DE102009033426A1 - Electrophoresis-measuring device for detecting drift motion of electrically charged particles in electrical field for separation and analysis of e.g. ionized species, has processing device determining drift motion of charged particles - Google Patents

Electrophoresis-measuring device for detecting drift motion of electrically charged particles in electrical field for separation and analysis of e.g. ionized species, has processing device determining drift motion of charged particles Download PDF

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Abstract

The device (100) has an optical receiving device (602) for detecting modified optical primary beam (502), which is output from fluid, and for outputting detector signals based on electrical field applied at a drift device (101) and the primary beam. A processing device (603) processes the detector signals outputted from the optical receiving device and determines drift motion of electrically charged particles based on the processed detector signals. The fluid is provided from a group consisting of water, gel, polyacrylamide or agarose gel. An independent claim is also included for a measurement method for detecting drift motion of electrically charged particles in an electrical field.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Messvorrichtung zur Erfassung einer Driftbewegung elektrisch geladener Teilchen in einem elektrischen Feld, wobei die elektrisch geladenen Teilchen in einem Trägermaterial transportiert werden.The The present invention relates generally to a measuring device for Detecting a drift motion of electrically charged particles in one electric field, wherein the electrically charged particles in one Carrier material to be transported.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Elektrophorese-Messvorrichtung zur Bestimmung von Eigenschaften elektrisch geladener Teilchen und deren Separation in dem elektrischen Feld. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein zugehöriges Elektrophorese-Messverfahren.Especially The present invention relates to an electrophoresis measuring device for the determination of properties of electrically charged particles and their separation in the electric field. Furthermore, the present invention relates Invention an associated electrophoresis measuring method.

In vielen technischen Analyseverfahren wird die Bestimmung chemischer Substanzen nach deren Masse-zu-Ladung-Verhältnissen in einer Flüssigkeit durchgeführt. Hierbei wird ausgenutzt, dass eine Drift-Geschwindigkeitskomponente von unterschiedlich schweren bzw. großen Molekülen bei Anlegung einer elektrischen Spannung an eine Drifteinrichtung wie etwa eine Kapillare unterschiedlich groß ist.In many technical analysis methods, the determination of chemical Substances according to their mass-to-charge ratios in performed a liquid. This is exploited that a drift velocity component of different gravity or large molecules when applying an electrical Voltage to a drift device such as a capillary different is great.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Die Kapillar-Elektrophorese wird in vielen Bereichen als Verfahren zur Trennung und zur Analyse von ionischen Spezies einschließlich anorganischen Ionen, biologischen Gemischen, wie beispielsweise Proteinen, Peptiden und Nukleinsäuren, Detergentien, organischen Säuren und vielen weiteren Verbindungen pharmazeutischer Natur eingesetzt. Unter dem Einfluss eines elektrischen Felds werden die ionisierten Spezies bewegt, d. h. sie wandern in einem meist flüssigen Medium unter dem Einfluss des elektrischen Felds von einem Ausgangsort zu einem Erfassungsort.The Capillary electrophoresis is used in many areas as a procedure Separation and analysis of ionic species including inorganic ions, biological mixtures, such as Proteins, peptides and nucleic acids, detergents, organic Acids and many other compounds pharmaceutical Nature used. Be under the influence of an electric field the ionized species moves, d. H. they walk in a mostly liquid medium under the influence of the electric field from a starting point to a place of detection.

Die Wanderungsgeschwindigkeiten unterschiedlicher Ionen hängen von Ladung, Form und effektiver Größe sowie von der Lösungsmittelumgebung und von der Stärke des elektrischen Felds ab. Eine derartige elektrophoretische Wanderung kann zur Separation unterschiedlicher ionisierter Spezies herangezogen werden. Da die Separation in einem dünnen Kapillarrohr in einer Elektrolytlösung stattfindet, wird das Verfahren insbesondere dort eingesetzt, wo es auf äußerst kleine Probenvolumina, typischerweise einige Nanoliter, ankommt.The Migration rates of different ions hang of charge, shape and effective size as well as of the solvent environment and the strength of the electric field. Such electrophoretic migration can be used for the separation of different ionized species become. Because the separation in a thin capillary tube takes place in an electrolyte solution, the method becomes particular used where extremely small sample volumes, typically a few nanoliters, arrives.

Um eine zu analysierende Flüssigkeit mittels Elektrophorese zu untersuchen, wird eine kleine Probe der zu analysierenden Flüssigkeit mittels eines elektrischen Felds durch eine als kapillare ausgebildete Drifteinrichtung getrieben. Die Zeit, welche erforderlich ist, damit die Probe das Ende der Kapillare erreicht, wird als Messausgangssignal verwendet.Around a liquid to be analyzed by electrophoresis to examine, is a small sample of the liquid to be analyzed by means of an electric field through a capillary formed Drift device driven. The time required with it the sample reaches the end of the capillary is called the measurement output used.

Um unterschiedliche Substanzen unterscheiden zu können, wird dem zu untersuchenden Atomion bzw. dem zu untersuchenden Molekülion üblicherweise ein optischer Marker beigefügt, der bei Einstrahlung von Laserlicht fluoresziert (LIF – Laser Induced Fluorescence). Durch eine Erfassung des Fluoreszenzlichts am Ende der Kapillare können das zu analysierende Atomion bzw. das zu analysierende Molekülion nachgewiesen und Driftgeschwindigkeitskomponenten bestimmt werden.Around Being able to distinguish different substances is the atomic ion to be examined or the molecule ion to be examined usually an optical marker attached when irradiated by Laser light fluoresces (LIF - Laser Induced Fluorescence). By detecting the fluorescence light at the end of the capillary can be the atom to be analyzed or the analyzed Molecular ion detected and drift velocity components be determined.

Eine Messauflösung des Kapillar-Elektrophorese-Messverfahrens erhöht sich durch eine Erhöhung der Länge der Kapillare. Bei technischen Ausführungen ist eine derartige Erhöhung der Länge der Kapillare jedoch von Nachteil, da lange Kapillaren wesentlich aufwändiger zu fertigen sind. Ferner ist es nachteilig, dass die Erfassung einer Ionenseparation nicht an der Kapillare selbst, sondern extern über ein Mikroskop oder ein ähnliches, auf die Kapillare gerichtetes optisches System erfolgen muss.A Measurement resolution of the capillary electrophoresis measurement method increases by increasing the length the capillary. In technical versions is such However, increasing the length of the capillary is disadvantageous since long capillaries much more complex to manufacture are. Furthermore, it is disadvantageous that the detection of an ion separation not at the capillary itself, but externally over one Microscope or similar, directed to the capillary optical system must be made.

Die DE 694 20 750 T2 beschreibt ein Verfahren zur Probenanalyse mittels Kapillar-Elektrophorese. In einem Kapillarrohr liefert ein elektrisches Feld eine treibende Kraft für die Trennung ionisierter Spezies. Die Erfassung einer derartigen Trennung erfolgt durch UV-Extinktion bei einer Wellenlänge von 254 nm.The DE 694 20 750 T2 describes a method for sample analysis by capillary electrophoresis. In a capillary tube, an electric field provides a driving force for the separation of ionized species. The detection of such a separation is carried out by UV absorbance at a wavelength of 254 nm.

Neben langer Messzeiten hat das in der DE 694 20 750 T2 beschriebene Kapillar-Elektrophorese-Messverfahren den Nachteil, dass eine UV-Optik zur Erfassung einer Ionenspezies-Trennung eingesetzt werden muss. Bei einer Erfassung einer UV-Extinktion in einem Spektralbereich um 254 nm ist es in nachteiliger Weise nicht möglich, auf kostengünstige Glas-basierte Elektrophoresekomponenten zurückzugreifen.In addition to long measuring times in the DE 694 20 750 T2 described capillary electrophoresis measuring method has the disadvantage that a UV optics must be used to detect an ion species separation. When detecting a UV absorbance in a spectral range around 254 nm, it is disadvantageously not possible to resort to cost-effective glass-based electrophoresis components.

Die US 4,909,919 beschreibt eine Geschwindigkeits-modulierte Kapillar-Elektrophorese zur Messung ionisierter Spezies. Neben der Anlegung eines konstanten Potenzials über der Kapillare wird ein Wechselspannungsanteil bereitgestellt, derart, dass eine zu untersuchende Probe innerhalb der Kapillare eine Migration durch die Kapillare bei einer Geschwindigkeit durchläuft, die durch die Wechselpotenzialkomponente moduliert wird. Das in der US 4,909,919 beschriebene Messverfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass eine schnelle Erfassung einer Verteilung ionisierter Spezies in der Kapillare nicht möglich ist.The US 4,909,919 describes a rate-modulated capillary electrophoresis for measurement ionized species. In addition to applying a constant potential across the capillary, an AC component is provided such that a sample to be probed within the capillary undergoes migration through the capillary at a rate modulated by the AC potential component. That in the US 4,909,919 However, the measuring method described has the disadvantage that a rapid detection of a distribution of ionized species in the capillary is not possible.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Elektrophorese-Messvorrichtung bereitzustellen, welche kurze Kapillarlängen aufweist und eine schnelle Erfassung einer Verteilung ionisierter Spezies ermöglicht.The Object of the present invention is an improved To provide electrophoresis measuring device, which short capillary lengths and a rapid detection of a distribution of ionized Species enabled.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrophorese-Messvorrichtung zur Erfassung einer Driftbewegung elektrisch geladener Teilchen in einem elektrischen Feld mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by an electrophoresis measuring device for detecting a drift movement of electrically charged particles in an electric field with the features of the claim 1 solved.

Ferner wird die obige Aufgabe durch ein in dem nebengeordneten Patentanspruch 12 angegebenes Verfahren gelöst.Further The above object is achieved by a in the independent claim 12 specified method solved.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine durch eine Verteilung ionisierter Spezies in der Kapillare hervorgerufene Brechungsindex-Schwankung optisch zu detektieren. Eine durch die Verteilung ionisierter Spezies in der Kapillare hervorgerufene Brechungsindex-Schwankung kann eine regelmäßige Struktur aufweisen, derart, dass eine optische Bragg-Reflexion bei einer Bragg-Wellenlänge innerhalb der Kapillare bei Einstrahlung von Licht auftritt.One essential idea of the invention is to provide a by a Distribution of ionized species in the capillary induced refractive index variation optically detect. One by the distribution of ionized species In the capillary induced refractive index fluctuation may be a Have regular structure, such that a optical Bragg reflection at a Bragg wavelength within the capillary occurs when exposed to light.

