WO2002012878A1

WO2002012878A1 - Hplc-ventil

Info

Publication number: WO2002012878A1
Application number: PCT/CH2000/000531
Authority: WO
Inventors: Werner DÖBELIN
Original assignee: Doebelin Werner
Priority date: 2000-08-07
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-02-14

Abstract

Das HPLC Ventil (1) besitzt einen Rotor (11) mit Verbindungskanälen (12, 13), die in bestimmten Rotorpositionen nicht nur, wie üblich, zwei, sondern drei Anschlüsse am Stator (10) untereinander verbinden. Dadurch wird ein Druckausgleich während der Rotordrehung, sowie weitere Funktionen möglich.

Description

HPLC- Ventil

Die Erfindung betrifft ein Rotationsventil für die Hochleistungs-Flüssigchromatographie (HPLC) mit einem Stator mit Anschlüssen für ein Lösungsmittelreservoir, eine oder mehrere Pumpen und eine Chromatographiesäule und mit einem Rotor mit Kanälen zur wahlweisen Verbindung verschiedener Anschlüsse untereinander.

Bei Ventilen für die Hochleistungs- Flüssigchromatographie werden, wie auch bei HPLC-Pumpen, seit langem grosse Anstrengungen unternommen, durch Verringerung von Umschalteffekten möglichst konstante Förderdrücke und Flussraten zu erreichen. Je kleiner die Flussraten werden, desto störender wirken sich die Einflüsse von Toträumen aus, die aber bei Ventilen nicht vollständig eliminiert werden können. Ebenso sind starke Druckpulsationen unerwünscht, die aber bei sehr kleinen Volumina, dadurch dass keine Dämpfung durch Kompressibilität mehr vorhanden ist, zunehmen. Beide Störungen wirken sich in Peakverbreiterungen und anderen die Messgenauigkeit und die Auflösung beeinträchtigenden Fehlern aus. Derzeit geforderte Flussraten liegen im Bereich von 10 nl bis 200 μl und gewünschte Drücke erreichen bereits bis zu 800 bar. Diese Anforderungen sind mit herkömmlichen Ventilen nicht mehr oder nur noch mit hohem Aufwand zufriedenstellend zu erreichen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil bereitzustellen, mit dem diese negativen Auswirkungen mit vernünftigem Aufwand verringert werden können.

Erfindungsgemäss wird dies erreicht durch ein Rotationsventil, bei dem die im Rotor ausgebildeten Verbindungskanäle so angeordnet sind, dass in definierten Rotorpositionen drei Anschlüsse untereinander verbunden sind.

Im folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein herkömmliches Rotationsventil

Fig. 2 ein Rotationsventil nach der Erfindung

Fig. 3 ein herkömmliches Injektionsventil

Fig. 4 ein Injektionsventil nach der Erfindung.

Wie in Fig. 1 a gezeigt, besitzt ein einfaches Vierwegeventil 1 für die HPLC vier Anschlüsse, nämlich zwei einander gegenüberliegende Anschlüsse 2, 4, die mit zwei parallelen, gegenläufig arbeitenden Pumpen 6, 7 verbunden sind, sowie einen mit einem Vorratsgefäss 8 für Lösungsmittel verbundenen Anschluss 3 und einem mit einer Chromatographiesäule 9 verbundenen Anschluss 5. Die vier Anschlüsse 2- 5 sind in bekannter Weise im Stator 10 des Rotationsventils 1 ausgebildet und münden als Bohrungen in der Kontaktfläche des Stators (vgl. Fig. lb) . In der Kontaktfläche des Rotors 11 sind kreissegmentförmige Nuten 12, 13 ausgebildet, die im zusammengesetzten Zustand des Ventils 1 Kanäle bilden, welche wahlweise je zwei Anschlüsse verbinden. Der Rotor 11 wird relativ zum Stator 10 schrittweise um je 90°, beispielsweise im Uhrzeigersinn verdreht. Dadurch ergeben sich abwechselnd die beiden in Fig. 1 c gezeigten Verbindungen. In der ersten Position ist eine Pumpe 6 mit dem Lösungsmittelreservoir 8 verbunden und saugt Lösungsmittel an. Die andere Pumpe 7 ist mit der Säule 9 verbunden und fördert das vorher angesaugte Volumen durch die Säule. Wenn die Ansaug- bzw. Ausstossvorgänge der beiden Pumpen beendet sind, wird das Ventil geschaltet, und es ergibt sich die in Fig. 1 c rechts gezeigte Position, in der jetzt die Verbindungen der beiden Pumpen vertauscht sind.

