DE2416820A1 - SAMPLE INLET VALVE FOR LIQUID CHROMATOGRAPHY - Google Patents
SAMPLE INLET VALVE FOR LIQUID CHROMATOGRAPHYInfo
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Description
Probeneinlaßventil für die FlüssigkeitschromatographieSample inlet valve for liquid chromatography
Die Erfindung betrifft ein Probeneinlaßventil für die Flüssigkeitschromatographie. Der wesentliche Teil eines derartigen Ventiles besteht aus einer in axialer Richtung verschiebbaren, mit einer Ringnut oder Bohrung versehenen Dosierstange. Diese Dosierstange ist auf einem kleinen Teil ihrer Länge von dem Probeneinspülraum umgeben, der unter hohem Druck steht. Bei der Flüssigkeitschromatographie muß eine kleine Menge Probelösung in den Trägerflüssigkeitsstrom am Anfang der Trennsäule gegen hohen Druck (70 bis 300 Bar) eingeschleust werden.The invention relates to a sample inlet valve for liquid chromatography. The essential part of such a valve consists of an axially displaceable, dosing rod provided with an annular groove or bore. This metering rod is on a small part of its length from that Surrounding the sample dispenser, which is under high pressure. Liquid chromatography requires a small amount of sample solution be introduced into the carrier liquid flow at the beginning of the separation column against high pressure (70 to 300 bar).
Bisher wurden dafür meist kleine Injektionsspritzen verwendet, mit deren Hilfe die Probe durch ein Diaphragma aus elastischem Material injiziert'wird, ähnlich dem in der Gaschromatographie üblichen Verfahren. Abgesehen von den Schwierigkeiten, die sich durch die mangelnde Lösungsmittelbeständigkeit elastischen Dichtungsmaterials ergeben, ist die Handhabung einer solchen Injektionsspritze nicht einfach. Die dünne Nadel wird sehr leicht verbogen. Bei Drucken höher als ca. 100 Bar ist auch die Abdichtung des Spritzenkolbens schwierig, und der Kolben kann bei der Injektion leicht abknicken.Up to now, small injection syringes have mostly been used for this, with the help of which the sample can pass through a diaphragm made of elastic Material is injected, similar to that in gas chromatography usual procedures. Apart from the difficulties caused by the lack of resistance to solvents Resulting sealing material, the handling of such an injection syringe is not easy. The thin needle becomes very slightly bent. At pressures higher than approx. 100 bar, it is also difficult to seal the syringe plunger and the plunger can kink slightly during injection.
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Es sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, diese Schwierigkeiten zu vermindern. So wurde das Diaphragma durch eine Art Schleuse ersetzt, dureh die die Spritzennadel in den Druckraum eingeführt wird. Hierdurch wird jedoch die Handhabung der Spritze in anderer Weise kompliziert.Various proposals have been made to address these difficulties to diminish. The diaphragm was replaced by a kind of sluice through which the syringe needle enters the pressure chamber is introduced. However, this complicates the handling of the syringe in another way.
