DE102006022953B3

DE102006022953B3 - Verfahren zur Kopplung eines Gaschromatographen mit einem NMR-Spektrometer und zugehörige Apparatur

Info

Publication number: DE102006022953B3
Application number: DE102006022953A
Authority: DE
Inventors: Martin Hofmann
Original assignee: Bruker Biospin GmbH
Current assignee: Bruker Biospin GmbH
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2026-05-18
Also published as: US20070266768A1; GB2438314B; US7661295B2; GB0709520D0; GB2438314A

Abstract

Ein Verfahren zur Kopplung eines Gaschromatographen (21) mit einem NMR-Spektrometer, wobei das am Ausgang einer Trennsäule (23) des Gaschromatographen (21) anfallende Trägergas mitsamt einer im Trägergas enthaltenen Probe über eine beheizte Transferleitung (1) einer Sammelvorrichtung (2) für die im Trägergas enthaltene Probe zugeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass das die Probe enthaltende Trägergas in der Sammelvorrichtung (2) in eine Auffangflüssigkeit (8) eingeleitet wird, und dass die Probe in der Auffangflüssigkeit (8) aufgefangen wird, wobei die Auffangflüssigkeit (8) als ein NMR-Lösungsmittel für die Probe geeignet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Kopplungsverfahren ist der Probenverlust verringert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kopplung eines Gaschromatographen mit einem NMR-Spektrometer, wobei das am Ausgang einer Trennsäule des Gaschromatographen anfallende Trägergas mitsamt einer im Trägergas enthaltenen Probe über eine beheizte Transferleitung einer Sammelvorrichtung für die im Trägergas enthaltene Probe zugeführt wird.
Ein solches Verfahren wird beispielsweise angewandt mit dem „Präparativen Fraktioniersammler PFC" der Firma Gerstel GmbH & Co. KG, Mühlheim an der Ruhr, vgl. dessen Bedienungsanweisung, Ausgabe Dezember 1999.
Weiterhin ist aus der DE 600 01 177 T2 ein LC-NMR-System bekannt geworden, mit dem ein Chromatograph an ein NMR-Spektrometer gekoppelt ist.
Die Kernspinresonanz(NMR)-Spektroskopie ist ein wichtiges Verfahren zur Analyse von chemischen Substanzen. Dabei wird das Verhalten von Kernspins der zu vermessenden Substanz bei Anregung in einem starken Magnetfeld vermessen.
Oftmals stellen zu untersuchende Messproben eine Mischung verschiedenster chemischer Substanzen dar. Werden alle Mischungsbestandteile gleichzeitig vermessen, so überlagern sich die Resonanzlinien der Substanzen, was die Bestimmung der einzelnen chemischen Substanzen erschwert.
Zur Vereinfachung der Bestimmung der einzelnen chemischen Substanzen ist es bekannt, die zu untersuchende Messprobe vor der NMR-Messung aufzutrennen. Eines dieser Auftrennverfahren ist die Gaschromatographie (GC). GC wird insbesondere zur Auftrennung von Messproben angewandt, die unpolare Substanzen enthalten. Die Messprobe wird in eine Trennsäule eingebracht, die von einem Trägergas (etwa Stickstoffgas) durchströmt wird. Dann wird die Trennsäule langsam erwärmt, und nach und nach gehen einzelne Substanzen der Messprobe in die Gasphase über und werden vom Trägergas abtransportiert. Die im Trägergas enthaltene Substanz (oder die enthaltenen Substanzen) wird im folgenden als Probe bezeichnet. Die Probe wird im Stand der Technik zunächst aufgefangen und anschließend in einem Lösungsmittel gelöst und im NMR-Spektrometer vermessen.
In der PFC-Apparatur der Firma Gerstel ist an die Trennsäule eine beheizte Transferleitung angeschlossen, die über ein Verteilerventil zu sechs Sammelröhrchen führt. Die Sammelröhrchen sind als offene U-Rohre ausgebildet, die in ihrem unteren Bereich gekühlt werden. In diesem unteren Bereich kondensiert die Probe aus. Nachdem genügend Substanz kondensiert ist (was in der Regel mehrere Beschickungen der Trennsäule und Heizzyklen erfordert), wird die Probe manuell mit einem Lösungsmittel aus dem Sammelröhrchen ausgewaschen, aufkonzentriert und in ein NMR-Probenröhrchen überführt. Anschließend kann die Probe vermessen werden.
