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Inhaltsverzeichnis

Der HPLC-Schrauber

Einleitung

1 Die Pumpe

1.1 Die parallele Doppelkolbenpumpe

1.2 Kompressibilität

1.3 Die serielle Doppelkolbenpumpe

1.4 Jetzt wollen wir unsere Pumpen zerlegen

1.5 Die Pumpe überprüfen

1.6 Die Gradientenpumpe

1.7 Druckmessung und Anzeige

2 Mehr Licht! UV- und Diodenarray-Detektor

2.1 Der UV-Detektor

2.2 Der Diodenarray-Detektor

2.3 Fehlermöglichkeiten

2.4 Reparaturmöglichkeiten

3 Fluoreszenzdetektor

3.1 Ozon und ozonfrei

3.2 Raman-Spektrum

3.3 Quenching

3.4 Entsorgung

4 Der Lichtstrahl geht so lange zur Zelle, bis er bricht

4.1 Funktionsweise eines RI-Detektors

4.2 Aufbau eines modernen RI-Detektors

4.3 Prüfung und Kalibrierung

4.4 Fehlermöglichkeiten

4.5 Reparaturmöglichkeiten

5 Die Luft muss raus! Degaser

5.1 Wie können wir die gelöste Luft aus einer Flüssigkeit entfernen?

5.2 Aufbau eines typischen Degasers für die HPLC

5.3 Typische Installation eines Degasers in der HPLC

5.4 Entgasungsleistung vs. Flowrate

5.5 Erkennung von Problemen durch Luft im Eluenten

5.6 Reparaturmöglichkeiten

6 Verbindungen – nicht schlagend, aber dicht

6.1 Wie funktioniert eine Fittingschraube?

6.2 Wie schneide ich einen PTFE-Schlauch ab?

6.3 Druck-Sachen

6.4 Welche Leitung verwenden wir an welcher Stelle im System?

6.5 Die Montage einer Kapillare am Injektor und an der Säule

6.6 Der Einfluss der verwendeten Kapillaren und Verbindungen auf die Trennung der Peaks

6.7 Poiseuille’sche Flüssigkeiten

6.8 Welche Kapillare an welche Stelle?

6.9 Auflösungsverlust durch Hohlräume

7 Heiß oder kalt? Säulenheizung

7.1 Sonderfall Peltier-Öfen

7.2 Der Gassensor

8 Wie kommt die Probe ins System?

8.1 Handbetriebenes Probenaufgabesystem

8.2 Der automatische Probengeber

9 Der HPLC-Pulsationsdämpfer

10 Gerührt, nicht geschüttelt: Die HPLC-Mischkammer für den Hochdruckgradientenbetrieb

11 Das Datenauswertesystem – Integratoren und Rechner

11.1 Kommunikation des Datensystems mit den HPLC-Modulen

12 Anhang

12.1 Passivierung nichtrostender Stähle in der HPLC

12.2 Materialkunde

Index

Beachten Sie bitte auch weitere interessante Titel zu diesem Thema

Meyer, Veronika R.

Pitfalls and Errors of HPLC in Pictures

2013

ISBN 978-3-527-33293-9

Mascher, Hermann

HPLC Methods for Clinical Pharmaceutical Analysis

2012

ISBN 978-3-527-33129-1

Snyder, Lloyd R./Kirkland, Joseph J./Dolan, John W.

Introduction to Modern Liquid Chromatography

2010

ISBN 978-0-470-16754-0

Meyer, Veronika R.

Praxis der Hochleistungs-Flüssigchromatographie

2009

ISBN 978-3-527-32046-2

Kromidas, Stavros/Kuss, Hans -Joachim (eds.)