Andere Einspritzvorrichtungen machen es erforderlich, daß der Druck für die Injektion abgeschaltet wird, was die'Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des chromatographischen Prozesses beeinträchtigt. Wieder andere ersetzen die manuelle Betätigung der' Injektionsspritze durch einen pneumatischen Antrieb, was zwar die Betätigung vereinfacht, aber die grundsätzlichen Schwierigkeiten nicht aus der Welt schafft. Die für eine quantitative Analyse mit äußerem Standard erforderliche Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Injektion gegen hohen Druck dürfte mit Hilfe einer solchen Spritze nicht zu erzielen sein. Es sind auch Ventilkonstruktionen bekannt geworden, die die Verwendung einer Injektionsspritze vermeiden und mit guter Genauigkeit arbeiten. Alle diese Ventile entnehmen aber die zu injizierende Probe einem Flüssigkeitsstrom, der durch das Ventil hindurchgeleitet werden muß. Sie eignen sich daher weniger für die Injektion von Einzelproben, wie dies z.B. im analytischen Labor gefordert wird. Die Proben müssen hier z.B. nacheinander aus Reagenzgläsern entnommen werden. Diese Forderung bringt es mit sich, daß das Ventil gegenüber dem Außenraum abgedichtet sein muß. Das Dichtungsproblem ist daher besonders kritisch. Bei den bekannten Ventilkonstruktionen braucht lediglich der mit der Trägerflüssigkeit gefüllte, unter hohem Druck stehende Probeneinspülraum gegenüber der Probenkammer im Inneren des Ventiles abgedichtet sein (siehe z.B. Firmenprospekt der Firma Hamilton, 1969).Other injection devices make it necessary that the pressure for the injection is switched off, which the'accuracy and reproducibility of the chromatographic process impaired. Still others replace manual operation the 'injection syringe by a pneumatic drive, which simplifies the operation, but the basic one Does not solve difficulties. The one for one quantitative analysis with external standard required accuracy and reproducibility of the injection against high It should not be possible to achieve pressure with the aid of such a syringe. Valve designs have also become known, who avoid the use of a hypodermic syringe and work with good accuracy. Remove all of these valves but the sample to be injected is a stream of liquid that must be passed through the valve. You own is therefore less suitable for the injection of individual samples, as is required, for example, in the analytical laboratory. The samples must here e.g. taken one after the other from test tubes. This requirement entails that the valve opposite the outside space must be sealed. The sealing problem is therefore particularly critical. With the known valve constructions only needs the sample dispensing space filled with the carrier liquid and under high pressure opposite the sample chamber must be sealed inside the valve (see e.g. Hamilton company brochure, 1969).
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Probeneinlaßventil für die Flüssigkeitschromatographie zu entwickeln, das sich für die sukzessive Injektion von vielen Einzelproben eignet. Dabei tritt in der Regel ein Memory-Effekt auf; d.h. im Chromatogramm sind Spuren der vorhergehenden Probe zu er- · kennen. Es wurde gefunden, daß sich diese Fehlerquelle mit einer besonders konstruierten .Abdichtung ausschalten läßt. Weitere Anforderungen sind hohe Reproduzierbarkeit.und Genauigkeit bei möglichst einfacher Bedienung. ·The invention is now based on the object of a sample inlet valve for liquid chromatography, which is suitable for the successive injection of many individual samples suitable. This usually results in a memory effect; i.e. traces of the previous sample are to be found in the chromatogram know. It has been found that this source of error can be eliminated with a specially designed seal. Further requirements are high reproducibility and accuracy with the simplest possible operation. ·
Diese Aufgabe wird bei einer Ventilkonstruktion der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ringnut bzw. Bohrung der Dosierstange in Füllstellung A in eine Probenflüssigkeit außerhalb des Ventiles eintaucht und in Injektionsstellung B im Probeneinspülraum von der Trägerflüssigkeit umströmt wird. Die hierzu erforderliche Abdichtung des unter hohem Druck stehenden Probeneinspülraumes gegenüber dem Außenraum geschieht durch einen vollständig in Metall gefaßten Dichtungskörper, in Gestalt eines asymmetrischen Doppelkegels, dessen radialer Anpreßdruck auf die Dosierstange mit Hilfe einer vorgespannten Feder einstellbar ist. Der Doppelkegel bildet gleichzeitig einen Teil des Gleitlagers für die Dosierstange. Die Feder sorgt dafür, daß im Betrieb stets ein gewisser Anpreßdruck des Dichtungskörpers auf die Dosierstange erhalten bleibt. Damit wird eine sehr gute Passung Dosierstange-Dichtungskörper erreicht, so daß praktisch kein Totraum zwischen Dosierstange und Dichtungskörper entsteht, in dem sich Probenreste ansammeln können. Der Memory-Effekt ist damit vernachlässigbar.In the case of a valve construction, this task is performed in the introduction described type according to the invention solved in that the The annular groove or bore of the dosing rod is immersed in a sample liquid outside the valve in filling position A and the carrier liquid flows around in the injection position B in the sample dispensing space. The sealing required for this of the sample dispensing area, which is under high pressure the outside space is done by a sealing body completely enclosed in metal, in the form of an asymmetrical one Double cone, the radial contact pressure of which on the metering rod can be adjusted with the aid of a pretensioned spring. The double cone also forms part of the plain bearing for the metering rod. The spring ensures that im During operation, a certain contact pressure of the sealing body on the metering rod is maintained. This becomes a very A good fit between the dosing rod and the sealing body is achieved, so that there is practically no dead space between the dosing rod and the sealing body in which sample residues can collect. The memory effect is therefore negligible.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführung der Erfindung schließt die nach außen weisende Spitze des DoppelkegelsAccording to a preferred embodiment of the invention, the outwardly pointing tip of the double cone closes
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einen spitzen Winkel zwischen 5 und 15 C ein, während der Winkel der nach innen weisenden Spitze zwischen 70 und 1200C liegt.an acute angle between 5 and 15 C, while the angle of the inward pointing tip is between 70 and 120 ° C.
