SE468036B - Kolonn foer separation av substansblandningar med ett vaetskemedium - Google Patents

Description

468 036 2 åstadkommas enbart med hydrostatiskt tryck kan elueringsmedlet forceras genom kolonnen genom att försluta kolonnens övre ände och påföra ett gastryck. Den senare metoden tillämpas f n ofta under - benämningen "flash chromatography". Ehuru detta är en billig lösning, har metoden olägenheter. Dels kan glaskolonner sprängas av för högt pålagda gastryck med risk för omkringflygande glassplitter, dels måste systemet dekomprimeras vid påfyllning eller byte av elueringsmedel. Dekomprimering kan orsaka blåsbildning varvid inhomogeniteter i packningen av adsorbtionsmaterialet uppstår.

Forcering av elueringsmedlet genom kolonnen medelst pump erbjuder stora fördelar. Tillförsel av elueringsmedel och förändring av elueringsmedlets sammansättning kan göras kontinuerligt vid pumpens sugsida. Vid medelhöga tryck är kompressibíliteten hos vätskor försumbar. Av denna anledning är risken liten för omkringflygande glassplitter vid bräckage vid användning av kolonner som är helt fyllda med fast fas och vätska. Av nämnda skäl är det till fördel om elueringsmedlet tillförs kolonnen genom en hålförsedd kolvstång som kan föras dikt an mot adsorptionsmaterialet varefter den bringas att täta mot kolonnväggen.

Denna typ av vätskekromatografi benämnes ibland medeltrycks- kromatografi, som utföres vid tryck upp till något tiotal bar, t.ex. 4 bar. Ett flertal tillverkare tillhandahåller kolonner där krav på tätning mot kolonnväggen kan tillgodoses. I flera fall utnyttjas kolonner utförda som en cylinder i relativt tjockt glas (2-8 nn) dar kolonnlängden gjorts justerbar genom att minst en kolv är förskjutbar medelst en kolvstång i kolonnen. Vanligen löper kolonnens in- eller utlopp genom kolven och kolvstången i en slang som går ut i kolvstångens ände, alternativt ett rör med slangfäste som mynnar 1 änden. Vanligen är kolvstången försedd med en anordning som hindrar den att rotera under sammanpressningen av O-ringen.

Flera olägenheter föreligger med denna typ av konstruktion. Om O- ringen sammanpressas för hårt kan kolonnen sprängas. Om kolvstången 468 056 3 är utförd i plastmaterial kan en för hård förskruvning åstadkomma brott på kolvstången eller att spänngängorna skadas. Dessutom uppstår ett dödutrymme mellan kolvstångens nedersta del och O-ringen. Ett problem med en sådan kolonn är att vid aggressiva vätskemedia, speciellt vissa organiska lösningsmedel, O-ringen kan påverkas och orsaka läckage och kontamination av vätskemediet. Då de flesta i marknaden förekommande kolonner är avsedda för biokemiska separationer har vid materialvalet i konstruktionsdetaljerna har ingen särskild hänsyn tagits till resistens mot lösningsmedel såsom kloroform, metylenklorid och etylacetat, som är vanligen förekommande elueringsmedel inom organisk kemi. Dessa lösningsmedel kan orsaka att O-ringen sväller vilket kan orsaka sprängning av kolonnen eller att kolvstången kan vara mycket svår att avlägsna. En med ovan nämnd O-ringstätning försedd kolonn där kolvstången är utförd i plastma- terial har tillhandahållits av Amicon Ltd. Upper Mill, Stonehouse GB Gloucestershire GL10 2BJ.

Pharmacia LKB Biotechnology, Sverige har tillhandahållit en kolonn benämnd SR Columm System som i stället för O-ring utnyttjar en kolv- med en konisk ytteryta och en runt denna anordnad ring med konisk inneryta, där de koniska ytorna pressas mot varandra med en likartad mekanism som i kolonnen med 0-ringstätning, så att ringen tätar mot kolonnväggen. I denna kolonn förefaller de koniska ytorna ha samma konvinkel, och kolvstången låses från början i kolonnen. Med denna konstruktion måste ringen från början ansättas hårt, så att läckage undvikes. Därvid, liksom i kolonnen med 0-ringstätning, uppstår risk för sprängning av kolonnväggen. Kolonner av de förut kända slagen är dessutom behäftade med problemet med en dödvolym kring periferin av kolvens övre ände.