Chromatogramme richtig integrieren und bewerten

2008

ISBN 978-3-527-31774-5

Kaltenböck, Karl

Chromatographie für Einsteiger

2008

ISBN 978-3-527-32119-3

Kromidas, Stavros

More Practical Problem Solving in HPLC

2004

ISBN 978-3-527-31113-2

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Autor

Werner Röpke

Techlab GmbH

Büchnerstrasse 5

38118 Braunschweig

Mit Illustrationen von Ulrike Harzer

Alle Bücher von Wiley-VCH werden sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren, Herausgeber und Verlag in keinem Fall, einschließlich des vorliegenden Werkes, für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler irgendeine Haftung

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Umschlaggestaltung: Grafik-Design Schulz, Fußgönheim

Satz: Beltz Bad Langensalza GmbH, Bad Langensalza, Germany

Print ISBN: 978-3-527-31817-9

Der HPLC-Schrauber

„You press the button – we do the rest“. Mit diesem Spruch warb Mister Eastman im Jahre 1934 für seine neue Kamera. Der Benutzer musste nur noch das Motiv anvisieren und abdrücken, dann konnte er die Kamera abgeben und erhielt nach ein paar Tagen die fertigen Bilder zusammen mit der frisch geladenen Kamera.

Das funktionierte hervorragend und hat die Firma Kodak¹⁾ groß gemacht. Es funktionierte, solange der Film nicht klemmte, der Fotograf die Sonne im Rücken hatte und auch nicht versuchte, bei Mondschein zu knipsen. Klemmte der frisch erfundenen Rollfilm oder riss er womöglich, konnte man wohl den Knopf drücken bei jedem schönen Motiv, aber keine Bilder abholen.

Heute gibt es HPLC-Geräte, da ist es ähnlich. Die Anlage wird vom Kundendienst aufgestellt, der Benutzer stellt eine kleine Flasche mit der Probe hinein und drückt einen Knopf. Der Computer spuckt ein Ergebnis aus, dessen Richtigkeit selten angezweifelt wird, schließlich hat die Maschine mehr gekostet als ein Mittelklassewagen.

Das Ergebnis ist auch meistens richtig, innerhalb gewisser Grenzen. Und wenn es erkennbar von allen vorherigen Ergebnissen abweicht, kommt der Kundendienst und alles ist wieder in bester Ordnung.

Wenn der Anwender nun wüsste, was eigentlich in der teuren Maschine alles passieren muss, um ein zumindest sachlich richtiges Messergebnis zu produzieren, wäre er in der gleichen Lage wie ein Knipser um 1934, der einen verklemmten Film selbst austauschen könnte.

Ich habe dieses Buch geschrieben für alle, die verstehen wollen, was in ihrer Maschine passiert und selbst Hand anlegen wollen, wenn es mal nicht so funktioniert, wie es soll. Es fließen 25 Jahre Erfahrung in diese Anleitung, es ist ein reines Praxisbuch ohne jeden theoretischen Ballast.

Der Leser wird kaum mathematische Formeln finden, aber manchmal geht es halt nicht ohne, zum Beispiel bei der Berechnung der relativen Standardabweichung für den Autosampler-Test.

Ich gehe davon aus, dass dem Leser und der Leserin die Grundlagen der HPLC zumindest ansatzweise geläufig sind. Sollte das nicht der Fall sein, empfehle ich das Studium entsprechender Literatur meiner geschätzten Kollegen, die ich auch für die Theorie der Trennung an dieser Stelle empfehlen möchte.

Die folgenden Kapitel befassen sich nacheinander mit den einzelnen Komponenten einer HPLC-Anlage. Es wird deren grundsätzlicher Aufbau besprochen, die Funktion und die möglichen Fehlerquellen sowie deren Behebung.

1) Den Wechsel zur Digitalfotografie hat die Firma leider nicht überlebt.

Einleitung

Der HPLC-Schrauber: gendermäßig völlig unkorrekt, denn natürlich sind auch die Schrauberinnen gemeint. Aber der Verlag meinte, das wäre schon in Ordnung so.

Dieses Büchlein wendet sich an alle, die gern an der HPLC herumschrauben, um die Anlage in Schuss zu halten. Die Handbücher geben wohl genaue Anweisung, was zu tun ist, aber selten warum.