Der Dichtungskörper (Doppelkegel) besteht vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) bzw. aus legiertem PTFE. Unter legiertem PTFE wird eine Mischung von Polytetrafluoräthylen mit Füllstoffen, wie z.B. Glas-, Graphit- oder Glimmerpulver verstanden.The sealing body (double cone) is preferably made of polytetrafluoroethylene (PTFE) or of alloyed PTFE. Under Alloyed PTFE is a mixture of polytetrafluoroethylene with fillers such as glass, graphite or mica powder Understood.
Um Totvolumina zu vermeiden, ist die chromatographische Säule unmittelbar an den Probeneinspülraum angeschlossen. Der Abstand zwischen Kopf der Säule und Probeneinspülraum beträgt höchstens einige Zentimeter.In order to avoid dead volumes, the chromatographic column is connected directly to the sample dispensing area. The distance between the head of the column and the sample dispensing area is a few centimeters at most.
Eine Weiterentwicklung für die Reihenuntersuchung von Probenflüssigkeiten im analytischen Labor besteht darin, daß unterhalb des Ventiles ein Probenautomat mit einer Vielzahl von Probenflüssigkeiten angeordnet ist. Die Dosierstange taucht dann nacheinander in die einzelnen Probenflüssigkeiten.A further development for the serial examination of sample liquids In the analytical laboratory, there is an automatic sampler with a large number of Sample liquids is arranged. The dosing rod then dips into the individual sample liquids one after the other.
Die Erfindung ermöglicht die Dosierung von Flüssigkeitsproben mit der für die quantitative analytische FlüssigkeitsChromatographie erforderlichen hohen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit. Darüberhinaus besitzt das neue Ventil aufgrund besonderen Abdichtung und Lagerung der Dosierstange eine überraschend hohe Lebensdauer und ist sehr einfach zu bedienen. Der Memoryeffekt ist vernachlässigbar.The invention enables the metering of liquid samples with the high accuracy and reproducibility required for quantitative analytical liquid chromatography. In addition, the new valve has a surprising feature due to the special sealing and mounting of the metering rod long service life and is very easy to use. The memory effect is negligible.
Des weiteren erlaubt die neue Ventilkonstruktion die Kombination mit einem automatischen Probenwechsler und damit eine vollautomatische Flüssigkeitsinjektion bei Serienanalysen mitFurthermore, the new valve construction allows the combination with an automatic sample changer and thus a fully automatic liquid injection for series analyzes with
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Hilfe der Flüssigkeitschromatographie.The help of liquid chromatography.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigenIn the following the invention is explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. It demonstrate
Figur 1 eine Gesamtansicht des Probeneinlaßventiles und Figur 2 das untere Ende .des Ventiles in vergrößerter Darstellung.1 shows an overall view of the sample inlet valve and FIG. 2 shows the lower end of the valve in an enlarged view Depiction.
