DE3608227C2 - Anordnung zur Flüssigkeitschromatographie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Flüssigkeitschroma­ tographie nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Flüssigkeitschromatographen sind bekannt (DE-PS 32 26 398). Bei den bekannten Flüssigkeitschromatographen kommt es darauf an, daß die vom Detektor gemessenen Einzelfraktionen jeweils mit gleichförmiger Geschwindigkeit transportiert werden, da sonst die durch Integrieren der sogenannten Peakflächen der Meßsignale vorgenommene Auswertung verfälscht wird, weil bei ungleichförmiger Geschwindigkeit der durchlaufenden Einzel­ fraktionen die Peakbasen entweder zu schmal oder zu breit werden. Bei dem bekannten Flüssigkeitschromatographen wird daher auf der Detektorseite eine an den Auslaßkanal ange­ schlossene Entnahmeeinrichtung vorgesehen, die jeweils ein pro Zeiteinheit konstantes Auslaufvolumen sicherstellt. Der bekannte Flüssigkeitschromatograph arbeitet daher sehr genau.

Nachteilig ist in gewisser Hinsicht jedoch, daß verhältnismäßig viel Aufwand erforderlich ist, um die konstante Flußrate garantieren zu können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art auf einfachere Weise so auszubilden, daß das vom Flüssigkeitschromatographen gelieferte Analysenergebnis ohne eine an der Abnahmeleitung angeschlossene Entnahmeregelungseinrichtung genau ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einer Anordnung zur Flüssigkeitschromatographie der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 vorgesehen. Durch diese Ausgestaltung kann auf technisch leichter zu verwirklichende Weise die jeweilige Abweichung der Ist-Flußrate und der Soll-Flußrate ermittelt und als ein Korrekturfaktor dargestellt werden. Stimmen Ist-Flußrate und Soll-Flußrate überein, so ist der Korrekturfaktor f = 1. Dieser Korrektur­ faktor ist im übrigen

wobei FRi die Ist-Flußrate und FRs die Soll-Flußrate sind. Die Ermittlung dieses Korrekturfaktors erfolgt mit einem speziellen Durchflußmesser für Mikromengen, der in der Lage ist, die geringen Durchflußmengen exakt zu bestimmen. Dieser durch den Patentanspruch 2 gekennzeichnete Durchflußmesser läßt sich auch zur Bestimmung des Durchflusses bei anderen Einrichtungen verwenden. Er ist jedoch für den Einsatz in der Flüssigkeitschromatographie besonders vorteilhaft. Dieser Durchflußmesser kann in jedem Augenblick der Analyse der Datenstation für die Verarbeitung der Meßwerte aus dem Detektor den jeweils gültigen Korrekturfaktor f zur Verfügung stellen, so daß der Integrator der Auswerteeinrichtung auch bei starken Abweichungen der Ist-Flußrate von der Soll-Flußrate absolut richtig arbeitet. Tatsächlich sind die Abweichungen von der Soll-Flußrate, wenn vor der Trennsäule mit konstantem Druck in üblicher Weise gearbeitet wird, nicht extrem. Allerdings können die einzelnen Retentionszeiten, die zur Peak-Idendifizierung herangezogen werden, bei dieser Methodik nicht unkorrigiert bleiben. Bei der Korrektur gehen analog die jeweiligen Ab­ weichungen von der Soll-Flußrate in die Berechnung der relativen Retentionszeiten ein. Auch dieser Vorgang ist jedoch voll automatisierbar.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, anstelle der Größe Retentionszeit die Größe Retentionsvolumen für die Peak- Idendifizierung heranzuziehen. Es hat sich gezeigt, daß bei definierten Bedingungen (Säule, Temperatur, Elutionsmittel, Vordruck) auch bei Schwankungen der Flußraten das Elutions­ mittelvolumen, welches nötig ist, eine bestimmte Fraktion durch die Säule zu transportieren, nur sehr geringfügig schwankt.

