DE4234693A1 - Probenkonzentrator- / loesungsmittelaustauschsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit der Handhabung von in Lösungsmit­ teln gelösten Stoffen. Genauer gesagt bezweckt die Erfindung die Schaffung einer verbesserten Vorrichtung bzw. Schnittstelle für kontinuierliche Strömung bei einer Flüssigchromatographie.

Flüssigchromatographiesysteme und ihre Verwendung sind in Fach­ kreisen hinreichend bekannt. Bei einem Flüssigchromatographie­ system wird ein Stoffgemisch zur Analyse separiert. Das Gemisch wird in einem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst und in den oberen Abschnitt einer Säule injiziert, die mit einem passenden adsorptiven Material gefüllt ist. Wenn die Stoffe durch die Säule strömen, werden verschiedene Stoffe an den Füllstoffen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten derart adsorbiert, daß die Extraktionsmittel, die von dem Boden der Säule auftauchen, räumlich separiert werden, wobei die weniger hoch adsorbierten Stoffe allgemein zuerst und die weniger hoch adsorbierten Stof­ fe später zurückbleiben.

Es besteht häufig ein Bedarf, das Lösungsmittel aus den sepa­ rierten Bestandteilen zu entfernen, da das Lösungsmittel bei anschließender Trennarbeit bei den Bestandteilen stören kann. Zu dieser Arbeit können chemische oder instrumentelle Analysen, oder chemische Reaktionen der Komponenten gehören. Beispiels­ weise ist es oft wünschenswert, den Ausfluß von der Säule in ein IR-Spektrometer zur Analyse strömen zu lassen. Zu einer Gruppe von Verfahren gehörte das Hindurchleiten des Ausflusses von dem Chromatographen durch eine Strömungszelle und das Mes­ sen des infraroten Transmissionsspektrums der separierten Kom­ ponenten. Ein Problem bei diesem Verfahren besteht darin, daß das Lösungsmittel typischerweise ein Absorptionsspektrum auf­ weist, das irgendwie aus dem gemessenen Spektrum heraussubtra­ hiert werden muß. Abhängig von den involvierten besonderen Stoffen und Lösungsmitteln ist dies manchmal schwierig oder un­ möglich, vollständig zu lösen. Ein alternatives Verfahren zur Ermittlung von Spektren beinhaltet das Entfernen des Lösungs­ mittels aus dem Ausfluß und das Aufnehmen von Spektren der restlichen Probenstoffe.

Verschiedenartige Verfahren zum Eliminieren eines Teils oder des gesamten LC-Lösungsmittels bei einem LC-Ausfluß wurden be­ reits vorgeschlagen, von denen einige in der Veröffentlichung von Griffiths et al, "Solvent Elimination Techniques for HPLC/FT-IR" beschrieben sind, wobei diese Druckschrift durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt dieser Beschreibung aufge­ nommen werden soll. Es ist oft wünschenswert, zu solchen Vor­ richtungen mit relativ konstanten Strömungsgeschwindigkeiten Stoff- bzw. Material- oder eine Lösungsmittelzusammensetzung vorzusehen. Dieses Problem war schwierig zu lösen. Ein anderes Verfahren, das zur Verwendung als Konzentrator bei einer Flüs­ sigchromatographie-Massenspektrometer-Schnittstelle vorgeschla­ gen worden ist, ist bei White et al, US-Patent Nr. 42 81 248, beschrieben. Dieses Verfahren sieht ein System vor, bei dem LC-Lösungsmittel einen erhitzten Draht herabströmt. Wenn der Ausfluß den Draht herabströmt, wird das Lösungsmittel vorzugs­ weise verdampft, was zu einem Ausfluß führt, der eine höhere Konzentration an interessierenden Stoffen aufweist.

Obgleich hiermit erheblicher Erfolg erzielt wird, bleiben bei diesem System von White et al gewisse Probleme bei der Entfer­ nung von Lösungsmitteln aus einem LC-Ausfluß. Beispielsweise (1) Banderweiterung: die Zeitauflösung der LC-Peaks wird nicht beibehalten; (2) räumliche Erweiterung: das Material wird in einen zu großen Bereich verteilt; (3) der Ausfluß hat eine un­ zureichende Konzentration.

