Hoch- und Niederdruckgradientensysteme in der Routineanalytik - Fehlererkennung und Behebung durch den Anwender.

Die Bezeichnung "Hoch- und Niederdruckgradient" bezieht sich auf die Art und Weise, wie  der Gradient erzeugt wird: durch zwei Pumpen, die gegenläufig arbeiten und einen konstanten Fluß wechselnder Zusammensetzung generieren, oder durch eine einzige Pumpe, die durch vorgeschaltete Ventile ( auf der Niederdruckseite ) mit verschiedenen Eluenten versorgt wird.   Da ein System mit mehr als zwei Pumpen außerordentlich teuer wird, setzt man heute überwiegend Gradientenpumpen ein mit Dosierventilen.
Wir wollenhier nicht die Vor- und Nachteile diskutieren, sondern  die möglichen Fehlerquellen in den Systemen analysieren.

Hochdrucksystem mit zwei Pumpen:
HPLC Pumpen sind ausgelegt, um einen möglichst präzisen und konstanten Fluß auch bei unterschiedlichen Gegendrücken zu erzeugen.  Die Retentionszeit ist direkt abhängig von der Reproduzierbarkeit des Flußes.   Bei isokratischen Betrieb  läßt sich eine Fehlfunktion recht einfach festestellen: Der Druck schwankt, weil  eines der Ventile nicht korrekt schließt.  Druckschwankung = Minderförderung. Als allererste Maßnahme überprüfen Sie daher die Ventile auf ganz einfache und schnelle Art: Eine Luftblase ansaugen und beobachten. Wir sie bei jedem Kolbenhub in Richtung Kopf befördert, ist das Einlaßventil in Ordnung. Bewegt sie sich hin- und her, hat das Ventil eine Leckage.  Bleibt somit das Auslaßventil als defekt.  Die Kolbendichtungen können Sie getrost ausschließen an dieser Stelle,  wenn sie dicht sind, sind  sie dicht und haben nicht den geringsten Einfluß auf eventuelle Druckschwankungen.  Hat die Pumpe naße Füße, ist allerdings daraus zu schließen, daß sie undicht sind.

Funktionsweise binäre Hochdruckpumpe(n)

Sind beide Pumpen in einem binären System für sich genommen in Ordnung, d.h. sie laufen ohne Druckschwankungen, der Gegenndruck ist bei gleichem Laufmittel auf  jeder Pumpe gleich, sollten sie in Ordnung sein und bereit für einen abschließenden  Test.  Steuerungsfehler, d.h. nicht korrekt angesteuerte Motoren sind äußerst selten und könnten ohnhin nur vom Kundendienst repariert werden, nicht vom Anwender.

binäre Gradientenpumpe mit 2 Einzelpumpen

noch Hinweis auf verdreckte Fritten !
 
Etwas komplizierter wird die Fehlersuche bei den Niederdruckgradientenpumpen. Diese sind heutzutage überwiegend als quaternäre Systeme ausgelegt, sie können also vier Flüssigkeiten mischen, das entspricht vier Fehlerquellen. Dafür sind es nur halb so viele Kugelventile wie bei einer binären Hochdruckgradientenpumpe.

quaternäre Gradientenpumpe

Prüfen Sie zunächst, ob die Pumpe mit einem Laufmittel korrekt arbeitet wie bei der vorigen Pumpe, das muß ich hier nicht noch einmal beschreiben.

Jetzt betrachten wir die Funktionsweise einer solchen Pumpe:

Funktionsweise quaternäre Gradientenpumpe

 Die Pumpe saugt das an, was von den Ventilen freigegeben wird.  Daß das nicht so einfach mit Auf/Zu zu bewerkstelligen ist, leuchtet bei näherer Betrachtungsweise ein:

Der HPLC-Schrauber, Fachbuch von Werner Röpke

 "Der UV Detektor detektiert natürlich kein UV-Licht, sondern das Verschwinden davon".

