (31) dafür vorgesehen ist.