Eine Ursache dieser Probleme liegt in der Unmöglichkeit, eine gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeit durch die Schnittstelle zu erreichen. Die Schwierigkeiten bei der nicht gleichförmigen Strömung rühren teilweise aus der Natur der bei den Schnitt­ stellen verwendeten Führungsdrähte her. Zunächst haben diese Führungsdrähte Probleme mit der Benetzbarkeit, wodurch die Flüssigkeit am Bilden einer gleichmäßigen Schicht über die Füh­ rung gehindert wird. Zweitens führt die Verwendung der Draht­ führung selbst als Heizquelle dazu, daß sie heißer wird als die umgebende Flüssigkeit. Wenn die Flüssigkeit ihren Siedepunkt erreicht, dampft sie von dem Draht ab und läßt Trocknungsstel­ len zurück. Ohne Flüssigkeit zum Kühlen des Drahtes steigt die Temperatur der Trocknungsstellen weiter. Wenn Flüssigkeit auf eine dieser örtlichen Trocknungsstellen trifft, wird sie unver­ züglich abgespritzt, wodurch es unmöglich wird, eine gleichmä­ ßige Flüssigkeitsschicht über der Oberfläche zu erhalten. Das Problem einer gleichförmigen Strömung wird weiterhin durch die ungleichförmigen zahlreichen Stufen des beim Stand der Technik beschriebenen Drahtes vergrößert. Diese Führungsdrähte haben Stufen oder Sprünge mit abnehmendem Durchmesser und Widerstand. An Übergangsstellen zwischen diesen Stufen neigt die Flüssig­ keit dazu, Tropfen zu bilden. Diese Schwierigkeiten zum Erzie­ len einer gleichmäßigen Strömung über die Führung begrenzen die erreichbare minimale Strömungsgeschwindigkeit, und demzufolge wird die Konzentration verringert, die mit Drahtführung arbei­ tende Schnittstellen erreichen können.

Ein anderes Problem bei den vorbekannten Konzentratorsystemen von White et al besteht in dem Feedback-Steuersystem. Das An­ sprechen des Tropfengrößenmonitors ist zu langsam, um wirksam zu sein, wenn sich Lösungsmittel in ihrer Zusammensetzung än­ dern, wie es üblicherweise während des Lösungsmittelprogrammie­ rens bei der Flüssigchromatographie auftritt.

Aus dem obigen ist ersichtlich, daß ein Bedarf nach einem ver­ besserten Probenkonzentrator zwischen einem Flüssigchromatogra­ phen und einem zweiten System, wie beispielsweise einer IR-Ana­ lyseeinrichtung, besteht.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch die angegebenen neben­ geordneten Ansprüche gelöst, wobei vorteilhafte weitere Ausge­ staltungen in den jeweils nachgeordneten Patentansprüchen ange­ geben sind.

Die Erfindung schafft somit ein verbessertes Flüssigkeitskon­ zentrator-/Lösungsmittelaustauschsystem. Als beispielhafte Anwendung sieht die Erfindung einen Ausflußkonzentrator vor, in den Ausfluß aus einem Flüssigchromatographen strömt. Der Aus­ fluß wird hinsichtlich interessierender Stoffe bzw. Materialien konzentriert, und der Anteil an Lösungsmittel wird in dem Kon­ zentrator verringert. Der Ausfluß des LC wird vorzugsweise mit einem Austauschlösungsmittel gemischt, wobei das Austauschlö­ sungsmittel sich von dem Lösungsmittel unterscheidet, das bei der Flüssigchromatographie verwendet wird und einen höheren Siedepunkt (niedrigeren Dampfdruck) als das Lösungsmittel für die Flüssigchromatographie aufweist.

Der Ausfluß strömt die erhitzte Führungsstange hinab, die vor­ zugsweise durch eine Drahtwicklung erhitzt wird. Die Lösungs­ mittel werden von der Stange mittels der von der Wicklung erzeugten Hitze wegverdampft, wodurch interessierende Stoffe konzentriert werden und der Ausfluß im wesentlichen konzen­ trierter in dem Austauschlösungsmittel verbleibt. Danach wird der Ausfluß von der Stange durch ein Rohr abgezogen und kann dann beispielsweise in einem Infrarot-Analysiergerät analysiert werden.

Demgemäß sieht die Erfindung bei einem bevorzugten Ausführungs­ beispiel eine Vorrichtung bzw. eine Schnittstelle zum Entfernen eines Lösungsmittels aus einem Ausfluß vor. Zu dem System ge­ hört ein Körper, der eine Kammer bildet, eine Führungsstange, die sich von einem ersten Ende der Kammer zu einem zweiten Ende der Kammer erstreckt, eine Heizquelle zum Erhitzen eines Be­ reichs um deren Führungsstange, und einen Chromatographie-Ein­ lauf für das Einströmen von chromatographischen Ausfluß und eines Austauschlösungsmittels eine Außenwand der Führungsstange hinab.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ersetzt die Schnittstelle die Stange und die Heizwicklung durch einen Draht, der sich von einem ersten Ende der Kammer zu einem zweiten Ende der Kammer erstreckt, und durch eine Einrichtung für das Vorsehen einer Potentialdifferenz über den Draht zwecks Erhitzung wenigstens eines Abschnitts desselben.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem anschließenden Beschreibungsteil, in dem die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläu­ tert wird. Es zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Flüssigkeitskonzentra­ tors, der hier als erstes bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel offenbart wird; und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines anderen Konzentrator­ systems.