Enligt föreliggande uppfinning har dessa nackdelar undanröjts i en kolonn för separation av substansblandningar med ett vätskemedium, innefattande ett cylindriskt rör med ett däri anordnat separationsutrymme som har en förslutning i vardera änden, varvid separationsutrymmet har ett inlopp respektive ett utlopp genom en 468 036 4 kanal i vardera änden därav, varvid åtminstone den ena förslutningen utgöres av en rörlig kolv genom vilken en av nämnda kanaler löper och tillsammans med en kanal i en till kolven anordnad kolvstång utgör inloppet eller utloppet, varvid nämnda kolv har en genom axiell sammanpressning av två mot varandra verkande koniska delar radiellt *T expanderbar hylsa, för tätning av kolven mot kolonnens innervägg.

Uppfinningen kännetecknas av att kolven innefattar en expanderbar hylsa, som i sin mot separationsutrymmet vända ände i viloläge ansluter mot kolonnens inre cylindriska yta och som har en mot separationsutrymmet vidgande konisk öppning med viss konvinkel, att kolven vidare innefattar en innanför den expanderbara hylsan placerad inre del med en i riktning från separationsutrymmet koniskt avsmalnande ytteryta med periferin anliggande mot den koniska öppningens periferi, att nämnda inre del har en konvinkel som är större än den expanderbara hylsans konvinkel, vilken inre del medelst från kolonnens utsida manövererbara spännorgan kan pressas mot den expanderbara hylsan för att åstadkomma en första vidgning av densamma och att den till kolven anordnade kanalförsedda kolvstången kan låsas till kolonnen med ett låsorgan med viss eftergivlighet i kolonnens längdriktning, samt att nämnda eftergivlighet under inverkan av trycket i en vätska i separationsutrymmet är så utförd att den medger en tillbakapressning av nämnda inre del, till åstadkommande av en ytterligare vidgning av den expanderbara hylsan till tätning mot kolonnväggen.

Med konvinkel avses toppvinkeln mellan generatríserna hos den tänkta fullständiga konyta i vilken respektive koniska yta ingår, i obelastat tillstånd. Respektive konytas vinkel mot kolonnväggen är hälften av konvinkeln.

Den expanderbara hylsan kan vara utförd med en botten, och/eller kan en bricka eller liknande kan vara placerad mellan den expanderbara delen och kolvstången. Kolvens inre del konstrueras så att den, när den medelst spännorganet pressas mot den expanderbara 468 ÛÉÖ 5 hylsan, ej låses mot dennas botten, brickan respektive kolvstångens ände.

Medan den utifrån manövererbara spännanordningen kan utgöras av en vid kolvstångens yttre ände placerad skruvanordning, på det sätt som beskrivits som känt ovan, utgöres enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen det utifrån manövererbara spännorganet av en mellan kolvens inre del och kolvstången anordnad gänganordning, vilken manövreras genom vridning av kolvstången.

Enligt en ytterligare föredragen utföringsform utgöres låsorganet _med viss eftergivlighet av en på kolonnen pågängbar förskruvning eller likvärdigt hållorgan, såsom en snäppanordning, hållande ett lock med inbyggd elasticitet, vilket lock via hållorgan fasthåller kolvstången.

I det fall att kanalen i kolvstången utgöres av en till kolvens kanal ansluten slang är det föredraget att slangen ledes ut genom en i kolvstångens sida anordnad öppning. I samtliga på marknaden förekommande kolonner utlöper inlopps- och utloppsslangarna koncentriskt med kolvstången, d v s genom den yttersta änden av kolvstången eller är ansluten till kolvstångens ytterända. Detta är till nackdel eftersom slangen vikes och skadas om kolonnen sänks mot en stödyta under packning av kolonnen. I föreliggande uppfinning leds till- eller utloppsslangarna ut på sidan av kolvstångsröret genom ett därför avsett hål nära kolvstångsrörets yttre ände.

