DE4114766A1 - Kartuschensystem fuer chromatographiesaeulen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kartuschensystem für Chromatographiesäulen, in denen an einem meist aus einem mehr oder weniger steifen Füllmaterial bestehenden Bett Trennoperationen in flüssiger Phase durchgeführt werden.

Herkömmliche Kartuschensysteme sind kompliziert aufgebaut und nach Gebrauch nicht wiederverwendbar. Darüber hinaus sind sie wegen Metallberührung durch die aufzutrennenden Flüssigkeiten nicht biokompatibel bzw. können nicht für hohe Drücke ausgelegt werden.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein einfach zu handhabendes Kartuschensystem zur Verfügung zu stellen, dessen sämtliche Teile austauschbar und wiederverwendbar sind, und dessen Handhabung besonders einfach ist und eine Sichtkontrolle sowie Höhenverstellbar­ keit des Bettüberganges aufweist. Darüber hinaus soll das System biokompatibel auszulegen sein, hohen Drücken bis zu 300 bis 500 bar standhalten, eine hohe Trennqualität aufwei­ sen und den Einsatz auch feinteiliger Füllmaterialien ermög­ lichen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt für ein Kartuschensystem für Chromatographiesäulen, bestehend aus einem Rohr, in die­ ses einsetzbaren abdichtenden oberen und unteren Einsätzen mit Frittenausnehmungen und an diese anschließenden Bohrun­ gen für die Zufuhr und Ableitung von Chromatographieflüssig­ keit sowie mit dem Rohr verbindbaren oberen und unteren Anschlußstücken, wobei erfindungsgemäß das Rohr endseitige Zentrier- und Befestigungsmittel aufweist, die Einsätze nach außen gerichtete Sacklöcher mit Gewinden und darin befestig­ baren Spindeln besitzen, die Anschlußstücke über eine Hülse unter Klemmen oder über an den Rohrenden befindliche Außen- oder Innengewinde mit dem Rohr verbindbar sind, das obere Anschlußstück ein Fenster mit einer Mutter aufweist, über die ein mit einer Bohrung für die Aufnahme einer Kapil­ lare versehener Stempel höhenverstellbar betätigbar ist und zwischen dem oberen Einsatz und dem unteren Ende des Stem­ pels die Kapillare druckfest befestigbar ist.

Die Kartuschen können sowohl leer als auch vorgepackt ver­ trieben und eingesetzt werden. Dabei dienen die Spindeln gleichzeitig im letzteren Falle als Verschlüsse der in den Einsätzen befindlichen Bohrungen, um das Auslaufen der Trä­ gerflüssigkeit zu verhindern.

Andererseits kann der obere Einsatz auch mit Hilfe der Spin­ del herausgezogen werden, um die Säule zu füllen. Nach dem Füllen kann der Einsatz mit Hilfe des in diesen geschraubten Stempels wieder in das Rohr eingeführt auf das Bett gedrückt werden. Dies hat den Vorteil, daß die Verschraubung mit dem Einsatz unter Sichtkontrolle außerhalb des Rohres vorgenom­ men werden kann, um Undichtigkeiten durch fehlerhaften Zusammenbau zu vermeiden. Die (vor)gepackte Kartusche wird mit kopf- und fußeigenen Anschlußstücken verbunden, wozu das Rohr endseitig Zentriermittel aufweist, und wobei der obere Stempel ein Gewinde aufweist, das mit einer Mutter in einem Fenster des oberen Anschlußstückes kämmt, um den mit diesem verbundenen Einsatz in der Höhe dem Bett anpassen oder nachregulieren zu können. Dabei ist es von Vorteil, den Stempel nicht direkt mit dem Einsatz zu verbinden und gleichzeitig die Kapillare anzuschließen, sondern ein Zwi­ schenstück vorzusehen, das auf den Stempel geschraubt wird und dabei über einen im Einsatz angeordneten, durchbohrten Konus aus Kunststoff oder Metall die Kapillare druckfest mit dem Zwischenstück zu verbinden, wobei letzteres die Bohrung zum Einsatz hin fortsetzt und endseitig ein Gewinde auf­ weist, mit dessen Hilfe der Zusammenbau mit dem Einsatz vor­ genommen werden kann. Derart kann der Einsatz bei der Mon­ tage des Konus-Kapillarenanschlusses auf dem Bett verblei­ ben.

Die Kartusche läßt sich biokompatibel aus Glas, PEEK, Kera­ mik oder Saphirglas, für besonders hohe Drücke bis zu 500 bar auch aus Stahl, Keramik oder Saphirglas herstellen.

Insbesondere bei hohen Drücken bis 500 bar lassen sich damit auch Trennoperationen an extrem feinkörnigen Packungsmate­ rialien von 3-5 µm durchführen.

