DE3115873A1

DE3115873A1 - Vorsaeule fuer die fluessigkeitschromatographie

Info

Publication number: DE3115873A1
Application number: DE19813115873
Authority: DE
Inventors: Nobutoshi Hitachi Chikazumi; Yoshiyuki Mukoyama; Hiroshi Katsuta Satake; Katsuo Iberaki Tsukada
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Showa Denko Materials Co ltd
Priority date: 1980-04-21
Filing date: 1981-04-21
Publication date: 1982-01-14
Also published as: FR2484858A1

Description

- 4 Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Patronensäule und eine Vorsäule mit einer eingebauten Patronensäule für die Flüssigkeitschromatographie .

Mit der Entwicklung von Säulen, die mit HochleJstungstrennmitteln gefüllt sind (Hochleistungssäulen), hat die Trennung und Analyse unter Verwendung der Flüssigkeitschromatographie,insbesondere der Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitschromatographie (HLC), einen erheblichen Fortschritt gewonnen und sich in erheblichem Maße ausgebreitet. Diese Methoden sind nicht nur für die Untersuchung von Oligomeren und Hochpolymeren unumgänglich, sondern auch für die Analyse und Untersuchung von Aminosäuren und lebenden Substanzen, wie Urin, Seren und dergl.. Um Hochleistungssäulen wirksam zu betreiben, ist es notwendig, die Einführung von unlöslichen Materialien in die Säulen zu verhindern. Wenn unlösliche Materialien in die Säulen eingeführt werden, dann nimmt der Druck der Säulen zu, was zu einer erheblichen Verminderung der Leistung der Säulen führt. Da die Säulen eine präzise Struktur haben und sehr teuer sind, haben Analytiker lange Zeit danach gesucht, wie die Verschlechterung bzw. Zerstörung der Säulen verhindert werden kann. Einige Beispiele für die Lösung dieses Problems sind, die Analysenprobe zuvor mit einem Filter mit kleiner Porengröße zu filtern, ein Druckfilter mit einem Filtermedium zu verwenden und dergl.. Selbst bei Anwendung einer solchen Methode ist es jedoch unmöglich, unlösliche, feine Teilchen vollständig aus den Analysenproben zu entfernen.

Andererseits ist auch schon vorgeschlagen worden, Miniatursäulen (Vorsäulen bzw. vorläufige Säulen) zu verwenden, die dadurch hergestellt worden sind, daß die Größe der chromatographischen (oder Haupt-)Säule vor der chromatographischen Säule erheblich vermindert wird, um letztere zu

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schützen. Derartige Vorsäulen sind in einigen Gebieten gewerblich erhältlich. Die Verwendung einer solchen Vorsäule verlängert die Lebenszeit der chromatographischen Säule, und dieser Vorteil wird nunmehr anerkannt. Bei einer erhöhten Anwendung von HLC für viele Zwecke und auf verschiedenen Gebieten treten Jedoch viele Nachteile der Vorsäulen auf, da die Vorsäule selbst relativ teuer ist und die Regenerierung der Vorsäule nach ihrer Verschlechterung sehr schwierig ist. Daher sollte die gesamte Vorsäule ausgetauscht werden. Weitere Nachteile bestehen darin, daß die Auswahl der Packmaterialien für die Vorsäule Je nach dem Anwendungszweck schwierig ist und dergl..

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der obengenannten Vorsäulen zu überwinden.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorsäule für die Flüssigkeitschromatographie mit einem zylindrischen Rohr, das an seinen beiden Enden einen Flüssigkeitseinlaß und -auslaß hat. Die Säule enthält in dem zylindrischen Rohr eine entfernbare Patronensäule, die an jedem Ende mit einem Filter abgedichtet und mit einem trockenen Packungsmaterial gefüllt ist.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Patronensäule für Vorsäulen bei der Flüssigkeitschromatographie, die ein Rohr enthält, dessen beide Enden mit Filtern und Abdichtungen versehen sind wobei das Rohr mit einem trockenen, kornförmigen Packmaterial gefüllt ist.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vorsäule; und

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Patronensäule.

