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Chromatografi evorrichtung Die Erfindung betrifft das Gebiet der
Chromatografie und insbesondere eine Vorrichtung und ein System zum Erzeugen von
Chromatogrammen, die in einer länglichen Säule beispielsweise aus homogenisiertem
mikrofeinem Silikagel unter der Einwirkung von Zentrifugalkraft gebildet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl für qualitative und quantitative mikroanalytische
Untersuchungen als auch zum rennen der einzelnen Komponenten biologischer und chemischer
Stoffe verwendet werden.
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Bei den herkömmlichen Chromatografieverfshren wurde die sog.
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Dünnschicht-Chromatografie angewendet, bei welcher die Säulen "geöffnet"
werden, um die Anwendung mikrofeiner Absorptionsmittel zu ermöglichen. Die Verwendung
derartiger Trägermaterialien in den herkömmlichen geschlossenen Säulen begrenzt
gewöhnlich die Fließfähigkeit der beweglichen Phase in einem unerträglichen Ausmaß.
Die früher benützten Flüssig-Chromatografen arbeiteten mit Säulen aus feinsten Teilchen
bei Drücken von ungefähr 1400 kp/cm2 (20.000 psi), um eine analytische Trennung
zu bewirken, die Gerätet die zur Herstellung derartiger Säulen und zur Aufnahme
derartiger Drffkke erforderlich waren, umfaßten Jedoch komplizierte und teure Instrumente.
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Die vorgenannten Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
überwunden, bei welcher ein einzelnes Gerät benutzt wird, um nacheinander beide
Verfahrensschritte wie die Bildung der Säule aus Silikagel als auch die nachfolgende
erzwungene Wanderung des zu untersuchenden Materials durch diese Säule hindurch
zuführen, unter Anwendung eines Geräts, das billig herzustellen ist, zufriedenstellend
arbeitet, einfach zu handhaben ist und das reproduzierbare Ergebnisse liefert. Die
Vorrichtung besteht aus einer Hülse aus zähem und haltbarem Material, beispielsweise
aus rostfreiem Stahl, die ein auswechselbares Rohrstück umfaßt bzw. trägt, in welchem
das Trägermaterial fang die chromatografische Säule enthalten ist. Das Chromatografie-Rohr
muß chemisch neutral, vorzugsweise durchsichtig und nach Möglichkeit nach ein- oder
mehrmaligem Gebrauch austauschbar sein. Geeignete Materi&lion umfassen beispielsweise
rostfreien Stahl, Glas, Quarz und bestimmte Kunststoffe, wobei keiner von ihnen
ohne die äußere Stütz-Hülse die erforderl'che mechanische Festigkeit bzw0, Zähigkeit
aufzuweisen braucht.
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Mit dem oberen Ende der Hülse ist ein abnehmbarer Stutzen verbunden,
um Probematerialien in das Rohr einfüllen zu können, während mit dem unteren Ende
der Hülse ein abnehmbarer Sammelbecher verbunden ist, durch welchen hindurch gefiltertes
Lösungsmittel in einen geeigneten abnehmbaren Behälter fließt. Die Gesamtheit dieser
Bauteile ist abnehmbar in den schwenkbaren Aufnahmebehälter einer noch zu erläuternden
Zentrifuge eingesetzt, wo zunächst die Chromatografie-Säule aus Silikagel gebildet
und sodann der zu untersuchende Stoff infolge seiner Radialbeschleunigung durch
die besagte Säule hindurch bewegt wird, um ein Chromatogramm für das nachfolgende
Studium und die Analyse zu bilden.
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Die Bestandteile der Vorrichtung können auf einfache Weise zusammengesetzt
und wieder auseinandergenommen werden, nm den
Chromatografievorgang
zu vereinfachen, und um die einzelnen austauschbaren Baukastenelemente für nachfolgende
Experimente reinigen zu können. Die Vorrichtung ist so ausgestaltet, daß sie bündig
und abnehmbar in ein Stützrohr eingesetzt werden kanne das auch als schwenkbarer
Behälter ausgebildet sein kann, der an einem drehbaren Ring eines Zentrifugenmotors
aufgehängt ist. In Boden des Chromatografierohres, in dem der Chromatografievorgang
abläuft, ist einebesonders ausgestaltete Kammer angeordnet, um in diesem die während
des Zentrifugierens erforderlichen Feuchtigkeitsverhältnisse zu gewährleisten.
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Am oberen Ende der Vorrichtung ist eine Abdeckhaube angeordnet, um
ein Verdampfen hochflüchtiger Lösungsmittel von der Spitze der Säule während des
Zentrifugierens auf ein Minimum zu beschränken.
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Ein besonders günstiges Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in seinen Einzelheiten nachfolgend
näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig, 1 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wobei einige Teile weggebrochen sind; Fig. 2 eine Aufsicht auf die Vorrichtung nach
Fig. 1 in vergrößertem Maßstab; Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Einfüllstutzens
der Vorrichtung in vergrößertem Maßstab", Fig. 4 eine perspektivische Darstellung
einer in den Hals des Einfüllstutzens einsetzbaren Einfülltülle; Pig. 5i einen Längsechnitt
durch die Einfülltülle nach der Linie 5-5 in Fig. 4 in vergrößertem Maßstab; Fig.
5B eine Darstellung ähnlich wie Fig. 5A einer abgewandelten
Ausführungsform
dieses Zubehörteils; Figo 6A eine vergröBerte Darstellung der rohrförmigen Bauteile,
welche dem in Figo 5A gezeigten Bauteil entsprechen, in teilweise auseinandergezogenem
Zustand und mit weggebrochenen Teilen; Fig. 6B eine Darstellung ähnlich wie Fig.