Das Ventil wird in vertikaler Lage eingebaut. Das hier gezeigte Ventil wird pneumatisch betätigt. Selbstverständlich kann aber auch ein hydraulischer oder elektrischer Antrieb benutzt werden. Der Kopf des Ventiles besteht aus dem pneumatischen Zylinder 1, in dem der Kolben 2 hin und her gleitet. Am Kolben 2 ist axial die Dosierstange 3 befestigt, in die eine Ringnut 4 eingedreht ist. Die Dosierstange 3 gleitet in den Dichtungen 6 und 7, die den unter.hohem Druck stehenden Probeneinspülraum abdichten, isowie in Dichtung 5, die den Zylinder 1 abdichtet.The valve is installed in a vertical position. The valve shown here is operated pneumatically. Of course however, a hydraulic or electric drive can also be used. The head of the valve consists of the pneumatic one Cylinder 1 in which the piston 2 slides back and forth. The metering rod 3 is axially attached to the piston 2, into which an annular groove 4 is screwed in. The metering rod 3 slides in the seals 6 and 7, which lower the pressure Seal the standing sample dispensing area, as well as in seal 5, which seals the cylinder 1.
Zur Injektion einer Probe wird die Dosierstange 3 durch die Pneumatik soweit aus dem Ventil herausgefahren, daß die Ringnut 4 aus dem unteren Ende des Ventiles herausragt und in ein Glas mit der Probenfiüssigkeit eintaucht. Dabei füllt sich die Ringnut 4 mit der Probenflüssigkeit (Füllstellung A). Anschließend wird der pneumatische Zylinder 1 betätigt. Dadurch wird die in der Ringnut 4 befindliche Probenmenge in den Probeneinspülraum 8 befördert (Injektionsstellung B) und' von dort durch das aus der Leitung 9 zuströmende Elutionsmittel in die an die Leitung 10 angeschlossene chromatographische Säule geschwemmt. Die Leitung 10 ist möglichstTo inject a sample, the metering rod 3 is moved out of the valve by the pneumatic system until the annular groove 4 protrudes from the lower end of the valve and immersed in a glass with the sample liquid. It fills up the annular groove 4 with the sample liquid (filling position A). The pneumatic cylinder 1 is then actuated. Through this the amount of sample located in the annular groove 4 is conveyed into the sample dispensing space 8 (injection position B) and ' from there through the eluent flowing in from line 9 into the chromatographic which is connected to line 10 Pillar washed up. The line 10 is possible
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kurz und eng gehalten (z.B. 0,2 mm Durchmesser) um kleinste Totvolumina zu gewährleisten. Aus dem gleichen Grund ist der Probeneinspülraum 8 nur wenig höher als die Ringnut 4 und im Durchmesser nur um ein geringes (0,2 mm) größer als die Dosierstange. 3. Damit wird erreicht, daß der Strom des Elutionsmittels nicht unterbrochen wird, wenn sich die Ringnut 4 nicht im Probeneinspülraum 8 befindet.Short and narrow (e.g. 0.2 mm diameter) to ensure the smallest dead volumes. For the same reason it is The sample dispensing space 8 is only slightly higher than the annular groove 4 and only slightly (0.2 mm) larger in diameter than the dosing rod. 3. This ensures that the flow of the eluent is not interrupted when the annular groove 4 is not is located in the sample dispensing area 8.
Die Abdichtung des Probeneinspülraumes gegenüber dem Außenraum geschieht durch die Dichtung 7, die die Form eines unsymmetrischen Doppelkegels besitzt. Der obere Teil des Doppelkegels hat einen stumpfen, der untere Teil einen spitzen Winkel. Der obere Kegelteil hat hier einen spitzen Winkel von ca. 90°C und befindet sich in einer entsprechenden Ausdrehung des Metallblockes 11, der auch den Probeneinspülraum 8 enthält. Der untere Teil des Doppelkegels hat hier einen Kegelwinkel von ca. 10 C und ist am unteren Ende abgestumpft. Er wird von der aus dem Ventil herausragenden Metallhülse 12 vollständig umschlossen. Insbesondere muß auch der abgestumpfte Teil am unteren Ende des Doppelkegels von der Metallhülse 12 umschlossen sein, damit der Dichtungskörper 7 seine Form behält (siehe Figur 2). Durch eine Öffnung zwischen der Metallhülse 12 und der Dosierstange 3 würde sonst der Dichtungskörper 7 allmählich herausgepreßt.The sealing of the sample dispensing space from the outside is done by the seal 7, which has the shape of an asymmetrical Possesses double cone. The upper part of the double cone has a blunt, the lower part a pointed one Angle. The upper part of the cone has an acute angle of approx. 90 ° C and is located in a corresponding recess of the metal block 11, which also contains the sample dispensing space 8. The lower part of the double cone has a cone angle here of approx. 10 C and is blunted at the lower end. It is held by the metal sleeve 12 protruding from the valve completely enclosed. In particular, the truncated part at the lower end of the double cone must also be removed from the metal sleeve 12 be enclosed so that the sealing body 7 retains its shape (see Figure 2). Through an opening between the Metal sleeve 12 and the metering rod 3 would otherwise the sealing body 7 gradually pressed out.