Optische Primärstrahlung lässt sich direkt in die Kapillare einkoppeln, wobei die durch die Brechungsindex-Struktur modifizierte optische Primärstrahlung erfasst wird. In der erfassten modifizierten optischen Primärstrahlung ist Information über die Brechungsindex-Struktur innerhalb der Kapillare enthalten, so dass in einer Verarbeitungseinrichtung eine Driftbewegung der elektrisch geladenen Teilchen bestimmt werden kann.optical Primary radiation can be directly into the capillary couple, wherein the modified by the refractive index structure optical primary radiation is detected. In the recorded Modified optical primary radiation is information about contain the refractive index structure within the capillary, so that in a processing device, a drift movement of the electric charged particles can be determined.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Elektrophorese-Messvorrichtung zur Erfassung einer Driftbewegung elektrisch geladener Teilchen in einem elektrischen Feld bereitgestellt, umfassend mindestens eine Drifteinrichtung, die ausgelegt ist zum Transport der elektrisch geladenen Teilchen in einem Fluid, einen elektrischen Feldgenerator, der ausgelegt ist zum Erzeugen und Anlegen eines elektrischen Felds an die Drifteinrichtung, eine optische Sendeeinrichtung, die ausgelegt ist zum Einstrahlen einer optischen Primärstrahlung in das Fluid, eine optische Empfangseinrichtung, die ausgelegt ist zum Detektieren einer aus dem Fluid ausgekoppelten modifizierten optischen Primärstrahlung und zum Ausgeben eines Detektorsignals auf der Grundlage des an die Drifteinrichtung angelegten elektrischen Felds und der aus dem Fluid ausgekoppelten modifizierten optischen Primärstrahlung und eine Verarbeitungseinrichtung, die ausgelegt ist zum Verarbeiten des aus der optischen Empfangseinrichtung ausgegebenen Detektorsignals und zum Bestimmen der Driftbewegung der elektrisch geladenen Teilchen auf der Grundlage des verarbeiteten Detektorsignals.According to one Aspect of the present invention is an electrophoresis measuring device for detecting a drift movement of electrically charged particles provided in an electric field, comprising at least a drift device which is designed to transport the electric charged particles in a fluid, an electric field generator, which is designed to generate and apply an electric field to the drifting device, an optical transmitting device designed is for irradiating an optical primary radiation in the fluid, an optical receiving device that is designed for detecting a modified out-coupled from the fluid optical primary radiation and for outputting a detector signal based on the applied to the drift device electrical Felds and the coupled out of the fluid modified optical Primary radiation and a processing device, the is designed for processing of the optical receiving device output detector signal and for determining the drift movement the electrically charged particles based on the processed Detector signal.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Messverfahren zur Erfassung einer Driftbewegung elektrisch geladener Teilchen bereitgestellt, umfassend die Schritte eines Bereitstellens einer Drifteinrichtung, die ausgelegt ist zum Transport der elektrisch geladenen Teilchen, eines Einbringens der elektrisch geladenen Teilchen in die Drifteinrichtung mittels eines Fluids, eines Anlegens eines elektrischen Felds an die Drifteinrichtung, eines Einstrahlens einer optischen Primärstrahlung in das Fluid mittels einer optischen Sendeeinrichtung, eines Detektierens einer aus dem Fluid ausgekoppelten modifizierten optischen Primärstrahlung mittels einer optischen Empfangseinrichtung, eines Ausgebens eines Detektorsignals aus der optischen Empfangseinrichtung auf der Grundlage des elektrischen Felds und der aus dem Fluid ausgekoppelten modifizierten optischen Primärstrahlung, und eines Verarbeitens des aus der optischen Empfangseinrichtung ausgegebenen Detektorsignals derart, dass die Driftbewegung der elektrisch geladenen Teilchen auf der Grundlage des verarbeiteten Detektorsignals bestimmbar wird.According to one Another aspect of the present invention is a measuring method for detecting a drift movement of electrically charged particles provided, comprising the steps of providing a Drifting device that is designed to transport the electric charged particles, introduction of the electrically charged particles into the drift device by means of a fluid, an application of a electric field to the drift device, an irradiation of a optical primary radiation into the fluid by means of an optical Transmitting device, detecting a decoupled from the fluid modified optical primary radiation by means of an optical Receiving device, outputting a detector signal from the optical Receiving device based on the electric field and the modified optical primary radiation coupled out of the fluid, and processing of the optical receiving device outputted detector signal such that the drift movement of the electrically charged particles based on the processed Detector signal is determined.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die optische Sendeeinrichtung und die optische Empfangseinrichtung als eine kombinierte Sende-/Empfangseinrichtung ausgelegt. Eine derartige Anordnung weist den Vorteil auf, dass das gesamte optische Sende- und Erfassungssystem miniaturisiert ausgebildet werden kann.According to a preferred embodiment of the present invention, the optical transmitting device and the optical receiving device are designed as a combined transmitting / receiving device. Such an arrangement has the advantage that the entire optical transmission and detection system minia can be trained turisiert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst die Elektrophorese-Messvorrichtung eine Strahlungskoppelungseinrichtung, die ausgelegt ist zum Ein- oder Auskoppeln der optischen Strahlung in das oder aus dem Fluid. Die Strahlungskoppelungseinrichtung koppelt eine optische Primärstrahlung in das Fluid ein, wobei die optische Primärstrahlung vorzugsweise durch Brechungsindex-Variationen in dem Fluid verändert wird.According to one further preferred embodiment of the present invention the electrophoresis measuring device comprises a radiation coupling device, which is designed for coupling or decoupling the optical radiation in or out of the fluid. The radiation coupling device couples an optical primary radiation in the fluid, wherein the optical primary radiation, preferably by refractive index variations is changed in the fluid.

Eine derartig modifizierte optische Primärstrahlung wird anschließend ausgekoppelt und in einem Detektor erfasst. Vorzugsweise ist die Strahlungskoppelungseinrichtung als ein optischer Wellenleiter bereitgestellt. Der optische Wellenleiter verläuft zumindest teilweise angrenzend an die und parallel zu der Drifteinrichtung.A such modified optical primary radiation is subsequently decoupled and recorded in a detector. Preferably, the Radiation coupling device provided as an optical waveguide. The optical waveguide extends at least partially adjacent to and parallel to the drift device.

Ferner ist es möglich, die Strahlungskoppelungseinrichtung als ein Strahlungsteiler innerhalb der Drifteinrichtung bereitzustellen. Auf diese Weise kann optische Primärstrahlung von außen in die Kapillare eingekoppelt werden. Vorzugsweise kann die als Strahlungsteiler ausgebildete Strahlungskopplungseinrichtung auch zur Auskopplung der reflektierten Strahlung aus der Kapillare herangezogen werden.Further it is possible, the radiation coupling device as to provide a radiation divider within the drift device. In this way, optical primary radiation from the outside be coupled into the capillary. Preferably, the as Beam splitter trained radiation coupling device also used to decouple the reflected radiation from the capillary become.

Die Drifteinrichtung, in welcher Drift-Prozesse ionisierter Spezies erfolgen, ist vorzugsweise als eine Kapillare ausgelegt. Hierbei wird in vorteilhafter Weise ein Innendurchmesser in einem Bereich von 0,01 mm bis 0,2 mm und in bevorzugter Weise ein Innendurchmesser von ungefähr 0,05 mm bereitgestellt.The Drifting device in which drift processes of ionized species take place, is preferably designed as a capillary. in this connection is advantageously an inner diameter in a range from 0.01 mm to 0.2 mm, and preferably an inner diameter provided by about 0.05 mm.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung erfolgt der Transport der elektrisch geladenen Teilchen in einem Fluid, welches bereitgestellt ist aus der Gruppe, die besteht aus Wasser, einem Gel, Polyacrymil, Agarose oder jedweder Kombination davon. Die elektrisch geladenen Teilchen sind vorzugsweise Atomionen und/oder Molekülionen.According to a further preferred embodiment of the present invention the transport of the electrically charged particles takes place in one Fluid provided from the group consisting of Water, a gel, polyacrymil, agarose or any combination from that. The electrically charged particles are preferably atomic ions and / or molecular ions.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung erfolgt ein Einstrahlen der optischen Primärstrahlung in das Fluid mittels einer spektral schmalbandigen Lichtquelle, wobei die Primärstrahlung über einen vorgegebenen Detektionsbereich spektral variiert wird.According to a further preferred embodiment of the present invention an irradiation of the optical primary radiation takes place in the fluid by means of a spectrally narrow-band light source, wherein the Primary radiation over a predetermined detection range spectrally varied.

Der Schritt eines Verarbeitens der aus der optischen Empfangseinrichtung ausgegebenen Detektorsignals umfasst die Unterschritte eines Erfassens einer Intensitätsverteilung der ausgekoppelten modifizierten optischen Primärstrahlung als Funktion einer Wellenlänge der optischen Primärstrahlung und eines Bestimmens mindestens eines lokalen Extremums der Intensitätsverteilung.Of the Step of processing the optical receiving device outputted detector signal comprises the substeps of a detection an intensity distribution of the decoupled modified optical Primary radiation as a function of wavelength the optical primary radiation and a determining at least a local extremum of the intensity distribution.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird eine statische Position einer Verteilung der elektrisch geladenen Teilchen, d. h. vorzugsweise der Atomionen und der Molekülionen erfasst.According to a further preferred embodiment of the present invention becomes a static position of a distribution of electrically charged Particles, d. H. preferably the atomic ions and the molecular ions detected.

