DE102008037008B3 - Mischvorrichtung für die Flüssigkeitschromatographie - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für die Flüssigkeitschromatographie zur radialen Mischung von wenigstens zwei Flüssigkeiten, insbesondere zur Mischung von wenigstens zwei Eluenten in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, mit einer rohrförmigen Mischleitung (3), deren einem Ende ein Gemisch aus wenigstens zwei Flüssigkeiten zuführbar ist, welches zumindest in seinem axialen Verlauf radiale Inhomogenitäten aufweist, und mit einem in der Mischleitung (3) angeordneten wendelförmigen Strömungsleitelement (7). Erfindungsgemäß sind Abstandsmittel vorgesehen, die zwischen der radial äußeren, der Innenwandung der Mischleitung (3) zugewandten Stirnseite (9) der wendelförmigen Wandung des Strömungsleitelements (7) und der Innenwandung der rohrförmigen Mischleitung (3) einen vorbestimmten Abstand sicherstellen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Mischeinrichtung mit einer derartigen radialen Mischvorrichtung, welcher eine longitudinale Mischvorrichtung nachgeschaltet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung für die Flüssigkeitschromatographie zur radialen Mischung von wenigstens zwei Flüssigkeiten, insbesondere zur Mischung von wenigstens zwei Eluenten in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Mischeinrichtung für die Flüssigkeitschromatographie unter Einsatz einer derartigen radialen Mischvorrichtung, welcher eine longitudinale Mischvorrichtung zur Mischung der wenigstens zwei Flüssigkeiten in axialer Richtung des Strömungsverlaufs nachgeschaltet ist.
  • In der Flüssigkeitschromatographie, insbesondere der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) besteht häufig die Forderung, wenigstens zwei verschiedene Eluenten entsprechend einer gewünschten Proportionierung möglichst homogen zu mischen. Dieses Mischungsverhältnis kann insbesondere auch zeitlich variieren. Üblicherweise werden beim Mischen von zwei Eluenten zwei separate Flüssigkeitsströme, die von jeweils einer Pumpe erzeugt werden, über zwei Rohrleitungen oder Kapillaren einem T-Stück zugeführt. Nach dem T-Stück soll nach Möglichkeit eine homogene Mischung der beiden Eluenten entsprechend dem vorgegebenen Mischverhältnis vorliegen.
  • Ein Flussfehler einer der beiden Pumpen hat dabei immer auch einen Fehler im Mischverhältnis zur Folge. Werden beispielsweise Kolbenpumpen verwendet, so tritt üblicherweise nach jedem Stroke der jeweiligen Pumpe ein Proportionierfehler auf, so dass entlang des axialen Verlaufs der Strömung der gemischten Eluenten eine Mischungswelligkeit auftritt. Neben dieser axialen Mischungswelligkeit besteht häufig zusätzlich das Problem, dass auch in radialer Richtung der Eluentenströmung keine gleichmäßige Durchmischung der beiden Flüssigkeiten gegeben ist. Dies gilt zumindest für den Teil der Eluentenmischung in der Nähe des Zusammenführens der beiden Eluentenströme am T-Stück.
  • Zur Erzeugung eines möglichst gleichmäßig gemischten Eluentenstroms ist es bekannt, sogenannte aktive Mischkammern zu verwenden. In einer aktiven Mischkammer dreht sich, meist magnetisch angetrieben, ein Rührelement, wodurch die Eluentenzusammensetzung innerhalb des Mischervolumens konstant gehalten wird. Der Effekt eines zeitlich kurzen Pumpenfehlers wird somit abhängig vom Mischervolumen um einen entsprechenden Faktor reduziert und am Ausgang des Mischers mit einem exponentiellen Abfall ausgespült.
  • Neben aktiven Mischkammern sind sogenannte statische longitudinale Mischer bekannt, welche auf dem Prinzip basieren, den einströmenden Gesamtfluss in mehrere parallele Teilströme aufzuteilen, wobei die Teilströme verschieden lange Flusspfade durchlaufen und anschließend wieder zusammengeführt werden. Ein zeitlich und damit auch in axialer Strömungsrichtung bestehender Mischungsfehler, der auch in den einzelnen Teilströmen existent ist, erscheint beim Zusammenführen daher mit entsprechend geringerer Amplitude und entsprechend zeitlich verzögert.
