CH659712A5

CH659712A5 - Saeule fuer die mitteldruck-fluessigchromatographie.

Info

Publication number: CH659712A5
Application number: CH373383A
Authority: CH
Inventors: Heinrich Dr Peter
Original assignee: Ciba Geigy Ag
Priority date: 1983-07-07
Filing date: 1983-07-07
Publication date: 1987-02-13
Also published as: DE3424787C2; DE3424787A1; DE8420170U1

Description

Die Erfindung betrifft eine Säule für die Mitteldruck-Flüssigchromatographie gemäss dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Es sind bereits derartige Vorrichtungen bekannt, bei denen die Enden der Glassäule konisch eingezogen sind und beispielsweise ein Gewinde zum Aufschrauben einer Überwurfmutter aufweisen. Bei bestimmten Chromatographie-Verfahren ist eine konische Erweiterung erforderlich, um eine bessere Flüssigkeitsverteilung in der Säule zu erreichen. Der Säulenwirkungsgrad hängt wesentlich von der Konfiguration des Einfüllteils und des Auslaufteils ab. In der Regel werden die Säulenenden symmetrisch ausgebildet, so dass es keine Rolle spielt, welche Seite oben liegt. Aus Sicherheitsgründen wird eine möglichst hohe Druckbeständigkeit angestrebt. Die Anschlüsse an die Glassäule sollten möglichst druckdicht und leicht zu handhaben sein.

Ein Nachteil der bekannten Glassäule besteht darin, dass die Durchmesserverjüngung an den Enden glastechnisch relativ schwierig herzustellen ist. Jede Durchmesserveränderung an der Säule stellt eine Schwächung der Wandstärke dar, so dass bei den bekannten Säulen nicht mit hohen Drücken gearbeitet werden kann. Die bekannten Säulen sind jedoch auch in der Handhabung relativ schwierig. Einerseits ist die Reinigung der Säulen relativ kompliziert, da die innere Wandpartie nicht gut zugänglich ist. Andererseits müssen aber auch beim Austauschen der Säulen jeweils alle 5 dazugehörigen Verschluss- und Verbindungselemente ausgewechselt werden. Es wäre jedoch wünschenswert, nicht nur Säulen mit unterschiedlichem Volumen gegeneinander austauschen zu können, sondern beispielsweise auch bei der gleichen Säule ein anderes Einfüllteil oder Auslaufteil io anbringen zu können.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Säule der eingangs genannten Art zu schaffen, die zur Erhöhung der Druckfestigkeit keine Schwächungen der Wandpartie aufweist und die auf einfachste Weise herzustellen ist. Eine wei-15 tere Aufgabe besteht darin, die Handhabung der Säule zu erleichtern und ein austauschbares, modulares System zu schaffen, bei dem verschiedene Säulenkonfigurationen und verschiedene Zubehörteile austauschbar eingesetzt werden können. Diese Aufgabe wird mit einer Säule erreicht, welche 20 die Merkmale im Kennzeichen von Patentanspruch 1 aufweist.

Die rohrförmige Säule mit gleichbleibendem Innendurchmesser ist ersichtlicherweise äusserst einfach herzustellen. Es sind keine Durchmesserveränderungen vorhanden, die eine 25 Schwächung der Wandpartie darstellen. Die Spannungsverhältnisse im Säulenmaterial sind über die gesamte Länge der Säule etwa gleich. Der Flansch an den Säulenenden stellt fabrikationstechnisch kein Problem dar und kann beispielsweise durch Stauchen hergestellt werden. Da das Deckelteil 30 und das Bodenteil lösbar an den Säulenenden befestigt sind, ist eine Reinigung der Vorrichtung äusserst einfach. Ausserdem können diese Teile mit wenigen Handgriffen entfernt werden, so dass ein Austauschen einer Säule keinen grossen Aufwand darstellt. Auch das Füllen der Säule mit dem 35 Adsorbens wird durch diese Konfiguration wesentlich erleichtert.

Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn am Deckelteil eine Vorsäule lösbar angeordnet ist, deren Innendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Glassäule. 40 Die lösbar angeordnete Vorsäule kann ohne zusätzliche Kupplungsstücke oder Halterungen unmittelbar am Deckelteil beispielsweise durch Aufschrauben befestigt werden. Je nach der Art der durchgeführten Chromatographie kann die Vorsäule mit wenigen Handgriffen eingebaut oder wieder 45 entfernt werden. Da sich Verunreinigungen insbesondere in der Vorsäule ansammeln, ist es auch denkbar, lediglich die Vorsäule zusammen mit dem verunreingten Absorbens auszutauschen, ohne dass gleichzeitig auch das Absorbens in der Glassäule ersetzt werden muss. Dies bedeutet nicht nur so eine Materialeinsparung, sondern reduziert auch den Zeitaufwand, bis die Vorrichtung wieder für einen neuen Chro-matographie-Vorgang bereitgestellt ist.