Die Druckstabilität von Glaskörpern kann (je nach Durchmes­ sern 70-100 bar) genutzt werden, der Übergang der Fritte auf das Bett bleibt einsehbar, Fehler im Übergang können ebenso wie mikrobielle Kontaminationen schnell erkannt werden.

Das Rohr kann selbst mit den Anschlußstücken verbunden wer­ den, es kann auch von einer Hülse, z. B. aus Kunststoff oder Stahl umgeben sein, die Sichtkontrolle kann dabei über Öff­ nungen oder Schlitze sichergestellt werden.

Der Einsatz selbst besteht aus Kunststoff (Polytetrafluor­ ethylen) und dichtet vorzugsweise über eine dreifache Lamel­ lendichtung ab, wobei randseitig um den Fritteneinsatz ein vollständig sich bis zur Rohrinnenwandung erstreckender Rand belassen bleibt, so daß dieser gleichzeitig als Abstreifer wieder dazu dient, Totzonen zwischen Einsatz und Rohr zu den Lamellen hin zu vermeiden.

Die eingangs erwähnten Zentrier- und Befestigungsmittel kön­ nen Gewinde an den Rohrenden sein, mit denen die Anschluß­ stücke verschraubt werden.

Es kann jedoch auch vorteilhaft so vorgegangen werden, daß auf das obere Rohrende ein Teller mit einer Ringnut aufge­ legt wird, der das Rohr seitlich überragt und von der Spin­ del durchgriffen ist, um diese beim Transport oder der Lage­ rung zu schützen. Der untere Einsatz trägt dabei einen Kra­ gen, der auf dem unteren Rohrende aufliegt und dieses eben­ falls im Maße des Überstandes des Tellers überragt.

Nach Entfernen der Spindeln und gegebenenfalls Montage der Kapillarenverbindung wird diese Kartusche in ein Rohr geschoben, an dessen Innenwandung dann die Überstände der Zentriermittel anliegen, wobei die Anschlußstücke nach Ver­ schrauben mit dem Rohr auf Teller und Überstand ruhen und so das Rohr zwischen sich fixieren.

Dabei braucht auf die Fertigungstoleranzen von Glasrohren keine Rücksicht genommen zu werden und die Hülse stellt gleichzeitig die Aufnahme der Zugkräfte dar, wodurch das Rohr entlastet wird.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die vorliegende Erfin­ dung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Kartusche für den Einbau in eine Hülse,

Fig. 2 zeigt eine Hülse mit Anschlußstücken für den Ein­ bau der Kartusche,

Fig. 3 zeigt die fertig montierte Einheit,

Fig. 4 zeigt eine Kartusche mit Außengewinden,

Fig. 5 zeigt Anschlußstücke für eine Kartusche nach Fig. 4,

Fig. 6 zeigt eine Kartusche mit Innengewinde,

Fig. 7 zeigt Anschlußstücke hierfür.

Fig. 1 zeigt ein Rohr 1 aus Kunststoff, Glas, PEEK (Poly­ etherketon), Keramik oder Saphirglas. Dieses weist keinerlei Einformungen auf, kann also aus Meterware geschnitten wer­ den.

Im Rohr 1 befinden sich ein oberer 2 und ein unterer Ein­ satz 3, jeweils mit einer mehrfachen Lippendichtung 25, einer zentralen Bohrung 5 und einer endseitigen Frittenaus­ nehmung 4 mit darüberliegendem konischen Zuströmbereich 26, über die nach der Endmontage mit Hilfe des oberen Ein­ satzes 2 zu chromatographierende Flüssigkeit in das zwischen den Einsätzen befindliche Bett zugeführt und über den unte­ ren Einsatz abgeleitet wird.

Die Frittenausnehmungen 4 sind umgeben von einem Rand 27, der an der Innenwandung des Rohres 1 anliegt und einmal als Abstreifer, zum anderen als Verhinderung von randseitigen Totzonen wirkt. Endseitig besitzen die Einsätze 2, 3 nach außen gekehrte Sacklöcher 8 mit Gewinden 9, die die Bohrun­ gen 5 verschließende Spindel mit Griffen 28 eingeschraubt sind.

Die obere Spindel 10 weist eine den üblichen Bettenhöhen angemessene Länge auf und überragt das Rohr 1 nach außen und durchgreift einen auf den oberen Hülsenrand aufgesetzten (festgeklemmten oder geklebten) Teller 22 mit Anschlägen 23, die, wie dargestellt, innen und außen am Rohrmantel in Form einer Ringnut anliegen oder lediglich außen oder innen anschlagen, um zur Montage das Rohr 1 zu zentrieren, wie in Fig. 2 ausgeführt, wozu der Teller über das Rohr seitlich überkragt.