Vorzugsweise führt eine derartige Verteilung zu einer in dem Fluid erzeugten Bragg-Reflexion, derart, dass die ausgekoppelte modifizierte optische Primärstrahlung bei einer Erfassung in Reflexion ein Intensitätsmaximum bei der Bragg-Wellenlänge aufweist und bei einer Erfassung in Transmission ein Intensitätsminimum bei der Bragg-Wellenlänge aufweist.Preferably Such a distribution results in a fluid generated in the fluid Bragg reflection, such that the decoupled modified optical Primary radiation at detection in reflection an intensity maximum at the Bragg wavelength and at a detection in transmission, an intensity minimum at the Bragg wavelength having.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die aus dem Fluid ausgekoppelte modifizierte optische Primärstrahlung in Reflexion erfasst.According to a further preferred embodiment of the present invention is the modified optical primary radiation decoupled from the fluid captured in reflection.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die aus dem Fluid ausgekoppelte modifizierte optische Primärstrahlung in Transmission erfasst.According to a further preferred embodiment of the present invention is the modified optical primary radiation decoupled from the fluid recorded in transmission.

Vorzugsweise kann die optische Primärstrahlung mittels einer Strahlungskopplungseinrichtung in das Fluid eingekoppelt und aus dem Fluid ausgekoppelt werden.Preferably can the optical primary radiation by means of a radiation coupling device be coupled into the fluid and coupled out of the fluid.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Bestimmen der Driftbewegung durch ein Erfassen einer Separation unterschiedlicher elektrisch geladener Teilchen in der Drifteinrichtung.According to In a further preferred development, the determination of the Drift movement by detecting a separation of different electrically charged particles in the drift device.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and in the following Be spelled out in more detail.

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

1 einen Prinzipaufbau einer Elektrophorese-Messvorrichtung mit einer Messkapillare; 1 a basic structure of an electrophoresis measuring device with a measuring capillary;

2 eine perspektivische Ansicht einer Elektrophorese-Messvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 a perspective view of an electrophoresis measuring device according to a preferred embodiment of the present invention;

3 eine Draufsicht der in 2 gezeigten Elektrophorese-Messvorrichtung mit den zugehörigen Spannungsquellen; 3 a top view of the 2 shown electrophoresis measuring device with the associated voltage sources;

4 eine Draufsicht der in 2 gezeigten Elektrophorese-Messvorrichtung mit einer Strahlungskopplungseinrichtung zur Ein- und Auskopplung optischer Primärstrahlung und modifizierter optischer Primärstrahlung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 4 a top view of the 2 in the electrophoresis measuring device shown with a radiation coupling device for coupling and decoupling optical primary radiation and modified optical primary radiation according to a preferred embodiment of the present invention;

5 ein Diagramm, welches eine Brechungsindex-Variation als Funktion eines Pulsabstands auf der Kapillarachse für zwei unterschiedliche Brechungsindex-Verläufe veranschaulicht; 5 a graph illustrating a refractive index variation as a function of a capillary axis pulse spacing for two different refractive index gradients;

6 ein schematisches Blockdiagramm einer Elektrophorese-Messvorrichtung mit optischen Sende- und Empfangseinrichtungen gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 6 a schematic block diagram of an electrophoresis measuring device with optical transmitting and receiving devices according to another preferred embodiment of the present invention;

7 eine Draufsicht der in 2 gezeigten Elektrophorese-Messvorrichtung mit einer Variante einer Strahlungskopplungseinrichtung gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 7 a top view of the 2 shown electrophoresis measuring device with a variant of a radiation coupling device according to another preferred embodiment of the present invention; and

8 ein Flussdiagramm, welches ein Messverfahren zur Erfassung einer Driftbewegung elektrisch geladener Teilchen veranschaulicht. 8th a flow chart illustrating a measuring method for detecting a drift movement of electrically charged particles.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.In In the drawings, like reference characters designate the same or the same function Components or steps.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS TO EXECUTE THE INVENTION

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.in the Following are embodiments of the present invention Invention described in more detail.

1 zeigt einen Prinzipaufbau einer Elektrophorese-Messvorrichtung. Die in 1 gezeigte Elektrophorese-Messvorrichtung 100 weist eine Messkapillare 101 auf, durch welche die zu untersuchende Flüssigkeit mittels einer ersten Treiberspannung 303 getrieben wird. Die erste Treiberspannung 303 wird von einer ersten Spannungsquelle (einem ersten Feldgenerator) 301 in Form einer Gleichspannung oder einer Wechselspannung bereitgestellt. 1 shows a principle construction of an electrophoresis measuring device. In the 1 shown electrophoresis measuring device 100 has a measuring capillary 101 through which the liquid to be examined by means of a first driving voltage 303 is driven. The first driver voltage 303 is from a first voltage source (a first field generator) 301 provided in the form of a DC voltage or an AC voltage.

An einem linken Ende der Messkapillare 101 befindet sich eine Messmediumquelle 205, während an einem rechten Ende der in 1 gezeigten Elektrophorese-Messvorrichtung 100 eine Messmediumsenke 206 angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Messmedium 105, welches elektrisch geladene Teilchen wie beispielsweise Atomionen, Molekülionen oder andere ionisierte Spezies enthält, von der Messmediumquelle 205 zu der Messmediumsenke 206 durch Wirkung der ersten Treiberspannung 303, die von der ersten Spannungsquelle 301 bereitgestellt wird, zu treiben.At a left end of the measuring capillary 101 there is a measuring medium source 205 while at a right end the in 1 shown electrophoresis measuring device 100 a measuring medium sink 206 is arranged. In this way it is possible to measure the medium 105 containing electrically charged particles, such as atomic ions, molecular ions or other ionized species, from the source of measurement medium 205 to the measuring medium sink 206 by effect of the first driving voltage 303 that from the first voltage source 301 is provided to drive.

Das Treiben bzw. die Wanderung der elektrisch geladenen Teilchen erfolgt in einem Trägermaterial, welches beispielsweise durch eine Flüssigkeit, ein Gel, wie beispielsweise Polyacrylamid, Agarose, etc. oder auch Feststoffe bereitgestellt werden kann. Dieses Trägermaterial wird im Folgenden auch als eine Pufferlösung bezeichnet.The Driving or the migration of the electrically charged particles takes place in a carrier material which, for example, by a Liquid, a gel, such as polyacrylamide, Agarose, etc. or solids can be provided. This Carrier material is also referred to below as a buffer solution designated.

Die Wanderungsgeschwindigkeit v ist hierbei proportional zu der angelegten elektrischen Feldstärke E und der Ionenladung q, und umgekehrt proportional zu dem Teilchenradius r und der Viskosität E des Fluids. Das in der Kapillare vorherrschende elektrische Feld ist gegeben durch den Abstand der elektrischen Anschlusspunkte 205, 206 und die bereitgestellte Spannung U 303, wobei gilt: E = U / d (1) The migration velocity v is proportional to the applied electric field strength E and the ion charge q, and inversely proportional to the particle radius r and the viscosity E of the fluid. The prevailing in the capillary electric field is given by the distance of the electrical connection points 205 . 206 and the voltage U provided 303 where: E = U / d (1)

U bezeichnet hierbei die von der ersten Spannungsquelle 301 bereitgestellte Treiberspannung, und d stellt den Abstand zwischen der Messmediumquelle 205 und der Messmediumsenke 206 dar. Auf ein elektrisch geladenes Teilchen der Ladung q wirkt somit eine Kraft (eine Treiberkraft) gemäß der folgenden Gleichung (2): Fe = qE = q U / d (2) In this case U denotes that of the first voltage source 301 provided driver voltage, and d represents the distance between the measuring medium source 205 and the measuring medium sink 206 Thus, a force (a driving force) acts on an electrically charged particle of the charge q according to the following equation (2): F e = q E = q U / d (2)

Dieser in Gleichung (2) oben bezeichneten Kraft Fe wirkt eine Reibungskraft FR entgegen, die zumindest für sphärische Teilchen näherungsweise durch die folgende Gleichung (3) gegeben ist: FR = 6πrηv (3) This force F e referred to in Equation (2) above counteracts a frictional force F R which, at least for spherical particles, is approximated by the following equation (3): F R = 6πrηv (3)

Hierbei bezeichnet v die Geschwindigkeit, η ist die Viskosität des Fluids, und r ist der Teilchenradius der elektrisch geladenen Teilchen.in this connection v denotes the velocity, η is the viscosity of the fluid, and r is the particle radius of the electrically charged Particles.

Unter Verwendung der obigen Gleichungen (2) und (3) und unter der Annahme eines Kräftegleichgewichts zwischen Treiberkraft und Reibungskraft lässt sich eine elektrophoretische Mobilität μ gemäß der folgenden Gleichung (4) angeben.Using the above equations ( 2 ) and (3) and assuming a balance of forces between driving force and frictional force, an electrophoretic mobility μ can be given according to the following equation (4).

Figure 00120001
Figure 00120001

Die in der obigen Gleichung (4) angegebene elektrophoretische Mobilität μ wirkt sich auf eine in 1 gezeigte Messmediumverteilung 405 aus. Hierbei wird eine hohe elektrophoretische Mobilität dazu führen, dass das Messmedium von der Messmediumquelle 205 zu der Messmediumsenke 206 mit einer höheren Driftgeschwindigkeitskomponente fließt als bei einer geringen elektrophoretischen Mobilität μ, vorausgesetzt, die angelegte erste Treiberspannung ist konstant.The electrophoretic mobility μ given in the above equation (4) affects an in 1 shown measuring medium distribution 405 out. In this case, a high electrophoretic mobility will cause the measuring medium from the measuring medium source 205 to the measuring medium sink 206 with a higher drift velocity component than with a small electrophoretic mobility μ, provided that the applied first drive voltage is constant.