In diesem Stil erklärt der Autor auf sehr anschauliche Weise die Funktion der Komponenten einer HPLC-Anlage. Da gibt es keine Theorie und keine Formeln, nur gesammeltes Wissen aus 30 Jahren Service. Wie funktioniert eigentlich eine Pumpe? Wieso wird die Dichtung im mer dichter, wenn der Druck höher wird? Und warum ein Dichtungswechsel ohne Nachdenken den Dichtungslieferanten reich macht, das Problem aber nicht löst. Aus der Praxis für die Praxis - wer als Anwender gern mal zum (zölligen) Schraubenschlüssel greift, wenn die Maschine mal wieder muckelt, findet hier wertvolle Hinweise, die garantiert nicht in den Handbüchern der Geräte stehen.

Der Titel "HPLC-Schrauber"  soll keinesfalls die Damen vom Schrauben abhalten. Schließlich  steht TECHLAB mit einer Frauenquote von 80%  seit Jahren an der Spitze der einschlägigen Firmen.  Aber der Wiley Verlag war der Meinung, der Titel "Schrauber" wäre schon in Ordnung. 
Sie lesen lieber Gedichte? Die gibt es hier.

Einige Seiten lesen ( als PDF, vom Wiley Verlag zur Verfügung gestellt )  

Weiterführende Literatur zur HPLC
Literaturverzeichnis von Dr. Stavros Kromidas 

Lesen Sie hier weitere Fachartikel  von Werner Röpke:   

Laborpraxis            Xenonlampen in HPLC Detektoren     
Laborpraxis            Was rastet, das rostet: Edelstahlbauteile in der HPLC   
Laborpraxis            Die Luft muß raus- neue Teflonmaterialien in HPLC Entgasern  
Laborpraxis            Drucksensoren in der HPLC-vom Federrohr zum Dehnungsmeßstreifen   
Analytik-News        Es werde Licht!  über Deuterium- und andere Lampen
Blog                       Gebrauchte HPLC-interessante Alternative oder besser Finger weg?

Patentschriften von Werner Röpke   

DE 4301401 C2     Non-contact identification of columns for chromatography. 

DE 35 26 366.0       Säulenofen mit Peltier-Thermostatisierung "Kühlofen".

Xenonlampen für die HPLC

 
Xenonlampen in der HPLC
Keywords: Xenonlampe, Xenon-Hochdrucklampe, Fluoreszenzdetektor, HPLC

Autor: Werner Röpke ( der HPLC-Schrauber,  Wiley-Verlag ISBN-13-978-3527318179

Bezugsquelle für Lampen aller wichtigen HPLC-Hersteller : TECHLAB GmbH



 
Beschreibung der Funktionsweise

Geschichtliches Lichtbögen wurden zuerst in der Beleuchtungstechnik genutzt: Bogenlampen
sind die ältesten elektrischen Lichtquellen. Davy machte seine ersten Beobachtungen bereits um 1802, veröffentlichte diese aber erst später.

Die Lichtbögen entstanden zwischen zwei Kohleelektroden und wurden offen in Luft betrieben. Der Vorteil von Lichtbogenlampen war ihre enorme, auf einen kleinen Punkt konzentrierte Strahlungsdichte. Eine typische Anwendung  waren Kino-Projektoren. Allerdings mussten, bedingt durch den Abbrand, die Kohlen laufend nachgestellt werden.  Gelegentlich ging auch mal ein Projektor in Flammen auf.

Zwischen den Kohlen bildete sich ein Plasma mit einer Temperatur von ca.10 000 Kelvin aus, das aber nicht leuchtete. Das, was leuchtete, war die auf eben diese Temperatur erhitzte Kohle im Bogen, wobei der Zusatz von seltenen Erden die Lichtausbeute noch deutlich erhöhte.

Später wurden die Kohlen durch Metallelektroden ersetzt und der Lichtbogen in einen Glaskolben eingeschlossen. Auch hier entsteht wieder ein Plasma, diesmalaus Metalldampf, eingeschlossen in Xenongas.
Diese Xenon-Hochdrucklampen haben bei Raumtemperatur einen nur geringen Überdruck, der aber nach erfolgter Zündung durch die hohe Plasma-Temperaturstark ansteigt.
Bis auf einen Hersteller setzen alle HPLC-Anbieter Xenon-Kurzbogenlampen für ihre hochwertigen Fluoreszenzdetektoren ein. 

