CH692008A5 - Automatisiertes Dünnschichtchromatographie-Verfahren und Einrichtung dafür. - Google Patents

Description

  



  Die Erfindung betrifft ein Dünnschichtchromatographie-Verfahren gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. 



  Verfahren der Dünnschichtchromatographie sind bereits seit etwa 600 Jahren bekannt. Sie werden sowohl als analytisches als auch als präparatives Verfahren in Laboratorien verschiedener Arbeitsrichtung eingesetzt. Da es sich um eine häufig angewendete Technik handelt, hat es nicht an Versuchen zur Automatisierung der Dünnschichtchromatographie gefehlt. 



  Bisher erfolgreich wurden einzelne Schritte, so das Auftragen der Probe auf die stationäre Phase (z.B. DESAGA TLC-Applicator AS 30) und die Auswertung des fertig entwickelten Dünnschichtchromatogramms (z.B. DESAGA Densitometer CD 60), automatisiert. Diese beiden Schritte liegen am Anfang und am Ende des dünnschichtchromatographischen Verfahrens und werden in getrennten Apparaten durchgeführt. Zwischen dem automatisierten Anfangs- und Schlussschritt waren bis jetzt zeitraubende manuelle Arbeiten und andere zusätzliche Apparaturen, wie automatische Entwicklungskammer und Tauchkammer, erforderlich.

   Diese Arbeiten betreffen die Bereitstellung der Einrichtung und des Lösungsmittels für die Entwicklung des Dünnschichtchromatogramms, Überführung der chromatographischen Platte von der Auftragseinrichtung zur Entwicklung, Entwicklung des Chromatogramms, Bereitstellung einer Trockeneinrichtung, Überführung der chromatographischen Platte zur Trockeneinrichtung, Trocknen der stationären Phase, das Sichtbarmachen der nachzuweisenden Substanzen durch gleichmässiges Aufbringen geeigneter Reagenzien und gegebenenfalls Auf bringen der für die pre- oder postchromatographischen Reaktion erforderlichen Reaktionswärme. 



  Die instrumentelle planarchromatographische Entwicklung ist regelmässig zusammengefasst und publiziert in Journal of Planar Chromatography Modern TLC und in verschiedenen Büchern, z.B. R. E. Kaiser (Editor) Planar Chromatography Volume 1, 1986 (Hüthig, Heidelberg). 



  Das Auftragen eines Antikörpers in Bandform mittels eines modifizierten piezoelektrischen Tintenstrahldruckers wird von S. Nilsson et al. in Anal. Chem.1995, 67, 3051-3056, beschrieben. Dabei wird die Tintenstrahlpatrone durch ein 1 ml Injektionsreservoir ersetzt. Die Antikörper werden in Linienform aufgedruckt. Dadurch wird nur der Antikörperaufdruck automatisiert, d.h. nur ein Automatisierungsgrad erreicht, wie er schon bei DESAGA-Applicator AS 30 vorliegt. Die nachfolgenden Schritte wie das Zerschneiden der Membrane und das Eintauchen in die Analysatlösung erfolgen nach üblichen Methoden manuell. Nach diesem Stand der Technik kann zudem die für die wirksame Automatisierung der Dünnschichtchromatographie erforderliche Feinheit des Flüssigkeitsstrahls durch Dosierung der Flüssigkeit mit einer Injektionsvorrichtung nicht erzielt werden. 



  Das manuelle Arbeiten bei der Durchführung der Dünnschichtchromatographie hat, abgesehen von Personal und Platzbedarf, den Nachteil, dass die Resultate nicht ausreichend reproduzierbar sind; dies gilt insbesondere für das gleichmässige Aufbringen von Proben und Reagenzien für die pre- und postchromatographische Reaktion. Hinzu kommt, dass solche Reagenzien sehr oft gesundheitsgefährdend sind und deshalb besondere Massnahmen zum Schutz des mit ihnen arbeitenden Laborpersonals getroffen werden müssen. 



  Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Automatisierung der Dünnschichtchromatographie vom Probenauftrag bis zur Sichtbarmachung der getrennten Substanzen und gegebenenfalls Konservierung des Resultates vorzuschlagen. Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils der Ansprüche 1, 6 und 10 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung bilden den Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 5 und 7 bis 9. 



  Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf der Erkenntnis, dass eine solche Automatisierung dann möglich ist, wenn innerhalb derselben Einrichtung das Problem des Aufbringens aller flüssigen Phasen sowie gewünschtenfalls der für das Trocknen bzw. für eine allfällige Reaktion erforderlichen Energie möglich ist. 



