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Gradient-Formkörper, insbesondere zur Anwendung bei der Chromatographie.
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--------------------------------Gegenstand vorliegender Erfindung
ist ein handels- bzw. marktfähiger Formkörper, der insbesondere bei den verschiedenen
Verfahren und Techniken der Chromatographie angewendet wird.
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Kennzeichnend für diesen Formkörper ist die Tatsache, dass er aus
zahlreichen, sogenannten Festkörperteilchen, die vorzugsweise die Gestalt von kleinen
Körnern aufweisen und durch Adhäsions-oder andere Bindekrafte zu einem einstückigen
Gebilde vereinigt sind, besteht, wobei dieser Formkörper entweder per se oder durch
die Aufnahme von zumindest zwei Stoffen verschiedenartiger Eigenschaften vorzugsweise
in stufenlosem Ubergang eine Xnderung gewisser Charakteristika aufweist. Diese naturgemäss
sehr allgemein gehaltene Umreissung des Erfindungsgegenstandes soll anhand von mehreren
Beispielen im folgenden erlCutert werden : Ein Gradient-Formkorper gemäss vorliegender
Erfindung besteht . beispielsweise aus einem quadratischen, plattenförmigen Gebilde
verhältnismässig geringer Dicke, das aus unzähligen Kieselgel-Körnchen besteht.
Solche pordaen plattenfdrmigen Kieselgel-Formkörper kdnnen durch die dem Stand der
Technik bekannten Schicht-
Auftragegeräte, wie sie beispielsweise
im deutschen Patent Nr.
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1 129 730 beschrieben sind, hergestellt werden. Das zur Schichtherstellung
verwendete Kieselgelpulver wird vor dom Einfüllen in Auttragegerate vorzugsweise
mit Wasser zu einer streichfähigen Masse angeruhrt.
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Erfindungsgemass weist nun ein Kieselgel-Gradientschicht-Körper zwei
verschiedenartige Eigenschaften auf, beispielsweise einen kontinuierlichen Übergang
von einer sauren Imprägnierung zu einer basischen Impragnierung.
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Die schematische zeichnerische Wiedergabe von Gradient-Formkörpern
ist naturgemäas nicht einfach. Am allgemeinverständlichsten gelingt dieses noch
durch das symbolisieren @weier oder mehrerer verschiedenartiger Eigenschaften durch
verschiedenartige Farben bzw. durch die zwischen schwarz und weiss liegenden Grautöne.
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In der beiliegenden Figur 1 ist ein Schnitt durch den Gradient-Formkörper
vor der homogenen Vermischung der Einzelteilchen wiedergegeben. Die Pfeile mögen
andeuten, in welcher Richtung die homogene Vermischung zu denken ist. Die saure
Imprägnierung ist mit dem Symbol "s" und die basische mit dem Symbol"b"bezeichnet.
Am linken Rand des Gradient-Formkörpers gemWss Figur 1 ist dann beispielsweise die
Wasserstoffionenkonzentration pH 4 und am rechten Rand pH 10. In der Mitte des Gradient-Formkörpers
ergibt sich demzufolge ein Neutralbereich von pH 7. Man kann sich nun anhand der
Figur 1 leicht vorstellen bzw. in Zahlenwerten angeben, wie gross die Wasserstoffionenkonzentration
an jeder beliebigen Stelle des Gradient-Formkörpers ist. Hervorzuheben ist, dass
der Übergang von basisch nach sauer stufenlo$ erfolgt, dass also tatsächlich ein
pH-Gradient existiert.
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Der Gradient-Formkörper kann nun wie in Figur 1 in Säulenform ausgebildet
sein, oder wie bei der Dünnschicht-Chromatographie-Platte flächenmässig gestaltet
sein. Der Verlauf des Gradienten im Featkdrper ist beliebig vorherbeetimmbar, und
es können -wie in Figur 2 dargestellt - an einer Seite oder an zwei gegen-Uberlisgenden
Seiten Festkörper mit andersartigen Eigenschaften inkorporiert sein. In Figur 2
besteht beispielsweise der Festkdrper an seinen beiden Seiten aus neutralen und
inaktiven Kieselgurteilchen, die durch das Symbol"i"gekennzeichnet sind. Dauberhinaus
ist in diesem Beispiel der Gradient-Verlauf kurvenförmig.
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Drei und mehr verschiedenartige Festkörperteilchen lassen eich ebenfalls
zu einem Gradient-Festkdrper vereinigen. Stellt man sich z. B. die Einzeleigenschaften
von drei Bestkdrpern mit den Farben blau, gelb und rot vor, so wurde sich ein Gradient-Feetkörper
ergeben, der farblich gesehen das Spektrum des sichtbaren Lichtes (Regenbogen) zeigt.
