DE1948982A1

DE1948982A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Trennen und Analysieren von Stoffgemischen durch Verschiebungselektrophorese

Info

Publication number: DE1948982A1
Application number: DE19691948982
Authority: DE
Inventors: Dijksterhuis Popko Reinder; Robert Rust
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1968-09-30
Filing date: 1969-09-27
Publication date: 1970-04-09
Also published as: US3620958A; NL6813995A; FR2019518A1; GB1263958A

Description

Dlpl.-Ing, HORST AUER ..

Anmelder: N. V. PHILIPS'GLGE.LAMPcNFABRIEKai

Akt·: PHB- 3565
Anmddune vom· 26. Sept. 1969

"Vorrichtung und Verfahren zum 'Trennen und Analysleren von Stoffgemischen durch Verschiebungselektrophorese".

Die Erfindung besieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trennen und Analysieren von Stoffgemischen durch Verschiebungselektrophorese (displacement electrophoresis) und insbesondere auf dabei verwendete Detektionsverfahren,

Elektrophorese ist ein in der Elektrochemie bekanntes Phänomen das sich auf die Bewegung geladener Teilchen unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes, meistens in einem flüssigen Medium bezieht. Die geladenen Teilchen können im flüssigen Medium sowohl gelöst als

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auch suspendiert sein und können z.B. durch Ionen ker und schwacher Elektrolyte, Makromolekül·» wie Eiweisse, oder geladene kolloidale Teilchen gebildet werden.

Unter Verschiebungselektrophorese ist eine Elektrophorese zu verstehen, bei der die zu trennenden Stoffe (in gelöster oder suspendierter Form) in einem mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit ausgefüllten ftolir unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes bewegt werden, wobei die unterschiedlich geladenen Teilchen infolge einer verschiedenen Beweglichkeit ai.cn mit verschiedene« π -Geschwindigkeiten verschieben und somit in Zonen getrennt werden, wobei jede /one Teilchen der gleichen Beweglichkeit enthält. Die Sewegl cnkeit kann in cm*/V.sek ausgedrückt werden und gibt die mittler® Geschwindigkeit eines geladenen Teilchens in cm/sek bei einem Spannungsgefälle von 1 V/cm an.

Bei der weiteren Beschreibung der Erfindung Wifcd von der Tatsache ausgegangen, dass eine zu untersuchende (analysierende) Lösung SaLze mit verschiedenen Anionen und einem gemeinsamen Kation enthält. Was in bezug auf diesen Fall weiter erwähnt wird, trifft grundsätzlich auch für Fälle zu, in denen eine zu untersuchende (analysierende) Lösung Salze mit verschiedenen Kationen und einem gemeinsamen Anion oder z.B. kolloidale Teilchen mit ähnlicher Ladunt enthält. Aehnliches trifft auch grundsätzlich für Fälle zu, in denen eine zu untersuchende

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Probe verschiedene Anionen und verschiedene Kationen enthält; in diesem Falle wird die Probe in der Mitte in das kappilare Messrohr eingerührt.

Eine Vorrichtung zur Durchführung der Verschiebungselektrophorese enthält ein kapillares Rohr (nachstehend auch als kappilares Messrohr bezeichnet), dessen Enden mit Behältern verbunden sind. In jedem der Behälter ist üino Elektrode angebracht. Die Behälter werden als Kathodenraum und Anodenraum bezeichnet. In den Anodenraum wird eine Anodelösung (ein Anolyt) und in den Kathodeuraum eine Kathodonlösung (ein Katholyt) eingeführt.. Das Messrohr wird im zuerst erwähnten Falle völlig mit Anolyt ausgefüllt. Die Zusammensetzung des Anolyten wird derart gewählt, dass die darin vorhandenen Anionen beweglicher sind - d.h. sich mit einer grosseren Geschwindigkeit in dem zwischen Kathode und Anode angelegten elektrischen Feld verschieben -, als die Anionen in d©r zu analysierenden Lösung. Der Kathodenraum wird mit einer Lösung einer Säure ausgefüllt » deren Anionen weniger beweglich als die des /u untersuchenden Gemisches sind. In der Vorrichtung sind Mittel vorgesehen, mit deren Hilfe Proben eines zu analjsiereiiden Gemisches derart in das kapillare Rohr gebracht werden können, dass eine derartige Probe zwischen Anolyt und Katholyt gebracht wird und dass möglichst scharfe Grenzen mit diesen Lösungen gebildet werden.

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Zwischen Kathode und Anode wird eine Spannung angelegt, die vorzugsweise während der Durchführung der Analyse stets derart geregelt wird, dass zwischen den Elektroden ein konstanter Strom fliesst. Infolgedessen bewegen sich die Anionen im System und somit auch die Anionen in der zu analysierenden Probe mit verschiedenen Geschwindigkeiten 'zu» der Anode, infolge der verschiedenen Beweglichkeit ergibt sich eine Trennung zwischen schnelleren und weniger schnellen Anionen, wodurch Zonen gebildet werden-, derart, dass'eine Zone nur Anionen der gleichen Beweglichkeit enthält. Diese Zonen werden nachstehend auch als Anionenzoiien bezeichnet.

