WO2025035163A1 - Trennsäulenmodul für einen chromatographen und chromatograph - Google Patents

Trennsäulenmodul für einen chromatographen und chromatograph Download PDF

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WO2025035163A1
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separation column
temperature
temperature control
along
chromatograph
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Bernhard KLAMPFL
Sebastian WÖHRER
Egon Erwin ROSENBERG
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Technische Universitaet Wien
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    • G01N2030/3076—Control of physical parameters of the fluid carrier of temperature using specially adapted T(t) profile

Definitions

  • the invention relates to a separation column module for a chromatograph, in particular a gas chromatograph, comprising: a chromatographic separation column; a temperature control device on the separation column for generating a temporal and/or local temperature profile along the separation column; and a control unit which is connected to the temperature control device and is designed to electronically control the temperature control device, wherein the separation column forms at least one winding and a receiving area within the at least one winding, in which receiving area the control unit is at least partially arranged.
  • the invention relates to a chromatograph, in particular a gas chromatograph, with an injector, a detector and an evaluation unit.
  • Gas chromatography is one of the most important techniques for the separation and determination of volatile and semi-volatile organic compounds.
  • Gas chromatography typically involves a system in which an analyte, after sample application, passes through a chromatographic separation column and enters a detector at the end of this separation column. As it passes through the separation column, individual components of the analyte are retained to varying degrees by varying degrees of interaction with the so-called stationary phase and are thereby separated.
  • a temperature program is often used, i.e. the separation column and the substances to be separated in it are subjected to a temperature gradient that increases from low to high temperatures - usually in a column oven heated with circulating air.
  • the hollow cylinder is filled with a porous material which, when air flows through it, causes a pressure drop that increases from the lower to the upper end of the hollow cylinder, so that the escaping air flow decreases accordingly from the lower to the upper end of the structure.
  • the air flow through the hollow cylinder forced by a fan, then leaves it through the outlet along the cylinder jacket and cools the separation capillary located there in accordance with the pressure and flow drop. This creates a negative temperature gradient along the separation column.
  • the disadvantage of the experimental arrangement described here is that it takes up a lot of space.
  • the system described can only be used to carry out isothermal separations or separations with a temperature program that decreases monotonically along the separation distance.
  • Contreras, JA, et al., Dynamic thermal gradient gas chromatography. Journal of Chromatography A, 2013. 1302: p. 143- 151 also discloses a gas chromatograph and a corresponding method in which a temperature gradient can be generated along a separation capillary.
  • the separation capillary is surrounded by a nickel capillary and divided into individually heatable segments.
  • the separation capillary is inserted into a holding apparatus outside the gas chromatograph, which has several cooling fans below the separation capillary.
  • a disadvantage of the device shown is that it has a very large construction volume and therefore also takes up a lot of space in addition to the GC.
  • the system is Installation of the separation capillary into the holding apparatus is inflexible and relatively difficult to maintain.
  • US 3,035,383 A also discloses a chromatograph which has a wound separation column which is guided along a vertical support column.
  • a heating element which is arranged on a support plate which can rotate around the support column can be moved along the separation column.
  • the object of the present invention is to alleviate the disadvantages of the prior art or even to eliminate them entirely.
  • the object of the present invention is to realize a separation column module of the type mentioned at the beginning, which has a small size and increases the flexibility of the overall system without limiting the performance of the separation column module.
  • the separation column is divided into several segments and each segment is assigned to its own temperature control element of the temperature control device, wherein the temperature control elements are designed to heat and/or cool the segment assigned to them.
  • the space created within the at least one turn is used by inserting the control unit into the receiving area.
  • the stability of the separation column module can be improved if the separation column is connected to the control unit or a support element of the control unit, which will be described in more detail below.
  • the separation column module can be used in chromatographs from different manufacturers.
  • the at least one turn and thus also the receiving area have a diameter of between 40 mm and 90 mm, in particular between 55 mm and 70 mm.
  • a single turn is a curve in space that describes a combination of a preferably circular rotation about an axis of rotation and a translation along this same axis of rotation. The rotation about the axis of rotation is at least 360 °.
  • the at least one turn therefore completely encloses the control unit at least once.
  • the at least one turn does not necessarily have to have a circular shape when viewed in the direction of the axis of rotation, but can also have, for example, a substantially elliptical, rn-angular, in particular triangular or rectangular shape. If the at least one turn is m-angular, the corners can be rounded.
  • n turns where n is a natural number, n rotations of the separation column about the axis of rotation of at least 360° are provided.
  • the separation column can, for example, have a separation capillary made of quartz glass (fused silica), which is preferably guided through a protective capillary, in particular a metal capillary.
  • the separation column and, if present, the protective capillary are bent accordingly.
  • the separation column can, for example, have an internal diameter of between 0.1 mm pm and 0.750 mm.
  • the film thickness of the stationary phase within the separation column can, in one embodiment of the invention, be between 0.07 pm and 0.15 pm, in particular essentially 0.1 pm.
  • the protective capillary can have an inner diameter between 0.4 mm and 5 mm, preferably between 0.6 mm and 1.5 mm, even more preferably between 0.7 mm and 1 mm.
  • the outer diameter of the protective capillary can, in one embodiment of the invention, be between 0.6 mm and 5 mm, preferably between 0.8 mm and 1.7 mm, even more preferably between 0.9 mm and 1.2 mm.
  • the separation column and, if present, the protective capillary can have a length between 0.5 m and 10 m, preferably between 1 m and 5 m or between 1 m and 3 m, for example essentially 1.5 m.
  • the length of the separation column or the separation capillary can be greater than that of the protective capillary in order to enable connection to an injector or to a detector.
  • the regions of the separation column that extend beyond the length of the protective capillary can be referred to as transfer regions.
  • the separation column can have any polarity and nature.
  • the separation column has a first end for connection to an injector and a second end for connection to a detector of a chromatograph.
  • the control unit has an electrical circuit for controlling the temperature control device.
  • the electrical circuit can, for example, have switches such as relays or transistors, in particular MOSFETs, which are electrically connected to the temperature control device.
  • the circuit can also have other electrical or electronic components such as resistors, coils, diodes or capacitors.
  • the control unit can have a microprocessor or microcontroller in which a control and/or regulation program for controlling or regulating the temperature control device is implemented.
  • the microprocessor or the microcontroller can be connected to a process control device of a chromatograph via an interface, for example a BUS interface.
  • the chromatograph can use this interface to activate the control unit or to stimulate it to generate a temperature profile.
  • a control unit and/or control program for controlling or regulating the temperature control device is implemented in the process control device of the chromatograph.
  • the temperature control device can, for example, have one or more independent heating and/or cooling elements, such as Peltier elements or metallic or ceramic resistance heating elements.
  • the temperature control device can be used to generate a temporal and/or spatial temperature profile along the separation column. For example, a temperature wave can be generated along the separation column. However, it is also possible to generate a static temperature gradient or an essentially constant temperature profile along the separation column. Ventilation can also be provided for rapid and efficient generation of the temperature profile.
  • the separation column forms a plurality of turns along a rotation axis and the receiving area extends along this rotation axis.
  • at least three, at least four, at least five, at least six, at least seven or at least eight turns are provided.
  • the turns can be regularly spaced from one another. In other words, the turns can all have the same pitch.
  • the separation column preferably forms a helix.
  • the receiving area, in which the control unit is at least partially received, lies within these turns.
  • n turns lead to a rotation of the separation column about the rotation axis of at least n* 360 °, wherein the rotations due to the turns themselves do not have to be circular, but are preferably circular.
  • the control unit is arranged at least partially, preferably completely, on a support element, in particular on a printed circuit board.
  • the electrical circuit of the control unit can be arranged on the support element.
  • the support element is at least partially in the Receiving area and thus at least partially surrounded by the at least one turn of the separation column.
  • the support element is essentially elongated.
  • the support element is arranged essentially parallel to a longitudinal axis of the receiving area and/or essentially parallel to the axis of rotation of the turns.
  • the support element has a longitudinal axis which is arranged essentially parallel to a longitudinal axis of the receiving area and/or essentially parallel to the axis of rotation of the turns.
  • control unit has a microprocessor or a microcontroller as described above, in one embodiment of the invention this can also be attached to the support element and form part of the circuit arranged on the support element.
  • the microprocessor or microcontroller can be provided separately from the support element, i.e. not arranged on the support element.
  • the microprocessor or microcontroller can be connected to the circuit of the control unit on the support element by wires or a cable in order to control and/or regulate the temperature control device.
  • Electrical connections within the electrical circuit of the control unit on the support element and optionally with the microprocessor or the microcontroller can be implemented by wires or, particularly in the case of a circuit board as the support element, by conductor tracks.
  • the support element is preferably essentially rectangular.
  • the maximum width of the support element is preferably less than a diameter along the cross section of the receiving area.
  • the length of the support element can, however, be greater than the length of the receiving area, so that the support element projects upwards and/or downwards beyond the receiving area. However, it can also be provided that the maximum length of the support element is shorter than the length of the receiving area.
  • the support element is connected to the separation column via at least one holding element.
  • the at least one holding element can hold the support element and the separation column in position relative to one another.
  • the holding element can be designed, for example, as a holding clip, as a holding spring or as a locking element. If a protective capillary is provided, the at least one holding element can be connected to it.
  • the at least one holding element can also function as a spacer between the separation column or the protective capillary and the support element.
  • several holding elements, in particular of the same type, are provided.
  • the at least one holding element can be arranged on a side edge of the support element.
  • the at least one holding element can be formed by part of a temperature control element, in particular part of a heating wire of a temperature control element.
