DE10392483T5

DE10392483T5 - Vorrichtung zum gesteuerten Trocknen und Derivatisieren in der Planarchromatographie sowie ihre Verwendung

Info

Publication number: DE10392483T5
Application number: DE10392483T
Authority: DE
Inventors: Mikro Prosek; Irena Vovk; Alenka Golcwondra; Janko Zmitek
Original assignee: Kemijski Institut
Current assignee: Kemijski Institut
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2005-03-03
Also published as: AU2003262558A1; SI21199A; WO2003091723A3; WO2003091723A2

Abstract

Vorrichtung für ein gesteuertes Trocknen und Derivatisieren in der Planarchromatographie, dadurch gekennzeichnet, dass das gesteuerte Trocknen und die Derivatisierung durch gerichtete, erhitzte oder nicht erhitzte Luft oder durch ein gerichtetes, erhitztes oder nicht erhitztes Inertgas erreicht wird.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den technischen Bereich der analytischen Chemie, insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum gesteuerten Trocknen und Derivatisieren in der Planarchromatographie und ihre Anwendung, wobei sie die Ausführung verschiedener Schritte der Dünnschichtchromatographie auf reduzierbare und gesteuerte Weise ermöglicht. Durch Beseitigen der unkontrollierten Bandbreite, die sich aus der Diffusion, einer nicht gleichförmigen vertikalen Verteilung über der Tiefe von Flecken in der sorbierenden Schicht während des Trocknens und von nicht homogenen Derivatisierungsbedingungen werden die Genauigkeit, die Empfindlichkeit und die Reproduzierbarkeit verbessert.
Technisches Problem
Bei der Ausführung einer quantitativen Analyse mit der Dünnschichtchromatographie (TLC) wird als ein Hauptproblem ein ausreichendes Trocknen von entwickelten chromatographischen Platten angesehen, da viele Parameter der Analyse, wie die Empfindlichkeit, die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, wesentlich von diesem Verfahrensschritt abhängen. Deshalb besteht ein Bedürfnis für eine Vorrichtung, die die Ausführung des Trocknens und anderer Funktionen nach dem Entwickeln der Chromatogramme (beispielsweise die Derivatisierung) in gesteuerter und technisch geeigneter Weise zulässt.
Stand der Technik
Allgemein widmet man dem Schritt des Trocknens von chromatographischen Platten nicht viel Aufmerksamkeit, da man fälschlicherweise annimmt, dass dieser Schritt keine Hauptfehlerquelle bildet. Die Hersteller entwickeln Vorrichtungen für die Verwendung und die Entwick lung von Chromatogrammen, überlassen aber den Labors die Entscheidung bezüglich der Trocknungs- und Derivatisierungsmaßnahmen.
Aus diesem Grund werden in der Laborpraxis übliche Labortrockner und Haartrocknern (Fönen) ähnliche Trocknungseinrichtungen verwendet, die ein ausreichendes Trocknen nicht gewährleisten. Bei Verwendung eines Föns ist die Erhitzung der Platte nicht gleichförmig, was wiederum insgesamt zu einer ungleichmäßigen Verteilung von Flecken in der Schicht, möglicherweise sogar durch Überhitzen, und demzufolge zur Zersetzung einzelner Analytkomponenten führt. Andererseits gibt es bei einem Labortrockner einen Temperaturgradienten, was bedeutet, dass die Temperatur über der gesamten TLC-Platte nicht gleichförmig ist, was die Ursache für das Eintreten einer nicht gleichförmigen Trocknung ist. Darüber hinaus kann ein laminarer Luftstrom nicht gewährleistet und über die Platte in der gleichen Richtung gerichtet werden, wenn die Platten entwickelt werden, was zu einer unkontrollierten Bandverbreiterung in alle Richtungen führt.
Da das Trocknen mit einem Fön oder in einem Labortrockner eine schlechte Reproduzierbarkeit ergibt und häufig Ursache für ungenaue und nicht reproduzierbare Analyseergebnisse ist, haben verschiedene Hersteller versucht, das Trocknungsproblem dadurch anzugehen, dass sie spezielle Heizplatten mit regulierter Temperatur entworfen haben. Diese Platten ähneln optisch elektrischen Heizplatten und sind so angeordnet, dass die Temperatur auf der Oberfläche der Heizplatte so gleichförmig wie möglich ist. Eine Heizplatte transportiert jedoch nur Energie und entfernt keine Dämpfe der verdampfenden mobilen Phase. Deshalb sammeln sich Lösungsmitteldämpfe auf der Oberfläche des Sorptionsmittels an, was zu einer horizontalen Bandausbreitung und demzufolge zu Fehlern und/oder nicht reproduzierbaren Ergebnissen führt. Manchmal können die Fehler auch dem willkürlichen Entfernen von Dämpfen zugeschrieben werden, was durch einen ungesteuerten Luftstrom herbeigeführt wird, der über die Arbeitsfläche der chromatographischen Platte geht. Deshalb garantiert auch die Verwendung von Heizplatten keine ausreichend reproduzierbaren und genauen Ergebnisse.
Bei der Derivatisierung besteht der Hauptnachteil der Heizplatten in einer nicht gleichförmigen Temperatur über der Oberfläche der Platte (Sorptionsmittel) hauptsächlich wegen des unregulierten Wärmeübergangs an die Umgebung. Dies führt zum Entstehen von Unterschieden bei den Derivatisierungsreaktionen zwischen verschiedenen Bereichen der Platte, wodurch die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit verringert werden.
In der Laborpraxis widmet man sich dem Problem von stark gestreuten Ergebnissen, indem man eine größere parallele Reihe der gleichen Probe und des gleichen Standards auf der Platte aufbringt und eine größere Anzahl von chromatographischen Platten verwendet, mit anderen Worten, durch die Mittelung einer großen Anzahl von Ergebnissen. Alle diese Faktoren verringern die Nützlichkeit der quantitativen TLC beträchtlich.
Referenzen

