DE9421595U1 - Flüssigkeitschromatographiesystem zur Thermostatisierung einer Vorsäule und einer Trennsäule eines Flüssigkeitschromatographiesystems - Google Patents

Flüssigkeitschromatographiesystem zur Thermostatisierung einer Vorsäule und einer Trennsäule eines Flüssigkeitschromatographiesystems

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Description

EINTRA GUNGSUNTERLA GEN
Hewlett-Packard GmbH
Unser Zeichen: 20-94-020
FLÜSSIGKEITSCHROMATOGRAPHIESYSTEM ZUR
THERMOSTATISIERUIMG EINER VORSÄULE UND EINER TRENNSÄULE EINES FLÜSSIGKEITSCHROMATOGRAPHIESYSTEMS
Beschreibung
&iacgr;&ogr; Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Flüssigkeitschromatographiesystem zur Thermostatisierung einer Vorsäuie und einer Trennsäule eines Flüssigkeitschromatographiesystems.
Der Trennungsprozeß in einer Säule eines Fiüssigkeitschromatographen ist zeitabhängig, d.h. die chromatographische Retentionszeiten von zu
is analysierenden Probensubstanzen sind eine Funktion der Zeit. Die chromatographische Auflösungsleistung, d.h. die Trennung der verschiedenen Spitzen im Chromatogramm, die unterschiedlichen Probensubstanzen zugeordnet sind, ist ebenfalls eine Funktion der Zeit, so daß eine systematische Temperaturauswahl verwendet werden kann, um die besten Bedingungen für ein bestimmtes Trennungsproblem einzustellen. Um wiederholbare chromatographische Ergebnisse sicherzustellen, ist es wünschenswert, daß die Temperatur während des Trennungsvorganges konstant gehalten wird.
Hierfür wird bei der Flüssigkeitschromatographie ein thermostatisiertes Gehäuse benützt, um die Bett-Temperatur der Trennsäule konstant zu halten.
Mittels variabler Temperaturen ist es möglich, bei Bedarf von komplexen
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Trennungen die Bett-Temperatur der Trennsäule zu optimieren. Für thermostatisierte Gehäuse der oben genannten Art sind verschiedene Ausführungsformen bekannt, bei denen die Temperatur innerhalb des Gehäuses im wesentlichen gleich und konstant ist, wie z.B. ein Wasserbad, eine UmluftheizungAKühlung, ein Heizmantel, etc..
Im Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen zur Thermostatisierung bei der Flüssigkeitschromatographie bekannt.
Die US-A-4,404,845 offenbart einen thermischen Regler für Flüssigkeitschromatographen. Dieser Regler umfaßt eineThermostatanordnung
&iacgr;&ogr; für die bewegliche Phase und die Trennsäule in einem Flüssigkeitschromatographen, wobei der Thermostat einen Wärmewandler aufweist, durch den die bewegliche Phase durchläuft. Der Wärmewandler umfaßt ein Heiz- und/oder Kühlelement und ist zwischen einem Probeninjektionsgerät und dem Eingang der Trennsäule angeordnet. Der Wärmetauscher dient dazu, die Umgebungsluft, die die Trennsäule umgibt, selektiv zu heizen oder zu kühlen. Durch die thermische Regelung der beweglichen Phase und der Trennsäule wird hierbei das Auftreten von nachteilhaften Temperaturgradienten vermieden.
Das DE-GM-8536810 offenbart einen Ofen zur Temperierung von Trennsäulen für die Hochdruck-Flüssigchromatographie. Um eine Schwankung der Retentionszeiten aufgrund von Temperaturabweichungen zu vermeiden, wird eine Temperaturregelung der Trennsäule vorgeschlagen. Hierbei wird die Trennsäule durch einen Ofen temperiert, der aus einem thermisch beheizten und kühlbaren Block aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit und mit
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einer Wanne zur Aufnahme einer oder mehrerer Trennsäulen besteht. An dem beheizten und kühlbaren Block ist ein Peltier-Element angeordnet, das es ermöglicht, Arbeitstemperaturen unterhalb der Raumtemperatur einzuregeln.
Die EP-A-0438618 offenbart eine Vorrichtung zur Thermostatisierung einer beweglichen Phase in einem Flüssigkeitschromatographen. Diese Vorrichtung umfaßt eine chromatographische Säule, an die eine eingehende Kapillare und eine ausgehende Kapillare angeschlossen sind, wobei diese chromatographische Säule in einem Aufnahmestück angeordnet ist, das mittels einer Temperatursteuerungseinheit auf eine erwünschte Temperatur gebracht
&iacgr;&ogr; werden kann. Um zu vermeiden, daß die durch die Ausgangskapiliare an einen Detektor geleitete Flüssigkeit eine zu hohe Temperatur aufweist, was zu einer Meßungenauigkeit führen würde, wird hier vorgeschlagen, die Eingangskapillare und die Ausgangskapiliare über eine festgelegte Strecke parallel in Verbindung miteinander zu führen, um einen Wärmeaustausch zwischen der zum Detektor führenden Kapillare mit höherer Temperatur und der zu der Trennsäule führenden Eingangskapillare mit niederer Temperatur zu erreichen.