Für die elektrophoretische Mobilität ist somit neben der Ladung q auch der Radius r bzw. die Masse m der ionisierten Spezies von Bedeutung. Insbesondere spielt das Ladung-zu-Masse-Verhältnis der ionisierten Spezies, d. h. der Faktor q/m, eine wesentliche Rolle bei der Ausbildung der Wanderungsgeschwindigkeit von der Messmediumquelle 205 zu der Messmediumsenke 206.For electrophoretic mobility, besides the charge q, the radius r or the mass m of the ionized species is also important. In particular, the charge-to-mass ratio of the ionized species, ie, the factor q / m, plays an essential role in forming the rate of migration from the source of measurement medium 205 to the measuring medium sink 206 ,

Ionisierte Spezies, d. h. Atomionen oder Molekülionen, welche eine hohe elektrophoretische Mobilität aufweisen, gelangen somit in einer definierten Zeit weiter in Richtung der Messmediumsenke als Ionen bzw. ionisierte Spezies, welche eine geringe elektrophoretische Mobilität μ aufweisen. Eine derartige Driftbewegung ionisierter Spezies führt somit zu einer Separation unterschiedlicher elektrisch geladener Teilchen. Somit bewegen sich durch die unterschiedliche Ionenladung und den unterschiedlichen Teilchenradius einzelne Stoffe, d. h. Atomionen und/oder Molekülionen unterschiedlich schnell durch die Pufferlösung (das Trägermaterial) und es wird eine Separation entsprechend ihrer elektrophoretischen Mobilität μ erricht.ionized Species, d. H. Atomions or molecular ions, which a have high electrophoretic mobility, thus arrive in a defined time further in the direction of the measuring medium sink as ions or ionized species which have a low electrophoretic Have mobility μ. Such a drift movement ionized Species thus leads to a separation of different electrically charged particles. Thus, moving through the different Ionic charge and the different particle radius individual substances, d. H. Atomic ions and / or molecular ions vary in speed through the buffer solution (the carrier material) and a separation corresponding to their electrophoretic mobility μ is established.

2 ist eine perspektivische Ansicht einer Elektrophorese-Messvorrichtung 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 2 gezeigt, sind die Messkapillare 101 und eine Zufuhrkapillare 102 in einem Substrat 200 bereitgestellt. Es sei hier darauf hingewiesen, dass die Zeichnung der 2 nicht maßstäblich ist. Bevorzugte Innendurchmesser der Mess- bzw. Zufuhrkapillaren liegen in einem Bereich von 0,01 mm bis 0,2 mm, und weisen in bevorzugter Weise einen Durchmesser von ungefähr 0,05 mm auf. 2 Fig. 16 is a perspective view of an electrophoresis measuring device 100 according to a preferred embodiment of the present invention. As in 2 shown are the measuring capillaries 101 and a feed capillary 102 in a substrate 200 provided. It should be noted here that the drawing of the 2 not to scale. Preferred inner diameters of the metering capillaries are in a range of 0.01 mm to 0.2 mm, and preferably have a diameter of approximately 0.05 mm.

In 2 sind ferner Zuläufe und Abläufe für sowohl die Pufferlösung als auch das Messmedien gezeigt. So weist die in 2 gezeigte Elektrophorese-Messvorrichtung auf dem Substrat 200 angeordnete Bereiche auf, in welchen Pufferlösungen und das Messmedium bereitgestellt werden können.In 2 In addition, feeds and processes for both the buffer solution and the measuring media are shown. Thus, the in 2 shown electrophoresis measuring device on the substrate 200 arranged areas in which buffer solutions and the measuring medium can be provided.

Ein Messmedium-Zulauf 201 in dem Substrat 200 dient der Bereitstellung des Messmediums 105 (siehe untenstehend Beschreibung unter Bezugnahme auf 3), während das Messmedium in einem Messmedium-Ablauf 202 entfernt werden kann. Zwischen dem Messmedium-Zulauf 201 und dem Messmedium-Ablauf 202 ist die Zufuhrkapillare 202 bereitgestellt. Die Zufuhrkapillare 102 kreuzt die Messkapillare 101, wobei die Innenräume der Kapillaren 101, 102 in einem Überlappungsbereich 104 in Verbindung stehen.A measuring medium inlet 201 in the substrate 200 serves to provide the measuring medium 105 (See description below with reference to 3 ), while the measuring medium in a measuring medium sequence 202 can be removed. Between the measuring medium inlet 201 and the measuring medium sequence 202 is the feed capillary 202 provided. The feed capillary 102 crosses the measuring capillary 101 , where the interiors of the capillaries 101 . 102 in an overlap area 104 keep in touch.

Ferner weisen der Messmedium-Zulauf 201 und der Messmedium-Ablauf 202, obwohl dies in der 2 nicht veranschaulicht ist, elektrisch leitende Bereiche auf, derart, dass eine Potenzialdifferenz zwischen dem Messmedium-Zulauf 201 und dem Messmedium-Ablauf 202 bereitgestellt werden kann.Furthermore, the measuring medium inlet 201 and the measuring medium sequence 202 although this is in the 2 is not illustrated, electrically conductive areas, such that a potential difference between the measuring medium inlet 201 and the measuring medium sequence 202 can be provided.

Die Messkapillare 101 weist an ihren beiden Enden einen Pufferlösung-Zulauf 203 und einen Pufferlösung-Ablauf 204 auf. Ein Pufferlösung-(Trägermedium-)-Vorrat wird in dem Pufferlösung-Zulauf 203 bereitgestellt, während die Pufferlösung über den Pufferlösung-Ablauf 204 entnommen werden kann.The measuring capillary 101 has at its two ends a buffer solution inlet 203 and a buffer solution flow 204 on. A buffer solution (carrier medium) supply is added to the buffer solution feed 203 provided while the buffer solution over the buffer solution drain 204 can be removed.

Obwohl dies in 2 nicht gezeigt ist, lässt sich eine Potenzialdifferenz zwischen dem Pufferlösung-Zulauf 203 und dem Pufferlösung-Ablauf 204 aufbauen, da sowohl der Pufferlösung-Zulauf 203 als auch der Pufferlösung-Ablauf 204 elektrisch leitende Bereiche aufweisen.Although this in 2 not shown, there is a potential difference between the buffer solution feed 203 and the buffer solution flow 204 build up as both the buffer solution feed 203 as well as the buffer solution procedure 204 have electrically conductive regions.

Durch die in 2 veranschaulichte Anordnung ist es nunmehr möglich, ein Messmedium, welches die zu untersuchenden ionisierten Spezies enthält, über den Messmedium-Zulauf 201 zuzuführen. Da die Zufuhrkapillare 102 mit der Messkapillare 101 in dem Überlappungsbereich 104 in Verbindung steht, kann ein Teil des Messmediums über den Überlappungsbereich 104 in die Messkapillare 101 gelangen, in welcher sich die Pufferlösung (das Trägermaterial) befindet.By the in 2 illustrated arrangement, it is now possible, a measuring medium containing the ionized species to be examined, via the measuring medium inlet 201 supply. Because the supply capillary 102 with the measuring capillary 101 in the overlap area 104 A part of the medium to be measured may be over the overlap area 104 into the measuring capillary 101 in which the buffer solution (the carrier material) is located.

Untenstehend wird nunmehr unter Bezugnahme auf 3 erläutert werden, wie eine Verteilung der ionisierten Spezies innerhalb der Pufferlösung in der Messkapillare 101 erfolgen kann.Below will now be with reference to 3 be explained as a distribution of the ionized species within the buffer solution in the measuring capillary 101 can be done.

3 ist eine Draufsicht der in 2 gezeigten Elektrophorese-Messvorrichtung 100, wobei die angelegten elektrischen Spannungen detaillierter dargestellt sind. 3 is a top view of the in 2 shown electrophoresis measuring device 100 wherein the applied electrical voltages are shown in more detail.

Die erste Spannungsquelle 301 liefert die erste Treiberspannung 303, welche an den Pufferlösung-Zulauf 203 einerseits und an den Pufferlösung-Ablauf 204 andererseits angeschlossen ist. Auf diese Weise wird entlang der Messkapillare 101 ein elektrisches Feld aufgebaut, welches ionisierte Spezies aus dem Überlappungsbereich 104 zu dem Pufferlösung-Ablauf 204 hin transportieren kann. Es sei darauf hingewiesen, dass eine Pufferlösung 106 stets in der Messkapillare 101 vorhanden ist. Die Pufferlösung 106 wird nicht oder nur unwesentlich durch das elektrische Feld, das durch die erste Treiberspannung 303 hervorgerufen wird, beeinflusst. Die Pufferlösung kann durch den Pufferlösung-Zulauf 203 zugeführt werden und kann durch den Pufferlösung-Ablauf 204 abgeführt werden.The first voltage source 301 provides the first driver voltage 303 , which to the buffer solution inlet 203 on the one hand and to the buffer solution sequence 204 on the other hand connected. This way, along the measuring capillary 101 built an electric field, which ionized species from the overlap region 104 to the buffer solution flow 204 can transport. It should be noted that a buffer solution 106 always in the measuring capillary 101 is available. The buffer solution 106 is not or only insignificantly by the electric field caused by the first drive voltage 303 caused. The buffer solution can pass through the buffer solution inlet 203 can be supplied and can by the buffer solution expiration 204 be dissipated.

Nachstehend wird nunmehr die Zuführung des Messmediums in die Messkapillare 101 detailliert erläutert.Below is now the supply of the measuring medium in the measuring capillary 101 explained in detail.

Wie in 3 gezeigt, ist eine zweite Spannungsquelle (ein zweiter Feldgenerator) 302 bereitgestellt, welche ein gepulstes Spannungssignal als eine zweite Treiberspannung 304 bereitstellt. Bei jedem Spannungspuls der zweiten Treiberspannung 304 kann nunmehr aus dem Messmedium-Zulauf 201 Messmedium austreten, welches aufgrund der Wirkung des durch die zweite Treiberspannung 304 aufgebauten elektrischen Felds von dem Messmedium-Zulauf 201 zu dem Messmedium-Ablauf 202 fließt.As in 3 shown is a second voltage source (a second field generator) 302 which provides a pulsed voltage signal as a second drive voltage 304 provides. At each voltage pulse of the second drive voltage 304 can now from the measuring medium inlet 201 Exiting the measuring medium, which due to the effect of the second drive voltage 304 constructed electric field of the measuring medium inlet 201 to the measuring medium sequence 202 flows.