Fig. 1 veranschaulicht ein bevorzugtes Konzentratorsystem zur Verarbeitung von Ausfluß aus einem Flüssigchromatographen. Zu der Schnittstelle gehört ein Glasführungsrohr 1, das gemäß ei­ ner bevorzugten Ausgestaltung etwa 100 cm lang ist und einen Außendurchmesser von 1 mm besitzt, welches in einer vertikalen Stellung gehalten ist. Die Oberfläche der Glasführung ist vor­ zugsweise durch Behandlung mit einer heißen Lösung aus KOH ge­ ätzt. Diese Behandlung vergrößert die Benetzungsfähigkeit der Führung.

Die gesamte Länge der Führung ist von einer koaxialen Heizwick­ lung bzw. einem Heizdraht 2 umgeben, wobei gemäß einer bevor­ zugten Ausgestaltung ein Wicklungsinnendurchmesser von 6 bis 8 mm vorliegt. Die Wicklungen können gleichmäßig beabstandet sein oder wahlweise enger an der Oberseite als am Boden liegen, um mehr Heizleistung an der Oberseite der Führung als zum unteren Teil zu liefern.

Ein Heizträger 3 nimmt die Führung und die Wicklung auf. Der Heizträger besteht aus einem Glasrohr mit einem Innendurchmes­ ser von etwa 8 mm bei einer bevorzugten Ausgestaltung. Die Au­ ßenseite des Heizträgers kann wahlweise mit einer flüssigen thermischen Isolierung versehen sein.

Ein Anschlußstück, das einen Konzentratordeckel 4 mit einem Flüssigkeitsstromeinlaßrohr 5 aufweist, ist auf der Oberseite des Heizträgerrohres montiert. Bei dem bevorzugten Ausführungs­ beispiel weist das Anschlußstück eine mittige vertikale Öff­ nung, durch die die Führung hindurchtritt, und ein Loch für die Probelösung auf. Das Anschlußstück dient dazu, die Probenströ­ mung nach unten um die Außenseite der Führung zu richten, wenn diese in die Vorrichtung mittels des Einlaßrohres strömt.

Das Austauschlösungsmittel wird vorzugsweise mit dem Lösungs­ mittel in T-Stück stromaufwärts von dem Konzentrator gemischt.

Wahlweise können zwei Einlässe zu dem Konzentrator und dem obe­ ren Anschlußstück vorhanden sein, einer für das Austauschlö­ sungsmittel, wobei das Mischen in dem oberen Anschlußstück vor­ genommen wird.

Der Konzentratordeckel besteht bevorzugt aus einem Material, das eine saubere inaktive Oberfläche für das Kontaktieren der Probelösung bietet, wie beispielsweise Teflon®. Der Auslaß des Konzentratordeckels ist derart gestaltet, daß er innerhalb ei­ niger zehntel mm um die Führungsstange paßt. Die Auslaßöffnung ist vorzugsweise derart zugespitzt, daß sie ein Entleeren in eine Kammer ermöglicht, wodurch die Oberflächenfläche minimiert wird, an der das Lösungsmittel haftet. Diese Ausgestaltung er­ möglicht es, daß das Lösungsmittel gleichmäßig und glatt auf die Führung strömen kann.

Das Gehäuse des Heizträgers 3 ist in einem Bodenanschlußstück 8 montiert. Das Bodenanschlußstück nimmt den Probensammelpunkt auf, der an einer Stelle liegt, an der die konzentrierte Probe von der Führungsstange abgezogen wird. Die Führungsstange tritt durch das Bodenanschlußstück, wobei sie durch einen Druckan­ schluß an Ort und Stelle gehalten und abgedichtet ist. Ein Sam­ melring 7 liegt satt um die Führungsstange an einem Sammelpunkt in dem Grundteil an. Er sorgt dafür, daß die konzentrierte Pro­ benlösung von der Oberfläche der Führung abtropft.

Ein Abzugrohr 8 tritt durch ein Loch in der Seite des Bodenan­ schlußstückes und trifft auf die Führung an dem Probensammel­ punkt unter einem Winkel von etwa 45° von oben. Das Abzugrohr besteht aus einem Material wie geschmolzenem Siliziumoxid oder Teflon® in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Es besitzt typischerweise einen engen Durchmesser von etwa 0,15 mm und kann beispielsweise als Strömungsbegrenzer zur Steuerung der Strömung von dem Sammelpunkt zu dem Ausgang des Konzentrators oder zu einem IR-Spektrometer 9 dienen.