Der Umstand, daß mit der neuen Methode die Flußrate während einer Analyse schadlos verändert werden kann, erbringt in vielen Fällen einen großen Vorteil hinsichtlich der Trenn­ qualität und der Analysenzeit. Oft sind gerade spät eluierende Fraktionen, auf die relativ lange gewartet werden muß, von Interesse. Durch bewußte Erhöhung der Flußrate während des Laufs können die späten Fraktionen wesentlich rascher abeluiert werden. Zu den bereits in Methoden der konventionellen Flüssigkeitschromatographie üblichen Gradienten für die Elutionsmittelmischung und für die Säulentemperatur gesellt sich somit als dritter Gradient der Flußratengradient. Dieser weitere Freiheitsgrad in der Gestaltung der Analysen-Parameter eröffnet neue Möglichkeiten in der Methodenoptimierung, die bislang noch nicht überschaubar sind.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der beigefügten Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer neuen Anordnung zur Flüssigkeitschromatographie anhand eines Block­ schaubildes und

Fig. 2 die Einzeldarstellung des bei der Anordnung der Fig. 1 verwendeten Durchflußmessers.

In dem Prinzipschaubild der Fig. 1 ist eine Trennsäule (1) gezeigt, die in bekannter Weise über die Zulaufleitung (15) mit einem Elutionsmittel aus einem Hochdruckbehälter beaufschlagt wird. In der Trennsäule (1) befindet sich eine Probe, deren getrennte Einzelfraktionen (17, 18, 19, 20) die Trennsäule durchwandern, dann aus der Trennsäule austreten und mit dem aus Probenfraktionen und Elutionsmittel bestehenden Eluat in die Auslaßleitung (2) auf der Niederdruckseite der Trennsäule (1) gelangen und dann nacheinander am Detektor (3) vorbeiwandern. In einer Auswerteeinrichtung (4) des Detektors (3) werden die Stoffkonzentrationen der Fraktionen in der Ordinatenrichtung, das Volumen der Fraktionen in der Abszissenrichtung eines Diagrammes aufgezeichnet. Die Flächen der dabei entstehenden Peaks (21) werden integriert und ergeben die zu ermittelnden Stoffmengen, die in der Probe enthalten waren.

Nach dem Detektor (3) ist in der Durchflußleitung (2) hinter der Trennsäule (1) ein Durchflußmesser (5) eingesetzt, der die am Austritt des Detektors (3) auftretende jeweilige Durchfluß­ rate mißt und den gemessenen Wert an eine Vergleichseinrichtung (6) leitet, der als Vergleichswert der Wert einer Soll-Flußrate zugeordnet wird. Dies kann beispielsweise über eine Einrichtung (22) geschehen, in der ein vorgegebener Wert für die Soll-Flußrate abgespeichert wurde. Dieser Wert kann aus bekannten Methodenvorschriften entnommen werden. Möglich ist aber auch folgendes Vorgehen:

Der Anwender startet seine Analyse bei (frei vorwählbaren) Parametern für den Druck, mit dem er den in die Säule tretenden Eluenten beaufschlagt bzw. für das Fördervolumen, welches er der vor der Säule angeordneten, aber nicht gezeigten Chromatographie-Hochdruckpumpe zuordnet.

Es resultiert eine für den Analysenbeginn zutreffende Ist­ flußrate, die er mit der Vorrichtung (5) messen kann. Diese Flußrate bestimmt der Anwender als Soll-Flußrate. Diese wird in der Einrichtung (22) abgespeichert.

Die Vergleichseinrichtung (6) bildet aus der Ist-Flußrate FRi, die vom Durchflußmesser (5), und aus der Soll-Flußrate FRs, die von der Einrichtung (22) kommt, einen Korrekturfaktor f

und diesen so gebildeten Korrekturfaktor f an die Auswerteeinrichtung (4) weiter, die mit diesem Korrektur­ faktor dafür sorgen kann, daß Abweichungen der Ist-Flußrate am Detektor (3) nicht zu einer Verfälschung der Ergebnisse bei der Integration der Peakflächen führen.