Da das Messmedium 105 eine kleine Viskosität aufweist, schießt das Messmedium 105 von dem Messmedium-Zulauf 201 zu dem Messmedium-Ablauf 202 mit einer hohen Geschwindigkeit und durchquert mit dieser Geschwindigkeit den Überlappungsbereich 104. Da die Zufuhrkapillare 102 mit der Messkapillare 101 durch den Überlappungsbereich 104 in Verbindung steht, wird ein Teil des Messmediums 105 in die Pufferlösung 106 und damit in die Messkapillare 101 übertragen und wird entsprechend der angelegten ersten Treiberspannung 303 und der elektrophoretischen Mobilität des Messmediums von dem Überlappungsbereich 104 in Richtung des Pufferlösung-Ablaufs 204 transportiert.As the measuring medium 105 has a low viscosity, shoots the medium 105 from the measuring medium inlet 201 to the measuring medium sequence 202 at a high speed and traverses the overlap area at this speed 104 , Because the supply capillary 102 with the measuring capillary 101 through the overlap area 104 becomes part of the measuring medium 105 into the buffer solution 106 and thus into the measuring capillary 101 transmitted and is according to the applied first drive voltage 303 and the electrophoretic mobility of the measuring medium from the overlap region 104 towards the buffer solution drain 204 transported.

Die Wanderungsgeschwindigkeit des Teils des Messmediums 105, der über den Überlappungsbereich 104 in die Messkapillare 101 eingetreten ist, hängt gemäß obiger Gleichung (4) von der elektrophoretischen Mobilität ab. Eine hohe elektrophoretische Mobilität führt dazu, dass – bei gleicher Zeitdauer – der übertragene Teil des Messmediums 105 eine längere Strecke in der Messkapillare 101 zurücklegt als dies bei einer geringere elektrophoretischen Mobilität μ der Fall ist.The migration speed of the part of the measuring medium 105 that overlaps the overlap area 104 into the measuring capillary 101 has occurred, depends on the electrophoretic mobility according to the above equation (4). A high electrophoretic mobility leads to the fact - with the same time duration - of the transferred part of the measuring medium 105 a longer distance in the measuring capillary 101 travels than is the case with a lower electrophoretic mobility μ.

Wird nun, wie dies in 3 veranschaulicht ist, die zweite Treiberspannung 304 in der gezeigten Weise gepulst, so entsteht in der Messkapillare 101 eine abwechselnde Verteilung einer hohen Messmedium-Dichte und einer niedrigen Messmedium-Dichte, wie durch den schraffierten Bereich einer Drift-Strecke 107 in 3 gezeigt.Now, as in 3 Illustrated is the second drive voltage 304 pulsed in the manner shown, so arises in the measuring capillary 101 an alternating distribution of a high measurement medium density and a low measurement medium density, such as through the hatched area of a drift path 107 in 3 shown.

In der Messkapillare 101 bildet sich somit eine periodische Struktur einer großen Messmedium-Dichte und einer geringen Messmedium-Dichte aus, wobei eine Periodenlänge einer derartigen periodischen Struktur einerseits von der Wanderungsgeschwindigkeit, welche durch die elektrophoretische Mobilität μ gemäß obenstehender Gleichung (4) gegeben ist, und andererseits von der Pulsfrequenz der zweiten Treiberspannung 304 abhängt. Für eine spezifische Ionensorte ergibt sich somit ein periodisches Dichterauster innerhalb der Messkapillare 101. Ein derartiges periodisches Dichtemuster innerhalb der Messkapillare 101 führt wiederum zu einer Brechungsindexvariation, welche wie untenstehend beschrieben optisch auswertbar ist.In the measuring capillary 101 Thus, a periodic structure of a large measurement medium density and a low measurement medium density is formed, wherein a period length of such a periodic structure on the one hand by the migration speed, which is given by the electrophoretic mobility μ according to equation (4) above, and on the other hand Pulse frequency of the second drive voltage 304 depends. For a specific type of ion, this results in a periodic density oyster within the measuring capillary 101 , Such a periodic density pattern within the measuring capillary 101 in turn leads to a refractive index variation, which is optically evaluable as described below.

4 zeigt eine Strahlungskopplungseinrichtung 500 zur Einkopplung und Auskopplung optischer Strahlung in die bzw. aus der Messkapillare 101, wobei die Strahlungskopplungseinrichtung 500 parallel entlang eines Teils der Messkapillare 101 angeordnet ist. 4 shows a radiation coupling device 500 for coupling and decoupling optical radiation into and out of the measuring capillary 101 , wherein the radiation coupling device 500 parallel along a part of the measuring capillary 101 is arranged.

Es sei darauf hingewiesen, dass, um eine überlappende Beschreibung zu vermeiden, Komponenten oder Teile, die bereits unter Bezugnahme auf vorherige Figuren beschrieben wurden, im folgenden nicht erneut beschrieben werden.It it should be noted that to give an overlapping description To avoid components or parts already referred to have been described on previous figures, not described again below become.

Die Messkapillare 101, die in 4 gezeigt ist, weist eine periodische Verteilung des Messmediums 105 auf. Die durch die periodische Verteilung repräsentierte Dichteschwankung ionisierter Spezies in der Messkapillare 101 beeinflusst den optischen Brechungsindex in der Messkapillare 101, d. h. Dichte-Schwankungen der ionisierten Spezies, die durch die elektrophoretische Mobilität und die Frequenz der zweiten Treiberspannung 303 gegeben sind, wirken sich auf entsprechende Dichte-Schwankungen des optischen Brechungsindex in der Messkapillare 101 aus.The measuring capillary 101 , in the 4 is shown has a periodic distribution of the measuring medium 105 on. The density variation of ionized species in the measuring capillary represented by the periodic distribution 101 influences the optical refractive index in the measuring capillary 101 ie density variations of the ionized species due to the electrophoretic mobility and frequency of the second drive voltage 303 are given, affect corresponding density fluctuations of the optical refractive index in the measuring capillary 101 out.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die Brechungsindex-Variationen innerhalb der Messkapillare optisch ausgewertet.According to one preferred embodiment of the present invention become the refractive index variations within the measuring capillary optically evaluated.

Zu diesem Zweck ist die in 4 gezeigte Strahlungskopplungseinrichtung 500 als ein Wellenleiter ausgebildet, der zumindest teilweise angrenzend an die und parallel zu der Messkapillare 101 (Drifteinrichtung) verläuft. Der Wellenleiter ist an einem Ende optisch mit einer Strahlungsübertragungseinrichtung 503 verbunden, welche ebenfalls als ein Wellenleiter ausgebildet sein kann. Über die Strahlungsübertragungseinrichtung 503 ist es somit möglich, einerseits optische Primärstrahlung 501 zuzuführen und andererseits eine modifizierte optische Primärstrahlung 502, die durch die Wechselwirkung der optischen Strahlung mit den Brechungsindex-Schwankungen innerhalb der Messkapillare 101 auftritt, zu empfangen.For this purpose, the in 4 shown radiation coupling device 500 is formed as a waveguide, at least partially adjacent to and parallel to the measuring capillary 101 (Drift device) runs. The waveguide is optically with a radiation transmission device at one end 503 connected, which may also be formed as a waveguide. About the radiation transmission device 503 It is thus possible, on the one hand optical primary radiation 501 on the other hand, a modified optical primary radiation 502 caused by the interaction of the optical radiation with the refractive index fluctuations within the measuring capillary 101 occurs to receive.

Es sei hier darauf hingewiesen, dass die Strahlungskopplungseinrichtung 500 optisch in Verbindung mit der (transparenten) Messkapillare 101 steht, derart, dass Strahlung, die in die Strahlungskopplungseinrichtung 500 (in den Wellenleiter) eingekoppelt wird, an die Brechungsindex-Variationen innerhalb der Messkapillare 101 ankoppeln kann. Weist der Brechungsindex-Verlauf innerhalb der Kapillare 101 nun die gezeigte periodische Struktur auf, so erfolgt eine Kopplung eingestrahlter optischer Primärstrahlung gemäß der Bragg-Bedingung, d. h. die Verteilung des Messmediums innerhalb der Kapillare 101 kann als ein eingeschriebenes Bragg-Gitter angesehen werden.It should be noted here that the radiation coupling device 500 visually in connection with the (transparent) measuring capillary 101 such that radiation entering the radiation coupling device 500 (in the waveguide) is coupled to the refractive index variations within the measuring capillary 101 can couple. Indicates the refractive index curve within the capillary 101 Now, the periodic structure shown, there is a coupling of irradiated optical primary radiation according to the Bragg condition, ie the distribution of the measured medium within the capillary 101 can be considered as a registered Bragg grating.

Die Brechungsindex-Variation im Bereich der Messkapillare 101 weist somit eine Periodenlänge auf, welche abhängig ist von der angelegten zweiten Treiberspannung 304 und der elektrophoretischen Mobilität μ (siehe Gleichung (4) oben).The refractive index variation in the area of the measuring capillary 101 thus has a period length which is dependent on the applied second drive voltage 304 and the electrophoretic mobility μ (see Equation (4) above).

Für eine bestimmte ionisierte Spezies stellt die Brechungsindex-Struktur (Brechungsindex-Variation) innerhalb der Messkapillare 101 ein Bragg-Gitter dar, das eine eingestrahlte optische Primärstrahlung bei einer vorgegebenen Wellenlänge, der Bragg-Wellenlänge, reflektiert. Die Wellenlänge der reflektierten optischen Strahlung ändert sich somit in Abhängigkeit von einem Gitterabstand des Bragg-Gitters.For a particular ionized species, the refractive index structure (refractive index variation) represents within the measuring capillary 101 a Bragg grating which reflects an incident primary optical radiation at a given wavelength, the Bragg wavelength. The wavelength of the reflected optical radiation thus changes as a function of a grid spacing of the Bragg grating.

Die aus dem Fluid, d. h. der Mischung aus der Pufferlösung 106 und dem Teil des Messmediums 105, welches über den Überlappungsbereich 104 in die Messkapillare 101 periodisch eingetreten ist, ausgekoppelte modifizierte optische Primärstrahlung kann nun in Reflexion oder Transmission erfasst werden.The from the fluid, ie the mixture of the buffer solution 106 and the part of the measuring medium 105 which is about the overlap area 104 into the measuring capillary 101 has occurred periodically, decoupled modified optical primary radiation can now be detected in reflection or transmission.