6A von abgewandelten rohrförmigen Bauteilen, welche dem Bauteil nach Fig. 5B entsprechen;
Fig. 7 eine stark vergrößerte perspektivische Darstellung des Sammelbechers der
Vorrichtung mit teilweise weggebrochenen Teilen des Sammelbehälters, welcher mit
dem Sammelbecher nach Fig. 7 zusammenwirkt; Fig. 9 eine Ansicht eines Ansatzstückes
des Sammelbechers, welches im Inneren desselben angeordnet ist, um mit den in Fig.
6B gezeigten Bauteilen zusammenzuwirken; Fig. 10 eine Untersicht des in Fig. 9 gezeigten
Bauteils; Figo 11 einen Längsschnitt durch das Bauteil nach der Linie 11-11 in Fig.
9; Fig. 12 eine Aufsicht auf die in der Vorrichtung verwendete Filterscheibe; Fig.
13 einen Querschnitt durch die Filterscheibe nach der Linie 19-12 in Figo 12, wobei
deren Dicke aus Gründen der besseren Veranschaulichung etwas übertrieben ist; Fig.
14 eine Aufsicht auf das in der Vorrichtung verwendete Filternetz; Fig. 15 einen
Querschnitt durch das Filternetz nach der Linie 15-15 in Fig. 14, wobei dessen Dicke
aus Gründen der besseren Veranschaulichung etwas übertrieben ist; Fig. 16 eine Zusammenbaudarstellung
einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt, wobei einige
Teile weggebrochen sind; Fig. 17 eine Teilansicht ähnlich wie Fig. 16 einer anderen
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 18 eine
perspektivische Daæstellung eines Probenstopfens bzw. ?ü1lungsbegrenzers, der in
Verbindung mit der Vorrichtung angewendet werden kann; Fig. 19 einen eilbexeich
der Fig. 16, die Lage des in die Vorrichtung eingesetzten Probenstopfens darstellend.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist derart bemessen, daß sie in eine
Trägerhülse 21 eingesetzt weden kann, welche aus rostfreiem Stahl oder dgl. besteht,
eine zylindrische Form aufweist, am unteren Ende geschlossen und am oberen Ende
offen ist. Dies Stützhülee ist zusammen mit der darin befindlichen Vorrichtung in
die Aufnahlnevorrichtung eines als schwenkbarer Behälter ausgebildeten Rotors einer
Zentrifuge od. dgl. einsetzbar, sodaß die in der Vorrichtung enthaltenen Stoffe
bei der erforderlichen Geschwindigkeit bzw. Drehzahl eine# Radialbeschleunigung
erfahren. Bei einigen Ausführungsformen kann die Trägerhülse 21 mittels des sich
nach außen erstreckenden umgebördelten Flansches an ihrem oberen Ende an einem am
Zentrifugenrotor gelenkig aufgehängten Tragring befestigt sein, sodaß die Trägerhülse
selbst den schwenkbaren Behälter bildet.
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Der obere Bereich der Vorrichtung umfaßt einen allgemein mit 22 bezeichneten
Einfüllstutzen, welcher aus rostfreiem Stahl oder dgl. besteht und einen oberen
zylindrischen Randbereich 23 aufweist, welcher in einen sich konisch verjüngenden
Mittelbereich 24 übergeht, der seinerseits in einen zylindrischen Hals 26 einmündet.
Nahe dem unteren Bereich des Halses 26 ist ein sich nach außen erstreckender Flansch
27 angeformt, dessen Umfang 28 vorteilhafterweise mit einer Rändelung versehen ist,
um die Handhabung zu verbessern. Der Außendurchmesser des Flansches 27 ist geringfügig
kleiner als der Innendurchmesser der Trägerhülse 21, sodaß sich ein Gleitsitz ergibt
und der Flansch ohne Reibungswiderstand gegegenüber der Trägerhülse verschoben werden
kann. Der Flansch 27 hat die Aufgabe, den Einfüllstutzen 22 gegenüber der Trägerhülse
21 koaxial zu fixieren.
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Der untere Bereich des Halses 26 unterhalb des Flansches 27 ist mit
einem Gewinde versehen, um mit dem gleichfalls mit einem Gewinde versehenen oberen
Ende einer starren länglichen Hülse 29 zusammenzuwirken, welche aus rostfreiem Stahl
oder dgl. besteht (siehe Fig. 6A und 16)o Im inneren der Hülse 29 ist ein zylindrisches
säulenartiges Rohr 31 verschiebbar gelagert, welches aus einem geeigneten Material
wie z. 3. Pyrex, geschmolzenem Quarz oder dgl. besteht, und welches durchsichtig
oder durchscheinend ist. Der Außendurchmesser des Säulen-Rohres 31 ist geringfügig
kleiner als der Innendurcmesser der Hülse 29 sodaß die Säule nicht nur in Längsrichtung
gegenüber der Hülse leicht verschiebbar ist, sondern durch diese Hülse auch während
der nachfolgenden Rotation in der verschraubten Einheit mechanisch ausgerichtet
ist.
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Am unteren Ende der Hülse 29 ist ein allgemein mit 32 bezeichnet er
Sammelbecher angeordnet, welcher aus rostfreiem Stahl oder dgl besteht, wobei dieser
Becher eine zentrale Kammer 33 aufweist, deren oberer Bereich mit einem Gewinde
versehen ist, um das untere, gleichfalls mit einem Gewinde versehene Ende der Hülse
29 zu umfassen (siehe Fig. 7 + 16).