  • the at least one holding element can, in particular if it is formed by part of the temperature control element, be connected, for example, to a terminal on the support element, which is preferably electrically connected to a switch of the control unit.
  • the separation column is divided into several, preferably at least five or at least ten, segments, and each segment is assigned to its own temperature control element of the temperature control device, the temperature control elements being designed to heat and/or cool the segment assigned to them.
  • the segments preferably adjoin one another. However, the segments can also be spaced apart from one another.
  • the entire separation column is divided into segments.
  • a Peltier element or a heating wire, for example, can be provided as the temperature control element.
  • the temperature control elements can at least partially or completely surround the segment assigned to them.
  • a segment of the separation column can, for example, have a length of between 50 mm and 150 mm. If a heating wire is provided as the temperature control element, this can wrap around the segment several times.
  • the tempering elements can be electrically connected to the control unit, in particular to a switch of the control unit.
  • the holding elements can also be formed by a part of the temperature control elements, in particular a heating wire.
  • the holding elements can be electrically connected to terminals on the support element, which can be electrically connected to the switches.
  • each temperature control element is connected to a switch, preferably a transistor, in particular a MOSFET, of the control unit.
  • the switches form part of the electrical circuit of the control unit.
  • the respective associated temperature control elements can be controlled via the switches and the segment associated with the respective temperature control element can thereby be heated or cooled.
  • an electrical voltage, in particular a supply voltage can be applied to the temperature control element connected to the respective switch.
  • the temperature control elements each have an electrically conductive heating wire that is arranged, in particular wound, around the separation column. If the separation column is surrounded by a protective capillary, in particular a metal capillary, the respective heating wires can be wound around the protective capillary.
  • a copper-nickel alloy for example CuNi44, can be used as the heating wire.
  • the dimensions of the heating wire depend on the specific application.
  • the heating wire of a temperature control element has a cross-sectional diameter of essentially 0.4 mm to 0.8 mm, in particular 0.6 mm, and a length of 400 mm to 600 mm, in particular 500 mm.
  • the heating wires can heat a segment of the separation column to a temperature of 100 °C to 350 °C, preferably from 100 °C to 300 °C.
  • the control unit can be set up to control the temperature control elements by means of pulse width modulation in such a way that the temporal and/or local temperature profile can be generated along the separation column.
  • the heat converted can be controlled in a particularly simple manner.
  • the pulse width modulation (PWM) can be generated using the microprocessor or microcontroller already described. For this purpose, the microprocessor or microcontroller can control the switches mentioned above.
  • the temperature profile may be, for example, one or more traveling temperature waves along the separation column; a locally resolved and preferably temporally variable temperature gradient along the separation column; a substantially constant temperature distribution along the separation column; or a substantially constant temperature distribution along the separation column which is temporally variable.
  • a temperature wave has a maximum as well as a rising and a falling temperature profile.
  • the maximum of the temperature wave can be between 50 ° C and 250 ° C, for example.
  • the speed of the temperature wave can be between 0.03 and 0.3 m/s.
  • a moving temperature wave can be generated by appropriately changing the control of the temperature control elements over time. The advantages of a moving temperature wave are the following two points:
  • the gradient of a traveling temperature wave is typically steeper than a spatially resolved temperature gradient along the entire separation column. This leads to narrower peaks and thus to better resolution.
  • the temperature wave is preferably not only caused by a
  • the wave is not produced by a single heating and cooling system, but by several temperature control elements. This means that the speed and steepness of the wave can be precisely controlled by heating power and changing the heating intervals of the individual segments.
  • the substance peak is focused. This focusing is caused by acceleration at the warmer rear of the peak and deceleration at the cooler front of the peak. If the gradient is in the form of a moving temperature wave, the substances which separate along this gradient can move through the separation column essentially fixed at certain temperature levels, so-called equilibrium temperatures.
  • the temperature wave can move from the first end of the separation column to the second end of the separation column or in the opposite direction (from the second end of the separation column to the first end of the separation column).
  • a locally resolved temperature gradient has a preferably monotonic increase towards a global maximum, which can be, for example, at 250 °C, and remains at least locally fixed, i.e. the temperature gradient does not move along the separation column, unlike a temperature wave.
  • the temperature gradient can also be multi-stage and have different strong increases.
  • the temperature gradient can be temporally variable during the separation process.
  • the slope of the temperature gradient can be adjusted.
  • the temperature gradient extends along the entire separation column.
  • the gradient can be positive or negative, i.e.
  • a substantially constant temperature distribution along the separation column has no temperature gradient.
  • the latter can also be referred to as an isothermal temperature profile.
  • the temperature of the temperature profile can be up to 250°C, for example.
  • the substantially constant temperature distribution along the separation column preferably extends substantially along the entire separation column. If the substantially constant temperature distribution along the separation column is also constant over time during the separation process, an isothermal separation takes place.
  • the substantially constant temperature distribution along the separation column can be variable over time during the separation process. The level of the temperature of the constant temperature distribution along the separation column can thus be varied over time. This corresponds to a temperature-programmed separation, as is mostly used by conventional gas chromatographs.
  • the temperature of the temperature profile that can be varied over time can be up to 250°C, for example.
  • a temperature-programmed separation like an isothermal temperature system, has a uniform temperature along the separation column, so the temperature is not a function of location. Unlike an isothermal separation, the temperature of the separation column is changed or increased during a separation process, usually by heating it in an air bath in the column oven of the GC. This allows analytes that contain substances with different volatilities to be separated in a time-efficient manner.
  • a gas chromatograph uses a mobile phase and a separation column with a suitable stationary phase.
  • An inert gas such as nitrogen or helium or hydrogen can be used as the mobile phase.
  • 5% phenyl and 95% methylpolysiloxane can be used as the stationary phase.
  • Examples of an analyte are hydrocarbons from the petrochemical industry or degradation products of electrolytes from lithium-ion batteries. Accumulators.
  • a split/splitless injector is preferably used as the injector.
  • the detector can be, for example, an FID detector.
  • the pressure within the separation column is preferably between 50 kPa and 400 kPa.
  • chromatography in particular gas chromatography, is carried out using the described chromatograph.
  • a sample is introduced into the separation column via the injector, separated into individual chemical compounds and analyzed using the detector.
  • Embodiment 1 Separation column module for a chromatograph, in particular a gas chromatograph, comprising: a chromatographic separation column; a temperature control device on the separation column for generating a temporal and/or local temperature profile along the separation column; and a control unit which is connected to the temperature control device and is designed to electronically control the temperature control device, wherein the separation column forms at least one winding and a receiving region within the at least one winding, in which receiving region the control unit is at least partially arranged.
  • Embodiment 2 Separation column module according to embodiment 1, wherein the separation column forms several turns along a rotation axis and the receiving area extends along this rotation axis.
  • Embodiment 3 Separation column module according to embodiment 1 or 2, wherein the control unit is arranged at least partially, preferably completely, on a support element, in particular on a circuit board.
  • Embodiment 4 Separation column module according to embodiment 3, wherein the support element is connected to the separation column via at least one holding element.
  • Embodiment 5 Separation column module according to one of embodiments 1 to 4, wherein the separation column is divided into several, preferably at least five or at least ten, segments and each segment is assigned to its own tempering element of the tempering device, wherein the tempering elements are designed to heat and/or cool the segment assigned to them.
  • Embodiment 6 Separation column module according to embodiment 5, wherein each temperature control element is connected to a switch, preferably a transistor, in particular a MOSFET, of the control unit.
  • a switch preferably a transistor, in particular a MOSFET
  • Embodiment 7 Separation column module according to embodiment 5 or 6, wherein the temperature control elements each have an electrically conductive heating wire which is arranged, in particular wound, around the separation column.
  • Embodiment 8 Separation column module according to one of embodiments 5 to 7, wherein the control unit is configured to control the temperature control elements by means of pulse width modulation such that the temporal and/or spatial temperature profile can be generated along the separation column.
  • Embodiment 9 Separation column module according to one of embodiments 1 to 8, wherein the temperature profile provided is one or more migrating temperature waves along the separation column; a locally resolved and preferably temporally variable temperature gradient along the separation column; a substantially constant temperature distribution along the separation column; or a substantially constant temperature distribution along the separation column that is temporally variable.
  • Embodiment 10 Chromatograph, in particular gas chromatograph, with an injector, a detector and an optional evaluation unit, wherein a separation column module according to one of the embodiments 1 to 9 is used in the chromatograph.
  • Fig. 1 shows a schematically illustrated separation column module in an overall view
  • Fig. 2 shows a schematically illustrated separation column module in a view from the front
  • Fig. 3 shows a schematically illustrated separation column module in a side view
  • Fig. 4 shows a schematically illustrated separation column module in a view from above
  • Fig. 5 shows a schematically illustrated separation column module in a detailed view
  • Fig. 6 schematically shows temperature control elements on a separation column in electrical connection
  • Fig. 7 schematically illustrated tempering elements on a straight separation column
  • Fig. 9 is a block diagram of a chromatograph
  • Fig. 10 shows an exemplary chromatogram.
  • Fig. 1 shows a separation column module 1 that can be used in a chromatograph 29 (see Fig. 9).
  • the separation column module 1 has a chromatographic separation column 2 within a protective capillary 5 made of metal, a temperature control device 3 on the separation column 2 and a control unit 4 for controlling the temperature control device 3.
  • the protective capillary 5 is surrounded by an insulation layer 53, preferably a polyimide layer, for electrical insulation.
  • the protective capillary 5, within which the separation column 2 is arranged, has an inner diameter of approximately 0.8 mm.
  • the separation column 2 itself has an inner diameter of 0.1 mm.
