DE1046370B - Verfahren zur elektrophoresischen Trennung von Stoffgemischen - Google Patents

Description

• Verfahren zur elektrophoresischen Trennung von Stoffgemischen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fraktionierten Trennung von Stoffgemischen auf Grund ihrer verschiedenen Wanderungsgeschwindigkeit und Wanderungsrichtung im elektrischen Feld. Versuche haben ergeben, daß sich impulsmodulierte Gleichströme oder extrem unsymmetrische, hochfrequente Wechselströme zur fraktionierten Trennung von Stoffgemischen im elektrischen Feld besonders eignen. Dabei wurden z. B.
• Proteine mit Hilfe von an sich bekannten Geräten (Papierstreifenelektrophoresegeräte oder andere elektrophoretische Trennkammern, z. B. nach W. Grass -mann) getrennt, jedoch wurden an Stelle des bisher verwandten Gleichstromes entweder Gleichstromimpulse oder Gleichspannungsimpulsfolgen oder extrem unsymmetrische Wechselfelder verwendet.
• Es sind bereits Verfahren zur Trennung von Stoffgemischen (z. B. Wasser-Öl-Gemischen zur Ölentwässerung) bekanntgeworden, bei denen Wechselfelder mit hohen Spitzenspannungen und geringen Effektivwerten zur Anwendung gelangen. Bei diesen Verfahren kam es aber lediglich darauf an, überhaupt ein Ergebnis zu erzielen, d. h. zu trennen, wobei die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens und ein möglichst weitgehender Trennungsgrad im Vordergrund standen.
• Die Biochemie steht heute jedoch häufig vor der Aufgabe, eine fraktionierte Trennung von verschiedenen Stoffgemischen, z. B. Proteinen, Fermenten, Hormonen, Aminosäuren, Toxinen, Vitaminen, Alkaloiden usw., durchzuführen; dies geschieht zumeist auf Grund der differenzierten Wanderungsgeschwindigkeit der Stoffe im elektrischen Feld mittels eines solchen. Hierbei kommt es darauf an, möglichst schnell und doch sehr differenziert die einzelnen Fraktionen zu trennen. Der relative Wanderungsunterschied der einzelnen Fraktionen sollte also möglichst groß sein, damit die Auswertung zu wissenschaftlich befriedigenden Ergebnissen gelangen kann.
• Zeitbedarf und Zerlegungsgenauigkeit stehen sich aber bei der elektrophoretischen Analyse von Stoffgemischen einander diametral gegenüber. Bei Verkleinerung des Zeitbedarfes für die Analyse durch Erhöhung der Gleichstromfeldstärke sinkt die Auswertbarkeit rasch bis zur völligen Unbrauchbarkeit ab. Es ist aber häufig notwendig, schneller als in 8 bis 14 Stunden die Ergebnisse einer papierstreifethelektrophoretischen Analyse zu erhalten, wie z. B. bei der routinemäßigen Anfertigung von Serumproteinanalysen im Klinikbetrieb. Ferner ist es im praktischen Betrieb oft undurchführbar, die Elektrophoreseapparatur nach z. B. 12 Stunden Laufzeit abzuschalten, den Streifen herauszunehmen und zu trocknen. Dieser Nachteil tritt besonders dann in Erscheinung, wenn die Beendigungszeit der elektrophoretischen Analyse in die Nachtstunden fällt und kein Personal speziell für diese Maßnahmen zur Verfügung steht.
• Stoffgemischanalysen lassen sich aber auf elektrophoresischem Wege erfindungsgemäß in relativ kurzer Zeit, z. B. schon in etwa 21/2 bis 3 Stunden, mit guter Trenngenauigkeit dadurch erhalten, daß man an die Elektroden des Elektrophoresegerätes vorzugsweise Gleichspannungsimpulsfolgen oder impulsmodulierte Gleichspannungen oder extrem unsymmetrische Wechselspannungswellenziige anlegt. Die Stromarten sollen generell hinsichtlich ihres zeitlichen Verlaufes die Bedingung erfüllen, bei dem durch die Besonderheiten des Analysenobjekts gegebenen Maximalwert des Effektivstromes möglichst hohe Spitzenspannungswerte zu besitzen, deren Höhe durch die Isolationsgrenzen der jeweils angewendeten Trennapparatur bestimmt wird.