Dabei wird die Abtastrate (= sampling rate) bei der Integration der Peakflächen mit dem Korrekturfaktor f multipliziert, sodaß diese sich direkt proportional zum Istfluß verhält. Durch diese Korrelation werden Abtastrate und Istfluß miteinander synchronisiert mit der Folge, daß jedem Teilvolumen des Eluates, welches durch die Durchflußzelle des Detektors geführt wird, eine Meßwertnahme zugeordnet ist, unabhängig von der Geschwin­ digkeit, mit der das Eluat durch den Detektor fließt.

Die bei der Flüssigkeitschromatographie in der Leitung (2) auftretenden Durchflußraten sind sehr gering. Sie können bis zu 0,1 Mikroliter pro Sekunde heruntergehen. Der Durchflußmesser (5) muß diese geringen Mikromengen messen können. Hierfür dient der in Fig. 2 schematisch dargestellte neue Durchflußmesser für Mikromengen.

Bei diesem Durchflußmesser (5) strömt die zu messende Flüssig­ keit durch einen Kanal, der beispielsweise an die Leitung (2) der Fig. 1 unmittelbar nach dem Detektor (3) angrenzt. Der Kanal bildet einen Messabschnitt (8), der beispielsweise aus einem Teflonschlauch mit 0,3 mm l. W. bestehen kann. Möglich ist aber auch der Einsatz einer Glaskapillaren o. dgl., die ebenfalls die für die optischen Sensoren notwendige Transparenz aufweist. Dieser Meßabschnitt (8) wird an beiden Seiten von je einem Sensor (9) bzw. (10) begrenzt, wie er beispielsweise durch die DE-OS 33 46 198 bekannt ist. Vor dem stromauf gelegenen Sensor (9) mündet in die Leitung (2) eine Leitung (11), die von einem gasförmigen Medium, beispielsweise von Luft oder Helium beaufschlagt ist.

Dieses gasförmige Medium befindet sich unter einem bestimmten, allerdings geringen Überdruck, in dem schematisch angedeuteten Behälter (25) und kann über ein Ventil (12), das beispielsweise ein Elektromagnetventil sein kann, kurzzeitig und in Form von kurzen Gasblasen in die Durchflußleitung (2) eingegeben werden. Diese Gasblasen durchwandern dann den Sensor (9) und den Meßabschnitt (8), ehe sie am Sensor (10) vorbeiströmen.

Die beiden Sensoren (9) und (10) sind so ausgelegt, daß sie die Front der Gasblase erkennen. Beide Sensoren geben beim Erfassen eines bestimmten Punktes der Gasblase, der für beide Sensoren der gleiche ist, jeweils ein Signal an die Datenstation (26), in der die Zeit festgehalten wird, die die Gasblase zum Durch­ wandern des Meßabschnittes (8) gebraucht hat. Da die Abmessungen des Meßabschnittes festliegen, kann daher bestimmt werden, welche Flüssigkeitsmenge in der gemessenen Zeit den Durchflußmesser (5) durchsetzt hat. Dieser Wert, die sogenannte Flußrate, wird dann an die Vergleichseinrichtung (6) gegeben.

Da bei dem neuen Durchflußmesser (5) die Zeit stellvertretend gemessen wird für den Durchfluß, kann auch dieses Zeitsignal unmittelbar der Vergleichseinrichtung (6) zugeleitet werden, die von der Einrichtung (22) aus mit einem analogen Zeitsingal beschickt werden kann, das frei vorwählbar ist und sich aus der gewünschten Soll-Flußrate ableitet, die sich allerdings während der Analyse nicht ändert. Das von der Einrichtung (22) abgegebene Signal bleibt daher konstant. Die Vergleichs­ einrichtung (6) kann z. B. als elektronischer Komparator ausge­ bildet sein, der die im Speicher (22) festgehaltene Sollzeit für den Luftblasendurchlauf durch die Meßstrecke (8) mit den vom Durchflußmesser (5) gelieferten Ist-Durchlaufzeiten ver­ gleicht.