Bei dieser Anordnung muss die Pumpe, die mit der Säule verbunden wird, zunächst den Förderdruck wieder aufbauen. Während dieser Phase entsteht ein unerwünschter Druckabfall. Ausserdem entlastet sich das komprimierte Restvolumen der anderen Pumpe zurück in das Vorratsgefäss . Auch dies ist unerwünscht.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Rotationsventil sind die funktionell gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Das Ventil 1 besitzt wie das herkömmliche Ventil einen Stator 10 und einen Rotor 11, sowie die Anschlüsse 2-5 für zwei Pumpen β, 1 , für ein Lösungsmittelreservoir 8 und eine Säule 9. Im Unterschied zum herkömmlichen Ventil besitzt der Stator 10 zwei zusätzliche Anschlüsse 14, 15 in der Mitte zwischen dem Säulenanschluss 5 und den beiden Pumpenanschlüssen 2, 4. Die beiden Anschlüsse 14, 15 sind durch eine Schleife lβ miteinander verbunden. Ausserdem erstrecken sich die Nuten 12, 13 im Rotor nicht wie beim herkömmlichen Ventil über einen Winkel von 90°, sondern einen Winkel zwischen 90° und 135°. Der Rotor wird bei diesem Ventil kontinuierlich weitergedreht. Dadurch ergeben sich u.a. die drei in Fig. 2c gezeigten Positionen. Die links dargestellten Verbindungen ermöglichen das Ansaugen der Pumpe 6 aus dem Vorratsgefäss 8 und das Ausstossen der Pumpe 7 zur Säule 9. Da gleichzeitig der Anschluss 15 mit der Pumpe 7 verbunden ist, wird die Schleife 16 mit dem vollen Förderdruck beaufschlagt.

Durch das Weiterdrehen des Rotors wird die in der Mitte gezeigte Situation durchlaufen, in der die noch mit der Pumpe 7 verbundene Schleife 16 mit der Pumpe 6 verbunden ist, so dass das von der Pumpe 6 zuvor angesaugte Lösungsmittelvolumen durch den Druck in der Schleife und in der Pumpe 7 bereits einen erheblichen Druckaufbau erfährt. In dieser Position des Rotors sind der Reservoiranschluss 3 und der Säulenanschluss 5 verschlossen. Der erforderliche Förderdruck wird dadurch wesentlich schneller erreicht als bei der herkömmlichen Konstruktion.

Durch Weiterdrehung des Rotors gelangt die Pumpe 7 in die Ansaugposition und die Pumpe 6 fördert in die Säule. Durch Zurückdrehen des Rotors in die andere Richtung wird das Ventil wieder in die umgekehrten Positionen geschaltet. Das in Fig. 3 gezeigte herkömmliche Injektionsventil 17 besitzt sechs über gleiche Winkelabstände verteilte Anschlüsse, die wie folgt verbunden sind: Ein erster Anschluss 18 ist mit einer Pumpe 24 verbunden. Der im Uhrzeigersinn daneben liegende Anschluss 19 führt zu einer Chromatographiesäule 25. Der nächste Anschluss 20 ist mit dem gegenüberliegenden Anschluss 23 durch eine Schleife 26 verbunden. Ein weiterer Anschluss 21 führt zu einem Abfallsammler 27 und der letzte Anschluss 22 bildet den Eingang für die Probenaufgabe und ist beispielsweise mit einer Spritze 28 verbunden.

In der Kontaktfläche des Rotors sind drei Nuten 29 ausgebildet, die jeweils zwei nebeneinander liegende Anschlüsse miteinander verbinden.

