DE4443754C2 - Gaschromatograph - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gaschromatographen mit einem Probengeber, einer von einem Trägergas durchströmten Trennsäule aus mehreren parallel geschalteten, innen mit einer Trennflüssigkeit beschichteten Kapillarkanälen und einem Detektor, wobei die Trennsäule mit dem Probengeber und/oder dem Detektor durch je ein Verbindungselement verbunden ist.

Gaschromatographen mit einer sog. multi- bzw. polykapillaren Trennsäule sind beispielsweise aus der EP 0 035 983 A1 oder DE 42 11 961 A1 bekannt. Mit derartigen Trennsäulen aus parallel geschalteten Kapillaren kann gegenüber herkömmlichen monokapillaren Trennsäulen der Gasdurchsatz wesentlich erhöht werden, was sich insgesamt in einer deutlichen Reduzierung der Analysedauer bemerkbar macht. Das Auflösungsvermögen einer derartigen Säule ist vor allem davon abhängig, daß die Trenneigenschaften der einzelnen Kapillare möglichst identisch sind. Da multi- bzw. polykapillare Trennsäulen um ein Vielfaches kürzer sind als monokapillare Säulen, sind für den Einsatz in herkömmlichen Gaschromatographen für die Verbindung mit dem Probengeber bzw. dem Detektor spezielle Verbindungselemente erforderlich, die den Gasstrom auf die Kapillaren aufteilen bzw. diesen wieder sammeln. Da weiterhin polykapillare Trennsäulen aufgrund der Identitätsforderung an die einzelnen Kapillaren nicht beliebig biegbar sind, müssen mit den erwähnten Verbindungselementen zum Teil größere Strecken im Gerät überbrückt werden.

Es hat sich nun gezeigt, daß die an sich guten Trenneigenschaften derartiger multi- bzw. polykapillarer Trennsäulen durch die Verbindungselemente wieder verschlechtert werden. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gaschromatographen der o.g. Art zu schaffen, bei dem unabhängig von der Position der Detektor- bzw. Probengeberanschlüsse auch starre polykapillare Trennsäulen eingesetzt werden können, ohne daß sich die Trenneigenschaften der Säule verschlechtern.

Diese Aufgabe wird durch einen nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten Gaschromatographen gelöst.

Die Erfindung wurde ausgelöst durch die Erkenntnis, daß die für den Anschluß der Trennsäule an den Detektor bzw. den Probengeber notwendigen Verbindungen entweder für den Einsatz in unterschiedlichen Geräten zu wenig variabel sind oder so lang sein müssen, daß in diesen Verbindungen die im Probengeber erzeugte Pulsform bzw. die nach erfolgter Trennung erzeugten Einzelpulse der Komponenten verbreitert wurden, so daß insgesamt die Trennleistung nachließ. Wenn jedoch die Verbindungselemente als biegsame oder vorgeformte Kapillarröhre ausgebildet sind und innen mit einer Trennflüssigkeit versehen werden, welche die gleichen oder gleichartige Trenneigenschaften wie diejenige der Trennsäule aufweist, so reicht dies zwar nicht für eine Trennung der Komponenten, jedoch für den Erhalt der vorerzeugten Pulsform aus. Mit einem derartigen Verbindungselement können die vergleichsweise kurzen polykapillaren Trennsäulen in den unterschiedlichsten Gaschromatographen eingesetzt werden, unabhängig von der Positionierung des Probengebers oder des Detektors bzw. der Detektoren. Dies ist vor allem für solche Detektoren, wie z. B. Flammenionisationsdetektoren wichtig, die lageabhängig sind.

Besonders vorteilhaft gestaltet sich der Chromatograph mit einer polykapillaren Trennsäule, deren Kapillarkanäle in dichtester Packung nebeneinander angeordnet sind und gemeinsame Trennwände aufweisen, wodurch Temperaturunterschiede in den einzelnen Kapillarkanälen vermieden werden. Eine derartige Trennsäule besteht vorteilhafterweise aus Glas und bildet somit einen stabförmigen, vergleichsweise kompakten Glaskörper, der an beiden Enden mit einem am Außenrand des Glaskörpers dichtenden Übergangsstück versehen ist, welches den Gasstrom in eine Kapillarröhre mit etwa gleichem freien Querschnitt wie derjenige aus der Summe der Kapillarkanäle der Trennsäule einleitet. Als Kapillarröhre bietet sich eine sog. wide-bore-Kapillarsäule aus Silikatglas an, welche je nach Trennsäule, einen Innendurchmesser zwischen 0,3 und 0,8 mm aufweist und bei einer Länge von etwa 1 m für die Anwendung bzw. Nachrüstung in herkömmlichen Gaschromatographen geeignet ist.