Bei diesem bekannten Verfahren geht relativ viel Probe zwischen Trennsäule und NMR-Spektrometer verloren. Ein erster Verlust kann durch das offene Sammelröhrchen eintreten. Die Probe kondensiert insbesondere bei kurzen Sammelröhrchen nicht vollständig an der Wand des Sammelröhrchens, sondern tritt teilweise durch das offene Ende aus. Weiterhin geht beim Auswaschen der Probe aus dem Sammelröhrchen und beim Umfüllen in ein NMR-Probenröhrchen Probe verloren. Falls nur wenig Messprobe zur Verfügung steht, also ein Probenverlust nicht durch Akkumulation über mehrere GC-Durchläufe ausgeglichen werden kann, wird durch die Probenverluste das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der NMR-Messung verschlechtert oder gar eine NMR-Messung unmöglich.
Da das Verteilerventil ebenso wie die Transferleitung beheizt werden muss, um ein Kondensieren der Probe vor Erreichen des Sammelröhrchens oder gar ein Zusetzen der Leitung zu verhindern, ist auch die Zahl der Sammelröhrchen grundsätzlich begrenzt, im System „PFC" auf sechs Sammelröhrchen.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Kopplung eines Gaschromatographen mit einem NMR-Spektrometer bereitzustellen, bei dem der Probenverlust verringert ist. Ein solches Verfahren soll es auch grundsätzlich ermöglichen, die Anzahl der möglichen Sammelstellen wesentlich zu erhöhen und manuelle Interaktionen zu reduzieren.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs vorgestellten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das die Probe enthaltende Trägergas in der Sammelvorrichtung in eine Auffangflüssigkeit eingeleitet wird, und dass die Probe in der Auffangflüssigkeit aufgefangen wird, wobei die Auffangflüssigkeit als ein NMR-Lösungsmittel für die Probe geeignet ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die gasförmige Probe unmittelbar nach Verlassen der beheizten Transferleitung in direkten Kontakt mit der Auffangflüssigkeit gebracht. Dabei wird eine typische Probe praktisch vollständig in der Flüssigkeit gebunden. Die Probe kann dabei insbesondere in der Auffangflüssigkeit gelöst werden (was bevorzugt ist), oder die Probe kann in der Auffangflüssigkeit ausgefällt werden. Während des Befüllens der Sammelvorrichtung mit der Probe geht keine nennenswerte Menge an Probe verloren.
Die Auffangflüssigkeit ist so ausgewählt, dass sie als NMR-Lösungsmittel für die Probe dienen kann. Insbesondere besteht eine hinreichend geringe Überlappung zwischen den Resonanzlinien des NMR-Lösungsmittels und den Resonanzlinien der chemischen Substanz(en) bzw. erwarteten chemischen Substanz(en) in der Probe. Die in der Auffangflüssigkeit gebundene Probe kann leicht gehandhabt und verlustfrei überführt werden. Insbesondere kann die in der Auffangflüssigkeit enthaltene Probe unmittelbar einem NMR-Spektrometer zugeführt und vermessen werden, falls gewünscht auch nach Zugabe weiterer Lösungsmittel oder NMR-Standards. Erfindungsgemäß ist ein Auswaschen einer Probe aus einem Sammelröhrchen nicht mehr notwendig, wodurch ein größerer Anteil der Probe für die NMR-Messung nutzbar ist.
Durch die Erfindung werden die beiden Hauptursachen für Verlust an Probe bei der Kopplung zwischen GC und NMR-Spektrometer aus dem Stand der Technik (nämlich geringe Kondensationsausbeute und Auswaschverluste) beseitigt.
Die Einleitung des Trägergases mitsamt der Probe kann problemlos in wechselnden Sammelvorrichtungen erfolgen, da die Auffangflüssigkeit in jeder Sammelvorrichtung eine Dichtwirkung gegenüber der im Trägergas enthaltenen Probe entfaltet. Aufgrund des einfachen Wechsels können grundsätzlich beliebig viele Sammelvorrichtungen eingesetzt werden, wobei der Wechsel auch ohne weiteres automatisiert erfolgen kann.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Bevorzugt ist eine Variante des erfindungemäßen Verfahrens, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die beheizte Transferleitung mit einem Endabschnitt in die Auffangflüssigkeit eintaucht, und dass die Temperatur T_end des eingetauchten Endabschnitts der beheizten Transferleitung unterhalb der Siedetemperatur T_S der Auffangflüssigkeit gehalten wird. Durch das Eintauschen des Endabschnitts ist sichergestellt, dass alle Probe, die die Transferleitung verlässt, auch in die Auffangflüssigkeit gelangt. Weiterhin wird ein Verlust an Auffangflüssigkeit durch Verdampfen vermieden. Um eine Abkühlung der Transferleitung am eingetauschten Endabschnitt zu begrenzen oder zu vermeiden, kann die Auffangflüssigkeit erwärmt werden, bevorzugt auf die Temperatur der Transferleitung (sofern dies der Siedepunkt der Auffangflüssigkeit zulässt).