Die Regelabweichung des Ist-Durchflusses von der Soll-Flußrate in Prozent ergibt sich aus folgender Formel:

wobei ts die Sollzeit und ti die Istzeit darstellen, die die in die Meßstrecke des Flußratenmessers eingeschleuste Gasblase benötigt, um dieselbe zu durchlaufen.

Der Wert ts/ti dient als Korrekturfaktor, mit dem die einzelnen Integrationswerte von der Auswerteinrichtung (4) zu multipli­ zieren sind, um die durch die Flußratenschwankungen hervorge­ rufenen Meßfehler in jedem Augenblick zu korrigieren.

Der Durchflußmesser der Fig. 2 kann natürlich nicht nur bei der Flüssigkeitschromatographie eingesetzt werden. Er erweist sich hier aber als besonders vorteilhaft.

Die Datenstation (26) liefert das Signal für die Regelabweichung in proportionaler zeitlicher Länge und vorzeichengerecht. Dieses Signal kann zur proportionalen Ausregelung der Regelabweichung verwendet werden, wodurch der Durchflußmesser zu einem Durchflußregler wird. Dazu ist lediglich das Regelsignal auf den Antrieb eines geeigneten Stellgliedes (z. B. Nadelventil) im Regelkreis zu legen, bei­ spielsweise auf das Ventil (16). Dieser Regelkreis ist zu bedämpfen, um Überschwingen auszuschließen. Bei einer solchen Anordnung, die den Durchfluß in an sich bekannter Weise regelt, kann zusätzlich aber auch, wie erläutert, der Korrekturfaktor ermittelt werden. Die dann vorliegenden Abweichungen zwischen Ist-Flußrate und Soll-Flußrate können aber auf Null gehalten werden.

Claims (4)

1. Anordnung zur Flüssigkeitschromatographie, mit einer mit einer Probe beschickbaren Trennsäule, in die von einer Seite her unter Hochdruck ein Lösungsmittel zur Trennung der Probe in einzelne Fraktionen eingeleitet wird, und mit einem an dem Auslaß der Trennsäule auf der Niederdruckseite angeordneten Detektor zur meßtechnischen Erfassung der Einzelfraktionen des aus Probe und Lösungsmittel bestehenden Eluates, der mit einer Auswerteinrichtung samt Integrator zur Berechnung und Registrierung der jeweiligen Stoffmengen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Detektor (3) eine Einrichtung (5) zur Messung des Durchflusses zugeordnet ist, welche mit einem Vergleicher (6) zur Erfassung von Abweichungen der Werte des Ist-Durchflusses von denen eines frei vorwählbaren, dann aber für die gesamte Analysenzeit vorgegebenen Soll-Durch­ flusses verbunden ist, und daß von dem Vergleicher (6) ein Korrekturfaktor gebildet und der Auswerteeinrichtung (4) zugeführt wird.

2. Anordnung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (5) zur Messung des Durchflusses aus einer von der zu messenden Flüssigkeit durchströmten Durch­ flußleitung (2) mit einem Meßabschnitt (8) mit definiertem Innen-Durchmesser und definierter Länge besteht, der beid­ seitig durch Sensoren (9, 10) begrenzt ist, und daß dem Meßabschnitt (8) eine in die Durchflußleitung (2) mündende, von einem gasför­ migen Medium beaufschlagte Leitung (11) mit einem kurzzeitig aktivierbaren Ventil (12) vorgeschaltet ist, durch das Gasblasen in die den Meßabschnitt (8) durchströmende Flüssig­ keit eingeschleust werden.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Durchflusses eine Vorrichtung vor­ gesehen ist, die die Zeit mißt, die die Gasblase zum Durchwandern des Meßabschnittes (8) braucht und daß daraus und aus den Daten des Meßabschnittes (8) der Durchfluß bestimmt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßabschnitt ein dünner, transparenter Kunststoffschlauch oder eine Glaskapillare vorgesehen ist.