Da der Gasdurchsatz durch einen derartigen Gaschromatographen mit polykapillarer Trennsäule und wide-bore-Kapillarsäule als Verbindungselement einen deutlich größeren Gasdurchsatz als bisher ermöglicht, kann in vorteilhafter Weise die Thermostatisierung der Trennsäule ausschließlich durch das Trägergas erfolgen, wobei eine gute Isolierung der Trennsäule und der Verbindungen vorausgesetzt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel es näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau eines Gaschromatographen mit polykapillarer Trennsäule

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine polykapillare Trennsäule und

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein kapillares Verbindungselement.

Der in Fig. 1 dargestellte Gaschromatograph weist einen Probengeber 1 sowie einen Detektor 2 auf, welche an einem Gehäuse 3 befestigt und von außen zugänglich sind. Mit dem Probengeber 1 ist über ein Anschlußstück 4 eine polykapillare Trennsäule 5 verbunden, deren Aufbau und Funktionsweise anhand der Fig. 2 später erläutert wird. Die Trennsäule 5, welche im wesentlichen stabförmig ausgebildet ist, ist mittels eines verschraubbaren Obergangselementes 6 mit einer wide-bore-Kapillarsäule 7 verbunden, die anhand der Fig. 3 später beschrieben wird. Die wide-bore-Kapillarsäule stellt die Verbindung der Trennsäule 5 mit dem Detektor 2 her, mit welchem sie über ein Anschlußstück 8 verbunden ist.

Die schematisch dargestellte Chromatographenanordnung wird in bekannter Weise von einem Trägergas, z. B. Stickstoff, Helium oder Luft durchströmt mit einer Durchflußrate von z. B. 300 ml/min. Dieses Trägergas wird innerhalb der Polykapillarsäule 5 auf bis zu 3000 parallel angeordneten, bzgl. des Strömungswiderstandes möglichst identischen Einzelkanälen 5.1 aufgeteilt. Die Einzelkanäle 5.1 haben einen Innendurchmesser von 0,1 bis 0,2 mm und sind innen mit einem flüssigen Film, der je nach der Trennaufgabe gewählt ist, beschichtet. Eine derartige Trennsäule besteht aus einem geraden Glasstab, in welchem die einzelnen Kapillarkanäle 5.1 in dichtester Packung nebeneinander verlaufen, wobei zwei benachbarte Kanäle jeweils durch eine dünne Glaswand voneinander getrennt sind (Fig. 2). Das gesamte Bündel aus Kapillarkanälen 5.1 ist von einer massiveren Glashülle 5.2 umgeben, welche einen mechanischen Schutz bietet und welche mit ihrem Außenumfang an die Erfordernisse der Anschlußstücke 4 bzw. 6 angepaßt sein kann.

Die polykapillare Trennsäule 5 ist an ihrem unteren Ende über ein den Querschnitt reduzierendes Übergangsstück 6 mit einer an sich bekannten wide-bore-Kapillarsäule aus Silikatglas verbunden. Diese Säule ist innerhalb gewisser Grenzen biegsam und ist damit geeignet, eine Verbindung zwischen der Trennsäule 5 und dem Detektor 2 herzustellen, unabhängig von dessen Position am Gehäuse 3. Hierzu genügen im allgemeinen Längen von maximal einem Meter, wobei der Innendurchmesser je nach Gasdurchsatz durch die Trennsäule 5 zwischen 0,3 und 0,8 mm beträgt.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, besteht die Kapillarsäule 7 aus einer Glaskapillaren 7.1, welche mit einer Polymerbeschichtung 7.2 ummantelt ist, sowie einer gaschromatographischen Trennschicht 7.3 auf der Innenwand. Diese Trennschicht 7.3 besteht vorteilhafterweise aus dem gleichen Material wie diejenige der Trennsäule 5, also z. B. aus einem Flüssigkeitsfilm. Wichtig ist im wesentlichen dabei, daß die gaschromatographischen Trenneigenschaften der Trennschicht in der Kapillarsäule 5 und diejenigen in der Kapillarsäule 7 gleichartig sind. Unter einer gleichartigen Trenneigenschaft wird hierbei verstanden, daß die Trennung der einzelnen Komponenten in der gleichen chronologischen Reihenfolge erfolgt. Wenn also z. B. Trennflüssigkeit der Trennsäule 5 für die Analyse polarer Verbindungen geeignet ist, so sollte die Trennflüssigkeit der Kapillarsäule 7 eine ähnliche chromatographische Wirkung auf polare Verbindungen haben; der Einsatz einer Trennflüssigkeit für unpolare Verbindungen würde hier genau einen gegenteiligen und somit negativen Effekt bewirken. Durch die Verwendung von gleichartigen Trennschichten in der polykapillaren Trennsäule 5 und der flexiblen Trennsäule 7 wird gewährleistet, daß die in der Säule 5 erzeugte Trennung der Komponenten auf dem vergleichsweise langen Weg vom Ausgang (6) der Säule zum Detektor 2 nicht an Schärfe verliert bzw. ganz verloren geht.