Eine andere bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass die beheizte Transferleitung an jeder Stelle auf einer Temperatur T_leit größer oder gleich der aktuellen Trenntemperatur T_trenn des Gaschromatographen gehalten wird. Dadurch wird eine Verstopfung der Transferleitung durch Abscheidung (Kondensieren) von Probe in der Transferleitung verhindert. Im einfachsten Fall wird die Transferleitung auf einer konstanten Temperatur gehalten, die gleich oder größer der maximalen Trenntemperatur des Gaschromatographen ist.
Besonderes bevorzugt ist eine Verfahrensvariante, bei der als Sammelvorrichtung ein NMR-Probenröhrchen eingesetzt wird. Dadurch entfällt jegliches Umfüllen vor der NMR-Messung, wodurch eine maximale Probenmenge bei der NMR-Messung zur Verfügung steht.
Vorteilhaft ist auch eine Verfahrensvariante, bei der als Auffangflüssigkeit Dimethylsulfoxyd (DMSO) eingesetzt wird. DMSO hat einen hohen Siedepunkt (ca. 189°C bei Normaldruck) und ist daher auch bei hohen Trenntemperaturen bzw. hohen Temperaturen des Endabschnitts der Transferleitung noch einsetzbar.
Vorteilhaft ist weiterhin eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die vorsieht, dass die Sammelvorrichtung während der Einleitung des die Probe enthaltenden Trägergases nur teilweise mit Auffangflüssigkeit gefüllt ist, und dass nach der Einleitung des die Probe enthaltenden Trägergases die Sammelvorrichtung mit einer Zusatzflüssigkeit aufgefüllt wird, wobei die Zusatzflüssigkeit als NMR-Lösungsmittel für die Probe geeignet ist. Durch die Zusatzflüssigkeit kann beispielsweise ein Niederschlag der Probe in der Auffangflüssigkeit aufgelöst werden. Die Zusatzflüssigkeit kann einen beliebigen, insbesondere relativ niedrigen Siedepunkt haben kann verglichen mit der Auffangflüssigkeit.
Bei einer anderen bevorzugten Verfahrensvariante wird die in der Auffangflüssigkeit und gegebenenfalls der Zusatzflüssigkeit gelöste Probe über eine Zuleitungskapillare einem NMR-Durchflusskopf eines NMR-Spektrometers zur Durchführung einer NMR-Messung zugeführt.
Durch den gut automatisierbaren, direkten Transfer der gelösten Probe von der Sammelvorrichtung zum Messkopf geht kaum Probenmaterial verloren.
Besonders bevorzugt ist eine Verfahrensvariante, bei der mehrere Sammelvorrichtungen vorgesehen sind, in denen zeitlich nacheinander Proben in einer Auffangflüssigkeit aufgefangen werden. In den Sammelvorrichtungen können einzelne Fraktionen der Messprobe getrennt gespeichert und nötigenfalls angereichert werden. Die Fraktionierung erleichtert die Identifikation einzelner chemischer Substanzen. Die Zahl der einsetzbaren Sammelvorrichtungen ist im Rahmen der Erfindung praktisch unbegrenzt.
Eine bevorzugte Weiterbildung dieser Verfahrensvariante sieht vor, dass die Sammelvorrichtungen auf einem Trägergestell in Form einer Probenbibliothek angeordnet sind und mittels eines Roboterarms angefahren werden. Der Roboterarm dient insbesondere zum Umsetzen der beheizten Transferleitung von einer Sammelvorrichtung zu einer anderen Sammelvorrichtung. Der Roboterarm und die Probenbibliothek erleichtern die Automatisierung der NMR-Analyse (Autosampler-Funktion).