4 zeigt eine Variante, bei der die modifizierte optische Primärstrahlung 502 in Reflexion erfasst wird. Eine Wellenlängenverteilung der reflektierten modifizierten optischen Primärstrahlung weist ein Maximum bei der so genannten Bragg-Wellenlänge auf, welche gemäß der Bragg-Bedingung durch die folgende Gleichung (5) gegeben ist: λB = 2nkΛ (5) 4 shows a variant in which the modified optical primary radiation 502 is detected in reflection. A wavelength distribution of the reflected modified primary optical radiation has a maximum at the so-called Bragg wavelength, which is given by the following equation (5) according to the Bragg condition: λ B = 2 n Λ k (5)

Hierbei ist nk die effektive Brechzahl des Fluids in der Messkapillare 101 und Λ ist die räumliche Bragg-Gitterperiode, die durch die Messmedium-Fluktuationen innerhalb der Messkapillare 101 hervorgerufen werden. Wird in Reflexion gemessen, wie in 4 veranschaulicht, und wird mit einer breitbandigen Intensitätsverteilung einer optischen Primärstrahlung 501 eingestrahlt, so ergibt sich ein Reflexionsmaximum bei der gemäß obiger Gleichung (5) angegebenen Wellenlänge.Here, n k is the effective refractive index of the fluid in the measuring capillary 101 and Λ is the spatial Bragg grating period caused by the measurement medium fluctuations within the measurement capillary 101 be caused. Measured in reflection as in 4 illustrates, and is with a broadband intensity distribution of a primary optical radiation 501 irradiated, the result is a reflection maximum at the wavelength given in equation (5) above.

Wird hingegen in Transmission gemessen, so ergibt sich in der modifizierten optischen Primärstrahlung, die in Transmission detektierbar ist, an dieser Stelle ein Absorptionsminimum, d. h. bei Einstrahlung einer optischen Primärstrahlung mit einer breiten Wellenlängenverteilung entsteht an der Stelle des Reflexionsmaximums ein Absorptionsminimum.Becomes however, measured in transmission, so results in the modified optical primary radiation, which can be detected in transmission is, at this point, an absorption minimum, d. H. at radiation an optical primary radiation with a broad wavelength distribution arises at the point of reflection maximum an absorption minimum.

Über die Bestimmung der Wellenlänge des Extremums in der modifizierten optischen Primärstrahlung, d. h. der Wellenlänge des Reflexionsmaximums bzw. des Transmissionsminimums, lässt sich bei gegebenem Brechungsindex nk rückrechnen auf die Bragg-Gitterperiode Λ. Die Bragg-Gitterperiode Λ wiederum gibt direkt die elektrophoretische Mobilität μ an, da die Wiederholfrequenz einer Einbringung des Messmediums in die Messkapillare 101 durch die Pulsfrequenz der Treiberspannung 304 fest vorgegeben ist.By determining the wavelength of the extremum in the modified optical primary radiation, ie the wavelength of the reflection maximum or of the transmission minimum, n k can be recalculated to the Bragg grating period bei given a given refractive index. The Bragg grating period Λ in turn gives directly the electrophoretic mobility μ, since the repetition frequency of an introduction of the measuring medium into the measuring capillary 101 by the pulse frequency of the drive voltage 304 is fixed.

5 ist ein Diagramm, welches Ausprägungen einer unterschiedlichen Bragg-Gitterperiode für unterschiedliche elektrophoretische Mobilitäten μ zweier unterschiedlicher Messmedien zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 5 FIG. 12 is a diagram illustrating occurrences of a different Bragg grating period for different electrophoretic mobilities μ of two different measurement media to explain the principle of the present invention.

In dem in 5 gezeigten Diagramm ist eine Brechungsindex-Variation 402 als Funktion eines Pulsabstands P1 bzw. P2 entlang der Kapillarachse 103 aufgetragen. Ein erster Brechungsindex-Verlauf 403 weist eine kleine Bragg-Gitterperiode bzw. eine hohe Wiederholfrequenz P1 auf, während ein zweiter Brechungsindex-Verlauf 404 eine große Bragg-Gitterperiode bzw. eine niedrige Wiederholfrequenz P2 aufweist.In the in 5 The diagram shown is a refractive index variation 402 as a function of a pulse spacing P1 or P2 along the capillary axis 103 applied. A first refractive index curve 403 has a small Bragg grating period and a high repetition frequency P1, while a second refractive index gradient 404 has a large Bragg grating period or a low repetition frequency P2.

Ein Messmedium in der Messkapillare 101, welches den ersten Brechungsindex-Verlauf 403 bereitstellt, weist somit eine geringere elektrophoretische Mobilität μ auf als ein Messmedium, welches einen zweiten Brechungsindex-Verlauf 404 hervorruft. Dies rührt daher, dass – eine konstante Wiederholfrequenz der Treiberspannung 304 vorausgesetzt – ein Messmedium einer hohen elektrophoretischen Mobilität μ, welches durch einen Spannungspuls teilweise in die Messkapillare 101 eingebracht wird, bis zu dem darauf folgenden Spannungspuls unter Einbringung eines weiteren Teils des Messmediums bereits unter dem Einfluss der ersten Treiberspannung 303 einen größeren Weg entlang einer Kapillarachse 103 zurückgelegt hat als dies bei einem Messmedium mit geringerer elektrophoretische Mobilität der Fall ist.A measuring medium in the measuring capillary 101 , which is the first refractive index curve 403 thus has a lower electrophoretic mobility μ than a measuring medium which has a second refractive index profile 404 causes. This is due to the fact that - a constant repetition frequency of the drive voltage 304 provided - a measurement medium of high electrophoretic mobility μ, which by a voltage pulse partially into the measuring capillary 101 is introduced, up to the subsequent voltage pulse with the introduction of another part of the measuring medium already under the influence of the first drive voltage 303 a larger path along a capillary axis 103 has come back as is the case with a measuring medium with lower electrophoretic mobility.

6 ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine Elektrophorese-Messvorrichtung 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie die in 4 gezeigte Anordnung weist die Elektrophorese-Messvorrichtung 100 gemäß 6, eine Strahlungskopplungseinrichtung 500 auf, um Strahlung in das bzw. aus dem Messmedium, das in der Messkapillare 101 enthalten ist, ein- bzw. auszukoppeln. 6 is a schematic block diagram showing an electrophoresis measuring device 100 according to a preferred embodiment of the present invention. Like the in 4 The arrangement shown has the electrophoresis measuring device 100 according to 6 , a radiation coupling device 500 on to radiation in and out of the measuring medium that is in the measuring capillary 101 is contained, to couple or uncouple.

Eine optische Sendeeinrichtung 601 sendet die optische Primärstrahlung 501 über eine zweite Strahlablenkeinrichtung 507 und die Strahlungsübertragungseinrichtung 503 in die Strahlungskopplungseinrichtung 500. Die optische Primärstrahlung 501 kann hierbei eine spektrale Breite aufweisen, die gleich oder größer ist als ein Abstimmbereich einer als Bragg-Gitter in der Messkapillare 101 ausgebildeten Brechungsindexvariation. Ferner ist es möglich, eine spektral schmalbandige optische Sendeeinrichtung 601 vorzusehen, welche in ihrer Ausgangswellenlänge über einen Abstimmbereich einer als Bragg-Gitter in der Messkapillare 101 ausgebildeten Brechungsindexvariation abstimmbar ist.An optical transmitter 601 sends the optical primary radiation 501 via a second beam deflector 507 and the radiation transmission device 503 in the radiation coupling device 500 , The optical primary radiation 501 In this case, it may have a spectral width which is equal to or greater than a tuning range of a Bragg grating in the measuring capillary 101 trained refractive index variation. Furthermore, it is possible to use a spectrally narrow-band optical transmission device 601 provide, which in its output wavelength over a tuning range as a Bragg grating in the measuring capillary 101 trained refractive index variation is tunable.

Die modifizierte optische Primärstrahlung 502 wird über die Strahlungskopplungseinrichtung 500 empfangen und über die Strahlungsübertragungseinrichtung 503 und eine erste Strahlablenkeinrichtung 506 zu einer optischen Empfangseinrichtung 602 übertragen.The modified optical primary radiation 502 is via the radiation coupling device 500 received and via the radiation transmission device 503 and a first beam deflector 506 to an optical receiving device 602 transfer.

Es sei hier darauf hingewiesen, dass gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die optische Sendeeinrichtung 601 und die optische Empfangseinrichtung 602integriert als eine optische Sende-/Empfangseinrichtung bereitgestellt werden können.It should be noted here that according to a preferred embodiment of the present invention, the optical transmitting device 601 and the optical receiving device 602 integrated as an optical transmitting / receiving device can be provided.

Die optische Sendeeinrichtung 601 wird angesteuert durch eine Verarbeitungsrichtung 603, welche wiederum ein Ausgangssignal der optischen Empfangseinrichtung 602 aufnimmt. Die optische Sendeeinrichtung 601 ist somit ausgelegt zum Einstrahlen der optischen Primärstrahlung 501 in das Fluid, während die optische Empfangseinrichtung ausgelegt ist zum Detektieren einer aus dem Fluid ausgekoppelten modifizierten optischen Primärstrahlung 502 und zum Ausgeben eines Detektorsignals auf der Grundlage des an die Drifteinrichtung angelegten elektrischen Felds und der aus dem Fluid ausgekoppelten modifizierten optischen Primärstrahlung.The optical transmitter 601 is driven by a processing direction 603 , Which in turn, an output signal of the optical receiving device 602 receives. The optical transmitter 601 is thus designed to irradiate the optical primary radiation 501 into the fluid, while the optical receiving device is designed to detect a modulated optical primary radiation coupled out of the fluid 502 and outputting a detector signal based on the electric field applied to the drift means and the modified primary optical radiation coupled out of the fluid.

Die Verarbeitungseinrichtung ist ausgelegt zum Verarbeiten des aus der optischen Empfangseinrichtung ausgegebenen Detektorsignals und zum Bestimmen der Driftbewegung der elektrisch geladenen Teilchen auf der Grundlage des verarbeiteten Detektorsignals.The Processing device is designed to process from the optical detector outputted detector signal and the Determining the drift movement of the electrically charged particles the basis of the processed detector signal.