Da polykapillare Trennsäulen aufgrund der Identitätsanforderung an die einzelnen Kapillarkanäle im allgemeinen als gerade, etwa 50 cm lange Stäbe ausgebildet sind, ist mit der erfindungsgemäß vorgesehenen wide-bore-kapillaren Verbindung der Einsatz solcher Trennsäulen in den unterschiedlichsten Gaschromatographen möglich; insbesondere ist eine Nachrüstung herkömmlicher Gaschromatographen mit langen, meist spulenförmig aufgewickelten monokapillaren Trennsäulen, welche einen wesentlich geringen Durchfluß ermöglichen und somit herheblich längere Meßzeiten erfordern, leicht durchführbar.

Im allgemeinen sind bei Gaschromatographen der Probengeber 1, die polykapillare Trennsäule 5, die Verbindung 7 und zumindest der Anschluß 8 zum Detektor 2 auf konstanter Temperatur zu halten, was üblicherweise durch einen Thermostaten gewährleistet wird. Bei den vergleichsweise kurzen Strömungswegen in Gaschromatographen mit polykapillarer Trennsäule und wide-bore-Verbindung kann es genügen, die einzelnen Komponenten lediglich thermisch gut zu isolieren und die Thermostatisierung durch das Trägergas vorzunehmen.

Claims (6)

1. Gaschromatograph mit einem Probengeber, einer von einem Trägergas durchströmten Trennsaule aus mehreren parallel geschalteten, innen mit einer Trennflüssigkeit beschichteten Kapillarkanälen und einem Detektor, wobei die Trennsäule mit dem Probengeber und/oder dem Detektor durch je ein Verbindungselement verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement als biegsame oder vorgeformte Kapillarröhre (7) ausgebildet ist und, daß die Kapillarröhre (7) innen mit einer Trennflüssigkeit (7.3) beschichtet ist, welche eine Trennung einzelner Komponenten einer Probe in der gleichen Reihenfolge bewirkt, wie diejenige der Trennsäule (5).

2. Gaschromatograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarkanäle (5.1) der Trennsäule (5) in einem stabförmigen Glaskörper (5.2) angeordnet sind, wobei benachbarte Kapillarkanäle gemeinsame Trennwände aufweisen und, daß die Kapillarröhre (7) mit der Trennsäule (5) durch ein jeweils am Außenrand des Glaskörpers (5.2) und der Kapillarröhre (7) dichtendes Übergangsstück (6) verbunden ist.

3. Gaschromatograph nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennsäule (5) einen Außendurchmesser von 1 bis 10 mm, die Kapillarkanäle (5.1) der Trennsäule (5) einen Innendurchmesser von maximal 0,2 mm und die Kapillarröhre (7) einen Innendurchmesser von 0,3 bis 0,8 mm aufweisen.

4. Gaschromatograph nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Trennsäule (5) maximal 50 cm und die der Kapillarröhre (7) maximal 1 m beträgt.

5. Gaschromatograph nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kapillarröhre (7) eine wide-bore-Kapillarsäule aus Silikatglas verwendet wird.

6. Verfahren zum Betrieb eines Gaschromatographen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Thermostatisierung der Trennsäule ausschließlich durch das Trägergas erfolgt.