Der HPLC-Schrauber (eBook)

Werner R¿pke (Autor)

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2014
Wiley-VCH (Verlag)
9783527676941 (ISBN)

Infos

Probe ins Gerät stellen, Knopf drücken, Ergebnis erhalten - so reibungslos verläuft der Laboralltag mit HPLC-Geräten selten. Oft sind es Kleinigkeiten, die zu Störungen führen, und nicht immer muss der Kundendienst sofort bestellt werden.

Wer weiß, an welchen Teilen geschraubt werden darf und an welchen nicht, kann kleine Probleme selbst beheben - leicht, schnell, ohne großen Kostenaufwand. Mit dem gesammelten Wissen aus dreißig Jahren Serviceerfahrung führt der HPLCSchrauber den Anwender an Aufbau und Funktionsweise seines Gerätes heran und verzichtet dabei bewusst auf theoretischen Ballast. Stattdessen zeigen wertvolle Hinweise, die so nicht in den Handbüchern der Hersteller zu fi nden sind, wie man Fehlerquellen aufdeckt und beseitigt.

Aus der Praxis für die Praxis - für alle Schrauberinnen und Schrauber, die gern selbst zum Werkzeug greifen, wenn das HPLC-Gerät mal wieder nicht so funktioniert, wie es soll

Werner Röpke, Jahrgang 1950, ist Mitbegründer und Geschäftsführer der TECHLAB GmbH in Braunschweig. Nach Technikerschule und diversen Fortbildungen hat er unter anderem an der Universität von Chiang Mai, Thailand, gearbeitet und dort die instrumentelle Analytik betreut. Werner Röpke ist Inhaber verschiedener Patente auf dem Gebiet der Hochleistungsfl üssigkeitschromatographie und hat sich während der Tätigkeit in seiner Firma umfassendes Wissen über Hochdruckpumpen und sonstige HPLC-Hardware angeeignet.

Inhalt

Einleitung

DIE PUMPE
Die parallele Doppelkolbenpumpe
Kompressibilität
Die serielle Doppelkolbenpumpe
Jetzt wollen wir unsere Pumpe zerlegen
Die Pumpe überprüfen
Die Gradientenpumpe
Druckmessung und Anzeige

MEHR LICHT! UV- UND DIODENARRAY-DETEKTOR
Der UV-Detektor
Der Diodenarray-Detektor
Fehlermöglichkeiten
Reparaturmöglichkeiten

FLUORESZENZDETEKTOR
Ozon und ozonfrei
Raman-Spektrum
Quenching
Entsorgung

DER LICHTSTRAHL GEHT SO LANGE ZUR ZELLE, BIS ER BRICHT
Funktionsweise eines RI-Detektors
Aufbau eines modernen RI-Detektors
Prüfung und Kalibrierung
Fehlermöglichkeiten
Reparaturmöglichkeiten

DIE LUFT MUSS RAUS! DEGASER
Wie können wir die gelöste Luft aus einer Flüssigkeit entfernen?
Aufbau eines typischen Degasers für die HPLC
Typische Installation eines Degasers in der HPLC
Entgasungsleistung vs. Flowrate
Erkennung von Problemen durch Luft im Eluenten
Reparaturmöglichkeiten

VERBINDUNGEN - NICHT SCHLAGEND, ABER DICHT
Wie funktioniert eine Fittingschraube?
Wie schneide ich einen PTFE-Schlauch ab?
Druck-Sachen
Welche Leitung verwenden wir an welcher Stelle im System?
Die Montage einer Kapillare am Injektor und an der Säule
Der Einfluss der verwendeten Kapillaren und Verbindungen auf die Trennung der Peaks
Poiseuille'sche Flüssigkeiten
Welche Kapillaren an welcher Stelle?
Auflösungsverlust durch Hohlräume

HEIß ODER KALT? SÄULENHEIZUNG
Sonderfall Peltier-Öfen
Der Gassensor

WIE KOMMT DIE PROBE INS SYSTEM?
Handbetriebenes Probenaufgabesystem
Der automatische Probengeber

DER HPLC-PULSATIONSDÄMPFER

GERÜHRT, NICHT GESCHÜTTELT: DIE HPLC-MISCHKAMMER FÜR DEN HOCHDRUCKGRADIENTENBETRIEB

DAS DATENAUSWERTESYSTEM - INTEGRATOREN UND RECHNER
Kommunikation des Datensystems mit den HPLC-Modulen

ANHANG
Passivierung nichtrostender Stähle in der HPLC
Materialkunde

Index

Rezensionen

"Es wird erklärt, wie man leichte Probleme selbst und schnell beheben kann, ohne den Kundendienst rufen zu müssen. Spart Zeit und Geld."
CHEManager-online.com (15.01.2014)

Textauszug

2

Mehr Licht! UV- und Diodenarray-Detektor

2.1 Der UV-Detektor

Copyright Techlab GmbH

Der UV-Detektor detektiert natürlich kein UV-Licht, sondern das Verschwinden davon: Wenn es in der Zelle „dunkler wird, weil eine Substanz das von der Deuteriumlampe ausgeschickte Licht abschwächt, erzeugt der Detektor ein positives Signal, das als „Peak im Chromatogramm erscheint.