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Beschreibung der Lösung des technischen Problems mit Ausführungsformen
Das Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung zum gesteuerten Trocknen und Derivatisieren der Planarchromatographie durch einen gerichteten Luft- oder Inertgasstrom.
Diese Erfindung basiert auf unseren Ermittlungen, dass die ersichtliche Streuung der Ergebnisse in der quantitativen Dünnschichtchromatographie (TLC) auf einem unkontrollierten Trocknen von entwickelten chromatographischen Platten und auf unkontrollierten Derivatisierungsbedingungen beruht. Wie vorher erwähnt, tritt beim unkontrollierten Trocknen eine sekundäre Chromatographie auf, die ihrerseits zu einer nicht homogenen Verteilung von Molekülen der Probe innerhalb der Sorptionsmittelschicht und demzufolge zu einer unterschiedlichen Absorption und Lichtstreuung während der Messung führt. Bei ungesteuerten Derivatisierungsbedingungen besteht eine Neigung zu ungleichförmigen Reaktionen mit zusätzlichen unerwünschten Auswirkungen auf die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Analysen.
Zur Überwindung der vorstehend erörterten Probleme wurde eine Vorrichtung entwickelt, die in der beiliegenden 1 gezeigt ist, mit deren Hilfe das Problem des Trocknens von chromatographischen Platten sowie das Derivatisierungsproblem insgesamt gelöst wird. Die Vorrichtung überwindet die Nachteile bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik und stellt eine schnelle, gesteuerte, gerichtete und reproduzierbare Trocknung von chromatographischen Platten und eine Derivatisierung unter homogenen Bedingungen bei regulierter Temperatur und einem willkürlich gerichteten Luft- oder Inertgasstrom bereit, wobei außerdem eine Integration zu einem vollständigen und automatisierten System für eine Chromatogrammbehandlung und Bewertung möglich ist (beispielsweise Trocknen – Derivatisierung – Densitometrie – Videodokumentation – Berechnungen).
Die Vorrichtung nach der Erfindung hat die folgenden Haupteigenschaften: Der erhitzte Luftstrom wird über die Sorptionsmittelschicht in der Richtung der Chromatogrammentwicklung gerichtet. Die Temperatur der erhitzten Luft ist vorzugsweise nicht konstant, schwankt jedoch regelmäßig zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert. Der Bereich zwischen den Temperaturwerten sowie die Länge des Schwankungsintervalls kann unter Verwendung eines zweckbestimmten Programms reguliert werden. Die Vorrichtung unterstützt auch das rechnergesteuerte Trocknen und die automatisierte Funktion durch Integration in ein vollständiges System für die Verarbeitung und Bewertung von Chromatogrammen und Ergebnissen.
Die beiliegende 1 zeigt die Vorrichtung nach der Erfindung. Sie hat ein Gehäuse 1 mit einem Glasdeckel 2 zur Überwachung des Trocknens (bzw. der Option der Derivatisierung), eine Schublade 3 für die Aufnahme von TLC-Platten, eine Heizeinrichtung 4, ein Gebläse 5, einen Temperaturfühler 6, eine Auslassöffnung 7 zum Abführen von Luft (in den Kocher), eine Einlassöffnung 8, die mit einem Filter versehen ist, zum Zuführen von Luft oder Inertgas, einen Verschluss 9 zum Erzielen einer laminaren Strömung, eine Gebläsefunktionssteuerung 10, eine Heizsteuereinheit 11, eine Zeitsteuereinheit 12 mit einer Gesamtsteuereinrichtung und ein Interface 13 zum Anschließen externer Steuereinheiten (RS232).
Die Vorrichtung nach der Erfindung hat die folgenden Eigenschaften:

– Sie stellt ein programmiertes Trocknen von chromatographischen Platten und eine Derivatisierung von Chromatogrammen unter gesteuerten Bedingungen bereit.
– Wärme wird in regelmäßigen oder variablen Zeitintervallen zugeführt.
– Der Temperaturgradient in der Richtung des Luftstroms ist konstant und die Temperatur ist über der gesamten Plattenbreite gleichförmig.
– Der Erhitzungsgrad, die Erhitzungsintervalle, die Trocknungszeit (Ein- und Ausschalten) und andere Parameter können im Voraus ausgewählt oder über ein Rechnerprogramm gesteuert werden.
– Das Trocknen wird durch einen gerichteten laminaren Luftstrom erreicht.

Demzufolge ergeben sich die folgenden Vorteile:

– Ein laminarer Luftstrom entfernt konstant Lösungsmitteldämpfe von den oberen Schichten des Sorptionsmittels, wodurch das Trocknen beschleunigt wird, so dass eine Diffusion von Komponenten des Analyten und eine Bandverbreiterung unterbunden werden.
– Eine gesteuerte Temperaturvariation verhindert eine Überkonzentration der mobilen Phase auf den oberen Schichten des Sorptionsmittels.
– Die erhitzte Luft beschleunigt das Trocknen.
– Aufgrund des gerichteten Luftstroms ist eine Bandverbreiterung, die durch das Trocknen verursacht wird, wenn sie überhaupt unter den gegebenen Bedingungen vorhanden ist, nicht willkürlich, sondern in der Strömungsrichtung kontrolliert. Zusätzlich wird eine Ho mogenität des Temperaturgradienten sowie eine Temperaturgleichförmigkeit über der gesamten Plattenbreite erreicht, was potenzielle Fehler weiter verringert, die einem nicht homogenen Trocknen zuzurechnen sind.
– Eine Überhitzung und ein darauf folgendes Zersetzen der Analytkomponenten wird durch die Temperatursteuerung vermieden.
– Durch Programmieren und Steuern der Trocknungsparameter können vorgegebene Trocknungszustände reproduzierbar und gesteuert erreicht werden, was die Reproduzierbarkeit der Position und der Form der Flecken über der Tiefe verbessert.
– Gesteuerte Verbindungen verbessern die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit des Derivatisierungsprozesses.
– Das Trocknen und die Derivatisierung können in ein integrales System einer gesteuerten Chromatogrammbehandlung und -bewertung eingeschlossen werden.