• Neben dieser Grundforderung, aus der sich also eine möglichst kleine Impulsbreite, eine möglichst kleine Tastfrequenz und eine möglichst große Amplitude ergeben, sofi sich die weitere Dimensoinerungbzw. Auswahl einer zweckmäßigen Impulsform nach dem zu beeinflussenden Objekt richten und nach der Art der Aufgabenstellung. Darunter ist folgendes zu verstehen: Sollen z. B. Polarisationseffekte an Elektroden oder in Diaphragmen verhindert oder verändert werden, so ist es notwendig, nicht mit reinen Gleichspannungsimpulsen zu arbeiten, sondern an Stelle dieser extrem unsymmetrische Wechselspannungen zu verwenden, wobei der Grad und die Polarität der Unsymmetrie regelbar sind und den Gegebenheiten des zu beeinflussenden Objektes angepaßt werden können. Sollen neben den elektrolytischen oder elektrokinetischen Effekten auch Thermoeffekte wirksam werden, so ist es erforderlich, den Grad der Unsymmetrie so zu wählen, d. h. die Amplitude der auf die sogenannte Spitzenarbeitsphase folgenden entgegengesetzten Phase so zu regeln, daß durch das dadurch bedingte genügend starke Hin- und Herpendeln der Ladungsträger (Ionen, Kolloide und ähnliches) sowie durch dielektrische Verschiebungsströme (an größeren Stellen oder auch eng umschriebenen Punkten des Objektes) Wärme entsteht.
• Je nach der Aufgabenstellung und dem Objekt kann es ferner notwendig sein, impulsmodulierten Gleichstrom zu verwenden, z. B, um die Ausbildung von Polarisationsgegenspannungen im Objekt zu unterdrücken. Es können also erfindungsgemäß zur Lösung der im Rahmen der Erfindung in Betracht kommenden Aufgaben folgende Impuls folgen zur Anwendung kommen: 1. Gleichstromimpulse, 2. Gleichstromimpulse modulierter Gleichströme, 3. extrem unsymmetrischeWechselspannungsimpulse, die durch Pausen getrennt sind, 4. extrem unsymmetrische Wechselspannungen von a) sinusförmigem Verlauf und b) rechteckigem Verlauf.
• Dies sind Wechselspannungen, bei welchen durch Verschiebung der Nullinie die positiven und die negativen Halbwellen hinsichtlich ihrer Scheitelspannungen extrem unterschiedlich sind, bzw. Wechselspannungen, deren einzelne Halbwellen außerdem durch stromlose Pausen getrennt sind.
• Ferner hat sich bei den Versuchen als vorteilhaft erwiesen, an Stelle der bisher verwendeten Papierstreifen-Elektrophorese-Kammer aus nicht porösen Substanzen, wie Kunstharz oder Glas od. dgl., solche Kammern zu verwenden, bei denen der Elektrophorese- papierstreifen sich in einer feuchten Kammer befindet, die aus einem porösen, wasserbeständigen Material, z. B. unglasiertem Steingut od. dgl., besteht. Ein derartiger poröser Tonkörper für die Aufnahme des Papierstreifens bewirkt, wenn er von unten her Wasser ansaugen kann, ideale Feuchtigkeitsverhältnisse in der feuchten Kammer; außerdem ergibt sich durch die ständige Wasserverdunstung eine billige und wartungsfreie Verdunstungskühlung, die ergänzend zu der elektrischen Beeinflussung ausgenutzt werden kann.
• PATENTANSPROCHE 1. Verfahren zur fraktionierten Trennung von Stoffgemischen auf Grund ihrer verschiedenen Wanderungsgeschwindigkeit und Wanderungsrichtung im elektrischen Feld, dadurch gekennzeichnet, daß Gleichspannungsimpulsfolgen oder impulsmodulierte Gleichspannungen oder extrem unsymmetrische Wechselsp annungswellenzüge an die Elektroden des Elektrophoresegerätes gelegt werden und daß diese Stromarten die Bedingung erfüllen, bei dem durch die Besonderheit des Analysenobj ektes gegebenen Maximalwert des Effektivstromes möglichst hohe Spitzenspannungswerte zu besitzen, deren Höhe durch die Isolationsgrenzen der jeweils anzuwendenden Trennapparatur bestimmt wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrophoresepapierstreifen sich in einer feuchten Kammer befindet, die aus einem porösen, wasserbeständigen Material besteht, z. B. unglasiertem Steingut.