WO2019048369A1 - Verfahren zum betreiben eines fraktionierungssammlers bei einer chromatographie - Google Patents

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WO2019048369A1
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Alexander BOZIC
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Bozic Alexander
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    • B01D15/26—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism
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    • G01N2030/022—Column chromatography characterised by the kind of separation mechanism
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a
  • Fractionation collector in a chromatography as well as a chromatography unit for carrying out the method Fractionation collector in a chromatography as well as a chromatography unit for carrying out the method.
  • Substances can be separated particularly easily and reliably, chemically analyzed, identified and quantified.
  • carbon dioxide C0 2
  • the extraction of the substances is generally carried out above the critical temperature of 31 ° C and above a critical pressure of 74 bar.
  • Detector typically provided a back pressure regulator to maintain the pressure within the chromatography system at a predetermined level.
  • the SFC technology suffers from the disadvantage that the mobile phase of the chromatographically separated substances can not easily be collected in opened vessels. Once a mixture of liquid C0 2 and an additional solvent is exposed to atmospheric pressure, C0 2 expands and forms an aerosol with the additional solvent.
  • the composition of the aerosol can vary widely, as many times a solvent gradient is used to separate substances.
  • the mixture of C0 2 and an additional solvent, such as methanol may vary, for example, from 10% to 60% methanol fraction.
  • the constitution of the aerosol and its volume flow can vary accordingly, resulting in suboptimal separation rates of gaseous and liquid fractions of the aerosol
  • Aerosols in a cyclone separator leads.
  • Other gas-liquid separation systems use, for example, an impingement deposition, wherein the volume flow of the aerosol is directed to a baffle plate, which may optionally be provided by a test tube.
  • impingement separators and inertial separators require one
  • the size and the surface of the baffle separator can be minimized when operating at elevated pressure level.
  • a serving as a baffle test tube may be provided in a pressurized environment.
  • the aerosol may then escape from a bent outlet and may impact the side wall of the test tube at a predetermined angle.
  • shock absorber it is indeed possible to collect smaller quantities of a substance at a much lower cost.
  • shock absorbers operating at an elevated pressure level do not allow large scale automated fractionation to be realized.
  • the operating costs and installation costs are relatively high, since only a limited amount of test tubes in the printing area can be processed automatically.
  • the separation rate is not as good as with settlers operating at atmospheric pressure.
  • Partialvolumenstroms of a liquid solvent under normal conditions be as high as possible.
  • Fractionation Collector Object of this invention in which the highest possible yield of the purified substances can be achieved. In this case, this high yield should be achievable for as different gas-liquid mixtures as possible.
  • Another object is by a chromatography system for
  • an object of the present invention provide components that allow the simplest possible conversion of a known HPLC system to an SFC system. Here also a conversion of preparative HPLC plants should be made possible.
  • the present invention accordingly provides a method for operating a fractionation collector in a chromatography, wherein a solvent composition is pumped into a chromatography column containing at least a proportion of a first solvent, the
  • Normal conditions is liquid, and contains a proportion of a second solvent which is gaseous under normal conditions, and the composition flowing from the chromatography column is at least partially introduced into a detector, which is characterized in that a composition containing the first solvent after leaving the Chromatography column is introduced in response to the detector signal in a collecting vessel of the fraction collector and the amount of liquid which is introduced into a collecting vessel of the fraction collector, depending on the proportion of the first solvent is selected.
  • the present invention in particular causes the
  • Profitability is improved, in particular, a high degree of filling of the collecting vessels of the fraction collector can be achieved. Furthermore, the
  • the process for operating a fractionation collector can be carried out very inexpensively and simply.
  • a very achieved high yield of the purified substances is achieved for many different gas-liquid mixtures.
  • volume flows of the aerosol are carried out without the economic benefits would be severely impaired.
  • the present method as well as the chromatographic equipment for carrying out a process can reduce the complexity and cost of the technical equipment required for the establishment of the SFC analysis. Also, HPLC equipment may be reconstructed for a preparative process Insert are provided.
  • Solvent composition is pumped into a chromatography column containing at least a proportion of a first solvent, which at
  • Normal conditions is liquid, and contains a proportion of a second solvent which is gaseous under normal conditions. It is therefore preferably an SFC, as set forth above and below.
  • inorganic or organic solvent which is liquid under the usual separation conditions, preferably at 25 ° C and atmospheric pressure (1023mbar).
  • a polar or nonpolar solvent can be used, depending on the nature of the compounds to be separated or purified.
  • substances are referred to in particular as the first solvent.
  • the first solvent is selected from alcohol, preferably
  • methyl ethyl ketone preferably ethyl acetate; or an ether, preferably tetrahydrofuran, an aliphatic hydrocarbon, preferably hexane, cyclohexane, heptane, octane; an aromatic hydrocarbon,
  • benzene preferably benzene, toluene, xylene. These compounds can be used singly or as a mixture.
  • a gas which can be relatively easily put into a supercritical state.
  • gases having these properties include carbon dioxide (CO 2 ), ammonia (NH 3 ), freon, xenon, with carbon dioxide (CO 2 ) being particularly preferred.
  • CO 2 carbon dioxide
  • NH 3 ammonia
  • freon freon
  • xenon xenon
  • the gas-liquid mixture to be brought into the supercritical state comprises a polar solvent and a gas which is selected from the group consisting of C0 2 , NH 3 , freon, xenon, preferably C0 2 .
  • the polar solvent is an alcohol, preferably methanol, ethanol or propanol, hexane, mixtures with
  • Dichloromethane, chloroform, water preferably up to a maximum of 3% by volume, otherwise a miscibility gap may occur
  • an aldehyde or a ketone preferably methyl ethyl ketone
  • an ester preferably ethyl acetate
  • an ether preferably tetrahydrofuran.
  • the gas-liquid mixture to be brought into the supercritical state comprises a non-polar solvent and a gas which is selected from the group consisting of C0 2 , NH 3 , freon, xenon,
  • the non-polar solvent is an aliphatic hydrocarbon, preferably hexane, cyclohexane, heptane, octane; on
  • aromatic hydrocarbon preferably benzene, toluene, xylene; an ester, preferably ethyl acetate; or an ether, preferably tetrahydrofuran.
  • composition flowing from the chromatography column is at least partially introduced into a detector according to the present method.
  • Detectors which can be used for this purpose are well known, in particular spectroscopic methods in which electromagnetic waves are used, such as UV, VIS spectroscopy are performed. In this case, it is also possible to use further detection methods which measure, for example, light scattering, fluorescence or the refractive index. Furthermore, mass spectrometers and / or conductivity detectors, etc. are often used.
  • a composition containing the first solvent is introduced after leaving the chromatography column in dependence on the detector signal in a collecting vessel of the fraction collector and the amount of
  • Liquid which is introduced into a collecting vessel of the fraction collector, depending on the proportion of the first solvent.
  • compositions that do not contain valuable substances are discarded, which is generally controlled by a control valve in the
  • Chromatography column into a waste container or similar directs.
  • the solvent composition pumped into a chromatography column is changed in the course of the chromatography.
  • Gas separator which is used in a preferred embodiment of the method minimized, preferably completely prevented. As a result, the separation quality of the system or the process can be surprisingly improved.
  • the proportion of first solvent in the range of 5 to 95 vol .-% and the proportion of the second solvent in the range of 5 to 95 vol .-%, based on the solvent composition can be provided.
  • the chromatography is carried out at a pressure in the range of 50 to 500 bar, preferably 75 to 400 bar.
  • the second solvent which is contained in the composition after the chromatography column, is at least partially separated before being introduced into the fraction collector.
  • Fraction collector separated and thereby at the same volume of Collection vessels rarely a change of collection vessels must be made.
  • a gas-liquid separator is used, wherein the pressure in the gas-liquid separator preferably in the range of 0.1 to 4 bar, preferably 0.5 to 3.5 bar and particularly preferably 1 to 3 bar is located (overpressure).
  • the chromatographic system comprises a back pressure regulator
  • the pressure in the gas-liquid separator is controllable
  • the regulation of the pressure is selected as a function of the solvent content of the gas-liquid mixture
  • the control can be designed so that at a high
  • Solvent content is provided a high pressure in the gas-liquid separator.
  • the fractionation is operated at a lower pressure than the gas-liquid separator, wherein preferably the pressure difference in the range of 0.1 to 4, preferably 0.5 to 3.5 bar and particularly preferably 1 to 3 bar is located.
  • the fractionation is preferably carried out at a pressure in the range from 0 to 1 bar (overpressure), more preferably 0 to 0.5 bar, especially preferably 0 to 0.2 bar.
  • overpressure which pressure is measured relative to atmospheric pressure or air pressure.
  • the detection of a fraction to be collected can be determined in a conventional manner, which are generally also used in related chromatography methods. This includes, for example, that a fraction at a certain signal level of the detector, for example, a UV / VIS detector is collected. Furthermore, a fraction can also be collected on the basis of a specific form of the signal, for example the predetermined change in the slope of the detector signal or a specific value of the slope of the signal
  • Fluid volume of the lines and devices between the detector to the separation point is taken into account, in which the fractions to be collected is separated from the fractions to be discarded. This period of time through which a
  • Calibration of the system is effected, thus enabling an optimal collection of the valuable fractions, can be carried out by methods known per se. For example, a trial run can be carried out on the basis of which
  • Time span can be estimated.
  • a dye can be used, which is visible on the fraction collector.
  • the time span between the detector signal, for example a UV / VIS signal, and the appearance of the colored fraction on the fraction collector gives these
  • Period of time In principle, this period can of course also be determined via the measured volume and the set volume flow (flow rate). These methods are known from the prior art since these Problem with any HPLC system with an automatic fractionation exists and is solved.
  • the proportion of the first solvent in the solvent composition is determined by the time at which the fraction collection begins, with a control unit preferably providing the time interval over the course of time
  • Solvent composition is entered and based on the
  • Collection is set, wherein in the control unit, the volume of the collecting vessel is deposited.
  • the partial volume of the first solvent is preferably determined at the time of detection, this value being determined, for example, from the
  • the gradient of this pump power and the time of detection can be obtained. From these values, the partial volume of the first solvent can be determined at the time of detection, which can preferably be used to determine the appropriate utilization of the volume of the collecting vessel.
  • Collection of the detected fraction is preferably made taking into account the amount of time it takes for the liquid to be collected to travel the distance between the detector signal and the fraction collection valve.
  • the degree of filling of the collecting vessel takes place via a summation of the volume, which is introduced into the collecting vessel over a period of time, wherein the individual volume components of the summation on the products of the flow rate, the period over which the
  • volume component is collected, and the proportion of the first solvent in the solvent composition at the start time of the respective
  • Volume component is determined, wherein in the control unit, the volume of the collecting vessel is deposited.
  • F G is the total volume flow ⁇ (t) is the volume fraction of the first solvent at time t
  • V max is the maximum volume of the receiver t s is the start time at which the detector signal indicates a fraction to be collected t n is the end time to which a fraction to be collected enters
  • Collection vessel can be initiated
  • the total volume is continuously calculated from the sum of the individual volume components and at the time (t n ) at which this is done
  • Total volume equal to the maximum volume of the collection vessel, sent to the fraction collector a signal to carry out a change of the collecting vessel.
  • V max the maximum volume of the collecting vessel
  • Liquid amount is at least 70%, preferably at least 90% of the maximum volume for the collecting volume of the collecting vessel, if the detection unit does not detect a new fraction. As a result, a very good utilization of the provided volume of the collection vessels can be achieved.
  • the collection vessel is generally changed.
  • the period over which the volume of a single volume component is calculated in the range of 0.01 to 10.0 s, preferably 0.1 to 5.0 s and more preferably 0.5 to 2.0 s is.
  • This flow rate represents the total flow rate.
  • Solvent which are each used as a mixture, results from the respective volume fraction.
  • the detector comprises a
  • Mass spectrometers and the time required to determine the mass spectrometry signal is taken into account in the control unit of the fraction collector.
  • an additional volume may be provided, which is arranged between the mass spectrometer and the fraction collector, so that the flow time of the fraction to be collected is large enough to allow reliable detection.
  • the fraction collector via a
  • Controlling unit is controlled and the control unit is in operative connection with the detector, wherein upon detection of a substance by the detector, a control pulse is passed to the fraction collector, a change of the
  • Fraction collector is controlled by a control unit and the
  • Control unit is in operative connection with the detector, wherein after
  • a control pulse is passed to the fraction collector, which causes a change of the collecting vessel.
  • This embodiment is preferred over the embodiment in which a change of the collecting vessel is effected at the beginning.
  • Another object of the present invention is a chromatography plant for performing a method, wherein the chromatography plant a Controlling, which is in operative connection with a detector and a fraction collector and the controller is programmable so that the amount of liquid that can be introduced into a vessel of the fraction collector, depending on the proportion of the first solvent is fixable.
  • Liquid chromatography is designed, for example, using supercritical C0 2 together with a solvent such as methanol. Accordingly, a chromatography unit designed for supercritical fluid chromatography has at least one storage tank for the first solvent and a storage tank for the supercritical fluid, for example C0 2 . In general, the fluid is out of the store
  • the pumps and / or the mixing element and the chromatography column can be provided with a temperature control in order to be able to set a given temperature in each case.
  • a temperature control in order to be able to set a given temperature in each case.
  • heat exchangers can be provided.
  • Substances can be carried out by known devices, for example injectors, which are preferably provided in the conduit in which the solvent is passed to the mixing element.
  • Injection device comprises, with which automatically samples in the
  • Chromatographiestrom can be injected.
  • the fluid leaving the chromatographic column is preferably at least partially supplied to a detection or analysis unit. Examples of one
  • Detection or analysis unit include UV detectors and / or
  • Mass spectrometry After the chromatography column and preferably after the detection or analysis unit is generally a back pressure regulator and preferably after the back pressure regulator, a heat exchanger is provided. The aerosol leaving the heat exchanger is preferably subsequently fed to a gas-liquid separator.
  • gas-liquid separator Preferably to be used gas-liquid separator are known from the prior art, for example, the document WO 2014/012962 A1, wherein the
  • An unexpected improvement of an impact separation can be achieved by the arrangement and design of a separation opening.
  • the gas volume provided in the impact separation can be reduced, so that the total volume of the gas-liquid separator can be reduced. This can surprisingly improve the separation efficiency of the chromatographic system.
  • a preferred gas-liquid separator comprises a separation area with an inlet nozzle, a baffle unit and a gas-conducting unit.
  • the deposition area is designed so that an impact separation is effected.
  • Impact separation means that the liquid droplets in the aerosol are directed against a baffle unit, whereby the liquid
  • Liquid droplets can form a liquid film.
  • a baffle unit here can serve any body against which the aerosol stream can be passed.
  • the aerosol stream may be directed against an upper region of the separation region, for example against an upper termination of the deposition region.
  • a protrusion for example a spike or the like, may be provided on which the aerosol flow is applied, so that the liquid droplets directed onto the impact unit are not thrown back or rebound from the impact unit, but form a film.
  • a preferred gas-liquid separator uses gravity in operation, which causes separation of gas and liquid. Accordingly, the term above refers to the orientation of the gas-liquid separator that is in operation so that a gas can flow upwards, while down is the opposite direction, through which a liquid leaves the gas-liquid separator.
  • the baffle unit is substantially planar and can be regarded as a baffle plate, wherein this baffle plate preferably forms a wall of the separation region and a
  • baffle unit or the baffle plate is not bent, but may have a surface structure, In a specific embodiment, the baffle plate is preferably designed without a surface structure, so that this surface is smooth.
  • the baffle preferably comprises a surface structure, this embodiment being preferred over one having a smooth surface.
  • the surface structure preferably
  • Elevations and depressions wherein the elevations with respect to the subsidence preferably a height in the range of 0.2 to 10 mm, more preferably in the range of 0.8 to 8 mm and particularly preferably in the range of 1, 5 to 5 mm show ,
  • the surface structure of the baffle unit has grooves, wherein the elevations and depressions of the grooves are preferably aligned in the direction of the, which is formed by the inlet nozzle and the Abscheideö réelle, or parallel to this direction.
  • baffle unit By a structured surface of the baffle unit, preferably as
  • the volume of the gas-liquid separator can be kept particularly small and so the separation efficiency can be improved.
  • the substances to be separated may have a relatively small difference in transit time, without thereby nullifying their separation in the gas-liquid separator.
  • the degree of separation of the liquid can the aerosol with respect to the volume of the gas-liquid separator can be improved.
  • the baffle preferably has a surface area with a surface energy of at least 10 mN / m, more preferably at least 15 mN / m, and especially preferably at least 20 mN / m.
  • the baffle preferably has a surface area with a surface energy in the range of 15 to 120 mN / m, more preferably in the range of 20 to 80 mN / m, and especially preferably in the range of 22 to 60 mN / m preferably at least 80%, more preferably at least 90%, of the surface area of the baffle has a surface energy in the range of 20 to 80 mN / m, more preferably in the range of 22 to 60 mN / m.
  • This surface energy can be achieved by an appropriate choice of material from which the baffle unit is made.
  • the baffle unit may have a surface area with a coating to adjust the aforementioned surface energy, wherein preferably at least 80%, more preferably at least 90% of the
  • the surface energy is determined by the method of Ownes-Wendt-Rabel & Kaelble.
  • test series are carried out with the standard Busscher series, in which the test liquids used were water [SFT 72.1 mN / m], formamide [SFT 56.9 mN / m, diiodomethane [SFT 50.0 mN / m] and alpha Bromonaphthalene [SFT 44.4 mN / m] can be used.
  • the measurement is carried out at 20 ° C.
  • an inlet nozzle is preferably provided in the separation region of the gas-liquid separator. Through the inlet nozzle, the aerosol is directed into the gas-liquid separator, in particular into the separation region of the gas-liquid separator.
  • inlet nozzle is preferably designed such that a through the
  • Inlet nozzle guided gas-liquid stream is acted upon against the baffle unit, as has already been set out above with regard to the baffle unit.
  • the shape and type of the inlet nozzle are not critical, so that it can be selected by the skilled person within the scope of his abilities.
  • the inlet nozzle may be designed such that the aerosol is directed onto the baffle unit in the form of a very narrow jet.
  • the inlet nozzle may also be designed to direct a cone-shaped puffing mist onto the baffle unit.
  • the nozzle can terminate with the wall of the deposition region or protrude over a projection into the separation region.
  • the embodiment with a projection is advantageous if the baffle unit is provided in the upper end of the separation region.
  • the inlet nozzle is designed in the form of a simple bore or a simple opening.
  • the inlet nozzle provided in the separation region has an entry surface that is substantially circular.
  • Inlet nozzle an entrance surface in the range of 0.05 mm 2 to 20 mm 2 , preferably in the range of 0.5 mm 2 to 15 mm 2 , more preferably in the range of 0.5 mm 2 to 10 mm 2, and especially preferably in the range of 0.8 mm 2 to 5 mm 2 .
  • the inlet nozzle provided in the separation region has an entry surface in the range from 2 mm 2 to 40 mm 2 , preferably in the range from 4 mm 2 to 20 mm 2 and especially preferably in the range from 5 mm 2 to 15 mm 2 has. This value refers to the size of a single inlet nozzle if multiple inlet nozzles are used.
  • This value refers to the size of a single inlet nozzle if multiple inlet nozzles are used.
  • Abscheidegereich inlet volume to the volume of the gas-liquid separator in the range of 0.01 mm 2 / ml to 1 mm 2 / ml, preferably in the range of 0.04 mm 2 / ml to 0.4 mm 2 / ml, more preferably in the range of 0.08 mm 2 / ml to 0.25 mm 2 / ml, and more preferably in the range of 0.08 mm 2 / ml to 0.17 mm 2 / ml.
  • This value refers to the sum of the areas of all used
  • Inlet nozzles if several inlet nozzles are used.
  • Abscheidegereich inlet volume to the volume of the deposition range in the range of 1: 3 mm 2 / ml to 1: 50 mm 2 / ml, preferably in the range of 1: 5 mm 2 / ml to 1: 20 mm 2 / ml and especially preferably in the range from 1: 7 mm 2 / ml to 1: 15 mm 2 / ml.