Die physikalische Erklärung der Absorption ist ziemlich komplex, für dieses Praxisbüchlein darum nur die wichtigsten Fakten:

Das Lambert-Beer’sche Gesetz ist eine Vereinigung des Bouguer-Lambert’schen Gesetzes über die Schwächung der Strahlungsintensität mit der Weglänge beim Durchgang durch eine absorbierende Substanz mit dem Beer’schen Gesetz über den Zusammenhang der Intensitätsschwächung mit der Konzentration der absorbierenden Substanz. Alles klar?

Also, einfach ausgedrückt ist die Absorption bei gegebener Wellenlänge abhängig von der Schichtdicke und der Konzentration. Noch einfacher: je dicker, desto dunkel!

Schichtdicke, das ist einfach die Länge der Küvette, meistens 10mm. Wäre sie wesentlich länger, hätte man eine höhere Absorption, aber irgendwann keine scharfe Trennung mehr für einen bzw. mehrere Peaks.

Die Konzentration wollen wir ja erst bestimmen, bleibt noch die Wellenlänge als Parameter: Die Absorption ist frequenzabhängig. Die Ursache liegt in der Bandstruktur des Materials, also unserer Probe in der Messzelle, bei dem Photonen bestimmter Energie Atome oder Moleküle anregen, die Quantenübergänge mit genau dieser Energiedifferenz in der Elektronenhülle oder in ihren Molekülschwingungen besitzen.

Auf gut Deutsch: Da verschiedene Stoffe bei unterschiedlichen Wellenlängen das Licht absorbieren, müssen wir auch bei eben diesen Wellenlängen messen.

Es gibt fast nur noch UV-Detektoren mit variabler Wellenlänge auf dem Markt, Filterphotometer haben nur noch einen sehr geringen Marktanteil. Eines haben sie jedoch hinterlassen: die ominöse Zahl 254Nanometer. Unzählige Applikationen existieren, bei denen gerade diese Wellenlänge als Einstellvorschrift angegeben ist.

Der Grund ist ziemlich einfach: Die alten Photometer hatten nur ganz einfache, aber sehr energiereiche Quecksilberdampflampen und deren Hauptlinie lag bei eben diesen 254,1 nm.

Abgesehen von einigen Sonderfällen haben moderne Filterphotometer eine Lichtquelle, die ein kontinuierliches Spektrum aussendet. Die gewünschte Wellenlänge wird durch einsteckbare oder elektromechanisch wählbare Filter ausgewählt.

Copyright Knauer GmbH

Das von der Lichtquelle (1) erzeugte Gesamtspektrum wird durch die Linse (2) fokussiert und durch das Filterrad (3) geleitet. Dann wird im Strahlenteiler (4) ein wenig davon abgeleitet auf den Referenzkanal (7), der Rest geht dann endlich durch die Messzelle (5), um irgendwann die Photodiode (6) zu erreichen und diese mehr oder weniger zu belichten. Der Referenzkanal ist immer notwendig, um einen Messwert für das Licht ohne Zelle zu bekommen. Dieser dient als Vergleich, um Lampenintensitätsänderungen zu erfassen. Die in der HPLC üblichen Photometer haben immer eine Taste, mit der sich die Werte von Mess- und Referenzkanal als Zahlenwert darstellen lassen. Dieser ist dimensionslos und von Gerät zu Gerät verschieden, erlaubt aber zwischen baugleichen Geräten eine Aussage über den Zustand der Lampe und der anderen optischen Komponenten.

Der UV Detektor mit variabler Wellenlänge ist wesentlich komplexer aufgebaut.

2.1.1 Funktionsprinzip eines UV-Detektors

Weißes Licht ist ja bekanntlich eine Mischung aus unterschiedlichen Wellenlängen und wird beim Durchgang durch ein dichteres Medium gebrochen, so dass man die einzelnen Spektralfarben sehen kann.

Für sichtbares Licht funktioniert das mit einem Glasprisma ganz gut, allerdings ist das spektrale Auflösungsvermögen nicht konstant, soll heißen, das sich ergebende Spektrum ist nicht linear.

Für das uns interessierende UV-Licht und die hohen Ansprüche an Linearität für Messzwecke kommt daher ein Monochromator zum Einsatz.

griech.: mono = ein + chroma = Farbe

Im Gegensatz zum Prisma wird das Licht hier nicht dispergiert, sondern gebeugt. Lassen wir die physikalischen Formeln wie immer außen vor und beschränken uns auf diese Definition:

Gitter erzeugen bei Bestrahlung mit Licht einer bestimmten Wellenlänge eine Serie von Linien konstruktiver Interferenz beiderseits der Richtung des einfallenden Strahls.

Nehmen Sie eine CD zur Hand und halten Sie diese schräg gegen eine Lichtquelle. CDs weisen Spurabstände um 1,6 μm auf, so dass sie sich direkt als Gitter für den sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums (Wellenlängen 400–700 nm) eignen und ein schönes Regenbogenspektrum erzeugen.

