CH681781A5

CH681781A5 -

Info

Publication number: CH681781A5
Application number: CH1680/89A
Authority: CH
Inventors: Andreas-Link Dr Plaas
Original assignee: Andreas Plaas Link Dr
Priority date: 1988-05-05
Filing date: 1989-05-03
Publication date: 1993-05-28
Also published as: DE3815296A1; US5069768A

Description

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CH 681 781 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Separieren von in Gasen, in Flüssigkeiten und/oder in oder an Partikeln befindlichen Substanzen.

Verfahren zur Reinigung, Trennung oder Anreicherung von chemischen Verbindungen sind weit verbreitet. Bei Makromolekülen, Proteinen, Zellorganellen oder Zellen wird die Elektrophorese verwendet. Die Elektrophorese wird in ihrer Anwendung dadurch begrenzt, dass eine Reihe von Ein-und Auslässen für die zu trennenden Substanzen und die Trägerflüssigkeit vorgesehen werden muss. Die Elektrophorese wird ausserdem quantitativ und qualitativ durch drei Faktoren begrenzt:

- Zur Vermeidung von konvektiven Strömungen, die das Trennergebnis verschlechtern, darf der Trennspalt 8 mm bis 1,2 cm nicht überschreiten. Bei Überschreitung dieser Trennspaltdicke ist eine Kühlung der Flüssigkeiten aufgrund der Aufheizung durch die elektrophoretische Trennspannung in der Praxis nicht mehr zu gewährleisten.

- Durch die geringe Dicke des Trennspaltes bei elektrophoretischen Anlagen kommt es zur Ausformung eines paraboloiden Strömungsprofils in der Flüssigkeit, die sich ebenfalls nachteilig auf das Trennergebnis auswirkt.

- Durch Dichteunterschiede in den zu trennenden Flüssigkeiten kommt es zu konvektiven Strömungen, die ebenfalls das Trennergebnis und die Trennschärfe nachteilig beeinflussen.

Bei den verschiedenen angewandten Verfahren der Elektrophorese ist es erforderlich, sehr genau die Strömungsgeschwindigkeiten der in dem Trennspalt fliessenden Pufferlösung, die Trennspannung sowie die Lokalisation der Einlass- und Auslassdüsen auszuprobieren und abzustimmen. Diese individuelle Anpassung an einzelne Trennaufgaben verhindert bislang die weite Verbreitung der Elektrophorese als leistungsfähiges Hilfsmittel z.B. in der Biotechnologie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die die oben genannten Nachteile vermeiden und mit denen eine hohe Durchsatzgeschwindigkeit und eine hohe Trennwirkung erreichbar sind.

Darüber hinaus sollen das Verfahren und die Vorrichtung einfach realisierbar sein.

Die Aufgabe wird verfahrensmässig durch die Ausbildung gemäss Kennzeichen des Anspruchs 1 und vorrichtungsmässig durch die Ausbildung gemäss Kennzeichen des Anspruchs 10 gelöst.

Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der Lösungen sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet. Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 2,13 und 14 ermöglichen eine weitere Steigerung der Trennwirkung.

Durch die Erfindung erfolgt ein Separieren der Substanzen über die unterschiedliche Löslichkeit der zu trennenden Stoffe in den beiden Phasen F1 und F2. Die zu separierenden Substanzen gehen nach dem Prinzip der Lösung in verschiedenen Phasen von der einen Phase in die andere Phase über,

vorwiegend beispielsweise von der Flüssigkeit F1 in die Flüssigkeit F2.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Separieren von Substanzen aus einer Flüssigkeit. Die Vorrichung umfasst eine Trennkammer T. In die Trennkammer mündet von einer Seite ein Eingang E1 für eine erste Flüssigkeit F1, die die zu separierenden Substanzen enthält. In die gegenüberliegende Seite der Trennkammer T mündet ein zweiter Eingang E2 für eine zweite Flüssigkeit F2, in die die zu separierenden Substanzen der Flüssigkeit F1 übergehen sollen. Über die beiden Eingänge werden die beiden Flüssigkeiten F1 und F2 eingeleitet, die innerhalb der Trennkammer T gegeneinander strömen. Dort wo die beiden Flüssigkeiten zusammentreffen, bildet sich eine Grenzschicht G aus. Beiderseits der Grenzschicht G sind in den Seitenwänden der Trennkammer T Ausgänge A1a und A1b für die erste Flüssigkeit F1 und Ausgänge A2a und A2b für die Flüssigkeit F2 vorgesehen.

Die Ausgänge können an die Eingänge zurückgeführt sein, wie dies strichpunktiert in der Zeichnung dargestellt ist.

Über die sich bildende Grenzschicht G gehen die Subtanzen der Flüssigkeit F1 in die Flüssigkeit F2 über. Die Abtrennung erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Löslichkeit der zu separierenden Substanzen in den beiden Flüssigkeiten F1 und F2.

Um die Separierwirkung noch zu erhöhen, können beiderseits der Grenzschicht G Gitterelektroden ET1 und ET2 vorgesehen werden, an die eine elektrische Trennspannung angelegt wird, die einen Transport von geladenen Teilchen über die Grenzschicht G in die Flüssigkeit F2 bewirkt.

Anstelle separater Gitterelektroden können auch die gegenüberliegenden Wände W1 und W2 oder Teile dieser Wände als Elektroden ausgebildet sein. An den Ausgängen A2a und A2b für die zweite Flüssigkeit F2 können Detektoren D angebracht sein, durch die der Übergang von Substanzen aus der Flüssigkeit F1 in die Flüssigkeit F2 ermittelt werden kann. Das Ausgangssignal dieser Detektoren kann auch dazu verwendet werden, die Spannung zwischen den Elektroden ET 1 und ET2 zu steuern.