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Festkörperstoffe, die in der Chromatographie und speziell in der Dünnschicht-Chromatographie
Verwendung finden, sind sowohl anorganiacher wie organischer Natur. Genannt seien
Aluminiumoxide, Kieselgele, Alkalisilikat, Glaspulver, Kohle, Cellulosepulver und
Derivate, Kunststoffpulver usw.
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Die Trenneigenschaften sind sehr verschiedenartig und man verwendet
häufig die in Einzel versuchenermittelto optimale Mischung von zwei der vorgenannten
Produkte.
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Der Gradient-Formkörper gemmes vorliegender Erfindung ist nicht an
eine besondere For gebunden, wenngleich die Formen der Säule und diejenigen der
mehr oder weniger dicken Schicht, die z. Z. bevorzugtesten eind. Im vorgenannten
Beispiel eines Formkörpers,
der die Eigenschaften basisch und sauer
aufweist, also einen pH-Gradient zeigt, könnte die eine und die andere Eigenschaft
noch mit einer oder mehreren zusätlichen Eigenschaften kombiniert werden. Im einfachaten
Fall wird ein Farb-oder Fluoreszenz-Indikator in einer vorbestimmten Konzentration
dem basischen oder auch dem sauren Festkörperteilchen zugemischt. Das verindert
die ureprünglichen Eigenschaften nicht, bringt aber die Möglichkeit des einfachen
Erkennens eines Gradientverlaufs im Festkörper.
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Im Folgenden wird nun ausführlich der tberraschende technische Effekt
dargelegt, der mit den Gradient-Formkörpern gemmas vorliegender Erfindung erreichbar
ist.
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In Beispielen wird ferner die Art und die Anwendung von Gradient-Schichten
fUr die Dünnschioht-Chromatographie beschrieben.
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Im Gegensatz zu den bisher gebräuchlichen uniformen Schichten stehen
auf einer mehr oder weniger quadratischen Gradient-Schicht drei in ihrem Trennverhalten
verschiedenartige Iaufflichen zur Verfügung. Stellt man beispielsweise die aktive
Schichtseite symbolisch dunkel dar und die inaktive hell, eo ergeben sich die in
den Figuren 3A bis 3C dargestellten drei Möglichkeiten.
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Im Falle A sind quasi auf einer Platte zahlreiche"offene"Trennsäulen
mit jeweils etwas verschiedenen Eigenschaften nebeneinander liegend angeordnet.
Nach dem gewählten Beispiel würden sich die aktivsten Bdulen auf der linken Seite
befinden und die inaktiv aten auf der rechten. Es lässt sich also leicht prüfen,
welches Mischungsverhältnis von zwei verschiedenartigen Sorptionsmitteln den besten
Trennerfolg ergibt. Ferner kann bei einer Chromatographie"quer sum Gradient"wiediesimFall
A geschieht, in einem Versuch die optimale Konzentration eines "Imprägnierungsmittels"
>£estgestellt
werden. Als Imprägnierungsmittel kommen u. a. in Betracht : Säuren bzw. saure Salze,
Basen bzw. basische Salze, Puffergemisohe, Silbernitrat und andere Schwermetallsalze
oder organische Imprägnierungsmittel wie Polyäthylenglykol, Glycerin und Zucker.
Auch Feststoffe in sehr feingepulverter Form-kdnnen dem eigentlichen Sorptionsmittel
zugeftigt werden.
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Die beiliegende Figur 4A zeigt die Trennung eines Gemisches aus 8
Fettfarbstoffen auf einer Gradient-Schicht, die auf der linken Seite aus reinem
Kieselgel und auf der rechten Seite aus reinem Kieselgur besteht. Setzt man voraus,
dass das Kieselgel ein n aktives Adsorbes ist und das Kieselgur ein inaktives bzw.
schwach aktives Adsorptionsmittel, so verläuft der Gradient gemäss Anordnung 3A
von aktiv (links) nach inaktiv (rechts). Bei Verwendung des Fliessmittels Benzol
und bei einer Laufstrecke von 18 cm ergibt sich aus der. Figur 4A, dass die beste
Trennung im Bereich des aktiven Kieselgels liegt. In der Figur 4B und Figur 4C wurde
nun in Richtung des Schicht-Gradients chromatographiert.