  • Ändert sich das Mischungsverhältnis periodisch, wie insbesondere bei der Verwendung von Kolbenpumpen, und ist das Volumen des longitudinalen Mischers so groß, dass das Volumen einer ganzen Periode in den Mischer aufgenommen werden kann, so werden Mischungsfehler besonders effektiv ausgemittelt.
  • Ist der Fluss am Eingang eines longitudinalen Mischers in radialer Richtung noch ungemischt (inhomogen), so können diese radialen Inhomogenitäten die Wirksankeit des longitudinalen Mischers beeinträchtigen.
  • Daher ist bekannt, einer longitudinalen Mischvorrichtung eine radiale Mischvorrichtunf voranzuschalten[JW1].
  • In der Praxis werden radiale passive Mischvorrichtungen verwendet, die aus einer rohrförmigen Mischerleitung bestehen, in welcher ein Strömungsleit- oder Verwirbelungselement eingesetzt ist. Zwar würde auch durch Diffusion entlang einer Leitung für das Flüssigkeitsgemisch eine radiale Mischung erreicht, jedoch ist dieser Effekt so schwach, und die radialen Abmessungen der Strömung des Flüssigkeitsgemischs sind so groß, dass eine radiale Mischung allein durch Diffusion eine zu lange Zeitspanne beziehungsweise eine zu große axiale Länge der Strömung des Flüssigkeitsgemischs beanspruchen würde. Die Verwendung eines oder mehrerer Strömungsleit- oder Verwirbelungselemente in der Leitung für das Flüssigkeitsgemisch führt dagegen zu einer deutlich schnelleren Homogenisierung des Flüssigkeitsgemischs. Die Strömung des Flüssigkeitsgemischs kann dabei turbulent oder laminar erzeugt werden. Als Strömungsleitelemente sind in der Praxis insbesondere sogenannte Wendelmischer im Einsatz. Eine derartige Mischvorrichtung ist beispielsweise aus der JP 2007 13 28 73 A bekannt. Bei diesem Mischer, der für das Mischen eines Eluenten mit einer Probe in der Flüssigkeitschromatographie entwickelt wurde, wird in einem rohrförmigen Teil ein spiralförmiges bzw. wendelförmiges Element verwendet. Die Wendel weist jedoch nur einige wenige Windungen auf, wobei der Durchmesser dieses spiralförmigen bzw. schraubenförmigen Elements im Wesentlichen dem Innendurchmesser der betreffenden Leitung entspricht. Der Effekt dieser Mischvorrichtung besteht somit darin, dass die zu mischende Flüssigkeitsströmung in eine schraubenförmige Drehbewegung versetzt wird, wobei die Flüssigkeit in Folge der schraubenförmigen Drehbewegung nach dem Verlassen des Mischerelements beziehungsweise Strömungsleit- oder Verwirbelungselement gemischt wird. Die Effektivität eines derart aufgebauten Mischers ist jedoch teilweise ungenügend.
  • Des Weiteren sind statische radiale Mischvorrichtungen bekannt, bei denen eine schraubenförmig gewundene Rohrleitung vorgesehen ist, die von dem zu mischenden Flüssigkeitsgemisch durchströmt wird. Die Wirkungsweise einer derartigen radialen Mischvorrichtung besteht darin, dass insbesondere der schnelle Anteil der laminaren Strömung innerhalb der schraubenförmigen Rohrleitung, also das Zentrum (im Querschnitt der Strömung) eine Zentrifugalkraft erfährt. Diese Kraft treibt diesen Teil der Strömung aus dem Zentrum heraus in Richtung der Rohrinnenwandung auf der Außenseite der schraubenförmigen Rohrleitung. Von den langsamer fließenden Randschichten, insbesondere den Anteilen nahe der Rohrinnenwandung auf der Innenseite des schraubenförmigen Verlaufs der Rohrleitung muss dann ein Fluss in das Zentrum nachströmen, wodurch eine radiale Durchmischung entsteht.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine radiale Mischvorrichtung zu schaffen, welche eine verbesserte Mischwirkung aufweist und welche gleichzeitig einen konstruktiven einfachen Aufbau aufweist. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Mischeinrichtung bestehend aus einer derartigen radialen Mischvorrichtung und einer nachgeschalteten longitudinalen Mischvorrichtung zu schaffen.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 9.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Effektivität einer radialen Mischvorrichtung mit einem wendelförmig ausgebildeten Strömungsleitelement dadurch verbessert werden kann, dass das Strömungsleitelement mit seinem Außenumfang nicht an der Innenwandung der rohrförmigen Mischleitung anliegt. Hierzu sind Abstandsmittel vorgesehen, die zwischen der radial äußeren, der Innenwandung der Mischleitung (3) zugewandten Stirnseite (9) der wendelförmigen Wandung des Strömungsleitelements (7) und der Innenwandung der rohrförmigen Mischleitung (3) einen vorbestimmten Abstand sicherstellen.