Dieses Büchlein soll einige Grundlagen der „Hardware“ vermitteln: wie funktioniert eigentlich eine Pumpe, ein Detektor, ein Injektor, und an welchen Teilen darf ich schrauben und an welchen nicht.

Sicherheitshinweise

Dieses Buch soll kein Servicehandbuch mit genau auf ein bestimmtes Gerät zugeschnittenen Arbeitsanweisungen ersetzen.

Alle Hinweise erfolgen nach bestem Wissen und aus langer Erfahrung, aber ohne Gewähr, dass es auch wirklich immer so funktioniert wie beschrieben.

Der Autor übernimmt keine Verantwortung für eventuelle Beschädigungen an Geräten durch Befolgen dieser Hinweise.

Die einschlägigen Sicherheitsbestimmungen sind unbedingt zu beachten. Arbeiten an mit Netzspannung betriebenen Geräten dürfen ausschließlich von qualifiziertem Fachpersonal ausgeführt werden.

Die Verwendung von gefährlichen Chemikalien ist ausschließlich kundigem Laborpersonal vorbehalten.

Über den Autor

Werner Röpke, Jahrgang 1950, ist Mitbegründer und Geschäftsführer der Firma TECHLAB GmbH in Erkerode (jetzt 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 Hochleistungsflüssigkeitschromatographie und hat sich während der Tätigkeit in seiner Firma umfassendes Wissen über Hochdruckpumpen und sonstige HPLC-Hardware angeeignet.

SI-Einheiten

Das steht für Système international d’unités, ein kohärentes, metrisches Einheitensystem.

Aber so lange noch Pumpen auf dem Markt sind, die den Druck in Pounds per Square Inch (psi) angeben, nehme ich mir die Freiheit, auch die anschaulichen alten Bar und Kilogramm zu verwenden.

Ja, es ist falsch, ich weiß. Aber wenn mir jemand sagt, draußen steht ein Topf mit 3,7 · 10¹⁰ Bq Cobalt-60, muss ich erst mal meinen Taschenrechner suchen. Wer er sagt, da steht ein Topf mit einem Curie Cobalt-60, laufe ich ganz schnell weg. (Die Strahlung nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab).

Tausend Bar sind schon gefühlsmäßig eine Menge, hundert Megapascal eher nicht.

1 Die Pumpe

Im Gegensatz zur Gaschromatografie muss die mobile Phase bei der HPLC mittels geeigneter Vorrichtungen durch die Anlage gefördert werden. Nicht genug damit, es müssen auch die verschiedensten Flüssigkeiten gepumpt werden, von simplem Wasser bis zu leichtsiedenden Kohlenwasserstoffen. Der Begriff „simples Wasser“ ist stark untertrieben, wie wir später noch sehen werden, denn gerade hierbei eröffnen sich diverse Fehlerquellen.

Da es Hochdruckflüssigkeitschromatografie heißt, müssen die Pumpen einiges leisten. Böse Zungen übersetzen HPLC mit „High Price Liquid Chromatography“, aber das ist natürlich Unsinn.

Um eine Flüssigkeit zu fördern, gibt es mehrere Methoden: Schlauchpumpen, Kreiselpumpen, Zahnradpumpen und Kolbenpumpen.

Schlauchpumpen werden gelegentlich in der Säulenchromatografie eingesetzt, bauen aber nur 2–3 bar Druck auf. Kreisel- und Zahnradpumpen haben Schlupf und können daher auch nicht verwendet werden. Schlupf bedeutet, dass die Förderung nie 100% beträgt, sondern in Abhängigkeit von Druck und Drehzahl etwas von der Flüssigkeit „zurückschlüpft“, also in der Gesamtfördermenge fehlt. Bleiben also nur Kolbenpumpen, im Prinzip wie die alten Feuerwehrpumpen, nur kleiner und mit Motor. Hier beträgt die Förderung 100%, das heißt, der Kolbeninhalt, der angesaugt wurde, wird auch gefördert.