Nach erfolgter Trennung in Anionenzonen haben sich in den unterschiedlichen Zonen elektrische Spannungsgradienten eingestellt, die den Beweglichkeiten der Anionen in den unterschiedlichen Zonen umgekehrt proportional sind. Dadurch bewegen sich die unterschiedlichen Anionenzonen zwangsweise mit der gleichen (und konstanten) Geschwindigkeit . Die Trennung der Zonen wird durch Selbstkorrektur -dex- Fronten aufrechterhalten. Sollte ein Anion in eine Zone eindiffundieren, in der der Potentialgradient kleiner ist als der, der seiner Beweglichkeit entspricht, so wird die Geschwindigkeit dieses Anions abnehmen. Sollte ein Anion in eine Zone eindiffundieren, in der der Spannungsgradient grosser ist als der, der seiner Beweglichkeit entspricht, so wird die

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Geschwindigkeit des Anions zunehmen, bis es sich wieder in seiner eigenen Zone befindet.

Auf diese Weise sind daher die unterschiedlichen Anionen in der zu analysierenden Probe nach ihrer Beweglichkeit getrennt. (Anioneh mit der gleichen Beweglichkeit befinden sich in derselben Zone).

In dem Zustand, in dem eine vollständige Trennung in Zonen erreicht ist, werden die Unterschiede in den elektrischen Spannungsgradienten der Zonen durch die Beweglichkeit der sich in diesen Zonen befindenden Anionen bestimmt, während die Länge einer Zone durch die Konzentration der Anionen bestimmt wird. Durch Messung dieser Grossen für jede der Zonen können die Art und die Konzentrationen der Anionen in der zu analysierenden Probe - nach Eichung der Apparatur - bestimmt.werden.

Es wurden bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Gemischen von Stoffen durch Verschiebungselektrophorese unter der Verwendung von Potentialmessungen boschrieben; dabei werden die Aenderungen des Potentialgradienten längs des kappilaren Messrohres als Detektionsanzeigen verwendet. Dabei ist eine Ausführungsform des Verfahrens gewählt, bei der die Käppi1are die Form eines flachen Rohres aufweist und sich die Anödenflüssigkeit in bezug auf die Zonen im Gegenstrom bewegt, wobei der Gegenstrom derart eingestellt ist, dass . sich die Zonen in der Käppila-re nahezu nicht verschieben«

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Bei diesem Verfahren wird das Potential alt Hilfe von Elektroden gemessen (detektiert), die in der Wand der Kapillare angebracht sind, so dass sie mit der darin befindlichen Flüssigkeit in Berührung sind. Bei dieser Ausftthrung ist es erforderlich, dass in einiger Entfernung voneinander eine Anzahl derartiger Elektroden angebracht werden. Dies hat den Nachteil, dass die Kapillare mit einer Vielzahl von Elektroden versehen werden muss. Die Herstellung einer derartigen mit den benötigten Elektroden versehenen Kapillare erfordert verwickelte und viel Zeit beanspruchende technische Vorgänge.

Die Verschiebungselektrophorese ist als Analyse verfahren nur dann praktisch anwendbar, wenn auf einfache Weise serienmässig eine Vielzahl von Analysen durchgeführt werden kann. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, dass das kappilare Messrohr entweder einfach und schnell gereinigt oder weggeworfen und durch ein neues ersetzt werden kann. Bei der erwähnten bekannten Apparatur ist keine dieser Bedingungen erfüllt. Die Reinigung der Kapillare - durch Spülen mit Anodenflüssigkeit - ist ein umständlicher und viel Zeit beanspruchender Vorgang. Es ist in wirtschaftlicher Hinsicht besonders unattraktiv, für jede Analyse eine neue-mit den benötigten Elektroden versehene Kapillare verwenden zu müssen.

Der erwähnten bekannten Apparatur haftet noch ein weiterer Nachteil an. Infolge der Tatsache, dass in

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der Wand des kappilaren Messrohres Elektroden angebracht sind, die mit der in der Kapillare vorhandenen Flüssigkeit in Berührung sind, befinden sich auf der Innenfläche der Kapillare Unregelmässigkeiten. Durch dies Unregelmässigkeiten wird die Trennung zwischen den unterschiedlichen Zonon mohr oder weniger gestört.