  • a traveling temperature wave 7a can be generated along the separation column 2.
  • along the separation column 2 also means along the protective capillary 5.
  • the temperature control device 3 is controlled by the control unit 4 according to a target specification which can be specified by a process control device 52 of the chromatograph 29 (see Fig. 9).
  • the separation column 2 has a plurality of turns 9 along an imaginary axis of rotation 8, so that a substantially cylindrical receiving area 10 is created between the turns 9, in which the control unit 4 is received.
  • the circumference 11 of the receiving area 10 (see Fig. 4) is delimited by the turns 9.
  • the width 12 of the receiving area 10 thus corresponds to the distance between a turn 9 along an imaginary transverse axis 13 arranged at right angles to the axis of rotation 8.
  • the height 14 of the receiving area 10 corresponds to the longitudinal extent of the entire turns 9 along the axis of rotation 8 projected normally onto the axis of rotation 8.
  • the turns 9 describe a curve which corresponds to a combination of a circular rotation about the axis of rotation 8 and a translation along the axis of rotation 8.
  • the distance between two adjacent windings 9 arranged one above the other - the pitch h - is preferably in the Essentially the same.
  • the shape of the separation column 2 is thus a helix 15.
  • control unit 4 is arranged on a support element 16 in the form of a circuit board 17.
  • the circuit board 17 has a substantially rectangular basic structure and is arranged in the receiving area 10 within the windings 9. In other words, the windings 9 surround the support element 16. This arrangement significantly reduces the construction volume of the separation column module 1 in comparison to the prior art. A part of the support element 16 protrudes in the lower area 18 beyond the receiving area 10 and can be used to handle the separation column module 1.
  • Fig. 2 and Fig. 3 show the separation column module 1 in a front and a side view.
  • the support element 16 is connected to the separation column 2 via several holding elements 19.
  • the holding elements 19 are arranged on the side edges 20 of the support element 16.
  • the holding elements 19 are designed, for example, as holding clips 21.
  • Fig. 4 shows the separation column module 1 in a view from above, in which the holding elements 19 can also be seen.
  • Fig. 5 shows a schematically illustrated separation column module in a detailed view.
  • the separation column 2 or the surrounding protective capillary 5 is divided into several segments 22, each of which is wound with a temperature control element 23 in the form of a heating wire 24.
  • the segments 22 are delimited by the dashed lines.
  • the heating wires 24 are wound directly around the protective capillary 5, which is surrounded by the insulation layer 53.
  • Each segment 22 is thus assigned its own temperature control element 23.
  • the respectively assigned segments 22 can be heated using the heating wires 24, the ends of which are connected to the control unit 4 or to the electrical ground 50 (see also Fig. 6).
  • Fig . 7 shows this in an enlarged view, but for the purpose of better overview with a straight separation column 2.
  • fourteen segments 22 are provided, each having a length of approximately 10 cm.
  • a CuNi44 alloy with a cross-sectional diameter of essentially 0.6 mm and a length of approximately 500 mm can be used as the heating wire 24, for example.
  • Such a heating wire 24 has a specific resistance of essentially 1.73 Q/m.
  • the ends 24a of the heating wires 24 can, for example, be guided on or in the holding elements 19 to the respective switches 25, which will be described in more detail below.
  • the holding elements 19 it is also possible for the holding elements 19 to be formed by the ends 24a of the heating wires 24 or for the heating wires 24 to be electrically connected to the switches 25 via the holding elements 19.
  • the holding elements 19 or ends 24a of the heating wires 24 can be connected, for example, to terminals 54, in particular printed circuit terminals, on the support element 16, which terminals 54 are electrically connected to the switches 25.
  • terminals 54 in particular printed circuit terminals
  • each temperature control element 23 can be electrically connected to a switch 25 to be described in more detail.
  • Fig. 6 shows a circuit of the temperature control elements 23.
  • Each temperature control element 23 is connected to an electrical switch 25 of the control unit 4 and the electrical ground 50.
  • the switches 25 form a circuit 51 of the control unit 4.
  • the switches 25 are designed as MOSFETs 26 and are activated by applying a control voltage to the gate.
  • P means the electrical power, U the switched-on voltage and R the resistance of the respective heating wire 24.
  • the switches 25 switch when they are activated, i.e. h.
  • a control voltage to the gate which is essentially voltage U to the respective heating wire 24 (normally open circuit).
  • a normally closed circuit with corresponding switches is also conceivable.
  • the PWM can be generated using a microcontroller 28, which in an alternative embodiment is arranged on the support element 16 and represents part of the circuit 51 of the control unit 4 on the support element.
  • the heating power of a heating wire can be adjusted by selecting the duty cycle Di, D2, D3 of the PWM.
  • a control and/or regulation program for controlling or regulating the temperature control device 3 can be implemented in the microcontroller 28.
  • a temporal and/or spatial temperature profile 6 can be generated along the separation column (see Fig. 8).
  • one or more traveling temperature waves 7a can be generated in order to promote the separation process within the separation column 2.
  • a temperature gradient 7b along the separation column 2 that is fixed in place.
  • the temperature gradient 7b shown preferably extends essentially along the entire separation column 2.
  • the temperature gradient 7b can be variable over time during the separation process, as indicated by the dashed line.
  • Fig. 8 also shows an essentially constant temperature distribution 7c that extends essentially along the entire separation column 2 (isothermal separation).
  • the essentially constant temperature distribution along the separation column 2 can be changed over time during the separation process (temperature-programmed separation program), as also indicated by the dashed line and the reference number 7d.
  • T denotes a temperature and x a location coordinate along the separation column 2.
  • the separation column 2 is shown straight in the upper area of Fig. 8, although it is twisted according to the invention.
  • Fig. 9 shows a chromatograph 29, in particular a gas chromatograph 30, with an injector 31, a detector 32, an evaluation unit 33 and a separation column module 1.
  • the following describes a chromatography in which the separation column module 1 according to the invention was used.
  • a baseline separation of C8-C20 was achieved in about 5 s, see the chromatogram according to Fig. 10.
  • the abscissa of the diagram shows the retention time t R in minutes.
  • the ordinate describes the intensity I.
  • a solution of the n-alkanes of C8-C20 (each ⁇ 40 mg/l in n-hexane, obtained from Sigma-Aldrich, Art. No.
  • Supelco 04070 was used, which was applied in liquid form with a volume of 1 pl and a split of 200:1 by autosampler to the separation column 2.
  • the injector 31 (250 °C), carrier gas flow (helium, 0.5 ml/min) and detector 32 (FID) were controlled by an Agilent 6890N gas chromatograph.
  • the first and last approximately 0.5 m of the separation column 2 served as transfer capillaries, which led to the injector 31 and detector 32 of the system respectively and were heated separately to 140 °C.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Trennsäulenmodul (1) für einen Chromatographen, insbesondere einen Gaschromatographen, aufweisend: eine chromatographische Trennsäule (2); eine Temperiereinrichtung (3) an der Trennsäule (2) zur Erzeugung eines zeitlichen und/oder örtlichen Temperaturprofils (6) entlang der Trennsäule (2); und eine Ansteuerungseinheit (4), die mit der Temperiereinrichtung (3) verbunden und dazu ausgebildet ist, die Temperiereinrichtung (3) elektronisch anzusteuern, wobei die Trennsäule (2) zumindest eine Windung (9) und einen Aufnahmebereich (10) innerhalb der zumindest einen Windung (9) ausbildet, in welchem Aufnahmebereich (10) die Ansteuerungseinheit (4) zumindest teilweise angeordnet ist, wobei die Trennsäule (2) in mehrere Segmente (22) unterteilt ist und jedes Segment (22) jeweils einem eigenen Temperierelement (23) der Temperiereinrichtung (3) zugeordnet ist, wobei die Temperierelemente (23) dazu eingerichtet sind, das ihnen jeweils zugeordnete Segment (22) zu heizen und/oder kühlen. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Chromatographen (29) mit einem solchen Trennsäulenmodul (1).

Description

Trennsäulenmodul für einen Chromatographen und Chromatograph
Die Erfindung betri f ft ein Trennsäulenmodul für einen Chromatographen, insbesondere einen Gaschromatographen, aufweisend : eine chromatographische Trennsäule ; eine Temperiereinrichtung an der Trennsäule zur Erzeugung eines zeitlichen und/oder örtlichen Temperaturprofils entlang der Trennsäule ; und eine Ansteuerungseinheit , die mit der Temperiereinrichtung verbunden und dazu eingerichtet ist , die Temperiereinrichtung elektronisch anzusteuern, wobei die Trennsäule zumindest eine Windung und einen Aufnahmebereich innerhalb der zumindest einen Windung ausbildet , in welchem Aufnahmebereich die Ansteuerungseinheit zumindest teilweise angeordnet ist .
Des Weiteren betri f ft die Erfindung einen Chromatographen, insbesondere einen Gaschromatographen, mit einem Inj ektor, einem Detektor und einer Auswerteeinheit .
Gaschromatographie ( GC ) ist eine der wichtigsten Techniken zur Trennung und Bestimmung von flüchtigen und halbflüchtigen organischen Verbindungen . Gaschromatographie umfasst typischerweise ein System, bei dem ein Analyt nach Probenauftragung eine chromatographische Trennsäule durchläuft und am Ende dieser Trennsäule in einen Detektor eintritt . Beim Durchlaufen der Trennsäule werden einzelne Komponenten des Analyten durch unterschiedlich starke Wechselwirkung mit der sogenannten stationären Phase unterschiedlich stark zurückgehalten und dadurch auf getrennt . Um Substanzen mit unterschiedlichen Siedepunkten ef fi zient auf zutrennen, wird oftmals ein Temperaturprogramm angewandt , d . h . die Trennsäule und die darin auf zutrennenden Substanzen werden - meist in einem mit Umluft erhitzten Säulenofen - einem zeitlich von niedriger zu hoher Temperatur ansteigenden Temperaturgradienten unterworfen .