  • Hierdurch wird erreicht, dass das zu mischende Flüssigkeitsgemisch beim Durchlaufen der rohrförmigen Mischleitung nicht nur in eine schraubenförmige Drehung und nach dem Verlassen des Stömungsleitelements gemischt wird, sondern dass bereits während des Durchlaufens des Bereichs, in welchem das Strömungsleitelement angeordnet ist, ein effektives, radiales Durchmischen erfolgt.
  • Die Abstandsmittel können durch vorzugsweise periodische Änderungen des Radius der wendelförmigen Wandung bezogen auf die Längsachse des Strömungsleitelements (gemeint ist hier also der Abstand eines Punkts auf der Längsaußenseite der wendelförmigen Wandung des Strömungsleitelements von dessen Längsachse) gebildet sind, wobei die Punkte oder kurzen Teilbereiche der wendelförmigen Wandung, welche den maximalen Radius aufweisen, mit der Innenwandung der Mischleitung zur Positionierung des Strömungsleitelements im Innenraum der Mischleitung zusammenwirken. Ein derart beschaffenes Strömungsleitelement, welches gleichzeitig die Abstandsmittel realisiert, ist einfach und kostengünstig herzustellen.
  • Nach einer Ausgestaltung der Erfindung können die Änderungen des Radius der wendelförmigen Wandung des Strömungsleitelements Abstandselemente definieren, deren Radius im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Mischleitung entspricht, wobei die übrigen Bereiche der Wandung des wendelförmige Strömungsleitelement einen konstanten kleineren Radius aufweisen. Die Änderung des Radius der wendelförmigen Wandung des Strömungsleitelements kann jedoch grundsätzlich beliebig gestaltet sein. Es ist lediglich zu berücksichtigen, dass zwischen den beiden Teilräumen, die durch die Wandung im Innen raum der Mischleitung definiert werden, ausreichend große Überströmöffnungen geschaffen werden, die eine ausreichende radiale Mischung gewährleisten.
  • Der vorbestimmte Abstand zwischen der Innenwandung der Mischleitung und den Längsaußenseiten des Strömungsleitelements liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 5% bis 20% des Innendurchmessers der rohrförmigen Mischleitung. Mit anderen Worten, der Außendurchmesser des wendelförmigen Strömungsleitelements beträgt 60% bis 90% des Innendurchmessers der Mischleitung.
  • Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Innendurchmesser der rohrförmigen Mischleitung 0,2 mm bis 1,0 mm, wobei sich ein Bereich von 0,4 mm bis 0,6 mm als besonders geeignet erweist.
  • Da das radiale Mischen bereits in effektiver Weise während des Durchströmens des Strömungsleitelements erfolgt, ist erfindungsgemäß vorzugsweise eine Mindestanzahl von Windungen des Strömungsleitelements vorgesehen. Die vom Innendurchmesser der Mischleitung abhängige Mindestanzahl von Windungen beträgt sechs bei einem Durchmesser von 0,2 mm, 10 bei einem Innendurchmesser von 0,3 mm, 20 bei einem Innendurchmesser von 0,5 mm und 30 bei einem Innendurchmesser von 1 mm. Die erforderliche Mindestanzahl von Windungen für dazwischenliegende Werte für den Innendurchmesser kann durch lineare Interpolation zwischen den vorgenannten Punkten ermittelt werden.
  • Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Strömungsleitelement aus einem planaren, dünnen, streifenförmigen Element, vorzugsweise einem metallischen Blech, hergestellt sein. Das streifenförmige Element kann an seinen Seitenkanten Vorsprünge aufweisen, welche die Abstandselemente bilden, wobei der Abstand der Außenkanten der Abstandselemente an den gegenüberliegenden Seiten des streifenförmigen Elements senkrecht zur Längsachse des streifenförmigen Elements im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Mischleitung entspricht. Ein derartiges streifenförmiges Element kann zur Bildung einer Wendel um seine Längsachse verdreht werden. Das Material des streifenförmigen Elements muss hierzu so gewählt werden, dass eine ausreichende plastische Deformierbarkeit bei der Verdrehung um die Längsachse gewährleistet ist.
  • Das streifenförmige Element weist hierzu vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,02 mm bis 0,06 mm auf, vorzugsweise im Bereich von 0,03 mm bis 0,05 mm.
  • Eine derartige passive radiale Mischvorrichtung eignet sich insbesondere auch zur Realisierung einer Mischeinrichtung für die Flüssigkeitschromatographie, welche gleichzeitig auch ein longitudinales Mischen des Flüssigkeitsstroms gewährleistet. Hierzu ist die erfindungsgemäße radiale Mischvorrichtung einer longitudinalen Mischvorrichtung vorgeschaltet.
  • In überraschender Weise eignet sich eine so aufgebaute Mischeinrichtung auch für das Mischen eines Flüssigkeitsstroms aus wenigstens zwei zu mischenden Flüssigkeiten, welcher durch abwechselndes axiales Zuführen der wenigstens zwei zu mischenden Flüssigkeiten erzeugt wird. Dies ermöglicht insbesondere das Verwenden einer einzigen Pumpe, wobei einer Rohrleitung zeitlich alternierend entweder die eine oder die andere der beiden zu mischenden Flüssigkeiten zugeführt wird.
  • Die Eignung einer Mischeinrichtung mit einer einer longitudinalen Mischeinrichtung vorgeschalteten radialen Mischeinrichtung für einen auf diese Weise erzeugten Flüssigkeitsstrom, der aus wenigstens zwei zu mischenden Flüssigkeiten besteht, kann dadurch erklärt werden, dass sich die axiale scharfe Trennung der beiden Flüssigkeiten beim Durchströmen einer Rohrleitung nicht erhalten bleibt, sondern entsprechend dem paraboloiden Geschwindigkeitsprofil axial ausgedehnt wird. Das hat eine radiale Struktur aus konzentrischen Ringen zur Folge. Diese radialen Inhomogenitäten werden durch die radiale Mischvorrichtung weitestgehend eliminiert, so dass der nachgeschaltete longitudinale Mischer seine longitudinale Mischfähigkeit optimal entfalten kann.
  • Das Volumen der longitudinalen Mischvorrichtung wird dabei vorzugsweise deutlich größer gewählt als das Volumen der radialen Mischvorrichtung, vorzugsweise mindestens um den Faktor 5, höchst vorzugsweise um mindestens den Faktor 7.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • In der Zeichnung zeigen
  • 1 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene, schematische Darstellung einer radialen Mischvorrichtung nach der Erfindung;
  • 2 eine perspektivische Ansicht des Strömungsleitelements in 1; und
  • 3 einen schematischen Querschnitt durch die radiale Mischvorrichtung in 1 mit durch diverse Pfeile angedeutetem Strömungsverlauf.
  • Die in 1 dargestellte radiale Mischvorrichtung 1 umfasst eine rohrförmige Mischleitung 3, die, wie in 1 dargestellt, gerade ausgebildet sein kann. Selbstverständlich kann die Mischleitung 3 jedoch auch gekrümmt vorliegen.
  • Im Innenraum 5 der Mischleitung 3 ist ein Strömungsleitelement 7 angeordnet, welches eine wendelförmige Struktur aufweist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das wendelförmige Strömungsleitelement 7 vier volle 360° Windungen auf.