Neben den oben beschriebenen Vorrichtungen mit einer Trennsäule sind auch Flüssigkeitschromatographiesysteme bekannt, die mit zwei Trennsäulen, einer Vorsäule und einer Trennsäule, arbeiten. Bei der Übertragung der zu untersuchenden Substanzen von der Vorsäule an die Trennsäule wird jedoch selbst dann, wenn das gleiche Packungsmaterial bei beiden Säulen eingesetzt wird, ein stärkerer elutroper Eluent für die Vorsäule als für die Trennsäule benötigt. Hierdurch wirkt die Dispersion in der Vorsäule als "elutropes Injektionsvolumen". Dies hat zur Folge, daß sogar gut gepackte Vorsäulen den Gesamtwirkungsgrad des Flüssigkeitschromato- graphiesystems erheblich
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reduzieren. Nachteiliger wirken sich hierbei Vorsäulen mit niedriger Effizienz und hoher Kapazität aus.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Flüssigkeitschromatographiesystem zu schaffen, bei welchem die Trennleistung des Flüssigkeitschromatographiesystems durch die Vorsäule nicht beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Flüssigkeitschromatographiesystem nach Anspruch 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Flüssigkeitschromatographiesystem, mit:
&iacgr;&ogr; einer Vorsäule zur Anreicherung einer Probe; einer mit der Vorsäule in
Fluidübertragungsverbindung stehende Trennsäule; einer ersten Wärmetauschereinrichtung, die an der Vorsäule angeordnet ist und eine eigenständigeTemperatursteuerung einer Vorsäulentemperaturermöglicht; und einer zweiten Wärmetauschereinrichtung, die an der Trennsäule angeordnet ist, und eine eigenständige Temperatursteuerung einer Trennsäulentemperatur ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung schafft vorteilhafterweise eine physikalische und elektrische Entkopplung der Wärmetauscher der Vorsäule und der Trennsäule eines Flüssigkeitschromatographiesystems, so daß zwei Trennsäulen, nämlich die Vorsäule und die Trennsäule, bei verschiedenen Temperaturen betreibbar sind, wodurch die Selektivität bzw. Trennleistung optimierbar ist.
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Eine Anpassung der Eluent-Temperaturen auf extern gemessene Temperaturen ist möglich, so daß es möglich ist, die Eluent-Temperatur der Temperatur eines Detektors anzupassen, so daß dessen Rauschen verringert werden kann (z.B. UV-Detektoren oder Massenspektrometer). Ferner ist es durch die Anpassung der Eluent-Temperaturen möglich, eine aktive Thermostatisierung durchzuführen (im Gegensatz zu passiven Wärmetauschern), wodurch das Totvolumen klein gehalten wird. Ferner können Post-Coiumn-Reaktionen thermostatisiert werden. Mit Hilfe eines Säulenschaltventüs ist es möglich, schnell aufeinanderfolgend Analysen bei unterschiedlichen Temperaturen &iacgr;&ogr; durchzuführen.
Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird nachfolgend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Fluidchromatographiesystems gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2 einen Graph, der Chromatogramme zeigt, die mit unterschiedlichen Chromatographiesystemen aufgenommen wurden.
Fig. 1 zeigt ein Flüssigkeitschromatographiesystem 100, bei dem in einem Gehäuse (nicht dargestellt) eine Vorsäule 102 zur Anreicherung einer Probe und eine Trennsäule 104 angeordnet sind. Um die Vorsäule 102 und die Trennsäule 104 in dem Gehäuse bei zwei unterschiedlichen, konstanten Temperaturen zu betreiben, sind in dem Gehäuse zwei räumlich getrennte
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Wärmetauscher 106 und 108 angeordnet. Hierbei ist der Vorsäuie 102 der erste Wärmetauscher 106 und der Trennsäule 104 der zweite Wärmetauscher 108 zugeordnet.
Die Vorsäuie 102 bzw. die Trennsäule 104 sind bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Kapillaren ausgeführt. Zur Aufnahme der Vorsäule 102 bzw. der Trennsäule 104 und zur Übertragung von Wärme auf diese durch Strahlung sind die Wärmetauscher 106, 108 rippenförmig ausgestaltet. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel steht die Trennsäule 102 in Fluidübertragungsverbindung mit der Vorsäuie.
&iacgr;&ogr; Die Vorsäule wird über einen Einlaß 110 mit der Probe beschickt. Der Auslaß 111 der Trennsäule 112 ist mit einem Detektor (nicht dargestellt) verbunden.