  • the ratio of the entrance surface of the inlet nozzle provided in the separation region to the volume of the deposition region is in the range from 4: 1 mm 2 / ml to 1: 50 mm 2 / ml, preferably in the range of 1: 1 mm 2 / ml to 1: 20 mm 2 / ml and especially preferably in the range of 2: 3 mm 2 / ml to 1: 5 mm 2 / ml.
  • This value refers to the sum of the areas of all inlet nozzles used, if several inlet nozzles are used.
  • one or more inlet nozzles can be provided in the separation area. In the event that a plurality of inlet nozzles are provided, these are preferably aligned parallel.
  • the gas-aerosol mixture is passed through exactly one inlet nozzle into the deposition area, preferably to the baffle unit located in the separation area.
  • the inlet nozzle is configured such that a gas-liquid stream directed through the inlet can be acted upon against the baffle unit and the angle with which a gas-liquid stream conducted through the inlet nozzle can be acted upon by the baffle unit, preferably in the region of 50 to 130 °, more preferably in the range of 70 to 1 10 °. This angle can be provided.
  • the inlet nozzle should be chosen so that the liquid droplets of the aerosol do not become too small.
  • the gas-liquid separator preferably has a separation opening, which is arranged between separation region and separation region, so that there is a gas and liquid-open connection between these regions.
  • Separation opening is preferably effected an inertial separation.
  • the gas preferably accelerates the liquid so that the liquid is transferred to the separation area at a higher speed than without this gas acceleration. This remains the
  • Liquid film preferably on a wall of the Abscheide Schemes, the
  • baffle unit is preferably designed as part of the baffle unit and / or the gas-conducting unit, in the form of a film and passes directly into the separation area without the liquid film leaving this wall, which merges into the separation area.
  • gas phase does not adhere to a wall, but is able to escape upwards and pass into the gas discharge area.
  • the liquid is discharged into the separation area and taken out of the gas-liquid separator via the liquid outlet provided in the separation area.
  • the deposition opening has an exit surface which is slit-shaped or has a plurality of openings arranged in parallel, which may be for example U-shaped, V-shaped or circular.
  • the distance of the inlet nozzle from the baffle unit is greater than the smallest longitudinal extent of the separation opening. This results in the distance the inlet nozzle from the baffle unit from the path of the aerosol from leaving the inlet nozzle to impinging on the baffle unit.
  • the smallest longitudinal extent of the separation opening relates to the width or length of the separation opening, wherein the extent of the plane up to the edge of the separation opening is related to the plane between separation area and separation area, which leads to a minimum area of the separation opening.
  • Separation opening is located, the length of the longest extent of the
  • the separation opening is slit-shaped, this preferably has a gap width in the range from 0.1 mm to 1.5 mm, particularly preferably 0.3 mm to 1.0 mm and especially preferably 0.4 mm to 0.7 mm (smallest linear expansion).
  • the length of the gap is given by the circumference in the case of a circular or elliptical separation opening, these values preferably being in the range of 5 mm to 120 mm, particularly preferably in the range of 10 mm to 60 mm.
  • a non-circular or non-elliptical separation opening having a gap shape which is preferably characterized by two ends
  • its length is preferably in the range of 3 to 80 mm, preferably in the range of 5 to 50 mm, particularly preferably in the range of 15 to 30 mm.
  • the separation opening is realized by a plurality of parallel openings, which may be for example U-shaped, V-shaped or circular, the dimensions set out above apply correspondingly, the openings preferably having a width in the range of 0.1 mm to 1.5 mm, more preferably 0.3 mm to 1, 0 mm and particularly preferably 0.4 mm to 0.7 mm (smallest length).
  • the openings may preferably have a width in the range of 0.1 mm to 3.0 mm, particularly preferably 0.3 mm to 2.0 mm and especially preferably 0.4 mm to 1.5 mm (smallest linear expansion).
  • the gap width is measured perpendicular to the length or circumference of the gap and is the smaller longitudinal extent of the gap opening, which can be considered as a transition plane from the separation area to the separation area.
  • Transition plane has the smallest two-dimensional extent in the region of the transition from the separation region into the separation region.
  • the deposition opening has an exit area in the range of 10 to 120 mm 2 , more preferably in the range of 15 to 60 mm 2, and particularly preferably in the range of 15 to 40 mm 2 .
  • the deposition opening has an exit area in the range of 10 to 120 mm 2 , more preferably in the range of 15 to 60 mm 2, and particularly preferably in the range of 15 to 40 mm 2 .
  • the deposition opening has an exit area in the range of 10 to 120 mm 2 , more preferably in the range of 15 to 60 mm 2, and particularly preferably in the range of 15 to 40 mm 2 .
  • the deposition opening has an exit area in the range of 10 to 120 mm 2 , more preferably in the range of 15 to 60 mm 2, and particularly preferably in the range of 15 to 40 mm 2 .
  • Abscheideö réelle have an exit area in the range of 10 to 180 mm 2 , more preferably in the range of 15 to 120 mm 2, and more preferably in the range of 30 to 100 mm 2 . Furthermore, it can be provided that the ratio of the exit surface of the separation opening to the volume of the gas-liquid separator in the range of 0.05 mm 2 / ml to 2 mm 2 / ml, more preferably in the range of 0.1 mm 2 / ml to 1 mm 2 / ml and especially preferably in the range of 0.3 mm 2 / ml to 0.8 mm 2 / ml.
  • the ratio of the exit surface of the separation opening to the volume of the gas-liquid separator in the range of 0.05 mm 2 / ml to 6 mm 2 / ml, particularly preferably in the range of 0.3 mm 2 / ml to 3 mm 2 / ml and especially preferably in the range of 0.5 mm 2 / ml to 2.0 mm 2 / ml.
  • the spatial form of the separation area is not critical and can be the
  • a gas-conducting unit is preferably formed in the separation area.
  • the gas guide unit causes a change in the
  • the cross-sectional area of the deposition area may be, for example, circular, for example from the inlet nozzle in the direction of
  • Separating opening is preferably narrowed in a wedge shape.
  • the deposition area has no
  • Separation region preferably comprises at least three side walls, which define together with an upper termination of a space, which over the Separation opening is connected to the separation area.
  • This embodiment in which the separation region does not comprise a circular cross-sectional area, but has a cross-sectional area with corners, in particular a triangular, quadrangular, pentagonal or hexagonal cross-sectional area, particularly preferably a rectangular one, is easier to produce to a required precision, whereby the volume of the gas-liquid Separator can be better adapted to the requirements.
  • gas-liquid separators can be provided which are suitable for particularly small volume flows.
  • gas-liquid separators with a circular cross-sectional area gas-liquid separators with a non-circular, preferably one
  • the gas-conducting unit has at least two substantially planar side walls which can be regarded as gas-conducting plates, these gas-conducting plates preferably forming walls of the separating area. These two substantially planar sidewalls may converge to form a wedge shape.
  • the gas guide unit has at least two side walls, wherein at least one of the side walls is bent so that a concave shape is provided such that the two side walls can converge, wherein in the upper region of the deposition area, which through the Given the proximity of the inlet nozzle, the distance between the
  • the gas-conducting unit has a
  • Side wall preferably at least two side walls causes a change in the flow rate of a gas.
  • the cross-sectional area of the gas-conducting unit at least extends from the inlet nozzle in the direction of the separation opening partially decreases, preferably in the area facing the separation opening, so that the planes which are perpendicular to the flow direction of the gas-liquid mixture, smaller, this decrease is preferably continuous, so preferably at least two of the side walls of the gas guide unit in longitudinal section form a wedge shape ,
  • the separation region comprises an upper termination, wherein this upper termination comprises a bend or an angle, wherein the highest point of the bend or the angle is preferably arranged centrally, and is thus in line with the inlet nozzle which are parallel to the gas flow direction or the direction of flow of the liquid, ie parallel to the direction of gas inlet liquid outlet opening, the upper end preferably merges into two side walls, so that the transition between the side walls and the upper end is curved.
  • the separation area comprises at least four side walls which, together with an upper termination, define a space forming the gas conduction unit, wherein one of the side walls is formed as a baffle unit, this space via the separation opening connected to the separation area.
  • the separation region comprises at least four side walls defining a space together with an upper termination
  • the distance between two opposite side walls is greater than half the distance of the inlet nozzle from the baffle unit.
  • at least four side walls are provided, which together with an upper termination define a space, the ratio of the distance between two opposite ones
  • Abscheide Trials is provided, particularly preferably in the upper third of Abscheide Scheme, wherein this direction results from the arrangement of the inlet and the liquid outlet, so that the inlet nozzle is disposed above the liquid outlet.
  • a gas-liquid separator according to the invention has a separation region.
  • the separation area as previously indicated, the phases are separated, the separation area a
  • Liquid outlet via which the liquid phase of the gas-liquid separator can be removed.
  • the gas phase is directed into the gas discharge area.
  • the separation region is connected to the gas discharge region via an opening and is in flow contact therewith.
  • the separation region with a liquid outlet comprises a bottom, which preferably comprises a curvature, a curve, an angle or another shape, which leads to a taper, wherein the
  • Liquid outlet is provided in the region of the lowest point of the soil.
  • the liquid outlet is provided in the lower region of the separation region, particularly preferably in the lower third of the separation region
  • the inner surface of the separation area has a surface area with a surface energy in the range from 15 to 120 mN / m, more preferably in the range from 20 to 80 mN / m and especially preferably in the range from 22 to 60 mN / m, wherein preferably at least 80%, particularly preferably at least 90% of the surface of the separation region has a surface energy in the range of 20 to 80 mN / m, particularly preferably in the range of 22 to 60 mN / m.
  • the difference of the surface energy of the inner surface of the separation area to
  • the separation region has a cross-sectional area in the region of the inlet nozzle which is at least 80%, preferably at least 90%, of the maximum cross-sectional area of the separation region, the cross-sectional areas being related to the planes perpendicular to the impaction unit and perpendicular to the main impact point of the separation nozzle Gas-liquid mixture opening,
  • the Gasausleit Scheme serves to divert the gas phase from the gas-liquid separator, so that it comprises a gas outlet.
  • the Gasausleit Scheme is designed so that the
  • Gas velocity at the gas outlet is maximum, preferably the
  • Gas velocity in the gas flow direction from the separation area towards the gas outlet increases.
  • a suction effect can be generated, which leads to a safe and low-maintenance operation of the gas-liquid separator.
  • this can reduce the volume of the gas-liquid separator without its performance in other properties, such as the separation properties decreases.
  • the cross-sectional area preferably tapers from the separation area to the gas outlet.
  • the gas discharge region may be such that the area of imaginary planes, which are perpendicular to the direction from the separation region to the gas outlet, decreases starting from the separation region towards the gas outlet, this decrease preferably is continuous, wherein preferably the gas-conducting unit forms a side wall of the Gasausleit Schemes and in longitudinal section this side of the gas-conducting unit with a further side wall of the Gasausleit Schemes a wedge shape.
  • Gasausleit Schemes is provided, particularly preferably in the upper third of Gasausleit Schemes, this direction results from the arrangement of the inlet nozzle and the liquid outlet, so that the inlet nozzle above the
  • Liquid outlet is arranged. Furthermore, it can be provided that the inner surface of the gas discharge region has a surface area with a surface energy in the range from 10 to 40 mN / m, preferably at least 80%, particularly preferably at least 90%, of the surface of the gas discharge region having a surface energy in the range from 10 to 30 mN / m has.
  • the separation region is arranged above the separation region and the gas discharge region is arranged above the separation region, this direction resulting from the arrangement of the inlet nozzle and the liquid outlet, so that the inlet nozzle is arranged above the liquid outlet.
  • Separation region is arranged and the Gasausleit Scheme is arranged above the separation region, this direction results from the arrangement of the inlet nozzle and the liquid outlet, so that the inlet nozzle is arranged above the liquid outlet.
  • the volume ratio of separation region to separation region is preferably in the range from 4: 1 to 1:10, preferably in the range from 2: 1 to 1: 6 and especially preferably in the range from 1: 1 to 1: 3 ,
  • Volume ratio of separation region to Gasausleit Scheme preferably in the range of 10: 1 to 1:10, preferably in the range of 5: 1 to 1: 5 and more preferably in the range of 2: 1 to 1: 2, is located.
  • the volume ratio of separation region to gas discharge region is preferably in the range from 10: 1 to 1: 4, preferably in the range from 6: 1 to 1: 2 and especially preferably in the range from 3: 1 to 1: 3 ,
  • the height of the deposition region is preferably in the range of 1 cm to 100 cm, particularly preferably in the range of 5 cm to 20 cm.
  • the height of the separation region is preferably in the range of 0.5 cm to 20 cm, particularly preferably in the range of 2 cm to 5 cm.
  • the height of the gas discharge region is preferably in the range from 0.5 cm to 20 cm, particularly preferably in the range from 2 cm to 5 cm.
  • the ratio of the height of the separation region to the height of the separation region is preferably in the range from 1: 2 to 10: 1, more preferably in the range from 1: 1 to 7: 1 and especially preferably in the range from 3: 1 to 6: 1 lies.
  • the ratio of the height of the separation region to the height of the gas discharge region is in the range from 2: 1 to 1:10, particularly preferably in the range from 1: 1 to 1: 7 and particularly preferably in the range from 1: 3 to 1: 6 lies ..
  • the separation opening forms the separation between separation area and separation area, wherein the plane in which the separation opening ends marks the transition to the separation area.
  • the transition between separation area and Gasausleit Scheme is also marked by an opening, which is relatively large compared to the separation opening.
  • This opening is defined by the plane which is arranged at the level of the separation opening and perpendicular to the direction of the gas flow direction of the gas-liquid mixture in the separation region or parallel to the flow direction of the gas phase, as soon as the separation of the
  • Separation region coming into the separation area merges or parallel to the liquid level during operation.
  • the plane defined by the extent of the opening is selected to be the minimum area between
  • Abscheidegereich inlet inlet and baffle inlet in the range of 5: 1 mm 2 / mm to 1: 10 mm 2 / mm, preferably 2: 1 mm 2 / mm to 1: 5 mm 2 / mm.
  • a preferred gas-liquid separator may be made of any known material as long as the requirements imposed by the solvents and the physical conditions are satisfied.
  • a transparent material can be used, through which the separation process is visible, so that when a deposit or the like a rapid error analysis is possible.
  • the gas-liquid separator may be made of metals, which are preferably acid and base resistant, from mineral glasses and / or plastics, for example fluoropolymers, polyetheretherketone (PEEK) or similar materials, which are preferably solvent resistant.
  • metals which are preferably acid and base resistant, from mineral glasses and / or plastics, for example fluoropolymers, polyetheretherketone (PEEK) or similar materials, which are preferably solvent resistant.
  • the gas-liquid separator preferably has a volume in the range from 20 ml to 100 ml, particularly preferably in the range from 20 ml to 70 ml, especially preferably in the range from 20 ml to 50 ml.
  • the height of the gas-liquid Separator preferably in the range of 8cm to 150cm, more preferably in the range of 10cm to 12cm, the height through the
  • the width and depth of the gas-liquid separator are each preferably in the range of 15mm to 60mm, more preferably in the range of 15mm to 25mm.
  • the gas-liquid separator is not cylindrical, preferably not circular cylindrical, preferably one in the Substantially cuboidal basic structure having an upper and a lower arcuate cover.
  • gas-liquid separator can be configured separable, so that individual components can be assembled and disassembled. As a result, the gas-liquid separator can be easily cleaned when dirty. For example, an im
  • Substantially cuboid basic body can be produced with a suitable recess, on which a cover, which serves over a side wall
  • the serving as a cover side wall can take over the function of the baffle and / or take over as part of the gas guide unit, as described above.
  • a further part of the gas-conducting unit, which furthermore preferably constitutes a side wall of the gas discharge region, can be fastened in the substantially parallelepiped basic body with a suitable cut-out by means of a positive connection, by welding, preferably laser welding, gluing or the like, so that the above-described Areas, in particular at least one separation area, at least one separation area and at least one Gasausleit Scheme arise.
  • the gas-liquid separator can generally be operated at atmospheric pressure. However, an accumulation of larger quantities
  • the gas-liquid separator at a moderate internal counter-pressure of, for example, in the range of 0.1 bar to 4 bar operated by a back pressure regulator. Accordingly, can
  • the chromatography system after the gas outlet is provided a back pressure regulator, which is preferably in the range of 1 bar to 4 bar overpressure (absolute pressure 2 bar to 5 bar), preferably 2 bar to 3 bar overpressure adjustable.
  • a back pressure regulator which is preferably in the range of 1 bar to 4 bar overpressure (absolute pressure 2 bar to 5 bar), preferably 2 bar to 3 bar overpressure adjustable.
  • fluid component provided liquid component allows automated fractionation, which can be operated under atmospheric pressure.
  • gas-liquid separator and comparable to conventional HPLC analysis, a fully automatic fraction collection can also be realized for the SFC analysis. Since inner walls and components of the gas / liquid separator are substantially permanently moistened in the separation and separation areas, not only can a self-cleaning effect develop, but also a relatively low degree of cross-contamination of samples can be achieved. As a further advantage, the separator induces a relatively low peak broadening in the resulting chromatograms.
  • the gas phase of the aerosol can be collected and treated depending on the nature of the gas or, for example, when using C0 2 are released into the environment.
  • the chromatography system has a gas-liquid separator and a control valve is provided after the gas outlet of the gas-liquid separator.
  • the liquid phase of the aerosol is collected in a fraction collector.
  • the collected fractions are particularly preferred automatically as
  • Treatment or disposal may be subjected.
  • the connecting line between the liquid outlet of the gas-liquid separator and the fraction collector may preferably be designed so that residues of the gas phase, preferably C0 2 -Reste can escape via this compound.
  • the chromatography plant has a gas-liquid separator and after the gas-liquid separator, a device for further separation of gas is provided, preferably a gas-permeable hose.
  • a semipermeable plastic material may be used, for example Teflon, more preferably AF 2400 (commercially available from DuPont).
  • the number and size of collection vessels within the fraction collector are not subject to any particular limitation.
  • the number and size of collection vessels within the fraction collector are not subject to any particular limitation.
  • the number and size of collection vessels within the fraction collector are not subject to any particular limitation.
  • the number and size of collection vessels within the fraction collector are not subject to any particular limitation.
  • Fraction collector at least 5 collection vessels, preferably at least 10
  • the fraction collector comprises collecting vessels, the one Have collection volume in the range of 5 to 500 ml, preferably 10 to 100 ml.
  • the fraction collector preferably comprises collecting vessels which have substantially the same collecting volume. A substantially the same
  • Collecting volume means, for example, that the collection volume of the individual collection vessels differs by at most 10 ml, preferably by at most 5 ml.
  • the collecting vessels of the fraction collector are designed as impact precipitators, wherein preferably the introduction of the fraction to be collected takes place at an angle in the range of 70 to 120 °, relative to the vertical, against a wall of the collecting vessel.
  • the chromatography system comprises a UV detector. Furthermore, it can be provided that the chromatography system comprises a mass spectrometer as a detector. In a particularly preferred embodiment, the system comprises a UV detector and a mass spectrometer.
  • the SFC chromatographic system is preferably operable at a flow rate in the range of 10 ml / min to 450 ml / min, more preferably in the range of 50 ml / min to 300 ml / min, and especially preferably 100 ml / min to 250 ml / min. Furthermore, it can be provided that the SFC chromatography system
  • the process according to the invention can also be carried out with conventional HPLC plants after manageable conversions.
  • a conversion kit is also provided by which a high performance liquid chromatography (HPLC) system can be converted to an SFC system.
  • HPLC high performance liquid chromatography
  • a kit preferably comprises at least one gas-liquid separator as described above.
  • the kit contains another component, as described below, to convert a HPLC plant into an SFC system, such as heat exchangers or back pressure regulators.
  • control unit of a HPLC system is not freely accessible, but on the input of conventional parameters, such as flow rate, volume of
  • Liquid is needed to measure the distance between the detector signal and the
  • a variable flow rate, as this results from a preferred separation of the second solvent at the fraction collector, can often not be programmed into the control unit of a HPLC system.
  • a programmable logic controller PLC unit may preferably be provided.