Bei einer weiteren Entwicklung dieser Weiterbildung wird das Anfahren der Sammelvorrichtungen mittels eines Sensors (GC-Detektor) am Ausgang der Trennsäule des Gaschromatographen gesteuert. Der Sensor registriert, ob bei der gegenwärtigen Trenntemperatur gerade eine Probe im Trägergas enthalten ist oder nur Trägergas aus der Trennsäule entweicht. Solange nur Trägergas aus der Trennsäule entweicht, kann die Transferleitung außerhalb von Sammelvorrichtungen gehalten werden. Sobald der Sensor eine Probe feststellt, wird ein Auffangen der Probe veranlasst. Dadurch werden nur so viele Sammelvorrichtungen benötigt wie Probenfraktionen registriert werden. Alternativ können auch Sammelvorrichtungen starr bestimmten Trenntemperaturen oder Trenntemperaturintervallen zugeordnet sein.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass dem Gaschromatographen mehrfach zu vermessende Substanz zugeführt wird und die zu vermessende Substanz mit dem Gaschromatographen aufgetrennt wird, und dass in der Auffangflüssigkeit einer Sammelvorrichtung die Probe über mehrere Auftrennzyklen des Gaschromatographen aufkonzentriert wird. Dadurch kann das Signal-zu-Rausch-Verhältnis bei der anschließenden Vermessung der aufkonzentrierten Proben im NMR-Spektrometer verbessert werden.
In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch eine Apparatur zur Kopplung eines Gaschromatographen mit einem NMR-Spektrometer, umfassend einen Gaschromatographen mit einer Trennsäule, deren Ausgang über eine beheizbare Transferleitung mit einer Sammelvorrichtung für eine im Trägergas enthaltene Probe verbunden ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Sammelvorrichtung eine Auffangflüssigkeit enthält, wobei die Auffangflüssigkeit zum Auffangen der Probe und als NMR-Lösungsmittel für die Probe geeignet ist, und dass die beheizbare Transferleitung innerhalb der Auffangflüssigkeit mündet. In der Auffangflüssigkeit kann die Probe praktisch vollständig aufgefangen werden und steht in großer Menge für eine NMR-Untersuchung zur Verfügung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungemäßen Apparatur ist die Sammelvorrichtung als NMR-Probenröhrchen ausgebildet. Das NMR-Probenröhrchen kann direkt in einem NMR-Spektrometer eingesetzt werden, und ein Umfüllen der in der Auffangflüssigkeit aufgefangenen Probe ist nicht notwendig.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Auffangflüssigkeit DMSO. Dimethylsulfoxid weist einen hohen Siedepunkt auf (im Vergleich zu anderen NMR-Lösungsmitteln) und kann daher auch gut bei hohen Temperaturen eines eingetauchten Endabschnitts der Transferleitung eingesetzt werden.
Bevorzugt ist weiterhin eine Ausführungsform, die vorsieht, dass mehrere Sammelvorrichtungen vorgesehen sind, die auf einem Trägergestell angeordnet sind, und dass ein Roboterarm vorgesehen ist, mit dem die Sammelvorrichtungen angefahren werden können. Mit dem Roboterarm und dem Trägegestell (insbesondere als Teil einer Probenbibliothek) kann eine Automatisierung der Befüllung der Sammelvorrichtungen eingerichtet werden. Der Roboterarm kann insbesondere zum Umsetzen der beheizbaren Transferleitung eingesetzt werden.
Eine bevorzugte Weiterbildung dieser Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeitstransfernadel vorgesehen ist, die mittels des Roboterarms verfahrbar ist, und dass mindestens ein Flüssigkeitsbehälter zur Beschickung der Flüssigkeitstransfernadel vorgesehen ist. Mit dieser Weiterbildung können die Sammelvorrichtungen auch automatisch mit einer Flüssigkeit beschickt werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung dessen ist vorgesehen, dass ein Flüssigkeitsbehälter für die Auffangflüssigkeit und/oder ein Flüssigkeitsbehälter für eine Zusatzflüssigkeit, wobei die Zusatzflüssigkeit als NMR-Lösungsmittel für die Probe geeignet ist, und/oder ein Flüssigkeitsbehälter für einen NMR-Standard vorgesehen ist. Die Auffangflüssigkeit kann mit dem Roboterarm in den Sammelvorrichtungen einfach vorgelegt werden, bzw. die Zusatzflüssigkeit mit dem Roboterarm in den Sammelvorrichtungen aufgefüllt werden, bzw. der NMR-Standard kann in den Sammelvorrichtungen zugegeben werden. Damit kann praktisch die gesamte NMR-Präparation mit der erfindungsgemäßen Apparatur erfolgen.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer beheizten Transferleitung mit Mündung in einer Auffangflüssigkeit in einer Sammelvorrichtung gemäß der Erfindung;
2a eine schematische Aufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Apparatur;
2b eine schematische Seitenansicht auf die Apparatur von 2a in einer Position eines Roboterarms zum Befüllen eines NMR-Röhrchens;
3a eine schematische Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Apparatur mit einer Zuleitungskapillare zu einem NMR-Durchflusskopf;
3b eine schematische Seitenansicht auf die Apparatur von 3a in einer Position eines Roboterarms zum Befüllen eines Injektionsanschlusses.