Hinweis: Die in Automobilen verbauten Xenonlampen sind eine Kombination aus Xenon-Gasentladungslampe und Halogenmetalldampflampe.

 

abgebrannte Elektrode

Xe-Hochdrucklampen enthalten Xenongas unter Druck. Sie besitzen ein kleines Brennfleckvolumen (definiert durch den Abstand der beiden Elektroden), aus dem der überwiegende Teil des Lichtes abgestrahlt wird. Daraus resultiert eine sehr hohe Leuchtdichte, welche einen großen Photonenstrom durch die Monochromatorspalte (die ja recht eng sein muss) ermöglicht und deswegen ein günstiges Signal-Rausch-Verhältnis zur Folge hat. Daher werden Xenonlampen bevorzugt da eingesetzt, wo geringe Photonenströme detektiert werden, also hauptsächlich in Fluoreszenzdetektoren.

Die Lampen stehen unter Druck und können bei Bruch gefährliche Splitter schleudern. Es wird dringend empfohlen, zum Lampenwechsel eine Schutzbrille und Handschuhe zu tragen. Der Druck in einer kalten Lampe beträgt um 8 bar, in einer brennenden Lampe kann er 70 bar oder mehr erreichen.

Die Lampen emittieren eine wesentlich höhere Lichtleistung als Deuteriumlampen.
Beim Arbeiten an Geräten mit brennenden Lampen sind unbedingt Spezialschutzbrillen zu tragen. Die UV-Strahlung kann sehr schnell zu dauerhaften Augenschäden führen.

Arbeiten an brennenden Lampen sollten nur vom Geräteservice
ausgeführt werden.

Der Zündimpuls kann mehrere 1000 Volt betragen, deshalb kann das Hantieren an unter Spannung stehenden Geräten lebensgefährlich sein.

Lebensdauer: Diese wird je nach Type mit 600 bis 1000 Stunden angegeben. Mit zunehmender Brenndauer erodiert die spitze Elektrode, was zu einem unruhigen Lichtbogen führt. Das wiederum führt zu einem höheren Signalrauschen. Die Lampe muss ausgetauscht werden. Wenn versehentlich die Einbaurichtung vertauscht wird, schmilzt die Spitze der Kathode ab und die Lampe ist sofort ruiniert.

Ozon und ozonfrei
Früher war Ozon gesund, Luftkurorte warben jedenfalls mit der guten ozonreichen Luft. Heute ist man da kritischer. Da das dreiatomige Sauerstoffmolekül in ein zweiatomiges Molekül plus ein freies Atom zerfällt, ist Ozon  ein sehr starkes Oxidationsmittel. Zum Glück riecht es stechend scharf, woher es seinen Namen hat ( οζειν ozein ‚riechen'),  so dass man es rechtzeitig erkennt.

Auf jeden Fall sollte die Ozonproduktion von Fluoreszenzdetektoren möglichst minimiert werden.
Es gibt ozonisierende und ozonfreie Xenonlampen.

Der Kolben von Ozonlampen hat ein besonders durchlässiges Glas für den Bereich unter 230 nm. UV-Strahlung zwischen 180 und 230 nm ist sehr energiereich, zerlegt das Sauerstoffmolekül O2, die Reste verbinden sich dann zum Ozonmolekül O₃.
Ozonfreie Lampen haben einen Mantel, der in diesem Bereich nur wenig UVStrahlung durchlässt und produzieren daher kaum Ozon. UV-Strahlung über 240 nm hat nicht genug Energie, um das Sauerstoffmolekül zu zerlegen.

Fluoreszenzanwendungen beginnen meistens mit Anregungen ab 230 nm, deswegen ist die Verwendung von ozonfreien Lampen fast immer möglich. Wird eine Anregungswellenlänge von 230 nm gefordert, können nur Lampen mit entsprechender Durchlässigkeit verwendet werden, die dann auch Ozon produzieren. Die Leistung aller Lampen oberhalb 240 nm ist gleich.