Auch wurde bereits eine Ausführungsform eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Analysieren von Gemischen von Stoffen durch Verschiebungselektrophorese vorgeschlagen, bei der die Detektion· nicht durch Messung von Spunnungsgradicntcn, sondern auf andere Weise mit aiii' der Aussenwand eines kapillaren Messrohres angebrachtun Detektoren erfolgt. Das dabei angewandte Detektionsverfahren beruht auf folgendem:

Durch den Stromdurchgang wird im kapillaren Messrohr Wärme entwickelt. Da die Menge entwickelter Wärme dem Potentialgradienten proportional ist, wird letzterer für jede Zone verschieden sein. Wenn die Wärmekapazität des kapillaren Messrohres gering ist, wird die örtliche Temperatur des Rohres der Geschwindigkeit, mit der Wärme entwickelt wird, proportional sein und wird die Temperatur des Rohres beim Auftragen in der Längsrichtung der Kapillare eine Schrittfunktion sein, wobei· ein Schritt (Sprung) in der Temperatur beim Uebergang zwischen zwei Zonen auftritt. Bei diesem vorgeschlagenen Verfahren werden die längs des kapillaren Messrohres auftretenden Tem-

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peraturunterschiede als Detektionsmittel benutzt. Zu diesem Zweck sind auf dem kapillaren Messrohr ein oder mehrere Thermoelemente befestigt, die mit einem Aufzeichnungsgerät (Signalverstärkungs- und Aufzeichnungsgerät) verbunden sind, das die beim Passieren der unterschiedlichen Zonen in einem Thermoelement erzeugten EMK-Unterschiede aufzeichnet.«. Bei Verwendung zweier in geringer Entfernung voneinander angebrachter Thermoelemente kann der Temperaturunterschied längs eines kleinen Teiles der Messkapillare bestimmt werden. Bei diesem DifferentialmesHverfahren wird mit dem Aufzeichnungsgerät eine Kurve erhalten, die die erste Ableitung der erwähnten Schrittfunktion ist; die Maxima in der Kurve geben die Längen der Zonen an, während der Unterschied der Fläche unterhalb zweier Maxima ein Mass für den Unterschied in der 'Beweglichkeit der Anionen in den zu den Maxima gehörigen Zonen ist.

Bei diesem vorgeschlagenen Verfahren soll sich die Messkapillare in einem Raum befinden, dessen Temperatur sich genau einstellen und kontrollieren lässt. Ferner hat sich herausgestellt, dass bei der Verwendung dieses Verfahrens eine verhältnismässig grosse Menge der zu analysierenden Probe benötigt wird, weil dieses Detektionsverfahren nur brauchbar ist, wenn die Länge jeder Zone mindestens einige Millimeter beträgt. Ausserdem müssen die Thermoelemente mit grösster Sorgfalt auf dem kapillar

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ren Messrohr befestigt werden« Dies bringt mit sich., dass die Thermoelemente während einer Analyse nicht längs des kapillaren Messrohres verschoben werden können. Die Thermoelemente müssen in einem derartigen Abstand von der Stelle, an der die Probe in das kapillare Hessrohr eingeführt wird, angebracht werden, dass beim Passieren der Thermoelemente die Zonen mit Gewissheit völlig voneinan der getrennt sind. Auch dadurch beansprucht eine Analyse viel Zeit.

Für Serienanalysen ergeben sich infolge dieser Faktoren bei diesem Verfahren ähnliche Schwierigkeiten wie sie bei der Beschreibung des zuerst erwähnten Verfahrens erwähnt wurden.

Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trennen und Analysieren von Stoffgemischen durch Verschiebungselektrophorese zu schaffen, bei denen die Nachteile der bekannten Verfahren und. Vorrich tungen beseitigt sind und die sich vorzüglich zum Durchführen von Serie__nanalysen eignen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trennen und Analysieren von Stoffgemischen durch Verschiebungselektrophorese, bei dem unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes zwischen einer Kathode und einer Anode, die in Räumen angebracht sind, welche einen flüssigen Katholyten bzw. einen flüssigen Anolyten enthalten und die durch ein mit einem flüssigen Elektrolyten

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ausgefülltes kapilJares Messrohr miteinander verbunden sjLnd» ein elektrischer Strom durch den flüssigen Elektrolyten im kapillaren Messrohr fliesst, während eine Lösung oder Suspension der zu trennenden oder zu analysierenden Stoffe in das kapillare Messrohr gebracht wird und die erwähnten Stoffe unter dem Einfluss des elektrischen Feldes in der Längsrichtung des kapillaren Messrohres bewegt werden, wobei sie sich in Zonen trennen, bis jede Zone einen der Stoffe enthält, und wobei Aenderungen im Potentialgradienten längs des kapillaren Messrohres als Detektionsmittel benutzt werden; dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion mit auf oder in dem kapilaren Messrohr angebrachten elektrischen Detektionsmitteln erfolgt, dass eine auf oder in dem kapillaren Messrohr angebrachte Detektionselektrode durch ein photoleitendes Material gebildet wird, dass Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe an der Stelle oder an den Stellen des kapillaren Messrohres, an der oder an denen das Potential gemessen werden soll, das photoleitende Material belichtet werden kann, und dass Mittel vorhanden sind, mit deren Hilfe der belichtete und dadurch elektrisch leitende Teil des photoleitenden Materials elektrisch mit einem Aufzeichnungsgerät (Signalverstärkungs- » und Aufzeichnungsgerät) verbunden werden kann. .

