DE4137532A1 - Durchfluss-membran-osmometer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Membran-Osmometer mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Die bekannten Membran-Osmometer sind in mehrfacher Hinsicht verbesserungsbedürftig. Oft haben die Geräte lange Einstell­ zeiten. Die verwendeten Membranen müssen oft in langwierigen Prozessen auf das jeweils vorliegende Lösungsmittel ein­ gestellt werden und ihre chemische Resistenz läßt oft zu wünschen übrig. Ein schneller Probenwechsel ist schwierig; eine fortlaufende Messung einer strömenden Probe ist nicht vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Membran-Osmometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 insbesondere dahingehend weiterzubilden, daß ein schneller Probenwechsel sowie auch Durchflußmessungen durch­ geführt werden können. Das beschriebene Osmometer kann als neuartiger Detektortyp für flüssigchromatographische Trennmethoden zur Detektion benutzt werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Membran-Osmometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des er­ findungsgemäßen Membranmanometers sind Gegenstand von Unter­ ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Membran-Osmometer erlaubt einen schnellen Probenwechsel sowie Durchflußmessungen. Sein Aufbau ist unkompliziert und wartungsarm. Die aus einer Glaskapillare bestehende semipermeable Membran zeichnet sich durch eine hohe chemische Resistenz aus. Die Messungen sind weitgehend unempfindlich gegen Druckschwankungen im Proben- oder Lösungsstrom.

Das vorliegende Membran-Osmometer kann für die verschie­ densten Zwecke verwendet werden, z. B. für die Bestimmung des Zahlenmittels der Molmassen verschiedener Polymere in beliebigen Lösungsmitteln, die z. B. auch in der Chromato­ graphie genutzt werden, sowie für medizinische kolloid­ osmotische Serumsmessungen und ganz allgemein für kon­ zentrations- und molekulargewichtsabhängige Messungen, die statisch oder im Durchfluß gemacht werden können.

Da die Meßzelle des vorliegenden Osmometers aus trans­ parenten Materialien hergestellt werden kann, ist eine Kopplung mit anderen, zeitgleich ablaufenden, insbesondere optischen Detektionsmethoden möglich.

Im folgenden wird ein in der Zeichnung etwas vereinfacht dargestelltes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Membran-Osmometers näher erläutert.

Das vorliegende Membran-Osmometer enthält eine auswechsel­ bare Meßzellenkartusche kleinen Volumens, bei dem darge­ stellten Beispiel ca. 100 µl. Die Meßzellenkartusche besteht aus einem Glasrohr 10 mit zwei ringförmigen Vertiefungen 54, zwei Bohrungen 23, einer Glaskapillarmembran 14 und einer entsprechenden Abdichtung 12 um die Glaskapillarmembran herum. Die Meßzellenkartusche wird über zwei Kunststoff­ halbschalen 13, durch eine durchbohrte Überwurfschraube 17 und dem Gewinde 56 an die Dichtung 55 gepreßt. Die Meßzellen­ kartusche ist somit reversibel austauschbar und wird an den Enden gegen die Anschlüsse 20 abgedichtet. Die in ein Rohr 10 aus Glas, oder einem anderen geeigneten Werkstoff, an den Enden lösungsmitteldicht eingebaute Glaskapillarmembran 14 ist so fixiert, daß eine über die Zuleitung 24 eingebrachte Probenlösung nur durch das Innere der Glaskapillarmembran fließen kann und mit dem reinen Lösungsmittel, das die Glaskapillarmembran umgibt, nur über Diffusionsprozesse durch die Glaskapillarmembran hindurch mischbar ist. Der Innenraum des Glasrohres 10 wird durch die Membran 14 in Form einer starren Glaskapillare in eine Lösungsmittelkammer 16 außerhalb der Glaskapillarmembran 14 und eine Lösungs­ mittelkammer 18 unterteilt. Die Glaskapillarmembran ist mit organischer oder anorganischer Dichtungsmasse 12 fest und dicht in dem Glasrohr 10 justiert, kann aber von innen durch die Anschlüsse 20, mit Leitungen 24 bzw. 22 zum Zuführen bzw. Ableiten der Probenlösung, durchspült werden. Die Dichtungsmasse 12 ist zweckmäßigerweise lösungsmittel­ beständig, nicht schrumpfend oder expandierend beim Aus­ härten und nicht quellbar.

Das Rohr 10 ist mit zwei seitlichen Ansätzen 26, 28 versehen, die zur Aufnahme des Glasrohres 10 durchbohrt sind und einen entsprechenden Gewindeansatz zur Montage tragen. Zur Ab­ dichtung ist ein Stopfen 32 bzw. 34 aus PTFE in den Ansätzen 26, 28 angeordnet, der zur Volumenverringerung eine Kapillare aus Edelstahl enthält. Die Stopfen 32 bzw. 34 werden durch die durchbohrten Überwurfmuttern 35 über das Gewinde 36 an den Bohrungen 23 abgedichtet.