Die 1 zeigt schematisch eine beheizte Transferleitung 1 und eine Sammelvorrichtung 2 für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und als Teil einer erfindungsgemäßen Apparatur.
Die beheizte Transferleitung 1 ist zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material, etwa Edelstahl oder Kupfer, gefertigt. Das elektrisch leitfähige Material umhüllt dabei beispielsweise eine innere Kapillare aus Quarzglas, welches gegenüber Lösungsmitteln und Substanzen in einer Probe chemisch inert ist. Das elektrisch leitfähige Material kann mithilfe von elektrischen Zuleitungen 3 und elektrischen Kontakten 4 einem elektrischen Strom ausgesetzt werden, der die Transferleitung 1 durch Ohmsche Heizleistung beheizt. Der elektrische Strom wird dabei von einer Kontrolleinrichtung 5 zur Verfügung gestellt und gesteuert. An die Kontrolleinrichtung 5 ist ein Temperatursensor 6 angeschlossen, mit dem die momentane Temperatur T_leit der Transferleitung 1 überwacht werden kann. Der Temperatursensor 6 ist in der Nähe eines unteren Endabschnitts 7 der elektrischen Transferleitung 1 angeordnet, da erfahrungsgemäß in der Nähe des Endabschnitts 7 die Transferleitung 1 am kältesten ist und dort am ehesten eine Verstopfung der Transferleitung infolge von in der Transferleitung 1 kondensierter Probe droht. Mithilfe der gemessenen T_leit und dem Vergleich mit einer Solltemperatur der Transferleitung 1 wird der elektrische Heizstrom in der Transferleitung 1 bestimmt, etwa mittels eines PID-Regelprogramms.
Der Endabschnitt 7 der Transferleitung 1 ist in eine Auffangflüssigkeit 8 eingetaucht, die die Sammelvorrichtung 2 etwa zur Hälfte füllt. Strömt nun Trägergas und eine im Trägergas enthaltene Probe aus der Mündung des Endabschnitts 7 der Transferleitung 1 aus, so kommt die Probe in Kontakt mit der Auffangflüssigkeit 8 und wird in dieser gebunden, beispielsweise ausgefällt. Während des Strömens reichert sich somit Probe in der Auffangflüssigkeit 8 an. Nach Abschluss der Probenanreicherung kann die Sammelvorrichtung mit einer Zusatzflüssigkeit aufgefüllt werden, beispielsweise um eine ausgefällte Probe vor einer NMR-Messung in Lösung zu bringen.
Die Eintauchtiefe der Mündung der Transferleitung 1 in der Auffangflüssigkeit 8 wird bevorzugt gering (beispielsweise 1–2 mm) gewählt, um eine etwaige Kühlung des Endabschnitts 7 durch die Auffangflüssigkeit 8 gering zu halten. Eine zu starke Kühlung könnte eine Verstopfung der Mündung der Transferleitung 1 zur Folge haben. Weiterhin liegt die Temperatur Tend des Endabschnitts 7 unterhalb des Siedepunktes der Auffangflüssigkeit 8, um ein lokales Verdampfen der Auffangflüssigkeit 8 zu vermeiden.
Die beheizbare Transferleitung 1 ist in einem Handhabungsabschnitt 9, der den Endabschnitt 9 und einen dem Endabschnitt 9 zugewandten Teil der Transferleitung 1 umfasst, starr ausgebildet. Der Handhabungsabschnitt 9, ist beispielsweise als Nadel ausgebildet und kann mittels eines Roboterarms (nicht dargestellt) in drei orthogonale Raumrichtungen x, y, z verfahren werden.
2a zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungemäßen Apparatur zur Kopplung eines Gaschromatographen 21 an ein NMR-Spektrometer.
Über einen Einlass 22 kann einer Trennsäule 23 eine Messprobe (enthaltend typischerweise eine Vielzahl von chemischen Substanzen) und Trägergas zugeführt werden. Die Trennsäule 23 wird langsam aufgeheizt, und einzelne Bestanteile der zuvor in der Trennsäule 23 eingelagerte Messprobe gehen nach und nach in die Gasphase über und werden vom ständig strömenden Trägergas abtransportiert. Das Trägergas ist chemisch inert gegenüber der Messprobe ausgewählt.