Ganz besonders vorteilhaft kann gearbeitet werden, wenn der Innenraum der Vorsäule ohne Querschnittsverjüngung 55 in den Innenraum der Glassäule übergeht. Dadurch ergibt sich einerseits eine durchgehende kompakte Füllung des Absorbens in der Glassäule und in der Vorsäule. Andererseits wird dadurch aber auch ein Totvolumen in der Glassäule verhindert, da Absorbens aus der Vorsäule nach unten 60 in die Glassäule rutschen kann. Das Adsorbens hat nämlich die Eigenschaft, im Laufe des Chromatographie-Prozesses chemisch und/oder physikalisch abgebaut zu werden. Totvolumen in der Glassäule verfälschen jedoch das Resultat des Chromatographie-Prozesses, während eine Volumenreduzie-65 rung des Adsorbens in der Vorsäule tolerierbar ist.

Besonders gute Resultate werden mit der Vorsäule erzielt, wenn das Verhältnis der Innendurchmesser von Vorsäule und Glassäule etwa 1 :3 bis 1 :15, vorzugsweise 1 :8 beträgt

3

659 712

und wenn das Verhältnis der Längen von Vorsäule und Glassäule grösser ist als 1 :5, vorzugsweise 1 :8 bis 1 :10.

Die Vorsäule kann aus Metall oder aus Glas oder allenfalls aus einem anderen Material gefertigt sein. Besonders zweckmässig ist es, wenn die Vorsäule aus Metall gefertigt ist und ein Schauglas zur Überwachung des Adsorbens aufweist. Auf diese Weise können die Enden der Vorsäule unmittelbar zum Anschliessen an die restliche Vorrichtung bearbeitet werden, beispielsweise durch Anbringen von Aussen- oder Innengewinde. Das Schauglas zeigt den Pegelstand des Adsorbens an, so dass bei zu grossem Absinken des Pegelstandes Adsorbens nachgefüllt werden oder die ganze Vorsäule ausgetauscht werden kann.

Eine mechanisch besonders einfache Verbindung ergibt sich, wenn das Deckelteil und/oder das Bodenteil mittels je einem, den Flansch am Säulenende hintergreifenden Ring und mittels in den Ring eingreifenden Befestigungselementen an die Säulenenden anpressbar ist. Bei dieser Befestigungsart sind an den Säulenenden keinerlei Gewinde oder Bohrungen zum Anbringen von Befestigungselementen erforderlich. Die Wandung der Säule wird durch das Anklemmen des Deckelteils bzw. des Bodenteils am Flansch nicht beansprucht. Mit geeigneten Befestigungselementen wie z.B. Schrauben kann die Anpresskraft beliebig eingestellt werden. Dadurch kann auch eine hohe Druckdichtigkeit an den Säulenenden erzielt werden.

Die in bestimmten Fällen erforderliche trichterartige Erweiterung auf der Einlassseite kann auf besonders einfache Weise dadurch erzielt werden, dass das Deckelteil eine innere Wandpartie aufweist, welche sich gegen das Säulenende konisch erweitert. Auf diese Weise ist die konische Erweiterung nicht an der Säule selbst, so dass auf der gleichen Säule auch noch andere Deckelteile aufgesetzt werden können.

Das Deckelteil kann neben der Einfüllöffnung wenigstens eine weitere Öffnung aufweisen, durch welche eine weitere Substanz wie z.B. Schutzgas in die Säule gepumpt werden kann. Dadurch sind auch Füllungen mit Luftpolster möglich. Wenn das Deckelteil mit einer Prallplatte zum Zerstäuben der einzufüllenden Flüssigkeit versehen ist, kann am Säulenende ein Luftpolser verbleiben, was bei bestimmten Adsorbens vorteilhaft ist. Je nach Beschaffenheit des Adsorbens kann das Deckelteil schliesslich auch noch mit einer Einspritzdüse versehen sein.

Eine weitere Vereinfachung im Aufbau der Vorrichtung ergibt sich, wenn das Bodenteil eine austauschbare Fritte aufweist. Auf diese Weise ist die Fritte unmittelbar in das Bodenteil integriert und muss nicht noch mit besonderen Anschluss- und Dichtungsteilen an das Säulenende angeschlossen werden. Die Fritte kann beispielsweise in eine Vertiefung eingelegt werden, so dass das Austauschen und Reinigen äusserst einfach ist. Besonders vorteilhaft ist die Fritte aus porösem Teflon gefertigt, wobei sie auf einer gelochten Stützplatte aufliegt. Das poröse Teflon-Material hat besonders vorteilhafte chemische und physikalische Eigenschaften. Allerdings ist das Material mechanisch wenig resistent, so dass es durch das Gewicht des Adsorbens möglicherweise durchgebogen werden könnte. Dies wird durch die gelochte Stützplatte zuverlässig verhindert, welche beispielsweise aus Metall oder Glas gefertigt sein kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend genauer beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine Säule mit einem etwa trichterförmigen Dek-kelteil,

