CH654218A5 - Geraet zur linearen ueberdruck-schichtchromatographie. - Google Patents

Description

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PATENTANSPRUCH Gerät zur linearen Überdruck-Schichtchromatographie mit einer die Sorbensschicht (1) tragenden Grundplatte (2), dadurch gekennzeichnet, dass es über einer an der Grundplatte (2) fixierbaren Deckplatte (5), die mit einer die Sorbensschicht (1) von oben elastisch abschliessenden Membran (4) versehen ist, ein Ventil (11) zum Einführen eines Druckmediums zwischen die Membran (4) und die Deckplatte (5) und, abgedichtet durch die Deckplatte (5) und die Membran (4) hindurchgeführt, wenigstens ein Einleitungsorgan (6) für das Eluiermittel und wenigstens ein Probeaufgabeorgan (7) aufweist.

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur linearen Überdruck-Schichtchromatographie mit einer die Sorbensschicht tragenden Grundplatte. Mit dem Gerät kann an einer mittels einer elastischen Platte pneumatisch, hydraulisch oder auf sonstige Weise unter Druck gesetzten, abgeschlossenen Sorbensschicht bei einstellbarer Temperatur über beliebige Länge und Breite in einer oder zwei Richtungen, trocken oder nass, isokratisch oder gradient, in einer oder in zwei Dimensionen und auch in der sog. Überlauftechnik chromatogra-phiert werden.

Die Überdruck-Schichtchromatographie ist eine flüssig-keitschromatographische Technik auf abgeschlossenen, ebenen Flächen. Die Sorbensschicht ist durch eine von aussen unter Druck stehende Platte völlig abgeschlossen, und zwischen den Teilchen des Sorbens wird das Lösungsmittel mit Hilfe einer geeigneten Dosiervorrichtung in Zwangsströmung gehalten (ungarische Patentschrift Nr. 173 749). Diese neueste Form der Flüssigkeitschromatographie auf Flächen hat im Vergleich zur klassischen Schichtchromatographie mehrere Vorteile: die Laufzeit ist kürzer, die Auflösung besser, es wird weniger Lösungsmittel benötigt; die mit viskosen Lösungsmittelgemischen vorgenommene Entwicklung kann beschleunigt werden, der Vorgang kann visuell verfolgt werden, die Verwendung aggresiver Reagentien ist möglich, usw. Ausserdem hat die Oberdruck-Schichtchromatographie sämtliche Vorteile der Hochdruck-Säulenchromatographie.

Zur Überdruck-Schichtchromatographie ist bisher nur die kreisrunde Überdruckkammer bekannt (E. Tyihäk, E. Mincsovics und H. Kalâsz: J. Chromatogr. 174,75/1979/). Auf der einen, der unteren Platte des aus Plexiglas gefertigten Gerätes befindet sich die handelsübliche oder aufgestrichene Sorbensschicht mit maximalen Abmessungen von 200 x 200 mm. Auf dieser liegt die Deckplatte aus Plexiglas auf, in die folgende Bauelemente eingebaut sind: a) ein Manometer, b) eine unter Druck stehende Probendosiervor-richtung, c) eine Gaseinleitungsöffnung, d) ein O-Ring zum Einfassen der Kunststofffolie, e) eine Kunststoffmembran, f) eine Öffnung zum Einleiten des Lösungsmittels, versehen mit elastischen, spiralförmigen Metalleitungen. Die Deckplatte wird entsprechend befestigt und das Polster zum Beispiel mit Stickstoff aufgeblasen.

Für sämtliche bisher bekannten Variationen der Schichtchromatographie ist charakteristisch, dass der vom Lösungsmittel zurückgelegte Weg (z in cm) und die dazu erforderliche Zeit (t in sec) nach der Gleichung 2. Grades zusammenhängen. Mit k ist die Geschwindigkeitskonstante bezeichnet. Dies trifft sowohl für die Rundscheibenvariante und die lineare Variante der sog. HPTLC-Technik (R.E. Kaiser: Einführung in die Hochleistungs-Dünnschicht-Chro-

matographie, Institute for Chromatography, Bad Dürkheim, 1976) wie auch für das Rundscheibengerät der Über-druck-Schichtchromatographie zu (Tyihäk et al.: J. Chromatogr. 174,75/1979/). Im letzteren Falle kann entlang des Kreisradius schon allein aus prinzipiellen Gründen keine konstante Lösungsmittelgeschwindigkeit eingehalten werden.

Bei der linearen Variante der Überdruck-Schichtchromatographie kann die Voraussetzung für ein gutes Schichtchro-matogramm, nämlich die konstante Strömungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels beziehungsweise die lineare Lösungsmittelfront nur durch Anwendung von an den Rändern geschlossenen Schichten und Einführen des Lösungsmittels mittels eines vor die Eintrittstelle des Lösungsmittels gelegten Drahtes oder Plättchens oder durch eine in die Sorbensschicht eingeritzte Rinne erreicht werden.