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Der obere Bereich des Bechers 32 endet in einem Paar sich nach außen
erstreckender bogenförmiger Flansche 54, deren Umfangsflächen 36 mit der inneren
Oberfläche der Trägerhülse 21 einen Gleitsitz bilden. Abgesehen von den einander
gegenüberliegenden vertikalen Seitenflächen 37 und 38 weist der Sammelbecher 32
einen im wesentlichen kreisförmigen Umfang auf.
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Schräg durdh den Sammelbecher 32 erstreckt sich ein ueber strömkanal
39 welcher gegenüber der Längsachse des Rohres 31 geneigt angeordnet ist und dessen
unterer Bereich in den unteren Bereich der Kammer 33 einmündet und dessen oberer
Bereich an der Seitenfläche 37 endet. Das obere Ende des
Kanals
39 liegt näherungsweise in der gleichen Ebene wie der obere Bereich der Kammer 33
sodaß ein überlaufen durch den Kanal 39 nur stattfindet, wenn die Kammer 33 gefüllt
ißt.
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Der Kanal 39 kann ebenso gut gekrümmt oder sonstwie geformt sein und
in einer anderen geeigneten Lage angeordnet sein, vorausgesetzt, daß sein oberes
Austrittsende sich in einer Lage befindet, in welcher während des Zentrifugierens,
d.h.
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während der Rotation, die Kammer 33 mit Flüssigkeit gefüllt ist, ehe
durch besagten kanal ein Überlaufen stattfindet.
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Die einander gegenüberliegenden gekrümmten Bereiche des Sammelbechers
32 zwischen den Seitenflächen 37 und 38 sind mit identisch ausgebildeten und im
Abstand voneinander angeordneten Flanschen 41 und 42 versehen, welche identische
gekrümmte Nuten 43 begrenzen. Zwischen den Flanschen 34 und 41 sind identische gekrümmte,
d.h. bogenförmige Schultern 44 angeordnet. Der Boden des Sammelbechers 32 bildet
einen Kegelstumpf 46.
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Ein becherartig geformtes Bruchteil-Sammelgefäß oder tfl>erlaufgefäß
47, welches aus rostfreiem Stahl oder dgl. besteht, kann lösbar in die Trägerhülse
eingesetzt werden, wobei es so geformt bzw. dimensioniert ißt, daß es am unteren
abgerundeten Ende der Trägerhülse 21 mit Spielsitz aufsitzt (siehe Fig. 8 + 16).
Nahe am oberen Rand ist das Uberlaufgefäß 47 mit zwei nach innen gerichteten Vertiefungen
48 versehen, welche näherungsweise einen Winkel von 1800 zwischen sich einschließen,
d.h. einander gegenüberliegen. Das Überlaufgefäß 47 kann mit dem Sammelbecher 32
durch Zusamnenwirken der Vertiefungen 48 und der Nuten 43 lösbar verbunden werden,
indem das Überlaufgefäß in der Weise mit dem Sammelbecher in Eingriff gebracht wird,
daß die Vertiefungen 48 im Bereich der Seitenflächen 37 und 38 nach oben bewegt
werden und das Überlaufgefäß 47 sodann verdreht wird, sodaß die Vertiefungen 48
in die einander gegenüberliegenden
Nuten 43 in der Art eines BaJonettverschlusses
eingreifen.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß das tyberlnußgefäß 47 gleich zeitig
mit abgehoben wird, wenn die Vorrichtung von der Trägerhülse 21 abgezogen wird.
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Im inneren der Kammer 33 des Sammelbechers 32 im Bereich zwischen
deren oberen und unteren Ende sind zwei koaxiale und vertikal gegeneinander versetzte
Ringschultern 49 und 51 angeordnet, wobei der Durchmesser der oberen Ringschulter
51 etwas größer ist als derjenige der unteren Ringschulter 49 (siehe Fig. 7, 16
+ 17). Auf der Ringschulter 49 liegt ein scheibenförmiges dünnes Netzfilter 52,
aus rostfreiem Stahl auf, welches gleichmäßig verteilte, in geringem Abstand voneinander
angeordnete Öffnungen von ungefähr 0,127 bis 0,178 mm (0,005 bis 0,007 inches) Durchmesser
aufweist (siehe Fig. 14 + 15). Auf der Oberseite des Netzfilters 52 liegt-eine Filterscheibe
53 auf, welche aus ohromatografischem Filterpapier besteht, wie es zum Beispiel
unter der Bezeichnung Whatman#1 im Handel erhältlich ist (siehe Fig, 12, 13, 16,
17). Das Netzfilter 52 und die Filterscheibe 53 weisen im wesentlichen den gleichen
Durchmesser auf und können auswechselbar in die Kammer 33 eingesetzt werden, wo
sie zusammen auf der Ringschulter 49 aufliegen.
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Wenn die Hülse 29 in die zentrale Kammer 33 des Sammelbeohers 32 eingeschraubt
ist, so kommt das untere Ende dieser Hülse an der Ringschulter 51 zur Anlage, wogegen
das untere Ende des Säulen-Rohres 31 im inneren der Hülse 29 an einem kreisförmigen
Bereich der Filterscheibe 53 zur Anlage kommt und von der Ringschulter 49 abgestützt
wird.