Das Trägergas, in dem Probe mitgeführt wird, gelangt am Ausgang der Trennsäule 23 über einen Splitter 24 in eine beheizte Transferleitung 1. Die Temperatur T_leit der Transferleitung 1 wird über die Kontrolleinrichtung 5 gesteuert und insbesondere stets auf einer Temperatur oberhalb der momentanen Trenntemperatur T_trenn in der Trennsäule 23 gehalten.
Die beheizbare Transferleitung 1 führt zu einem Halter 25a, der horizontal in x- und y-Richtung entlang von Führungen 26a, 26b motorisch verfahrbar ist. Im Halter 25a ist ein Handhabungsabschnitt 9 der Transferleitung 1 gehalten, der vertikal in z-Richtung motorisch verfahren werden kann, d.h. der Handhabungsabschnitt 9 kann aus- und eingefahren werden (vgl. 2b mit ausgefahrenem Handhabungsabschnitt 9). Die Bewegungsrichtungen x, y, z bilden die Freiheitsgrade eines „Roboterarms" für den Handhabungsabschnitt 9.
Der Halter 25a kann mitsamt dem Handhabungsabschnitt 9 kann insbesondere über zwei Trägergestellen 27a, 27b verfahren werden, die jeweils 4 × 10 NMR-Röhrchen 28 in aufrechter Stellung (d.h. mit Öffnung nach oben) enthalten und so eine jeweils eine Probenbibliothek bilden. Die NMR-Röhrchen 28 tragen Markierungen wie Barcodes zu ihrer Unterscheidung.
Der Halter 25a kann dabei über jedes einzelne der NMR-Röhrchen 28 in den Trägergestellen 27a, 27b verfahren werden. Damit ist sichergestellt, das nacheinander im Gaschromatographen 21 freigesetzte Proben in verschiedenen NMR-Röhrchen 28 aufgefangen werden können. Der Beginn und das Ende der Freisetzung einer neuen Fraktion der Messprobe kann über einen Sensor 24a im Gaschromatographen 21 registriert werden. Während keine Probe freigesetzt wird, kann der Handhabungsabschnitt 9 auf eine Parkposition außerhalb von NMR-Röhrchen 28 verfahren werden, oder der Gasstrom mittels eines Ventils (nicht dargestellt) in einen Abzug oder Abfallbehälter geleitet werden.
Mit Hilfe der Führungen 26a, 26b kann auch ein Zusatzhalter 25b verfahren werden. In diesem ist eine Flüssigkeitstransfernadel 29 vertikal in z-Richtung verfahrbar angeordnet (vgl. 2b, die die Flüssigkeitstransfernadel im eingefahrenen Zustand zeigt). Mit der Flüssigkeitstransfernadel 29 kann ein NMR-Lösungsmittel aus einem von zwei Flüssigkeitsbehältern 29a, 29b in ein NMR-Röhrchen 28 gefördert werden. Der Flüssigkeitsbehälter, aus dem Flüssigkeit entnommen wird, kann mittels eines automatisch ansteuerbaren Umschaltventils 29c ausgewählt werden. Im Zusatzhalter 25b ist eine kleine Pumpe vorgesehen (nicht dargestellt). Alternativ zu einer Umschaltung kann auch für jeden Flüssigkeitsbehälter eine eigene, in z-Richtung motorisch verfahrbare Flüssigkeitstransfernadel mit Pumpe vorgesehen sein.
Der Flüssigkeitsbehälter 29a enthält beispielsweise Auffangflüssigkeit zur Vorlage in den NMR-Röhrchen 28, wohingegen der Flüssigkeitsbehälter 29b einen NMR-Standard mit Resonanzlinien an bekannten Positionen enthält.
Bei der gezeigten Ausführungsform werden der Halter 25a und der Zusatzhalter 25b gemeinsam parallel vom Roboterarm verfahren. Es kann alternativ auch ein nur ein gemeinsamer Halter für Handhabungsabschnitt 9 und Flüssigkeitstransfernadel 29 vorgesehen sein, der vom Roboterarm verfahren wird, und in dem der Handhabungsabschnitt 9 (= Gas-Transfer-Nadel) und Flüssigkeitstransfernadel 29 jeweils einzeln in z-Richtung motorisch verfahrbar sind.