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Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist die erfindungsgemäße Vorsäule mit Verbindungsrohren verbunden, von denen eines an eine chromatographische (Haupt-)Säule angeschlossen ist. Das zylindrische Rohr 1 nimmt die Patronensäule 2 auf. Beide Enden des zylindrischen Rohrs 1 sind durch Nippel 5 und 5* abgedichtet, die Öffnungen 4 und 4¹ zum Durchgang einer Flüssigkeit und Löcher, in die Verbindungsrohre 3 und 3¹ eingesetzt werden können, haben. Der Innendurchmesser des zylindrischen Rohrs 1 und der Außendurchmesser der Patronensäule 2 sind so festgelegt, daß kein Spalt zwischen dem Innendurchmesser des zylindrischen Rohrs 1 und dem äußeren Durchmesser der Patronensäule 2 gebildet wird oder, wenn dies der Fall ist, daß dieser sehr klein ist. Die Nippel 5 und 5* sind in das zylindrische Rohr 1 durch Schrauben oder dergl. eingepaßt. Die Patronensäule 2 wird durch die Nippel 5 und 5¹ gepreßt, so daß sie fixiert wird. Die Patronensäule 2 und die Nippel 5 und 5¹ sind vorzugsweise konkav-konvex an den äußeren Durchmesserteilen, wie in Fig. 1 gezeigt, befestigt. In Fig. 1 haben die öffnungen 4 und 4¹ in den Nippeln 5 und 5¹ eine verjüngte Ausdehnung in Richtung auf die Patronensäule 2, jedoch ist die verjüngte Ausdehnung keine notwendige Form, sondern nur eine bevorzugte Form.

Die Patronensäule 2 enthält ein Rohr 6, Filter 7 und 7' und Dichtungen 8 und 8¹ und sie ist mit einem Packmaterial gefüllt.

Als Filter können herkömmlicherweise verwendete, gesinterte Filter, z.B. Filter aus Edelstahl, Glasfilter, Filter aus synthetischen, organischen Polymeren, wie PoIytetrafluoräthylen etc., verwendet werden.

Als Packmaterial muß ein trockenes Material, vorzugsweise in kornförmiger Form, verwendet werden. Beispiele für geeignete Packmaterialien sind poröse Polymerteilchen, wie

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Styrol-Divinylbenzol-Copolymerteilchen, Acrylamid-Bisacrylamid-Copolymerteilchen, vernetzte Polyvinylalkoholteilchen (z.B. durch Epichlorhydrin vernetzt etc.), Ionenaustauscherharzteilchen, Styrol-Divinylbenzol-Copolymere für die Trennadsorption, vernetztes Polyäthylenglykol-Gel, 2-Hydroxyäthylmethacrylat-Gel, etc.; poröse, anorganische Teilchen, wie poröse Kieselsäure, poröses Aluminiumoxid, poröses Glas, etc.; chemisch modifizierte, poröse Kieselsäure, wie octadecylierte Kieselsäure, octylierte Kieselsäure, äthylierte Kieselsäure, phenylierte Kieselsäure, cyanisierte Kieselsäure, aminierte Kieselsäure und dergl..

Diese Packmaterialien werden je nach der Notwendigkeit ausgewählt, daß sie die Trennung und Analyse der Hauptchromatographiesäule nicht stören. Die Menge des Packmaterials wird unter Berücksichtigung des Drucks und der Leistung der chromatographischen Säule bestimmt.

Die Filter 7 und 7* filtrieren unlösliche Materialien, die in den geschickten Entwickler eingemischt worden sind. Zu einem solchen Zweck haben die Öffnungen der Filter vorzugsweise eine Größe von etwa 1 bis 10/um. Das Packmaterial wirkt als Filtermedium zur Entfernung von sehr feinen, unlöslichen Materialien, die durch die Filter nicht entfernt werden können. Wenn poröse Polymerteilchen, Ionenaustauscherharzteilchen und ähnliche Teilchen als Packmaterial verwendet werden, dann werden unter Berücksichtigung des Effekts als Filtermedium solche mit einer Größe von 30 /um oder weniger bevorzugt. So wird es beispielsweise im Falle der Analyse durch Gel-Permeationschromatographie (GPC) besonders bevorzugt, Packmaterialien mit einer Teilchengröße von etwa 5 bis 15/um zu verwenden, welche Größe die gleiche ist wie diejenige des Packmaterials, das in der chromatographischen Säule verwendet wird.

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Das Material des Rohrs 6, das in der Patronensäule 2 verwendet wird, kann festgelegt werden, indem man die Korrosionsbeständigkeit, die Quellbeständigkeit, die Dimensionsstabilität und ähnliche Eigenschaften je nach dem Zweck der Analysen berücksichtigt. Im allgemeinen wird ein Rohr aus Edelstahl bevorzugt. Was die Dichtungen 8 und 8¹ betrifft, so sind im Hinblick auf die DimensionsStabilität, die Luftdichtheit und dergl. solche aus Tetrafluoräthylenharz bevorzugt.