  • a second control unit for example a programmable logic controller (PLC unit), is furthermore provided.
  • PLC unit programmable logic controller
  • the pump in particular the pump for the first solvent and / or the
  • the second control unit for example the SPS unit
  • the detection unit for example a mass spectrometer and / or a UV detector, in order, for example, to send a control signal to the control unit of the HPLC system.
  • the flow rate of the first solvent can preferably be determined, which can be done for example by measuring the first solvent flow before or after the solvent pump with a flow sensor.
  • pumps can be used which allow a readout of the signals provided by the chromatography software.
  • the corresponding signals are passed to the second control unit, for example, the PLC unit and processed by the latter.
  • the system dead volume between the pump and the fraction collecting valve is preferably determined. This dead volume creates a
  • the dead volume consists of the inner volume of all Kappilaren / piping between the pump and
  • a UV-absorbing solvent can be used, for example, as the second solvent
  • the second control unit for example, the PLC unit of the control unit of the HPLC system provides a control signal, this depending on the concrete
  • the second control unit for example the PLC unit
  • the second control unit can be connected to the control unit of the HPLC system via an input for a further detector or via a corresponding interface.
  • the second control unit such as the PLC unit are interposed, so that the signals of the detector first in the second control unit, such as the PLC unit be guided and from the second control unit, for example, the PLC unit then in the control unit of the HPLC system.
  • the volume value of a collecting vessel of the fraction collector should be set correspondingly high to prevent premature switching by the control unit of the HPLC plant.
  • the volume value of a collector of the fraction collector of at least 300 to 400 ml, depending on the proportion of the first solvent.
  • a second control unit which is designed for example as a PLC unit, at least partially, wherein the second control unit, such as the PLC - Unit is in operative connection with the fraction collector and preferably the second control unit, for example, the PLC unit data on the
  • the second control unit for example, the PLC unit
  • Detector data preferably provided signals of a UV detector.
  • the control of the fraction collection valve is preferably at least partially configured via the control unit of the HPLC system.
  • Signal recognition of a signal detected by a detector as a fraction to be collected preferably realized by the control unit of the HPLC system, while a change of the collecting vessel preferably via the second control unit, which is designed for example as a PLC unit, is effected.
  • the signal recognition can take place, for example, via a threshold value (signal height) and the slope of the signal curve or other factors of the signal detected by the detector and transmitted to the control unit of the HPLC system, whereby it correspondingly switches the fraction collection valve and fills the collecting vessel.
  • the collection vessel is filled until the signal no longer meets the criteria, for example, a detected peak falls below the intended threshold. If the collection time for this peak is longer than the specified volume of the collection vessel, the collection process is interrupted for a short time in order to continue the collection process at the next empty collection vessel.
  • Embodiments of the fraction collection valve are present, since preferably the second solvent is mainly separated and to be collected
  • compositions predominate containing the first solvent.
  • the calculation of the maximum filling level by the control unit of the HPLC system is preferably avoided by the fact that in the software for controlling the HPLC system a fraction collection volume is deposited, which
  • signal detection peak detection
  • peak detection is preferably unaffected in this case.
  • Fraction end still takes place via the software of the control unit of the HPLC system. Since, in preferred embodiments, a steadily increasing flow gradient is applied to the fraction collection valve, the maximum fraction collection time decreases correspondingly.
  • the maximum fraction collection time is therefore preferably provided by a second control unit, for example a PLC unit.
  • the flow rate is determined, which can be done according to the above method.
  • the gradient of the first solvent is preferably in a
  • Memory array of the second control unit such as the PLC unit periodically stored.
  • F L i (t) is the volume flow of the first solvent at time t (measured at or calculated for the fraction collection valve)
  • AA S is the time period over which the volume of a single volume component is computed, resulting from the resolution of the storage array.
  • the resolution of the memory array results from the number of Memory cells and the dead time of the system (running time between pump outlet and fraction collection valve).
  • V max is the maximum volume of the collection vessel t s is the start time at which the detector signal indicates a fraction to be collected and to which t n is the end time to which a fraction to be collected enters
  • Collection vessel can be initiated
  • the total volume is continuously calculated from the sum of the individual volume components and at the time of this
  • Total volume equal to the maximum volume of the collection vessel, sent to the fraction collector a signal to carry out a change of the collecting vessel.
  • V max the maximum volume of the collecting vessel
  • the PLC (via the control voltage of the valve) receives the signal for integrating the
  • Solvent corresponds to the fraction collection valve, is accurate to the second summed up and compared with the deposited fraction volume. If the totalized fraction volume is equal to the deposited fraction volume (stored in the PLC), a signal is sent by the PLC to the chromatography software for changing the fraction collection vessel. The type and length of this signal depends on the HPLC system to be rebuilt. For example, a corresponding signal can be sent via the input of the UV detector to the HPLC control unit, which is for example 500 ms long.
  • the chromatographic software has previously programmed a corresponding trigger ("trigger") so that the UV detector and "PLC detector” are logically linked.
  • Memory clock 1Hz (every second a new memory line is written)
  • V max maximum fraction volume
  • the HPLC system to be rebuilt has a significant delay between switching signal and actual switching on the fraction collection valve, this switching delay must be taken into account when calculating the volume. This is often the case, if the rebuilt HPLC system For example, equipped with a mass spectrometer.
  • the evaluation of the mass spectrometry signal generally requires a relatively large period, which is often in the range of 1 s to 10 s, for example about 4 s to 6 s. In many cases, an additional volume is therefore provided in these systems, as previously and subsequently explained in more detail.
  • the degree of filling of the collecting vessel takes place via a summation of the volume, which over a period in the
  • Collection vessel is introduced, wherein the individual volume components of the summation on the products of the flow rate, the period over which the volume component is collected, and the proportion of the first solvent in the solvent composition at the start time of the respective
  • Volume component is determined, taking the time to determine the
  • Mass spectrometry signal is required by an extra volume in the
  • F L i (t) is the volume flow rate of the first solvent at time t (measured at the fraction collection valve
  • AA S is the time period over which the volume of a single volume component is computed, resulting from the resolution of the storage array.
  • the resolution of the memory array results from the number of memory cells and the dead time of the system (running time between
  • V max is the maximum volume of the collection vessel t s is the start time at which the detector signal indicates a fraction to be collected and to which t n is the end time to which a fraction to be collected enters
  • Collection vessel can be initiated
  • T v is the delay period, ie the time interval between the switching signal and the actual circuit at the fraction collection valve
  • Volume calculation adds the volume of the following 6s from the beginning to it.
  • the gradient curve is permanently monitored for the period of the 6s.
  • F (t ) currently corresponds to the respective flow of the first solvent, where F (t ) currently corresponds to the end F (t) G end.
  • Figure 1 is a schematic representation of a chromatographic system for
  • Figure 2 is a schematic longitudinal sectional view of a preferred embodiment
  • Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a preferred embodiment
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a preferably usable gas-liquid separator
  • Figure 1 shows a schematic representation of a chromatography system 100 with a gas-liquid separator 130 according to the invention, which for a
  • Storage tank 104 is provided, which can be funded via a respective pump 106, 108 from the storage tanks 102, 104 to the other components of the system.
  • a preparation stage 1 10, 1 12 is preferably provided in each fluid supply line, via which the liquids can be tempered. Furthermore, a leveling of the pressure fluctuations indicated by the pumps can be provided. Accordingly, this preparation stage may be formed, for example, as a heat exchanger or as a pump.
  • an addition unit may preferably be 14 be provided, for example, an injector over which a réelletuted.
  • Chromatography column 1 18 are supplied.
  • the chromatographic column 1 18 are two
  • Downstream analysis units for which purpose a Probeausleitmaschine 120 is connected to a mass spectrometer 122 and after the Probeausleitech a UV detector 124 is provided.
  • a device for providing an additional volume 125 is set forth here, which serves in particular to increase the transit time of the liquid in order to be able to evaluate results of, for example, the mass spectrometer 122.
  • the back pressure regulator 126 provided in the conduit downstream of the additional volume provision means 125 maintains the respective pressure necessary for the fluid to remain in a supercritical state.
  • Back pressure regulator 126 is a heat exchanger 128 is provided which prevents freezing of the aerosol during the expansion process. Subsequently, the aerosol is introduced into a gas-liquid separator 130 according to the invention, wherein the gas of the system is discharged via outlet 132.
  • the liquid is introduced into a fraction collector 134 and fractionated therein.
  • the solvent contained in the fractionated samples can be removed from the samples.
  • Figure 2 describes a preferably usable gas-liquid separator 10 in a longitudinal sectional view.
  • the gas-liquid separator 10 comprises a separation region 12 with an inlet nozzle 14, a baffle unit 1 6 and a gas-conducting unit 18.
  • the gas-conducting unit 18 is formed by the baffle plate 16 constructed here as a baffle plate
  • Gas acceleration plate 20 and not shown in longitudinal section further two side walls formed. Shown is in particular the present wedge-shaped form of the separation region 12, through which a gas is accelerated from the region of the inlet nozzle 14 toward the separation opening 22.
  • the baffle plate 1 6 formed here as a baffle plate may have a structured or smooth surface.
  • the gas acceleration plate 20 may be flat from the direction of the inlet nozzle 14 in the direction of the separation opening 22 or slightly curved concavely, so that the presently apparent decrease in the distance between the baffle plate 1 6 and the gas acceleration plate 20 is reduced.
  • the separation region 12 is delimited by an upper termination 24.
  • the gas-liquid separator 10 comprises a separation region 26 with a
  • Liquid outlet 28 wherein the separation region 26 is connected to the separation region 12 via the separation opening 22, so that the separation region 12 is in flow contact with the separation region 26.
  • the baffle plate 1 6 formed as a baffle plate forms a side wall of the separation region 26.
  • the bottom of the gas-liquid separator 10 is formed by the lower end of the separation region 26.
  • This floor can be designed so that the liquid outlet 28 is provided at the lowest point of the floor.
  • the gas phase is separated from the liquid phase, wherein preferably the gas is accelerated by the gas guide unit 18 in the direction of the separation opening 22, so that the liquid is transferred in the direction of the bottom of the separation region 26.
  • the gas phase is conducted into the gas discharge region 30 via the opening 34, which is provided between gas discharge region 30 and the separation region 26.
  • Gas discharge region 30 is in the present case designed such that the gas is accelerated in the direction of gas outlet 35, which is provided in gas discharge region 30.
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of a preferably usable gas-liquid separator 10, wherein like reference numerals describe like parts.
  • the side walls 36, 38 of the gas-liquid separator 10 are shown. Furthermore, the supply line 40 of the aerosol and the discharge line for the gas 42 are shown.
  • baffle unit 1 6 has a groove-shaped surface structure.
  • Figure 4 shows a schematic plan view of a preferably usable gas-liquid separator 10, wherein like reference numerals describe like parts.
  • the preferred embodiment of the lower end 44 of the separating region 26 and of the upper end 24 of the separating region 12, which in the present case are configured in an arc shape, is apparent.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Fraktionierungssammlers bei einer Chromatographie, wobei eine Lösungsmittelzusammensetzung in eine Chromatographiesäule gepumpt wird, die zumindest einen Anteil an einem ersten Lösemittel enthält, das bei Normalbedingungen flüssig ist, und einen Anteil an einem zweiten Lösemittel enthält, das bei Normalbedingungen gasförmig ist, und die aus der Chromatographiesäule fließende Zusammensetzung zumindest teilweise in einen Detektor eingeleitet wird, wobei eine das erste Lösungsmittel enthaltende Zusammensetzung nach dem Verlassen der Chromatographiesäule in Abhängigkeit des Detektorsignals in ein Sammelgefäß des Fraktionssammlers eingeleitet wird und die Menge an Flüssigkeit, die in ein Sammelgefäß des Fraktionssammlers eingeleitet wird, in Abhängigkeit des Anteils an dem ersten Lösungsmittel gewählt wird. Weiterhin beschreibt die vorliegende Erfindung eine Chromatographieanlage zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Fraktionierungssammlers bei einer
Chromatographie
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines
Fraktionierungssammlers bei einer Chromatographie sowie eine Chromatographie- Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
Durch eine überkritische Flüssigkeitschromatographie (SFC, Supercritical Fluid Chromatography) können viele Vorteile erzielt werden, so dass verschiedene
Substanzen besonders einfach und zuverlässig getrennt, chemisch analysiert, identifiziert und quantifiziert werden können. Bei Verwendung von Kohlendioxid (C02) als Flüssigkeit in SFC-Anwendungen wird die Extraktion der Substanzen im Allgemeinen oberhalb der kritischen Temperatur von 31 ° C und oberhalb eines kritischen Drucks von 74 bar durchgeführt.
Um C02 oder ein C02-Gemisch in einem flüssigen Zustand innerhalb einer
Chromatographiesäule zu halten, muss das gesamte Chromatographiesystem auf einem vorgegebenen Druckniveau gehalten werden. Zu diesem Zweck ist
stromabwärts der Chromatographiesäule und stromabwärts eines jeweiligen
Detektors typischerweise ein Rückdruckregler vorgesehen, um den Druck innerhalb des Chromatographiesystems auf einem vorgegebenen Niveau zu halten.
In praktischen Anwendungen ist die SFC-Technologie mit dem Nachteil behaftet, dass die mobile Phase der chromatographisch getrennten Substanzen nicht einfach in geöffneten Gefäßen gesammelt werden kann. Sobald ein Gemisch aus flüssigem C02 und einem zusätzlichen Lösungsmittel dem atmosphärischen Druck ausgesetzt wird, dehnt sich C02 aus und bildet mit dem zusätzlichen Lösungsmittel ein Aerosol.
In einer SFC kann die Zusammensetzung des Aerosols jedoch stark variieren, da vielfach ein Lösungsmittelgradient zur Trennung von Substanzen eingesetzt wird. Die Mischung aus C02 und einem zusätzlichen Lösungsmittel, wie Methanol, kann beispielsweise von 10% bis 60% Methanolfraktion variieren. Infolgedessen kann die Konstitution des Aerosols und sein Volumenstrom entsprechend variieren, was zu suboptimalen Trennungsraten von gasförmigen und flüssigen Fraktionen des
Aerosols in einem Zyklon-Separator führt. Andere Gas-Flüssigkeits-Trennsysteme verwenden beispielsweise eine Prallabscheidung, wobei der Volumenstrom des Aerosols auf eine Ablenkplatte gerichtet ist, die gegebenenfalls durch ein Reagenzglas bereitgestellt werden kann. Im Allgemeinen benötigen Prallabscheider und Trägheitsabscheider ein
vergleichsweise großes Volumen, in das sich das Aerosol ausdehnen kann. Solche vergleichsweise großen Gefäße sind hinsichtlich der Selbstreinigungseffekte nicht optimal, da eine Kreuzkontamination von Aerosolen und Substanzen auftreten kann, die nacheinander von solchen Separatoren verarbeitet werden. Insbesondere müssen die Laufzeitunterschiede der Substanzen sehr groß sein, um eine
ausreichende Trennung sicherzustellen. Grundsätzlich können die Größe und die Oberfläche der Prallabscheider bei Betrieb mit erhöhtem Druckniveau minimiert werden.
Beispielsweise kann ein als Umlenkplatte dienendes Reagenzglas in einer unter Druck stehenden Umgebung vorgesehen sein. Das Aerosol kann dann aus einem gebogenen Auslass entweichen und kann auf die Seitenwand des Reagenzglases in einem vorgegebenen Winkel auftreffen. Mit einem solchen Stoßabscheider ist es in der Tat möglich, kleinere Mengen einer Substanz mit einem viel geringeren Aufwand zu sammeln Aber Stoßabscheider, die mit einem erhöhten Druckniveau arbeiten, erlauben es nicht, eine große skalierte automatisierte Fraktionierung zu realisieren.
Somit sind die Betriebskosten und die Installationskosten vergleichsweise hoch, da nur eine begrenzte Menge an Reagenzgläsern im Druckbereich automatisch verarbeitet werden kann. Darüber hinaus ist die Trenngeschwindigkeit nicht so gut wie bei Abscheidern, die bei atmosphärischem Druck arbeiten.
Bei Verwendung von Gas-Flüssigabscheidern, wie diese beispielsweise in
WO 2014/012962 A1 beschrieben werden, kann dieses Problem gelöst werden. Allerdings führt die Abtrennung von großen Mengen an Gas zu einer Änderung des ursprünglich in die Chromatographiesäule eingeleiteten Volumenstroms. Hierdurch können Probleme bei der Fraktionssammlung entstehen. Beispielsweise wird in der Veröffentlichung von Rui Chen,„Mass-Directed Preparative SFC with Open-Bed Fraction Collection", Waters Corporation, May 2010, 72000346en dargelegt, dass die Signalintegrität hierdurch beeinträchtigt werden könnte. Als Lösung dieses Problems wird vorgeschlagen, die entsprechende Menge an bei Raumtemperatur flüssigem Lösungsmittel vor dem Entspannen durch eine Pumpe zuzugeben, um den
Volumenstrom konstant zu halten.
Diese Lösung ist jedoch sehr aufwändig und fehlerbehaftet. Ferner ist festzuhalten, dass jedes Wechseln eines Sammelgefäßes während des Sammeins einer Fraktion zu einem relativ hohen Verlust führt. Die Umschalt- oder Wechselzeit beträgt ca. 1 Sekunde, während dessen ein zu sammelndes Volumen in einen Abfallbehälter geleitet wird. Bei eine Flussrate von beispielsweise 150 ml/min ergibt sich ein Verlust von 2,5 ml. Durch größere Sammelbehälter könnte dieses Problem vermindert werden. Allerdings sind diese ebenfalls mit Nachteilen behaftet, da hierfür eine größere Fläche benötigt wird. Ferner sind die Verluste durch Anhaftungen an der Gefäßoberfläche bei kleinen Volumina relativ gesehen, sehr hoch. Mehrfaches Nachspülen des Sammelgefäße erfordert jedoch die Aufarbeitung unnötig verdünnter Zusammensetzungen.
In Anbetracht des Standes der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Fraktionierungssammlers bei einer Chromatographie bereitzustellen, das die zuvor dargelegten Probleme löst. Hierbei sollte das Verfahren möglichst einfach und kostengünstig durchführbar sein und zu weiteren Kosten- und Handhabbarkeitsvorteilen führen. Beispielsweise sollte die Signalintegrität ohne die Zudosierung von Lösungsmittel erreicht werden. Ferner sollte der Füllgrad der Sammelbehälter, auch bei einer Änderung des
Partialvolumenstroms eines bei Normalbedingungen flüssigen Lösungsmittels möglichst hoch sein.
Ferner ist die Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines
Fraktionierungssammlers Ziel dieser Erfindung, beim dem eine möglichst hohe Ausbeute an der gereinigten Substanzen erzielt werden kann. Hierbei sollte diese hohe Ausbeute für möglichst unterschiedliche Gas-Flüssigkeitsgemische erzielbar sein.
Eine weitere Aufgabe besteht darin durch eine Chromatographie-Anlage zur
Durchführung eines Verfahrens bereitzustellen, die besonders kostengünstig und wartungsarm betrieben und hergestellt werden kann. Ferner ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung Komponenten bereitzustellen, die einen möglichst einfachen Umbau einer bekannten HPLC-Anlage zu einer SFC-Anlage ermöglichen. Hierbei sollte auch ein Umbau von präparativen HPLC-Anlagen ermöglicht werden.
Gelöst werden diese sowie weitere nicht explizit genannte Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch ein Verfahren zum Betreiben eines
Fraktionierungssammlers bei einer Chromatographie mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1 .
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zum Betreiben eines Fraktionierungssammlers bei einer Chromatographie, wobei eine Lösungsmittelzusammensetzung in eine Chromatographiesäule gepumpt wird, die zumindest einen Anteil an einem ersten Lösemittel enthält, das bei
Normalbedingungen flüssig ist, und einen Anteil an einem zweiten Lösemittel enthält, das bei Normalbedingungen gasförmig ist, und die aus der Chromatographiesäule fließende Zusammensetzung zumindest teilweise in einen Detektor eingeleitet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine das erste Lösungsmittel enthaltende Zusammensetzung nach dem Verlassen der Chromatographiesäule in Abhängigkeit des Detektorsignals in ein Sammelgefäß des Fraktionssammlers eingeleitet wird und die Menge an Flüssigkeit, die in ein Sammelgefäß des Fraktionssammlers eingeleitet wird, in Abhängigkeit des Anteils an dem ersten Lösungsmittel gewählt wird.