Zur Antriebsseite hin ist der Probeneinspülraum 8 mit einer Dichtung 6 abgedichtet, die die Form eines kurzen Zylinders besitzt. Der Zylinder ist an seinen Enden kegelförmig abgeschrägt. Der Kegelwinkel beträgt ca. 90°C. Auch diese Dichtung ist vollständig in Metall gekapselt. Die beiden Dichtungen 6 und 7 sind beide aus einem chemikalienbeständigen Chemiewerkstoff gefertigt, der auch bei Temperaturen von ca. 200 COn the drive side, the sample dispensing space 8 is sealed with a seal 6 which has the shape of a short cylinder owns. The cylinder is tapered at its ends. The cone angle is approx. 90 ° C. This seal too is completely encapsulated in metal. The two seals 6 and 7 are both made of a chemical-resistant chemical material manufactured, which can also be used at temperatures of approx. 200 C
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noch formbeständig ist. Besonders bewährt hat sich legiertes Polytetrafluoräthylen (PTFE) oder Polyimid. Unter "Legierung" "wird hier verstanden, daß das Grundmaterial Füllstoffe, wie z.B. Glas, Glimmer oder Graphit in fein verteilter .Form enthält. is still dimensionally stable. Alloyed polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyimide have proven particularly effective. Under "alloy" "It is understood here that the base material contains fillers such as glass, mica or graphite in a finely divided form.
Die beiden Dichtungen 6 und 7 stehen unter dem elastischen Druck der Tellerfeder 13· Die auf der Tellerfeder aufliegende Deckplatte 14 kann in ihrer vertikalen Lage durch die Überwurfmutter 15 verändert werden. Damit kann die Vorspannung der Tellerfeder 13 eingestellt werden. Am anderen Ende nimmt das Ventilgehäuse 16 die Kraft auf. Die Dichtungskörper 6 und 7 stehen also unter axialer Federspannung, die aber infolge der konischen Flächen des Doppelkegels 7 teilweise in einen radialen Anpreßdruck umgewandelt wird. Auf diese Weise erhält man eine sehr zuverlässig funktionierende Dichtung, die wesentlich dazu beiträgt, daß das Ventil frei von Memory-Effekten ist.The two seals 6 and 7 are under the elastic pressure of the disc spring 13 · The one resting on the disc spring Cover plate 14 can be changed in its vertical position by means of the union nut 15. This allows the preload the plate spring 13 can be adjusted. At the other end, the valve housing 16 absorbs the force. The sealing body 6 and 7 are therefore under axial spring tension, but due to the conical surfaces of the double cone 7 partially in a radial contact pressure is converted. In this way you get a very reliable functioning seal, the makes a significant contribution to ensuring that the valve is free from memory effects.