HPLC-Hochdruckpumpen sind prinzipiell immer gleich aufgebaut: Ein Motor bewegt über ein Getriebe oder eine Untersetzung eine Nocke, die wiederum einen Stößel betätigt.¹⁾ Dieser, aus Saphir oder Keramik²⁾ gefertigt, bewirkt die eigentliche Pumparbeit. Das Prinzip zeigt diese Abbildung:

Die Nocke links dreht sich im Uhrzeigersinn und drückt den Stößel langsam nach rechts, der Inhalt des Zylinders wird durch das untere Ventil auf die Säule befördert.

In der sehr schnellen Rückwärtsbewegung (deswegen die ungewöhnliche Nockenform) ist das obere Ventil geöffnet, das untere geschlossen. Durch den entstehenden Unterdruck wird Flüssigkeit angesaugt. Bei der nächsten Umdrehung der Nocke beginnt der Zyklus wieder von vorn.

Es leuchtet ein, dass die Förderung nicht sehr gleichmäßig erfolgt. Es erfolgt ja abwechselnd eine Saug- und eine Förderphase, was den Druck sehr stark schwanken lässt.

Allerdings ist die Saugphase sehr kurz, schaltet man ein Reservoir zwischen Pumpe und Anwendung, dessen Abfluss etwas kleiner ist als der Zufluss kann damit schon eine sehr gleichmäßige Förderung erreicht werden. Zusätzlich können die Lastwechsel noch über die Drehzahl des Motors „geglättet“ werden, das hört man an dem „unrunden“ Betriebsgeräusch. Dazu muss die Steuerung nur wissen, wo die Nocke gerade steht, um dann entsprechend zu beschleunigen oder abzubremsen. Diese Positionsanzeige wird normalerweise mit einer kleinen Lichtschranke abgegriffen.

Reine Einkolbenpumpen eignen sich aus Prinzip nicht für die saugseitige Gradientenformung, dazu später.

Die Einkolbenpumpen mit schneller Saugphase sind einfach und robust aufgebaut und sehr betriebssicher. Durch die schnelle Saugphase werden etwaige Luftblasen einfach mitgerissen und setzen sich nicht im Ventil fest. Dass sie natürlich zu Störungen im Chromatogramm führen können, wird später ausführlich besprochen.

Für Zweikolbenpumpen benötigt man alles doppelt: Die Nocke, den Saphirkolben, den Pumpenkopf. Das verteuert die Sache schon mal erheblich, man erhält allerdings sehr ruhig laufende Pumpen. Ein Reservoir wie bei der Einkolbenpumpe wird nicht benötigt, was das „Totvolumen“ erheblich verringert. Dieser Begriff ist etwas irreführend, da die Flüssigkeit dort ja keinen „toten Raum“ bildet, der nicht durchströmt wird. Unter Totvolumen in der HPLC versteht man gemeinhin das gesamte innere Volumen eines Gerätes. Wenn eine Pumpe ein Totvolumen von 10 mL hat, so bedeutet dies lediglich, dass es bei einem Fluss von 1 mL/min zehn Minuten dauern würde, dieses Volumen einmal auszutauschen. Das ist ein sehr wichtiges Kriterium für Gradientenpumpen: Eine Veränderung der Laufmittel von A nach B über die Zeit t geht umso schneller vonstatten, je kleiner das Totvolumen der Pumpe ist. Mittlerweile hat sich aber der Begriff „Verweilvolumen“ durchgesetzt, der zusammen mit der „Verweilzeit“ die Problematik präziser beschreibt:

Je größer das Verweilvolumen einer Gradientenpumpe, desto länger braucht es, bis eine Änderung der Zusammensetzung auf der Säule ankommt. Deswegen sind Niederdruck-Gradientenpumpen für kleinste Flussraten schwierig zu konstruieren, weil eben die Volumina von Pumpenkopf und Dosierventilen eine gewisse Mindestgröße beanspruchen.