Der untere Einsatz 3 weist einen an diesen angeformten Kra­ gen 24 auf, der auf dem unteren Rand des Rohres 1 aufliegt und diesen im selben Maß wie der Teller 22 überkragt. Die seitlichen Anschläge werden zur Vervollständigung des unte­ ren Zentriermittels durch den Einsatz selbst bzw. durch den an die Lippendichtungen 25 anschließenden Bereich gebildet. Die Einsätze bestehen vorzugsweise aus Polytetrafluorethy­ len.

Die so gebildete Kartusche kann vorgepackt und unter Luftab­ schluß durch die Spindeln verschlossen ausgeliefert werden.

Fig. 2 zeigt die für die Montage der Kartusche geeignete Hülse 12 aus durchsichtigem oder Durchbrüche für die Sicht­ kontrolle aufweisendem Material (vorzugsweise Kunststoff oder Edelstahl). Auf die Hülse 12 sind obere 6 und untere 7 Anschlußstücke aufgeschraubt. Das untere Anschlußstück ist offen für den Durchgriff des unteren Einsatzes 3 (Fig. 1), das obere trägt einen Stempel 18 mit einer Bohrung 17, in der die Anschlußkapillare zur Zufuhr der aufzutrennenden Flüssigkeit verlegt ist. Der Stempel besitzt ein Außenge­ winde, im Anschlußstück 6 ist ein Fenster 15 mit einer Mut­ ter 16, die mit dem Gewinde des Stempels kämmt und dessen Höhenverstellbarkeit ermöglicht.

Am unteren Ende des Stempels befindet sich ein Zwischen­ stück 20 mit einer nach unten laufenden Bohrung 29 sowie einem eingesetzten Konus 21 (Ferrule), der auf das Kapillar­ ende aufgeschoben ist und durch das Aufschrauben des Zwi­ schenstückes 20 auf den Stempel zusammengepreßt wird und die Kapillare je nach den verwendeten Materialien bis zu Drücken von über 500 bar abdichtet. Dazu überragt die obere Schulter des Konus 21 vor der Montage den Sacklochgrund des Zwischen­ stückes 20 geringfügig.

Fig. 3 zeigt die Teile gemäß Fig. 1 und 2 im Zusammenbau, wobei insbesondere die Zentrierung mit Hilfe des auf dem oberen Rand 30 des Rohres 1 liegenden Tellers 22 und des Kragens 24 deutlich wird.

Das obere Anschlußstück 6 trägt in einer Ausnehmung ein Gewinde 13 und ist mit dessen Hilfe auf die Hülse 12 aufge­ schraubt. Dabei legt sich die Basis 32 des Anschlußstückes innerhalb der Ausnehmung auf den oberen Rand des Tellers 2 und drückt diesen nach unten, wobei dieser die Hülse 12 geringfügig überragt. Die senkrechte äußere Mantelfläche 31 liegt dabei an der inneren Wandung der Hülse 12 an oder besitzt zu dieser ein geringes Spiel.

Ebenso drückt nach dem Aufschrauben die Basis 33 des unteren Anschlußstückes 7 gegen den Kragen 24 des unteren Ein­ satzes 3, dessen Mantelfläche 33 ebenfalls an der Rohrinnen­ wandung anliegt oder zu dieser ein geringes Spiel aufweist. Derart wird die Kartusche fest innerhalb der Hülse fixiert.

Montage und Demontage sind denkbar einfach, die Konstruktion läßt sowohl einen vollkommen metallberührungsfreien Betrieb wie extrem hohe Drücke zu. Der Bettübergang verbleibt bei durchsichtigen oder hinsichtlich der Hülse mit Hilfe von z. B. axialparallelen Durchbrüchen sichtkontrolliert, das Rohr selbst kann vorgespannt werden, die Zugkräfte werden über die Hülse aufgefangen.

Fig. 4 zeigt eine Kartusche, bei welcher die Zentrierung des Rohres 1 und die Befestigung der Anschlußstücke mit Hilfe von an den Rohrenden angebrachten Außengewinden 13 vorgenommen wird. Hierbei entsteht eine Chromatographie­ säule, bei welcher die Kartusche ohne Hülse eingebaut wird. Das Rohr 1 ist dazu insbesondere aus Kunststoff gefertigt, auf den Gewinde leicht aufgeschnitten werden können, was bei Glas und Keramik größeren Aufwand erfordert.

Fig. 5 zeigt dazu die entsprechenden oberen 6 und unteren 7 Anschlußstücke mit entsprechenden Gewinden wie in Fig. 2, jedoch geringerer lichter Weite.