Um Mess zeiten zu verkürzen und gleichzeitig hohe Auflösungen zu erhalten, ist unter anderem die Anwendung zeitlich variierender und dabei örtlich aufgelöster Temperaturgradienten bekannt . Ein Gaschromatograph, mit dem ein solcher Temperaturgradient erzeugbar ist, sowie ein entsprechendes Verfahren sind beispielsweise in Boeker, P. and J. Leppert, Flow Field Thermal Gradient Gas Chromatography. Analytical Chemistry, 2015. 87 (17) : p. 9033-9041 bzw. EP 3 123 165 Al offenbart. Dabei wird eine direkt widerstandsbeheizte Trennkapillare aus Metall, die in einer helikalen Aussparung eines Hohlzylinders befestigt ist, durch einen Luftstrom gekühlt. Der Hohlzylinder ist mit einem porösen Material gefüllt, welches beim Durchströmen von Luft einen vom unteren zum oberen Ende des Hohlzylinders größer werdenden Druckabfall verursacht, sodass der austretende Luftstrom vom unteren zum oberen Ende der Struktur entsprechend abnimmt. Der durch einen Ventilator erzwungene Luftstrom durch den Hohlzylinder verlässt diesen dann durch den Auslass entlang des Zylindermantels und kühlt die dort befindliche Trennkapillare entsprechend des Druck- und Strömungsabfalls. Hierdurch wird ein negativer Temperaturgradient entlang der Trennsäule erzeugt. Nachteiligerweise nimmt die hier beschriebene experimentelle Anordnung sehr viel Platz in Anspruch. Zudem ist mit dem beschriebenen System nur die Realisierung isothermer Trennungen oder von Trennungen mit einem entlang der Trennstrecke monoton abnehmenden Temperaturprogramm möglich .
Contreras, J.A., et al., Dynamic thermal gradient gas chromatography. Journal of Chromatography A, 2013. 1302: p. 143- 151 offenbart ebenfalls einen Gaschromatographen und ein entsprechendes Verfahren, bei denen ein Temperaturgradient entlang einer Trennkapillare erzeugt werden kann. Die Trennkapillare ist von einer Kapillare aus Nickel umgeben und in einzeln beheizbare Segmente unterteilt. Die Trennkapillare ist in eine Halteapparatur außerhalb des Gaschromatographen eingefügt, die unterhalb der Trennkapillare mehrere Kühlventilatoren aufweist. Ein Nachteil der gezeigten Vorrichtung ist, dass diese ein sehr großes Bauvolumen besitzt und daher zusätzlich zum GC ebenfalls sehr viel Platz in Anspruch nimmt. Darüber hinaus ist das System aufgrund des Einbaus der Trennkapillare in die Halteapparatur unflexibel bzw. relativ aufwendig zu warten.
Gaschromatographen sind auch aus US 3,146, 616 A und WO 2022/112101 Al bekannt.
Chromatographen und Verfahren zu deren Betrieb werden des Weiteren in US 3,122,014 A, US 3,306,347 A und US 2017/0234840 Al beschrieben.
Aus US 3,035,383 A ist zudem ein Chromatograph bekannt, der eine gewundene Trennsäule aufweist, die entlang einer vertikalen Trägersäule geführt ist. Entlang der Trennsäule kann ein Heizelement verschoben werden, welches an einer um die Trägersäule drehbaren Trägerplatte angeordnet ist.
Im Lichte dieser Ausführungen ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu lindern oder gar gänzlich zu beseitigen. Vorzugsweise ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Trennsäulenmodul der eingangs erwähnten Art zu realisieren, das eine geringe Baugröße aufweist und die Flexibilität des Gesamtsystems erhöht, ohne die Leistungsfähigkeit des Trennsäulenmoduls einzuschränken.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Trennsäulenmodul nach Anspruch 1 und einen Chromatographen nach Anspruch 10.
Erfindungsgemäß ist bei einem Trennsäulenmodul für einen Chromatographen der eingangs erwähnten Art vorgesehen, dass die Trennsäule in mehrere Segmente unterteilt ist und jedes Segment jeweils einem eigenen Temperierelement der Temperiereinrichtung zugeordnet ist, wobei die Temperierelemente dazu eingerichtet sind, das ihnen jeweils zugeordnete Segment zu heizen und/oder kühlen. Durch die zumindest eine Windung und das Einfügen der Ansteuerungseinheit in den entstandenen Aufnahmebereich innerhalb der zumindest einen Windung wird ein kompaktes Trennsäulenmodul geschaffen, das bei einem Chromatographen bzw. bei einer Chromatographie eingesetzt und auf einfache Weise ausgetauscht werden kann. Durch die zumindest eine Windung wird die Ef fi zienz bzw . der Wirkungsgrad der Trennsäule nicht verringert , gleichzeitig aber deren räumliche Ausdehnung im Vergleich zu einer beispielsweise geraden Trennsäule verringert . Der entstandene Platz innerhalb der zumindest einen Windung wird durch das Einfügen der Ansteuerungseinheit in den Aufnahmebereich genutzt . Außerdem kann die Stabilität des Trennsäulenmoduls verbessert werden, wenn die Trennsäule mit der Ansteuerungseinheit bzw . einem unten noch näher zu beschreibenden Trageelement der Ansteuerungseinheit verbunden wird . Das Trennsäulenmodul kann bei Chromatographen unterschiedlicher Hersteller eingesetzt werden . Die zumindest eine Windung und damit auch der Aufnahmebereich besitzen bei einem bevorzugten Aus führungsbeispiel der Erfindung einen Durchmesser zwischen 40 mm und 90 mm, insbesondere zwischen 55 mm und 70 mm . Eine einzelne Windung ist eine Kurve im Raum, die eine Kombination aus einer vorzugsweise kreis förmigen Drehung um eine Rotationsachse und einer Translation entlang ebendieser Rotationsachse beschreibt . Die Drehung um die Rotationsachse beträgt zumindest 360 ° . Die zumindest eine Windung umschließt die Ansteuerungseinheit daher zumindest einmal vollständig . Die zumindest eine Windung muss aber in Richtung der Rotationsachse gesehen nicht zwangsläufig eine Kreis form aufweisen, sondern kann auch beispielsweise eine im Wesentlichen elliptische , rn- eckige , insbesondere dreieckige oder rechteckige , Form besitzen . Wenn die zumindest eine Windung m-eckig ist , können die Ecken abgerundet sein . Bei n Windungen, wobei n eine natürliche Zahl ist , sind entsprechend n Drehungen der Trennsäule um die Rotationsachse von zumindest 360 ° vorgesehen . Die Trennsäule kann beispielsweise eine Trennkapillare aus Quarzglas ( Fused Silica ) aufweisen, die bevorzugt durch eine Schutzkapillare , insbesondere eine Metallkapillare , geführt wird . Um die zumindest eine Windung zu erzeugen, ist die Trennsäule und, falls vorhanden, die Schutzkapillare entsprechend gebogen . Die Trennsäule kann beispielsweise einen Innendurchmesser zwischen 0 , 1 mm pm und 0 , 750 mm aufweisen . Die Filmdicke der stationären Phase innerhalb der Trennsäule kann bei einer Aus führungs form der Erfindung zwischen 0 , 07 pm und 0 , 15 pm, insbesondere im Wesentlichen 0 , 1 pm, betragen . Die Schutzkapillare kann bei einem Aus führungsbeispiel der Erfindung einen Innendurchmesser zwischen 0,4 mm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0, 6 mm und 1,5 mm, noch mehr bevorzugt zwischen 0,7 mm und 1 mm aufweisen. Der Außendurchmesser der Schutzkapillare kann bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zwischen 0, 6 mm und 5 mm, bevorzugt zwischen 0,8 mm und 1,7 mm, noch mehr bevorzugt zwischen 0,9 mm und 1,2 mm, betragen. Die Trennsäule und, falls vorhanden, die Schutzkapillare können eine Länge zwischen 0,5 m und 10 m, vorzugsweise zwischen 1 m und 5 m oder zwischen 1 m und 3 m, beispielsweise im Wesentlichen 1,5 m, aufweisen. Die Länge der Trennsäule bzw. der Trennkapillare kann größer als die der Schutzkapillare sein, um die Verbindung zu einem Injektor bzw. zu einem Detektor zu ermöglichen. Die über die Länge der Schutzkapillare hinausreichenden Bereiche der Trennsäule können als Transferbereiche bezeichnet werden. Vorzugsweise ist eine separate Heizung für diese Transferbereiche vorgesehen. Die Trennsäule kann eine beliebige Polarität und Beschaffenheit aufweisen. Beispielsweise kann die Trennsäule eine WCOT- Dünnf ilm-Kapillarsäule (WCOT = Wall Coated Open Tubular) sein, die eine Beschichtung (stationäre Phase) aus 95% Methyl- und 5% Phenylsiloxan aufweist. Die Trennsäule besitzt ein erstes Ende zur Verbindung mit einem Injektor und ein zweites Ende zur Verbindung mit einem Detektor eines Chromatographen. Die Ansteuerungseinheit weist eine elektrische Schaltung zum Ansteuern der Temperiereinrichtung auf. Die elektrische Schaltung kann beispielsweise Schalter, wie zum Beispiel Relais oder Transistoren, insbesondere MOSFETs, aufweisen, die mit der Temperiereinrichtung elektrisch verbunden sind. Neben den Schaltern kann die Schaltung auch weitere elektrische oder elektronische Bauteile, wie zum Beispiel Widerstände, Spulen, Dioden oder Kondensatoren, aufweisen. Des Weiteren kann die Ansteuerungseinheit einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller aufweisen, in dem ein Steuer- und/oder Regelungsprogramm zur Steuerung bzw. Regelung der Temperiereinrichtung implementiert ist. Der Mikroprozessor oder der Mikrocontroller kann über eine Schnittstelle, beispielsweise eine BUS-Schnittstelle, mit einer Prozesssteuerungseinrichtung eines Chromatographen verbunden sein. Über diese Schnittstelle kann der Chromatograph die Ansteuerungseinheit aktivieren bzw. dazu anregen, ein Temperaturprofil zu erzeugen. In diesem Fall ist ein Steuer- und/oder Regelungsprogramm zur Steuerung bzw . Regelung der Temperiereinrichtung in der Prozesssteuerungseinrichtung des Chromatographen implementiert . Die Temperiereinrichtung kann beispielsweise ein oder mehrere voneinander unabhängige Hei z- und/oder Kühlelemente , wie beispielsweise Peltierelemente oder metallische oder keramische Widerstandshei zelemente , aufweisen . Mit der Temperiereinrichtung kann ein zeitliches und/oder örtliches Temperaturprofil entlang der Trennsäule erzeugt werden . Beispielsweise kann eine Temperaturwelle entlang der Trennsäule erzeugt werden . Es ist aber auch möglich, einen statischen Temperaturgradienten oder einen im Wesentlichen konstanten Temperaturverlauf entlang der Trennsäule zu erzeugen . Zur raschen und ef fi zienten Erzeugung des Temperaturprofils kann zusätzlich noch eine Lüftung vorgesehen sein .