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Der Anschlag des unteren Endes des Säulen-Rohres 31 wirkt als flüssigkeitsundurchlässige
Dichtfläche im Randbereich der Filterscheibe 53. Darüber hinaus ist die Filterscheibe
53 in gewissen Umfang kompressibel, da sie aus faserartigem Material wie z.B. Papier
oder dgl. besteht, sodaß sie dazu dient, irgendwelche Abweichungen oder Unvollkommenheiten
der
Abmessungen am unteren anstoßenden Ende des Säulen-Rohres 31 auszugleichen.
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In das innere des Halses 36 des Einfüllstutzens 22 kann von dessen
Boden her eine röhrenförmige Einfülltülle auswechselbar eingesetzt werden, welche
aus einem geeigneten Material wie z. B. Polyäthylen hoher Dichte besteht Die Tülle
54 ist mit einer durchgehenden zylindrischen Längsbohrung 55 versehen. Auf der Außenseite
ist die Tülle 54 im Bereich zwischen ihren Enden mit einer leicht nach unten geneigten
Ringschulter 56 versehen, welche sich nach oben an einer entsprechenden leicht geneigten
Ringschulter 57 abstttst,' welche auf der Innenseite des Halses 26 des Einfüllstutzens
22 angeordnet ist. Die leichte Neigung bzw. die kegelige Form dieser Ringschulter
erleichtert ein einfaches und schnelles einsetzen der Einfülltülle in den Einfüllstutzen
Das innere des unteren Bereichs der Tülle 54 ist mit einer ringförmigen abgesetzten
Schulter 58 versehen, welche von der Kegelfläche 59 begrenzt wird. Der obere Rand
60 der Einfülltülle 54 ist nach innen geneigt und stellt einen Teilbereich eines
Kegelmantels dar, dessen Neigung gegenüber der Längsachse der Tülle aus Gründen
auf die noch näher eingegangen wird, etwas kleiner ist als der entsprechende Winkel
des Mittelbereichs 24 des Einfüllstutzens 22.
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Bei einer Ausführungsfo=n der vorliegenden Erfindung ist das Säulen-Rohr
31 so bemessen, daß es etwas länger ist als die Hülse 293 Wenn das besagte Säulenrohr
und die Hülse durch Verschrauben fest mit dem Sammelbecher 32 verbunden sind und
das obere Ende der Hülse 29 in den unteren Bereich des Halses 26 eingeschraubt ist,
so steht das obere Ende des Säulen-Rohres 31 etwas über das obere Ende der Hülse
29 hinaus Bei seiner Aufwärtsbewegung wird das obere Ende des Säulen-Rohres 31 von
der Kegelfläche 59 geführt, bis es an der inneren Schulter 58 der Einfülltülle 54
zur Anlage kommt, dessen um sodann die äußere Ringschulter 55 nach oben gegen die
im inneren des Halses 26 angeordnete ingschulter 57 zu pressen.
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Da die Hülse 29 kürzer ist als das Säulen-Rohr 31 wird gewährleistet,
daß das obere Ende des Rohres 31 beim Einschrauben des oberen Endes der Hülse 29
in den unteren Bereich des Einfüllstützens 22 mit großer Kraft nach oben gegen die
Einfülltülle 54 gepreßt wird. Außerdem werden geringe Längenunterschiede des Rohres
31 ausgeglichen, da für den oberen Rand der Hülse 29 keinerlei Anschlag vorhanden
ist und die Einschraubtiefe der Hülse 29 in den unteren Bereich des Einfüllstützens
22 lediglich durch den vom obere ren Rand des Rohres 31 und der Schulter 58 der
Einfülltülle gebildeten Anschlag begrenzt ist.
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Der äußere Umfang der Einfülltülle 54 ist so gewählt, daß sich gegenüber
dem inneren Umfang des Halses 26 ein glatter geschlossener Gleitsitz ergibt. Wird
nun das Säulen Rohr 31 nach oben gegen die Einfülltülle 54 geschoben, so wird zwischen
der Oberkante des Säulen-Rohres 31 und der Schulter 58 eine flüssigkeitsdichte Abdichtung
geschaffen, sodaß Flüssigkeiten, Dispersionen und andere Stoffe, die durch den Einfüllstutzen
22 hindurch nach unten fließen ohne Leckverluste durch das Säulen-Rohr 31 geleitet
werden.
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Bei einigen Ausführungsformen ist es auch möglich ohne das innere
Rohr 31 auszukommen und das Chromatogramm wahlweise in der aus rostfreiem Stahl
gefertigten Hülse 29 zu erzeugen, welche in diesem Fall den gleichen Innendurchmesser
wie die Einfülltülle 54 aufweisen würde. Allerdings ist die Verwendung des Rohres
31 von Vorteib, da es durchsichtig oder durchscheinend ist, sodaß der Fortgang oder
die Ergebnisse des präparativen und analytischen Verfahren besser und einfacher
beobachtet werden können.
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In dem, dem unteren Ende der Einfülltülle 54 entsprechenden Bereich
ist der Hals 26 mit einer Ausdehnung versehen, sodaß ein Ringraum 61 geschaffen
wird, der es zuläßt, daß der obere End-Bereich der Hülse 29 gegenüber dem mit einem
Gewinde
versehenen Bereich des Halses 26 um eine ausreichend. Distanz bewegt werden kann,
um zu ermöglichen, daß die Oberkante des Säulen-Rohres 31 sich um eine hinreichende
Distanz nach oben hin erstreckt, um die Einfülltülle 54 in der gewünschten flüsaigkeitsdichten
Weise am Hals 26 zur Anlage zu bringen In der vorstehenden Beschreibung wurde von
einer Ausführungs form der Hülse und des Säulen-Rohres 31 ausgegangen, bei weleher
das letztere einen Innendurohmeeser von näherungsweise 8 ii hat, beispielsweise,
wenn eine chromatografische Säule dieses Durchmessers bei dem Experiment oder bei
der Analyse verwendet werden soll.