7 veranschaulicht eine Elektrophorese-Messvorrichtung 100 gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zu den in den 4 und 6 gezeigten Elektrophorese-Messvorrichtungen weist die in 7 gezeigte Elektrophorese-Messvorrichtung 100 einen Strahlungsteiler 504 auf, der integral mit der Messkapillare 101 ausgebildet ist, derart, dass über diesen Strahlungsteiler 504 sowohl die optische Primärstrahlung 501 in das Messmedium eingebracht werden kann als auch die modifizierte optische Primärstrahlung 502 aus dem Messmedium 105 ausgekoppelt werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die modifizierte optische Primärstrahlung 502 in Reflexion zu erfassen, derart, dass gemäß der obigen Gleichung (5) ein Reflexionsmaximum bei der Bragg-Wellenlänge erfasst wird. 7 illustrates an electrophoresis measuring device 100 according to another preferred embodiment of the present invention. Unlike the ones in the 4 and 6 shown electrophoresis measuring devices has the in 7 shown electrophoresis measuring device 100 a beam splitter 504 on, which is integral with the measuring capillary 101 is formed, such that over this beam splitter 504 both the optical primary radiation 501 can be introduced into the measuring medium as well as the modified optical primary radiation 502 from the measuring medium 105 can be disconnected. In this way it is possible the modified optical primary radiation 502 in reflection, such that, according to the above equation (5), a reflection maximum at the Bragg wavelength is detected.

Die über den Strahlungsteiler 504 eingekoppelte optische Primärstrahlung 501 verläuft entlang einer optischen Achse 505 und wird in Richtung der Kapillarachse 103 abgelenkt.The over the beam splitter 504 coupled optical primary radiation 501 runs along an optical axis 505 and becomes in the direction of the capillary axis 103 distracted.

8 ist ein Flussdiagramm, welches ein Messverfahren zur Erfassung einer Driftbewegung elektrisch geladener Teilchen veranschaulicht. 8th FIG. 10 is a flowchart illustrating a measuring method for detecting a drift motion of electrically charged particles. FIG.

Bei einem Schritt S1 wird die Prozedur gestartet. Ein nachfolgender Schritt S2 dient der Bereitstellung einer Drifteinrichtung, die ausgelegt ist zum Transport elektrisch geladener Teilchen. Vorzugsweise ist die Drifteinrichtung als eine Messkapillare ausgebildet.at Step S1 starts the procedure. A following Step S2 is to provide a drift device which is designed to transport electrically charged particles. Preferably the drift device is designed as a measuring capillary.

Anschließend schreitet die Prozedur zu einem Schritt S3 fort, bei dem elektrisch geladene Teilchen in die Drifteinrichtung mittels eines Fluids, vorzugsweise mittels. einer Pufferlösung (Trägermedium) eingebracht werden.Subsequently the procedure proceeds to a step S3 in which electric charged particles into the drift device by means of a fluid, preferably by means of. a buffer solution (carrier medium) be introduced.

In einem anschließenden Schritt S4 wird ein elektrisches Feld an die Drifteinrichtung angelegt. Hierbei kann eine Zufuhrkapillare bereitgestellt werden, welche das Messmedium über einen Überlappungsbereich 104 der Messkapillare 101 mit der Zufuhrkapillare 102 der Messkapillare 101 zuführt. Das elektrische Wechselfeld kann eine gepulste Gleichspannung sein, die dafür sorgt, dass in bestimmten vorgebbaren. Zeitabständen ein Übertrag des Messmediums 105 von der Zufuhrkapillare 102 in die Messkapillare 101 erfolgt.In a subsequent step S4, an electric field is applied to the drift device. In this case, a supply capillary can be provided, which covers the measuring medium over an overlapping area 104 the measuring capillary 101 with the feed capillary 102 the measuring capillary 101 supplies. The alternating electric field can be a pulsed DC voltage, which ensures that in certain predeterminable. Time intervals a carry of the measuring medium 105 from the feed capillary 102 into the measuring capillary 101 he follows.

Anschließend wird in einem Schritt S5 eine optische Primärstrahlung 501 in das Fluid unter Verwendung einer optischen Sendeeinrichtung eingestrahlt.Subsequently, in a step S5, an optical primary radiation 501 into the fluid using an optical transmitter.

Schließlich rückt die Prozedur zu einem Schritt S6 vor, bei dem eine aus dem Fluid (d. h. der Mischung der Pufferlösung mit dem Messmedium) ausgekoppelte modifizierte optische Primärstrahlung 502 mittels einer optischen Empfangseinrichtung detektiert wird.Finally, the procedure advances to a step S6 in which a modified optical primary radiation coupled out of the fluid (ie, the mixture of the buffer solution with the measurement medium) 502 is detected by means of an optical receiving device.

Schließlich wird in dem nachfolgenden Schritt S7 ein Detektorsignal aus der optischen Empfangseinrichtung auf der Grundlage des elektrischen Wechselfelds (bzw. der gepulsten Gleichspannung) und der aus dem Fluid ausgekoppelten, modifizierten optischen Primärstrahlung ausgegeben.After all In the following step S7, a detector signal is output from the optical receiving device based on the electrical Alternating field (or the pulsed DC voltage) and from the Fluid decoupled, modified optical primary radiation output.

In einem nachfolgenden Schritt S8 wird das aus der optischen Empfangseinrichtung ausgegebene Detektorsignal derart verarbeitet, dass die Driftbewegung der elektrisch geladenen Teilchen auf der Grundlage des verarbeiteten Detektorsignals bestimmt werden kann. In einem nachfolgenden Schritt S9 wird die Prozedur beendet.In a subsequent step S8 is the from the optical receiving device outputted detector signal processed such that the drift movement the electrically charged particles based on the processed Detector signal can be determined. In a subsequent step S9, the procedure is terminated.

Vorzugsweise kann der Schritt eines Einstrahlens der optischen Primärstrahlung 501 in das Fluid durch ein Einstrahlen einer schmalbandigen Strahlung bereitgestellt werden, wobei die schmalbandige Strahlung über einen vorgegebenen Detektionsbereich, d. h. über die Filterbreite des Bragg-Gitters variiert wird.Preferably, the step of irradiating the optical primary radiation 501 be provided in the fluid by irradiating a narrow-band radiation, wherein the narrow-band radiation over a predetermined detection range, that is varied over the filter width of the Bragg grating.

Beim Auskoppeln der modifizierten optischen Primärstrahlung kann eine Intensitätsverteilung der ausgekoppelten Primärstrahlung als Funktion einer Wellenlänge der optischen Primärstrahlung erfasst werden. Somit lässt sich ein lokales Extremum, d. h. lokales Minimum oder ein lokales Maximum in der Intensitätsverteilung ermitteln.At the Decoupling the modified optical primary radiation can be an intensity distribution of the decoupled primary radiation as a function of a wavelength of the optical primary radiation be recorded. Thus, a local extremum, d. H. local minimum or a local maximum in the intensity distribution determine.

Durch das vorgegebene Elektrophorese-Messverfahren lässt sich eine statische Position einer Verteilung der in der Messkapillare enthaltenen elektrisch geladenen Teilchen bestimmen. Ferner ist es möglich, eine optische Primärstrahlung als eine kohärente Strahlung auszubilden, wobei die optische Primärstrahlung dann in der Wellenlänge variiert wird, um das lokale Extremum in der reflektierten Intensitätsverteilung zu bestimmen.By the predetermined electrophoresis measuring method can be a static position of a distribution in the measuring capillary determine electrically charged particles contained. Further is it is possible to use an optical primary radiation as to form a coherent radiation, wherein the optical Primary radiation then varies in wavelength becomes the local extremum in the reflected intensity distribution to determine.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Even though the present invention above based on preferred embodiments is described, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways.

Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten beschränkt. BEZUGSZEICHENLISTE Nr. Bezeichnung 100 Elektrophorese-Messvorrichtung 101 Messkapillare 102 Zufuhrkapillare 103 Kapillarachse 104 Überlappungsbereich 105 Messmedium 106 Pufferlösung 107 Driftstrecke 200 Substrat 201 Messmedium-Zulauf 202 Messmedium-Ablauf 203 Pufferlösung-Zulauf 204 Pufferlösung-Ablauf 205 Messmediumquelle 206 Messmediumsenke 301 erste Spannungsquelle 302 zweite Spannungsquelle 303 erste Treiberspannung 304 zweite Treiberspannung 401 Pulsabstand auf Kapillarachse 402 Brechungsindexvariation 403 erster Brechungsindexverlauf 404 zweiter Brechungsindexverlauf 405 Messmediumverteilung 500 Strahlungskopplungseinrichtung 501 optische Primärstrahlung 502 modifizierte optische Primärstrahlung 503 Strahlungsübertragungseinrichtung 504 Strahlungsteiler 505 optische Achse 506 erste Strahlablenkeinrichtung 507 zweite Strahlablenkeinrichtung 601 optische Sendeeinrichtung 602 optische Empfangseinrichtung 603 Verarbeitungseinrichtung 604 Ausgangssignal Also, the invention is not limited to the applications mentioned. LIST OF REFERENCE NUMBERS No. description 100 Electrophoresis measuring device 101 measuring capillary 102 feed capillaries 103 capillary 104 overlap area 105 measuring medium 106 buffer solution 107 drift 200 substratum 201 Measuring medium inlet 202 Measuring medium flow 203 Buffer solution inlet 204 Buffer solution drain 205 Measuring medium source 206 Measuring medium sink 301 first voltage source 302 second voltage source 303 first driver voltage 304 second drive voltage 401 Pulse distance on capillary axis 402 Refractive index variation 403 first refractive index profile 404 second refractive index profile 405 Measuring medium distribution 500 Radiation coupling device 501 optical primary radiation 502 modified optical primary radiation 503 Radiation transfer device 504 beam splitter 505 optical axis 506 first beam deflector 507 second beam deflector 601 optical transmitting device 602 optical receiving device 603 processing device 604 output

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (21)