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

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Der belichtete Teil des photoleitenden Materials bildet das Verbindungeelement zwischen dem diesen Teil elektrisch mit dem Aufzeichnungsgerät verbindenden Element und, direkt oder indirekt, und im letzteren Falle über die Wand des kapillaren Messrohres, dem Elektrolyten im kapillaren Messrohr.

Dad kapillare Messrohr kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein· Die Wand des Messrohres besteht vorzugsweise aus einem Material, dessen spezifischer

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elektrischer Widerstand zwischen IO und 10 il.cm liegt;

12 dieser Widerstand kann jedoch auch höher, und zwar 10 bis 10 ^ O.cm, sein. Letzteres ist insbesondere bei geringer Wandstärke vorzuziehen. Geeignete Materialien sind Glas, Glaskeramik, Kunststoff, Gummi, z.B. Polyurethan, Keramik und z.B. elektronenleitende Gläser nach der USA-Patentschrift 3 30? 92°, die bei Zimmertemperatur ei-

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nen spezifischen Widerstand von IO bis 10 Ü. .cm aufweisen.

Das kapillare Messrohr kann derart ausgebildet sein, dass das pho^toleitende Material entweder mit dem Elektrolyten im kapillaren Messrohr in Berührung kommt oder nicht in Berührung kommt.

Im letzteren Falle kann das photoleitende Material vorteilhaft in Form einer Schicht auf der Aussenwand des kapillaren Messrohres angebracht werden. Dann wird ein photoleitendes Material angewandt, dessen spezi-

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fischer Dunkelwiderstand gleich oder grosser als der spezifische elektrische Widerstand des Materials der Wand ist. Im belichteten Zustand soll der spezifische elektrische Widerstand des photoleitenden Materials von derselben Grössenordnung wie oder kleiner als der des Materials der Wand des kapillaren Messrohrcs sein. Bei geringer Wandstärke darf der spezifische Widerstand des photoleitenden Materials höher als bei grösserer Wandstärke sein. Als photoleitendes Material kann z.B. Selen

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(spezifischer Dunkelwideistand 10 bis 10 iT.cm, spezi-

■"■'■'■ 5 7 fischer Widerstand im belichteten Zustand 10 bis 10 Cl,cm) verwendet werden. Andere photöleitende Materialien, wie Cadmiumclialcogenide, z.B. Cadmiumsulfid, oder photoleitende, vorzugsweise transparente, Kunststoffe, wie Polyvinylcarbazole, können gleichfalls angewandt werden. Im allgemeinen wird zorzugsweise transparentes (lichtdurchlässiges) photoleitendes Material verwendet.

Das photoleitende Material kann auf an sich bekannte Weise angebracht werden. Bei Selen kann dies durch Aufdampfen und bei einem Kunststoff mit Hilfe einer Lösung erfolgen, wobei nach Verdampfung des Lösungsmittels eine lackartige Schicht erhalten wird.

Die Dicke der photoleitenden Schicht wird z.B. für Selen nicht grosser als 60 um und vorzugsweise 0,1 bis 10 /um gewählt; bei einem transparenten photoleitenden Kunststoff kann die Schicht dicker sein, aber ihre

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Dicke ist vorzugsweise nicht grosser als die der Wand des kapillaren Messrohires, auf der die Schicht angebracht ist.

Bei der Ausführungsform, bei der das photoleitende Material mit dem Elektrolyten im kapillaren Messrohr in Berührung kommt, soll dieses Material gegen diesen Elektrolyten beständig und nichtionenaustauschend sein. In dieser Form kann die Wand des kapillaren Messrohres aus dem photoleitenden Material, vorzugsweise aus einem photoleitenden Material, bestehen, dessen spezifischer Widerstand im belichteten Zustand 10 bis 10 Cl .cm beträgt. Bei einer geeigneten Ausführungsform besteht die Wand des kapillaren Messrohres aus einem vorzugsweise transparenten photoleitenden Kunststoff, z.B_e einem Polyvinylcarbazol. Besonders geeignet ist ein photoleitendes Polyvinylcarbazol das unter dem Handelsnamen "Luvican M 170" käuflich erhältlich ist (spezifischer Dunkelwiderstand

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10 bis 10 ' Ω. .cm, spezifischer Widerstand im belich-

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teten Zustand 10 bis 10 fl.cm).