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In einigen Fällen ist es jedoch wünschenswert, eine chromatografische
Säule eines abweichenden Durchmessers zu verwenden und die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist so ausgestaltet, daß die meisten ihrer Bestandteile auch zusammen mit Hülsen
bzw.
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Rohren anderen Durchmessers Verwendung finden können d.h.
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daß die Hülsen bzw. Rohre im Bedarfsfalle nur gegen solche mit den
gewünschten abweichenden Abmessungen ausgetauscht zu werden brauchen0 Demgemäß wird
eine Hülse 29 a verwendet, wie sie in den Figo 6B und 17 dargestellt ist, welche
einen kleineren Durchmes-@er aufweist als die in Fig. 6A dargestellte Hülse 29.
Am oberen und unteren Ende der Hülse 29 a sind mit einem Gewinde versehene identische
Flansch. 62 und 63 aus rostfreiem Stahl oder dgl. angeordnet, deren Durchmesser
demjenigen der mit einem Gewinde versehenen Endbereiche der Hülse 29 entspricht,
wobei die Flansche 62 und 63 mit dem mit einem Gewinde versehenen unteren Bereich
des Halses 26 bzw. mit dem mit einem Gewinde versehenen oberen Bereich der Kammer
des Sammelbechers 32 verschraubt werden können. In die Hülse 29 a kann ebenfalls
ein Säulen-Rohr 31 a eingeschoben werden, welches aus dem gleichen Material wie
das Säulen-Rohr 31 besteht und einen Innendurohmesser von beispielsweise
3
mm aufweist.
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Um den geringeren Durchmesser der in Fig. 6B dargestellten Hülsen
29 a und des Säulen-Rohres 31 a auszugleichen, ist eine wahlweise Einfülltülle 54
a vorgesehen (siehe Fig. 5B), deren äußere Abmessungen und Umrißlinien mit denjenigen
der Einfülltülle 54 übereinstimmen, und die eine ähnliche als Anschlag dienende
Ringschulter 56 a aufweist. Die zentrale zylinderförmige Bohrung der Einfülltülle
54 a hat den gleichen Innendurohmesser wie das Säulen-Rohr 31 a. Perner hat die
als Anschlag dienende ringförmige Schulter 58 a einen Durchmesser, der im wesentlichen
gleich dem Außendurchmesser der Säule 31 ao Der Bodenbereich der Einfülltülle 54
a weist ebenfalls eine Kegelfläche 59 a auf, um das obere Ende der Säule 31 a aufzunehmen
und dieses zentral und koaxial an die zentrale zylinderförmige Bohrung der Einfülltülle
heransuführen. Desgleichen weist der obere Bereich der Einfulltülle 54 a eine kegelförmige
Ausnehmung 60 a auf, deren Winkel geringfügig kleiner ist als der Neigungswinkel
des kegelförmigen Mittelteils 24 des Einfüllstutzens. Dieser kleinere Winkel, dsho
die steilere Neigung gewährleistet, daß die breiartige Mischung, welche in den Stutzen
22 eingefüllt wird, gleichmässig in das Säulen-Rohr 31 fließt und eine gleichmässige
Füllung der chromatografischen Säule ergibt0 Da der Aufbau bzw. die Gestalt des
Sammelbechers 32 nicht verändert wird, ist es erforderlich, für das untere Ende
des Säulen-Rohres 31 a eine geeignete Abstützung vorzusehen. Diese wird von einem
Ansatzstück 64 aus rostfreiem Stahl oder dgl. gebildet, welches eine axiale Bohrung
65 aufweist (sieher Fig. 9, 10 und 11) und welches auswechselbar in den unteren
Bereich der Kammer 33 eingesetzt werden kann und in dieter gehalten wird. (siehe
Fig. 17). Der kreisrunde Umfang des oberen Bereichs des Ansatzstückes 64 bildet
mit der kreisrunden Wand der Kammer 33 einen engen Gleitsitz Das obere Ende des
Ansatzstücks 64 fällt mit dem Niveau der Ringschulter 69 zusammen, sodaß die Oberseite
des Ansatzstücks
und die Ringschulter eine ebene ringförmige AbstUtzfläche
für das Netzfilter 52 und die Pilteracheibe 53 bilden.
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Der Innendurcbies.er des Ansatzstücks 64 ist kleiner als der Außendurchmesser
des unteren Endes des Säulen-Rohres 31 a, sodaß das Ansatzstück 64 einen festen
Anschlag bzw. eine Abstützung bildet, wenn das Säulen-Rohr 31 a nach unten geschoben
wird.
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Der untere Bereich 66 des Ansatz stückes 64 weist einen kleineren
Durchmesser auf als der obere Bereich und im Bodenbereich sind zwei sich nach oben
erstreckende und um 1800 gegeneinander versetzte Kanäle 67 angeordnet, damit Flüssigkeit
durch die Bohrung 65 hindurch nach unten in den unteren Bereich der Kammer 33 des
Sammelbechers einströmen kann. Der Bereich 66 mit dem kleineren Durchmesser schafft
auch einen Ringraum, damit die Flüssigkeit in dem unteren Bereich der Kammer 33
frei fließen kann und damit überschüssige Flüssigkeit durch den Kanal 59 nach oben
bzw. aus der Kammer heraus in das Überlaufgefäß 47 strömen kann, wenn die Vorrichtung
rotiert.