Durch die vorliegende Erfindung wird insbesondere bewirkt, dass die
Wirtschaftlichkeit verbessert wird, wobei insbesondere ein hoher Füllgrad der Sammelgefäße des Fraktionssammlers erzielt werden kann. Ferner kann die
Signalintegrität erhalten bleiben, ohne dass eine Zudosierung von Lösungsmittel erfolgen muss.
Weiterhin kann durch das Verfahren zum Betreiben eines Fraktionierungssammlers sehr kostengünstig und einfach durchgeführt werden. Darüber hinaus wird eine sehr hohe Ausbeute an den gereinigten Substanzen erzielt. Hierbei wird diese hohe Ausbeute für sehr viele unterschiedliche Gas-Flüssigkeitsgemische erzielt.
Ferner werden sehr gute Ergebnisse auch bei Chromtographieverfahren erzielt, bei denen Gas-Flüssigkeitszusammensetzungen mit einem Gradienten eingesetzt werden. Darüber hinaus kann das Verfahren auch bei sehr unterschiedlichen
Volumenströmen des Aerosols durchgeführt werden, ohne dass die wirtschaftlichen Vorteile stark beeinträchtigt werden würden.
Weiterhin ist eine automatisierte Fraktionierung möglich, die entsprechend den Bedürfnissen skaliert werden kann, ohne dass große Investitionen notwendig wären.
Ferner können durch das vorliegende Verfahren sowie die Chromatographie-Anlage zur Durchführung eines Verfahrens, die Komplexität und die Kosten der technischen Ausrüstung reduziert werden, die für die Einrichtung der SFC-Analyse erforderlich ist Hierbei können auch HPLC-Anlagen umgebaut werden, die für einen präparativen Einsatz vorgesehen sind.
Bei einem erfindungsgemäßen Chromatographie-Verfahren wird eine
Lösungsmittelzusammensetzung in eine Chromatographiesäule gepumpt wird, die zumindest einen Anteil an einem ersten Lösemittel enthält, das bei
Normalbedingungen flüssig ist, und einen Anteil an einem zweiten Lösemittel enthält, das bei Normalbedingungen gasförmig ist. Es handelt sich hierbei vorzugsweise daher um eine SFC, wie diese zuvor und nachfolgend dargelegt wird.
Normalbedingungen bedeuten 273,15 K = 0 °C und 1 ,01325 bar gemäß DIN 1343.
Zur Durchführung einer Trennung mit einem überkritischen Fluid wird ein
anorganisches oder organisches Lösungsmittel eingesetzt, welches unter den üblichen Trennbedingungen, bevorzugt bei 25°C und Atmosphärendruck (1023mbar) flüssig ist. Hierbei kann ein polares oder unpolares Lösungsmittel eingesetzt werden, je nach Art der aufzutrennenden oder aufzureinigenden Verbindungen. Diese
Substanzen werden vorliegend insbesondere als erstes Lösemittel bezeichnet.
Bevorzugt ist das erste Lösungsmittel ausgewählt aus Alkohol, vorzugsweise
Methanol, Ethanol oder Propanol, Hexan, Mischungen mit Dichlormethan, Chloroform, Wasser (vorzugsweise bis max. 3 Vol%, da ansonsten eine Mischungslücke auftreten kann), ein Aldehyd oder ein Keton, vorzugsweise
Methylethylketon; ein Ester, vorzugsweise Essigsäureethylester; oder ein Ether, vorzugsweise Tetrahydrofuran, ein aliphatischer Kohlenwasserstoff, vorzugsweise Hexan, Cyclohexan, Heptan, Octan; ein aromatischer Kohlenwasserstoff,
vorzugsweise Benzol, Toluol, Xylol. Diese Verbindungen können einzeln oder als Mischung eingesetzt werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise ein Gas eingesetzt wird, welches relativ einfach in einen überkritischen Zustand versetzt werden kann. Zu den bevorzugten Gasen, die diese Eigenschaften aufweist gehören unter anderem Kohlendioxid (C02), Ammoniak (NH3), Freon, Xenon, wobei Kohlendioxid (C02) besonders bevorzugt ist. Diese Substanzen werden vorliegend insbesondere als zweites Lösemittel bezeichnet.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das in den überkritischen Zustand zu bringende Gas-Flüssiggemisch ein polares Lösungsmittel und ein Gas umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus, C02, NH3, Freon, Xenon, vorzugsweise C02. Vorzugsweise ist das polare Lösungsmittel ein Alkohol, vorzugsweise Methanol, Ethanol oder Propanol, Hexan, Mischungen mit
Dichlormethan, Chloroform, Wasser (vorzugsweise bis max. 3 Vol%, da ansonsten eine Mischungslücke auftreten kann), ein Aldehyd oder ein Keton, vorzugsweise Methylethylketon; ein Ester, vorzugsweise Essigsäureethylester; oder ein Ether, vorzugsweise Tetrahydrofuran.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das in den überkritischen Zustand zu bringende Gas-Flüssiggemisch ein unpolares Lösungsmittel und ein Gas umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus, C02, NH3, Freon, Xenon,
vorzugsweise C02. Vorzugsweise ist das unpolare Lösungsmittel ein aliphatischer Kohlenwasserstoff, vorzugsweise Hexan, Cyclohexan, Heptan, Octan; ein
aromatischer Kohlenwasserstoff, vorzugsweise Benzol, Toluol, Xylol; ein Ester, vorzugsweise Essigsäureethylester; oder ein Ether, vorzugsweise Tetrahydrofuran.
Die aus der Chromatographiesäule fließende Zusammensetzung wird gemäß dem vorliegenden Verfahren zumindest teilweise in einen Detektor eingeleitet.
Demgemäß wird vorzugsweise eine Überprüfung der entsprechenden Zusammensetzung nach der Chromatographiesäule vorgenommen. Detektoren, die hierfür eingesetzt werden können sind allgemein bekannt, wobei insbesondere Spektroskopieverfahren, bei denen elektromagnetische Wellen eingesetzt werden, wie beispielsweise UV-, VIS-Spektroskopie durchgeführt werden. Hierbei können auch weitere Verfahren zur Detektion eingesetzt werden, die beispielsweise die Lichtstreuung, die Fluoreszenz oder den Brechungsindex messen. Ferner werden vielfach Massenspektrometer und/oder Leitfähigkeitsdetektoren usw. eingesetzt.
Diese Verfahren können kontinuierlich oder chargenweise die Eigenschaften der aus der Chromatographiesäule fließende Zusammensetzung messen, so dass diese Detektoren diese Eigenschaften im Durchfluss oder durch Probenentnahme bestimmen können, wobei die letztere im Allgemeinen vollautomatisch und
kontinuierlich erfolgt. Einzelheiten dieser Techniken sind aus dem Stand der Technik bekannt, wozu insbesondere auf Detektoren verwiesen wird, wie diese bei konventionellen HPLC- Verfahren eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß wird eine das erste Lösungsmittel enthaltende Zusammensetzung nach dem Verlassen der Chromatographiesäule in Abhängigkeit des Detektorsignals in ein Sammelgefäß des Fraktionssammlers eingeleitet und die Menge an
Flüssigkeit, die in ein Sammelgefäß des Fraktionssammlers eingeleitet wird, in Abhängigkeit des Anteils an dem ersten Lösungsmittel gewählt.
Durch diese Maßnahme kann insbesondere erreicht werden, dass das Volumen eines Sammelgefäßes des Fraktionssammlers in überraschend guter Weise ausgenutzt werden kann. Hierdurch können insbesondere die zuvor dargelegten Kosten- und Handhabungsvorteile erzielt werden.
Weitere Kosten- und Handhabungsvorteile können dadurch erreicht werden, dass zumindest ein Teil der Zusammensetzung, die das erste Lösungsmittel enthält, nach dem Verlassen der Chromatographiesäule nicht in ein Sammelgefäß eingeleitet wird. Vorzugsweise werden Zusammensetzungen, die keine wertvolle Substanzen enthalten verworfen, wobei dies im Allgemeinen durch ein Steuerventil im
Fraktionssammler bewirkt wird, der die zu verwerfenden Anteile der das erste
Lösungsmittel enthaltenden Zusammensetzung nach dem Verlassen der
Chromatographiesäule in einen Abfallbehälter oder ähnliches leitet. In einer besonderen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die in eine Chromatographiesäule gepumpte Lösungsmittelzusammensetzung im Laufe der Chromatographie verändert wird.
Vorzugsweise wird der Anteil an erstem Lösungsmittel in der
Lösungsmittelzusammensetzung im Laufe der Chromatographie erhöht und der Anteil an zweitem Lösungsmittel im Laufe der Chromatographie vermindert, wobei besonders bevorzugt der Anteil an erstem Lösungsmittel zu Beginn der
Chromatographie mindestens 10 Vol.-%, speziell bevorzugt mindestens 20 Vol.-% unter dem Anteil an erstem Lösungsmittel zu Ende der Chromatographie liegt, bezogen auf die Lösungsmittelzusammensetzung. Demgemäß steigt vorzugsweise der Anteil an Lösungsmittel, welches bei Normalbedingungen flüssig ist, an, während der Anteil an Lösungsmittel, welches bei Normalbedingungen gasförmig ist, abnimmt. Durch diese Ausgestaltung kann überraschend eine Verkrustung in einem
Gasabscheider, welcher in einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens eingesetzt wird, minimiert, vorzugsweise vollständig verhindert werden. Hierdurch kann die Trennqualität der Anlage beziehungsweise des Verfahrens überraschend verbessert werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Anteil an erstem Lösungsmittel im Bereich von 5 bis 95 Vol.-% und der Anteil an zweitem Lösungsmittel im Bereich von 5 bis 95 Vol.-% liegt, bezogen auf die Lösungsmittelzusammensetzung.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Chromatographie bei einem Druck im Bereich von 50 bis 500 bar, vorzugsweise 75 bis 400 bar durchgeführt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die
Chromatographie bei einer Temperatur im Bereich von 20°C bis 80°C, vorzugsweise 35°C bis 60°C durchgeführt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das zweite Lösungsmittel, welches in der Zusammensetzung nach der Chromatographiesäule enthalten ist, vor dem Einleiten in den Fraktionssammler zumindest teilweise abgetrennt wird. Hierdurch kann überraschend eine wesentliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit erzielt werden, da ein Teil des Lösungsmittels vor dem
Fraktionssammler abgetrennt und hierdurch bei gleichem Volumen der Sammelgefäße seltener ein Wechsel der Sammelgefäße vorgenommen werden muss.
Demgemäß kann vorgesehen sein, dass ein Gas-Flüssig-Abscheider eingesetzt wird, wobei der Druck im Gas-Flüssig-Abscheider bevorzugt im Bereich von 0,1 bis 4 bar, vorzugsweise 0,5 bis 3,5 bar und besonders bevorzugt 1 bis 3 bar liegt (Überdruck). Durch diese Ausgestaltung können weitere überraschende Verbesserungen erzielt werden. Insbesondere wird die Laufzeit zwischen dem Entspannen des
Lösungsmittelgemischs und dem Auslass des Gas-Flüssig-Abscheider im
Wesentlichen durch den Druckabfall bestimmt. Das im kleinen Volumen entstehende Gas bewirkt einen hohen Druck, der für die Laufzeit bestimmend ist. Die relative Konstanz dieses Druckes, führt zu einer hohen Signalintegrität, da die Laufzeit auch nach dem Entspannen bei der Verwendung eines geeigneten Gas-Flüssig- Abscheiders im Wesentlichen konstant bleibt. Demgemäß kann insbesondere bei Verwendung eines Gas-Flüssig-Abscheiders, der bevorzugt bei einem Überdruck betrieben werden kann, auf eine Zudosierung von Lösungsmittel verzichtet werden, wie diese gemäß dem bisherigen Stand der Technik eingesetzt wurde, um eine Signalintegrität zu gewährleisten. Hierbei ist festzuhalten, dass eine absolute
Konstanz des Gasdrucks im Gas-Flüssig-Abscheider nicht notwendig ist, da die Laufzeit auch bei relativ kleinen Drücken sehr kurz ist, so dass Schwankungen keine wesentlichen Auswirkungen auf die Signalintegrität haben, da diese einer üblichen Schwankung aufgrund von Fehlertoleranzen unterliegt. So führen
Druckschwankungen im Bereich von 0,1 bar bis 4 bar im Gas-Flüssig-Abscheider zu zweckmäßigen Ergebnissen. Bevorzugte Ausführungsformen von geeigneten Gas- Flüssig-Abscheidern werden später beschrieben, wobei hierauf Bezug genommen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahren, bei dem die Chromatographie- Anlage ein Rückdruckregler umfasst, durch welchen der Druck in dem Gas-Flüssig- Abscheiders regelbar ist, kann vorgesehen sein, dass die Regelung des Drucks in Abhängigkeit vom Lösungsmittelgehalt des Gas-Flüssiggemischs gewählt wird, vorzugsweise kann die Regelung so ausgestaltet sein, dass bei einem hohen
Lösungsmittelgehalt ein hoher Druck im Gas-Flüssig-Abscheider vorgesehen ist. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Fraktionierung bei einem geringeren Druck betrieben wird als der Gas-Flüssig-Abscheider, wobei vorzugsweise der Druckunterschied im Bereich von 0,1 bis 4, vorzugsweise 0,5 bis 3,5 bar und besonders bevorzugt 1 bis 3 bar liegt.
Bevorzugt wird die Fraktionierung bei einem Druck im Bereich von 0 bis 1 bar durchgeführt (Überdruck), besonders bevorzugt 0 bis 0,5 bar, speziell bevorzugt 0 bis 0,2 bar. Die zuvor dargelegten Druckwerte beziehen sich auf Überdruck, wobei dieser Druck, der relativ zum Atmosphärendruck bzw. Luftdruck gemessen wird.
Die Detektion einer zu sammelnden Fraktion kann auf übliche Weise festgelegt werden, die im Allgemeinen auch bei verwandten Chromatographieverfahren eingesetzt werden. Hierzu gehört beispielsweise, dass eine Fraktion bei einer bestimmten Signalhöhe des Detektors, beispielsweise eines UV/VIS-Detektors gesammelt wird. Ferner kann eine Fraktion auch aufgrund einer bestimmten Form des Signals gesammelt werden, beispielsweise der vorgegebenen Änderung der Steigung des Detektorsignals oder einem bestimmten Wert der Steigung des
Detektorsignals.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass bei der Festlegung des Zeitpunkts des Sammelbeginns für die Einleitung der zu sammelnden Fraktionen das
Flüssigkeitsvolumen der Leitungen und Vorrichtungen zwischen dem Detektor bis zum Trennpunkt berücksichtigt wird, bei dem die zu sammelnden Fraktionen von den zu verwerfenden Fraktionen getrennt wird. Diese Zeitspanne, durch die eine
Kalibrierung der Anlage bewirkt wird und so ein optimales Sammeln der wertvollen Fraktionen ermöglicht, kann mit an sich bekannten Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Probelauf durchgeführt werden, anhand dessen die
Zeitspanne abgeschätzt werden kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann beispielsweise ein Farbstoff eingesetzt werden, der am Fraktionssammler sichtbar ist. Die Zeitspanne zwischen Detektorsignal, beispielsweise einem UV/VIS-Signal, und dem Auftreten der farbigen Fraktion am Fraktionssammler, ergibt diese
Zeitspanne. Prinzipiell kann diese Zeitspanne selbstverständlich auch über das gemessene Volumen und dem eingestellten Volumenfluss (Flussrate) ermittelt werden. Diese Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt, da diese Problematik bei jeder HPLC-Anlage mit einer automatischen Fraktionierung besteht und gelöst ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Anteil des ersten Lösungsmittels in der Lösungsmittelzusammensetzung über den Zeitpunkt des Beginns der Fraktionssammlung bestimmt wird, wobei vorzugsweise einer Steuerungseinheit die über den Zeitverlauf vorgesehene
Lösungsmittelzusammensetzung eingegeben wird und basierend auf dem
Startzeitpunkt des Sammeins der Anteil an erstem Lösungsmittel bestimmt wird und basierend auf diesem Anteil sowie der Flussrate die Sammelzeit für ein
Sammelgefäß festgelegt wird, wobei in der Steuerungseinheit das Volumen des Sammelgefäßes hinterlegt wird.
Demgemäß wird vorzugsweise das Partialvolumen des ersten Lösungsmittels zum Zeitpunkt der Detektion bestimmt, wobei dieser Wert beispielsweise aus der
Pumpleistung der Pumpe mit der das erste Lösungsmittel in die
Chromatographiesäule befördert wird, den Gradientenverlauf dieser Pumpleistung sowie den Zeitpunkt der Detektion erhalten werden kann. Aus diesen Werten kann das Partialvolumen des ersten Lösungsmittels zum Zeitpunkt der Detektion ermittelt werden, der vorzugsweise zur Bestimmung der zweckmäßigen Ausnutzung des Volumens des Sammelgefäßes herangezogen werden kann. Die eigentliche
Sammlung der detektierten Fraktion erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung der Zeitspanne, die die zu sammelnde Flüssigkeit benötigt, um die Strecke zwischen Detektorsignal und dem Fraktionssammelventil zurückzulegen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Füllungsgrad des Sammelgefäßes über eine Summation des Volumens erfolgt, das über einen Zeitraum in das Sammelgefäß eingeleitet wird, wobei die einzelnen Volumenkomponenten der Summenbildung über das Produkte aus der Flussrate, dem Zeitraum, über den die
Volumenkomponente gesammelt wird, und dem Anteil des ersten Lösungsmittels in der Lösungsmittelzusammensetzung zum Startzeitpunkt der jeweiligen
Volumenkomponente bestimmt wird, wobei in der Steuerungseinheit das Volumen des Sammelgefäßes hinterlegt wird.
Dieser Zusammenhang kann beispielsweise über folgende Formel (I) dargestellt werden:
Figure imgf000014_0001
t=ts
Formel (I) wobei gilt:
FG ist der Gesamtvolumenstrom φ (t) ist der Volumenanteil des ersten Lösungsmittels zum Zeitpunkt t
At ist der Zeitraum, über den das Volumen einer einzelnen Volumenkomponente berechnet wird
Vmax ist das maximale Volumen des Sammelgefäßes ts ist der Startzeitpunkt, zu dem das Detektorsignal eine zu sammelnde Fraktion anzeigt tn ist der Endzeitpunkt, bis zu dem eine zu sammelnde Fraktion in ein
Sammelgefäß eingeleitet werden kann
Demgemäß wird fortlaufend das Gesamtvolumen aus der Summe der einzelnen Volumenkomponenten berechnet und zu dem Zeitpunkt (tn), zu dem dieses
Gesamtvolumen gleich dem maximalen Volumen des Sammelgefäßes ist, an den Fraktionssammler ein Signal zur Durchführung eines Wechsel des Sammelgefäßes gesendet. Hierbei wird das maximale Volumen des Sammelgefäßes (Vmax) so gewählt, dass ein Überlaufen des Sammelgefäßes vermieden werden kann.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die in ein Sammelgefäß geleitete
Flüssigkeitsmenge mindestens 70 %, vorzugsweise mindestens 90 % der für das Sammelvolumen des Sammelgefäßes maximalen Volumens beträgt, falls die Detektionseinheit keine neue Fraktion detektiert. Hierdurch kann eine sehr gute Ausnutzung des bereitgestellten Volumens der Sammelgefäße erreicht werden. Bei Detektion einer neuen Fraktion wird das Sammelgefäß im Allgemeinen gewechselt. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Zeitraum, über den das Volumen einer einzelnen Volumenkomponente berechnet wird, im Bereich vom 0,01 bis 10,0 s, vorzugsweise 0,1 bis 5,0 s und besonders bevorzugt 0,5 bis 2,0 s liegt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Chromatographie bei einer Flussrate im Bereich von 10 ml/min bis 450 ml/min, besonders bevorzugt im Bereich von 50 ml/min bis 300 ml/min und speziell bevorzugt 100 ml/min bis 250 ml/min durchgeführt wird. Diese Flussrate stellt die Gesamtflussrate dar. Die Flussrate der einzelnen Lösungsmittel, insbesondere des ersten beziehungsweise des zweiten
Lösungsmittels, welche jeweils als Gemisch eingesetzt werden, ergibt sich aus dem jeweiligen Volumenanteil.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Detektor ein
Massenspektrometer und die Zeit, die zur Bestimmung des Massenspektrometrie- Signals benötigt wird, wird bei der Steuerungseinheit des Fraktionssammlers berücksichtigt. Vorzugsweise kann bei Verwendung eines Massenspektrometers ein Zusatzvolumen vorgesehen sein, das zwischen dem Massenspektrometer und dem Fraktionssammler angeordnet ist, so dass die Fließzeit der zu sammelnden Fraktion groß genug ist, um eine zuverlässige Detektion zu ermöglichen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Fraktionssammler über eine
Steuerungseinheit gesteuert wird und die Steuerungseinheit mit dem Detektor in Wirkverbindung steht, wobei bei Detektion einer Substanz durch den Detektor ein Steuerimpuls an den Fraktionssammler geleitet wird, der einen Wechsel des
Sammelgefäßes bewirkt.