Elektrophorese-Messvorrichtung (100) zur Erfassung einer Driftbewegung elektrisch geladener Teilchen in einem elektrischen Feld, umfassend: mindestens eine Drifteinrichtung (101), die ausgelegt ist zum Transport der elektrisch geladenen Teilchen in einem Fluid (106); einen elektrischen Feldgenerator (301, 302), der ausgelegt ist zum Erzeugen und Anlegen eines elektrischen Felds an die Drifteinrichtung (101); eine optische Sendeeinrichtung (601), die ausgelegt ist zum Einstrahlen einer optischen Primärstrahlung (501) in das Fluid (106); eine optische Empfangseinrichtung (602), die ausgelegt ist zum Detektieren einer aus dem Fluid (106) ausgekoppelten modifizierten optischen Primärstrahlung (502) und zum Ausgeben eines Detektorsignals auf der Grundlage des an die Drifteinrichtung (101) angelegten elektrischen Felds und der aus dem Fluid (106) ausgekoppelten modifizierten optischen Primärstrahlung (502); und eine Verarbeitungseinrichtung (603), die ausgelegt ist zum Verarbeiten des aus der optischen Empfangseinrichtung (602) ausgegebenen Detektorsignals und zum Bestimmen der Driftbewegung der elektrisch geladenen Teilchen auf der Grundlage des verarbeiteten Detektorsignals.Electrophoresis measuring device ( 100 ) for detecting a drift motion of electrically charged particles in an electric field, comprising: at least one drift device ( 101 ) which is designed to transport the electrically charged particles in a fluid ( 106 ); an electric field generator ( 301 . 302 ) which is designed to generate and apply an electric field to the drift device ( 101 ); an optical transmitting device ( 601 ), which is designed to radiate an optical primary radiation ( 501 ) into the fluid ( 106 ); an optical receiving device ( 602 ) designed to detect one of the fluids ( 106 ) decoupled modified optical primary radiation ( 502 ) and outputting a detector signal on the basis of the to the drift device ( 101 ) applied electric field and from the fluid ( 106 ) decoupled modified optical primary radiation ( 502 ); and a processing device ( 603 ) which is designed to process the image from the optical receiving device ( 602 ) and determining the drift motion of the electrically charged particles based on the processed detector signal. Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die optische Sendeeinrichtung (601) und die optische Empfangseinrichtung (602) als eine kombinierte Sendeempfangseinrichtung (602) ausgelegt sind.Measuring device ( 100 ) according to claim 1, wherein the optical transmitting device ( 601 ) and the optical receiving device ( 602 ) as a combined transceiver device ( 602 ) are designed. Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Strahlungskopplungseinrichtung, die ausgelegt ist zum Ein- oder Auskoppeln der optischen Strahlung in das oder aus dem Fluid (106).Measuring device ( 100 ) according to claim 1 or 2, further comprising a radiation coupling device which is designed for coupling or decoupling the optical radiation into or out of the fluid ( 106 ), Messvorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die Strahlungskopplungseinrichtung als ein optischer Wellenleiter bereitgestellt ist.Measuring device ( 100 ) according to claim 3, wherein said radiation coupling means is provided as an optical waveguide. Messvorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die Strahlungskopplungseinrichtung als ein Strahlungsteiler (504) bereitgestellt ist.Measuring device ( 100 ) according to claim 3, wherein the radiation coupling device acts as a radiation splitter ( 504 ). Messvorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei der optische Wellenleiter zumindest teilweise angrenzend an die und parallel zu der Drifteinrichtung (101) verläuft.Measuring device ( 100 ) according to claim 4, wherein the optical waveguide is at least partially adjacent to and parallel to the drift means (12). 101 ) runs. Messvorrichtung (100) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Drifteinrichtung (101) als eine Kapillare bereitgestellt ist.Measuring device ( 100 ) according to at least one of the preceding claims, wherein the drift device ( 101 ) is provided as a capillary. Messvorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei die Kapillare (101) einen Innendurchmesser in einem Bereich von 0,01 mm bis 0,2 mm, und in bevorzugter Weise einen Durchmesser von ungefähr 0,05 mm aufweist.Measuring device ( 100 ) according to claim 4, wherein the capillary ( 101 ) has an inner diameter in a range of 0.01 mm to 0.2 mm, and preferably a diameter of approximately 0.05 mm. Messvorrichtung (100) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Fluid (106) bereitgestellt ist aus der Gruppe, welche besteht aus Wasser, einem Gel, Polyacrymil, Agarose, oder jedweder Kombination davon.Measuring device ( 100 ) according to at least one of the preceding claims, wherein the fluid ( 106 ) is selected from the group consisting of water, a gel, polyacrymil, agarose, or any combination thereof. Messvorrichtung (100) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die elektrisch geladenen Teilchen Atomionen oder Molekülionen sind.Measuring device ( 100 ) according to at least one of the preceding claims, wherein the electrically charged particles are atomic ions or molecular ions. Messvorrichtung (100) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Zufuhrkapillare (102), die einen Überlappungsbereich (104) mit der Drifteinrichtung (101) (101) aufweist, wobei der elektrische Feldgenerator (301, 302) ausgelegt ist zum Erzeugen und Anlegen eines elektrischen Felds an die Zufuhrkapillare (102).Measuring device ( 100 ) according to at least one of the preceding claims, further comprising a feed capillary ( 102 ), which has an overlap area ( 104 ) with the drift device ( 101 ) ( 101 ), wherein the electric field generator ( 301 . 302 ) is designed to generate and apply an electric field to the supply capillary ( 102 ), Messverfahren zur Erfassung einer Driftbewegung elektrisch geladener Teilchen, mit den Schritten: a) Bereitstellen einer Drifteinrichtung (101), die ausgelegt ist zum Transport der elektrisch geladenen Teilchen; b) Einbringen der elektrisch geladenen Teilchen in die Drifteinrichtung (101) mittels eines Fluids (106); c) Anlegen eines elektrischen Felds an die Drifteinrichtung (101); d) Einstrahlen einer optischen Primärstrahlung (501) in das Fluid (106) mittels einer optischen Sendeeinrichtung (601); e) Detektieren einer aus dem Fluid (106) ausgekoppelten modifizierten optischen Primärstrahlung (502) mittels einer optischen Empfangseinrichtung (602); f) Ausgeben eines Detektorsignals aus der optischen Empfangseinrichtung (602) auf der Grundlage des elektrischen Felds und der aus dem Fluid (106) ausgekoppelten modifizierten optischen Primärstrahlung (502); und g) Verarbeiten des aus der optischen Empfangseinrichtung (602) ausgegebenen Detektorsignals derart, dass die Driftbewegung der elektrisch geladenen Teilchen auf der Grundlage des verarbeiteten Detektorsignals bestimmbar wird.Measuring method for detecting a drift motion of electrically charged particles, comprising the steps of: a) providing a drift device ( 101 ) designed to transport the electrically charged particles; b) introducing the electrically charged particles into the drift device ( 101 ) by means of a fluid ( 106 ); c) applying an electric field to the drift device ( 101 ); d) irradiation of an optical primary radiation ( 501 ) into the fluid ( 106 ) by means of an optical transmitting device ( 601 ); e) Detecting one of the fluids ( 106 ) decoupled modified optical primary radiation ( 502 ) by means of an optical receiving device ( 602 ); f) outputting a detector signal from the optical receiving device ( 602 ) based on the electric field and the fluid ( 106 ) decoupled modified optical primary radiation ( 502 ); and g) processing the image from the optical receiving device ( 602 ) so that the drift motion of the electrically charged particles can be determined on the basis of the processed detector signal. Messverfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt eines Einstrahlens der optischen Primärstrahlung (501) in das Fluid (106) ein Einstrahlen einer schmalbandigen Strahlung in das Fluid (106) und ein Variieren der schmalbandigen Strahlung über einen vorgegebenen Detektionsbereich umfasst.The measuring method according to claim 12, wherein the step of irradiating the primary optical radiation ( 501 ) into the fluid ( 106 ) irradiating a narrow-band radiation into the fluid ( 106 ) and varying the narrowband radiation over a predetermined detection range. Messverfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Schritt eines Verarbeitens der ausgekoppelten modifizierten optischen Primärstrahlung (502) die folgenden Unterschritte umfasst: i) Erfassen einer Intensitätsverteilung der ausgekoppelten modifizierten optischen Primärstrahlung (502) als Funktion einer Wellenlänge der optischen Primärstrahlung (501); und ii) Bestimmen mindestens eines lokalen Extremums der Intensitätsverteilung über der Wellenlänge.A measuring method according to claim 12 or 13, wherein the step of processing the decoupled modified primary optical radiation ( 502 ) comprises the following sub-steps: i) detecting an intensity distribution of the decoupled modified primary optical radiation ( 502 ) as a function of a wavelength of the optical primary radiation ( 501 ); and ii) determining at least one local extremum of the intensity distribution over the wavelength. Messverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei eine statische Position einer Verteilung der elektrisch geladenen Teilchen erfasst wird.Measuring method according to at least one of the claims 12 to 14, wherein a static position of a distribution of electric charged particles is detected. Messverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei eine in dem Fluid (106) erzeugte Bragg-Reflexion erfasst wird.Measuring method according to at least one of claims 12 to 15, wherein one in the fluid ( 106 ) Bragg reflection is detected. Messverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei das Einstrahlen mittels optisch kohärenter Strahlung durchgeführt wird.Measuring method according to at least one of the claims 12 to 16, wherein the irradiation by means of optically coherent Radiation is performed. Messverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die aus dem Fluid (106) ausgekoppelte modifizierte optische Primärstrahlung (502) in Reflexion erfasst wird.Measuring method according to at least one of claims 12 to 17, wherein the from the fluid ( 106 ) decoupled modified optical primary radiation ( 502 ) is detected in reflection. Messverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die aus dem Fluid (106) ausgekoppelte modifizierte optische Primärstrahlung (502) in Transmission erfasst wird.Measuring method according to at least one of claims 12 to 18, wherein the from the fluid ( 106 ) decoupled modified optical primary radiation ( 502 ) is detected in transmission. Messverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei die optischen Primärstrahlung (501) mittels einer Strahlungskopplungseinrichtung in das Fluid (106) eingekoppelt wird.Measuring method according to at least one of claims 12 to 19, wherein the optical primary radiation ( 501 ) by means of a radiation coupling device into the fluid ( 106 ) is coupled. Messverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei das Bestimmen der Driftbewegung ein Erfassen einer Separation unterschiedlicher elektrisch geladener Teilchen umfasst.Measuring method according to at least one of the claims 12 to 20, wherein determining the drift movement comprises detecting a Separation of different electrically charged particles.
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