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Ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig. 6A und 16 ist auch bei
derjenigen nach Fig. 63 und 17 dae Säulen-Rohr 31 a etwas länger als die Hülse 29
a, sodaß beim Zusammenbau der Vorrichtung die nach oben gerichtete Bewegung des
oberen Endes des Rohres 31 a in der gleichen Weise wie dies im Zusanmenhang mit
den Fig. 6A und 16 erläutert wurde ein festes Einpressen der Einfülltülle 54 a in
den Hals 26 bewirkt.
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In Verbindung mit der beschriebenen Vorrichtung gelangt ein Probenstopfen
bzw. Füllungsbegrenzer 68 zur Anwendung, welcher aus porösem Polyähylen besteht
(siehe Fig. 18). Der Stopfen 68, der bei der Ausführungsform nach Fig. 16 verwendet
wird, weist eine zylindrische Form auf und sein Durchmesser ist so gewählt, daß
sich innerhalb der Axialbohrung 55 der Einfttlltülle 54 ein dichter Gleitsi4 ergibt.
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Die Art wie der Stopfen 68 in Verbindung mit d@ Einfülltülle
54
verwendet wird und die Punktion dieses Stopfens während des Betriebs der Vorrichtung
wird nachfolgend noch näher erläutert. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß ein
den Stopfen 68 ähnlicher Stopfen, welcher jedoch kleinere Abmessungen entsprechend
der Axialbohrung 55 a der Einfülltülle 54 a (siehe Fig. 5B und 17) aufweist, verwendet
werden kann, wenn ein kleineres Säulen-Rohr 31 a in die Vorrichtung eingesetzt wird.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist grundsätzlich flir den Einsatz
in einer Zentrifuge mit einem drehbaren Behälter bestint, wie sie z.3, in der US
Patentanmeldung Serial No. 867.566 vom 20. Okt. 1969 unter de@ Titel "Zentrifuge
mit drehbarem Behälter beschrieben ist. Die Trägerhülse 21 wird mit der in dieser
befindlichen Baueinheit, bestehend aus Einfüllstutzen 24, Hülse 29, Säule 31, Sammelbecher
32 und Überlaufgefäs 47 in einen entsprechenden drehbaren Behälter des Rotors eingesetzt.
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Das Verfahren zur Bildung eines Chromatogramms umfaßt den einleitenden
Schritt einen geeigneten Brei herzustellen, indem mikrofeine Teilchen eines Materials
wie z. B. Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zellulose oder ausgeschiedenes Silikat wie
z. ;; Quso G 92 von der Firma Philadelphia Quartz Co., in Chester, Pennsylvania
zusammen mit einem geeigneten organischen Lösungsmittel wie Benzol mittels eines
Hochgeschwindigkeits-Mixers miteinander vermischt werden bis ein homogenes Gel gebildet
ist. In einigen Fällen werden 1,5 Gramm Silikat auf 40 cm3 (40 ml.) Lösungsmittel
zugegeben.
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Der Brei wird sodann in den Einfüllstutzen 22 der montierten Vorrichtung
mittels einer geeigneten Spritze mit einer Kanüle eingespritzt, woraufhin der aus
geeignetem Material wie z. B. Polyäthylen mittlerer Dichte oder dgl. bestehende
Deckel 69 auf den oberen Bereich 23 des Stutzens 22 aufgesetzt wird, sodaß die Vorrichtung
im wesentlichen abgeschlossen ist.
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Der Deckel 69 verringert das Verdampfen des in dem Brei befindliohen
Lösungsmittels. Bei einigen Ausführungsformen können jedoch in dei Deckel 69 ein
oder mehrere kleine Löcher 71 vorgesehen sein, welche als Entlaßtungsbohrungen dienen,
um zu verhindern, daß der Deckel während des Zentrifugierens weggeblasen oder von
dem Stutzen 22 abgesprengt wird. Der Deckel 69 verhindert auch eine übermäßige Verdampfung
des Lösungamittels während des Zentrifugierens und er verhindert eine unerwünschte
Belüftung der Probemischung, welche nachfolgend in der Vorrichtung zentrifugiert
werden sollen.
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Nachdem die Baueinheit in den drehbaren Behälter des Rotors eingesetzt
und dieser in Rotation versetzt worden ist, wird der Brei infolge der Radialbeschleunigung,
welche während ca. 5-7 Minuten gewöhnlich bei 1.500 g liegt, in dem Säulen Rohr
31 nach unten gedrückt und in diesem verdichtet, Die blasenfrei verdichtete Säule
aus Silikagel wird in dem Säulen-Rohr 31 von dem Netzfilter 52 abgestützt.
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Die Filterscheibe 53 hindert das Silikagel daran aus der Säule 31
auszutreten, während sie gleichzeitig das Lösungsmittel durchläßt, sodaß dieses
durch die Filterscheibe hindurch in die Kammer 33 gelangen und das überschüssige
Lösungsmittel durch den Kanal 39 in das Überlaufgefäß 47 entweichen kann.
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Der untere Bereich der Kammer 33 gewährleistet, daß ein gewisser Rest
an Lösungsmittel in diesem verbleibt, um ein unerwünschtes Austrocknen der Silikagel-Säule
zu verhindern, während gleichzeitig überschüssiges Lösungsmittel durch den Kanal
39 in das Überlaufgefäß 47 gelangen kann. Infolge der geringen Abmessungen des unteren
Bereichs der Kammer 33 und des schrägen Überlaufkanals 39 wird nur eine geringe
Menge an Lösungsmittel in dieser Kammer zurückgehalten, wogegen die größere Überschußmenge
automatisch entsogen und in das Überlaufgefäß 47 überführt wird, welche anschließend
leicht
ausgegossen oder sonstwie entfernt werden kann.