Därigenom kan kolonnen stödjas mot kolvstångsröret vid kolonnens packning utan att slangen tar skada. Med en sådan anordning underlättas även anordnande av en vridanordning på kolvstångens nedre ände.

Uppfinningen beskrives närmare med hänvisning till bifogade ritning som visar en kolonn enligt en utföringsform av uppfinningen, delvis i sidovy delvis i snitt. 468 036 6 Den i ritningen visade kolonnen innefattar ett av glas utfört kolonnrör 1, som har en utvändig gänga 2 i sin ena ände och en likadan, ej synlig gänga i kolonnrörets andra ände. Gängorna står i ingrepp med var sitt gängat lock 3, 3'. En öppning 4 är visad i lockets 3 plana ände. I kolonnröret är en kolv 5, och en likartad kolv 5', rörlig. Kolvarna avgränsar tillsammans med kolonnröret ett sepatationsutrymme 6, vars volym är variabel genom förskjutning av endera eller båda kolvarna. I kolven 5 mynnar en kanal 7, som kan utgöra utlopp eller inlopp, och här benämnes utloppskanal. Denna fortsätter via en i kolven inskruvad propp 8 vari en slang 9 är fästad, vilken utgör utloppskanalens fortsättning. En ej visad, likartad inloppskanal i kolven 5' står i förbindelse med en slang 9'. Slangen 9, 9' löper genom en kolvstång 10, 10', och ut genom ett i kolvstångens sida anordnat hål 11 respektive 11'.

Kolven 5 innefattar en expanderbar del 12, utförd i ett elastiskt material såsom polytetrafluoreten. Delen 12 innefattar en krage 13, vars periferi i viloläge ansluter mot kolonnrörets inre yta. Kragen 13 har en i riktning mot separationsutrymmet koniskt vidgande inneryta 13a med en viss konvinkel, t ex 15° hos en kolonn med innerdiametern 15 mm respektive 34° hos en kolonn med innerdiametern 30mm, och en med kragen integrerad bottendel 14. Via en bricka 15 stöder den expanderbara delen 12 mot kolvstångens 10 mot separationsutrymmet vända ände. En inre del 16 av kolven 5 har en i riktning från separationsutrymment avsmalnande konisk ytteryta 17 med en större konvinkel, t ex 30° hos en kolonn med innerdiametern 15 mm respektive 50° hos en kolonn med innerdiametern 30 mm, . Den inre delen 16 är via en gängförsedd central tapp 16a fästad i en innergänga i kolvstången 10. När den inre delen 16 pressas in i den expanderbara delen 12 bringas de koniska ytornas 13a och 17 periferier att anligga mot varandra, varvid delen 12 pressas mot kolonnväggen.

En slitsad skiva 18 har en konisk central del 19 vilket har en innergänga som genom radiell sammanpressning av skivan kan bringas i ingrepp i en gänga 20 på kolvstångens yttersida genom att den koniska <1 füx 5 468 056 7 delen pressas in i en central öppning i en elastiskt eftergivlig skiva 21 vars periferi stöder mot en fläns 22 som öppningen 4 kvarlämnar i lockets 3 ände. En eventuellt anordnad lättrad ände 23, 23', som kan ersättas med annat vridorgan såsom en genomgående vridpinne, är visat anordnad på kolvstångens 10, 10' ände.

Ett sätt att använda den som exempel visade kolonnen beskrives i det följande: Kolven 5, alternativt 5', ställes i önskat läge med den inre delen 16 löst ansatt mot kragen 13. Locket 3 skruvas på gängan 2, varvid den eftergivliga skivan 21 pressar den slitsade skivans centrala del 19 till ingrepp i gängan 20. En första vidgning av den expanderbara delens fläns 13 åstadkommas genom vridning av kolvstången 10, varvid friktionen mot kolonnrörets 1 innervägg hindrar kolvens delar 12 och 16 att rotera, åtminstone till ett maximalt vridmoment, vid vilket sprängning av cylinderröret 2 förhindras av att kolven börjar rotera.