Andere Einrichtungen zur Steuerung der Strömung von dem Abzu­ grohr können verwendet werden. Das Abzugrohr kann von einem Begrenzer angebracht sein, der in eine Unterdruckkammer ent­ leert. Eine andere mögliche Lösung bestünde darin, das gesamte System einschließlich des Abfallbehälters abzudichten. Die Strömung würde dann durch Beibehaltung des Sammelpunktes geringfügig oberhalb des atmosphärischen Druckes gesteuert wer­ den. Eine Pumpe mit konstantem Fördervolumen für den Auslaß­ strom anstelle des Begrenzers wäre eine andere Möglichkeit, um die Strömung zu steuern.

Unterhalb des Probensammelpunktes ermöglicht eine Ablauföffnung 10, daß sowohl Flüssigkeit als auch Lösungsmitteldampf in den oberen Abschnitt eines Kondensators 11 eintreten kann. Der Kon­ densator besteht vorzugsweise aus einem Standardlösungsmittel­ kondensator mit Wasser gekühlter Ummantelung. Er dient dazu, das von dem Konzentrator kommende Lösungsmittel zu kondensieren und zu sammeln und den Rest über einen Auslaß 12 zu einem Sam­ melkolben zu führen. Das Bodenanschlußstück besitzt vorzugswei­ se Sichtfenster, die zu dem Mustersammelpunkt orientiert sind.

Ein Thermoelement 13 ist wahlweise in die Mitte der Führung nach oben an einer Stelle nahe dem Boden der Heizeinrichtung eingesetzt. Das Thermoelement dient zur Überwachung der Ober­ flächentemperatur der Führung, wobei es ein Feedback-Signal liefert, das zur Steuerung des Heizstroms verwendet wird. So­ wohl die Heizwicklung als auch das Thermoelement sind mit einem Temperaturregler 14 verbunden, der den Strom an die Heizwick­ lung liefert.

Die Verwendung eines Extraktions-/Austausch-Lösungsmittels lie­ fert eine Ausgangslösung mit gleichmäßiger Strömungsgeschwin­ digkeit und Zusammensetzung. Ein gleichförmiger Lösungsmittel­ auslaß kann kritisch für den Betrieb des Detektors sein, der die Strömung von dem Konzentrator empfängt.

Das Austauschlösungsmittel sollte einen höheren Siedepunkt ha­ ben als jedes andere Lösungsmittel, das während der Separierung verwendet wird. Vorzugsweise sollte es schwach polar sein, so daß es jegliche Substanzen von Interesse bei einer Konzentra­ tion von etwa 0,1% oder weniger löst. In optimaler Weise soll das Lösungsmittel eine niedrige Toxizität besitzen und leicht entsorgbar sein. Ein Beispiel für ein derartiges Lösungsmittel ist 2-Methoxyethanol.

Beim Betreiben startet zunächst der Benutzer das Ström- und Kühlwasser durch den Kondensator. LC-Ausfluß wird mit dem Aus­ tauschlösungsmittel in einem T-Stück oder einer Kammer gemischt und strömt dann in den Konzentratordeckel. Das eintretende Ge­ misch benetzt dann gleichmäßig die Führungsstange und strömt an dieser nach unten. Wenn das Gemisch die Stange nach unten strömt, wird es von der umgebenden Wicklung erwärmt. Das LC- Lösungsmittel wird vorzugsweise aus dem Gemisch verdampft, wo­ bei das Gemisch in dem Austauschlösungsmittel stärker konzen­ triert zurückbleibt. Das konzentrierte Gemisch wird dann über das Abzugrohr von der Stange vorzugsweise mit konstanter Ge­ schwindigkeit abgezogen. Jegliche überschüssige Flüssigkeit strömt über dem Sammelring und wird in dem Kondensator zusammen mit kondensierten LC-Lösungsmittel gesammelt.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, mehrstufige Konzentrato­ ren vorzusehen. Beispielsweise würde in einem zweistufigen Kon­ zentrator die obere Stufe den ursprünglichen LC-Ausfluß auf etwa 0,1 bis 0,2 mm pro Minute mit oder ohne Austauschlösungs­ mittel konzentrieren. Die Aufgabe der oberen Stufe würde vor­ zugsweise die Oberseite der nächsten Stufe versorgen. Wahlweise könnte Austauschlösungsmittel mit etwa 1 ml pro Minute an dem Übergangspunkt hinzugefügt werden, und die gesamte Strömung würde durch die nächste Stufe konzentriert werden. Dieses Mehr­ stufensystem ermöglicht eine grobe Steuerung für die erste Stu­ fe, welche einen weiten Bereich an Lösungsmittelzusammensetzun­ gen und Strömungsgeschwindigkeiten berücksichtigen kann. Der Einlauf zu den darauffolgenden Stufen, der hauptsächlich aus Austauschlösungsmittel besteht, wäre gleichbleibender bzw. aus­ geglichener. Die gleichförmigere Zusammensetzung der Beschickung ermöglicht eine genaue Steuerung und eine größere Konzen­ tration in den nachfolgenden Stufen.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel besitzt zahlreiche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Es entfernt zahlreiche Quellen irregulärer Flüssigkeitsströme, die der Strömungsgeschwindig­ keit und das Konzentrationsvermögen des Konzentrators begren­ zen. Beispielsweise besitzt Metalldraht typischerweise schlech­ te Benetzungseigenschaften. Bei dem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel besteht die Führungsstange aus Glas, das eine hohe Ober­ flächenspannung besitzt. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen besteht das Glas beispielsweise aus Kronglas, geschmolzenem Siliziumdioxid, Quarz, Borsilikatglas oder dergleichen. Ein Aufrauhen oder Ätzen einer Glasführungsstange, beispielsweise durch deren Behandlung mit KOH, vergrößert weiterhin ihre Be­ netzungsfähigkeit. Konsequenterweise verteilt sich die Flüssig­ keit und bedeckt gleichmäßig die Führungsstange statt auf der Oberfläche Tropfen zu bilden. Die Benetzungsfähigkeit der Füh­ rung ist von besonderer Bedeutung, wenn Wasser der Hauptbe­ standteil des Lösungsmittels ist. Wasser ist das allgemein ge­ bräuchlichste LC-Lösungsmittel und ist auch am schwierigsten dazuzubringen, eine Führungsstange zu benetzen.