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Nach dem vorbereitenden Zentrifugieren enthält die Säule 31 eine blasenfreie
und gleichmäßig verdichtete feuchte Säule oder einen Propfen aus Silikagel. Die
vereinigte Vorrichtung wird sodann von der Trägerhülse 21 abgezogen und der Einfüllstutzen
22 wird von der Hülse 29 abgenommen.
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Zum nächsten analytischen Schritt des Verfahrens kann die Probe, welche
durch die in dem Rohr 31 befindliche Säule hindurchzentrifugiert werden soll, mittels
irgendeines geeigneten Verfahrens auf die Oberseite der chromatografischen Säule
aufgebracht werden. Nachdem der Stutzen 22 von der Hülse 29 abgeschraubt worden
ist, liegt das obere Ende der Silikagelsäule ungefähr in der gleichen Höhe wie das
obere Ende des Rohres 31o Gemäß einem Verfahren kann ein Metallstift geeigneten
Durchmessers auf die Silikagelsäule aufgesetzt und um ungefähr 4 mm nach unten gedrückt
werden, um eine ausreichende Menge des Gels zu verdrängen, um einen Raum zur Aufnahme
des unteren Endes des porösen Probenstopfehs aus Polyäthylen 64 zu schaffen, welcher
mit einer Lösung des zu untersuchenden Stoffes getränkt wurde, ehe er eingesetzt
wird (siehe Fig. 19). Bei Säulen größeren Durchmessers kann es notwendig sein, die
Oberseite der verdichteten Silikagelsäule durch einen porösen Stopfen aus Polyäthylen
zu ersetzen, um eine ebene Oberfläche und damit einen vollständigen Kontakt mit
dem Probenstopfen zu schaffen, um sicher zu gehen, daß das Wanderungs-Muster der
Probe durch die Silikagelsäule hindurch nicht unregelmäßig ist.
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Gemäß einem alternativen Verfahren ist vorgesehen, daß der Probestopfen
bzw. Füllungsbegrenzer 64 entfällt und die Probe mittels einer Spritze oder Kanüle
unmittelbar vorsichtig auf die Oberseite der Silikagelsäule aufgebracht wird.
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Bei diesem Verfahren kann die Spitze der Silikagelsäule innerhalb
des
Rohres 31 mittels eines geeigneten Stifts oder dgl. gegenüber dem oberen Rand des
Rohres 31 um einen geringen Betrag nach unten verschoben werden, um einen Raum für
die flüssige Probe zu schaffen.
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Wenn die Probe an der Spitze der Silikagelsäule angeordnet ist, sei
es in dem Probenstopfen 68 oder sei es in einer kleinen Ausnehmung an der Spitze
der Gelsäule, so wird ein frischer und sauberer Einfüllstutzen 22, der eine gleichfalls
frische und saubere Einfülltülle 54 enthält auf die Hülse 29 aufgeschraubt, und
der Einfüllstutzen 22 wird mit einer entsprechenden Entwicklungsflüssigkeit wie
z. B. Benzol gefüllte Dieser Verfahrensschritt wird möglichst rasch durchgeführt,
um ein Austrocknen der Probe bzw. der SilikagelsälAa zu ver-LindernO Der Deckel
69 wird auf die Oberseite des Einfüllstutzens 22 aufgesteckt und die Baueinheit
wird wieder in den drehbaren Behälter des Zentrifugenrotors eingesetzt, worin sie
erneut unter vorgegebenen tedingungen, gewöhnlich bei einer Radialbeschleunigung
von 10500 bis 2.500 g zentrifugiert wird und zwar während einer Zeitspanne, welche
erforderlich ist, um die gewünschte Wanderung der Probe durch den Silikagelkegel
hindurch zu erreichen.
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Während die Probe infolge der auftretenden Zentrifugalkraft durch
die Silikagelsäule hindurchwandert, gelangt die Entwicklungsflüssigkeit in den unteren
Bereich der Kammer 33 und der Überschuß gegenüber derjenigen Menge, welche zur Bildung
des Chromatogramms erforderlich ist, wird infolge der Fliehkraft durch den Kanal
39 in das Überlaufgefäß 47 ausgestoßen0 Die Anordnung eines Sammelbechers 32 mit
einer kleinen getrennten Sammelkammer 33 aus welcher das überschüssige Lösungsmittel
ausgestoßen werden kann, macht die erfindungsgemäße Vorrichtung wirkungsvoller und
gewährleistet, daß nur eine kontrollierbare Menge an Flüssigkeit am
unteren
Ende der chromatografischen Säule während des Zentrifugierens zurückbehalten wird,
um in der Säule die erforderlichen Peuchtigkeitsverhältnisse aufrecht zuerhalten.
Andernfalls würde ein Überschuß eines derartigen Lösungsmittels in einem großen
Gefäß ohne Überlaufkanal 39 die Wanderung der Probe durch die chromatografische
Säule hindurch ungünstig beeinflussen0 Die besondere Ausbildung der Kammer 33 und
des Kanals 39 gewährleistet, daß während des Zentrifugierens die Probe gleichmäßig
durch die chromatografische Säule in dem Rohr 31 hindurchwandert, ohne daß die Gefahr
besteht, daß irgendwelche entgegengesetzt gerichtete Druckkräfte auftreten, wie
sie andernfalls von dem in einem Samielbehälter einer anderen Bauart enthaltenen
Lösungsmittel hervorgerufen werden könnten.