Figur 2 eine Säule mit auf dem Deckelteil aufgesetzter Vorsäule,

Figur 3 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit zwei zusätzlichen Einfüllöffnungen,

Figur 4 das Ausführungsbeispiel gemäss Figur 3 mit einer Prallplatte am Deckelteil, und

Figur 5 das Ausführungsbeispiel gemäss Figur 3 mit einer Einspritzdüse am Deckelteil.

Wie in Figur 1 dargestellt hat die Glassäule 1 eine etwa rohrförmige Konfiguration mit gleichbleibendem Innendurchmesser. Länge, Wandstärke und Innendurchmesser der Säule können beliebig verändert werden, so dass beispielsweise auch Säulen für die Flash-Chromatographie eingesetzt werden können. Die Säulenenden 3 weisen je einen Flansch 6 auf, der beispielsweise durch Stauchen hergestellt werden kann. Die Stirnseiten der Säulenenden sind im übrigen vorzugsweise plan und die Rückseite des Flansches geht mit einer konischen Wandpartie in die Aussenwandung der Glassäule über. Je nach Säulendurchmesser und Wandstärke kann bei dieser Konfiguration ersichtlicherweise mit hohen Drücken gearbeitet werden.

Das im übrigen nicht näher dargestellte Einfüllteil 4 ist im Deckelteil 7 integriert, welches im übrigen verschiedene Konfigurationen aufweisen kann. In Figur 1 ist ein Deckelteil 7 dargestellt, dessen innere Wandpartie 11 sich konisch erweitert. Das Deckelteil ist mit Hilfe eines den Flansch 6 hintergreifenden Ringes 9 an das Säulenende angepresst. Zum Anpressen dienen Befestigungselemente 10, welche wie dargestellt Schrauben sein können. Es sind aber auch andere Befestigungselemente wie Bolzen, Stifte usw. denkbar. Konzentrisch im Ring 9 ist ein konischer Innenring 16 angeordnet, dessen Konusfläche etwa den gleichen Neigungswinkel aufweist wie diejenige des Flansches. Dadurch wird ersichtlicherweise eine vorteilhafte Kraftübertragung auf den Flansch bewirkt. Zwischen dem Flansch 6 und dem Innenring 16 ist ausserdem noch ein Polster 19 aus einem relativ weichen Material angeordnet. Eine Ringdichtung 17 sorgt für eine druckdichte Verbindung zwischen dem Deckelteil 7 und dem Flansch 6.

Auf die gleiche Weise wie das Deckelteil ist auch das Bodenteil 8 am unteren Flansch 6 befestigt. Dabei ist das nicht näher dargestellte Auslaufteil 5 ebenfalls im Bodenteil integriert. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist vor dem Auslaufteil 5 ausserdem noch eine Fritte 15 angeordnet. Die Fritte 15 besteht vorzugsweise aus einem porösen Teflon-Material. Um ein Durchbiegen der Fritte zu verhindern, liegt diese auf einer gelochten Stützplatte 24, welche entweder separat eingelegt werden kann oder welche unmittelbar mit dem porösen Teflon-Material verbunden sein kann. Die Stützplatte 24 kann aus Metall, Glas oder beispielsweise ebenfalls aus Teflon gefertigt sein. Das Innere der Glassäule 1 ist auf bekannte Weise mit einem Adsorbens 2 wie z.B. Kieselgel gefüllt. Die erfindungsgemässe Säule erlaubt den Einsatz eines Adsorbens mit äusserst feiner Korngrösse von beispielsweise 15-25 Jim. Dies erklärt sich durch die besonders günstigen Druckverhältnisse in der Säule.

Schliesslich sei auch noch erwähnt, dass bei der erfin-dungsgemässen Säule das Adsorbens auf besonders einfache Weise mit der Trockenfülltechnik eingefüllt werden kann. So kann beispielsweise am Bodenteil 8 eine Klopfvorrichtung montiert werden, was eine besonders kompakte Füllung ermöglicht. Mit dieser Methode konnten bis zu 30% mehr Gewichtseinheiten eingefüllt werden als mit der herkömmlichen Nassfülltechnik.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem auf das Deckelteil 7 im Einfüllteil 4 eine Vorsäule 20 aufgesetzt ist. Die Vorsäule 20 hat am unteren Ende zum Einschrauben in das Deckelteil ein Aussengewinde 23. Am oberen Ende ist ein Anschlussstück 22 vorgesehen, in dem eine nicht dargestellte