Xenon-Gasentladungslampen müssen mit einem Hochspannungsimpuls von bis zu 50 kV gezündet werden, da sich im kalten Zustand eine nicht leitende Gasstrecke zwischen den Elektroden befindet. Einmal gezündet, entsteht zwischen den Elektroden der Xenon-Gasentladungslampe ein ionisierter Lichtbogen, der durch die kontinuierliche Zufuhr von Gleichstrom aufrechterhalten wird. Je besser,
„glatter“ die Betriebsspannung ist, desto ruhiger ist die Basislinie.

Der Druck der Xenon-Edelgasfüllung steigt während des Betriebs von etwa 8 bar (0,8 MPa) im kalten Zustand auf bis zu 70 bar (7 MPa) an. Der große Druck verbreitert die Emissionslinien des Plasmas zu einem im sichtbaren Bereich nahezu kontinuierlichen Spektrum mit einer Farbtemperatur von etwa 6000 K, was der Farbe von Tageslicht entspricht.

Entsorgung
Xenonlampen der Firma  Ushio als einem der bekanntesten Hersteller  enthalten kein Quecksilber. Sie werden zwar stellenweise als "Gefahrgut" eingestuft, was aber auf den hohen Druck zurückzuführen ist, der in der Lampe herrscht.
Sogenannte "Xenonlampen", wie sie in Fahrzeugen eingesetzt werden, sind keine reinen Xenonlampen. Richtigerweise sind diese Lampen Metalldampflampen, die in der Tat Quecksilber enthalten. Sie enthalten auch Xenongas, dass hier 'nur' als Startgas fungiert. Ein sehr wichtiges Kriterium für diese Fahrzeuglampen ist, dass sie nach dem Einschalten sofort entsprechendes Licht geben, was bei reinen Metalldampflampen nicht gegeben ist.
Alte Xenonlampen aus Fluoreszenzdetektoren sind nur insoweit gefährlich, als das sie beim Zerbrechen durch den Innendruck einen Splitterregen verursachen können.  Wer ganz sicher gehen will,  steckt die alte Lampe in einen Polybeutel, wickelt das ganze in ein dickes Tuch und schlägt mit dem Hammer drauf.
Es knallt und die Lampe zerfällt in kleine Stücke. ( trotzdem Schutzbrille tragen ) Der Hersteller Ushio bietet nach eigener Aussage  an, Altlampen kostenlos zurückzunehmen und zu entsorgen.   Fragen Sie im Zweifel Ihren Lieferanten, z.B. die Firma TECHLAB -> Lampenseite mit Preisen

Alle Hinweise nach bestem Wissen, aber ohne Gewähr.  Arbeiten an elektrischen Geräten dürfen nur von qualifiziertem Personal vorgenommen werden. 
 

Gebrauchte HPLC kaufen? Volles Risiko oder einfach Geld sparen?

100 Jahre Chromatografie – davon nahezu 40 Jahre HPLC – da sammelt sich in Firmen und Instituten einiges an Geräten an, die eigentlich einer Zweitverwertung zugeführt werden könnten.

Auf der anderen Seite fragt sich mancher Laborleiter angesichts knapper Mittel, ob er nicht statt einer fabrikneuen HPLC ein gebrauchtes System kaufen sollte. Der Gedanke an den unter der Lackierung völlig durchgerosteten Gebrauchtwagen lässt viele Interessenten aber wieder von dem Gedanken Abstand nehmen.

Lässt sich eine 10 oder 15 Jahre alte HPLC-Anlage überhaupt noch für moderne Analytik einsetzen?
Entsprechen die einzelnen Geräte überhaupt noch den wissenschaftlichen Anforderungen?