Aber nun habe ich mit dem Tot- oder Verweilvolumen weit vorgegriffen, denn unsere Pumpe pumpt ja noch nicht einmal!

1.1 Die parallele Doppelkolbenpumpe

Bei der parallelen Doppelkolbenpumpe sind beide Köpfe gleich aufgebaut, die Nocken nur um etwa 180° versetzt. Während ein Kopf in der Saugphase ist, fördert der andere. Die Überschneidung ist so berechnet, dass sich ein sehr pulsationsarmer Fluss ergibt.

Vorteile: Sehr pulsationsarm, doppelte Fördermenge bei gleicher Drehzahl im Vergleich zur Einkolbenpumpe.

Nachteile: Wenn eine Fehlfunktion der Ventile vorliegen sollte, ist die Lokalisierung etwas schwierig, es gibt ja vier Stück.

Wie die nachfolgenden Diagramme zeigen, gibt es aber auch bei der Zweikolbenpumpe einen kleinen Druckeinbruch beim Lastwechsel.

Die obere Linie zeigt die Umlaufgeschwindigkeit der Nocke, die zweite Linie den Druck. Erkennbar sind die Druckeinbrüche in dieser Linie bei konstanter Nockengeschwindigkeit.

Das zweite Diagramm zeigt die Lösung: Kurz vor dem Lastwechsel wird die Nocke beschleunigt, um den Druckeinbruch auszugleichen. Dazu muss die Steuerelektronik natürlich wissen, wo die Nocke gerade steht. Zu diesem Zweck ist außen an der Welle eine Scheibe mit einem Sensor befestigt, meistens ist das eine Lichtschranke. Diese gibt bei jeder Umdrehung einen Impuls ab, der in direkter Korrelation zum Stand der Nocke ist. Die Steuerung regelt nun entsprechend die Geschwindigkeit des Motors auf und ab, was an dem „unrunden“ Laufgeräusch zu erkennen ist. Fällt die Lichtschranke aus, pulsiert die Pumpe und der resultierende Fluss ist zu niedrig gegenüber dem ausgeregelten.

1.2 Kompressibilität

Flüssigkeiten sind kompressibel, auch wenn wir das in der Schule anders gelernt haben. In meinem Physikbuch stand:

„… lassen sich Flüssigkeiten nur bei sehr großen Drücken merklich zusammendrücken. Sie sind kaum volumenelastisch. … Die Volumenänderung ist wegen ihrer Kleinheit in vielen Fällen zu vernachlässigen“, Kuchling: PHYSIK, Formeln und Gesetze, Köln 1972.

Das war in der Vor-HPLC-Zeit. Heute arbeiten wir täglich mit Drücken um 30–40 MPa, da macht sich die Volumenänderung schon bemerkbar.

Non vitae, sed scholae discimus³⁾

Wenn schon Wasser komprimierbar ist, sind es andere Flüssigkeiten natürlich auch, dummerweise jede unterschiedlich. Für eine korrekte KompressibilitätsKompensation müssen also in der Pumpe verschiedene Korrekturfaktoren hinterlegt werden, das können nicht alle Pumpen.

Darüber hinaus ändert sich die Kompressibilität mit dem Druck, der Temperatur und der Menge des aufgelösten Gases. Um den Einfluss des letztgenannten Faktors zu reduzieren, ist zur hochpräzisen Förderung von Flüssigkeiten die Verwendung eines Vakuumentgasers erforderlich.

Der Einfluss der Temperatur auf die Kompressibilität ist nicht linear und kann nicht berechnet werden.