In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der
Fraktionssammler über eine Steuerungseinheit gesteuert wird und die
Steuerungseinheit mit dem Detektor in Wirkverbindung steht, wobei nach
Beendigung der Detektion einer Substanz durch den Detektor ein Steuerimpuls an den Fraktionssammler geleitet wird, der einen Wechsel des Sammelgefäßes bewirkt. Diese Ausgestaltung ist gegenüber der Ausführungsform, bei der zu Beginn ein Wechsel des Sammelgefäßes bewirkt wird, bevorzugt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Chromatographie- Anlage zur Durchführung eines Verfahrens, wobei die Chromatographie-Anlage eine Steuerung umfasst, die in Wirkverbindung mit einem Detektor und einem Fraktionssammler steht und die Steuerung so programmierbar ist, dass die Menge an Flüssigkeit, die in ein Gefäß des Fraktionssammlers einleitbar ist, in Abhängigkeit des Anteils an dem ersten Lösungsmittel festlegbar ist.
In Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen einer Anlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die zuvor dargelegten Ausführungen, die bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens dargelegt wurden, verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.
Eine Chromatographie-Anlage, die für eine überkritische
Flüssigkeitschromatographie ausgelegt ist, wird beispielhaft unter Verwendung von überkritischem C02 zusammen mit einem Lösungsmittel beispielsweise mit Methanol beschrieben. Demgemäß weist eine für überkritische Flüssigkeitschromatographie ausgelegte Chromatographie-Anlage mindestens einen Speicherbehälter für das erste Lösungsmittel und einen Speicherbehälter für das überkritische Fluid, beispielsweise C02 auf. Im Allgemeinen wird das Fluid aus dem Speicher
entnommen und mit einer jeweils mindestens einer Pumpe in die ein Mischelement überführt, welche mit einer Chromatographiesäule in Fließverbindung steht. Die Pumpen und/oder das Mischelement sowie die Chromatographiesäule können mit einer Temperierung versehen sein, um jeweils eine vorgegebenen Temperatur einstellen zu können. Hierzu können insbesondere Wärmetauscher vorgesehen sein. Die Zugabe von zu trennenden Mischungen, insbesondere aufzureinigenden
Substanzen, kann durch bekannte Vorrichtungen, beispielsweise Injektoren erfolgen, die vorzugsweise in der Leitung vorgesehen sind, in der das Lösungsmittel zum Mischelement geführt wird.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Chromatographie-Anlage eine
Injektionsvorrichtung umfasst, mit der automatisch Proben in die
Chromatographieanlage injiziert werden können.
Das die Chromatographiesäule verlassende Fluid wird vorzugsweise zumindest teilweise einer Detektions- oder Analyseeinheit zugeführt. Beispiele für eine
Detektions- oder Analyseeinheit sind unter anderem UV-Detektoren und/oder
Massenspektrometer. Nach der Chromatographiesäule und vorzugsweise nach der Detektions- oder Analyseeinheit ist im Allgemeinen ein Rückdruckregler und vorzugsweise nach dem Rückdruckregler ein Wärmetauscher vorgesehen. Das den Wärmetauscher verlassende Aerosol wird vorzugsweise nachfolgend einem Gas-Flüssig-Abscheider zugeführt.
Bevorzugt einzusetzende Gas-Flüssig-Abscheider sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise der Druckschrift WO 2014/012962 A1 bekannt, wobei die
Offenbarung dieser Druckschrift vollständig durch Referenz hierauf in die vorliegende Anmeldung zu Offenbarungszwecken eingefügt wird.
Eine unerwartete Verbesserung einer Prallabscheidung kann durch die Anordnung und Ausgestaltung einer Abscheideöffnung erzielt werden. Hierdurch kann insbesondere das bei der Prallabscheidung bereitgestellte Gasvolumen vermindert werden, so dass das Gesamtvolumen des Gas-Flüssig-Abscheiders verringert werden kann. Hierdurch kann überraschend die Trennleistung der Chromatographie- Anlage verbessert werden.
Ein bevorzugter Gas-Flüssig-Abscheider umfasst einen Abscheidebereich mit einer Einlassdüse, einer Pralleinheit und einer Gasleiteinheit.
Vorzugsweise ist Abscheidebereich so ausgestaltet, dass eine Prallabscheidung bewirkt wird. Prallabscheidung bedeutet, dass sich die im Aerosol befindlichen Flüssigkeitströpfchen gegen eine Pralleinheit geleitet werden, wodurch die
Flüssigkeitströpfchen einen Flüssigkeitsfilm bilden können.
Als Pralleinheit kann hierbei jeder Körper dienen, gegen den der Aerosolstrom geleitet werden kann. Beispielsweise kann der Aerosolstrom gegen einen oberen Bereich des Abscheidebereichs geleitet werden, beispielsweise gegen einen oberen Abschluss des Abscheidebereichs. Hierbei kann ein Vorsprung, beispielsweise ein Dorn oder ähnliches vorgesehen sein, auf den der Aerosolstrom beaufschlagt wird, so dass die auf die Pralleinheit geleiteten Flüssigkeitströpfchen nicht zurückgeworfen werden oder von der Pralleinheit zurückprallen, sondern einen Film bilden.
Ein bevorzugter Gas-Flüssig-Abscheider nutzt im Betrieb die Gravitation, die eine Trennung von Gas und Flüssigkeit bewirkt. Demgemäß bezieht sich der Ausdruck oben auf die Ausrichtung des Gas-Flüssig-Abscheiders, die im Betrieb vorliegt, so dass ein Gas nach oben ausströmen kann, während unten die Gegenrichtung ist, über die eine Flüssigkeit den Gas-Flüssig-Abscheider verlässt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Pralleinheit im Wesentlichen eben ist und als Prallplatte angesehen werden kann, wobei diese Prallplatte vorzugsweise eine Wand des Abscheidebereichs bildet und eine
Seitenwand der Gasleiteinheit darstellt. Der Ausdruck„im Wesentlichen eben" bedeutet, dass die Pralleinheit beziehungsweise die Prallplatte nicht gebogen ist, jedoch eine Oberflächenstruktur aufweisen kann. In einer spezifischen Ausgestaltung ist die Prallplatte bevorzugt ohne Oberflächenstruktur ausgestaltet, so dass diese Oberfläche glatt ist.
In einer bevorzugt Ausführungsform umfasst die Pralleinheit vorzugsweise eine Oberflächenstruktur, wobei diese Ausführungsform gegenüber einer mit einer glatten Oberfläche bevorzugt ist. Hierbei weist die Oberflächenstruktur vorzugsweise
Erhebungen und Senkungen auf, wobei die Erhebungen in Bezug auf die Senkungen vorzugsweise eine Höhe im Bereich von 0,2 bis 10 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 8 mm und speziell bevorzugt im Bereich von 1 ,5 bis 5 mm zeigen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis von Höhe der Erhebungen (in Bezug auf die Senkungen) zum Volumen des Gas-Flüssig-Abscheiders
vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 10 mm/ml, besonders bevorzugt im Bereich von 0,03 bis 5 mm/ml liegt.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Oberflächenstruktur der Pralleinheit Rillen auf, wobei die Erhöhungen und Senkungen der Rillen vorzugsweise in Richtung der ausgerichtet sind, die durch die Einlassdüse und die Abscheideöffnung gebildet wird, oder parallel zu dieser Richtung verlaufen.
Durch eine strukturierte Oberfläche der Pralleinheit, die vorzugsweise als
Rillenstruktur ausgebildet ist, kann das Volumen des Gas-Flüssig-Abscheiders besonders klein gehalten und so die Trennleistung verbessert werden. Hierbei können die zu trennenden Substanzen einen relativ geringen Laufzeitunterschied aufweisen, ohne dass hierdurch deren Auftrennung im Gas-Flüssig-Abscheider zunichte gemacht werden würde. Ferner kann der Abscheidegrad der Flüssigkeit aus dem Aerosol in Bezug auf das Volumen des Gas-Flüssig-Abscheiders verbessert werden.
In einer weiteren Fortentwicklung der vorliegenden Erfindung weist die Pralleinheit vorzugsweise einen Oberflächenbereich mit einer Oberflächenenergie von mindestens 10 mN/m, besonders bevorzugt mindestens 15 mN/m und speziell bevorzugt von mindestens 20 mN/m auf. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Pralleinheit vorzugsweise einen Oberflächenbereich mit einer Oberflächenenergie im Bereich von 15 bis 120 mN/m, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 80 mN/m und speziell bevorzugt im Bereich von 22 bis 60 mN/m aufweist, wobei vorzugsweise mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % der Oberfläche der Pralleinheit eine Oberflächenenergie im Bereich von 20 bis 80 mN/m, speziell bevorzugt im Bereich von 22 bis 60 mN/m aufweist. Diese Oberflächenenergie kann durch eine entsprechende Materialwahl erzielt werden, aus dem die Pralleinheit hergestellt ist.
Ferner kann die Pralleinheit eine Oberflächenbereich mit einer Beschichtung aufweisen, um die zuvor genannte Oberflächenenergie einzustellen, wobei vorzugsweise mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % der
Oberfläche der Pralleinheit eine Beschichtung aufweist.
Die Oberflächenenergie wird nach der Methode von Ownes-Wendt-Rabel & Kaelble bestimmt. Hierzu werden Messreihen mit der Standard-Serie nach Busscher durchgeführt, bei der als Testflüssigkeiten Wasser [SFT 72,1 mN/m], Formamid [SFT 56,9 mN/m, Dijodmethan [SFT 50,0 mN/m] und alpha-Bromnaphthalin [SFT 44,4 mN/m] eingesetzt werden. Die Messung wird bei 20°C durchgeführt. Die
Oberflächenenergie kann mit einem Kontaktwinkelmesssystem G40 der Fa. Krüss, Hamburg bestimmt werden, wobei die Durchführung im Benutzerhandbuch des Kontaktwinkelmesssystems G40, 1993 beschrieben ist. Hinsichtlich der
Berechnungsmethoden sei auf A. W. Neumann, Über die Messmethodik zur
Bestimmung grenzflächenenergetischer Größen, Teil I, Zeitschrift für Phys. Chem., Bd. 41 , S. 339-352 (1964), und A. W. Neumann, Über die Messmethodik zur Bestimmung grenzflächenenergetischer Größen, Teil II, Zeitschrift für Phys. Chem., Bd. 43, S. 71 -83 (1964) verwiesen. Neben einer Pralleinheit ist im Abscheidebereich des Gas-Flüssig-Abscheiders vorzugsweise eine Einlassdüse vorgesehen. Durch die Einlassdüse wird das Aerosol in den Gas-Flüssig-Abscheider, insbesondere in den Abscheidebereich des Gas- Flüssig-Abscheiders geleitet.
Hierbei ist Einlassdüse vorzugsweise so ausgestaltet, dass ein durch die
Einlassdüse geleiteter Gas-Flüssigstrom gegen die Pralleinheit beaufschlagbar ist, wie dies zuvor bereits im Hinblick auf die Pralleinheit dargelegt wurde.
Die Form und die Art der Einlassdüse sind unkritisch, so dass diese vom Fachmann im Rahmen seiner Fähigkeiten gewählt werden kann. So kann die Einlassdüse beispielsweise so ausgestaltet sein, dass das Aerosol in Form eines sehr engen Strahls auf die Pralleinheit geleitet wird. Ferner kann die Einlassdüse auch so konstruiert ist, dass ein kegelförmiger Spühnebel auf die Pralleinheit geleitet wird.
Hierbei kann die Düse mit der Wandung des Abscheidebereichs abschließen oder über einen Vorsprung in den Abscheidebereich hineinragen. Die Ausführungsform mit einem Vorsprung ist vorteilhaft, falls die Pralleinheit im oberen Abschluss des Abscheidebereichs vorgesehen ist.
Besonders bevorzugt ist die Einlassdüse in Form einer einfachen Bohrung oder einer einfachen Öffnung ausgestaltet. In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die im Abscheidebereich vorgesehene Einlassdüse eine Eintrittsfläche aufweist, die im Wesentlichen kreisförmig ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die im Abscheidebereich vorgesehene
Einlassdüse eine Eintrittsfläche im Bereich von 0,05 mm2 bis 20 mm2, bevorzugt im Bereich von 0,5 mm2 bis 15 mm2 , besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 mm2 bis 10 mm2 und speziell bevorzugt im Bereich von 0,8 mm2 bis 5 mm2 aufweist. In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die im Abscheidebereich vorgesehene Einlassdüse eine Eintrittsfläche im Bereich von 2 mm2 bis 40 mm2, bevorzugt im Bereich von 4 mm2 bis 20 mm2 und speziell bevorzugt im Bereich von 5 mm2 bis 15 mm2 aufweist. Dieser Wert bezieht sich auf die Größe einer einzelnen Eintrittsdüse, falls mehrere Eintrittsdüsen eingesetzt werden.
Falls die Einlassdüse in Form einer Bohrung ausgebildet ist, so weist diese
vorzugsweise einen Durchmesser im Bereich von 0,3 mm bis 5 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 4 mm, besonders bevorzugt 0,8 mm bis 3 mm, besonders bevorzugt 1 mm bis 2 mm und/oder speziell bevorzugt 2 bis 3 mm auf. Dieser Wert bezieht sich auf die Größe einer einzelnen Eintrittsdüse, falls mehrere Eintrittsdüsen eingesetzt werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Eintrittsfläche der im
Abscheidebereich vorgesehenen Einlassdüse zum Volumen des Gas-Flüssig- Abscheider im Bereich von 0,01 mm2/ml bis 1 mm2/ml, bevorzugt im Bereich von 0,04 mm2/ml bis 0,4 mm2/ml, besonders bevorzugt im Bereich von 0,08 mm2/ml bis 0,25 mm2/ml und speziell bevorzugt im Bereich von 0,08 mm2/ml bis 0,17 mm2/ml liegt. Dieser Wert bezieht sich auf die Summe der Flächen aller eingesetzten
Eintrittsdüsen, falls mehrere Eintrittsdüsen eingesetzt werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Eintrittsfläche der im
Abscheidebereich vorgesehenen Einlassdüse zum Volumen des Abscheidebereichs im Bereich von 1 :3 mm2/ml bis 1 :50 mm2/ml, bevorzugt im Bereich von 1 :5 mm2/ml bis 1 :20 mm2/ml und speziell bevorzugt im Bereich von 1 :7 mm2/ml bis 1 :15 mm2/ml liegt. In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Eintrittsfläche der im Abscheidebereich vorgesehenen Einlassdüse zum Volumen des Abscheidebereichs im Bereich von 4:1 mm2/ml bis 1 :50 mm2/ml, bevorzugt im Bereich von 1 :1 mm2/ml bis 1 :20 mm2/ml und speziell bevorzugt im Bereich von 2:3 mm2/ml bis 1 :5 mm2/ml liegt. Dieser Wert bezieht sich auf die Summe der Flächen aller eingesetzten Eintrittsdüsen, falls mehrere Eintrittsdüsen eingesetzt werden.
Im Abscheidebereich können eine oder mehrere Einlassdüsen vorgesehen sein. Für den Fall, dass mehrere Einlassdüsen vorgesehen sind, sind diese bevorzugt parallel ausgerichtet. Bevorzugt wird das Gas-Aerosolgemisch über genau eine Einlassdüse in den Abscheidebereich geleitet, bevorzugt auf die sich im Abscheidebereich befindliche Pralleinheit.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Einlassdüse so ausgestaltet ist, dass ein durch den Einlass geleiteter Gas-Flüssigstrom gegen die Pralleinheit beaufschlagbar ist und der Winkel mit dem ein durch der Einlassdüse geleiteter Gas-Flüssigstrom auf die Pralleinheit beaufschlagbar ist, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 130 °, besonders bevorzugt im Bereich von 70 bis 1 10° liegt. Dieser Winkel kann
insbesondere durch die Richtung der Einlassdüse bestimmt werden, mit dem die Einlassdüse auf die Pralleinheit gerichtet ist. Diese Angaben beziehen sich auf den Winkel mit dem der Hauptstrahl des Aerosols auf die Pralleinheit geleitet wird. Die Form des Aerosolstrahls ist an sich unwesentlich, soweit eine Prallabscheidung bewirkt werden kann. Hierbei sollten die Flüssigkeitströpfchen des Aerosols durch den Stoß auf die Pralleinheit zusammenfließen und vorzugsweise einen Film bilden. Daher sollte die Einlassdüse so gewählt werden, dass die Flüssigkeitströpfchen des Aerosols nicht zu klein werden.
Der Gas-Flüssig-Abscheider weist vorzugsweise eine Abscheideöffnung auf, die zwischen Abscheidebereich und Trennbereich angeordnet ist, so dass eine gas- und flüssigkeitsoffene Verbindung zwischen diesen Bereichen besteht. Durch die
Abscheideöffnung wird vorzugsweise eine Trägheitsabscheidung bewirkt. Dies bedeutet, dass die an der Pralleinheit und/oder der Gasleiteinheit in Form eines Flüssigkeitsfilms nach unten laufende Flüssigkeit von dem Gas durch Trägheit abschieden wird. Hierbei beschleunigt das Gas vorzugsweise die Flüssigkeit, so dass die Flüssigkeit mit einer höheren Geschwindigkeit in den Trennbereich überführt wird, als ohne diese Gasbeschleunigung. Hierbei verbleibt der
Flüssigkeitsfilm vorzugsweise an einer Wand des Abscheidebereichs, die
vorzugsweise als Teil der Pralleinheit und/oder der Gasleiteinheit ausgestaltet ist, in Form eines Films und geht unmittelbar in den Trennbereich über, ohne dass der Flüssigkeitsfilm diese Wand, die in den Trennbereich übergeht, verlässt. Die
Gasphase haftet im Gegensatz zur Flüssigphase nicht an einer Wand, sondern ist in der Lage nach oben auszutreten und in den Gasausleitbereich überzugehen. Im Gegensatz hierzu wird die Flüssigkeit in den Trennbereich abgeleitet und über den Flüssigauslass, der im Trennbereich vorgesehen ist, dem Gas-Flüssig-Abscheider entnommen.
Die Form der Abscheideöffnung ist nicht kritisch soweit die zuvor dargelegte Funktion derselben erfüllt werden kann. Vorzugsweise kann jedoch vorgesehen sein, dass die Abscheideöffnung eine Austrittsfläche aufweist, die spaltförmig ist oder mehrere parallel angeordnete Öffnungen, die beispielsweise U-förmige, V-förmige oder kreisförmig sein können, aufweist.