  Durch die Automatisierung wird die pro Arbeit aufzuwendende Arbeitszeit sowie der Platzbedarf im Laboratorium stark verringert und gleichzeitig die Reproduzierbarkeit der analytischen bzw. präparativen Resultate signifikant erhöht. 



  Durch das dem jeweiligen Bedarf entsprechende gesteuerte Aufbringen der einzelnen flüssigen Phasen auf die stationäre Phase, vorzugsweise in Kombination mit dem Aufbringen der benötigten Trocknungs- bzw. Reaktionsenergie in ebenfalls gesteuerter Weise, wird eine vollständige Automatisierung der Dünnschichtchromatographie vom Probenauftragen über das Entwickeln bis zum Sichtbarmachen erzielt. 



  Indem jede Flüssigkeit in sehr feinen Strahlen, im Allgemeinen mit einem Auflösungsgrad von mindestens 300 dpi, vorzugsweise grösser als 1400 dpi, aufgebracht wird, kann sowohl die Genauigkeit wie auch die Reproduzierbarkeit des Chromatographieverfahrens stark erhöht werden. Dadurch wird auch ermöglicht, dass praktisch jede Art von Auftragskonfiguration ausgeführt werden kann. Beispielsweise kann die Probe in Punkt-, Strich-, Band- oder Bogenform aufgetragen werden. Sowohl beim Auftragen des Lösungsmittels, das fachsprachlich auch als Laufmittel bezeichnet wird, als auch beim Auftragen von pre- und postchromatographischen Reagenzien kann praktisch jede beliebige Auftragskonfiguration erzielt werden. Das Muster des Auftragens kann vorteilhaft durch Darstellung auf einem Bildschirm bestimmt werden. 



  Durch das Auftragen der Probe in Bogenform, was bisher nicht möglich war, wird eine bedeutend grössere Genauigkeit bei der zirkularen bzw. antizirkularen Entwicklung erzielt. Bis jetzt wurde für die Zirkular- bzw. Antizirkularchromatographie die Probe im mittleren bzw. äusseren Bereich der Platte punktförmig entlang eines Kreises aufgetragen und dann radial bzw. antiradial nach aussen bzw. nach innen entwickelt. Durch das bogenförmige Auftragen der Probe wird die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Zirkular- bzw. Antizirkularchromatographie signifikant verbessert. 



  Mit dem erfindungsgemässen Dünnschichtchromatographie-Verfahren können nicht nur Arbeiten mit Chemikalien, sondern auch mit mikrobiologischen und molekularbiologischen Proben und Reagenzien durchgeführt werden. 



  Das erfindungsgemässe Verfahren hat den weiteren grossen Vorteil, dass die Einrichtung oder Apparatur zu seiner Durchführung aus bekannten, bereits im Handel befindlichen Bauteilen erstellt werden kann. 



  Als Einrichtung zum Auftragen der jeweiligen Flüssigkeit, d.h. von Proben, Lösungsmitteln und Reagenzien, kann die Druckeinrichtung und die Steuerung eines herkömmlichen Tintenstrahldruckers verwendet werden. Solche Einrichtungen arbeiten im Allgemeinen nach der Bubble-Drucktechnik oder nach der Piezo-Drucktechnik. Erfindungsgemäss wird die Bubble-Drucktechnik bevorzugt. Die jeweilig aufzutragende Flüssigkeit (Probe, Lösungsmittel und Reagens) kann in die gewünschtenfalls lösungsmittelbeständige Druckpatrone eingefüllt, die Druckpatrone in die Halterung eingesetzt und die Flüssigkeit gemäss dem jeweiligen Programm aufgetragen werden. Da die Flüssigkeiten vorgängig filtriert werden, braucht die Druckpatrone keine Filtereinlage.

   Für das Auftragen von Lösungsmittelgemischen für die Entwicklung kann die Steuerung und Druckeinrichtung eines entsprechenden Farbdruckers eingesetzt werden. 



  Für das Auftragen der für die Trocknung und für eine Reaktion erforderlichen Energie mittels Laserstrahl kann eine Faseroptik, d.h. optisch leitende Glasfaser, mit der Halterung der Druckpatrone gekoppelt werden. Dadurch kann der Bewegungsablauf der Faseroptik mit derselben Steuerung wie das Aufbringen der Flüssigkeiten gesteuert werden. 



  Die Auflage für den Träger, z.B. Folie oder Glasplatte, auf dem sich die stationäre Phase befindet, ist mit einem bekannten Vorschub ausgerüstet. Die Geschwindigkeit des Vorschubes ist vorzugsweise variierbar, entweder mechanisch z.B. mit einer Kupplung oder elektronisch mittels Software. Durch Steuerung der Auftragsgeschwindigkeit und des Vorschubes können die verschiedensten Wirkungen erzielt werden, beispielsweise können die Eigenschaften der stationären Phase örtlich verändert werden, die Menge des Auftrages pro Flächeneinheit kann variiert werden, eine Gradientenwirkung kann erzielt werden etc. 