Grundsätzlich kann man natürlich auch mit einer Einfachpumpe ohne jede Kompensation ordentliche HPLC-Analysen fahren. Wenn die Ergebnisse allerdings beispielsweise beim Hersteller und Käufer eines Produktes exakt übereinstimmen müssen, kommt man um sehr hochwertige Maschinen nicht herum. Es gibt Pumpen⁴⁾, bei denen der Anwender die Kompressibilitäten seiner Lösungsmittels bei unterschiedlichen Drücken zwischen 0 und 600 bar ermitteln und in einer XML-Datei speichern kann. Diese Datei kann dann anderen Pumpen zur Verfügung gestellt werden, da die Lösungsmittelkompressibilität nicht von der Pumpe abhängig ist.

1.3 Die serielle Doppelkolbenpumpe

Die serielle Doppelkolbenpumpe ist eigentlich eine Einkolbenpumpe mit Pulsdämpfer.

Sie sieht für den Laien auf den ersten Blick genauso aus wie die Zweikolbenpumpe. Auf den zweiten Blick ist allerdings zu erkennen, dass der Ansaugschlauch nur in einen Kopf hineinführt, nicht in beide. Dafür gibt es eine Kapillare vom Auslassventil des ersten Kopfes in den zweiten Kopf, also eine Hochdruckleitung.

Das Prinzip ist einfach und genial: Die beiden Nocken sind so berechnet, dass die geförderte Flüssigkeit vom ersten Kopf mit einer genau berechneten Vorkompression vom zweiten übernommen wird, um die Pulsation auszugleichen. Der zweite Kolben ist der sog. Ausgleichskolben, er hat nur die Funktion, den Druck gleichmäßig aufrecht zu halten.

Vorteil: bei richtiger Konstruktion sehr gleichmäßiger Fluss, nur zwei Ventile erforderlich. Nachteil: nur die halbe Fördermenge der „echten“ Zweikolbenpumpe, da es ja nur einen aktiven Kopf gibt.

Man erkennt diese Pumpenart daran, dass nur der eine Kopf Ventile hat, der andere nicht. Ein paar Hersteller wollen aber sparen und verbauen zwei gleiche Köpfe, der linke hat Ventile (sonst würde er nicht fördern), der rechte hat leere Ventilschrauben ohne Funktion.

1.4 Jetzt wollen wir unsere Pumpen zerlegen

Links ist der Motor, der über einen Zahnriemen die Nockenwelle antreibt. Unter dem Druckaufnehmer befinden sich Metallstangen, an denen die Kolben befestigt sind, ganz außen die Köpfe zur leichteren Demontage.

Interessanterweise verbauen die deutschen Hersteller traditionell Gleichstrommotoren, die amerikanischen und japanischen dagegen Schrittmotoren.

Gleichstrom- oder DC-Motoren laufen praktisch lautlos und sind sehr einfach in der Regelung, Schrittmotoren geben ein summendes Geräusch von sich und benötigen eine etwas aufwendigere Steuerung.

An den Teilen innen ist kundenseitig eigentlich nichts zu reparieren, beschränken wir uns also auf das, was draußen ist.

Wie ist so ein Pumpenkopf aufgebaut?

Ein runder Metallkörper, bei manchen Herstellern auch eckig, gelegentlich sind zwei Köpfe zusammengefasst aus einem Stück gefertigt. Das Material ist Edelstahl 1.4571⁵⁾ (oder sollte es jedenfalls sein) oder Kunststoff, vorzugsweise PEEK⁶⁾.

Die eigentliche Pumpkammer ist zur Rückseite hin mit einer Dichtung abgeschlossen, in der sich der Kolben bewegt. Das Bild rechts verdeutlicht die Funktion: Der Kolben drückt nach links in den Kopf hinein, dadurch schließt das Einlassventil, über das Auslassventil kann die der Eluent ins System fließen. Ein ganz wichtiges Detail ist die Dichtung, die den Druckraum nach hinten abschließt und in welcher der Kolben gleitet.

So sieht das im Schnitt von der Seite aus:

Oben und unten sind Gewinde, in die die Ventile eingeschraubt werden. Beginnen wir mit den Ventilen.