Der belichtete Teil des photoleitenden Materials kann besonders vorteilhaft durch eine auf dem.photoleitenden Material angebrachte transparente elektrisch leitende Schicht elektrisch mit dem Aufzeichnungsgerät verbunden werden. Eine derartige Schicht kann z.B. aus Gold oder Silber oder aus einem elektrisch leitenden Metalloxyd, wie Zinnoxyd oder Indiumoxyd, bestehen. Schichten aus

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diesen Materialien können auf an sich bekannte Weise, und zwar (bei Metallen) durch Aufdampfen oder Zerstäuben oder (bei Metalloxyden) durch Niederschlagen aus der Dampfphase durch chemische Reaktion, angebracht werden.

Eine einfache in der Praxis sehr geeignete Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das photoleitende Material in Form einer ununterbrochenen Schicht auf der z.B. aus Glas bestehenden hand des kapillaren Messrohres angebracht ist, während auf dieser Schicht * "eine ununterbrochene transparente elektrisch leitende Schicht angebracht ist. In diesem Falle erfolgt die Belichtung der photoleitenden Schicht durch die transparente elektrisch leitende Schicht und die elektrische Verbindung zwischen dem belichteten Teil der photoleitenden Schicht und der darauf angebrachten elektrisch leitenden Schicht. Nach einer anderen Ausführungsform kann im beschriebenen Falle bis in die photoleitende Schicht eine z.B. keilförmige Einkerbung angebracht werden, wobei die Belichtung nicht durch die elektrisch leitende Schicht erfolgt, sondern die photoleitende Schicht in der Einkerbung direkt derart belichtet wird, dass der belichtete Teil der photoleitenden Schicht ein Verbindungselement zwischen der Wand des kapillaren Messrohres und der elektrisch leitenden Schicht bildet« Bei dieser Ausführungs— form kann eine nichttransparente elektrisch leitende Schicht Anwendung finden. Bei den in diesem Absatz be-

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schriebenen Ausführung^formen wird, vorzugsweise mit Hilfe optischer Mittel der Lichtstrahl derart konvergiert, dass auf der Aussenseite der Wand des kapillaren Messrohres eine nahezu punktförmige Abbildung erhalten wird. Auf diese Weise wird die effektive Messoberfläche der Detektions— elektrode verringert und das Auflösungsvermögen des Mess— systems erhöht.

Die Abmessungen des kapillaren Messrohres werden der gewünschten Ausführungsform der Vorrichtung und des Verfahrens angepasst. Der Innendurchmesser des kapillaren Messrohres wird meistens zwischeh 0,1 und 1,0 mm und vorzugsweise zwischen D₁ I und Ο,-'ι nun gewählt. Die Vnanddicke wird nicht grosser als 1 mm gewählt; vorzugsweise liegt die Wanddicke zwischen 0,01 und 0,1 mm.

Die phot öl ext ende Schicht wird mit einem scluna— len Lichtstrahl belichtet, der erforderlichenfalls mit Hilfe optischer Mittel "erhalten wird. Die verwendete Wellenlänge wird der spe.kti.ilen Empfindlichkeit des photöl eitenden Materials angepasst. Die Abmessungen des Lichtflecks auf der photoleitenden Schicht bestimmen auch das Trennungs- oder Auflösungsvermögen des Messystems. Wenn die photoleitende Schicht auf einer nichtphotoleitende Wand des kapillaren Messrohres angebracht ist, */ird das Tiennungs- oder Auflösungsvermögen auch durch die Dicke dieser Wand bestimmt. Je dünner diese Wand ist, desto grosser ist das Auflösungsvermögen bei gegebenen

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Abmessungen des Lichtstrahles; denn die Wand führt eine Erweiterung der effektiven Messoberfläche der Detektionselektrode herbei.

In diesem Zusammenhang wird eine Ausführungsform mit einem besonders hohen Auflösungsvermögen erwähnt. Bei dieser Ausführungsform besteht die Wand des kapillaren Messrohres aus einem transparenten photoleitenden Material und wird mit optischen Mitteln das Licht des Lichtstrahles auf die Innenwand des kapillaren Messrohres konzentriert. Auf ι diese Weise kann die Messung mit einer nahezu punktförmigen Elektrode durchgeführt werden, wodurch mit grosser Genauigkeit der Potentialverlauf in der Flüssigkeit im kapillaren Messrohr bestimmt werden kann. Bei dieser Ausführungsform können Analysen mit Proben geringer Abmessungen durchgef_öihrt werden, wodurch nicht nur der Anwendungsbereich vergrössert, sondern auch die zum Durchführen einer Analyse erforderliche Zeitdauer verkürzt wird. Insbesondere bei dieser Ausführungsform erreicht man ein erheblich höheres Auflösungsvermögen des Messysteras als bei dem Verfahren, bei dem die Detektion mit Hilfe auf der Wand des kapillaren Messrohres angebrachter Thermoelemente erfolgt.