  Beim erfindungsgemässen Verfahren, das mit einer bekannten Druckeinrichtung arbeitet, braucht jeweils nur die Druckpatrone ausgewechselt zu werden, alle anderen Schritte sind automatisiert. Dadurch wird auch die Verwendung von mehreren Flüssigkeiten, z.B. mehreren Lösungsmitteln, für die Entwicklung oder mehreren Reagenzien für die pre- oder postchromatographische Reaktion vereinfacht. Ausserdem ermöglicht die Verwendung von herkömmlichen Tintenstrahldruckern eine grosse Auflösung der Druckstrahlen, was die Reproduzierbarkeit und die Genauigkeit des chromatographischen Verfahrens stark erhöht. 



  Die Erfindung wird anhand der Figuren weiter veranschaulicht. Es zeigen: 
 
   Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Chromatographieeinrichtung in perspektivischer Darstellung; 
   Fig. 2 ein Beispiel einer Chromatographieeinheit in Draufsicht; 
   Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2; 
   Fig. 4 bis 9 schematisch sechs Beispiele von verschiedenen Probenauftrag-Konfigurationen; 
   Fig. 10 bis 12 drei verschiedene Beispiele für das Auftragen unterschiedlicher Mengen/Flächeneinheit bzw. unterschiedlicher Substanzen auf unterschiedliche Stellen des Trägers. 
 



  Gemäss Fig. 1 weist eine Chromatographieeinrichtung 1 ein Gehäuse 2 auf, das mit einer aufklappbaren Frontabdeckung 3 versehen ist. Eine elektronische Steuerung der Chromatographieeinrichtung 1 ist im Gehäuseteil 4 untergebracht. Zum Zuführen einer (nicht dargestellten) auf einem Träger angeordneten stationären Phase ist eine Zufuhrplatte 7 vorhanden. Zur Ausgabe des Trägers ist eine Ausgabeplatte 8 vorgesehen. Sowohl die Zufuhrplatte 7 als auch die Ausgabeplatte 8 sind horizontal angeordnet und mit seitlichen Führungsflächen 9 ausgestattet. Zum Tragen und Transportieren des Trägers, der in mit Pfeil S bezeichneter, horizontaler Längsrichtung durch die Chromatographieeinrichtung 1 gesteuert bewegt wird, sind mehrere, z.B. drei Vorschubwalzen 10 auf einer horizontalen Welle 11 angeordnet, die über ein Übersetzungsgetriebe 12 antreibbar ist.

   Durch Umschalten des Übersetzungsgetriebes 12 können verschiedene Vorschubgeschwindigkeiten für den Träger gewählt werden. Es wäre allerdings auch möglich, die Vorschubgeschwindigkeit rein elektronisch zu steuern. Eine Fotozelle 13 signalisiert das Vorhandensein bzw. den Durchgang eines Trägers in der bzw. durch die Chromatographieeinrichtung 1. 



  Als Auflage für den in Längsrichtung S gesteuert bewegten Träger könnten an Stelle von Vorschubwalzen 10 auch andere Mittel, z.B. ein Laufband oder ein Schlitten, eingesetzt werden. 



  Die Chromatographieeinrichtung 1 weist ferner einen auf einer horizontalen, zur Welle 11 parallelen Führung 15, quer zur Längsrichtung S gesteuert verschiebbaren Transportschlitten 16 auf, an dem eine Auftragseinrichtung 17 angeordnet ist. Die Auftragseinrichtung 17 umfasst zwei Sprühköpfe, vorzugsweise Druckknöpfe, in Form von Flüssig keitsbehältern 18, 19, die jeweils mit einer Anzahl von nach unten gerichteten Düsen versehen sind. Während der eine Flüssigkeitsbehälter 18 zum Aufbringen von Proben auf die stationäre Phase auf den Träger vorgesehen ist, werden über den anderen Flüssigkeitsbehälter 19 Lösungsmittel bzw. Reagenzien aufgebracht. Vorzugsweise arbeiten die Düsen nach dem Bubble-Jet-Verfahren. 



  Auf dem Transportschlitten 16 ist ferner ein Trocknungskopf 20 (Faseroptik) angeordnet, der zum Aufbringen der für die Trocknung und/oder Reaktionen erforderlichen Energie auf die stationäre Phase auf dem Träger vorgesehen ist. Dieses Aufbringen kann vorzugsweise in Form von Laserstrahlung erfolgen. 