  • Das in 2 separat perspektivisch dargestellte wendelförmige Strömungsleitelement 7 ist aus einem planaren, dünnen streifenförmigen Element hergestellt, welches um seine Längsachse um einen entsprechenden Drehwinkel verdreht wurde, der im dargestellten Ausführungsbeispiel 4 × 360° = 1440° beträgt. Der planare Streifen weist an seinen Längsaußenseiten 9 Abstandselemente 11 auf. Die Abstandselemente 11 können, wie in 2 dargestellt, an jeweils einander gegenüberliegenden Positionen der Längsaußenseiten 9 vorgesehen sein. Selbstverständlich können die Abstandselemente 11 jedoch auch versetzt an den jeweiligen Längsaußenseiten 9 vorgesehen sein. Der durch die Abstandselemente 11 festgelegte maximale Durchmesser des wendelförmigen Strömungsleitelements 7 entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser der rohrförmigen Mischleitung 3, so dass das fertig hergestellte Strömungsleitelement 7 nachträglich in den Innenraum 5 der Mischleitung 3 eingebracht werden kann, beispielsweise durch Einschieben oder Einziehen.
  • Der Innendurchmesser der Mischleitung 3 liegt vorzugsweise im Bereich von 0,2 mm bis 1 mm, wobei in der Praxis meist ein Durchmesser von 0,3 mm bis 0,6 mm gewählt werden wird. Dies gilt zumindest für den Bereich der HPLC.
  • Das Strömungsleitelement 7 wird vorzugsweise aus einem Material hergestellt, welches beim Herstellen der wendelförmigen Struktur eine ausreichende plastische Deformierung erlaubt. Als Material eignet sich insbesondere ein dünnes Metallblech. Die Dicke eines derartigen Metallblechs kann im Bereich von 0.02 mm bis 0.06 mm liegen, wobei sich ein Bereich von 0,03 mm bis 0,05 mm als vorteilhaft erwiesen hat.
  • Die Wirkungsweise einer derart beschaffenen radialen Mischvorrichtung wird schematisch anhand 3 erläutert: Durch die gewendelte Struktur des Strömungsleitelements 7 ergibt sich für eine, einem Ende der Mischvorrichtung 1 zugeführte, zu mischenden Flüssigkeit, die aus wenigstens zwei Komponenten besteht, in den beiden Teilräumen 5a beziehungsweise 5b des Innenraums 5 eine radiale Durchmischung, die durch die Pfeile Ia, IIa beziehungsweise Ib und IIb angedeutet ist. In jeder der beiden Hälften 5a beziehungsweise 5b des Innenraums 5, die durch die Wand des Strömungsleitelements 7 abgeteilt werden, ergibt sich für die jeweilige Teilströmung in axialer Richtung eine schraubenförmige Bahn. Die große Länge der Wendel führt in den meisten Fällen (jedoch abhängig von der Geometrie der Anordnung) zur Ausbildung eines laminaren Strömungsprofils. Dies bewirkt, dass insbesondere die schnellen Teile der laminaren Strömung, also die Anteile der Strömung in den Zentren der beiden im Querschnitt halbmondförmigen Hälften 5a, 5b. des Innenraums 5 der Mischleitung Zentrifugalkräfte erfahren (angedeutet durch die Pfeile IIa, IIb). Diese Kräfte treiben die Strömung aus den Zentren der im Querschnitt halbmondförmigen Hälften 5a, 5b heraus in Richtung auf die Innenwandung der rohrförmigen Mischleitung 3. Von den langsamer fließenden Randschichten der Strömung in den Hälften 5a, 5b des Innenraums 5 muss dann Fluid in Richtung auf das Zentrum der Hälften 5a, 5b nachströmen (Pfeile Ia, Ib).
  • Dadurch, dass mittels der Abstandselemente 11 ein Spalt zwischen der Innenwandung der Mischleitung 3 und den Längsaußenseiten 9 des Strömungsleitelements 7 verbleibt, erfolgt über die gesamte axiale Ausdehnung des Strömungsleitelements 7 (abgesehen von den Bereichen in denen die Abstandselemente 11 abdichten) ein Austausch des Fluids zwischen beiden im Querschnitt halbmondförmigen Hälften 5a, 5b des Innenraums 5 (Pfeile IIIa, IIIb). Hierdurch ergibt sich eine hervorragende Mischwirkung auch zwischen den halbmondförmigen Volumina 5a und 5b.