Die Vorsäule ist an die Hauptsäule und dergl.durch Verbindungsrohre angeschlossen. Für solche Zwecke haben die Nippel 5 und 5' Löcher, die zum Einpassen von Verbindungsrohren 3 und 3' geeignet sind. Diese haben Gesenkverschlüsse 9 und 9¹, die durch Einstellschrauben 10 und 10^l gepreßt werden, so daß sie durch Drehen der Schrauben in die Nippel 5 und 5¹ eingepaßt werden. Somit werden die Verbindungsrohre 3 und 3¹ an der Vorsäule befestigt. Als Materialien für das zylindrische Rohr 1, die Nippel 5 und 5'» die Abdichtungen 8 und 8¹, die Gesenkverschlüsse 9.und 9' und die Einstellschrauben 10 und 10' sind alle beliebigen Materialien aus Metallen oder Kunststoffen geeignet, sofern sie den Erfordernissen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit, der Lösungsmittelbeständigkeit, der Dimensionsstabilität und dergl. genügen können. Unter diesen werden diejenigen aus Edelstahl im allgemeinen bevorzugt. Die Größen der einzelnen Teile können unter Berücksichtigung der Fließmenge des verwendeten Entwicklers, der Größe der Hauptsäule, der Eigenschaften der Proben und dergl. festgelegt werden. So ist beispielsweise im Falle der Gel-Permeationschromatographie die Größe der Patronensäule, die für die Analyse verwendet wird, vorzugsweise 3 bis 5 mm im Innendurchmesser und 10 bis 30 mm in der Länge. Für die Abgabe ist der Innendurchmesser vorzugsweise 5 bis 10 mm und die Länge 20 bis 50 mm. Die Größen der anderen Teile und des Ganzen können anhand dieser Größen bestimmt werden.

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Gemäß der Erfindung ist es nicht notwendig, die gesamte Vorsäule auszutauschen, wenn ihre Leistung erniedrigt worden ist, da die ursprüngliche Leistung leicht dadurch wiedererhalten werden kann, daß man lediglich die verbrauchte Patronensäule durch eine neue ersetzt. Dies ist in wirtschaftlicher Hinsicht von Vorteil. Weiterhin kann erforderlichenfalls eine geeignete Patronensäule mit einem geeigneten Packmaterial je nach dem Anwendungszweck ausgewählt werden oder der Gehalt der Patronensäule kann je nach den Notwendigkeiten leicht wieder aufgefüllt werden. Da es weiterhin nicht notwendig ist, zuvor ein Lösungsmittel in der Patronensäule zu haben, ist die Handhabung der Patronensäule sehr leicht.

Die Fig. 2 ist eine Längs-Querschnittsansicht der Patronensäule, bei der ein Filter 11 weggenommen ist. Die Patronensäule enthält gewöhnlich ein Rohr 13 und Filter 11 und 11* zusammen mit Dichtungen 12 und 12', die an das Rohr 13 angepaßt sind. In Fig. 2 sind jedoch die Dichtung 12 und das Filter 11 von dem Rohr 13 weggenommen. Wie aus dieser Zeichnung hervorgeht, ist das Packmaterial in dem Rohr 13 leicht austauschbar, da die Patronensäule so konstruiert werden kann, daß jede einzelne Dichtung leicht weggenommen werden kann. Die Dichtungen 12 und 12^f können einfacherweise in das Rohr 13 eingesetzt werden oder sie können in das Rohr 13 hineingeschraubt werden. Es erübrigt sich, darauf hinzuweisen, daß die Patronensäule so konstruiert werden kann, daß die Dichtungen 12 und 12* nicht aus dem Rohr 13 herausgenommen zu werden brauchen. In einem solchen Falle können die Dichtungen 12 und/oder 12' und das Rohr 13 in einem Stück gebildet werden.

Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert.

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Vergleichsbeispiel 1

In eine Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitschromatographie (HLC)-Vorrichtung (HITACHI 635 A, hergestellt von Hitachi, Ltd.) wurde eine GPC-Säule für die Analyse (Durchmesser 8 mm, Länge 50 cm), die mit feinen Teilchen aus porösem Styrol-Divinylbenzol-Copolymer mit einer Ausschließungsgrenze von 5000 gepackt war, eingesetzt. Die Analyse der verschiedenen Harze wurde unter Verwendung von Tetrahydrofuran als Eluat mit einer Fließgeschwindigkeit von 1 ml/min durchgeführt. Als die Leistung der Säule unter Verwendung von Benzol gemessen wurde, war am Beginn einer Reihe von Analysen der Druck 11 kg/cm , die Anzahl der theoretischen Stufen war 18 000 und die Elutionsposition war 17,5 ml. Nach Analyse von etwa 500 Proben von verschiedenen Harzen (z.B. Polystyrol, Acrylharze, Phenolharze, Polyesterharze, Epoxyharze, etc.) war der Druck auf 20 kg/cm erhöht worden und die Anzahl der theoretischen Stufen war auf 14 000 erniedrigt worden.