Bei einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trennsäule mehrere Windungen entlang einer Rotationsachse ausbildet und sich der Aufnahmebereich entlang dieser Rotationsachse erstreckt . Bei einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest drei , zumindest vier, zumindest fünf , zumindest sechs , zumindest sieben oder zumindest acht Windungen vorgesehen . Die Windungen können regelmäßig voneinander beabstandet sein . Mit anderen Worten können die Windungen alle dieselbe Ganghöhe besitzen . Wenn mehrere Windungen vorgesehen sind, bildet die Trennsäule bevorzugt eine Helix aus . Der Aufnahmebereich, in welchen die Ansteuerungseinheit zumindest teilweise aufgenommen ist , liegt innerhalb dieser Windungen . Wie bereits erwähnt , führen n Windungen zu einer Drehung der Trennsäule um die Rotationsachse von zumindest n* 360 ° , wobei die Drehungen durch die Windungen selbst nicht kreis förmig sein müssen, aber bevorzugt kreis förmig sind .
Für eine vereinfachte Handhabung ist es günstig, wenn die Ansteuerungseinheit zumindest teilweise , vorzugsweise vollständig, an einem Trageelement , insbesondere an einer Leiterplatte , angeordnet ist . Insbesondere die elektrische Schaltung der Ansteuerungseinheit kann an dem Trageelement angeordnet sein . Das Trageelement ist zumindest teilweise in dem Aufnahmebereich angeordnet und somit zumindest teilweise von der zumindest einen Windung der Trennsäule umgeben . Vorzugsweise ist das Trageelement im Wesentlichen länglich ausgebildet . Vorzugsweise ist das Trageelement im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des Aufnahmebereichs und/oder im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse der Windungen angeordnet . Vorzugsweise weist das Trageelement eine Längsachse auf , die im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des Aufnahmebereichs und/oder im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse der Windungen angeordnet ist . Wenn die Ansteuerungseinheit einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller wie oben beschrieben aufweist , kann dieser bei einer Aus führungs form der Erfindung ebenfalls an dem Trageelement befestigt sein und einen Teil der an dem Trageelement angeordneten Schaltung bilden . Alternativ kann der Mikroprozessor oder Mikrocontroller separat von dem Trageelement vorgesehen sein, d . h . nicht am Trageelement angeordnet sein . Bei dieser Aus führungs form kann der Mikroprozessor oder Mikrocontroller mit Drähten oder einem Kabel mit der Schaltung der Ansteuerungseinheit am Trageelement verbunden sein, um die Temperiereinrichtung zu steuern und/oder regeln . Elektrische Verbindungen innerhalb der elektrischen Schaltung der Ansteuerungseinheit am Trageelement und gegebenenfalls mit dem Mikroprozessor bzw . dem Mikrocontroller können durch Drähte oder, insbesondere im Falle einer Leiterplatte als Trageelement , durch Leiterbahnen realisiert werden . Das Trageelement ist bevorzugt im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet . Die maximale Breite des Trageelements ist vorzugsweise geringer als ein Durchmesser entlang des Querschnitts des Aufnahmebereichs . Die Länge des Trageelements kann j edoch größer sein als die Länge des Aufnahmebereichs , sodass das Trageelement nach oben und/oder unten über den Aufnahmebereich hinausragt . Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die maximale Länge des Trageelements kürzer ist als die Länge des Aufnahmebereichs .
Hinsichtlich einer sicheren Handhabung ist es günstig, wenn das Trageelement über zumindest ein Halteelement mit der Trennsäule verbunden ist . Das zumindest eine Halteelement kann das Trageelement und die Trennsäule zueinander in Position halten . Das Halteelement kann beispielsweise als Halteklammer, als Haltefeder oder als Rastelement ausgebildet sein . Wenn eine Schutzkapillare vorgesehen ist , kann das zumindest eine Halteelement mit dieser verbunden sein . Das zumindest eine Halteelement kann auch als Abstandhalter zwischen der Trennsäule bzw . der Schutzkapillare und dem Trageelement fungieren . Bevorzugt sind mehrere insbesondere gleichartige Haltelemente vorgesehen . Das zumindest eine Halteelement kann an einem Seitenrand des Trageelements angeordnet sein . Wenn mehrere Halteelemente vorgesehen sind, sind diese bevorzugt entlang eines oder mehrerer Seitenränder regelmäßig voneinander beabstandet angeordnet . Bei einer Aus führungs form der Erfindung kann das zumindest eine Halteelement durch einen Teil eines Temperierelements , insbesondere einen Teil eines Hei zdrahtes eines Temperierelements , gebildet sein . Das zumindest eine Halteelement kann, insbesondere wenn es durch einen Teil des Temperierelements gebildet ist , zum Beispiel mit einer Klemme an dem Trageelement verbunden sein, welche vorzugsweise elektrisch mit einem Schalter der Ansteuerungseinheit verbunden ist .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Trennsäule in mehrere , vorzugsweise zumindest fünf oder zumindest zehn, Segmente unterteilt ist und j edes Segment j eweils einem eigenen Temperierelement der Temperiereinrichtung zugeordnet ist , wobei die Temperierelemente dazu eingerichtet sind, das ihnen j eweils zugeordnete Segment zu hei zen und/oder zu kühlen . Die Segmente schließen bevorzugt aneinander an . Die Segmente können aber auch voneinander beabstandet sein . Bei einer Aus führungs form ist die gesamte Trennsäule in Segmente unterteilt . Als Temperierelement kann beispielsweise ein Peltierelement oder ein Hei zdraht vorgesehen sein . Die Temperierelemente können das ihnen zugeordnete Segment zumindest teilweise oder vollständig umgeben . Ein Segment der Trennsäule kann beispielsweise eine Länge zwischen 50 mm und 150 mm aufweisen . Wenn als Temperierelement ein Hei zdraht vorgesehen ist , kann dieser das Segment mehrmals umwickeln . Bei einer Aus führungs form der Erfindung können die Temperierelemente über die Halteelemente , die bevorzugt elektrisch isoliert sind, elektrisch mit der Ansteuerungseinheit , insbesondere mit j eweils einem Schalter der Ansteuerungseinheit, verbunden sein. Die Halteelemente können auch durch einen Teil der Temperierelemente, insbesondere ein Heizdraht, gebildet sein. Die Halteelemente können mit Klemmen an dem Trageelement, die elektrisch mit den Schaltern verbunden sein können, elektrisch verbunden sein.
Um jedes Temperierelement individuell ansteuern zu können, ist es vorteilhaft, wenn jedes Temperierelement mit jeweils einem Schalter, vorzugsweise einen Transistor, insbesondere einen MOSFET, der Ansteuerungseinheit verbunden ist. Die Schalter bilden einen Teil der elektrischen Schaltung der Ansteuerungseinheit. Uber die Schalter können die jeweils zugeordneten Temperierelemente angesteuert und dadurch das dem jeweiligen Temperierelement zugeordnete Segment geheizt oder gekühlt werden. Durch Ansteuerung der Schalter, insbesondere Aktivierung oder Deaktivierung der Schalter - je nach Art der Schalter und deren elektrische Verschaltung - kann eine elektrische Spannung, insbesondere eine Versorgungsspannung, an das mit dem jeweiligen Schalter verbundene Temperierelement angelegt werden.