Det maximala vridmomentet kan påverkas genom val av material i kolvens delar och val av den area med vilken flänsen 13 anligger mot kolonnrörets innervägg. Separationsutrymmet 2 fylles med adsorbtionsmedel och den andra av kolvarna 5, 5' ställes i önskat läge och låses på liknande sätt som den första. Den blandning som ska separeras påfylles via inloppskanalen 9' (alternativt 9).

Elueringsmedel införes under måttligt övertryck genom inloppskanalen, och den vätska som strömmar ut genom utloppskanalen uppsamlas i fraktioner. Elueringsmedlet utövar ett tryck på översidan av kolvens innerdel. Genom att den eftergivliga skivan tillåter kolvstången att röra sig utåt, pressas kolvens inre del 16 ned i kolvens expanderbara del 12, vilken expanderar. Det är viktigt att det finns ett spelrum 12a mellan bottendelen och kolvens inre del, så att expansion i de två expansionsfaserna kan erhållas.

Medan kolonnröret vanligen är tillverkat av glas, tillverkas kolvens expanderbara hylsa företrädesvis av polytetrafluoreten eller likartat mot förekommande lösningsmedel inert polymermaterial. Kolvens inre 468 036 s del liksom kolvstången och i förekommande fall stödbrickan kan utföras av höglegerat korrosionshärdigt stål, men för sådana ändamål kända hållfasta polymermaterial kan även användas varvid beaktas att den inre delens av vätskemediet berörda delar bör vara lika inert mot vätskemediet som den expanderbara hylsan.

Claims (4)

4-68 036 P A T E N T K R A V

1. Kolonn för separation av substansblandningar med ett vätskemedium, innefattande ett cylindriskt rör (1) med ett däri anordnat separationsutrymme (6) som har en förslutning i vardera änden, varvid separationsutrymmet har ett inlopp respektive ett utlopp genom en kanal (7,9) i vardera änden därav, varvid åtminstone den ena förslutningen utgöres av en rörlig kolv (5) genom vilken en av nämnda kanaler löper och tillsammans med en kanal i en till kolven anordnad kolvstång (10) utgör inloppet eller utloppet, varvid nämnda kolv har en genom axiell sammanpressning av två mot varandra verkande koniska delar radiellt expanderbar hylsa, för tätning av kolven mot kolonnens innervägg, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att kolven (5) innefattar en expanderbar hylsa (12), som i sin mot separationsutrymmet vända ände i viloläge ansluter mot kolonnens inre cylindriska yta och som har en mot separationsutrymmet vídgande konisk öppning med viss konvinkel, att kolven vidare innefattar en innanför den expanderbara hylsan placerad inre del (16) med en i riktning från separationsutrymmet koniskt avsmalnande ytteryta med periferin anliggande mot den koniska öppningens periferi, att nämnda inre del har en konvinkel som är större än den expanderbara hylsans konvinkel, vilken inre del (16) medelst från kolonnens utsida manövererbara spännorgan kan pressas mot den expanderbara hylsan for att åstadkomma en första vidgning av densamma, och att den txll kolven anordnade kanalförsedda kolvstången (10) kan låsas till kolonnen med ett låsorgan (18) med viss eftergivlighet i kolonnens längdrxktnxng, samt att nämnda eftergivlighet under inverkan av trycket i en vatska i separationsutrymmet är så utförd att den medger en tillbakapressning av nämnda inre del (16), till åstadkommande av en ytterligare vxdqning av den expanderbara hylsan (12) till tätning mot kolonnväggen.

2. Kolonn enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d 8 r a v, att det utifrån manövererbara spännorganet utgöres av en mellan 468 G56 10 kolvens inre del och kolvstången anordnad gänganordning (l6a), vilken manövreras genom vridning av kolvstången (10).

3. Kolonn enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att låsorganet med viss eftergivlighet utgöres av en på kolonnen pågängbar förskruvning hållande ett lock (18) med inbyggd elasticitet, vilket lock via hâllorgan (19) fasthåller kolvstången.

4. Kolonn enligt ett eller flera av föregående patentkrav, varvid kanalen i kolvstången utgöres av en till kolvens kanal ansluten slang, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att slangen utanför kolonnen ledes ut genom en i kolvstångens sida anordnad öppning (11).