Die Verwendung einer Einzelstufenführung statt einer Reihe un­ terschiedlicher Stufen mit abnehmendem Durchmesser vermeidet das Problem des Flüssigkeitstropfenaufbaus an Übergangspunkten. Die Verwendung einer anderen Wärmequelle als eine Widerstands­ heizung über die Führung selbst, vermeidet die Probleme, die im Zusammenhang mit einem Überhitzen und Trocknungsstellen stehen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Führungsstan­ ge nur als eine Führung; die koaxiale Heizwicklung heizt das Gas um die Führung, um das Verdampfen voranzubringen. Konse­ quenterweise ist die Führungsstange oft kühler als die daran herabströmende Flüssigkeit, wodurch sich erheblich die Bildung von Trocknungspunkten verringert.

Das Thermoelement ermöglicht eine feine und schnelle Tempera­ tursteuerung der Führungsstange. Die Temperaturregelung wird weiterhin durch Anordnung des Thermoelements in der Führung nahe des Bodens der Heizwicklung erleichtert, wo die Temperatur gerade unterhalb des Siedepunktes des Austauschlösungsmittels ist, und wo die Strömung am niedrigsten ist. Wenn das Thermo­ element verwendet wird, wird ein hohles Glasrohr als Führung anstelle einer Glasstange benutzt. Das Thermoelement wird in das Rohr eingesetzt, während das Lösungsmittel an der Außenflä­ che herabläuft. Dieses System behält die genaue Temperatur bei und vermeidet ein Überhitzen der Führung und ein Hervorrufen von Trocknungsstellen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie ein relativ einfaches Verfahren zur Messung der Strömungsgeschwin­ digkeit durch Messung der Temperatur ermöglicht. Unter Verwen­ dung dieses Austauschlösungsmittelsystems kann man die Tempera­ tur der Führungsfläche als Indikator für diese Stelle passie­ rende Strömung verwenden. Vorzugsweise wird die Temperatur des Lösungsmittels an einer Stelle nahe dem Grundteil des Konzen­ trators gemessen und sie sollte nahe dem Siedepunkt des Lö­ sungsmittels liegen. Da das Lösungsmittel im Grundteil des Kon­ zentrators vor allem aus restlichem Austauschlösungsmittel be­ steht, ist es in der Zusammensetzung relativ gleichförmig über den chromatographischen Ablauf, die Siedetemperatur ist stabil und die Temperatur der Führungsstangenfläche an dem Grundteil korreliert mit der Restströmungsrate.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 2 gezeigt ist, strömt Ausfluß aus dem LC und dem Austauschlöungsmittel einen Draht hinunter, der durch Aufbringen einer Potentialdif­ ferenz über diesen erhitzt wird. Der Draht tritt durch eine Kühlkammer die vorzugsweise aus einem ummantelten wasserge­ kühlten Kondensator 27 besteht.

Der obere Abschnitt des Hauptkörpers wird von einem Mischdeckel 16 abgeschlossen. Der Mischdeckel enthält Einlässe 17a und 17b für das Eingeben von Ausfluß aus dem LC 18 und entsprechend aus einer Austauschlösungsmittelquelle 19. Der Mischdeckel besteht beispielsweise aus Teflon®. Der Auslaß des Mischdeckels ist nach unten in die Hauptkammer 15 gerichtet und einer relativ einer Zuordnung mit einem Draht 20 derart angebracht, daß aus dem Deckel austretende Flüssigkeit den Draht hinunterfließt.