Um den Separiervorgang welter beeinflussen zu können, können in die Flüssigkeit F1 und/oder die Flüssigkeit F2 die Oberflächenspannung erhöhende oder herabsetzende Stoffe eingegeben werden. Die Flüssigkeiten können auch organische Lösungsmittel enthalten. Ferner ist es möglich, die Flüssigkeiten F1 und F2 auf unterschiedliche Elektrolytkonzentrationen einzustellen, um so auch eine Separierung nach dem Verfahren der Feldsprung-Elektrophorese durchführen zu können.

Der PH-Wert der Flüssigkeit F1 oder F2 kann schliesslich so eingestellt werden, dass ein Teil der zu separierenden Substanzen keine Oberflächenladungen aufweisen und damit an ihrem isoelektrischen Punkt nicht transportiert werden.

Ausserdem können seitlich an der Trennkammer T weitere Ausgänge mit unterschiedlichem Abstand zur Grenzschicht G vorgesehen werden (gestrichelt eingezeichnet). Es ist auch möglich, seit5

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lieh für die die zu separierenden Substanzen enthaltende Flüssigkeit F1 kleine Einlässe E1a (gestrichelt eingezeichnet) vorzusehen, über die kleinere Mengen der Flüssigkeit F1 im Bereich der Grenzschicht einleitbar sind.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Separieren von in Gasen, in Flüssigkeiten und in oder an Partikeln befindlichen Substanzen, dadurch gekennzeichnet, dass gegen einen die zu separierenden Substanzen aufweisenden Gas-, Flüssigkeits- und/oder Partikelstrom (F1), der eine erste Phase darstellt, ein zweiter Gas-, Flüssigkeits- und/oder Partikelstrom (F2), der eine zweite Phase darstellt, unter einem Anströmwinkel bis 180° gerichtet wird, derart, dass die zu separierenden Substanzen über die sich zwischen den aufeinandertreffenden Strömen bzw. Phasen (F1 und F2) bildende Grenzschicht (G) in die zweite Phase (F2) übergehen, d.h. in das zweite Gas, die zweite Flüssigkeit und/oder in die zweiten Partikel übergehen oder sich an die zweiten Partikel anlagern.

2. Verfahren nach Anpsruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass quer zur Grenzschicht (G) eine elektrische Trennspannung angelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der die separierenden Substanzen enthaltenden Phase (F1) und/oder der zweiten Phase (F2) die Oberflächenspannung erhöhende oder erniedrigende Stoffe zugegeben werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase (F1) und/oder die zweite Phase (F2) organische Lösungsmittel enthalten.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Phasenströme (F1 und F2) im Kreisprinzip geführt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasen bzw. Flüssigkeilen (F1 und F2) auf unterschiedliche Elektrolyt-Konzentrationen eingestellt werden und eine Trennung nach dem Verfahren der Feldsprung-Elektrophorese durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der ersten oder zweiten Phase bzw. der ersten Flüssigkeit (F1) oder der zweiten Flüssigkeit (F2) so eingestellt wird, dass ein Teil der zu separierenden Substanzen keine Oberflächenladungen aufweisen und damit an ihrem isoelektrischen Punkt nicht transportiert werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren unter Schwerelosigkeit durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu separierende Substanzen enthaltende Phase (F1) im Bereich der Grenzschicht (G) seitlich eingeleitet wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine

Strömungskammer (T), die einen ersten Eingang (E1) für einen die zu separierenden Substanzen aufweisenden Gas, Flüssigkeits- und/oder Partikei-strom (F1), der eine erste Phase bildet, aufweist, ferner einen zweiten Eingang (E2), der dem ersten Eingang gegenüberliegt, für einen zweiten Gas-, Flüssigkeits- und/oder Partikelstrom (F2), der eine zweite Phase bildet, sowie für jede Phase (F1) und (F2) wenigstens einen seitlichen Ausgang (A1a, A1b, A2a, A2b), die beiderseits der sich zwischen den beiden Phasen (F1, F2) bildenden Grenzschicht (G) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgänge (A1a und A1b) des ersten Phasenstromes (F1) und/oder die Ausgänge (A2a und A2b) des zweiten Phasenstromes (F2) an die den Phasenströmen zugeordneten Eingänge (E1 und E2) zurückgeführt sind zur Erzeugung von Kreisströmen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausgängen (A2a und A2b) des zweiten Phasenstromes Detektoren zur Erkennung von in die zweite Phase übergegangenen Substanzen oder Partikeln angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis

12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der elektrischen Trennspannung quer zur Grenzschicht beiderseits der sich bildenden Grenzschicht beabstandete Gitterelektroden (ET1, ET2) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis

13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der elektrischen Trennspannung gegenüberliegende Wände der Strömungskammer oder Teile dieser Wände als Elektroden ausgebildet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis

14, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Ausgängen angeordneten Detektoren zur Steuerung der an den Elektroden angelegten Spannung vorgesehen sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis

15, dadurch gekennzeichnet, dass für den Phasenstrom (F1 ) und/oder den Phasenstrom (F2) mehrere seitliche Ausgänge mit unterschiedlichem Abstand zur Grenzschicht (G) vorgesehen sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis

16, dadurch gekennzeichnet, dass für den Phasenstrom (F1), der die zu separierenden Substanzen enthält, im Bereich der Grenzschicht ein oder mehrere seitliche Einlässe zum Einleiten zusätzlicher kleinerer Mengen der ersten Phase (F1) vorgesehen sind.

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