Ein Vorteil dos Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung besteht noch darin, dass niedrigere Hochspannungen als bei den bekannten Verfahren angewandt werden können. Bei niedrigen Hochspannungen ist die Tren-

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nung der Zonen schärfer als bei hohen Hochspannungen, weil die auftretende thermische Diffusion geringer ist. Auch kann zunächst, um in kurzer Zeit eine Trennung in Zonen zu erzielen, eine hohe Hochspannung und anschliessend, um ein thermisches Gleichgewicht des Systems im kapillaren Messrohr zu erreichen, eine niedrigere Hochspannung zwischen Kathode und Anode angelegt werden, wonach dann die Messungen durchgeführt werden.

Nach Trennung der Zonen kann beim-Messen innerhalb sehr kurzer Zeit die Spannung zwischen Kathode und Anode erheblich gesteigert werden. Diese Zeitdauer kann derart kurz gewählt werden, dass keine Störung der Fronten zwischen den Zonen herbeigeführt wird, während dennoch die Messgenauigkeit vergrössert wird, indem die Messungen bei grösseren Potentialunterschxeden stattfinden.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung eignen sich besonders zur Verwendung beim Durchführen von Differentialmessengen. Diese Messungen können mit Hilfe zweier Dotektorelektroden, d.h. unter Verwendung zweier Lichtstrahlen, durchgeführt werden, mit denen zwei in geringer Entfernung voneinander liegende und gegenseitig getrennte Teile der photoleitenden Schicht belichtet werden. Dabei werden diese belichteten Teile mit gesonderten Mitteln, z.B. in For zweier getrennter transparenter elektrisch leitender Schichten, mit dem •Aufzeichnungsgerät verbunden. Auch können intermittie-

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rende Lichtstrahlen angewandt werden, so dass abwechselnd benachbarte Teile der photoleitenden Schicht belichtet werden. ·

Im Gegensatz zu dem Verfahren, bei dem die Detektion darin besteht, dass die Wärmeentwicklung in den unterschiedlichen Zonen gemessen wird, kann beim erfindüngsgemässen Verfahren, wie beim zuerst erwähnten bekannten Verfahren, Gegenstrom verwendet werden. Bei Verwendung von Gegenstrom ist ein verhältnismässig kurzes kapillares Messrohr genügend, wodurch u.a. der Vorteil erzielt wird, dass bei gleichbleibender Feldstärke die
Spannung zwischen Kathode und Anode niedriger als bei
Verwendung eines längeren Messrohres sein kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

In Fig. 1 bezeichnet 1 die Wand eines gläsernen kapillaren Messrohres, im Schnitt dargestellt (Aussendurchmesser 0,7 mm, Innendurchmesser O, h mm), wobei
das Glas einen spezifischen elektrischen Widerstand von etwa 10 il.cm aufweist. 2 bezeichnet eine auf der Wand des Messrohres angebrachte photoleitende Schicht aus
Selen. Mit 3 ist eine auf der photoleitende Schicht angebrachte elektrisch leitende transparente Goldschicht
bezeichnet. Diese Schicht wird elektrisch mit einem (in der Figur nicht dargestellten) Aufzeichnungsgerät verbun-

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den. Die Pfeile k geben.einen schmalen Lichtstrahl an.

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Der belichtete Teil der photoleitenden Schicht wird leitend und zwischen der Wand des Messrohres und der elektrisch leitenden Schicht wird ein elektrischer Kontakt hergestellt. Es lässt sich sagen, dass an der Stelle des Lichtstrahls eine Mess- oder Detektionselektrode angebracht ist. (Der Lichtstrahl kann die Form eines Licht ringes aufweisen, so dass ein Kreis senkrecht zu der Längsrichtung dess Messrohres belichtet wird.) Wenn· auf- diese Weise eine Messelektrode erhalten wird, kann letztere auf einfache" Weiso längs des keipillaren Messrohres verschoben v»erden, /u diesem Zweck braucht nur der Lichtstrahl in der Längsrichtung dieses Rohres verschoben zu werden. Dies hat verschiedene Vorteile. Auf diese Weise kann die Messelektrode nacheinander an verschiedenen Stellen des Messrolires angebracnt werden. Das Messrohr kann abgetastet werden, wodurch auf einfache Wei-.^e zu verschiedenen Zeitpunkten Messungen durchgeführt werden können, um festzustellen, ob bzw. dass eine vollständige Trennung in Zonen erreicht ist. Dadurch kann die endgültige Messung durchgeführt werden, sobald die Trennung in Zonen vollendet ist. Der Zonentrennvorgang kann genau kontrolliert werden, wodurch in gewissen Fällen bereits genügende Auskunft zur Verfügung steht, bevor der Trennvorgang vollendet ist. Dies ist z.B. der Fall, wenn festgestellt werden soll, ob in der zu prüfenden ,

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Probe ein bestimmter Stoff vorhanden ist oder nicht.