2b zeigt die Apparatur von 2a, wobei mittels des Roboterarms der Halter 25a über ein NMR-Röhrchen 28 verfahren ist, und der Handhabungsabschnitt 9 der Transferleitung 1 gerade in die Auffangflüssigkeit 8 im NMR-Röhrchen 28 eintaucht. Dazu ist der Handhabungsabschnitt 9 nach unten ausgefahren. In dieser Position wird gerade Probe im NMR-Röhrchen 28 aufgefangen. Hingegen ist die Flüssigkeitsnadel 29 gerade nach oben eingefahren. Der Außendurchmesser des Handhabungsabschnitts 9 ist kleiner als der Innendurchmesser eines NMR-Röhrchens 28.
Wenn der Sensor 24a das Ende einer Probe registriert, kann der Handhabungsabschnitt 9 eingefahren werden, und der Halter 25a zu einem anderen NMR-Röhrchen verfahren werden. Spätestens wenn der Sensor 24a die nächste Probe registriert, wird der Handhabungsabschnitt 9 wieder ausgefahren und in die Auffangflüssigkeit eingetaucht. Der Wechsel zwischen NMR-Probenröhrchen läuft erfindungsgemäß voll automatisiert ab.
Die Flüssigkeitstransfernadel 29 oder auch der Handhabungsabschnitt 9 (Gas-Transfer-Nadel) können zur Durchmischung (Umrühren) des Inhalts eines NMR-Röhrchens 28 eingesetzt werden. Dies verbessert die Homogenität.
Mithilfe der erfindungsgemäßen Apparatur, insbesondere der Flüssigkeitstransfernadel 29, kann die vollständige NMR-Probenpräparation unmittelbar in einem NMR-Röhrchen 28 durchgeführt werden. Die NMR-Röhrchen 28, in denen mit Probe angereichte Auffangflüssigkeit enthalten ist, können manuell oder maschinell zu einem NMR-Spektrometer gebracht und dort deren Inhalt unmittelbar vermessen werden.
Die 3a und 3b zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Apparatur ähnlich 2a und 2b, die als Flow-Injection-System ausgelegt ist.
Die im Trägergas (wie N₂ oder Argon) enthaltenen Proben brauchen nicht in NMR-Röhrchen verbracht werden, sondern können in gewöhnliche Sammelvorrichtungen 2 verbracht werden.
An der Apparatur ist ein Injektionsanschluss 31 (injection port) vorgesehen, der über eine Zuleitungskapillare 32 mit einem NMR-Durchflusskopf 33 eines NMR-Spektrometers verbunden ist. Flüssigkeit, die in den Injektionsanschluss eingegeben wird, wird zum NMR-Durchflusskopf gefördert und kann dann im NMR-Spektrometer vermessen werden.
Nachdem ausreichend Probe in der Auffangflüssigkeit eines Sammelbehälters 2 angereichert wurde und ggf. weitere Flüssigkeiten zugegeben wurden, wird mit der Flüssigkeitstransfernadel 29 der Inhalt (oder ein Teil des Inhalts) einer Sammelvorrichtung 2 angesaugt. Anschließend verfährt die Transfernadel 29 zum Injektionsanschluss 31 (vgl. 3b) und stößt den Inhalt aus. Die enthaltene Probe samt NMR-Lösungsmitteln wird zum NMR-Spektrometer gefördert und vermessen. Dabei war kein Auswaschen einer Probe oder Umfüllen in ein anderes Probengefäß nötig, wodurch Probenverluste minimiert sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Apparatur können insbesondere zur Untersuchung von Parfümbestandteilen, Aromastoffen, kosmetischen Rohmaterialien oder auch Geschmacksstoffen eingesetzt werden. Die Auffangflüssigkeit und/oder andere NMR-Lösungsmittel, die im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden, sind ist bevorzugt deuteriert. Der Roboterarm kann als „Autosampler" über mehrere Trenndurchgänge des Gaschromatographen eingesetzt werden, um in jeder Sammelvorrichtung eine ausreichende Konzentration an Probe zu erhalten. Bei geeigneter Auslegung der Apparatur kann auch der Roboterarm zum Beschicken des Gaschromatographen mit der Messprobe eingesetzt werden. Die Erfindung kann mit jeder Art von Gaschromatographen eingesetzt werden. Die einzige zu übergebende Information zwischen Gaschromatograph und Autosampler ist eine Initiierung der Auftrennung und ggf. ein Signal des Probendetektors.