Als Folge der Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen zum Trocknen von chromatographischen Platten sind die Fehler und die Streuung der Ergebnisse bei Dünnschicht-Chromatographieanalysen aufgrund des Trocknens und einer Derivatisierung minimiert, während die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit solcher Analysen beträchtlich verbessert sind, was durch den Vergleich der Ergebnisse veranschaulicht ist, die in der Tabelle 1 und in den Diagrammen 1 und 2, die folgen, aufgeführt sind.
Zusätzlich ermöglicht die Trocknungsvorrichtung der Erfindung eine Reduzierung der Anzahl von parallelen Analysen des Analyts, ohne die Analysefehler zu erhöhen.
Somit erlaubt die Vorrichtung nach der Erfindung eine Kostenreduzierung der Dünnschicht-Chromatographieanalyse, während ihre Nützlichkeit und Zuverlässigkeit stark verbessert werden, was sowohl aus wirtschaftlichen Gründen als auch zur Gewährleistung von Qualitätsnormen wesentlich ist.
Die Erfindung wird durch die folgenden Ausführungsformen veranschaulicht, die ihren Rahmen nicht beschränken.
Erste Ausführungsform: Vorrichtung zum Trocknen von chromatographischen Platten Die Vorrichtung ist, wie in 1 gezeigt, ausgebildet. Das Gehäuse besteht aus Kunststoff oder aus Metall und hat eine Einlassöffnung zum Einführen von Luft oder Inertgas aus der Umgebung sowie eine Auslassöffnung zum Abführen von Luft oder Inertgas aus dem Sys tem. Der Fluidstrom wird mit Hilfe eines Gebläses mit konstanter oder variabler Drehzahl gewährleistet und durch eine Verschluss- oder Stauplatte gerichtet.
Die Luft wird durch eine mehrstufige Erhitzungseinrichtung mit 100 bis 2000 W erhitzt, wobei die Minimal- und Maximalwerte der Trocknungstemperatur durch Wahl des Erhitzungsgrades (Leistung) reguliert und der Ein/Aus-Schaltfrequenz reguliert werden.
Die Ein/Aus-Schaltfrequenz der Heizeinrichtung kann mit Hilfe der eingeschlossenen Zeitsteuereinheit vorher eingestellt werden, wodurch eine geeignete Ein/Aus-Zeitfrequenz gewählt werden kann, oder über ein Rechnerprogramm (2 – Diagramm der Zwischenabhängigkeit von Temperatur und ausgewähltem Heiz-/Kühlprogramm).
Die chromatographische Platte wird in die Vorrichtung unter Verwendung einer herausziehbaren Trocknungsschublade eingeführt, wofür die Platte so angeordnet wird, dass sie in irgendeine zweckmäßige Richtung weist, beispielsweise so, dass der Luftstrom in der Richtung der Chromatogrammentwicklung gerichtet ist. Die Vorrichtung kann wahlweise mit einem System zur Aufzeichnung aller Daten für den fortschreitenden Trocknungsprozess versehen sein.
Zweite Ausführungsform: Vorrichtung zum Trocknen von chromatographischen Platten und zur Derivatisierung mit einer transparenten Abdeckung Die Vorrichtung ist zur ersten Ausführungsform ähnlich und unterscheidet sich von dieser, dass das Gehäuse über der Trocknungsschublade transparent ist, beispielsweise aus Glas besteht.
Dritte Ausführungsform: Automatisierte Vorrichtung zum Trocknen von chromatographischen Platten und für die Derivatisierung Die Vorrichtung ist zur ersten und zweiten Ausführungsform ähnlich und ist mit einem System für ein vorher auswählbares und/oder programmierbares Trocknen versehen.
Vierte Ausführungsform: Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Trocknen von Chromatographieplatten – Fleckaufbringung.
Es werden 6 chromatographische Platten präpariert, jede mit 18 Aufbringungen 10 mm voneinander entfernt. Der Analyt war eine Trockenmischungs-Camag-Versuchsfarbe III (Camag, Muttenz, Schweiz). Die Menge der Aufbringungen war 1 ìg pro Fleck. Die chromatographischen Platten wurden in Toluol unter identischen Bedingungen entwickelt. Zwei Platten wurden mit einem Fön (1000 W, 5 min, ein- und ausgeschaltet in regelmäßigen Zeitintervallen von 30 s, Luftströmung in Richtung der Chromatogrammentwicklung), zwei mit einer Heizplatte (Camag, Muttenz, Schweiz; 5 min, 80°C) und zwei mit der Trocknungsvorrichtung nach der Erfindung, wie sie bei der ersten Ausführungsform beschrieben ist, getrocknet. Danach wurden die Chromatogramme mit dem Camag-TLC-II-Densitometer in Remission und in Transmission aufgezeichnet. Für jede Aufbringung, die fünf sichtbare Bänder ergibt, wurden die Fläche und die Höhe der drei charakteristischen Peaks mit unterschiedlichen Rf-Werten gemessen und ausgewertet. Somit wurden für jede Platte 108 Messungen und 216 Messungen für jede Art der Trocknungsvorrichtung ausgeführt, was insgesamt 648 Messungen ergab. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt, wobei der Vergleich auch in den Diagrammen von 3 und 4 gezeigt ist.
Tabelle 1
Die Ergebnisstreuung, die durch Trocknen mit der Vorrichtung nach der Erfindung (TLC-Trockner), mit einem Fön und einer Heizplatte jeweils erhalten werden, sind durch die relativen Normabweichung (RSD) ausgedrückt. Für jede Art von Trocknungsvorrichtung wurden 216 Messungen vorgenommen.
Das beiliegende Diagramm von 3 zeigt RSD-Vergleichswerte für die Messungen der Fläche der Bänder, die durch Trocknungschromatogramme mit einer Heizplatte, mit dem TLC-Trockner nach der Erfindung bzw. mit dem Fön erhalten werden.
Das beiliegende Diagramm von 4 zeigt RSD-Vergleichswerte für Messungen der Höhe der Peaks, die für Trocknungschromatogramme mit einer Heizplatte, mit dem TLC-Trockner nach der Erfindung bzw. dem Fön erhalten werden.
Vierte Ausführungsform: Messung der Oberflächentemperatur der chromatographischen Platte im Verlauf des programmierten Trocknens Die chromatographische Platte wurde in dem TLC-Trockner nach der Erfindung unter Verwendung eines Programms mit gleichen Heiz- und Kühlzeitintervallen getrocknet. Die Temperatur wurde auf der Oberfläche der chromatographischen Platte gemessen. Das sich ergebende Temperaturprofil ist in 5 zu sehen (T gemessen in °C, Zeit gemessen in s).
Zusammenfassung
Die Vorrichtung nach der Erfindung ermöglicht ist, die Reproduzierbarkeit von Messungen in der quantitativen Dünnschichtchromatographie (TLC und HPTLC) wesentlich zu verbessern. Durch Beseitigen der unkontrollierten Bandverbreiterung, die sich aus einer Diffusion, ungleichförmiger Tiefenverteilung der Flecken in der Sorptionsmittelschicht während des Trocknens und durch nicht homogene Derivatisierungsbedingungen ergibt, werden die Genauigkeit, Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit verbessert. Die Haupteigenschaften der Vorrichtung nach der Erfindung sind wie folgt: Der erhitzte Luftstrom wird über die Sorptionsmittelschicht in die Richtung der Chromatogrammentwicklung gerichtet. Die Temperatur der erhitzten Luft ist vorzugsweise nicht konstant, sondern schwankt regelmäßig zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert. Der Bereich zwischen dem Minimal- und dem Maximaltemperaturwert sowie die Länge des Schwankungsintervalls können unter Verwendung eines zweckdienlichen Programms reguliert werden. Die Vorrichtung unterstützt auch ein computerisiertes Trocknen und einen automatisierten Ablauf durch Integration in ein vollständiges System zur Verarbeitung und Bewertung von Chromatogrammen und Ergebnissen.
2