Bei einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperierelemente jeweils einen elektrisch leitfähigen Heizdraht, der um die Trennsäule angeordnet, insbesondere gewickelt, ist, aufweisen. Wenn die Trennsäule von einer Schutzkapillare, insbesondere einer Metallkapillare, umgeben ist, können die jeweiligen Heizdrähte um die Schutzkapillare gewickelt sein. Als Heizdraht kann unter anderem eine Kupfer-Nickellegierung, beispielsweise CuNi44, verwendet werden. Die Dimensionen des Heizdrahtes hängen von der spezifischen Anwendung ab. Bei einer Aus führungs form der Erfindung besitzt der Heizdraht eines Temperierelements einen Querschnittsdurchmesser von im Wesentlichen 0,4 mm bis 0,8 mm, insbesondere 0, 6 mm, und eine Länge von 400 mm bis 600 mm, insbesondere 500 mm. Die Heizdrähte können bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Segment der Trennsäule auf eine Temperatur von 100 °C bis 350 °C, vorzugsweise von 100 °C bis 300 °C, erwärmen. Eine besonders vorteilhafte Variante der Erfindung sieht vor, dass die Ansteuerungseinheit dazu eingerichtet sein kann, die Temperierelemente mittels einer Pulsweitenmodulation derart anzusteuern, dass das zeitliche und/oder örtliche Temperaturprofil entlang der Trennsäule erzeugbar ist . Insbesondere , wenn als Temperierelemente Hei zdrähte verwendet werden, kann dadurch auf besonders einfache Weise die umgesetzte Wärme kontrolliert werden . Die Pulsweitenmodulation ( PWM) kann mithil fe des bereits beschriebenen Mikroprozessors oder Mikrocontrollers erzeugt werden . Zu diesem Zweck kann der Mikroprozessor oder Mikrocontroller die oben erwähnten Schalter ansteuern .
Als Temperaturprofil können beispielsweise eine oder mehrere wandernde Temperaturwellen entlang der Trennsäule ; ein örtlich aufgelöster und vorzugsweise zeitlich veränderbarer Temperaturgradient entlang der Trennsäule ; eine im Wesentlichen konstante Temperaturverteilung entlang der Trennsäule ; oder eine im Wesentlichen konstante Temperaturverteilung entlang der Trennsäule , die zeitlich veränderbar ist , vorgesehen sein .
Eine Temperaturwelle besitzt ein Maximum sowie einen ansteigenden und einen abfallenden Temperaturverlauf . Das Maximum der Temperaturwelle kann beispielsweise zwischen 50 ° C und 250 ° C liegen . Die Geschwindigkeit der Temperaturwelle kann zwischen 0 , 03 und 0 , 3 m/ s , betragen . Eine wandernde Temperaturwelle kann durch entsprechende zeitlich verändernde Ansteuerung der Temperierelemente erzeugt werden . Die Vorteile einer wandernden Temperaturwelle liegen in folgenden zwei Punkten :
Erstens ist der Gradient einer wandernden Temperaturwelle typischerweise steiler als ein örtlich aufgelöster Temperaturgradient entlang der gesamten Trennsäule . Dies führt zu schmäleren Peaks und damit zu einer besseren Auflösung .
Zweitens wird die Temperaturwelle bevorzugt nicht nur durch ein einzelnes Hei z- und Kühlsystem hergestellt , sondern durch mehrere Temperierelemente . Dadurch können Geschwindigkeit und Steilheit der Welle durch Hei zleistung und Änderung der Hei zintervalle der einzelnen Segmente präzise gesteuert werden . Beim Durchlaufen einer Substanz durch eine Trennsäule , die einen negativen Temperaturgradienten aufweist , findet eine Fokussierung des Substanzpeaks statt . Diese Fokussierung ist durch eine Beschleunigung an der wärmeren Peakrückseite und ein Abbremsen an der kühleren Peakvorderseite bedingt . Wenn der Gradient in Form einer wandernden Temperaturwelle vorliegt , können sich die Substanzen, die sich entlang dieses Gradienten auftrennen, auf gewissen Temperaturniveaus , sogenannten Equilibriumstemperaturen, im Wesentlichen fixiert durch die Trennsäule bewegen . Der Verbleib auf einem gewissen Punkt , der sich auf der wandernden Welle befindet , ist dadurch bedingt , dass eine Beschleunigung durch die vor dem Peak kühlere Temperatur und eine Abbremsung durch die hinter dem Peak wärmere Temperatur stattfinden . Wird die Geschwindigkeit der Temperaturwelle entsprechend gewählt , kann das Eluieren von Substanzen beschleunigt werden . Durch die beschriebenen Ef fekte werden einerseits Auflösung bzw . Auftrennung des Analyten und andererseits Messdauern optimiert .
Die Temperaturwelle kann vom ersten Ende der Trennsäule hin zum zweiten Ende der Trennsäule oder in umgekehrte Richtung (vom zweiten Ende der Trennsäule hin zum ersten Ende der Trennsäule ) wandern . Ein örtlich aufgelöster Temperaturgradient besitzt einen vorzugsweise monotonen Anstieg zu einem globalen Maximum hin, welches beispielsweise bei 250 ° C liegen kann, und bleibt zumindest örtlich fixiert , d . h . der Temperaturgradient bewegt sich im Unterschied zu einer Temperaturwelle nicht entlang der Trennsäule . Der Temperaturgradient kann auch mehrstufig sein und unterschiedliche starke Anstiege aufweisen . Der Temperaturgradient kann bei einer Aus führungs form während des Trennvorgangs zeitlich veränderbar sein . Insbesondere kann die Steigung des Temperaturgradienten angepasst werden . Bei einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung erstreckt sich der Temperaturgradient entlang der gesamten Trennsäule . Der Gradient kann positiv oder negativ sein, das heißt vom ersten Ende der Trennsäule zum zweiten Ende der Trennsäule hin ansteigen oder abfallen . Eine im Wesentlichen konstante Temperaturverteilung entlang der Trennsäule weist keinen Temperaturgradienten auf . Letzteres kann auch als isothermes Temperaturprofil bezeichnet werden . Die Temperatur des Temperaturprofils kann beispielsweise bis zu 250 ° C betragen . Die im Wesentlichen konstante Temperaturverteilung entlang der Trennsäule erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen entlang der gesamten Trennsäule . Wenn die im Wesentlichen konstante Temperaturverteilung entlang der Trennsäule während des Trennvorgangs auch zeitlich konstant ist , erfolgt eine isotherme Trennung . Die im Wesentlichen konstante Temperaturverteilung entlang der Trennsäule kann bei einer Aus führungs form der Erfindung während des Trennvorgangs zeitlich veränderbar sein . Somit kann die Höhe der Temperatur der konstanten Temperaturverteilung entlang der Trennsäule zeitlich verändert werden . Dies entspricht einer temperaturprogrammierten Trennung, wie sie von konventionellen Gaschromatographen zumeist verwendet wird . Die Temperatur des zeitlich veränderbaren Temperaturprofils kann beispielsweise bis zu 250 ° C betragen . Eine temperaturprogrammierte Trennung weist wie ein isothermes Temperatursystem eine einheitliche Temperatur entlang der Trennsäule aus , die Temperatur ist also keine Funktion des Ortes . Anders als bei einer isothermen Trennung wird die Temperatur der Trennsäule , zumeist durch Behei zung dieser in einem Luftbad im Säulenofen des GCs , während eines Trennvorgangs verändert bzw . erhöht . Dadurch können Analyten, die Substanzen unterschiedlicher Flüchtigkeiten enthalten, zeitef fi zient aufgetrennt werden .
Die eingangs erwähnte Aufgabe wird auch durch einen Chromatographen, insbesondere Gaschromatograph, mit einem Inj ektor, einem Detektor und einer optionalen Auswerteeinheit gelöst , bei dem ein Trennsäulenmodul der oben beschriebenen Art eingesetzt wird . Bei einem Gaschromatographen wird eine mobile Phase und eine Trennsäule mit geeigneter stationärer Phase verwendet . Als mobile Phase kann ein Inertgas wie beispielsweise Stickstof f oder Helium oder Wasserstof f eingesetzt werden . Als stationäre Phase kann beispielsweise 5% Phenyl und 95% Methylpolysiloxan verwendet werden . Beispiele für einen Analyt sind Kohlenwasserstof fe aus der petrochemischen Industrie oder Degradationsprodukte von Elektrolyten aus Lithium- Ionen- Akkumulatoren . Als Inj ektor wird bevorzugt ein Split/Splitless- Inj ektor verwendet . Der Detektor kann beispielsweise ein FID- Detektor sein . Der Druck innerhalb der Trennsäule beträgt vorzugsweise zwischen 50 kPa und 400 kPa .
Of fenbart wird auch ein Chromatographieverfahren, bei dem eine Chromatographie , insbesondere eine Gaschromatopraphie , mithil fe des beschriebenen Chromatographen durchgeführt wird . Dabei wird eine Probe in die Trennsäule via den Inj ektor eingeführt , in einzelne chemische Verbindungen aufgetrennt und mittels des Detektors analysiert .
Die Erfindung kann auch anhand der nachfolgenden
Aus führungs formen beschrieben werden :
Aus führungs form 1 : Trennsäulenmodul für einen Chromatographen, insbesondere einen Gaschromatographen, aufweisend : eine chromatographische Trennsäule ; eine Temperiereinrichtung an der Trennsäule zur Erzeugung eines zeitlichen und/oder örtlichen Temperaturprofils entlang der Trennsäule ; und eine Ansteuerungseinheit , die mit der Temperiereinrichtung verbunden und dazu ausgebildet ist , die Temperiereinrichtung elektronisch anzusteuern, wobei die Trennsäule zumindest eine Windung und einen Aufnahmebereich innerhalb der zumindest einen Windung ausbildet , in welchem Aufnahmebereich die Ansteuerungseinheit zumindest teilweise angeordnet ist .
Aus führungs form 2 : Trennsäulenmodul nach Aus führungs form 1 , wobei die Trennsäule mehrere Windungen entlang einer Rotationsachse ausbildet und sich der Aufnahmebereich entlang dieser Rotationsachse erstreckt .