In der in Fig. 3 links gezeigten Position laufen folgende Vorgänge ab: Mit der Spritze 28 wird eine Probe in die Schleife gefüllt, während die überschüssige Menge in den Abfall gelangt. Währenddessen wird die Säule 25 durch die Pumpe 24 mit Lösungsmittel gespült. Nach dem Umschalten in die rechts gezeigte Position wird das in der Schleife 26 enthaltene Probenvolumen durch die Pumpe 24 in die Säule 25 gefördert. Diese Position ist somit die sog. „Inject" - Position.

In der in Fig. 4 gezeigten erfindungsgemässen Form eines Injektionsventils 17 sind wiederum funktionell gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie beim herkömmlichen Ventil gemäss Fig. 3. Es besitzt ebenfalls sechs über gleiche Winkelabstände verteilte Anschlüsse 18- 23 und einen zusätzlichen Anschluss 30, der in der Achse des Ventils angeordnet ist.

In der Kontaktfläche des Rotors sind ebenfalls zwei Nuten 29 vorgesehen, die je zwei nebeneinander liegende Anschlüsse miteinander verbinden. Eine dritte Nut 31 verläuft über die eine Anschlussposition hinaus im spitzen Winkel bis zur Ventilachse, d.h. bis zum zentralen Anschluss 30 hin verlängert. In jeder Schaltposition werden durch die Nut 31 zwei äussere mit dem zentralen Anschluss 30 verbunden.

Mit diesem Ventil sind folgende Abläufe möglich: Wie in Fig. 4 a gezeigt, sind die Anschlüsse 18 und 19 mit Zuführungsleitungen verbunden, über die zwei unterschiedliche Lösungsmittel zugeführt werden. Die einander gegenüberliegenden Anschlüsse 20 und 23 sind wie beim herkömmlichen Injektionsventil durch eine Schleife 26 miteinander verbunden. Ebenfalls gleich wie beim Ventil gemäss Fig. 3 führt Anschluss 21 zum Abfallsammler und bildet Anschluss 22 den Probeneingang. Der zentrale Anschluss 30 führt als Ausgang zur Säule 25. In der in Fig. 4a gezeigten Position sind beide Lösungsmitteleingänge mit der Säule verbunden. Die für einen Gradienten erforderlichen verschiedenen Lösungsmittel werden in der Nut 31 zusammengeführt und vermischt. Durch diese Vermischung unmittelbar vor der Säule ist die Verzögerung, bis eine Mischungsänderung bei der Säule ankommt, minimal .

Wenn in dieser Position nur über den Anschluss 19 Lösungsmittel zugeführt wird, kann eine sog. Splitfunktion stattfinden, d. h. das zugeführte Lösungsmittel wird teilweise der Säule zugeführt und zum anderen Teil über den Anschluss 18 abgeführt.

Während in der Fig. 4 a gezeigten Position diese Lösungsmittelströme der Säule zugeführt werden, wird mit der Spritze 28 die Schleife 26 gefüllt. Nach dem Umschalten in die in Fig. 4 b gezeigte Position wird die Probe durch das über den Anschluss 19 zugeführte Lösungsmittel aus der Schleife in die Säule gespült. Je nachdem kann über den Anschluss 18 zusätzlich ein Lösungsmittel zugeführt oder das Injektionsvolumen gesplittet werden. Dadurch wird die Probenmenge, die in die Säule gelangt, im Splitverhältnis reduziert.

Anstelle der Schleife kann auch, wie in den Fig. 4 c und 4 d gezeigt eine kleine Säule 32 eingesetzt werden. Dadurch kann eine grössere Probenmenge aufgetragen werden bzw. in dieser Säule 32 aufkonzentriert werden.

Claims

Patentansprüche

1. Rotationsventil für die Hochleistungs- Flüssigchromatographie (HPLC) mit einem Stator mit Anschlüssen für ein Lösungsmittelreservoir, eine oder mehrere Pumpen, eine Chromatographiesäule und eine zwischen zwei Anschlüssen angelegte Schleife, und mit einem Rotor mit Kanälen zur wahlweisen Verbindung verschiedener Anschlüsse untereinander, dadurch gekennzeichnet, dass die im Rotor ausgebildeten Verbindungskanäle so angeordnet sind, dass in definierten Rotorpositionen drei Anschlüsse untereinander verbunden sind.