  • In der Praxis kann das Strömungsleitelement 7, wie bereits vorstehend erläutert, aus einem Metall bestehen. Durch Ätzen können die Abstandselemente 11 an den Außenseiten 9 der zunächst planaren Streifen hergestellt werden. Anstelle von vorsprungartigen Abstandselementen 11, kann der planare Streifen auch mit beliebig, beispielsweise wellenförmig verlaufender Breite hergestellt werden. Es muss lediglich der maximale Radius der wendelförmigen Wandung nach dem Verdrehen des planaren Streifen im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Mischleitung 3 entsprechen.
  • Nach diesem Prinzip wurde in der Praxis eine radiale Mischvorrichtung hergestellt, deren Mischleitung einen Innendurchmesser von 0,5 mm aufwies. Das Strömungsleitelement wurde mit einer Länge von 240 mm bei 150 Windungen realisiert.
  • Der Abstand zwischen den Längsaußenseiten 9 des Strömungsleitelements 7 und der Innenwandung der Mischleitung 3, also die Höhe der Abstandselemente 11 betrug ca. 15% des Innendurchmessers der Mischleitung 3, d. h. der Durchmesser des wendelförmigen Strömungsleitelements in Bereichen zwischen den Abstandselementen 11 betrug 70% des Innendurchmessers der Mischleitung 3. Mit einer derartigen radialen Mischvorrichtung wurde hervorragendes Mischergebnis erreicht.
  • Die Abstandsmittel können jedoch auch oder zusätzlich durch eine entsprechende Geometrie des Innenraums der Mischleitung erzeugt werden. Beispielsweise kann ein wendelförmiges Strömungsleitelement mit konstantem Durchmesser verwendet werden, der in der gewünschten Weise kleiner ist als der Innendurchmesser der Mischleitung. Die Mischleitung mit zunächst konstantem Querschnitt kann nach dem Einsetzen des Strömungsleitelements dann an einigen Stellen leicht deformiert werden, so dass in den deformierten Bereichen eine im Wesentlichen koaxiale Fixierung des Strömungsleitelements erfolgt.
  • Um einen Flüssigkeitsstrom aus wenigstens zwei Elementen in der Praxis möglichst vollständig zu mischen wird es in der Regel erforderlich sein, sowohl ein radiales Mischen als auch ein longitudinales Mischen vorzunehmen. Eine derartige vollständige Mischeinrichtung (nicht dargestellt) kann eine radiale Mischvorrichtung 1 nach den 1 bis 3 aufweisen, welcher eine longitudinale Mischeinrichtung bekannter Art nachgeschaltet ist.
  • Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass sich eine derartige Mischeinrichtung auch für das Mischen von Flüssigkeitsströmungen aus wenigstens zwei Komponenten eignet, welche dadurch erzeugt wird, das alternierend jeweils eine der wenigstens zwei Flüssigkeiten zugeführt wird. Dies führt zunächst zu einer Flüssigkeitsströmung, die in axialer Richtung abwechselnd ausschließlich eine der wenigstens zwei Komponenten führt. An den axialen Stoßstellen ergeben sich jedoch durch den Einfluss der Strömung in einer Rohrleitung relativ schnell radiale Inhomogenitäten bezüglich des Mischverhältnisses. Durch das Vorsehen einer radialen Mischvorrichtung nach der Erfindung werden diese radialen Inhomogenitäten weitestgehend egalisiert. Die anschließende longitudinale Mischvorrichtung kann in effektiver Weise eine vollständige Durchmischung erreichen.

Claims (11)

  1. Mischvorrichtung für die Flüssigkeitschromatographie zur radialen Mischung von wenigstens zwei Flüssigkeiten, insbesondere zur Mischung von wenigstens zwei Eluenten in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, (a) mit einer rohrförmigen Mischleitung (3), deren einem Ende ein Gemisch aus wenigstens zwei Flüssigkeiten zuführbar ist, welches radiale[JW2] Inhomogenitäten aufweist, und (b) mit einem in der Mischleitung (3) angeordneten wendelförmiges Strömungsleitelement (7), dadurch gekennzeichnet, (c) dass Abstandsmittel vorgesehen sind, die zwischen der radial äußeren, der Innenwandung der Mischleitung (3) zugewandten Stirnseite (9) der wendelförmigen Wandung des Strömungsleitelements (7) und der Innenwandung der rohrförmigen Mischleitung (3) einen vorbestimmten Abstand sicherstellen.