Aus führungs form 3 : Trennsäulenmodul nach Aus führungs form 1 oder 2 , wobei die Ansteuerungseinheit zumindest teilweise , vorzugsweise vollständig, an einem Trageelement , insbesondere an einer Leiterplatte , angeordnet ist . Aus führungs form 4: Trennsäulenmodul nach Aus führungs form 3, wobei das Trageelement über zumindest ein Halteelement mit der Trennsäule verbunden ist.
Aus führungs form 5: Trennsäulenmodul nach einer der Ausführungsformen 1 bis 4, wobei die Trennsäule in mehrere, vorzugsweise zumindest fünf oder zumindest zehn, Segmente unterteilt ist und jedes Segment jeweils einem eigenen Temperierelement der Temperiereinrichtung zugeordnet ist, wobei die Temperierelemente dazu eingerichtet sind, das ihnen jeweils zugeordnete Segment zu heizen und/oder kühlen.
Aus führungs form 6: Trennsäulenmodul nach Aus führungs form 5, wobei jedes Temperierelement mit jeweils einem Schalter, vorzugsweise einen Transistor, insbesondere einen MOSFET, der Ansteuerungseinheit verbunden ist.
Aus führungs form 7: Trennsäulenmodul nach Aus führungs form 5 oder 6, wobei die Temperierelemente jeweils einen elektrisch leitfähigen Heizdraht, der um die Trennsäule angeordnet, insbesondere gewickelt, ist, aufweisen.
Aus führungs form 8: Trennsäulenmodul nach einer der Ausführungsformen 5 bis 7, wobei die Ansteuerungseinheit dazu eingerichtet ist, die Temperierelemente mittels einer Pulsweitenmodulation derart anzusteuern, dass das zeitliche und/oder örtliche Temperaturprofil entlang der Trennsäule erzeugbar ist.
Aus führungs form 9: Trennsäulenmodul nach einer der Ausführungsform 1 bis 8, wobei als Temperaturprofil eine oder mehrere wandernde Temperaturwellen entlang der Trennsäule ; ein örtlich aufgelöster und vorzugsweise zeitlich veränderbarer Temperaturgradient entlang der Trennsäule; eine im Wesentlichen konstante Temperaturverteilung entlang der Trennsäule; oder eine im Wesentlichen konstante Temperaturverteilung entlang der Trennsäule, die zeitlich veränderbar ist, vorgesehen ist. Aus führungs form 10 : Chromatograph, insbesondere Gaschromatograph, mit einem Inj ektor, einem Detektor und einer optionalen Auswerteeinheit , wobei bei dem Chromatograph ein Trennsäulenmodul gemäß einer der Aus führungs formen 1 bis 9 eingesetzt wird .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Aus führungsbeispiels näher beschrieben, auf das sie j edoch nicht beschränkt sein soll .
Es zeigen :
Fig . 1 ein schematisch dargestelltes Trennsäulenmodul in einer Gesamtansicht ;
Fig . 2 ein schematisch dargestelltes Trennsäulenmodul in einer Ansicht von vorne ;
Fig . 3 ein schematisch dargestelltes Trennsäulenmodul in einer seitlichen Ansicht ;
Fig . 4 ein schematisch dargestelltes Trennsäulenmodul in einer Ansicht von oben;
Fig . 5 eine schematisch dargestelltes Trennsäulenmodul in einer Detailansicht ;
Fig . 6 schematisch dargestellte Temperierelemente an einer Trennsäule in elektrischer Verschaltung;
Fig . 7 schematisch dargestellte Temperierelemente an einer geraden Trennsäule ; und
Fig . 8 Temperaturprofile entlang einer Trennsäule ;
Fig . 9 ein Blockschaltbild eines Chromatographen;
Fig . 10 ein beispielhaftes Chromatogramm . Fig. 1 zeigt ein Trennsäulenmodul 1, das bei einem Chromatographen 29 (siehe Fig. 9) eingesetzt werden kann. Das Trennsäulenmodul 1 weist eine chromatographische Trennsäule 2 innerhalb einer Schutzkapillare 5 aus Metall, eine Temperiereinrichtung 3 an der Trennsäule 2 und eine Ansteuerungseinheit 4 zur Ansteuerung der Temperiereinrichtung 3 auf. Die Schutzkapillare 5 ist zur elektrischen Isolation von einer Isolationschicht 53, vorzugsweise einer Polyimidschicht, umgeben. Die Schutzkapillare 5, innerhalb der die Trennsäule 2 angeordnet ist, besitzt einen Innendurchmesser von ca. 0,8 mm. Die Trennsäule 2 selbst weist einen Innendurchmesser von 0,1 mm auf. Mithilfe der Temperiereinrichtung 3 kann ein zeitliches und/oder örtliches Temperaturprofil 6, wie etwa eine wandernde Temperaturwelle 7a (siehe Fig. 8) , entlang der Trennsäule 2 erzeugt werden. Entlang der Trennsäule 2 bedeutet in diesem Zusammenhang auch entlang der Schutzkapillare 5. Die Temperiereinrichtung 3 wird von der Ansteuerungseinheit 4 gemäß einer Sollvorgabe, die von einer Prozesssteuerungseinrichtung 52 des Chromatographen 29 (siehe Fig. 9) vorgegeben werden kann, entsprechend angesteuert.
Wie in Fig. 1 ersichtlich, weist die Trennsäule 2 entlang einer imaginären Rotationsachse 8 mehrere Windungen 9 auf, sodass zwischen den Windungen 9 ein im Wesentlichen zylinderförmiger Aufnahmebereich 10 entsteht, in den die Ansteuerungseinheit 4 aufgenommen ist. Der Umfang 11 des Aufnahmebereichs 10 (siehe Fig. 4) wird durch die Windungen 9 begrenzt. Die Breite 12 des Aufnahmebereichs 10 entspricht somit dem Abstand zwischen einer Windung 9 entlang einer rechtwinkelig zur Rotationsachse 8 angeordneten imaginären Querachse 13. Die Höhe 14 des Aufnahmebereichs 10 entspricht der auf die Rotationsachse 8 normalprojizierte Längserstreckung der gesamten Windungen 9 entlang der Rotationsachse 8. Die Windungen 9 beschreiben eine Kurve, die einer Kombination aus einer kreisförmigen Drehung um die Rotationsachse 8 und einer Translation entlang der Rotationsachse 8 entspricht. Der Abstand zwischen jeweils zweier übereinander angeordneter, d.h. benachbarter, Windungen 9 - die Ganghöhe h - ist bei allen benachbarten Windungen 9 bevorzugt im Wesentlichen gleich . Die Form der Trennsäule 2 stellt somit eine Helix 15 dar .
In der gezeigten Aus führungs form ist die Ansteuerungseinheit 4 an einem Trageelement 16 in Form einer Leiterplatte 17 angeordnet . Die Leiterplatte 17 besitzt eine im Wesentlichen rechteckige Grundstruktur und ist in dem Aufnahmebereich 10 innerhalb der Windungen 9 angeordnet . Mit anderen Worten umgeben die Windungen 9 das Trageelement 16 . Durch diese Anordnung wird das Bauvolumen des Trennsäulenmoduls 1 im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduziert . Ein Teil des Trageelements 16 ragt dabei im unteren Bereich 18 über den Aufnahmebereich 10 hinaus und kann zur Handhabung des Trennsäulenmoduls 1 genutzt werden .
Fig . 2 und Fig . 3 zeigen das Trennsäulenmodul 1 in einer vorderen und einer seitlichen Ansicht . In Fig . 2 und Fig . 3 ist erkennbar, dass das Trageelement 16 über mehrere Halteelemente 19 mit der Trennsäule 2 verbunden ist . Die Halteelemente 19 sind an den Seitenrändern 20 des Trageelements 16 angeordnet . Die Halteelemente 19 sind beispielsweise als Halteklammern 21 ausgebildet . Fig . 4 zeigt das Trennsäulenmodul 1 in einer Ansicht von oben, in der die Halteelemente 19 ebenfalls erkennbar sind .
Fig . 5 zeigt ein schematisch dargestelltes Trennsäulenmodul in einer Detailansicht . Die Trennsäule 2 bzw . die umgebende Schutzkapillare 5 ist in mehrere Segmente 22 unterteilt , die j eweils mit einem Temperierelement 23 in Form eines Hei zdrahts 24 umwickelt sind . In Fig . 5 werden die Segmente 22 durch die gestrichelten Linien begrenzt . In der gezeigten Darstellung sind die Hei zdrähte 24 direkt um die Schutzkapillare 5 gewickelt , welche von der I solationsschicht 53 umgeben ist . Jedem Segment 22 ist somit ein eigenes Temperierelement 23 zugeordnet . Mithil fe der Hei zdrähte 24 , deren Enden mit der Ansteuerungseinheit 4 bzw . mit der elektrischen Masse 50 verbunden sind ( siehe auch Fig . 6 ) , können die j eweils zugeordneten Segmente 22 behei zt werden . Fig . 7 zeigt dies in einer vergrößerten Darstellung, allerdings zum Zwecke der besseren Übersicht mit einer geraden Trennsäule 2 . Bei einer Aus führungs form der Erfindung sind vierzehn Segmente 22 vorgesehen, die j eweils eine Länge von ca . 10 cm aufweisen . Als Hei zdraht 24 kann zum Beispiel eine CuNi44-Legierung mit einem Querschnittsdurchmesser von im Wesentlichen 0 , 6 mm und einer Länge ca . 500 mm verwendet werden . Ein solcher Hei zdraht 24 hat einen spezi fischen Widerstand von im Wesentlichen 1 , 73 Q/m . Die Enden 24a der Hei zdrähte 24 können beispielsweise an oder in den Halteelementen 19 zu den j eweiligen, unten noch näher zu beschreibenden Schaltern 25 geführt sein . Es ist aber auch möglich, dass die Halteelemente 19 durch die Enden 24a der Hei zdrähte 24 gebildet sind oder die Hei zdrähte 24 über die Halteelemente 19 mit den Schaltern 25 elektrisch verbunden sind . Die Halteelemente 19 bzw . Enden 24a der Hei zdrähte 24 können beispielsweise mit Klemmen 54 , insbesondere Printklemmen, an dem Trageelement 16 verbunden sein, welche Klemmen 54 mit den Schaltern 25 elektrisch verbunden sind . Auf diese Weise kann j edes Temperierelement 23 elektrisch mit einem noch näher zu beschreibenden Schalter 25 verbunden werden .