Vergleichsbeispiel 2

In die gleiche HLC-Vorrichtung wie in Vergleichsbeispiel 1 wurde eine GPC-Säule für die Abgabe (Durchmesser 20 mm, Länge 50 cm) eingesetzt, die mit feinen Teilchen aus porösem Divinylbenzol-Styrol-Copolymer mit einer Ausschlußgrenze von 5000 bepackt war. Die Analyse der gleichen verschiedenen Harze,wie in Vergleichsbeispiel 1 verwendet, wurde unter Verwendung von Chloroform als Elutionsmittel mit einer Fließgeschwindigkeit von 3,5 ml/min durchgeführt. Die Leistung der Säule, gemessen unter Verwendung von Benzol am Beginn der Analyse, war ein Druck von 12 kg/cm , eine Anzahl von theoretischen Böden von 13 500 und eine Elutionsposition von 129,5 ml. Nach der Analyse von etwa 500 Proben der verschiedenen Harze war der Druck auf 20 kg/cm angestiegen und die Anzahl der theoretischen Boden war auf 11 000 erniedrigt worden.

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Beispiel

Eine Patronensäule mit einem Innendurchmesser von 4 mm und einer Länge von 10 mm wurde mit porösen Teilchen aus Styrol-Divinylbenzol-Copolymer mit einer Teilchengröße von 10 bis 15/um im trockenen Zustand bepackt. Eine Vorsäule, die die oben erwähnte Patronensäule gemäß Fig. 1 enthielt, wurde nach genügender Entlüftung an die gleiche GPC-Säule für die Analyse angeschlossen, wie sie im Vergleichsbeispiel 1 verwendet worden war, so daß die erstgenannte Säule vor der letztgenannten Säule in der gleichen HLC-Vorrichtung wie in Vergleichsbeispiel 1 angeordnet war. Es wurde die gleiche Analyse wie in Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt. Die Leistung der Säule, gemessen unter Verwendung von Benzol, entsprach beim Beginn der Analyse einem Druck von 13 kg/cm , einer Anzahl von theoretischen Böden von 18 500 und einer Elutionsposition von 17,7 ml. Nach der Analyse von etwa 500 Proben der gleichen verschiedenen Harze, wie in Vergleichsbeispiel 1 verwendet, war der Druck auf 20 kg/cm erhöht worden, so daß die Patronensäule in der Vorsäule durch eine neue Säule ersetzt wurde, die ein feines Pulver aus porösem Styrol-Divinylbenzol-Copolymer mit einer Teilchengröße von 10 bis 15/um als Packmaterial enthielt. Folglich konnte die Analyse durchgeführt werden, ohne daß die Hauptkolonne ausgetauscht wurde, während die Anfangsleistung der Säule aufrechterhalten wurde.

Beispiel 2

Eine Patronensäule mit einem Innendurchmesser von 8 mm und einer Länge von 20 mm wurde mit porösen Teilchen aus Styrol-Divinylbenzol-Copolymer mit einer Teilchengröße von 10 bis 15/um im trockenen Zustand bepackt. Eine Vorsäule, die darin die oben beschriebene Patronensäule gemäß Fig.1 enthielt, wurde nach genügender Entlüftung an die gleiche GPC-Säule zur Abgabe, wie in Beispiel 2 verwendet, ange-

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schlossen, so daß die erstgenannte Säule vor der letztgenannten Säule in der gleichen HLC-Vorrichtung, wie in Vergleichsbeispiel 2 verwendet, angeordnet war. Es wurde die gleiche Analyse wie in Vergleichsbeispiel 2 durchgeführt. Die Leistung der Säule, gemessen unter Verwendung von Benzol, entsprach an Beginn der Analyse'einem Druck von 14 kg/ cm , einer Zahl der theoretischen Stufen von 14 000 und einer Elutionsposition von 133,5 ml. Nach Analyse von etwa 500 Proben der gleichen verschiedenen Harze, wie in Vergleichsbeispiel 2 verwendet, war der Druck auf 20 kg/cm angestiegen, so daß die Patronensäule in der Vorsäule durch eine neue ausgetauscht wurde. Folglich konnte die Analyse durchgeführt werden, ohne daß die Hauptsäule ausgetauscht wurde, während die Anfangsleistung der Säule aufrechterhalten wurde.