Vorzugsweise ist der Abstand der Einlassdüse von der Pralleinheit größer als die kleinste Längenausdehnung der Abscheideöffnung. Hierbei ergibt sich der Abstand der Einlassdüse von der Pralleinheit aus dem Weg des Aerosols vom Verlassen der Einlassdüse bis zum Auftreffen auf die Pralleinheit. Die kleinste Längenausdehnung der Abscheideöffnung bezieht sich auf die Breite oder Länge der Abscheideöffnung, wobei sich die Ausdehnung der Ebene bis zum Rand der Abscheideöffnung auf die Ebene zwischen Abscheidebereich und Trennbereich bezogen wird, die zu einer minimalen Fläche der Abscheideöffnung führt. In dieser Ebene, in der die
Abscheideöffnung liegt, wird die Länge der längsten Ausdehnung der
Abscheideöffnung bestimmt, so dass anschließend die kürzeste Länge der
Abscheideöffnung gemessen werden kann, die senkrecht zur längsten Ausdehnung der Abscheideöffnung liegt. Diese kleinste Längenausdehnung kann hierin auch als Breite der Abscheideöffnung angesehen werden.
Falls die Abscheideöffnung spaltförmig ist, weist diese vorzugsweise eine Spaltbreite im Bereich von 0,1 mm bis 1 ,5 mm, besonders bevorzugt 0,3 mm bis 1 ,0 mm und speziell bevorzugt 0,4 mm bis 0,7 mm auf (kleinste Längenausdehnung). Die Länge des Spaltes ist bei einer kreisförmigen oder elliptischen Abscheideöffnung durch den Umfang gegeben, wobei diese Werte vorzugsweise im Bereich von 5 mm bis 120 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 10 mm bis 60 mm liegen können.
Bei einer nicht-kreisförmigen oder nicht-elliptischen Abscheideöffnung mit einer Spaltform, die vorzugsweise durch zwei Enden gekennzeichnet ist, liegt deren Länge vorzugsweise im Bereich von 3 bis 80 mm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 mm besonders bevorzugt im Bereich von 15 bis 30 mm.
Falls die Abscheideöffnung durch mehrere parallel angeordnete Öffnungen realisiert ist, die beispielsweise U-förmige, V-förmige oder kreisförmig sein können, so gelten die zuvor dargelegten Maße entsprechend, wobei die Öffnungen vorzugsweise eine Breite im Bereich von 0,1 mm bis 1 ,5 mm, besonders bevorzugt 0,3 mm bis 1 ,0 mm und speziell bevorzugt 0,4 mm bis 0,7 mm aufweisen (kleinste Längenausdehnung). In einer weiteren Ausführungsform kann können die Öffnungen vorzugsweise eine Breite im Bereich von 0,1 mm bis 3,0 mm, besonders bevorzugt 0,3 mm bis 2,0 mm und speziell bevorzugt 0,4 mm bis 1 ,5 mm aufweisen (kleinste Längenausdehnung).
Die Spaltbreite wird senkrecht zur Länge oder dem Umfang des Spaltes gemessen und ist die kleinere Längenausdehnung der Spaltöffnung, die als Übergangsebene von dem Abscheidebereich in den Trennbereich angesehen werden kann. Diese Übergangsebene weist im Bereich des Übergangs von dem Abscheidebereich in den Trennbereich die kleinste zweidimensionale Ausdehnung auf.
Bevorzugt weist die Abscheideöffnung eine Austrittsfläche im Bereich von 10 bis 120 mm2, besonders bevorzugt im Bereich von 15 bis 60 mm2 und speziell bevorzugt im Bereich von 15 bis 40 mm2 auf. In einer weiteren Ausführungsform kann die
Abscheideöffnung eine Austrittsfläche im Bereich von 10 bis 180 mm2, besonders bevorzugt im Bereich von 15 bis 120 mm2 und speziell bevorzugt im Bereich von 30 bis 100 mm2 aufweisen. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Austrittsfläche der Abscheideöffnung zum Volumen des Gas-Flüssig-Abscheider im Bereich von 0,05 mm2/ml bis 2 mm2/ml, besonders bevorzugt im Bereich von 0,1 mm2/ml bis 1 mm2/ml und speziell bevorzugt im Bereich von 0,3 mm2/ml bis 0,8 mm2/ml liegt. In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Austrittsfläche der Abscheideöffnung zum Volumen des Gas-Flüssig- Abscheider im Bereich von 0,05 mm2/ml bis 6 mm2/ml, besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 mm2/ml bis 3 mm2/ml und speziell bevorzugt im Bereich von 0,5 mm2/ml bis 2,0 mm2/ml liegt.
Die räumliche Form des Abscheidebereichs ist nicht kritisch und kann den
Bedürfnissen angepasst werden. Hierbei wird vorzugsweise im Abscheidebereich eine Gasleiteinheit gebildet. Die Gasleiteinheit bewirkt eine Veränderung der
Strömungsgeschwindigkeit eines Gases, so dass im Bereich der Einlassdüse eine geringere Gasgeschwindigkeit vorliegt als im Bereich der Abscheideöffnung. Da der Volumenstrom bei gleicher Aerosolzusammensetzung als konstant angesehen werden kann, bedeutet dies, dass dem Aerosol zunächst in einen relativ großen Raum geleitet wird, der anschließend verengt wird, so dass die
Strömungsgeschwindigkeit zunimmt.
Demgemäß kann die Querschnittsfläche des Abscheidebereichs beispielsweise kreisförmig sein, wobei diese beispielsweise von Einlassdüse in Richtung
Abscheideöffnung vorzugsweise keilförmig verengt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Abscheidebereich keine
kreisförmige Querschnittsfläche im Bereich der Einlassdüse auf, wobei der
Abscheidebereich vorzugsweise mindestens drei Seitenwände umfasst, die zusammen mit einem oberen Abschluss einen Raum definieren, der über die Abscheideöffnung mit dem Trennbereich verbunden ist. Diese Ausführungsform, in der der Abscheidebereich keine kreisförmige Querschnittsfläche umfasst, sondern eine Querschnittsfläche mit Ecken, insbesondere eine dreieckige, viereckige, fünfeckige oder sechseckige Querschnittsfläche, besonders bevorzugt eine rechteckige, ist leichter in einer geforderten Präzision herzustellen, wobei das Volumen des Gas-Flüssig-Abscheider besser an die Anforderungen angepasst werden kann. Insbesondere können auch Gas-Flüssig-Abscheider bereitgestellt werden, die für besonders kleine Volumenströme geeignet sind. Im Gegensatz zu Gas-Flüssig-Abscheider mit einer kreisförmigen Querschnittsfläche können Gas- Flüssig-Abscheider mit einer nicht-kreisförmigen, vorzugsweise eine
Querschnittsfläche mit Ecken, genau eine Einlassdüse aufweisen, ohne dass
Bereiche einer unzureichenden Benetzung mit Gas-Flüssigkeitsgemisch auftreten würde.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Gasleiteinheit mindestens zwei im Wesentlichen ebene Seitenwände aufweist, die als Gasleitplatten angesehen werden können, wobei diese Gasleitplatten vorzugsweise Wände des Abscheidebereichs bilden. Diese zwei im Wesentlichen ebenen Seitenwände können aufeinander zulaufen, so dass eine Keilform gebildet wird.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Gasleiteinheit mindestens zwei Seitenwände aufweist, wobei mindestens eine der Seitenwände gebogen ist, so dass eine konkave Form dergestalt vorgesehen ist, dass die die beiden Seitenwände können aufeinander zulaufen, wobei die im oberen Bereich des Abscheidebereichs, der durch die Nähe der Einlassdüse gegeben ist, der Abstand zwischen den
Seitenwände größer ist als im unteren Bereich des Abscheidebereichs, der durch die Nähe der Abscheideöffnung gegeben ist, wobei die Abnahme des Abstands von Richtung oberen Bereich zum unteren Bereich abnimmt.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Gasleiteinheit eine
Gasbeschleunigungseinheit aufweist, die zusammen mit mindestens einer
Seitenwand, vorzugsweise mindestens zwei Seitenwänden eine Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit eines Gases bewirkt.
In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Querschnittsfläche der Gasleiteinheit von Einlassdüse in Richtung Abscheideöffnung zumindest bereichsweise, vorzugsweise in dem zur Abscheideöffnung hingewandten Bereich abnimmt, so dass die Ebenen, die senkrecht zur Flussrichtung des Gas- Flüssiggemisches stehen, kleiner werden, wobei diese Abnahme vorzugsweise stetig ist, so dass vorzugsweise mindestens zwei der Seitenwände der Gasleiteinheit im Längsschnitt eine Keilform bilden.
In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Abscheidebereich einen oberen Abschluss umfasst, wobei dieser obere Abschluss eine Krümmung oder einen Winkel umfasst, wobei der höchste Punkt der Krümmung oder der Winkel vorzugsweise mittig angeordnet ist, und so auf einer Linie mit der Einlassdüse liegt, die parallel zur Gasflussrichtung beziehungsweise der Flussrichtung der Flüssigkeit, also parallel zur Richtung von Gaseinlass- Flüssigauslass-Öffnung gedacht werden, wobei der obere Abschluss vorzugsweise in zwei Seitenwände übergeht, so dass der Übergang zwischen den Seitenwänden und dem oberen Abschluss gekrümmt ist.
In einer weiteren Fortbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Abscheidebereich mindestens vier Seitenwände umfasst, die zusammen mit einem oberen Abschluss, einen Raum definieren, der die Gasleiteinheit bildet, wobei eine der Seitenwände als Pralleinheit ausgebildet ist, wobei dieser Raum über die Abscheideöffnung mit dem Trennbereich verbunden ist. In dieser Ausführungsform, in der Abscheidebereich mindestens vier Seitenwände umfasst, die zusammen mit einem oberen Abschluss, einen Raum definieren, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwänden größer ist als der halbe Abstand der Einlassdüse von der Pralleinheit. Bevorzugt kann in dieser Ausführungsform, in der Abscheidebereich mindestens vier Seitenwände umfasst, die zusammen mit einem oberen Abschluss, einen Raum definieren, vorgesehen sein, das Verhältnis des Abstandes zwischen zwei gegenüberliegenden
Seitenwänden zu Abstand der Einlassdüse von der Pralleinheit im Bereich von 0,8 bis 8, besonders bevorzugt im Bereich von 0,9 bis 6, speziell bevorzugt im Bereich von 1 ,0 bis 4 und besonders bevorzugt im Bereich von 1 ,2 bis 2 liegt. Diese Werte beziehen sich insbesondere auf zwei gegenüberliegende Seitenwände die den größten Abstand aufweisen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Einlassdüse im oberen Bereich des
Abscheidebereichs vorgesehen ist, besonders bevorzugt im oberen Drittel des Abscheidebereichs, wobei sich diese Richtung aus der Anordnung des Einlasses und des Flüssigauslasses ergibt, so dass die Einlassdüse oberhalb des Flüssigauslasses angeordnet ist.
Neben dem zuvor dargelegten Abscheidebereich weist ein erfindungsgemäßer Gas- Flüssig-Abscheider einen Trennbereich auf. Im Trennbereich werden, wie bereits zuvor angedeutet, die Phasen getrennt, wobei der Trennbereich einen
Flüssigauslass aufweist, über den die flüssige Phase dem Gas-Flüssig-Abscheider entnehmbar ist. Die Gasphase wird in den Gasausleitbereich geleitet. Demgemäß ist der Trennbereich über eine Öffnung mit dem Gasausleitbereich verbunden und steht mit diesem in Fließkontakt.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Trennbereich mit einem Flüssigauslass einen Boden umfasst, der vorzugsweise eine Krümmung, einen Bogen einen Winkel oder eine andere Form umfasst, die zu einer Verjüngung führt, wobei der
Flüssigauslass im Bereich der tiefsten Stelle des Bodens vorgesehen ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Flüssigauslass im unteren Bereich des Trennbereichs vorgesehen ist, besonders bevorzugt im unteren Drittel des
Trennbereichs, wobei sich diese Richtung aus der Anordnung der Einlassdüse und des Flüssigauslasses ergibt, so dass die Einlassdüse oberhalb des Flüssigauslasses angeordnet ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Innenoberfläche des Trennbereichs einen Oberflächenbereich mit einer Oberflächenenergie im Bereich von 15 bis 120 mN/m, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 80 mN/m und speziell bevorzugt im Bereich von 22 bis 60 mN/m aufweist, wobei vorzugsweise mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % der Oberfläche des Trennbereichs eine Oberflächenenergie im Bereich von 20 bis 80 mN/m, speziell bevorzugt im Bereich von 22 bis 60 mN/m aufweist. Vorzugsweise kann die Differenz der Oberflächenenergie der Innenoberfläche des Trennbereichs zur
Oberflächenenergie der Innenoberfläche des Abscheidebereichs mindestens
10mN/m, bevorzugt mindestens 30mN/m betragen, wobei sich diese Werte auf das jeweilige Maxima oder Minima beziehen, so dass die Differenz maximal ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Abscheidebereich eine Querschnittsfläche im Bereich der Einlassdüse aufweist, die mindestens 80 %, vorzugsweise mindestens 90 % der maximalen Querschnittsfläche des Trennbereichs beträgt, wobei die Querschnittsflächen auf die Ebenen bezogen sind, die senkrecht zur Pralleinheit und senkrecht Richtung Hauptauftreffpunkt des Gas-Flüssiggemisches- Öffnung stehen,
Der Gasausleitbereich dient zur Ableitung der Gasphase aus dem Gas-Flüssig- Abscheider, so dass dieser einen Gasauslass umfasst.
Vorzugsweise ist der Gasausleitbereich so ausgestaltet, dass die
Gasgeschwindigkeit am Gasauslass maximal ist, vorzugsweise die
Gasgeschwindigkeit in Gasflussrichtung vom Trennbereich in Richtung Gasauslass gesehen, zunimmt. Hierdurch kann ein Saugeffekt erzeugt werden, der zu einem sicheren und wartungsarmen Betrieb des Gas-Flüssig-Abscheiders führt. Ferner kann hierdurch das Volumen des Gas-Flüssig-Abscheiders verringert werden, ohne dass dessen Leistungsfähigkeit in anderen Eigenschaften, beispielsweise die Trenneigenschaften abnimmt.
In Umkehrung des Abscheidebereichs nimmt daher der Raum von Richtung
Trennbereich hin zum Gasauslass ab. Vorzugsweise verjüngt sich demgemäß die Querschnittsfläche von Richtung Trennbereich hin zum Gasauslass.
In einer Fortbildung des Gas-Flüssig-Abscheiders kann vorgesehen sein, dass der Gasausleitbereich so ausgestaltet ist, dass die Fläche von gedachten Ebenen, die senkrecht zur Richtung von Trennbereich zum Gasauslass stehen, ausgehend von dem Trennbereich in Richtung Gasauslass abnimmt, wobei diese Abnahme vorzugsweise stetig ist, wobei vorzugsweise die Gasleiteinheit eine Seitenwand des Gasausleitbereichs und im Längsschnitt diese Seite der Gasleiteinheit mit einer weiteren Seitenwand des Gasausleitbereichs eine Keilform bildet.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Gasauslass im oberen Bereich des
Gasausleitbereichs vorgesehen ist, besonders bevorzugt im oberen Drittel des Gasausleitbereichs, wobei sich diese Richtung aus der Anordnung der Einlassdüse und des Flüssigauslasses ergibt, so dass die Einlassdüse oberhalb des
Flüssigauslasses angeordnet ist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Innenoberfläche des Gasausleitbereichs einen Oberflächenbereich mit einer Oberflächenenergie im Bereich von 10 bis 40 mN/m aufweist, wobei vorzugsweise mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % der Oberfläche des Gasausleitbereichs eine Oberflächenenergie im Bereich von 10 bis 30mN/m aufweist.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Abscheidebereich oberhalb des Trennbereichs angeordnet ist und der Gasausleitbereich oberhalb des Trennbereichs angeordnet ist, wobei sich diese Richtung aus der Anordnung der Einlassdüse und des Flüssigauslasses ergibt, so dass die Einlassdüse oberhalb des Flüssigauslasses angeordnet ist.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Abscheidebereich oberhalb des
Trennbereichs angeordnet ist und der Gasausleitbereich oberhalb des Trennbereichs angeordnet ist, wobei sich diese Richtung aus der Anordnung der Einlassdüse und des Flüssigauslasses ergibt, so dass die Einlassdüse oberhalb des Flüssigauslasses angeordnet ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Volumenverhältnis von Abscheidebereich zu Trennbereich bevorzugt im Bereich von 4:1 bis 1 :10, vorzugsweise im Bereich von 2:1 bis 1 :6 und speziell bevorzugt im Bereich von 1 :1 bis 1 :3, liegt.
In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das
Volumenverhältnis von Abscheidebereich zu Gasausleitbereich bevorzugt im Bereich von 10:1 bis 1 :10, vorzugsweise im Bereich von 5:1 bis 1 :5 und speziell bevorzugt im Bereich von 2:1 bis 1 :2, liegt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Volumenverhältnis von Trennbereich zu Gasausleitbereich bevorzugt im Bereich von 10:1 bis 1 :4, vorzugsweise im Bereich von 6:1 bis 1 :2 und speziell bevorzugt im Bereich von 3:1 bis 1 :3, liegt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Höhe des Abscheidebereichs bevorzugt im Bereich von 1 cm bis 100 cm, besonders bevorzugt im Bereich von 5 cm bis 20 cm liegt. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Höhe des Trennbereichs bevorzugt im Bereich von 0,5 cm bis 20 cm, besonders bevorzugt im Bereich von 2 cm bis 5 cm liegt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Höhe des Gasausleitbereichs bevorzugt im Bereich von 0,5 cm bis 20 cm, besonders bevorzugt im Bereich von 2 cm bis 5 cm liegt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Höhe des Abscheidebereichs zur Höhe des Trennbereichs vorzugsweise im Bereich von 1 :2 bis 10:1 , besonders bevorzugt im Bereich von 1 :1 bis 7:1 und speziell bevorzugt im Bereich von 3:1 bis 6:1 liegt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass Verhältnis der Höhe des Trennbereichs zur Höhe des Gasausleitbereichs im Bereich von 2:1 bis 1 :10, besonders bevorzugt im Bereich von 1 :1 bis 1 :7 und speziell bevorzugt im Bereich von 1 :3 bis 1 :6 liegt..
Die zuvor dargelegten bevorzugten Eigenschaften des Gas-Flüssig-Abscheiders benötigen eine Definition der verschiedenen Bereiche, die jeweils in einem
Fließkontakt miteinander stehen, da das Gemisch aus Gas- und Flüssigkeitsphase über den Abscheidebereich in den Trennbereich übergeleitet werden, in welchem die Flüssigkeit von der Gasphase getrennt wird und das Gas in den Gasausleitbereich überführt werden. Hierbei bildet die Abscheideöffnung die Trennung zwischen Abscheidebereich und Trennbereich, wobei die Ebene in der die Abscheideöffnung endet den Übergang zum Trennbereich markiert.
Der Übergang zwischen Trennbereich und Gasausleitbereich wird ebenfalls durch eine Öffnung markiert, die jedoch im Vergleich zur Abscheideöffnung relativ groß ist. Diese Öffnung ist definiert durch die Ebene, die auf der Höhe der Abscheideöffnung angeordnet ist und senkrecht zur Richtung der Gasflussrichtung des Gas- Flüssigkeitsgemisches in dem Abscheidebereich beziehungsweise parallel zur Flussrichtung der Gasphase verläuft, sobald diese die Abscheideöffnung vom
Abscheidebereich kommend in den Trennbereich übergeht beziehungsweise beim Betrieb parallel zum Flüssigkeitsspiegel ist. Die durch die Ausdehnung der Öffnung definierte Ebene wird so ausgewählt, dass diese die Minimalfläche zwischen
Trennbereich und Gasausleitbereich darstellt, wobei diese Ebene die Abscheideöffnung berührt und im Wesentlichen parallel zum Boden des Trennbereichs beziehungsweise beim Betrieb parallel zum Flüssigkeitsspiegel liegt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Verhältnis von Eintrittsfläche des im
Abscheidebereich vorgesehene Einlasses zum Abstand von Einlass und Pralleinheit im Bereich von 5:1 mm2/mm bis 1 :10 mm2/mm, vorzugsweise 2:1 mm2/mm bis 1 :5 mm2/mm liegt.
Ein bevorzugt einzusetzender Gas-Flüssigabscheider kann aus jedem bekannten Material hergestellt werden, solange die Anforderungen, die durch die Lösungsmittel und die physikalischen Gegebenheiten vorgegeben sind, erfüllt werden.