1.4.1 Ventile

Kugelventile in HPLC-Pumpen sind etwas ganz anderes als Kugelventile in der Installationstechnik und werden auf Englisch als „check valves“ bezeichnet. Sie bestehen aus einer Kugel, wie der Name schon erahnen lässt, und einem Gegenstück, dem Sitz. Wenn man ein Ventil zerlegt hat, macht sich die allgegenwärtige Gravitation bemerkbar und lässt die Kugel vom Tisch rollen, was für eine optimale Kugelform⁷⁾ spricht. Ist es auch, denn diese Kugel ist aus einem synthetischen Saphir gefertigt und perfekt geschliffen. Die rote Farbe stammt von Cr³⁺-Ionen, ein synthetischer Saphir ist eigentlich farblos. Einen technischen Grund hat das nicht, aber man findet die Kugel besser, wenn sie vom Tisch gerollt ist.

Das Gegenstück, der Sitz, ist farblos und ebenfalls aus Saphir. Die durchströmende Flüssigkeit hebt die Kugel vom Sitz, in der Gegenrichtung wird die Kugel auf den Sitz gepresst. Das Bild zeigt beispielhaft ein Einlassventil, der Eluent tritt von unten ein und kann nicht zurückfließen, wenn die Kugel wieder auf den Sitz gedrückt wird.

Sowohl Kugel als auch Sitz sind, wie erwähnt, mit außerordentlich hoher Präzision gefertigt. Die auf dem Sitz aufliegende Kugel muss ja dem Pumpendruck standhalten und dichten. Die so genannte Dichtkante ist die Fase im Sitz, und zwar auf der polierten Seite. Damit man weiß, wie Kugel und Sitz eingebaut werden müssen, ist eine Seite poliert und eine Seite ist matt. Grundsätzlich liegt die Kugel immer auf der polierten Seite auf, bei einer Auflagefläche von weniger als einem Quadratmillimeter.

Wer gerne rechnet, mag die Kräfte kalkulieren, die hier herrschen: 400 bar Druck (oder 800 bar bei der UHPLC).

Die Kugel und der Sitz halten das problemlos aus. Aber warum funktionieren die Ventile denn manchmal nicht?

Problem Nr. 1:

Das Einlassventil ist normalerweise baugleich mit dem Auslassventil, nur eben kopfstehend. Die Versorgung des Einlassventils erfolgt meist mit einem Schlauch aus PTFE⁸⁾, womit wir bei der ersten Fehlerquelle wären.

Puristen sagen, nur eine geschweißte Edelstahlverbindung ist dicht. Dem am nächsten kommt eine saubere Klemmringverschraubung. Ganz unten auf der Dichtigkeitsskala kommt eine Quetschverbindung.

PTFE fließt unter Druck und ein dünner Schlauch bricht an scharfen Kanten. Je nach Ausführung der Verbindung Ansaugschlauch–Einlassventil kann es also hier zu Undichtigkeiten kommen. Diese sind sehr klein und haben zur Folge, dass hier winzige Mengen Luft angesaugt werden.

Eben diese Luft verursacht im System große Probleme. Ist die Undichtigkeit sehr groß, tropft es heraus. Das ist nicht schlimm, denn dann weiß der Anwender wenigstens, dass hier etwas nicht in Ordnung ist. Eine winzige, nicht tropfende Undichtigkeit bleibt dagegen fast immer unentdeckt.

Was tun?

Die Verwendung von Teflonband an HPLC-Pumpen ist strengstens verboten!

Abgesehen davon, dass es ein ästhetisches Problem ist, führt die Verwendung von PTFE-Band garantiert zu Ventilproblemen: Beim Drehen der Ventilschraube oder des Anschlusses fallen ganz winzige Schnipsel ab, die in den Ventilen landen, sodass diese dann nicht mehr schließen. Liegt einmal solch ein Partikel auf dem Sitz und wird durch die Kugel angepresst, ist er nur noch grobmechanisch wieder zu lösen.