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Aus der Figur 4B wird beim Vergleich der seitlichen Bezifferung mit
Figuren 4A und 4C deutlich, dass sich bei der Chromatographie von Kieselgel (Start)
nach Kieselgur (Front) die Verbindungen Nr. 1 bis 5 sehr viel besser auseinander
ziehen-also besser trennen-als im Falle 4A (siehe linke Seite ="Kieselgel) und im
Falle 4C. Die Chromatographie in Richtung des Gradients bringt also Uberras¢hende
neuartige Trenneffekte. Dies wird auch aus Figur 4C deutlich. Man erkennt aus der
Figur 4C, dass im Falle der Chromatographie von Kieselgur nach Kieselgel im Bereich
zwischen dem Startpunkt und der Verbindung Nr. 8 noch zahlreiche weitere, starker
polare Substanzen plaziert werden kdnnen. Auf einem Chromatogramm dieser Art liesse
sich im Gegensatz zur normalen Sohicht etwa die doppelte Anzahl von Eiazelsubstanzen
erkennen.
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Als Beispiel fUr die Verwendung einer pH-Gradient-Schicht ist in Figur
5 der Auftrenneffekt eines Indikator-Farbstoffgemisches wiedergegeben. Als Fliessmittel
wurde ein Gemisch aus Chloroform und Aceton im Verhältnis 1 : 1 benutzt. An den
Startpunkten wurde jeweils die gleiche Menge des Indikator-Gemisches aufgetragen.
Der Schicht-Gradient verläuft von basisch (links) über neutral nach sauer (rechts).
Man erkennt deutlich die SUr die Trennung optimalen pH-Bereiche. Darüberhinaus ergibt
sich als tberraschender Befund das Auftreten von substanzspezifischen Kurvenverläufen,
die zur Charakterisierung der Einzelverbindungen dienen können. Gleichermassen wertvolle
und neuartige Effekte wurden bei der ohromatographiechen Auftrennung von Alkaloid-Gemischen
erzielt.
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Zur Auftrennung kompliziert zusammengesetzter Gemische wird oft die
zweidimensionale Chromatographie-Technik benutzt. Auf einem Chromatogramm trennt
man dabei das Gemisch zunächst in einer Laufrichtung, dreht dann das Chromatogramm
um 90° und chromatographiert die bereits vorgetrennten Zonen mit einem andersartigen
Fliessmittel in der zweiten Laufrichtung. Da nun bei der Verwendung eines erfindungsgemäss
gestalteten flächenförmigen Gradient-Formkdrpers bei zweidimensionaler Arbeitsweise
auf alle Folle in einer der beiden Laufrichtungen der vorgegebene Gradient den Trenneffekt
massgeblich mit beeinflusst und quasi eine zusätzliche Dimension hinzukommt, ergibt
sich die neuartige Tatsache einer Chromatographie. in drei Dimensionen.
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Die Heratellung von Gradient-Formschichten-geschieht Uber spezielle
Streichgeräte. Eine besondere Ausführungsform wurde bereits vorgeschlagen. Es lassen
sich theoretisch eine Vielzahl von Vorrichtungen ausdenken, die gleichfalls zur
Herstellung von Gradient-Formkörpern führunen. Ein roher Gradient-Formkörper
lät
eich Ubrigens auch fast ohne oder ganz ohne apparativen Aufwand herstellen.
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Nach dem allgemeinen Prinzip vorliegender Erfindung laseen sich auch
Chromatographie-Rohre so beschicken, dass ihre FUllung einen Gradient aufweist.
Der Gradiont-Formkörper wird in diesem Falle von dem umgebenden Rohr in seiner gewünschten
Form gehalten (fixiert). Er kann abcr auch durch Zusatz eines inerten Bindemittels
freitragend gestaltet sein.
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Es ist also ein Merkmal des erfindungsgemässen Gradient-Formkörpers,
dass er einen kontinuierlichen Übergang von zumindest zwei verachiedenartigen Stoffeigenschaften
besitzt.
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Der allgemeine Erfindungsgedanke vorliegender Offenbarung erschöpft
sich nicht in neuen Anwendungamdglichkeiten und Fortschritten bezuglich der Dünnschicht-
und der Säulen-Chromatographie, sondern es sind zahlreiche weitere Anwendungsweisen,
beispielsweise auf dem Gebiet der Elektrophorese und der Gasphasen-Chromatographie,
bereits heute praktikabel. Darüborhinaus kann man den allgemeinen Erfindungsgedanken,
nämlich den Vorschlag eines Gradient-Formkörpers auch zur Ldsung ganz andersartiger
Probleme, wie sis sum Beispiel in der Farben- und Lackindustrie, der Metallurgie
und Elektrotechnik auftauchen, anwenden.
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/ Patentansprüche :