Aus den obigen Beispielen und Vergleichsbeispielen geht hervor, daß die Vorsäule, die darin die Patronensäule enthält, dazu wirksam ist, eine Verschlechterung der Hauptsäule zu verhindern. Da die Einfügung oder Entfernung einer Patronensäule in die Vorsäule bzw. daraus heraus leicht vonstatten geht, kann eine erfindungsgemäße Vorsäule für verschiedene Zwecke durch Austausch der Patronensäulen verwendet werden. Weiterhin können solche Verschwendungen der herkömmlichen Methode, wie der Austausch der gesamten Vorsäule, vermieden werden. Da weiterhin das Packmaterial in der Patronensäule frei ausgetauscht werden kann, und zwar insbesondere dann, wenn die Dichtungen leicht von dem Rohr der Patronensäule entnommen werden können, kann die erfindungsgemäße Vorsäule für verschiedene Zwecke lediglich durch Austausch der Packmaterialien in der Patronensäule verwendet werden. Da weiterhin das Packmaterial im trockenen Zustand verwendet wird, ist seine Handhabung sehr einfach, da kein Lösungsmittel bei der erfindungsgemäßen Patronensäule verwendet wird.

Ende der Beschreibung.

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Claims

PATENTA NWÄLTE DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL.ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON ΟΘ9/797Ο77-797Ο78 · TELEX O5-212156 kpafd TELEGRAMM KRAUSPATENT 2893 WK/My

1) HITACHI, LTD., Tokyo / Japan

2) HITACHI CHEMICAL COMPANY, LTD., Tokyo / Japan

Vorsäule für die Flüssigkeitschromatographie

Patentansprüche

M J Vorsäule für die Flüssigkeitschromatographie, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein zylindrisches Rohr (1) mit einem Flüssigkeitseinlaß und -auslaß (4,4') an beiden Enden enthält und daß in dem zylindrischen Rohr (1) eine Patronensäule (2) enthalten ist, die mit einem trockenen Packmaterial bepackt ist.

2. Vorsäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Patronensäule ein Rohr darstellt, dessen Enden mit Filtern und Dichtungen versehen sind, wobei die Patronensäule frei austauschbar ist.

3. Vorsäule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter und die Dichtungen so konstruiert sind, daß sie leicht von dem Rohr abgenommen werden können.

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4. Vorsäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Packmaterial aus trockenen Teilchen mit einer Teilchengröße von 30/um oder weniger besteht.

5. Vorsäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Packmaterial aus der Gruppe poröse Polymerteilchen, poröse, anorganische Teilchen und chemisch modifizierte, poröse Kieselsäure ausgewählt ist.

6. Vorsäule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie vor einer chromatographischen Säule angeordnet und damit mit einem Verbindungsrohr verbunden ist.

7. Patronensäule für Vorsäulen, die bei der Flüssigkeitschromatographie verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Rohr (6) enthält, dessen beide Enden mit Filtern (7,7') und Dichtungen (8,8·) versehen sind und daß das Rohr mit einem trockenen, kornförmigen Packungsmaterial gefüllt ist.

8. Patronensäule nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Filter und die Dichtungen so konstruiert sind, daß sie leicht von dem Rohr abgenommen werden können.

9. Patronensäule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Packmaterial aus der Gruppe poröse Polymerteilchen, poröse, anorganische Teilchen und chemisch modifizierte, poröse Kieselsäure ausgewählt ist.

10. Patronensäule nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Polymere aus der Gruppe Styrol-Divinylbenzol-Copolymere, Acrylamid-Bisacrylamid-Copolymere, vernetzter Polyvinylalkohol, Ionenaustauscherharze, vernetztes Polyäthylenglykol-Gel und 2-Hydroxyäthylmethacrylat-Gel ausgewählt ist.

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11. PatronensSule nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die porösen, anorganischen Teilchen aus der Gruppe Kieselsäure, Aluminiumoxid und Glas ausgewählt sind.

12. Patronensäule nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die chemisch modifizierte, poröse Kieselsäure aus der Gruppe octadecylierte Kieselsäure, octylierte Kieselsäure, äthylierte Kieselsäure, phenylierte Kieselsäure, cyanisierte Kieselsäure und aminierte Kieselsäure ausgewählt ist.

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