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Der Behälter 47 dient als Überlaufgefäß, das eine ausreichende Kapazität
besitzt, um zu gewährleisten, daß während des Zentrifugierens kein Rückstau des
Lösungsmittels in die Chromatografische Säule in das Rohr 31 hinein stattfindet0
Auf diese Weise wird durch die besondere Anordnung und Ausgestaltung des Sammelbechers
32 und infolge seiner Zusammenwirkung mit dem Überlaufgefäß 47 ein hohes Maß an
Kontrollierbarkeit erreicht0 Bei einigen Verfahren kann das Uberlaufgefäß 47 auch
als Rezipient verwendet werden, um einige Komponenten von Stoffen wiederzuerlangent
welche durch das flüssige Lösungsmittel durch die chromatografische Säule hindurchgeschwemmt
wurden, um diese dann getrennt zu analysieren.
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Wie bereits ausgeführt wurde, liegt die Ausflußöffnung des ttberlaufkanals
39 im wesentlichen in der gleichen Ebene wie der obere Rand der Kammer 33 oder in
einer sonstigen geeigneten Lage, bei welcher ein Überlaufen oder Ausfließen nur
stattfindet,
wenn die Kammer 33 mit Plüssigkeit im wesentlichen gefüllt ist, wobei die Überlaufrichtung
grundsätzlich zu der auf die Vorrichtung ausgeübten Zentrifugalkraft entgegengesetzt
gerichtet ist, aber einen Winkel mit dieser einschließt, Bei anderen Ausführungsformen
kann der Kanal 39 auch andere geeignete Abmessungen oder Querschnittsformen aufweisen,
vorausgesetzt, daß dessen Austrittsöffnung seitlich von der Kammer und in einer
solchen Lage angeordnet ist, daß ein obere laufen nur stattfindet, wenn die rammer
33 mit Feuchtigkeit gefällt ist, sodaß die erforderlichen Feuchtigkeitsverhältnisse
in den Chromatogrammen in den Rohren 31 und 31 a aufrecht erhalten werden0 Nachdem
das Zentrifugieren beendet ist, wird die Baueinheit aus dem Zentrifugenrotor entnommen,
der Einfüllstutzen 22 wird vom oberen Ende der Hülse 29 abgenommen, der Sammelbecher
32 wird vom unteren Ende der Hülse 29 abgenommen, das Säulen-Rohr 31 wird aus der
Hülse 29 herausgezogen und die fertiggestellte chromatografische Silikagelsäule
wird durch geeignete Mittel aus dem Säulen-Rohr 31 herausgedrückt, beispielsweise
indem ein Metallstift durch das obere Ende des Säulen-Rohres gepreßt wird.
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Wenngleich die fertiggestellte chromatografische Säule aus Silikagel
aus einem Säulen-Rohr 31 von gleichbleibendem Durchmesser unschwer herausgedrückt
werden kann, so ist doch bei einigen Ausführungsformen vorgesehen, daß sich der
Innendurchmesser des Säulen-Rohres derart ändert, daß er am unteren Ende etwas größer
ist als am oberen Ende, wodurch das Auspressen der chromatografischen Säule erleichtert
wird.
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Xs ist Bestandteil der vorliegenden Erfindung, ein derartage3 konisches
Säulen-Rohr zu verwenden, ungeachtet der Tatsache, daß die änderung des Innendurchmessers,
d.h. die Konizität so gering ist, daß sie in den Zeichnungen nicht
veranschaulicht
werden kann. Es ist festzuhalten, daß bei einigen Ausführungsformen beide Säulen-Rohre
31 und 31 a konisch ausgebildet sind.
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Wenngleich vorstehend eine Filterscheibe 53 und ein Netzfilter 52
zum Abstützen der Silikagelsäule und zum Filtern des Lösungsmittels bei gleichzeitigem
zurückhalten des Silikagels im Rohr 31 offenbart und beschrieben sind, so ist doch
verständlich, daß äquivalente Mittel, welche die gleiche Filter- und Stützfunktion
erfüllen, vorgesehen werden können, indem ein kurzer Filterstopfen in das untere
Ende des Rohres 31 eingesetzt wird, wobei dieser Stopfen im wesentlichen aus dem
gleichen Material wie der Probenstopfen 68 besteht, Die ausgepreßte Säule wird sodann
bei der geeigneten Temperatur in einem Ofen getrocknet und danach mit dem erforderlichen
Indikator oder Reagens behandelt, um die getrennten Komponenten der Probe sichtbar
zu machen, die während des Zentrifugierens durch die Säule gewandert sind0 Wenn
einmal die entsprechenden Durchschnittswerte ermittelt sind, so ist es möglich,
dadurch Betrachten der Bänder der getrennten Komponenten auf der Säule und durch
Ermitteln ihrer Jeweiligen Dichte die verschiedenen Steroide (steroids) einer Probe,
die verschiedenen sog. plasma lipids" die Anteile anderer biologischer Stoffe, biologische
Proben und dergleichen zu identifizieren0 Wenngleich die vorliegende Erfindung anhand
eines besonderen Außfffhrungsbeispielß erläutert wurde, so ist es für den Fachmann
ohne weiteres erkennbar, daß die einzelnen Baut eile der Vorrichtung in vielfältiger
Weise abgewandelt oder ersetzt werden können, ohne daß dadurch das der Erfindung
zugrundeliegende allgemeine Lösungsprinzip verlassen wird.