  2. Mischvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmittel durch vorzugsweise periodische Änderungen des Radius der wendelförmigen Wandung bezogen auf die Längsachse des Strömungsleitelements (7) gebildet sind, wobei die Punkte oder kurzen Teilbereiche der wendelförmigen Wandung, welche den maximalen Radius aufweisen, mit der Innenwandung der Mischleitung (3) zur Positionierung des Strömungsleitelements (7) im Innenraum (5) der Mischleitung (3) zusammenwirken.
  3. Mischvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungen des Radius der wendelförmigen Wandung des Strömungsleitelements Abstandselemente (11) definieren, deren Radius im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Mischleitung (3) entspricht, wobei die übrigen Bereiche der Wandung des wendelförmige Strömungsleitelement (7) einen konstanten kleineren Radius aufweisen.
  4. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Abstand in einem Bereich von 5 bis 20% des Innendurchmessers der Mischleitung aufweist.
  5. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischleitung (3) einen Innendurchmesser von 0,2 mm bis 1,0 mm vorzugsweise von 0,4 mm bis 0,6 mm aufweist.
  6. Mischvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das wendelförmige Strömungsleitelement (7) bei einem Innendurchmesser von 0,2 mm mindestens 6 Windungen, bei einem Innendurchmesser von 0,3 mm mindestens 10 Windungen, bei einem Innendurchmesser von 0,5 mm mindestens 20 Windungen und bei einem Innendurchmesser von 1 mm mindestens 30 Windungen aufweist und dass die Mindestanzahl von Windungen für dazwischen liegende Werte für den Innendurchmesser dem durch lineare Interpolation ermittelten Wert entspricht.
  7. Mischvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsleitelement (7) aus einem planaren, dünnen streifenförmigen Element, vorzugsweise einem metallischen Blech, hergestellt ist, welches an seinen Seitenkanten Vorsprünge aufweist, welche die Abstandselemente (11) bilden, wobei der Abstand der Außenkanten der Abstandselemente (11) an den gegenüberliegenden Seiten des streifenförmigen Elements senkrecht zur Längsachse des streifenförmigen Elements im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Mischleitung (3) entspricht und wobei das streifenförmige Element zur Bildung der Wendel um seine Längsachse verdreht wird.
  8. Mischvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das streifenförmige Element eine Dicke im Bereich von 0,02 mm bis 0,06 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,03 mm bis 0,05 mm aufweist.
  9. Mischeinrichtung für die Flüssigkeitschromatographie zur Mischung von wenigstens zwei Flüssigkeiten, insbesondere zur Mischung von wenigstens zwei Eluenten in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, (a) mit einer radialen Mischvorrichtung (1) und (b) mit einer der radialen Mischvorrichtung nachgeschalteten longitudinalen Mischvorrichtung zur Mischung der wenigstens zwei Flüssigkeiten in axialer Richtung des Strömungsverlaufs, dadurch gekennzeichnet, (c) dass die radiale Mischvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  10. Mischeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der radialen Mischvorrichtung[JW3] (1) ein zu mischender Flüssigkeitsstrom zugeführt ist, welcher durch abwechselndes Zuführen der wenigstens zwei zu mischenden Flüssigkeiten zu dem Flüssigkeitsstrom erzeugt wird.