Fig . 6 zeigt eine Verschaltung der Temperierelemente 23 . Jedes Temperierelement 23 ist mit einem elektrischen Schalter 25 der Ansteuerungseinheit 4 und der elektrischen Masse 50 verbunden . Die Schalter 25 bilden eine Schaltung 51 der Ansteuerungseinheit 4 . Die Schalter 25 sind in der gezeigten Aus führungs form als MOSFETs 26 ausgebildet und werden durch Anlegen einer Steuerspannung an das Gate aktiviert . Durch Ansteuerung der Schalter 25 können die Hei zdrähte 24 , die den Temperierelementen 23 entsprechen, mit elektrischer Spannung U beaufschlagt werden, sodass sich die Hei zdrähte 24 aufgrund ohmscher Verluste gemäß dem Gesetz P = U2/R erwärmen . P bedeutet dabei die elektrische Leistung, U die auf geschaltete Spannung und R der Widerstand des j eweiligen Hei zdrahtes 24 . Im gezeigten Aus führungsbeispiel schalten die Schalter 25 durch deren Aktivierung, d . h . Anlegen einer Steuerspannung an das Gate , die im Wesentlichen Spannung U an den j eweiligen Hei zdraht 24 (normally-open-Beschaltung) . Es ist aber auch eine normally-closed-Beschaltung mit entsprechenden Schaltern denkbar . Um die Hei zleistung zu regulieren, ist bei der gezeigten Aus führungs form vorgesehen, dass die Schalter 25 über eine PWM 27 ( PWM = Pulsweitenmodulation) der Steuerspannung angesteuert werden . Die PWM kann mithil fe eines Mikrocontrollers 28 erzeugt werden, der bei einer alternativen Aus führungs form am Trageelement 16 angeordnet und einen Teil der Schaltung 51 der Ansteuerungseinheit 4 am Trageelement darstellt . Durch Wahl der Duty-Cycle Di, D2 , D3 der PWM kann die Hei zleistung eines Hei zdrahtes eingestellt werden .
In dem Mikrocontroller 28 kann ein Steuer- und/oder Regelungsprogramm zur Steuerung bzw . Regelung der Temperiereinrichtung 3 implementiert sein . Mithil fe des Steuer- und/oder Regelungsprogramm kann ein zeitliches und/oder örtliches Temperaturprofil 6 entlang der Trennsäule erzeugt werden ( siehe Fig . 8 ) . Beispielsweise können eine oder mehrere wandernde Temperaturwellen 7a erzeugt werden, um den Trennungsprozess innerhalb der Trennsäule 2 zu begünstigen . Es ist aber auch möglich, einen Temperaturgradienten 7b entlang der Trennsäule 2 zu erzeugen, der örtlich fixiert ist . Der dargestellte Temperaturgradient 7b erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen entlang der gesamten Trennsäule 2 . Der Temperaturgradient 7b kann während des Trennvorgangs zeitlich veränderbar sein, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet . In Fig . 8 ist zudem eine im Wesentlichen konstante Temperaturverteilung 7c dargestellt , die sich im Wesentlichen entlang der gesamten Trennsäule 2 erstreckt ( isotherme Trennung) . Die im Wesentlichen konstante Temperaturverteilung entlang der Trennsäule 2 kann während des Trennvorgangs zeitlich veränderbar sein ( temperaturprogrammiertes Trennprogramm) , wie ebenfalls durch die gestrichelte Linie und die Bezugs zi f fer 7d angedeutet . T bezeichnet dabei eine Temperatur und x eine Ortskoordinate entlang der Trennsäule 2 . Zum Zwecke der besseren Übersicht ist die Trennsäule 2 im oberen Bereich von Fig . 8 gerade dargestellt , wobei diese erfindungsgemäß j edoch gewunden ist .
Fig . 9 zeigt einen Chromatographen 29 , insbesondere einen Gaschromatographen 30 , mit einem Inj ektor 31 , einem Detektor 32 , einer Auswerteeinheit 33 und einem Trennsäulenmodul 1 . Nachfolgend wird eine Chromatographie beschrieben, bei dem das erfindungsgemäße Trennsäulenmodul 1 eingesetzt wurde. Dabei wurde eine Basislinientrennung von C8-C20 in etwa 5 s erreicht, siehe das Chromatogramm gemäß Fig. 10. Die Abszisse des Diagramms bildet die Retentionszeit tR in Minuten ab. Die Ordinate beschreibt die Intensität I. Für diese Trennung wurde eine Lösung der n-Alkane von C8-C20 (jeweils ~40 mg/1 in n- Hexan, bezogen von Sigma-Aldrich, Art. Nr. Supelco 04070) - verwendet, die in flüssiger Form mit einem Volumen von 1 pl und einem Split von 200:1 per Autosampler auf die Trennsäule 2 aufgetragen wurde. Der Injektor 31 (250 °C) , Trägergasstrom (Helium, 0,5 ml/min) und Detektor 32 (FID) wurden dabei durch einen Agilent 6890N Gaschromatographen gesteuert. Die ersten und letzten ca. 0,5 m der Trennsäule 2 dienten dabei als Transferkapillaren, die zum Injektor 31 respektive Detektor 32 des Systems führten und separat auf 140 °C beheizt wurden.

Claims

Patentansprüche :
1. Trennsäulenmodul (1) für einen Chromatographen, insbesondere einen Gaschromatographen, aufweisend: eine chromatographische Trennsäule (2) ; eine Temperiereinrichtung (3) an der Trennsäule (2) zur Erzeugung eines zeitlichen und/oder örtlichen Temperaturprofils (6) entlang der Trennsäule (2) ; und eine Ansteuerungseinheit (4) , die mit der Temperiereinrichtung (3) verbunden und dazu ausgebildet ist, die Temperiereinrichtung (3) elektronisch anzusteuern, _wobei die Trennsäule (2) zumindest eine Windung (9) und einen Aufnahmebereich (10) innerhalb der zumindest einen Windung (9) ausbildet, in welchem Aufnahmebereich (10) die Ansteuerungseinheit (4) zumindest teilweise angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennsäule (2) in mehrere Segmente (22) unterteilt ist und jedes Segment (22) jeweils einem eigenen Temperierelement (23) der Temperiereinrichtung (3) zugeordnet ist, wobei die Temperierelemente (23) dazu eingerichtet sind, das ihnen jeweils zugeordnete Segment (22) zu heizen und/oder kühlen.
2. Trennsäulenmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennsäule (2) mehrere Windungen (9) entlang einer Rotationsachse (8) ausbildet und sich der Aufnahmebereich (10) entlang dieser Rotationsachse (8) erstreckt.
3. Trennsäulenmodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungseinheit (4) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, an einem Trageelement (16) , insbesondere an einer Leiterplatte (17) , angeordnet ist.
4. Trennsäulenmodul (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trageelement (16) über zumindest ein Halteelement (19) mit der Trennsäule (2) verbunden ist.
5. Trennsäulenmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennsäule (2) in zumindest fünf oder zumindest zehn Segmente (22) unterteilt ist.
6. Trennsäulenmodul (1) nach Anspruch 5, dass jedes Temperierelement (23) mit jeweils einem Schalter (25) , vorzugsweise einen Transistor, insbesondere einen MOSFET (26) , der Ansteuerungseinheit (4) verbunden ist.
7. Trennsäulenmodul (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierelemente (23) jeweils einen elektrisch leitfähigen Heizdraht (24) , der um die Trennsäule (2) angeordnet, insbesondere gewickelt, ist, aufweisen.
8. Trennsäulenmodul (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungseinheit (4) dazu eingerichtet ist, die Temperierelemente (23) mittels einer Pulsweitenmodulation derart anzusteuern, dass das zeitliche und/oder örtliche Temperaturprofil (6) entlang der Trennsäule (2) erzeugbar ist.
9. Trennsäulenmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Temperaturprofil (6) eine oder mehrere wandernde Temperaturwellen (7a) entlang der Trennsäule (2) ; ein örtlich aufgelöster und vorzugsweise zeitlich veränderbarer Temperaturgradient (7b) entlang der Trennsäule; eine im Wesentlichen konstante Temperaturverteilung (7c) entlang der Trennsäule (2) ; oder eine im Wesentlichen konstante Temperaturverteilung (7d) entlang der Trennsäule, die zeitlich veränderbar ist, vorgesehen ist.
10. Chromatograph (29) , insbesondere Gaschromatograph (30) , mit einem Injektor (31) , einem Detektor (32) und einer optionalen Auswerteeinheit (33) , dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Chromatograph (29) ein Trennsäulenmodul (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 eingesetzt wird.
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