Durch die in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist es möglich, innerhalb des Gehäuses zwei unterschiedliche Temperaturumgebungen zu realisieren.
Um diese Temperaturumgebungen zu erzeugen, sind die Wärmetauscher 106, 108 mit einer Steuerung 114 verbunden, die jeweils eine eigenständige Temperatursteuerung der Vorsäulentemperatur bzw. der Trennsäulentemperatur ermöglicht.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Vorsäule um eine 5 &mgr; Hypersil-ODS-Vorsäule.
Durch den Entwurf des in Fig. 1 dargestellten Flüssigkeitschromatographiesystems ist es möglich, während der Anreicherungsphase die
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Vorsäule 102 bei einer Temperatur zu betreiben, die tiefer ist als die Betriebstemperatur der Trennsäule 104.
Nach Abschluß der Anreicherungsphase wird die Vorsäule 102 und damit die in dieser enthaltene Probe auf eine zweite Temperatur aufgeheizt, die höher ist als die Betriebstemperatur der Trennsäule 104. Hierdurch eluieren die zu untersuchenden Substanzen der Probe im Gradient bei einer verglichen mit der für Flüssigkeitschromatographiesysteme mit Vorsäule benötigten Lösungsmittelzusammensetzung nach dem Stand der Technik weniger elutropen Lösungsmittelzusammensetzung. Hierdurch wird die zu
&iacgr;&ogr; untersuchende Probe aus der Vorsäuie an die Trennsäule übertragen.
Die Probe durchläuft nun den zweiten Wärmetauscher 108 und wird auf die Betriebstemperatur der Trennsäule abgekühlt und am Anfang der Trennsäule wieder auf konzentriert. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Betriebstemperatur der Trennsäule 4O0C, während die zweite Temperatur der Vorsäule 700C beträgt.
Durch das erfindungsgemäße Flüssigkeitschromatographiesystem wird die im Stand der Technik bei Flüssigkeitschromatographiesystemen mit Vorsäule auftretende, durch die Vorsäule und die Verbindungskapillaren bedingte Bandverbreiterung im wesentlichen ausgeschlossen, wodurch dieTrennleistung des Flüssigkeitschromatographiesystems erhöht wird.
Anhand von Fig. 2 und anhand der Tabelle gemäß Anhang wird im folgenden ein Beispiel für das erfindungsgemäße Prinzip beschrieben.
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Eine trockengepackte 20 &khgr; 2,1 mn, 5 &mgr; Hypersil-ODS-Vorsäule 102 mit relativ schlechtem Wirkungsgrad wird seriell mit einer 100 &khgr; 2,1 m, 5 &mgr; Hypersil-ODS-Trennsäule 104 verbunden, wie dies anhand von Fig. 1 bereits beschrieben wurde. Nachfolgend wurden drei Experimente durchgeführt:
1) Die Trennleistung der Trennsäule ohne Vorsäule wurde vermessen.
Hierbei dient als Kenngröße für die Trennleistung die Varianz in Minuten von vier getrennten Substanzen. Die Temperatur betrug 4O0C, und ein Gradient von 5 bis 75 % ACN (H20) wurde in 30 Minuten erzeugt.
&iacgr;&ogr; 2) Die gleichen Bedingungen wie bei 1), jedoch wurde eine Vorsäule
verwendet, die bei 400C betrieben wurde.
3) Die gleichen Bedingungen wie bei 2), jedoch wurde die Vorsäule bei
70°C betrieben.
In Fig. 2 und in der Tabelle sind die Ergebnisse der Experimente dargestellt.
In Fig. 2 bezeichnet die X-Achse den Zeitverlauf, die Y-Achse stellt die Meßamplitude des Sytems in sogenannten UV-Absorptions-Einheiten dar. In Fig. 2 sind die Ergebnisse der Experimente für vier unterschiedliche zu erfassende Substanzen dargestellt. Hierbei ist der Ausschlag 202 dem Experiment ohne Vorsäule zugeordnet, der Ausschlag 204 ist dem Experiment mit Vorsäule zugeordnet, bei dem sowohl die Vorsäule als auch die Trennsäule auf 4O0C geheizt sind, und der Ausschlag 206 ist dem Experiment mit zugeordnet, bei dem die Vorsäuie auf 7O0C und die Trennsäule auf 4O0C
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eingestellt ist.
Für die anderen Substanzen, die in Fig. 2 dargestellt sind, gilt die Reihenfolge der Ausschläge entsprechend.
Als charakteristische Größe zur Bestimmung der Trennleistung ist in Tabelle die Breite (WIDTH) der Ausschläge angegeben.
Wie es deutlich zu sehen ist, verschlechtert die Vorsäule die Trennieistung eines Fluidchromatographiesystems erheblich gegenüber der Trennleistung eines Fluidchromatographiesystems bei Betrieb ohne Vorsäuie.
Wie das Experiment 3.) zeigt, tritt beim Betrieb der Vorsäule mit 700C ein &iacgr;&ogr; Fokussierungseffekt auf, der die durch die Vorsäule verursachte Dispersion
ausschließt.
Anhang
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Experiment Ij Ohne Vorsaeule
eak# RetTime Type Area Height Width Start End
[min] [mAU*sec]
j		 [mAU]
&igr;		 [min]
I		 [min]
I		 [min]