Vorzugsweise kann ein transparentes Material eingesetzt werden, durch welches der Trennvorgang sichtbar ist, so dass bei Belagbildung oder ähnlichem eine rasche Fehleranalyse ermöglicht wird.
Vorzugsweise kann der Gas-Flüssigkeits-Separator aus Metallen, die vorzugsweise Säure- und Basenbeständig ausgestaltet sind, aus mineralischen Gläsern und/oder Kunststoffen, beispielsweise Fluorpolymeren, Polyetheretherketon (PEEK) oder ähnlichen Materialien, die vorzugsweise Lösemittelbeständig sind, hergestellt werden.
Der Gas-Flüssig-Abscheider weist vorzugsweise ein Volumen im Bereich von 20ml bis 100ml, besonders bevorzugt im Bereich von 20ml bis 70ml, speziell bevorzugt im Bereich von 20ml bis 50ml, auf. Bei einer im Wesentlichen quaderförmigen Gestalt, die beispielsweise im oberen und/oder unteren Bereich des Gas-Flüssig- Abscheiders, der durch die Einlassdüse beziehungsweise durch den Flüssigauslass gegeben ist, bogenförmig oder als Kuppel ausgestaltet sein kann, liegt die Höhe des Gas-Flüssig-Abscheiders vorzugsweise im Bereich von 8cm bis 150cm, besonders bevorzugt im Bereich von 10cm bis 12cm, wobei die Höhe durch die
Längenausdehnung in Gasflussrichtung, als von Einlassdüse in Richtung
Flüssigauslass gegeben ist. Die Breite und Tiefe des Gas-Flüssig-Abscheiders liegen jeweils vorzugsweise im Bereich von 15mm bis 60mm, besonders bevorzugt im Bereich von 15mm bis 25mm.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Gas-Flüssig-Abscheider nicht zylinderförmig, bevorzugt nicht kreiszylinderförmig ist, vorzugsweise eine im Wesentlichen quaderförmige Grundstruktur aufweist, die eine obere und eine untere bogenförmigen Abdeckung aufweist.
Der Aufbau und die Herstellung eines Gas-Flüssig-Abscheiders können auf jede Weise erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Gas-Flüssig- Abscheider zerlegbar ausgestaltet sein, so dass einzelne Bauteile zusammen- und auseinander gebaut werden können. Hierdurch kann der Gas-Flüssig-Abscheider bei einer Verschmutzung leicht gereinigt werden. Beispielsweise kann ein im
Wesentlichen quaderförmiger Grundkörper mit einer geeigneten Aussparung hergestellt werden, auf die eine Abdeckung, die Seitenwand dient über eine
Verschraubung aufgebracht werden. Die als Abdeckung dienende Seitenwand kann die Funktion der Pralleinheit übernehmen und/oder als Teil der Gasleiteinheit übernehmen, wie dies zuvor beschrieben wurde. Ein weiterer Teil der Gasleiteinheit, der vorzugsweise weiterhin eine Seitenwand des Gasausleitbereichs darstellt, kann in dieser Ausführungsform in den im Wesentlichen quaderförmiger Grundkörper mit einer geeigneten Aussparung durch einen Formschluss, durch Verschweißen, vorzugsweise Laserschweißen, Verkleben oder ähnlichem befestigt werden, so dass die zuvor dargelegten Bereiche, insbesondere mindestens ein Abscheidebereich, mindestens ein Trennbereich und mindestens ein Gasausleitbereich entstehen.
Der Gas-Flüssig-Abscheider kann im Allgemeinen bei atmosphärischem Druck betrieben werden. Um jedoch eine Ansammlung von größeren Mengen an
Flüssigkeit zu vermeiden, z.B. von Methanol kann der Gas-Flüssigkeits-Abscheider bei einem mäßigen inneren Gegendruck von beispielsweise im Bereich von 0,1 bar bis 4 bar von einem Rückdruckregler betrieben werden. Demgemäß kann
vorgesehen sein, dass die Chromatographie-Anlage nach dem Gasauslass ein Rückdruckregler vorgesehen ist, der vorzugsweise im Bereich von 1 bar bis 4 bar Überdruck (Absolutdruck 2 bar bis 5 bar), vorzugsweise 2 bar bis 3 bar Überdruck regelbar ist. Die über den Trennbereich gesammelte und durch den
Flüssigkeitsauslasskanal bereitgestellte Flüssigkeitskomponente ermöglicht jedoch eine automatisierte Fraktionierung, die unter atmosphärischem Druck betrieben werden kann. Mit Hilfe des Gas-Flüssigkeits-Abscheiders und vergleichbar mit konventioneller HPLC-Analyse kann auch für die SFC-Analyse eine vollautomatische Fraktionssammlung realisiert werden. Da Innenwände und Bauteile des Gas- / Flüssigkeitsabscheiders im Abscheide- und im Trennbereich im Wesentlichen dauerhaft befeuchtet werden, kann sich nicht nur eine Selbstreinigungseffekt entwickeln, sondern es kann auch ein relativ geringer Grad an Kreuzkontamination von Proben erreicht werden. Als weiterer Vorteil induziert der Separator eine relativ geringe Peakverbreiterung in den resultierenden Chromatogrammen.
Die Gasphase des Aerosols kann je nach Art des Gases aufgefangen und aufbereitet werden oder, beispielsweise bei Verwendung von C02 auch in die Umgebung freigesetzt werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Chromatographie-Anlage einen Gas-Flüssig- Abscheider aufweist und nach dem Gasauslass des Gas-Flüssig-Abscheiders ein Regelventil vorgesehen ist.
Die Flüssigkeitsphase des Aerosols wird in einem Fraktionssammler gesammelt. Die gesammelten Fraktionen werden besonders bevorzugt automatisch als
Hauptfraktionen gesammelt, während überschüssiges Lösungsmittel einer
Aufbereitung oder einer Entsorgung unterworfen werden kann.
Die Verbindungsleitung zwischen dem Flüssigauslass des Gas-Flüssig-Abscheiders und des Fraktionssammlers kann bevorzugt so ausgestaltet sein, dass Reste der Gasphase, vorzugsweise C02-Reste über diese Verbindung entweichen können. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Chromatographie-Anlage einen Gas- Flüssig-Abscheider aufweist und nach dem Gas-Flüssig-Abscheider eine Vorrichtung zum weiteren Abtrennen von Gas vorgesehen ist, vorzugsweise ein gasdurchlässiger Schlauch. Hierfür kann ein semipermeables Kunststoffmaterial eingesetzt werden, beispielsweise Teflon, besonders bevorzugt AF 2400 (kommerziell erhältlich von DuPont).
Die Anzahl und die Größe der Sammelgefäße innerhalb des Fraktionssammlers unterliegen keiner bestimmten Begrenzung. Vorzugsweise umfasst der
Fraktionssammler mindestens 5 Sammelgefäße, bevorzugt mindestens 10
Sammelgefäße, speziell bevorzugt mindestens 25 Sammelgefäße. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Fraktionssammler Sammelgefäße umfasst, die ein Sammelvolumen im Bereich von 5 bis 500 ml, vorzugsweise 10 bis 100 ml aufweisen.
Bevorzugt umfasst der Fraktionssammler Sammelgefäße, die im Wesentlichen ein gleiches Sammelvolumen aufweisen. Ein im Wesentlichen ein gleiches
Sammelvolumen bedeutet beispielsweise, dass sich das Sammelvolumen der einzelnen Sammelgefäße um höchstens 10 ml, vorzugsweise um höchstens 5 ml unterscheidet.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Sammelgefäße des Fraktionssammlers als Prallabscheider ausgestaltet sind, wobei vorzugsweise die Einleitung der zu sammelnden Fraktion in einem Winkel im Bereich von 70 bis 120°, bezogen auf die Senkrechte, gegen eine Wand des Sammelgefäßes erfolgt.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Chromatographie-Anlage einen UV- Detektor umfasst. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Chromatographie- Anlage ein Massenspektrometer als Detektor umfasst. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Anlage einen UV-Detektor und ein Massenspektrometer.
Das SFC- Chromatographiesystem ist vorzugsweise bei einem Volumenstrom im Bereich von 10 ml/min bis 450 ml/min, besonders bevorzugt im Bereich von 50 ml/min bis 300 ml/min und speziell bevorzugt 100 ml/min bis 250 ml/min betreibbar. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das SFC- Chromatographiesystem
vorzugsweise bei einem Volumenstrom von mindestens 10 ml/min, besonders bevorzugt von mindestens 50 ml/min und speziell bevorzugt von mindestens 100 ml/min betreibbar ist.
Überraschend kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit herkömmlichen HPLC-Anlagen nach überschaubaren Umbauten durchgeführt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird auch ein Umwandlungskit bereitgestellt, durch das ein Hochleistungs-Flüssig-Chromatographiesystem (HPLC) in ein SFC-System umwandelt werden kann. Ein derartiges Kit umfasst bevorzugt mindestens einen Gasflüssigkeitsabscheider, wie oben beschrieben. Vorzugsweise enthält das Kit weitere Komponente, wie diese nachfolgend beschrieben sind, um eine HPLC- Anlage in ein SFC-System umzuwandeln, wie beispielsweise Wärmetauscher oder Rückdruckregler.
Vielfach ist die Steuereinheit einer HPLC-Anlage nicht frei zugänglich, sondern auf die Eingabe üblicher Parameter, wie beispielsweise Flussrate, Volumen der
Sammelgefäße des Fraktionssammlers, Zeitspanne, die eine zu sammelnde
Flüssigkeit benötigt, um die Strecke zwischen Detektorsignal und dem
Fraktionssammelventil zurückzulegen, usw. begrenzt. Eine variable Flussrate, wie sich diese vorliegend durch eine bevorzugte Abtrennung des zweiten Lösungsmittels am Fraktionssammler ergibt, kann vielfach nicht in die Steuereinheit einer HPLC- Anlage einprogrammiert werden. Um diese Schwierigkeit zu umgehen, kann vorzugsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS-Einheit) bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird weiterhin eine zweite Steuereinheit, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS-Einheit)
bereitgestellt, die in Wirkverbindung mit der Steuereinheit der HPLC-Anlage, der Pumpen, insbesondere der Pumpe für das erste Lösungsmittel und/oder dem
Fraktionssammler dieser Anlage steht. Ferner kann die zweite Steuereinheit, beispielsweise die SPS-Einheit mit der Detektionseinheit, beispielsweise einem Massenspektrometer und/oder einem UV-Detektor, in Verbindung stehen, um beispielsweise ein Steuersignal an die Steuereinheit der HPLC-Anlage zu senden.
Zur Programmierung einer variablen Flussrate in einer vorgesehenen Steuerung kann vorzugsweise die Flussrate des ersten Lösungsmittels bestimmt werden, wobei dies beispielsweise durch Messen des ersten Lösemittelflusses vor oder nach der Lösemittelpumpe mit einem Durchflusssensor erfolgen kann. Ferner können Pumpen eingesetzt werden, die ein Auslesen der von der Chromatographiesoftware bereitgestellten Signale zulassen. Die entsprechenden Signale werden entsprechend an die zweite Steuereinheit, beispielsweise die SPS-Einheit geleitet und von dieser verarbeitet.
Bevorzugt wird in einem weiteren Schritt kann das Systemtotvolumen zwischen Pumpe und Fraktionssammelventil ermittelt. Dieses Totvolumen erzeugt eine
System-Verzögerungszeit der ankommenden Lösemittelzusammensetzung am Fraktionssammelventil bei Gradientenfahrweise. Das Totvolumen besteht aus dem Innenvolumen aller Kappilaren/Rohrleitungen zwischen Pumpe und
Fraktionssammelventil, dem Innenvolumen der Chromatographiersäule (Porosität der stationären Phase ist zu beachten). Zur Bestimmung des Totvolumens zwischen Pumpe und Fraktionssammelventil kann beispielsweise als zweites Lösungsmittel ein UV-absorbierendes Lösungsmittel eingesetzt werden, wobei anhand dessen
Gradienten, der am UV-Detektor bestimmt werden kann, und der entsprechend im Fraktionssammler eingesammelt werden kann, das Totvolumen beziehungsweise die Totzeit ermittelt werden kann. Ferner kann das Totvolumen grob abgeschätzt werden und anhand dieser Schätzung ein erster Probelauf durchgeführt werden, wobei sämtliche Fraktionen eingesammelt werden (Schwellwert (threshold) = 0). Anhand der Füllhöhe der einzelnen Sammelgefäße kann das Totvolumen beziehungsweise die Totzeit anschließend optimiert werden. Bei zu geringer Füllhöhe wurde das Totvolumen beziehungsweise die Totzeit zu gering eingeschätzt; bei zu großer Füllhöhe (insbesondere bei einem Überlaufen) wurde das Totvolumen
beziehungsweise die Totzeit zu groß eingeschätzt.
Zur Durchführung dieser Abwandlung des vorliegenden Verfahrens stellt die zweite Steuereinheit, beispielsweise die SPS-Einheit der Steuereinheit der HPLC-Anlage ein Steuersignal zur Verfügung, wobei dies in Abhängigkeit der konkreten
Ausführungsform erfolgen kann. Beispielsweise kann die zweite Steuereinheit, beispielsweise die SPS-Einheit an die Steuereinheit der HPLC-Anlage über einen Eingang für einen weiteren Detektor oder über eine entsprechende Schnittstelle angeschlossen sein. Ferner kann vielfach zwischen dem Signal eines Detektors, vorzugsweise eines UV-Detektors und der Steuereinheit der HPLC-Anlage die zweite Steuereinheit, beispielsweise die SPS-Einheit zwischengeschaltet werden, so dass die Signale des Detektors zunächst in die zweite Steuereinheit, beispielsweise die SPS-Einheit geführt werden und von der zweiten Steuereinheit, beispielsweise der SPS-Einheit anschließend in die Steuereinheit der HPLC-Anlage.
Ferner sollte zur Durchführung dieser Abwandlung des vorliegenden Verfahrens der Volumenwert eines Sammelgefäßes des Fraktionssammlers entsprechend hoch gestellt werden, um ein frühzeitiges Schalten durch die Steuereinheit der HPLC- Anlage zu verhindern. Bei einem tatsächlichen Volumen von beispielsweise 20 ml sollte der Volumenwert eines Sammelgefäßes des Fraktionssammlers von mindestens 300 bis 400 ml eingegeben werden, je nach Anteil an erstem Lösungsmittel.
Bei einem Umbau einer üblichen HPLC-Anlage, die keinen umfassenden Zugriff auf die Steuerung erlaubt, kann insbesondere die Steuerung des Fraktionssammlers über eine zweite Steuereinheit, die beispielsweise als SPS-Einheit ausgestaltet ist, zumindest partiell erfolgen, wobei die zweite Steuereinheit, beispielsweise die SPS- Einheit in einer Wirkverbindung mit dem Fraktionssammler steht und vorzugsweise der zweiten Steuereinheit, beispielsweise der SPS-Einheit Daten über die
Pumpleistung bzw. der Flussrate sowie dem Gradienten bereitgestellt werden.
Ferner werden der zweiten Steuereinheit, beispielsweise der SPS-Einheit
Detektordaten, vorzugsweise Signale eines UV-Detektors bereitgestellt.
Die Steuerung des Fraktionssammelventils wird vorzugsweise zumindest teilweise über die Steuereinheit der HPLC-Anlage ausgestaltet. Hierbei wird die
Signalerkennung eines von einem Detektor erfassten Signals als zu sammelnde Fraktion vorzugsweise durch die Steuereinheit der HPLC-Anlage realisiert, während ein Wechsel des Sammelgefäßes vorzugsweise über die zweite Steuereinheit, die beispielsweise als SPS-Einheit ausgestaltet ist, bewirkt wird.
Die Signalerkennung kann beispielsweise über einen Schwellwert (Signalhöhe) und die Steigung des Signalverlaufs oder andere Faktoren des vom Detektor erfassten und an die Steuereinheit der HPLC-Anlage übermittelten Signals erfolgen, wobei diese entsprechend das Fraktionssammelventil umgeschaltet und das Sammelgefäß befüllt. Im Allgemeinen wird das Sammelgefäß solang befüllt bis das Signal nicht mehr den Kriterien entspricht, beispielsweise ein detektierter Peak unter den vorgesehenen Schwellwert abfällt. Ist die Sammelzeit für diesen Peak länger als das vorgegebene Volumen des Sammelgefäßes, wird der Sammelvorgang kurzzeitig unterbrochen, um den Sammelvorgang beim nächsten leeren Sammelgefäß wieder fortsetzen.
Problematisch ist hierbei, wie bereits ausgeführt, dass eine übliche HPLC-Software keinen Flussgradienten berücksichtigen kann, die gemäß den bevorzugten
Ausführungsformen am Fraktionssammelventil vorhanden sind, da vorzugsweise das zweite Lösungsmittel überwiegend abgetrennt und die zu sammelnden
Zusammensetzungen überwiegen das erste Lösungsmittel enthalten. Die Berechnung der maximalen Füllhöhe durch die Steuereinheit der HPLC-Anlage wird vorzugsweise dadurch umgangen, dass in der in der Software zur Steuerung der HPLC-Anlage ein Fraktionssammelvolumen hinterlegt wird, welches
beispielsweise 10-20-fach größer als das der realen Fraktionsgläser ist. Die
Signalerkennung (Peakdetektion) ist aber hierbei vorzugsweise unberührt, d.h.
Fraktionsende erfolgt immer noch über die Software der Steuereinheit der HPLC- Anlage. Da in bevorzugten Ausführungsformen am Fraktionssammelventil ein stetig ansteigender Flussgradient anliegt, verringert sich die maximale Fraktionssammelzeit entsprechend. Die maximale Fraktionssammelzeit wird daher vorzugsweise von einer zweiten Steuereinheit, beispielsweise einer SPS-Einheit bereitgestellt.
Dazu wird die Flussrate ermittelt, wobei dies nach den obigen Verfahren erfolgen kann. Der Gradientenverlauf des ersten Lösemittels wird vorzugsweise in ein
Speicherarray der zweiten Steuereinheit, beispielsweise der SPS-Einheit periodisch abgelegt. Je nach Auflösung kann man beliebig viele Speicherzeilen verwenden. Gute Ergebnisse können beispielsweise bei einer Auflösung von einer Speicherzeile pro Sekunde erzielt werden.
Dieser Zusammenhang kann beispielsweise über folgende Formel (II) dargestellt werden:
Figure imgf000038_0001
Formel (II) wobei gilt:
FLi (t) ist der Volumenstrom des ersten Lösungsmittels zum Zeitpunkt t (gemessen am oder berechnet für das Fraktionssammelventil)
AAS ist der Zeitraum, über den das Volumen einer einzelnen Volumenkomponente berechnet wird, wobei sich dieser aus der Auflösung des Speicherarrays ergibt. Die Auflösung des Speicherarrays ergibt sich aus der Anzahl der Speicherzellen und der Totzeit des Systems (Laufzeit zwischen Pumpenausgang und Fraktionssammelventil).
Vmax ist das maximale Volumen des Sammelgefäßes ts ist der Startzeitpunkt, zu dem das Detektorsignal eine zu sammelnde Fraktion anzeigt und zu dem gesammelt wird tn ist der Endzeitpunkt, bis zu dem eine zu sammelnde Fraktion in ein
Sammelgefäß eingeleitet werden kann
Demgemäß wird fortlaufend das Gesamtvolumen aus der Summe der einzelnen Volumenkomponenten berechnet und zu dem Zeitpunkt zu dem dieses
Gesamtvolumen gleich dem maximalen Volumen des Sammelgefäßes ist, an den Fraktionssammler ein Signal zur Durchführung eines Wechsel des Sammelgefäßes gesendet. Hierbei wird das maximale Volumen des Sammelgefäßes (Vmax) so gewählt, dass ein Überlaufen des Sammelgefäßes vermieden werden kann.