Die Qualität einer chemischen Analyse hängt nicht vom Baujahr eines Messgerätes ab, sondern schlicht von seiner Eignung. Natürlich ist ein aktueller Fluoreszenzdetektor empfindlicher als ein Modell von 1980, aber nicht jede Analytik wird auch bis zur Nachweisgrenze einer Substanz hin strapaziert. So, wie mit einer hochmodernen, computergesteuerten HPLC Unfug gemessen werden kann, ist eine betagte, einwandfreie Anlage durchaus in der Lage, gerichtsfeste Ergebnisse zu erzielen. 
Beispiel: um einen Sachverhalt zu klären, treten die gegnerischen Parteien jeweils mit einer alten Balkenwaage und einer nagelneuen Digitalwaage an.  Der Balkenwaagenbesitzer braucht eine halbe Stunde für eine einzige Messung, die Digitaler nur eine Minute.  Dann legen sie die Ergebnisse vor.
Beide Parteien haben die gleichen OIML Prüfgewichte verwendet, bekommen aber unterschiedliche Wägeergebnisse.  Der Schiedsrichter stellt beiden die Frage: Haben Sie den Ortsfaktor berücksichtigt?  Der Balkenmann grinst, der Digitale schaut verständnislos. 


In der gleichen Weise, wie eine gute Autowerkstatt einen Gebrauchtwagen zumindest soweit überprüfen kann, dass die Anforderungen des TÜV erfüllt werden, so kann der seriöse Verkäufer einer HPLC-Anlage dem Kunden exakte, qualitätsrelevante und nachvollziehbare Messwerte liefern. Jeder Hersteller liefert zu seinem Gerät eine Auflistung von Spezifikationen, die alle mit mehr oder weniger Aufwand messtechnisch nachvollziehbar sind.

Prüfprotokoll Förderrate HPLC Pumpe

Liegen die Werte innerhalb der vorgegebenen Grenzen, kann ein Qualifizierungszertifikat ausgestellt werden und das Gerät seinem neuen Besitzer noch viele Jahre treue Dienste leisten. Mit der Qualifizierung wird vom Verkäufer bestätigt, dass das Gerät nach den Vorgaben des Herstellers geprüft wurde und es ohne Einschränkung für den vorgesehenen Zweck eingesetzt werden kann. Für die Qualifizierung ist allerdings ein recht hoher Messaufwand notwendig, und nicht von ungefähr heißt es:

                                                      Wer misst, misst Mist!

was besagen will, dass der Benutzer eines Messgerätes sich des Öfteren vergewissern muss, ob sein Gerät auch die richtigen Meßwerte anzeigt.
Der Name für diesen Vorgang lautet Kalibrierung, der Begriff kommt vom griechischen kalópous, Schusterleisten, und beschreibt damit auch schon den Zweck, nämlich den Vergleich mit einem „Normal“.

Manometer mit Kalibrierstempel

Nicht zu Unrecht fordert DIN EN ISO 9001:2008 darum, dass für ein hergestelltes (oder auch repariertes) Produkt qualitätrelevante Kenndaten mit kalibrierten Messinstrumenten gemessen werden müssen. In der Praxis heißt das einfach, dass alle Messgeräte, für Spannung, Druck oder was auch immer, Prüfmittel sind, die regelmäßig mit einem „Normal“ abgeglichen werden müssen. Typischerweise werden Manometer, Multimeter, Waagen etc. einmal jährlich zum Kalibrieren an die zuständige Stelle eingeschickt.

                                             Vertrauen ist gut, ISO 9001 ist besser?

Diese Norm beschreibt modellhaft das gesamte Qualitätsmanagementsystem einer Organisation sowie deren Mindestanforderungen und besagt im Wesentlichen nur, dass bestimmte Abläufe festgelegt und nachvollziehbar dokumentiert werden.

Die Norm sagt nichts über die Qualität der Produkte aus!

Es gäbe keinen Grund, einer Firma, die Schwimmwesten aus Beton fertigt, die Zertifizierung zu verweigern. Die Kundenzufriedenheit wird hoch sein, solange die Westen nicht zum Einsatz kommen – und wenn doch, können die Benutzer nicht mehr reklamieren.
Das ist etwas überzeichnet, aber trifft aber den Kern der Zertifizierungsproblematik:

Es ist jeder Firma freigestellt, alle Logistik-Abläufe vom Wareneingang bis zur Auslieferung in sein Qualitätsmanagement zu übernehmen und zertifizieren zu lassen, die Ware selbst und ihre Eigenschaften, aber davon auszunehmen.