Für eine einwandfreie Ventilfunktion ist es wichtig, daß sich in der Injektionsstellung B die Ringnut 4 genau zwischen den Leitungsanschlüßen 9 und 10 in der Mitte des Probeneinspülraumes 8 befindet. Damit sich beim Spannen der Tellerfeder 13 der Abstand zwischen dem Antriebszylinder 1 und dem Probeneinspülraum 8 nicht verändert, trägt die Überwurfmutter 15 auf der anderen Seite ein Gewinde gleicher Steigung. In dem Maße, wie sie sich in den unteren Teil des Ventilgehäuses 16 hineinschraubt, schraubt sie sich aus dem oberen Teil 17 des Ventilgehäuses heraus, so daß der Abstand Probeneinspülraum-Zylinder konstant bleibt. Der obere Teil 17 des Ventilgehäuses ist als Gewindehülse ausgebildet, die auf der einen Seite einFor proper valve function, it is important that in the injection position B, the annular groove 4 is exactly between the Line connections 9 and 10 in the middle of the sample dispensing area 8 is located. So that when the plate spring 13 is tensioned, the distance between the drive cylinder 1 and the sample dispensing space is increased 8 not changed, the union nut 15 has a thread of the same pitch on the other side. In this scale, how it screws into the lower part of the valve housing 16, it unscrews from the upper part 17 of the valve housing, so that the distance sample dispenser cylinder remains constant. The upper part 17 of the valve housing is designed as a threaded sleeve, which is on one side
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Rechts- und auf der anderen Seite ein Linksgewinde trägt. Auf diese Weise läßt sich die Ringnut 4 in "bezug auf den Probeneinspülraum 8 einjustieren. Nach erfolgter Justierung wird die Gewindehülse 17 mittels Feststellschrauben 18 arretiert. Spannen der Dichtung und Einjustieren der Ringnut können also unabhängig voneinander vorgenommen werden. Damit sich das Ventilgehäuse 16, die Überwurfmutter 15, der Metallblock 11 und der Zylinder 1 beim Spannen und Justieren nicht gegeneinander verdrehen, sind diese Teile durch zwei Stifte 19 gesichert. Right and left-hand thread on the other side. In this way, the annular groove 4 can be "in relation to the sample dispenser Adjust 8. After the adjustment has been made, the threaded sleeve 17 is locked by means of locking screws 18. Tensioning the seal and adjusting the ring groove can therefore can be made independently of each other. So that the valve housing 16, the union nut 15, the metal block 11 and the cylinder 1 does not twist against each other during clamping and adjustment, these parts are secured by two pins 19.
Soll das injizierte Volumen geändert werden, so muß die Dosierstange gegen eine andere ausgetauscht werden, die eine Ringnut mit dem gewünschten Volumen besitzt. Zu diesem Zweck wird die Überwurfmutter 15 gelöst und der Deckel von Zylinder 1 geöffnet. Der Kolben 2 kann dann mit samt der Dosierstange 3 leicht mit Hilfe der normalen Preßluftventilbetätigung aus dem Zylinder herausgedrückt werden. Nach dem Einsetzen der Dosierstange mit anderem Volumen kann das Ventil ebenso einfach wieder zusammengesetzt werden.If the injected volume is to be changed, the dosing rod must be exchanged for another, the one Has an annular groove with the desired volume. For this purpose, the union nut 15 is loosened and the cover of the cylinder 1 open. The piston 2, together with the metering rod 3, can then easily be actuated using the normal compressed air valve pushed out of the cylinder. After inserting the dosing rod with a different volume, the valve can be opened just as easily to be reassembled.
Das Ventil hat den Vorteil einer sehr einfachen Bedienungsweise. Nach Eintauchen der Dosierstange 3 und des unteren Teiles der Metallhülse 12 in die Probenlösung, wird durch Betätigung der Pneumatik eine exakt bemessene Flüssigkeitsmenge injiziert. Eine Fehlbedienung ist praktisch ausgeschlossen. Eine wichtige Weiterentwicklung besteht darin, daß das beschriebene Ventil mit einem automatischen Probenwechsler kombiniert wird. Dadurch wird die vollautomatische chromatographische Analyse einer Vielzahl von Flüssigkeitsproben ermöglicht .The valve has the advantage of being very simple to operate. After immersing the metering rod 3 and the lower one Part of the metal sleeve 12 in the sample solution, an exactly measured amount of liquid is generated by actuating the pneumatics injected. Incorrect operation is practically impossible. An important further development is that the described Valve is combined with an automatic sample changer. This makes the fully automatic chromatographic Analysis of a large number of liquid samples possible.
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Legal Events
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OHN | Withdrawal |