Die Messelektrode kann verschoben werden, ohne dass der Zonentrennvorgaiig im kapillciren Messrohr im geringsten gestört wird; die Schärfe der Trennung zwischen den Zonen wird daher nicht beeinträchtigt.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung unter der VerVendung eines kapillaren Messrohres nach Fig. 1 eignen sich vorzüglich zum Durchführen einer Vielzahl von Analysen (Keihenarialysen) . Vom technischen Standpunkt aus ermöglicht die einfache Ausführung des kapillaren Messrohres es, für jede Analyse ein gesondertes Messrohr zu verwenden. J)ios bringt auch in wirtschaftlicher Hinsicht keine Probleme mit sich.

Eina andere Ausführungsform eines bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung zu verwendenden kapillaren Messrohres ist im Schnitt in Fig. 2 und 2a dargestellt. Dabei bezeichnet 5 die Wand eines kapillaren Messrohres aus einehi transparenten photoleitenden Kunststoff, z.B. Polyvinylcarbazol. 6 bezeichnet eine auf dieser Wand angebrachte transparente elektrisch leitende Schicht aus Zinnoxyd -(SnO₂), die elektrisch mit einem (in der Figur nicht dargestellten) Aufzeichnungsgerät verbunden ist. Mit 7 ist ein schmaler Lichtstrahl bezeichnet, der mit Hilfe eines Linsensystems 8 (Fig. 2a) derart konvergiert wird, da.s-s auf der Innenseite der Wand eine nahezu punktförmigo Abbildung erhalten wird. Die

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M.esselektrode hat in dieser Ausführungsform sehr geringe Abmessungen und ist scharf begrenzt, wodurch für das Messystem ein grosses Trennungs- oder Auflösungsvermögen erreicht wird. Bei Verwendung eines aus photoleitendem Material bestehenden Messrohres, wie dies in dieser Ausführungsform der Fall ist, kann für das Aufzeichnungsgerät eine erheblich niedrigere Eingangsimpedanz als bei Verwendung eines kapillaren Messrohres nach Fig. 1 angewandt werden. '

Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist beispielsweise in Fig. 3 eine Vorrichtung nach der Erfindung schematisch dargestellt. Die Vorrichtung enthält ein kapillares Messrohr 9 nach Fig. 1. Das Messrohr ist mit dem Anodenraum bzw. dem Kathodenraum verbunden, in welchen Räumen sich die Anode 11 bzw. die Kathode 12 befinden. Das Volumen des Anodenraums und des Kathodenraums ist im Vergleich zu dem des Messrohres sehr gross. Dadurch kann verhindert werden, dass sich durch gegebenenfalls an den Elektroden auftretende Elektrolyse die Anolyt- und Katholytkonzentrationen erheblich ändern wurden. Nachdem der Anodenraum mit Anolyt (wässrige Lösung von 0,001 Mol NaCl mit 2 Gew.$ Hydroxyäthylcellulose) und der Kathodenraum mit Katholyt (wässrige Lösung von 0,001 Mol NaHC0„) und das Messrohr bis in den Vierweghahn 13 mit Anolyt ausgefüllt worden ist, wird zur Durchführung der Analyse die Probe, die aus einer wässrigen Lösung von "

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0,001 Mol NaMnO. und 0,001 Mol NaIrCIg besteht, über den Vierweghahn in das Messrohr eingeführt. Zwischen den Elektroden -11 und 12 wird eine Spannung angelegt, die während der Analyse mit Hilfe eines Spannungsstabilisators 15 konstant gehalten wird. Mit 1k wird die Spannungsquelle bezeichnet.

Die Abmessungen des gläsernen Messrohres sind folgende: Länge k0 cm, Aussendurchmesser O,25 nun, Innendurchmesser O,22 mm. Das Glas hat einen spezifischen Widerstand von IO Ci .cm. Auf der Wand des Messrohres wurde zuvor (durch Aufdampfen im Vakuum) eine Schicht aus photoleitendem Selen mit einer Dicke von etwa 0,2 /um angebracht. Auf dieser Schicht wurde, gleichfalls durch Aufdampfen im Vakuum, eine 300 - 500 A dicke transparente elektrisch leitende Goldschicht angebracht. Am Ende des Messrohres werde auf der Goldschicht eine Leitsilberschicht angebracht. Diese Schicht ist über ein hochohmiges Messinstrument 10 mit dem Verstärker 19 und dem Aufzeichnungsgerät 20 verbunden. Mit 7 ist schematisch ein längs des kapillaren Messrohres verschiebbarer Lichtstrahl angedeutet (der von -einer nicht dargestellten Lichtquelle herrührt), der mit Hilfe eines Linsensystems derart konvergiert wird, dass eine punktförmige Abbildung auf der Aussenseite der Glaswand des kapillaren Messrohres erhalten wird. In der Figur ist in Potentiometeranordnung ein Be-. zugswiderstand 16 angebracht, über dem sich ein Läufer 17