Wer lesen kann, ist hier wieder im Vorteil. Jeder Anbieter stellt sein Zertifikat stolz online, lesen Sie einfach, was da geschrieben steht.

Garantie und Gewährleistung – was ist der Unterschied?

Hat ein Gerät alle Tests nach Hersteller-Vorgabe bestanden, kann es in der Regel als uneingeschränkt einsatzfähig bezeichnet werden. Ein guter Gebrauchtgeräte-Händler wird dem Käufer das Testat mit den ermittelten Messwerten schriftlich geben und dazu ein Jahr Garantie, wenn er seiner Sache sicher ist. Aber was ist überhaupt Garantie?

Gewährleistung, oder auch Sachmangelhaftung, ist gesetzlich vorgeschrieben und heißt, dass das Produkt die zugesicherten Eigenschaften hat und der Verkäufer hierfür 2 Jahre lang gerade stehen muss. Wenn die HPLC-Pumpe die in den Spezifikationen genannte maximale Förderrate nicht erreicht, ist das ein Sachmangel und fällt unter die Gewährleistungspflicht. Wird das bei einem Neugerät erst nach einem Jahr festgestellt, kann sogar der Kauf rückgängig gemacht werden. In der Praxis wird allerdings kaum jemand die Spezifikationen bis solche Details überprüfen können. Die Sachmangelhaftung kann bei Gebrauchtgeräten ausgeschlossen werden.

Garantie ist eine völlig freiwillige Leistung des Verkäufers: Damit sichert er zu, dass das Gerät mindestens eine definierte Zeit (= Garantiezeit) einwandfrei funktioniert. Sonst besteht von Kundenseite ein Anspruch auf kostenlose Instandsetzung. Von der Garantieleistung sind Verschleißteile wie Dichtungen und Lampen immer ausgenommen. Es spricht aber nichts dagegen, eine überholte 20 Jahre alte Pumpe mit einem Jahr Garantie zu versehen. Es gibt Dinge, die sind unkaputtbar.

Darüber hinaus sollte selbstverständlich sein: Was nicht gefällt, wird zurückgenommen. 14 Tage Rückgaberecht gibt ein Händler, der von Kundenzufriedenheit lebt.

Zusammenfassung:

Wenn Sie die Anschaffung einer gebrauchten HPLC planen, haben Sie zwei Möglichkeiten:

1. Sie kaufen bei ebay, in den USA gibt es ein sehr großes Angebot an HPLC-Markengeräten.

Die Preise sind meistens sehr attraktiv, allerdings können die Verkäufer nur selten konkrete Angaben über die Produkte machen. Vergessen Sie nicht, Versandkosten und 19% Einfuhrumsatzsteuer hinzu zu rechnen, und eine allfällige Überholung, mindestens aber Umstellung von 110 Volt auf die bei uns üblichen 230 Volt. Versandkosten und Einfuhrumsatzsteuer können schnell einen vierstelligen Betrag erreichen. Viele Verkäufer offerieren bei Nichtgefallen Geld zurück, aber das ist bei Auslandsverkauf kaum sinnvoll.

2. Sie kaufen in Deutschland von einem Anbieter, der

a. kompetent Auskunft geben kann über den Zustand der Geräte und die durchgeführten Werkstatt-arbeiten.

b. alle qualitätsrelevanten Messwerte mit geeigneten Instrumenten ermittelt und diese Protokolle mitliefert.

c. ein Rückgaberecht und eine Garantie einräumt.

d. Installation und Schulung anbietet.

e. nach dem Kauf einen qualifizierten Support sicherstellen kann.

Stellen Sie Fragen zu den Geräten, die Sie kaufen wollen, und auch zur geplanten Anwendung.
Sind Sie mit den Antworten zufrieden, kaufen Sie!

Ich habe 30 Jahre lang an der HPLC geschraubt, nun sind andere dran!   Fragen Sie doch mal bei TECHLAB nach einer günstigen, komplett überholten HPLC-Anlage: -> TECHLAB