Das der Lösungsmittelkammer 16 abgewandte Ende des Stopfens 32 ist über ein Gewinde mit einem Drucksensor 42 verbunden, der über eine Kapillare 30 an ein purge-Ventil 44 ange­ schlossen ist. Das der Lösungsmittelkammer 16 abgewandte Ende des Stopfens 34 ist über die Kapillare 50 mit dem gleichen purge-Ventil 44 verbunden. Das purge-Ventil 44 ermöglicht ein gleichzeitiges Öffnen der Zuleitungen 23 der Lösungsmittelseite 16 zum Lösungsmittelfüllen, -spülen und -umkonditionieren.

Die durchbohrte Überwurfmutter 18 justiert über ein Gewinde 21 ein optisches Quarzglasfenster 15 und dichtet es über die Dichtungen 55 gegen die Anschlüsse 20 ab. Dieser Aufbau ermöglicht es den Probenraum 14 in seiner Längsrichtung mit einem Laserstrahl zu durchstrahlen. Durch diesen Aufbau läßt sich beispielsweise eine interferometrische Brechungs­ inkrementbestimmung zeitgleich zur osmotischen Messung durchzuführen und so auch die aktuelle Probenkonzentration (gemessen in kg/m³) in der Meßzellenkartusche ohne einen zeitlichen Versatz zu bestimmen.

Im Betrieb wird die zu untersuchende Probenlösung durch die Leitung 24 in die Glaskapillarmembran 14 eingeführt oder durch diese hindurchgeleitet. In der die Kapillare 14 um­ gebenden Lösungsmittelkammer 16 stellt sich ein dem Quotienten Konzentration/Molekulargewicht proportionaler osmotischer Unterdruck ein, der vom Drucksensor 42 wahr­ genommen und durch eine an den Drucksensor angeschlossene Meßwerterfassungseinrichtung 48, zum Beispiel einen Computer einen Schreiber oder dergl. aufgezeichnet oder angezeigt wird.

Da die Volumina der Lösungsmittelkammer 16 sowie der Proben­ lösungskammer 18 sehr klein sind, zusammen vorzugsweise unter 100 µl, insbesondere 50 µl, die Lösungsmittelkammer 16 geschlossen und sehr steif ist, so daß zum Erreichen eines Enddrucks nur sehr wenig Lösungsmittelmoleküle durch die Membran 14 diffundieren müssen und die Membranwandstärke sehr klein ist, ist die Ansprechgeschwindigkeit hoch.

Mit dem vorliegenden Membran-Osmometer können alle Proben­ lösungen untersucht werden, die Glas, Edelstahl und PTFE nicht angreifen. Die Größe der Poren der Glaskapillar- Membran bestimmt die untere Ausschlußgrenze, die Kon­ zentration der Probenlösung die obere Ausschlußgrenze.

Bei der bevorzugten Ausführungsform bestand das Rohr 10 aus Glas und hat einen Innendurchmesser von 2 mm und eine Länge zwischen den Stopfen 12 von 80 mm. Das Gesamtvolumen der Probenkammer und der Probenlösungskammer betrug 50 µl.

Die die Membran 14 bildende Glaskapillare hat einen Innen­ durchmesser von 1 mm und eine Wandstärke von 50 µm, sie besteht aus Quarzglas, das durch Tempern eines Borosilikat­ glases (welches durch diesen Prozeß eine Phasentrennung erfährt, wonach eine Phase ausgelaugt wird und dadurch die Poren entstehen) hergestellt wird.

Um ein blasenfreies Spülen der Lösungsmittelseite zu ermöglichen, kann die Lösungsmittelzuführung 52 zum Ventil 44 fest über eine Schlauchverbindung mit einem Vorratsbehälter bzw. die Lösungsmittelableitung 50 mit einem Lösungsmittel­ sammelbehälter verbunden sein (nicht dargestellt), so daß die Lösungsmittelseite z. B. über eine Höhendifferenz zwischen Lösungsmittelvorrat und Lösungsmittelsammelbehälter gespült wird.

Claims (7)

1. Membran-Osmometer mit einer Probenlösungskammer (18), einer Lösungsmittelkammer (16), einer diese trennenden semipermeablen Membran (14) und einer Druckmeßvorrichtung (42), die mit einer der Kammern verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) die Form eines Rohres hat, das mit Anschlüssen (22, 24) für die Probenlösung versehen ist; daß die Lösungsmittelkammer die rohrförmige Membran (14) umgibt und abschließbar ist, und daß die Druckmeßvorrichtung (42) mit der Lösungsmittelkammer (16) verbunden ist.

2. Membran-Osmometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) eine Kapillare ist.

3. Membran-Osmometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) und die Lösungsmittelkammer (16) die Form koaxialer Rohre haben.

4. Membran-Osmometer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus Glas besteht.

5. Membran-Osmometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungsmittelkammer (16) durch ein transparente Bauteile (10, 15) begrenzt ist.

6. Membran-Osmometer nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungsmittelkammer (16) mit zwei verschließbaren Rohrleitungsanschlüssen ver­ sehen ist.

7. Membran-Osmometer nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen der Lösungs­ mittelkammer (16) höchstens 100 µl beträgt.