Der Bodenabschnitt des Hauptkörpers ist offen und vorzugsweise unter einem schrägen Winkel von etwa 10° bis 45° zum einfache­ ren Sammeln von Lösungsmitteln abgeschnitten, das innerhalb der Kammer 15 kondensiert ist. Ein Lösungsmittelkollektor 21 ist unterhalb des niedrigsten Punktes des Hauptkörpers zum Sammeln von kondensierten Lösungsmittel vorgesehen.

Ein Heizdraht 20 erstreckt sich durch den Mischdeckel längs der Länge der Kammer 15, in etwa durch deren Mitte und aus dem Bo­ den der Hauptkammer, wo er an das Innere eines Ausflußaufnahme­ rohrs 22 angeschlossen ist. Das obere Ende des Drahtes ist di­ rekt oder unmittelbar mit dem Auslaß des Mischdeckels derart verbunden, daß aus dem Mischdeckel austretende Flüssigkeit den Draht herabströmt. Das Ausflußaufnahmerohr ist beispielsweise mit einer Unterdruckkammer für Infrarot-Analyse-Einrichtungen oder dergleichen verbunden.

Das obere Ende des Heizdrahtes 20 ist mit einem ersten elektri­ schen Potential verbunden, während das andere Ende des Heiz­ drahtes über das Rohr 22 mit einem zweiten Potential, wie bei­ spielsweise Masse, verbunden ist. Die Potentialdifferenz kann beispielsweise mittels einer Spannungsquelle, wie einer Batte­ rie oder einem Trafo oder ein Stromquelle oder dergleichen, erzeugt werden. Dementsprechend wird Strom zum Fließen durch den Heizdraht gebracht, und der Widerstand in diesem erzeugt längs der Länge des Drahtes Hitze, um ein Verdampfen des Lö­ sungsmittels von diesem zu verursachen. Ein oberer Abschnitt des Heizdrahtes 23 besteht aus einem Metall mit einem relativ großen Durchmesser und niedrigem Widerstand, wie beispielsweise Kupfer, das sich durch den Mischdeckel und ein kurzes Stück in die Hauptkammer erstreckt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel be­ steht der obere Abschnitt des Drahtes aus einem Kupferdraht mit 0,81 mm (0,03 inch) Durchmesser. Dieser Drahtabschnitt besitzt einen relativ niedrigen Widerstand und erzeugt relativ geringe Hitze, um ein Sieden und ein damit verbundenes Verspritzen am Auftreten innerhalb und nahe des Mischdeckels (zusammen mit bei der Analyse derartiger rückgemischter Fluids erzeugten Bedie­ nungsfehlern) zu verhindern, und außerdem eine glattere Strömung und eine geringere Bandverbreiterung zu ermöglichen. Ein zweiter Drahtabschnitt 24 besitzt einen relativ hohen Wi­ derstand, um entlang seiner Länge eine größere Erhitzung zu ermöglichen und besteht beispielsweise aus 0,8 mm (0,032 inch) Nichrom. Ein dritter Abschnitt des Drahtes 25 hat einen kleinen Durchmesser und einen niedrigeren Widerstand, wie beispielswei­ se 0,51 mm (0,02 inch) Alumel, während ein vierter Abschnitt des Heizdrahtes 26 einen noch kleineren Durchmesser und Wider­ stand aufweist, wie beispielsweise 0,3 mm (0,012 inch) Kupfer. Die Drähte mit kleinerem Durchmesser nahe dem Boden der Haupt­ kammer sorgen für verbesserte Strömungseigenschaften über die Länge des Drahtes hinab.

Die gesamte Länge des Drahtes ist in geeigneter Weise behan­ delt, um seine Benetzungseigenschaften bezüglich des Ausfluß- Lösungsmittelgemischs zu verbessern, beispielsweise durch Atzen mit KOH-Lösung, oder durch Behandlung mit Polyethylenglykol nebst anschließender Erhitzung und Spülung.

In den Fig. 1 und 2 ist eine einstufige Schnittstelle gezeigt; in einigen Ausführungsbeispielen sind jedoch zusätzliche Stufen zur Erhöhung der Wirksamkeit vorgesehen. Bei derartigen Mehr­ stufensystemen verringert die erste Stufe das Ausflußvolumen beispielsweise auf 0,1 ml pro Minute, und dies strömt dann in den oberen Abschnitt einer zweiten Stufe, wo ein Zusatz von 1,0 ml pro Minute an Austauschlösungsmittel hinzugefügt wird. Die zweite Stufe würde dann wiederum die Strömung auf etwa 0,05 bis 0,1 ml pro Minute verringern und zu einem Ergebnis führen, das mit relativ mehr an Austauschlösungsmittel angereichert ist.