  Die elektronische Steuerung der mit den Flüssigkeitsbehältern 18, 19 und dem Trocknungskopf 20 bewerkstelligten Vorgänge erfolgt über ein Filmbandkabel 21, wobei auch die Verschiebung des Transportschlittens 16 über das Filmbandkabel 21 gesteuert wird. 



  Somit werden die Proben, die Lösungsmittel und/oder Reagenzien mit vorbestimmter Geschwindigkeit und in vorbestimmter Menge an vorbestimmten Orten auf die stationäre Phase auf dem Träger aufgebracht. 



  Die Flüssigkeitsbehälter 18, 19 und der Trocknungskopf 20 sind auf dem Transportschlitten 16 austauschbar angeordnet. Dies ermöglicht in einfacher Weise die Verwendung von mehreren Flüssigkeiten, z.B. mehreren Lösungsmitteln, für die Entwicklung oder mehreren Reagenzien für die pre- oder postchromatographische Reaktion. 



  In Fig. 2 und 3 ist eine Chromatographieeinheit dargestellt und mit 25 bezeichnet. Auf einem Träger 26, in Form einer quadratischen Glasplatte, ist eine stationäre Phase 27 aufgebracht. Auf dem Träger 26 ist dem ganzen Umfang entlang ein Dichtungsrand 28 angeordnet, der die stationäre Phase 27 umschliesst. Auf dem Dichtungsrand 28 liegt eine weitere Glasplatte als eine Deckplatte 29 dichtend auf. Zwischen dieser Deckplatte 29 und der stationären Phase 27 ist ein Zwischenraum vorhanden, d.h. der Träger 26, die Deckplatte 29 und der Dichtungsrand 28 begrenzen eine Chromatographiekammer 30. Der Abstand der Deckplatte 29 zur stationären Phase 27 beträgt beispielsweise 3 mm. Das kleine Volumen der Chromatographiekammer erlaubt eine schnelle Sättigung mit geringen Mengen des Lösungsmittels.

   In die Chromatographiekammer 30 mündet von oben eine schlitzförmige Auftragsöffnung 31 für Probe und Lösungsmittel, die im so genannten Startbereich der Chromatographieeinheit 25, gegebenenfalls parallel entlang einer Seite der Chromatographieeinheit 25, angeordnet ist. 



  Die Chromatographieeinheit gemäss Fig. 2 und 3 eignet sich speziell für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, insbesondere zusammen mit der Chromatographieeinrichtung gemäss der Erfindung. Die Probe wird durch die schlitzförmige Auftragsöffnung 31 aufgetragen. Danach wird die erforderliche Menge des Lösungsmittels, d.h. des Laufmittels, ebenfalls an dieser Stelle aufgetragen. Der Vorgang wird dann unterbrochen, bis die Trennung erfolgt ist. Danach wird die Deckplatte 29 entfernt und die stationäre Phase 27 getrocknet. Gewünschtenfalls kann nachfolgend ein Reagenz zum Sichtbarmachen auf die stationäre Phase 27 aufgebracht werden. 



  Die dargestellte Chromatographieeinheit 25 ist für einen linien- bzw. bandförmigen Probenauftrag und dessen Entwicklung, mit einem Startbereich zu einer Seite der Chromatographieeinheit, vorgesehen. Je nach Bedarf kann jedoch der Startbereich anders platziert sein, oder die Chromatographieeinheit kann mehrere Auftragsöffnungen aufweisen, die entweder in einer Linie, einem Kreis oder in anderen Formationen angeordnet sein können und die auch verschiedene Grundrissformen aufweisen können. 



  Fig. 4 bis 9 zeigen schematisch einige Beispiele derartiger Probenauftrag-Konfigurationen. In allen diesen Figuren deuten Pfeile die Entwicklungsrichtungen an. 



  Gemäss Fig. 4 wird die Probe in Punkt- und Strichpunktform entlang einer Seite des Trägers aufgetragen und in einer Richtung entwickelt. 



  Gemäss Fig. 5 wird die Probe in Punkt- und Strichpunktform in zwei im mittleren Bereich des Trägers angeordneten Reihen aufgetragen und in zwei voneinander gerichteten Richtungen entwickelt. 



  Fig. 6 und 7 zeigen den anhand von Fig. 2 und 3 bereits erwähnten linien- bzw. bandförmigen Probenauftrag für einen analytischen (Fig. 6) bzw. präparativen (Fig. 7) Zweck, d.h. in zwei verschiedenen Mengen entlang einer Seite des Trägers. 