Zur Erläuterung wird folgendes Zahlenbeispiel gegeben, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll:
Bei einer Speicherzeilenauflösung von 1 s und einer Systemverzögerungszeit von 60s benötigt man einen Speicherarray von 60 Zeilen. In diesem Speicherarray ist somit immer der aktuelle Gradientverlauf der letzten 60s abgelegt und wird jede Sekunde aktualisiert. D.h. der Speicherwert der 60s„alt" ist wird mit dem aktuellen Flusswert überschrieben. Allerdings erfolgt das Überschreiben erst nachdem gegebenenfalls dieser Wert beispielsweise für die Berechnung des Sammelvolumens ausgelesen wurde.
Ab dem Zeitpunkt bei dem das Fraktionssammelventil schaltet bekommt die SPS (über die Steuerspannung des Ventils) das Signal zum Integrieren des
angesammelten Volumens im Fraktionsglas. Dabei wird der Gradientenverlauf berücksichtigt. D.h. ab der„ältesten" Speicherzeile, die dem Anteil an erstem
Lösungsmittel am Fraktionssammelventil entspricht, wird sekundengenau aufsummiert und mit dem hinterlegten Fraktionsvolumen verglichen. Ist aufsummiertes Fraktionsvolumen gleich hinterlegtes Fraktionsvolumen (wird in der SPS abgelegt) wird von der SPS ein Signal an die Chromatographiesoftware zum Wechsel des Fraktionssammelgefäßes gesendet. Die Art und Länge dieses Signals ist von der umzubauenden HPLC-Anlage abhängig. Beispielsweise kann ein entsprechendes Signal über den Eingang des UV-Detektors an die HPLC- Steuereinheit gesendet werden, welches zum Beispiel 500ms lang ist.
In der Chromatographiesoftware hat man zuvor einen entsprechenden Auslöser („Trigger") programmiert, so dass der UV-Detektor und„SPS-Detektor" logisch miteinander verknüpft sind.
Hieraus ergeben sich beispielhaft folgende Zusammenhänge:
Tsys = System-Verzögerungszeit = 60s nsz = Anzahl Speicherzeilen = 60
Speichertakt: 1Hz (jede Sekunde wird eine neue Speicherzeile beschrieben)
TSYS 60 s
As = Auflösung Speicherarray = = = ls
nsz 60
F(t)G = Fluss zum Zeitpunkt t im Gradientverlauf in ml/min
F(t)c
Vs = Speicherzeilenvolumen = ^ ■ As Vmax = maximales Fraktionsvolumen nachfolgenden Formel zusammengefasst werden können
Figure imgf000040_0001
Falls die umzubauende HPLC-Anlage eine wesentliche Verzögerung zwischen Schaltsignal und tatsächlicher Schaltung am Fraktionssammelventil aufweist, so muss diese Schaltverzögerung bei der Berechnung des Volumens berücksichtigt werden. Dies ist vielfach der Fall, falls die umzubauende HPLC-Anlage beispielsweise mit einem Massenspektrometer ausgestattet ist. Die Auswertung des Massenspektrometrie-Signals benötigt im Allgemeinen einen relativ großen Zeitraum, der vielfach im Bereich von 1 s bis 10s, beispielsweise etwa 4s bis 6s liegt. Vielfach wird bei diesen Anlagen daher ein Zusatzvolumen vorgesehen, wie dies zuvor und nachfolgend näher ausgeführt wird.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Füllungsgrad des Sammelgefäßes über eine Summation des Volumens erfolgt, das über einen Zeitraum in das
Sammelgefäß eingeleitet wird, wobei die einzelnen Volumenkomponenten der Summenbildung über das Produkte aus der Flussrate, dem Zeitraum, über den die Volumenkomponente gesammelt wird, und dem Anteil des ersten Lösungsmittels in der Lösungsmittelzusammensetzung zum Startzeitpunkt der jeweiligen
Volumenkomponente bestimmt wird, wobei die Zeit, die zur Bestimmung des
Massenspektrometrie-Signals benötigt wird, durch ein Zusatzvolumen bei der
Summation berücksichtigt wird, wobei in der Steuerungseinheit das Volumen des Sammelgefäßes hinterlegt wird.
Dieser Zusammenhang kann beispielsweise über folgende Formel (III) dargestellt werden:
Figure imgf000041_0001
Formel (III) wobei gilt
FLi (t) ist der Volumenstrom des ersten Lösungsmittels zum Zeitpunkt t (gemessen am Fraktionssammelventil
AAS ist der Zeitraum, über den das Volumen einer einzelnen Volumenkomponente berechnet wird, wobei sich dieser aus der Auflösung des Speicherarrays ergibt. Die Auflösung des Speicherarrays ergibt sich aus der Anzahl der Speicherzellen und der Totzeit des Systems (Laufzeit zwischen
Pumpenausgang und Fraktionssammelventil). Vmax ist das maximale Volumen des Sammelgefäßes ts ist der Startzeitpunkt, zu dem das Detektorsignal eine zu sammelnde Fraktion anzeigt und zu dem gesammelt wird tn ist der Endzeitpunkt, bis zu dem eine zu sammelnde Fraktion in ein
Sammelgefäß eingeleitet werden kann
Tv ist die Verzögerungszeitspanne, also die Zeitspanne zwischen Schaltsignal und tatsächlicher Schaltung am Fraktionssammelventil
Demgemäß wird ein Zusatzvolumen zur Berechnung gegenüber Formel (II) vorgesehen, welches kontinuierlich berechnet wird.
Hieraus ergeben sich beispielhaft folgende Zusammenhänge:
Annahme: 6s Signalverzögerungszeit Massenspektrometer
Heutige Massenspektrometer haben eine Signalverarbeitungszeit von bis zu 6s gegenüber dem UV-Detektorsignal.
Falls die umzubauende HPLC-Anlage eine Signalverzögerungszeit von 6s aufweist, muss das SPS-Signal um 6s früher ausgegeben werden, da sonst das Fraktionsglas um das Volumen der 6s überlaufen würde. Beim Fraktionsstart wird bei der
Volumenberechnung das Volumen der folgenden 6s von Anfang an dazu addiert. Dabei wird der Gradientverlauf für den Zeitraum der 6s permanent mitverfolgt.
Mit den zuvor dargelegten Symbolen kann dies zur nachfolgenden Formel zusammengefasst werden:
Figure imgf000042_0001
Hierbei entspricht F(t) aktuell dem jeweiligen Fluss des ersten Lösungsmittels, wobei F(t) aktuell zum Ende F(t) G Ende entspricht. Nachfolgend sollen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand von vier Figuren beispielhaft beschrieben werden, ohne dass hierdurch eine Begrenzung der Erfindung erfolgen soll. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Chromatographiesystems zur
Durchführung des vorliegenden Verfahrens.
Figur 2 eine schematische Längsschnittdarstellung eines bevorzugt
einsetzbaren Gas-Flüssig-Abscheiders,
Figur 3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines bevorzugt
einsetzbaren Gas-Flüssig-Abscheiders,
Figur 4 eine schematische Aufsicht eines bevorzugt einsetzbaren Gas-Flüssig- Abscheiders,
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Chromatographiesystem 100 mit einem erfindungsgemäßen Gas-Flüssig-Abscheider 130, welche für eine
überkritische Flüssigkeitschromatographie geeignet ist.
Ein solches System wird beispielhaft unter Verwendung von überkritischem C02 beschrieben, wobei Methanol als exemplarisches Lösungsmittel dargestellt wird. Selbstverständlich sind Systeme in denen andere Lösungsmittel, vorzugsweise organische Lösungsmittel eingesetzt werden, oder andere überkritische Fluide verwendet werden, ähnlich aufgebaut.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, werden die jeweiligen Fluide in Vorratsbehältern
vorgehalten, insbesondere das weiterhin in einem überkritischen Zustand
eingesetzte Gas in einem Speichertank 102 und das Lösungsmittel einem
Speichertank 104 bereitgestellt, welche über jeweils über eine Pumpe 106, 108 gefördert aus den Speichertanks 102, 104 zu den weiteren Bestandteilen der Anlage werden können. In dem vorliegend beschriebenen System 100 ist vorzugsweise in jeder Fluidzuleitung eine Vorbereitungsstufe 1 10, 1 12 vorgesehen, über die die Flüssigkeiten temperiert werden können. Ferner kann eine Nivellierung der durch die Pumpen indizierten Druckschwankungen bereitgestellt werden. Demgemäß kann diese Vorbereitungsstufe beispielsweise als Wärmetauscher oder als Pumpe ausgebildet sein. In der Lösungsmittelleitung kann bevorzugt eine Zugabeeinheit 1 14 vorgesehen sein, beispielsweise ein Injektor, über den eine aufzutrennende
Mischung in das System 100 eingeleitet werden, bevor das C02 und das
Lösungsmittel in einen Mischer 1 1 6 geleitet und von diesem einer
Chromatographiesäule 1 18 zugeführt werden.
In dem vorliegenden System 100 sind der Chromatographiesäule 1 18 zwei
Analyseeinheiten nachgeschaltet, wobei hierzu eine Probeausleiteinheit 120 mit einem Massenspektrometer 122 verbunden ist und nach der Probeausleiteinheit ein UV-Detektor 124 vorgesehen ist. Nach der Analyseeinheit ist vorliegend eine Einrichtung zur Bereitstellung eines Zusatzvolumens 125 dargelegt, welches insbesondere dazu dient, die Laufzeit der Flüssigkeit zu erhöhen, um Ergebnisse beispielsweise des Massenspektrometers 122 auswerten zu können. Der in der Leitung nach der Einrichtung zur Bereitstellung eines Zusatzvolumens 125 vorgesehene Rückdruckregler 126 hält den jeweiligen Druck aufrecht, der notwendig ist, dass das Fluid in einem überkritischen Zustand verbleibt. Nach dem
Rückdruckregler 126 ist ein Wärmetauscher 128 vorgesehen, der ein Einfrieren des Aerosols beim Entspannungsvorgang verhindert. Nachfolgend wird das Aerosol in einen erfindungsgemäßen Gas-Flüssig-Abscheider 130 eingeleitet, wobei das Gas der Anlage über Auslass 132 abgeleitet wird.
Die Flüssigkeit wird in einen Fraktionssammler 134 eingeleitet und in diesem fraktioniert. Das in den fraktionierten Proben enthaltene Lösungsmittel kann aus den Proben entfernt werden.
Figur 2 beschreibt einen bevorzugt einsetzbaren Gas-Flüssig-Abscheider 10 in einer Längsschnittdarstellung.
Der Gas-Flüssig-Abscheider 10 umfasst einen Abscheidebereich 12 mit einer Einlassdüse 14, einer Pralleinheit 1 6 und einer Gasleiteinheit 18. Die Gasleiteinheit 18 wird von der vorliegend als Prallplatte ausgebildeten Pralleinheit 1 6 einer
Gasbeschleunigungsplatte 20 sowie im Längsschnitt nicht dargestellten weiteren zwei Seitenwänden gebildet. Dargestellt ist insbesondere die vorliegend keilförmig ausgebildete Form des Abscheidebereichs 12, durch die ein Gas ausgehend von Bereich der Einlassdüse 14 hin zur Abscheideöffnung 22 beschleunigt wird. Die vorliegend als Prallplatte ausgebildeten Pralleinheit 1 6 kann eine strukturierte oder glatte Oberfläche aufweisen. Die Gasbeschleunigungsplatte 20 kann von Richtung Einlassdüse 14 in Richtung Abscheideöffnung 22 eben sein oder leicht konkav gekrümmt, so dass die vorliegend ersichtliche Abnahme des Abstands zwischen Prallplatte 1 6 und Gasbeschleunigungsplatte 20 verringert wird. Nach oben ist der Abscheidebereich 12 über einen oberen Abschluss 24 begrenzt.
Der Gas-Flüssig-Abscheider 10 umfasst einen Trennbereich 26 mit einem
Flüssigauslass 28, wobei der Trennbereich 26 über die Abscheideöffnung 22 mit dem Abscheidebereich 12 verbunden ist, so dass der Abscheidebereich 12 in Fließkontakt mit dem Trennbereich 26 steht.
Vorliegend bildet die als Prallplatte ausgebildeten Pralleinheit 1 6 eine Seitenwand des Trennbereichs 26. Der Boden des Gas-Flüssig-Abscheiders 10 wird vom unteren Abschluss des Trennbereichs 26 gebildet. Dieser Boden kann so ausgestaltet sein, dass der Flüssigauslass 28 an der tiefsten Stelle des Bodens vorgesehen ist.
Eine Seitenwand 32 des Gasausleitbereichs 30 sowie den beiden im Längsschnitt nicht dargestellten Seitenwänden bilden zusammen mit einer Öffnung 34, die zwischen Gasausleitbereich 30 und dem Trennbereich 26 vorgesehen ist, sowie der Abscheideöffnung 22 die weiteren Begrenzungen des Trennbereichs.
Im Trennbereich 26 wird die Gasphase von der Flüssigkeitsphase getrennt, wobei vorzugsweise das Gas durch die Gasleiteinheit 18 in Richtung Abscheideöffnung 22 beschleunigt wird, so dass die Flüssigkeit in Richtung Boden des Trennbereichs 26 überführt wird.
Die Gasphase wird über die Öffnung 34, die zwischen Gasausleitbereich 30 und dem Trennbereich 26 vorgesehen ist, in den Gasausleitbereich 30 geleitet. Der
Gasausleitbereich 30 ist vorliegend so ausgestaltet, dass das Gas in Richtung Gasauslass 35, der im Gasausleitbereich 30 vorgesehen ist beschleunigt wird.
Vorliegend bildet die Rückwand der zuvor beschriebenen Gasbeschleunigungsplatte 20 zusammen mit der in den Trennbereich ragenden Seitenwand 32 eine
entsprechende Keilform, wobei eine Kante der Gasbeschleunigungsplatte 20 mit der Seitenwand 32 verbunden ist. Figur 3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines bevorzugt einsetzbaren Gas-Flüssig-Abscheiders 10, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile beschreiben.
Zu sehen sind insbesondere die zuvor nicht dargestellten Seitenwände 36, 38 des Gas-Flüssig-Abscheiders 10. Ferner sind die Zuleitung 40 des Aerosols und die Ableitung für das Gas 42 dargestellt.
Ferner ist ersichtlich, dass in dieser Ausführungsform die als Prallplatte
ausgebildeten Pralleinheit 1 6 eine rillenförmige Oberflächenstruktur aufweist.
Figur 4 zeigt eine schematische Aufsicht eines bevorzugt einsetzbaren Gas-Flüssig- Abscheiders 10, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile beschreiben. Ersichtlich ist insbesondere die bevorzugte Ausgestaltung des unteren Abschluss 44 des Trennbereichs 26 und des oberen Abschluss 24 des Abscheidebereichs 12, die vorliegend jeweils bogenförmig ausgestaltet sind.
Die in der voranstehenden Beschreibung, sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines Fraktionierungssammlers bei einer
Chromatographie, wobei eine Lösungsmittelzusammensetzung in eine
Chromatographiesäule gepumpt wird, die zumindest einen Anteil an einem ersten Lösemittel enthält, das bei Normalbedingungen flüssig ist, und einen Anteil an einem zweiten Lösemittel enthält, das bei Normalbedingungen gasförmig ist, und die aus der Chromatographiesäule fließende
Zusammensetzung zumindest teilweise in einen Detektor eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine das erste Lösungsmittel enthaltende Zusammensetzung nach dem Verlassen der Chromatographiesäule in Abhängigkeit des Detektorsignals in ein Sammelgefäß des Fraktionssammlers eingeleitet wird und die Menge an Flüssigkeit, die in ein Sammelgefäß des Fraktionssammlers eingeleitet wird, in Abhängigkeit des Anteils an dem ersten Lösungsmittel gewählt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die in eine
Chromatographiesäule gepumpte Lösungsmittelzusammensetzung im Laufe der Chromatographie verändert wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Anteil des ersten Lösungsmittels in der Lösungsmittelzusammensetzung über den Zeitpunkt des Beginns der Fraktionssammlung bestimmt wird, wobei vorzugsweise einer Steuerungseinheit die über den Zeitverlauf vorgesehene Lösungsmittelzusammensetzung eingegeben wird und basierend auf dem Startzeitpunkt des Sammeins der Anteil an erstem Lösungsmittel bestimmt wird und basierend auf diesem Anteil sowie der Flussrate die Sammelzeit für ein Sammelgefäß festgelegt wird, wobei in der Steuerungseinheit das
Volumen des Sammelgefäßes hinterlegt wird.
4. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllungsgrad des Sammelgefäßes über eine Summation des Volumens erfolgt, das über einen Zeitraum in das
Sammelgefäß eingeleitet wird, wobei die einzelnen Volumenkomponenten der Summenbildung über das Produkte aus der Flussrate, dem Zeitraum, über den die Volumenkomponente gesammelt wird, und dem Anteil des ersten Lösungsmittels in der Lösungsmittelzusammensetzung zum Startzeitpunkt der jeweiligen Volumenkomponente bestimmt wird, wobei in der
Steuerungseinheit das Volumen des Sammelgefäßes hinterlegt wird.
Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lösungsmittel, welches in der
Zusammensetzung nach der Chromatographiesäule enthalten ist, vor dem Einleiten in den Fraktionssammler zumindest teilweise abgetrennt wird.
Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas-Flüssig-Abscheider eingesetzt wird und der Druck im Gas-Flüssig-Abscheider im Bereich von 0,1 bar bis 4 bar,
vorzugsweise 0,5 bar bis 3,5 bar und besonders bevorzugt 1 bar bis 3 bar liegt (Überdruck).
Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fraktionierung bei einem geringeren Druck betrieben wird als der Gas-Flüssig-Abscheider, wobei vorzugsweise der Druckunterschied im Bereich von 0,1 bar bis 4 bar, vorzugsweise 0,5 bar bis 3,5 bar und besonders bevorzugt 1 bar bis 3 bar liegt.
Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fraktionssammler über eine Steuerung gesteuert wird und die Steuerung mit dem Detektor in Wirkverbindung steht, wobei nach Beendigung der Detektion einer Substanz durch den Detektor ein
Steuerimpuls an den Fraktionssammler geleitet wird, der einen Wechsel des Sammelgefäßes bewirkt.
9. Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Festlegung des Zeitpunkts des Sammelbeginns für die Einleitung der zu sammelnden Fraktionen das Flüssigkeitsvolumen der Leitungen und Vorrichtungen zwischen dem Detektor bis zum Trennpunkt berücksichtigt wird, bei dem die zu sammelnden Fraktionen von den zu verwerfenden Fraktionen getrennt wird.
10. Chromatographie-Anlage zur Durchführung eines Verfahrens gemäß
mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Chromatorgraphie-Anlage eine Steuerung umfasst, die in
Wirkverbindung mit einem Detektor und einem Fraktionssammler steht und die Steuerung so programmierbar ist, dass die Menge an Flüssigkeit, die in ein Gefäß des Fraktionssammlers einleitbar ist, in Abhängigkeit des Anteils an dem ersten Lösungsmittel festlegbar ist.
1 1 . Chromatographie-Anlage gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fraktionssammler Sammelgefäße umfasst, die im Wesentlichen ein gleiches Sammelvolumen aufweisen.
12. Chromatographie-Anlage gemäß Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch
gekennzeichnet, dass die Sammelgefäße des Fraktionssammlers als
Prallabscheider ausgestaltet sind, wobei vorzugsweise die Einleitung der zu sammelnden Fraktion in einem Winkel im Bereich von 70 bis 120°, bezogen auf die Senkrechte, gegen eine Wand des Sammelgefäßes erfolgt.
13. Chromatographie-Anlage gemäß mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Chromatographie- Anlage einen UV-Detektor umfasst.
14. Chromatographie-Anlage gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Chromatographie- Anlage einen Gas-Flüssig-Abscheider aufweist und nach dem Gasauslass des Gas-Flüssig-Abscheiders ein Regelventil vorgesehen ist.
15. Umwandlungskit zum Umbau eines Hochleistungs-Flüssig- Chromatographiesystems zu einer Chromatographie-Anlage gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kit mindestens einen Gasflüssigkeitsabscheider und mindestens eine zweite Steuereinheit aufweist.
PCT/EP2018/073593 2017-09-05 2018-09-03 Verfahren zum betreiben eines fraktionierungssammlers bei einer chromatographie WO2019048369A1 (de)

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