Claims

Verfahren zur Kopplung eines Gaschromatographen (21) mit einem NMR-Spektrometer, wobei das am Ausgang einer Trennsäule (23) des Gaschromatographen (21) anfallende Trägergas mitsamt einer im Trägergas enthaltenen Probe über eine beheizte Transferleitung (1) einer Sammelvorrichtung (2) für die im Trägergas enthaltene Probe zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das die Probe enthaltende Trägergas in der Sammelvorrichtung (2) in eine Auffangflüssigkeit (8) eingeleitet wird, und dass die Probe in der Auffangflüssigkeit (8) aufgefangen wird, wobei die Auffangflüssigkeit (8) als ein NMR-Lösungsmittel für die Probe geeignet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beheizte Transferleitung (1) mit einem Endabschnitt (7) in die Auffangflüssigkeit (8) eintaucht, und dass die Temperatur T_end des eingetauchten Endabschnitts (7) der beheizten Transferleitung (1) unterhalb der Siedetemperatur T_S der Auffangflüssigkeit (8) gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beheizte Transferleitung (1) an jeder Stelle auf einer Temperatur T_leit größer oder gleich der aktuellen Trenntemperatur T_trenn des Gaschromatographen (21) gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sammelvorrichtung (2) ein NMR-Probenröhrchen (28) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Auffangflüssigkeit (8) Dimethylsulfoxyd (DMSO) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (2) während der Einleitung des die Probe enthaltenden Trägergases nur teilweise mit Auffangflüssigkeit (8) gefüllt ist, und dass nach der Einleitung des die Probe enthaltenden Trägergases die Sammelvorrichtung (8) mit einer Zusatzflüssigkeit aufgefüllt wird, wobei die Zusatzflüssigkeit als NMR-Lösungsmittel für die Probe geeignet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Auffangflüssigkeit (8) und gegebenenfalls der Zusatzflüssigkeit gelöste Probe über eine Zuleitungskapillare (32) einem NMR-Durchflusskopf (33) eines NMR-Spektrometers zur Durchführung einer NMR-Messung zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sammelvorrichtungen (2) vorgesehen sind, in denen zeitlich nacheinander Proben in einer Auffangflüssigkeit (8) aufgefangen werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtungen (2) auf einem Trägergestell (27a, 27b) in Form einer Probenbibliothek angeordnet sind und mittels eines Roboterarms angefahren werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahren der Sammelvorrichtungen (2) mittels eines Sensors (24a) am Ausgang der Trennsäule (23) des Gaschromatographen (21) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gaschromatographen (21) mehrfach zu vermessende Substanz zugeführt wird und die zu vermessende Substanz mit dem Gaschromatographen (21) aufgetrennt wird, und dass in der Auffangflüssigkeit (8) einer Sammelvorrichtung (2) die Probe über mehrere Auftrennzyklen des Gaschromatographen (21) aufkonzentriert wird.
Apparatur zur Kopplung eines Gaschromatographen (21) mit einem NMR-Spektrometer, umfassend einen Gaschromatographen (21) mit einer Trennsäule (23), deren Ausgang über eine beheizbare Transferleitung (1) mit einer Sammelvorrichtung (2) für eine im Trägergas enthaltene Probe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (2) eine Auffangflüssigkeit (8) enthält, wobei die Auffangflüssigkeit (8) zum Auffangen der Probe und als NMR-Lösungsmittel für die Probe geeignet ist, und dass die beheizbare Transferleitung (1) innerhalb der Auffangflüssigkeit (8) mündet.
Apparatur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelvorrichtung (2) als NMR-Probenröhrchen (28) ausgebildet ist.
Apparatur nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangflüssigkeit (8) DMSO ist.
Apparatur nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sammelvorrichtungen (2) vorgesehen sind, die auf einem Trägergestell (27a, 27b) angeordnet sind, und dass ein Roboterarm vorgesehen ist, mit dem die Sammelvorrichtungen (2) angefahren werden können.
Apparatur nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeitstransfernadel (29) vorgesehen ist, die mittels des Roboterarms verfahrbar ist, und dass mindestens ein Flüssigkeitsbehälter (29a, 29b) zur Beschickung der Flüssigkeitstransfernadel (29) vorgesehen ist.
Apparatur nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flüssigkeitsbehälter (29a, 29b) für die Auffangflüssigkeit (8) und/oder ein Flüssigkeitsbehälter (29a, 29b) für eine Zusatzflüssigkeit, wobei die Zusatzflüssigkeit als NMR-Lösungsmittel für die Probe geeignet ist, und/oder ein Flüssigkeitsbehälter (29a, 29b) für einen NMR-Standard vorgesehen ist.