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

659712

Schlauchanschlusskappe eingesetzt werden kann. Die Vorsäule 20 kann ein Schauglas 21 aufweisen, in dem der Pegelstand des Adsorbens 2 sichtbar ist. Zwischen der Vorsäule 20 und der Glassäule 1 sind keine Filter oder anderweitigen Querschnittsverjüngungen vorgesehen. Dadurch kann beim Auftreten eines Totvolumens in der Glassäule 1 das Adsorbens aus der Vorsäule 20 nachrutschen, so dass jederzeit eine kompakte Füllung in der Glassäule 1 gewährleistet ist. Die einfache Befestigung der Vorsäule ermöglicht ersichtlicherweise ein leichtes Entfernen oder Austauschen. Die Vorsäule kann mit eingefülltem Adsorbens entfernt werden, da dieses ohne Lösungsmittel eine kompakte Masse bildet und nicht herausfällt.

Figur 3 zeigt eine Säule mit gleichem Bodenteil 8 wie bei Figur 1. Lediglich das Deckelteil 7 hat keine trichterartige Erweiterung, sondern ist gegen das Säulenende 3 hin ebenfalls plan ausgebildet. Neben der zentralen Einfüllöffnung 13 sind jedoch noch zwei weitere Öffnungen 12 und 12' angeordnet, durch welche zusätzliche Substanzen in die

4

Säule eingegeben werden können. Eine zusätzliche Variante eines Deckelteils ist in Figur 4 dargestellt, welche eine Prallplatte 14 zum gleichförmigen Zerstäuben der eingegebenen Flüssigkeit zeigt. Anstelle einer Prallplatte kann das Deckel-s teil 7 aber auch mit einer Einspritzdüse 18 versehen sein, wie dies in Figur 5 dargestellt ist.

Die verschiedenen Ausführungsbeispiele zeigen besonders anschaulich die Vorteile eines modularen, austauschbaren io Systems. Jedes der dargestellten Deckelteile 7 in den Figuren 1 bis 5 kann mit wenigen Handgriffen auf die gleiche Säule aufgesetzt werden. Umgekehrt können an ein Deckel- bzw. an ein Bodenteil aber auch Glassäulen 1 von unterschiedlicher Konfiguration angeschlossen werden. Dies erleichtert 15 die Handhabung der Vorrichtung im Labor ganz beträchtlich. Selbstverständlich können auch noch andere als die dargestellten Deckel- oder Bodenteile eingesetzt werden. Auch die Verbindung dieser Teile mit den Flanschen 6 wäre noch auf andere Weise realisierbar.

B

2 Blatt Zeichnungen

Claims

659 712 T PATENTANSPRÜCHE

1. Säule für die Mitteldruck-Flüssigchromatographie bestehend aus einer mit einem Adsorbens zu füllenden Glassäule, deren Enden mit einem Einfüllteil und mit einem Auslaufteil von geringerem Innendurchmesser als die Glassäule versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Glassäule

( 11 etwa über die gesamte Länge den gleichen Innendurchmesser aufweist und an ihren Enden (3) mit je einem in die Säule integrierten Flansch (6) versehen ist, und dass an den Flanschen ein Deckelteil (7) bzw. ein Bodenteil (8) lösbar befestigt ist, wobei das Einfüllteil (4) in das Deckelteil (7) und das Auslaufteil (5) in das Bodenteil (8) integriert ist.

2. Säule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Deckelteil (7) eine Vorsäule (20) lösbar angeordnet ist, deren Innendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Glassäule ( 1 ).

3. Säule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum der Vorsäule ohne Querschnittsverjüngung in den Innenraum der Glassäule übergeht.

4. Säule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Innendurchmesser von Vorsäule und Glassäule 1 :3 bis 1 :15, vorzugsweise 1 :8 beträgt.

5. Säule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Längen von Vorsäule und Glassäule grösser ist als 1 :5, vorzugsweise 1 :8 bis 1 :10.

6. Säule nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsäule aus Metall gefertigt ist und ein Schauglas (21) zur Überwachung des Adsorbens aufweist.

7. Säule nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (7) und/oder das Bodenteil (8) mittels je einem, den Flansch am Säulenende hintergreifenden Ring (9) und mittels in den Ring eingreifenden Befestigungselementen (10) an die Säulenenden (3) anpressbar ist.

8. Säule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil eine innere Wandpartie (11) aufweist, welche sich gegen das Säulenende konisch erweitert.

9. Säule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (7) neben der Einfüllöffnung (13) wenigstens eine weitere Öffnung (12) aufweist.

10. Säule nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil mit einer Prallplatte (14) zum Zerstäuben der einzufüllenden Flüssigkeit versehen ist.