  Fig. 8 zeigt ein Beispiel einer zirkularen Entwicklung von entlang eines Kreises punktförmig aufgetragenen Probe. 



  Fig. 9 zeigt ein Beispiel einer antizirkularen Entwicklung von entlang eines Kreises bogenförmig aufgetragenen Probe. 



  Auch das Aufbringen von Lösungsmitteln und/oder Reagenzien kann in verschiedener Form erfolgen. 



  Gemäss Fig. 10 wird die aufzutragende Flüssigkeit (Reagenz) über die gesamte Fläche der stationären Phase gleichmässig aufgebracht. 



  Fig. 11 zeigt als Beispiel den Auftrag von drei verschiedenen Flüssigkeiten (oder einer Flüssigkeit in drei verschiedenen Mengen/Flächeneinheit) in Entwicklungsrichtung hintereinander angeordnet. 



  Fig. 12 zeigt als Beispiel den Auftrag von drei verschiedenen Flüssigkeiten (oder einer Flüssigkeit in drei verschiedenen Mengen/Flächeneinheit) in Entwicklungsrichtung nebeneinander angeordnet. 



  Die Darstellung in Fig. 10 bis 12 gelten sowohl für Entwicklung als auch für Detektion.

Claims (10)

1. Dünnschichtchromatographie-Verfahren für analytisches oder präparatives Arbeiten durch Aufbringen von flüssigen Proben, Lösungsmitteln und/oder Reagenzien in flüssiger oder gelöster Form auf eine auf einem Träger befindliche stationäre Phase, dadurch gekennzeichnet, dass man die Proben, Lösungsmittel und/oder Reagenzien mittels einem entlang einer ersten, zum Träger parallelen Achse bewegten Flüssigkeitsstrahl gesteuert in vorbestimmter Menge an vorbestimmten Orten auf die stationäre Phase aufbringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Proben, das Lösungsmittel und/oder die Reagenzien auf verschiedenen Stellen der stationären Phase in unterschiedlicher Menge aufbringt.

3.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man Energie zum Verdampfen des Lösungsmittels oder zum Herbeiführen einer Reaktion mittels auf die stationäre Phase gerichteten und entlang der ersten, zum Träger parallelen Achse gesteuert bewegten Laserstrahls aufbringt.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man während des Aufbringens der Proben, des Lösungsmittels, der Reagenzien und/oder der Energie den Träger horizontal in Richtung einer zweiten, zur ersten rechtwinkligen Achse gesteuert bewegt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere der nachfolgenden Schritte beinhaltet: Aufbringen der Probe, Imprägnieren des Trägers, Entwickeln, Sichtbarmachen, Trocknen und Konservieren.

6.

Chromatographieeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in Längsrichtung (S) gesteuert horizontal bewegbare Auflage für einen Träger (26) für die stationäre Phase (27), eine über die Auflage angeordnete und in Querrichtung gesteuert verfahrbare Auftragseinrichtung (17) zum automatischen Aufbringen von Probe, Lösungsmittel und pre- und postchromatographischen Reagenzien für die Dünnschichtchromatographie, wobei die Auftragseinrichtung (17) mindestens einen Flüssigkeitsbehälter (18, 19) besitzt, der an seinem der Auflage zugewandten Ende in eine Anzahl von einzeln gesteuerten Düsen mündet, die zum Erzeugen je eines dosierten Flüssigkeitsstrahls bestimmt sind.

7.

Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsbehälter (18, 19) als Druckkopf ausgebildet ist und in einer gesteuert in Querrichtung verfahrbaren Halterung (16) austauschbar angeordnet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine über die Auflage angeordnete, auf die Auflage gerichtete in Querrichtung gesteuert verfahrbare Faseroptik (20) zur Aufbringung von Trocknungs- und/oder Reaktionsenergie in Form von Laserstrahlung auf die stationäre Phase besitzt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Faseroptik (20) an einer Halterung (16) für den Flüssigkeitsbehälter angeordnet ist.

10.

Chromatographieeinheit zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer auf einem flächigen Träger (26) angeordneten stationären Phase (27), dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Träger (26) an seinen Randbereichen, die von der stationären Phase (27) frei sind, einen Dichtungsrand (28) aufweist, auf den eine Deckplatte (29) in Abstand zur stationären Phase (27) dichtend aufliegt, wodurch Träger (26), Dichtungsrand (28) und Deckplatte (29) eine Chromatographiekammer (30) begrenzen, in deren Startbereich eine Auftragsöffnung (31) für Probe und Lösungsmittel angeordnet ist, die als Ausnehmung in der Deckplatte (29) ausgebildet ist.