Beim Betrieb stellt der Benutzer die Kühlungsströmung durch die Kühlwasserummantelung an, wobei bei einigen Ausführungsbei­ spielen normales Leitungswasser und bei anderen Ausführungsbei­ spielen eine Zufuhr an gekühltem Wasser verwendet wird. Die Strömung von Extraktionslösungsmittel wird dann in Gang ge­ setzt, gefolgt von der Strömung von LC-Ausfluß. Im allgemeinen beträgt die Strömungsrate von LC-Lösungsmittel etwa 0,5 bis 3 ml pro Minute, und bei einigen Ausführungsbeispielen wird die Strömung des Extraktionslösungmittels allgemein auf etwa 0,5 bis 1 ml pro Minute eingestellt, obgleich ein weiter Bereich von Strömungsraten gemäß einigen Ausführungsbeispielen in der Erfindung verwendet wird. Das Extraktionslösungsmittel und der LC-Ausfluß werden in dem Mischdeckel gemischt und strömen den Draht 20 hinab. Auf dem ersten Abschnitt des Drahtes 23 tritt nur sehr geringe oder keine Erhitzung auf, und in jedem Fall tritt eine nicht zum Sieden von Flüssigkeit auf diesem führende Erhitzung auf. Beim zweiten Abschnitt des Drahtes 24 erfolgt eine größere Erhitzung, die zu einem Verdampfen des Lösungsmit­ tels, das bei der Flüssigchromatographie verwendet wird, sowie einer geringeren relativen Menge des Austauschlösungsmittels führt.

Es findet eine sehr geringe Verdampfung der interessierenden Materialien in dem LC-Ausfluß statt. Da das Austauschlösungs­ mittel einen höheren Siedepunkt (niedrigeren Dampfdruck) als das flüssige Chromatographielösungsmittel besitzt, verdampfen relativ größere Mengen an flüssigem Chromatographielösungsmit­ tel aus dem Ausfluß.

Wenn das Fluid den Draht hinunter zu dem dritten Abschnitt 25 strömt, schließt es einen kleinen Durchmesserabschnitt ein, der zur Strömung eines nun geringeren Volumens an darauf strömender Flüssigkeit geeignet ist.

Das Fluid umschließt dann den vierten Abschnitt des Drahtes 28, der einen niedrigeren Widerstand besitzt, und verringert die Verdampfung, bevor es das System verläßt. Das Fluid tritt dann in das Rohr 22 ein, wo es zu der nächsten Analyseeinrichtung, wie beispielsweise einer IR-Analyseeinrichtung, strömt.

Wenn Lösungsmittel von dem Draht verdampft, tritt es in den Dampfraum in der Kammer 15 ein. Die Dämpfe werden von den Wän­ den der Hauptkammer gekühlt, sammeln sich darauf in Tröpfchen und strömen zu dem Boden des Rohres, wo die Tröpfchen mittels eines Lösungsmittelgewinnungsablasses 21 zur erneuten Verwen­ dung oder zur Entsorgung gesammelt werden.

Nur als Beispiel wurde die Erfindung primär als Schnittstelle zu einer Infrarot-Analyseeinrichtung erläutert. Die Schnitt­ stelle könnte auch als Konzentrator für andere Vorrichtungen verwendet werden.

Claims (33)

1. Vorrichtung bzw. Schnittstelle zur Entfernung eines Lö­ sungsmittels aus einer Lösung, bestehend aus:
a) einem Körper, der eine Kammer bildet;
b) einer Führungsstange, die sich von einem festen Ende der Kammer zu einem zweiten Ende der Kammer erstreckt;
c) einer Heizquelle zur Erhitzung eines Bereiches, der die Führungsstange umgibt;
d) einem Einlauf zur Führung der Lösung und eines Aus­ tauschlösungsmittels an der Führungsstange hinunter; und
e) einem Ausflußabzug mit einem Probensammelring, der um die Führungsstange sitzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
a) eine Austauschlösungsmittelquelle; und
b) eine Einrichtung zum Mischen des Austauschlösungsmit­ tels und der Lösung vor dem Kontaktieren der Lösung mit der Führungsstange.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Austauschlösungsmittel einen höheren Siedepunkt als das Lösungsmittel aus der Lösung aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Flüssigchromatographie-Schnittstelle be­ steht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfluß aus dem Abzug in ein IR-Spektrometer-Ermitt­ lungssystem strömt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizquelle aus einem gewundenen Draht besteht, der die Führungsstange umgibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen in dem gewickelten Draht gleichmäßig beab­ standet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen in dem gewickelten Draht an einem Ende der Führungsstange enger zusammen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ummantelungseinlaß und einen Ummantelungsauslaß zum Durch­ strömen eines Kühlfluids durch eine Ummantelung, die einen Abschnitt der Kammer umgibt, wobei die Ummantelung von der Führungsstange verdampftes Lösungsmittel kondensiert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstange aus Glas besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstange aus einem Glasrohr besteht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasstange mit KOH zur Verbesserung des Benetzens be­ handelt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstange einen gleichmäßigen Durchmesser auf­ weist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Heizquelle gehören:
a) ein um die Führung gewickelter Draht; und
b) eine Einrichtung zur Schaffung einer Potentialdiffe­ renz über den Draht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Thermoelement, das mit dem zweiten Ende der Führungsstange verbunden ist, wobei sowohl die Heizquelle als auch das Thermoelement mit einem Temperaturregler verbunden sind, der für die Regulierung einer Temperatur von wenigstens einem Abschnitt der Stange vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
a) ein oberes Anschlußstück, das an dem Körper montiert ist; und
b) ein Bodenanschlußstück, das den Ausflußabzug auf­ nimmt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mischkammer zum Mischen der Lösung und des Austausch­ lösungsmittels.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Konzentratordeckel, der um die Führungsstange passend aus­ gebildet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentratordeckel eine Auslaßöffnung enthält, die in die Kammer mündet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung mit einem engen Ende an der Führungs­ stange zugespitzt ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausflußabzug aus einem Rohr zum Entfernen von Flüssig­ keit von der Führungsstange besteht.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Steuerung der Strömung von dem Ausflußab­ zug.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Abzugrohr die Führungsstange an dem Probensammelring kreuzt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ummantelten Lösungsmittelkondensator an einem Boden der Kammer.

25. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Austauschlösungsmittel einen niedrigeren Dampfdruck als das Lösungsmittel der Lösung aufweist.

26. Flüssigchromatographie-Schnittstelle bestehend aus:
a) einem Körper, der eine Kammer bildet;
b) einer Führungsstange, die sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende der Kammer erstreckt;
c) einem gewundenen Draht, der wenigstens einen Ab­ schnitt der Führungsstange umgibt, und eine Einrichtung für das Zuführung eines Potentials über den Draht als Heizquelle aufweist;
d) einem Thermoelement, das mit dem zweiten Ende der Führungsstange und der Heizquelle verbunden ist, wobei sowohl die Heizeinrichtung als auch die Führungsstange an einen Temperaturregler angeschlossen sind;
e) einer Mischkammer zum Mischen von flüssigem Chromato­ graphie-Ausfluß und Austauschlösungsmittel, das an die Oberseite des Körpers montiert ist, wobei das Austausch­ lösungsmittel einen niedrigeren Dampfdruck als das Lösungsmittel in dem flüssigen Chromatographie-Ausfluß aufweist;
f) einem Probensammelring um die Führungsstange an einer Probensammelstelle;
g) einem Abzugrohr, das die Führungsstange an dem Pro­ bensammelring kreuzt; und
h) einem ummantelten Lösungsmittelkondensator an einem Boden der Kammer.

27. Verfahren zum Konzentrieren von LC-Ausfluß mit einem Aus­ tauschlösungsmittel, gekennzeichnet durch folgende Verfah­ rensschritte:
a) Richten des LC-Ausflusses und des Austauschlösungs­ mittels nach unten auf das Äußere einer Führungsstange;
b) Erhitzen der Führungsstange mit einer Heizquelle um die Führungsstange; und
c) Sammeln des konzentriertes Austauschmittel aufweisen­ den Ausflusses von einem unteren Bereich der Führungs­ stange.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Erhitzungsschritt Strom einer Heizwicklung zuge­ führt wird, die die Führungsstange umgibt.

29. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Sammelschritt der konzentriertes Austauschlösungs­ mittel enthaltende Ausfluß über einen Ring um die Füh­ rungsstange gerichtet und der das Austauschlösungsmittel konzentriert enthaltende Ausfluß von dem Ring mit einem Abzugrohr abgezogen wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der bei dem Abziehschritt konzentriertes Austauschlösungs­ mittel enthaltende überschüssiger Ausfluß, der über den Ring strömt, mit einer im wesentlichen konstanten Rate abgezogen wird.

31. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt zum Kondensieren verdampften Lö­ sungsmittels in einem Kondensator durchgeführt wird.

32. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein strömungsbezogener Wert des konzentrierten Ausflusses durch Messen der Temperatur der Führungsstange gemessen wird.

33. Flüssigchromatographie-Schnittstelle zum Entfernen eines chromatographischen Lösungsmittels aus einem chromatogra­ phischen Ausfluß, bestehend aus:
a) einem Körper, der eine Kammer bildet;
b) einem Draht, der sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende der Kammer erstreckt;
c) eine Einrichtung zum Vorsehen einer Potentialdiffe­ renz über dem Draht zwecks Erhitzens wenigstens eines Ab­ schnitts desselben; und
d) einem Chromatographie-Ausflußeinlauf und einem Ex­ traktionslösemitteleinlauf zu einer Mischkammer, wobei ein Ausgang der Mischkammer mit dem Draht verbunden ist, und wobei das Extraktionslösungsmittel einen niedrigeren Dampfdruck als das Chromatographie-Lösungsmittel aufweist.