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bewegen kann, der über einen hochohmigen Widerstand 18 mit dem Verstärker 19 verbunden ist. Bei der richtigen Einstellung und mechanischen Kupplung der Lichtquelle und des erwähnten Läufers kann der Unterschied zwischen dem Potentialverlauf im kapillaren Messrohr und dem Potentialverlauf über dem Bezugswiderstand 16 gemessen werden. Auf diese Weise wird unter der Verwendung nur einer einzigen Detektionselektrode dennoch ein differentiales und somit sehr genaues Messverfahren erhalten.

Bei den Messungen mit der erwähnten Probe zeichnete das Aufzeichnungsgerät die in Fig. ^a dargestellte Kurve auf, die den Verlauf des Potentials E in den Zonen und den benachbarten !eilen angibt. Fig. kb zeigt die Ableitung der Kurve in Fig. ka nach der Zeit und Fig. ^c die der in Fig. -¹Ib. Diese Differentiationen wurden auf elektronischem Wege erhalten.

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Claims

- ■■■■■. - 2k- ; · -.;'■■■ ■■ PHN 3565 Patentansprüche; f\ J Vorrichtung zum Trennen und Analysieren von Stoffgemischen durch Verschiebungselektrophorese, die ei- , nen Kathodenraum und einen Anodenraum enthält, in welchen Räumen sich eine Kathode bzw. eine Anode befinden, wobei diese Räume durch ein kapillares Messrohr miteinander verbunden sind, während«Mittel zum Einführen einer zu analysierenden flüssigen Probe in das kapillare Messrohr und Mittel zum Detektieren von Potentialen (Potentiaigradienten) in der Längsrichtung des kapillaren Messrohres vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf oder in dorn kapillaren -.Messrohr angebrachte Detektionseloktrode durch ein photoleitendes Material gebildet wird, dass Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe an der Stelle oder an den Stellen des kapillaren Messrohres, an der oder an denen das Potential gemessen werden wird, das photoleitende Material belichtet werden kann, und dass Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe der belichtete und nun elektrisch leitende Teil des photoleitenden Materials elektrisch mit einer elektrischen Messvorrichtung verbunden werden kann. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des kapillaren Messrohres aus einem nichtphotoleitenden Material mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 10 bis 10 Ci. cm besteht. 3· Vorrichtung mach Anspruch 2, dadurch gekenn- 0098 15/1398 BADORiGlNAL - 25 - . • . PHN zeichnet, dass das photoleitende Material in Form einer Schicht auf der Aussenwand des kapillaren Messrohres angebracht ist. k. . Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass auf der aus photοleitendem Material bestehenden Schicht eine Schicht aus einem transparenten elektrisch leitenden Material angebracht ist. 5· Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das photoleitende Material aus Sslen besteht. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das photoleitende Material aus einem Cadmiumchalcogenid besteht. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das photoleitende Material aus einem photoleitenden Kunststoff besteht. 8. Vorrichtung nach Ansprueh 7» dadurch gekennzeichnet, dass der photoleitende Kunststoff ein Polyvinylcarbazol ist. 9. > Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel enthält, mit deren Hilfe auf das photoleitende Material ein Lichtstrahl geworfen werden kann, dessen Durchmesser kleiner als oder gleich der Dicke der Wand des kapillaren Messrohres ist. 10. ' Vorrichtung nacJi Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie optische Mittel enthält, mit deren 009815/13 9 8 . BAD ORIGINAL - 26 - PHN 3565 1949982 Hilfe der beim Messen angewandte Lichtstrahl derart konvergiert wird, dass eine nahezu punktfönnige Abbildung auf der Aussenseite der Wand des kapillaren Messrohres erhalten wird. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des kapillaren Messrohres aus einem phötoMtenden Material mit einem spezifischen Widerstand 6 1 ^ Λ im belichteten Zustand von 10 - 10 *~ Ji .cm besteht. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Wand des kapillaren Messrohres eine Schicht aus einem transparenten elektrisch leitenden Material angebracht ist. 13· Vorrichtung nach 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des kapillaren Messrohres aus einem photoleitenden Kunststoff besteht. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass als photoleitender Kunststoff ein !Polyvinylcarbazol angewandt wird.

1.5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 1 bis ]4, dadurch gekennzeichnet, dass sie optische Mittel enthält, mit deren Hilfe der beim Messen angewandte Lichtstrahl derart konvergiert wird, dass auf der Innenseite der Wand des kapillaren'Messrohres eine nahezu punktförmige Abbildung erhalten wird.

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