  11. Mischeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der longitudinalen Mischvorrichtung größer ist als das Volumen der radialen Mischvorrichtung, vorzugsweise mindestens um den Faktor 5, höchst vorzugsweise um mindestens den Faktor 7.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105116080A (zh) * 2010-06-16 2015-12-02 株式会社日立高新技术 液体混合装置以及液相色谱仪
CN111905552A (zh) * 2020-07-27 2020-11-10 来安县华阳玻璃制品有限公司 一种用于玻璃生产车间的废气吸收装置

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103203193B (zh) * 2012-01-11 2015-09-02 常州市姚氏铸造材料有限公司 网管式对流接触装置及其对流接触器
CN102683729A (zh) * 2012-05-30 2012-09-19 张明波 燃料电池燃料供应装置
CN104076112B (zh) * 2013-03-27 2018-09-25 苏州普源精电科技有限公司 一种混合器及高效液相色谱仪
US10302104B2 (en) * 2014-10-20 2019-05-28 Somarakis Helix Elbow Piping Llc Helix amplifier fittings
US20190242413A1 (en) * 2017-04-20 2019-08-08 Somarakis Helix Elbow Piping Llc Helix amplifier fittings
EP3118619A1 (de) * 2015-07-14 2017-01-18 Vrije Universiteit Brussel Hochleistungsflüssigkeitschromatografie
US10295512B2 (en) * 2015-12-08 2019-05-21 Dionex Corporation Multi-lumen mixing device for chromatography
CN106501428B (zh) * 2016-10-24 2018-02-23 南方医科大学 一种分步聚焦‑轴向混合‑高效液相色谱分离***的联用方法
US11185830B2 (en) 2017-09-06 2021-11-30 Waters Technologies Corporation Fluid mixer
WO2019186223A1 (en) * 2018-03-28 2019-10-03 Bio-Rad Laboratories, Inc. Fluid mixer, pressure sensor
CN109173766B (zh) * 2018-09-25 2021-06-04 北京工业大学 一种用于超高效液相色谱分析仪中的高性能微混合器
EP4013539A1 (de) 2019-08-12 2022-06-22 Waters Technologies Corporation Mischer für chromatografiesystem
CN116134312A (zh) 2020-07-07 2023-05-16 沃特世科技公司 液相色谱用混合器
EP4179311A1 (de) 2020-07-07 2023-05-17 Waters Technologies Corporation Kombinationsmischeranordnung zur rauschminderung in der flüssigkeitschromatographie
US11821882B2 (en) 2020-09-22 2023-11-21 Waters Technologies Corporation Continuous flow mixer
CN113181853B (zh) * 2021-06-08 2022-10-18 天津科技大学 一种具有交叉形混合结构微通道反应混合装置和混合方法
US20240139679A1 (en) * 2022-10-26 2024-05-02 CF Vessel LLC Treatment System

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6379625B1 (en) * 1999-12-23 2002-04-30 Peter Zuk, Jr. Apparatus comprising a disposable device and reusable instrument for synthesizing chemical compounds, and for testing chemical compounds for solubility

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4202635A (en) * 1977-12-02 1980-05-13 Hendrickson Carl E Portable device for mixing two materials
CA1311589C (en) 1987-12-17 1992-12-22 Charles Locke Scripps Disposable absorbent article with combination mechanical and adhesive tape fastener system
JP3913082B2 (ja) * 2002-03-18 2007-05-09 日本曹達株式会社 分析方法、分離方法、ミキサ、及び分析装置
CA2381214C (en) * 2002-04-10 2007-06-26 Long Manufacturing Ltd. Heat exchanger inlet tube with flow distributing turbulizer
JP3824160B2 (ja) * 2002-08-28 2006-09-20 株式会社島津製作所 高速液体クロマトグラフ用混合装置
DE20310555U1 (de) * 2003-07-09 2003-09-11 Hunschede, Joachim, Dipl.-Ing., 99195 Alperstedt Faltenwendel-Rohrbelüfter
JP4690864B2 (ja) 2005-11-11 2011-06-01 日本曹達株式会社 分析方法、分離方法、ミキサ、及び分析装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6379625B1 (en) * 1999-12-23 2002-04-30 Peter Zuk, Jr. Apparatus comprising a disposable device and reusable instrument for synthesizing chemical compounds, and for testing chemical compounds for solubility

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Derwent-Abstract: 1992-296219 der JP 04204373 A vom 24.07.1992 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105116080A (zh) * 2010-06-16 2015-12-02 株式会社日立高新技术 液体混合装置以及液相色谱仪
CN111905552A (zh) * 2020-07-27 2020-11-10 来安县华阳玻璃制品有限公司 一种用于玻璃生产车间的废气吸收装置

Also Published As

Publication number Publication date
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US20110188341A1 (en) 2011-08-04

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