Bei der linearen Überdruck-Schichtchromatographie besteht demnach zwischen dem vom Lösungsmittel zurückgelegten Weg (z in cm) und der dazu erforderlichen Zeit (t in sec) ein linearer Zusammenhang:

worin k eine Geschwindigkeitskonstante ist, d.h. die Überdruck-Schichtchromatographie bietet Verhältnisse wie die Säulenchromatographie, was eine qualtiativ neue chromatographische Technik bedeutet. Von den beiden möglichen Varianten der Überdruck-Schichtchromatographie, nämlich der kreisrunden und der linearen, ist die Entwicklung der letzteren vorrangig, da dort ein technischer Fortschritt in Richtung wirkungsvollerer Abtrennung zu erwarten ist.

Zur linearen Überdruck-Schichtchromatographie sind spezielle Sorbensplatten sowie ein Gerät in der Form einer Kammer erforderlich.

Ein gemäss der ungarischen Patentschrift Nr. 173 749 weiterentwickeltes Gerät ist, nur für Chromatographie über verhältnismässig kurze Strecken geeignet, obwohl aus dem obigen Zusammenhang ersten Grades ersichtlich ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels auch in weiterer Entfernung konstant bleibt. Da nun die theoretische Bödenzahl oder die von Kaiser/Kaiser (Editor) in dem Buch «Einführung in die Hochleistungs-Dünnschicht-Chromato-graphie» (Institute for Chromatography, Bad Dürkheim, 1976) eingeführte Separationszahl proportional mit der Laufstrecke ansteigt, könnte über grössere Strecken (zum Beispiel 30-100 cm) eine alles bisherige übertreffende Trennung erreicht werden.

Aus dem Grundprinzip der Überdruck-Schichtchroma-tographie folgt, dass - wie bei der Säulenchromatographie mit fester Füllung - unter Ausschluss der Dämpfe des Lösungsmittels gearbeitet wird. Das führt vor allem in der Flüs-sig-Fest-Chromatographie (Adsorptionschromatographie) bei den häufig benutzten Mehrkomponenten-Laufmitteln zu einer Entmischung der Lösungsmittel, was in manchen Fällen unbefriedigende Trennung, eine Anhäufung der voneinander zu trenneden Stoffe an der Zonengrenze zur Folge hat. Bei der Hochleistungs-Säulenchromatographie wird in solchen Fällen das Sorbens mit dem Lösungsmittel vorkonditioniert. Ein dazu geeignetes lineares Gerät ist gegenwärtig nicht bekannt. Die Entwicklung eines auch für Nassverfahren geeigneten linearen Gerätes ist auch deshalb wünschenswert, weil mit ihm die Vorgänge bei der Hochleistungs-Säulenchromatographie modelliert und beide Techniken für analytische und/oder präparative Zwecke simultan eingesetzt werden können.

Ziel der Erfindung ist die Beseitigung der beschriebenen Mängel mit Hilfe eines Gerätes zur linearen Überdruck-

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Schichtchromatographie, mit einer die Sorbensschicht tragenden Grundplatte.

Es wurde gefunden dass in der linearen Überdruck-Schichtchromatographie die Strömungsgeschwindigkeit des Lösungsmittels über die gesamte Länge der Schicht konstant ist, was die Möglichkeit zum Entwickeln über längere Strek-ken und damit einer besseren Trennung gibt.

Ferner wurde erkannt, dass die nachteiligen Folgen der Lösungsmittelentmischung ähnlich wie bei der Hochlei-stungs-Säulenchromatographie durch Vorkonditionieren mit Lösungsmittel, durch gegebenenfalls unter Druck erfolgendes Aufgaben der Probe beseitigt werden können. Dies ist gleichzeitig die Voraussetzung für die Modellierung der TrennungsVorgänge bei der Hochleistungs-Säulenchromato-graphie. Es wurde ferner erkannt, dass in einer oder in zwei Richtungen chromatographiert werden kann, wenn man Sorbensschichten verwendet, die nur an den entsprechenden Seiten abgeschlossen sind, und das Chromatographiegerät ein System von je nach Bedarf benutzbaren Öffnungen zum Einleiten des Lösungsmittels besitzt. Schliesslich wurde erkannt, dass durch Einstellen der Temperatur der Sorbensschicht auf einen vom Normalen nach unten oder oben abweichenden Wert die Schärfe der Trennung verbessert werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Gerät zur linearen Überdruck-Schichtchromatographie mit einer die Sorbensschicht tragenden Grundplatte, welches Gerät die im Patentanspruch aufgeführten Merkmale aufweist.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsformen mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform des er-findungsgemässen Gerätes,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Kapillaranschlüsse zum Einführen der Eluiermittel, die

Fig. 2a, b, c und d weitere Ausführungsformen der Kapillaranschlüsse im Schnitt und in Draufsicht,

Fig. 3 eine Vorrichtung zur Probeaufgabe, die Fig. 4a, b, c und d verschiedene Möglichkeiten zur Probeaufgabe und zur Aufgabe des Eluiermittels.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird die Sorbensschicht 1 von einer Grundplatte 2 getragen welche hohl ist und Anschluss-Stützen 3 aufweist, sodass die Temperatur der Grundplatte 2 exakt eingestellt werden kann. Die Membran 4 der die Sorbensschicht andrückenden Platte ist an einer durchsichtigen Kunststoff- oder Glasplatte 5 befestigt. An die Membran schliessen sich ein Einleitungsorgan 6 und ein Probeaufgabeorgan 7 an, welche als Kapillarstutzen ausgebildet sind und zum Einführen der Probe und des Eluiermittels dienen. Die Kapillarstutzen führen mittels Dichtungen 8 durch die durchsichtige Platte 5 hindurch ins Freie.