1
18.441		 BB !
312.601		 I
32.900		 I
0.148		 I
18.108		 18 .788
2 24.453 BB 281.927 28.551 0.153 24.121 24.795
3 31.196 BB 257.191 23.453 0.171 30.868 31.588
4 36.647 BB 397.305 37.057 0.1S6 36.301 37.028
Experiment 2: Mit Vorsaeule, beide Saeulen bei 40 C
1 19.917 BB 340.016 30.096 0.177 19 .547 20 .267
2 25.970 BB 302.580 25.520 0.186 25 .607 26 .354
3 32.786 BB 328.620 25.014 0.204 32 .394 33 .220
4 38.358 BB 433.264 33 .612 0.203 37 .980 38 .727
Experiment 3: Vorsaeule 70 C, anal. Saeule 40 C
Peak# RetTime Type Area Height Width Start End
[min] [mAU*sec] [mAU] [min] [min] [min]
1 19 .321 BB 341.264 35 .320 0.149 19 .001 19.655
2 25 .377 BB 301.808 29 .665 0.159 25 .041 25.748
3 32 .012 BB 320.617 28 .129 0.177 31 .661 32.415
4 37 .616 BB 429.357 39 .373 0.170 37 .235 37.995
Tabelle: Peakbreiten

Claims (6)

&psgr; n EINTRA GUNGSUNTERLA GEN Hewlett-Packard GmbH Unser Zeichen: 20-94-020 Schutzansprüche
1. Flüssigkeitschromatographiesystem (100), mit:
einer Vorsäule (102) zur Anreicherung einer Probe;
einer mit der Vorsäule (102) in Fluidübertragungsverbindung stehenden Trennsäule (104);
einer ersten Wärmetauschereinrichtung (106), die an der Vorsäule (102) angeordnet ist und eine eigenständige Temperatursteuerung einer Vorsäulentemperatur ermöglicht; und
einer zweiten Wärmetauschereinrichtung (108), die an der Trennsäule &iacgr;&ogr; (104) angeordnet ist und eine eigenständige Temperatursteuerung
einer Trennsäulentemperatur ermöglicht.
2. Flüssigkeitschromatographiesystem (100) nach Anspruch 1, mit einer
mit der ersten und zweiten Wärmetauschereinrichtung (106, 108) verbundenen Steuereinrichtung (114), welche in einer Anreicherungsphase die Vorsäulentemperatur auf einer ersten Temperatur hält, die tiefer ist als die Betriebstemperatur der Trennsäule (104), welche nach Abschluß der Anreicherungsphase die Vorsäulentemperatur auf eine zweite Temperatur steuert, die höher ist
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als die Betriebstemperatur der Trennsäule (104), um die Probe auf die zweite Temperatur aufzuheizen, wobei die Probe nach ihrer Übertragung an die Trennsäule (104) auf die Betriebstemperatur der Trennsäule (104) gebracht wird.
3. Flüssigkeitschromatographiesystem (100) nach Anspruch 2, bei dem
die Betriebstemperatur der Trennsäule (104) 400C beträgt, und bei dem die zweite Temperatur der Vorsäule (106) 7O0C beträgt.
4. Flüssigkeitschromatographiesystem {100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Vorsäule (102) und die Trennsäule (104) 5 &mgr;
&iacgr;&ogr; Hypersii-ODS-Vorsäulen sind.
5. Flüssigkeitschromatographiesystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die erste und die zweite Wärmetauschereinrichtung (106, 108) zur Aufnahme der Vorsäule (102) bzw. der Trennsäule (104) rippenförmig ausgestaltet sind.
6. Flüssigkeitschromatographiesystem (100) nach einem der Ansprüche
1 bis 5, bei dem die Vorsäule (102) und die Trennsäule (104) jeweils als Kapillare ausgebildet sind.
DE9421595U 1994-12-10 1994-12-10 Flüssigkeitschromatographiesystem zur Thermostatisierung einer Vorsäule und einer Trennsäule eines Flüssigkeitschromatographiesystems Expired - Lifetime DE9421595U1 (de)

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