Schneiden Sie nun ein kleines Rechteck aus der CD aus und stellen Sie es in den Strahlengang eines Detektors: Das ist das „abbildende Gitter“. Es ist aber nicht plan, sondern konkav, denn die Kombination eines Gitters mit einer konkaven Oberfläche, die also einen Hohlspiegel bildet, hat den Vorteil, dass dadurch die gebeugte Strahlung gleich fokussiert wird, ohne dass weitere optische Elemente nötig sind.

2.1.2 Aufbau eines UV-Detektors mit variabler Wellenlänge

Copyright Knauer GmbH

Die Deuteriumlampe (1) schickt das Licht durch das Quarzfenster (2) (manchmal ist dieses auch als fokussierende Linse ausgelegt) und eine Blende (3) auf den ersten Spiegel (4), der wiederum reflektiert es auf unseren gewölbten Monochromator, und dieser schickt es durch die Zelle auf eine Photodiode. Hierbei handelt es sich, wie beim beschriebenen Filterphotometer auch, um ein Halbleiterelement, das bei Belichtung einen von der Bestrahlungsstärke abhängigen Strom liefert, der über einen Verstärker in ein proportionales Spannungssignal umgewandelt wird.

Der Monochromator lässt sich um seine Längsachse drehen, früher mit der Hand an einem kleinen Drehknopf, heute macht das ein Motor. Damit wird die ausgewählte Wellenlänge, und nur diese, durch die Zelle geschickt.

Unterschied zum Diodenarray-Detektor: Dort wird das gesamte Spektrum durch die Zelle geschickt. Außerdem sind „normale“ Detektoren immer als 2-Strahlgeräte aufgebaut, d. h. ein Lichtstrahl geht wie beschrieben durch die Zelle, ein zweiter durch ein Loch neben der Zelle. Dieser dient als Referenzstrahl und geht auf eine zweite Photodiode. Diese lässt sich über einen Schalter abfragen, so dass man einen Vergleich von Mess- und Referenzseite erhält. Die Anzeige Referenzseite gibt an, wie viel „Energie“ von der Lampe ankommt, ohne durch die Zelle abgeschwächt zu werden und ist daher als Vergleichswert für die Lampe zu verwenden. Das Handbuch gibt normalerweise einen Wert für die Referenzanzeige bei neuer Lampe an. Sinkt dieser nach entsprechender Laufzeit erheblich ab, ist eine neue Lampe fällig. Wird der Richtwert dann aber auch mit neuer Lampe nicht erreicht, geht irgendwo Energie verloren im System. Typisch ist der Verlust an diesen Stellen:

• Quarzfenster am Lichteintritt in die Optik. Hier landet die „volle Ladung“ UV-Licht von der Deuteriumlampe, das sieht dann nach 5000 Stunden etwa so aus:

Copyright Techlab GmbH

Das Fenster muss ausgewechselt werden, um wieder genügend Energie auf die Optik zu bringen.

Copyright Techlab GmbH

• Erster Spiegel in der Optik. Nach 10 000 Stunden trübe durch UV-Strahlung, dann hat jemand gedacht, dass man das doch wegwischen könnte. Das geht natürlich nicht, sondern hat den Spiegel vollends ruiniert.

• Monochromator

Nach Spiegel und Monochromator geht’s endlich in die Zelle, die sieht schematisch so aus:

Copyright Knauer GmbH

Die Form der Zelle und derer Zuleitungen hat mit Strömungseffekten in sehr dünnen Leitungen zu tun (vgl. Kapitel 6, Verbindungen), durch den „Knick“ soll eine besonders gleichförmige Durchströmung erreicht werden.

Copyright Techlab GmbH

So sieht eine Zelle einfacher Bauart aus. Ein Loch, auf beiden Seiten verschlossen mit einem Fenster aus Quarz. Viele Hersteller setzen anstelle der einfachen Fenster Linsen ein, um den Strahlengang zu optimieren und gelegentlich auch noch eine Loch- oder Schlitzblende, die den Lichtstrahl etwas kleiner macht als die Bohrung. All das dient dazu, die neben der reinen Absorption auftretenden Effekte so weit wie möglich zu minimieren.

Schnittzeichnung durch eine typische Zelle.
Copyright YoungLin Instrument Co.

UV-Zellen sind sehr druckstabil, normalerweise bis 50 bar. Das hat den Vorteil, dass man einen leichten Gegendruck auf den Ausgang geben kann, um winzige Luftblasen am Vergrößern zu hindern (siehe Kapitel 5, Degaser). Außerdem kann man einen zweiten Detektor an den Ausgang anschließen, was bei Fluoreszenzund RI-Detektoren aufgrund der Zellkonstruktion nicht möglich ist.

Die Absorption der UV-Strahlung nimmt mit der Schichtdicke zu,...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 16.1.2014
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Chemie
• Themenwelt: Technik
• Schlagworte: Analytische Chemie • Biochemie u. Chemische Biologie • Chemie • Flüssigkeitschromatographie • Flüssigkeitschromatographie • HPLC • Organische Chemie • Technische u. Industrielle Chemie • Umweltanalytik
• ISBN-13: 9783527676941 / 9783527676941