Die Grundplatte 2 und die Platte 5 werden durch einen Druckverschluss 9 gegeneinandergepresst. Zum Einführen des zwischen der Membran 4 und der Platte 5 befindlichen, unter Druck stehenden flüssigen oder gasförmigen Mediums 10 dient ein Ventil 11. Die Druckverhältnisse werden von einem Manometer 12 angezeigt. Das an der einen Seite der Platte 5 gebildete elastische Polster schliesst die Sorbensschicht 1 unmittelbar ab. Die Druckkraft hängt von der Höhe des herrschenden Druckes ab.

Die Dichtungen 8 der Kapillarstutzen ermöglichen eine Bewegung der Membran 4 beziehungsweise des Einleitungsund des Probeaufgabeorgans 6 und 7 so, dass die Dichtheit des unter Druck stehenden Raumes 10 gewährleistet bleibt. 5 Wie aus Fig. 2 ersichtlich, schliesst sich das zum Einführen von Eluiermittel dienende Einleitungsorgan 6 über einen Konus an die Membran 4 an. Die Dichtheit wird durch eine konische Unterlage 13 und eine Gewindemutter 14 erzielt.

Das Eluiermittel wird durch eine in der Sorbensschicht io verlaufende Rinne 15 eingeführt. Es ist aber auch möglich, auf der Sorbensschicht ein Distanzstück 17 anzuordnen. In diesem Fall tritt die Flüssigkeit durch den zwischen dem Distanzstück 17 und der Membran 4 entstehenden Kanal 18 in das Sorbens ein.

15 Zuerst füllt sich die Rinne 15 beziehungsweise der Kanal 18, und durch Erhöhung des Druckes beginnt in der durch Imprägnierungen 19 an der Seite abgeschlossenen Sorbensschicht 1 die lineare Strömung in der durch Pfeile angezeigten Richtung (Fig. 2a, 2b).

20 Das in Fig. 3 gezeigte Probeaufgabeorgan 7 liegt unmittelbar auf der Sorbensschicht 1 auf. Die durch Überdruck eingebrachte Probe strömt in das Sorbens ein. Die Probe kann in die trockene Sorbensschicht oder in die vorher mit Eluiermittel benetzte Sorbensschicht eingebracht werden. 25 Der Überdruck bei der Einspeisung der Probe hängt von der Grösse des Druckes im Medium 10, von der Grösse der Sor-bensteilchen und den Viskositätsverhältnissen ab.

In den Fig. 4a, b, c und d sind verschiedene Varianten der Probeaufgabe und Eluiermittelzuführung dagestellt. 30 a) Chromatographie in einer Richtung; das aus dem Einleitungsorgan 6 durch die Rinne 15 in das Sorbens eintretende Eluiermittel bewegt die Komponenten der vorher aufgebrachten Proben 20 linear in einer Richtung (Fig. 4a),

b) Chromatographie in zwei Richtungen. Das aus dem 35 Einleitungsorgan 6 durch die Rinne 15 in das Sorbens gelangende Eluiermittel transportiert die Komponenten der in grösserer Anzahl aufgebrachten Proben 20 linear in zwei Richtungen (Fig. 4b),

c) Chromatographie in einer Richtung, Probeaufgabe

40 unter Druck; das durch das Einleitungsorgan 6 und die Rinne 15 eintretende Eluiermittel durchfeuchtet beziehungsweise durchwäscht die Sorbensschicht. Die Probe wird durch das Probeaufgabeorgan 7 eingebracht. Die Strömung des Eluiermittels transportiert die Probe linear in einer Richtung 45 (Fig. 4c),

d) Chromatographie in zwei Richtungen, Probeaufgabe unter Druck; das durch das Einleitungsorgan 6 eintretende Eluiermittel durchfeuchtet das Sorbens in zwei Richtungen. Die Proben gelangen durch die in zwei Reihen angeordneten so Probeaufgabeorgane 7 in die Sorbensschicht. Die Strömung des Eluiermittels transportiert die Proben linear in zwei Richtungen.

Die Front des Eluiermittels kann durch die durchsichtige Platte 5 hindurch visuell verfolgt werden. Die Bewegung der 55 eluierten Komponenten kann im Falle farbiger Verbindungen unmittelbar, im Falle farbloser Verbindungen mit Hilfe markierender Farbstoffe beobachtet werden.

Die Auswertung des Chromatogramms geschieht auf die für Schichtchromatogramme übliche Weise.

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4 Blatt Zeichnungen