Fig. 6 zeigt ein Kunststoffrohr 1 mit endseitigen Innenge­ winden 14, wobei der untere Einsatz gegen eine eingeformte Schulter 34 anliegt. In Fig. 6 ist dazu dargestellt, daß die oberen und unteren Anschlußstücke entsprechende, zum Rohrin­ neren gekehrte Gewindestopfen 35 aufweisen, wobei die an­ schließenden waagerechten Flanken 36 auf den Rohrendflächen aufliegen und dieses zwischen sich einklemmen.

Bezugszeichenliste

 1 Rohr
 2 oberer Einsatz
 3 unterer Einsatz
 4 Frittenausnehmung
 5 Bohrungen des Einsatzes
 6 oberes Anschlußstück
 7 unteres Anschlußstück
 8 Sacklöcher
 9 Gewinde
10 obere Spindel
11 untere Spindel
12 Hülse
13 Außengewinde
14 Innengewinde
15 Fenster
16 Mutter
17 Bohrung des Stempels
18 Stempel
19 Stempelende
20 Zwischenstück
21 Konus
22 Teller
23 Anschlag
24 Kragen
25 Lippendichtung
26 Zuströmbereich
27 Rand
28 Griffe
29 Bohrung
30 Rand
31 Mantelfläche
32 Basis
33 Mantelfläche
34 Schulter
35 Gewindestopfen
36 Flanken

Claims (6)

1. Kartuschensystem für Chromatographiesäulen, bestehend aus einem Rohr (1), in dieses einsetzbaren abdichtenden oberen (2) und unteren (3) Einsätzen mit Frittenausneh­ mungen (4) und an diese anschließenden Bohrungen (5) für die Zufuhr und Ableitung von Chromatographieflüs­ sigkeit sowie mit dem Rohr (1) verbindbaren oberen (6) und unteren Anschlußstücken (7), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• a) Das Rohr weist endseitige Zentrier- und Befesti­ gungsmittel auf.
• b) Die Einsätze (2, 3) besitzen nach außen gerichtete Sacklöcher (8) mit Gewinden (9) und darin befe­ stigbaren Spindeln (10, 11).
• c) Die Anschlußstücke (6, 7) sind über eine Hülse (12) unter Klemmen oder über an den Rohren­ den befindliche Außen- (13) oder Innengewinde (14) mit dem Rohr (1) verbindbar.
• d) Das obere Anschlußstück weist ein Fenster (15) mit einer Mutter (16) auf, über die ein mit einer Boh­ rung (17) für die Aufnahme einer Kapillare verse­ hener Stempel (18) höhenverstellbar betätigbar ist.
• e) Zwischen dem oberen Einsatz (2) und dem unteren Ende des Stempels (18) ist die Kapillare druckfest befestigbar.

2. Kartuschensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß auf das im Rohr (1) liegende Ende (19) des Stempels (18) ein Zwischenstück (20) aufgeschraubt ist, das dem Rohr (1) zugekehrt in einer Ausnehmung einen Konus (21) trägt, in dem die Kapillare im Klemmsitz gehalten ist, und daß das Zwischenstück (20) mit dem Sackloch (8) verschraubbar ist.

3. Kartuschensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rohr (1) aus Glas, Saphirglas, PEEK, Keramik oder Edelstahl gefertigt ist.

4. Kartuschensystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (12) aus durchsichtigem Material besteht bzw. Sichtschlitze auf­ weist.

5. Kartuschensystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (2, 3) eine mehrfache Lamellendichtung aufweisen, daß die Fritte in die Ausnehmung eingepreßt ist und daß der die Frittenausnehmung (4) umgebende Rand bündig an die Innenwandung des Rohres (1) anschließt, so daß die Bettauflage eine durchgehende ebene Fläche bildet.

6. Kartuschensystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentriermittel ein oberes und unteres Außen- oder Innengewinde umfaßt, das mit den Schlußstücken verschraubbar ist, oder, daß auf den oberen Rand des Rohres (1) ein Teller (22) mit äußerem und/oder innerem Anschlag (23) aufgesetzt ist, den die Spindel (10) durchgreift, und in dem der obere Rand des Rohres (1) liegt und der das Rohr (1) seitlich übersteht und daß das untere Zentriermittel ein an den unteren Einsatz (9) angeformter Kragen (24) ist, der ebenfalls das Rohr peripher überragt, und daß das Rohr von einer Hülse umfaßt ist, die endseitige Gewinde auf­ weist, auf die die Anschlußstücke aufgeschraubt werden, und zwischen sich das Rohr (1) sowie die Zentriermit­ tel (22, 24) einschließen.