Claims

Vorrichtung für ein gesteuertes Trocknen und Derivatisieren in der Planarchromatographie, dadurch gekennzeichnet, dass das gesteuerte Trocknen und die Derivatisierung durch gerichtete, erhitzte oder nicht erhitzte Luft oder durch ein gerichtetes, erhitztes oder nicht erhitztes Inertgas erreicht wird.
Vorrichtung für ein gesteuertes Trocknen und für eine Derivatisierung in der Planarchromatographie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Gehäuse (1) mit einer wahlweisen transparenten Abdeckung (2) zur Überwachung des Trocknens, einer Schublade (3) für die Aufnahme von TLC-Platten, einer Heizeinrichtung (4), einem Gebläse (5), einem Temperatursensor (6), einer Abführöffnung (7) zum Abführen von Luft, einer mit einem Filter versehenen Einlassöffnung (8) zum Zuführen von Luft oder Inertgas, einer Verschlussblende (9) zur Erzielung einer laminaren Strömung, einer Gebläsebetriebssteuerung (10), einer Heizeinrichtungssteuereinheit (11), einer Zeitsteuereinheit (12) mit einer Gesamtsteuerung und einem Interface (13) zum Anschließen von externen Steuereinheiten (RS232) besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung über der Trocknungskammer aus Glas besteht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Betrieb programmiert oder vorher eingestellt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Betrieb automatisiert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Verwendung eines Rechners betrieben wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in ein vollständiges System zur Verarbeitung und Bewertung von Chromatogrammen und Ergebnissen integriert ist.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie das Trocknen und Derivatisieren in einer gerichteten laminaren Strömung von Luft oder einem Inertgas bei einer gesteuerten konstanten oder variablen Temperatur, vorzugsweise bei einer Temperatur mit regelmäßiger Schwankung ermöglicht.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie das Trocknen und die Derivatisierung bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 200°C ermöglicht.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die chromatographische Platte unter vorgegebenen Bedingungen getrocknet wird.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen in einem Luft- oder Inertgasstrom erfolgt, der so gerichtet ist, dass er in die Richtung der Chromatogrammentwicklung oder in die bezüglich der Chromatogrammentwicklung entgegengesetzte Richtung strömt.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Derivatisierung unter gesteuerten Bedingungen mit der Möglichkeit einer Videoaufzeichnung ausgeführt wird.