DE19532382A1

DE19532382A1 - Analyser for chemical or physical changes in fluids

Info

Publication number: DE19532382A1
Application number: DE1995132382
Authority: DE
Inventors: Dietmar Dr Poerschke
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 1997-03-06

Abstract

The analyser consists of a measuring cell (25) into which the fluid is conveyed via a mixing chamber (20) from two syringes (5a,5b) and from which it passes to a further syringe (30) where it pushes the stopper-piston (35) onto a piezo crystal (40), sending an electrical signal to a pulse generator (50). This pulse causes a disturbance, i.e. temperature rise, in the measuring cell where the chemical and physical parameters are determined by means of a radiation source (55) and detector (60). The electrodes of the measuring cell are of precious metal with a layer thickness between 100nm and 1mm. The cell body (100) is made from transparent quartz (105,110a,110b) with a coating of electrically conductive material (125a,125b) in direct contact with the flow channel (120).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Analyse chemischer und physikalischer Parameter in Probeflüssigkeiten und insbesondere das Gebiet der Stopped-Flow-Temperatur-Sprung- bzw. Feldsprung technik (SF-T/E-Technik).The present invention relates to the analysis of chemical and physical parameters in sample liquids and in particular the area of the stopped flow temperature jump or field jump technology (SF-T / E technology).

Stopped-Flow-T/E-Sprung-Verfahren werden zur Bestimmung der Kinetik schneller Reaktionen verwendet und sind im Stand der Technik seit längerer Zeit bekannt. Solche Verfahren stellen eine Kombination von Stopped-Flow-Mischungstechniken und chemischen Relaxationsverfahren dar.Stopped-flow T / E jump procedures are used to determine the Kinetics of rapid reactions are used and are in the prior art Technology known for a long time. Such procedures represent one Combination of stopped-flow mixing techniques and chemical Relaxation method.

Bei Stopped-Flow-Verfahren werden zwei Flüssigkeiten, die jeweils miteinander reaktionsfähige Reaktanten enthalten, miteinander vermischt, in eine Meßzelle eingebracht und die ablaufende Reaktion, d. h. die Einstellung eines stationären Zustands bzw. eines chemischen Gleichgewichts verfolgt, üblicherweise mit spektrophotometrischen Methoden. Die Zeitauflösung derartiger Stopped-Flow-Verfahren ist auf etwa eine Millisekunde begrenzt.The stopped-flow process uses two liquids, each contain reactants which are reactive with one another mixed, placed in a measuring cell and the expiring Response, d. H. the setting of a steady state or chemical equilibrium, usually with spectrophotometric methods. The time resolution of such The stopped-flow process is limited to approximately one millisecond.

Schnellere Reaktionen können durch Relaxationsverfahren untersucht werden, bei denen ein System durch eine Störung, z. B. eine Temperaturerhöhung, aus dem Gleichgewicht gebracht wird und die Einstellung eines neuen Gleichgewichts verfolgt wird. Derartige Verfahren sind jedoch für die Untersuchung irreversibler Reaktio nen nicht anwendbar.Faster reactions can be investigated using relaxation methods be in which a system by a malfunction, e.g. Legs Temperature increase, is brought out of balance and the Setting a new balance is being pursued. Such However, procedures are for the study of irreversible reactions not applicable.

Bei den Stopped-Flow-T/E-Sprung-Verfahren, also der Kombination der obengenannten Techniken werden die Reaktanten direkt vor einer Messung frisch vermischt und in eine Meßzelle eingebracht, der Reaktantenfluß gestoppt und anschließend das System einer Störung, z. B. in Form einer Temperaturerhöhung, ausgesetzt. Diese Tempera turerhöhung wird üblicherweise bewerkstelligt durch Anlegen von Strom an ein Elektrodenpaar, das im Bereich der Meßzone angeordnet ist.In the case of the stopped flow T / E jump method, i.e. the combination of the above techniques, the reactants are just in front of one Measurement freshly mixed and placed in a measuring cell, the Reactant flow stopped and then the system malfunction, e.g. B. exposed in the form of an increase in temperature. This tempera Door increase is usually accomplished by creating Current to a pair of electrodes arranged in the area of the measuring zone is.

Der Anwendungsbereich für Stopped-Flow-T/E-Sprung-Verfahren ist sehr vielseitig und umfaßt z. B. insbesondere die Bestimmung biologischer Reaktionen, bei denen direkt nach dem Vermischen kurzlebige Intermediate auftreten, die für den Reaktionsverlauf essentiell sind und mit anderen Verfahren schwierig zu charak terisieren sind. Beispiele dafür sind etwa Enzymreaktionen, darüberhinaus gibt es jedoch eine große Anzahl von Anwendungen für allgemeine chemische Reaktionen ohne Bezug zur Biologie.The scope for stopped-flow T / E jump procedures is very versatile and includes z. B. in particular the determination biological reactions in which immediately after mixing short-lived intermediates occur that are responsible for the course of the reaction are essential and difficult to characterize with other methods are terize. Examples include enzyme reactions, however, there are also a large number of applications for general chemical reactions unrelated to biology.

In Erman und Hammes (Rev. Sci. Instrum. 37, 746-750 (1966)) wird eine typische Stopped-Flow-T/E (SF-T/E) Sprung-Vorrichtung be schrieben. Die verwendete Meßzelle besteht aus einem Plexiglas block, in dem Quarzlinsen eingelassen sind und in den massive Elektroden eingeschraubt werden, die die Ober- und Unterseite des Meßkanals definieren. Der Elektrodenabstand beträgt 5 mm und das Volumen des Kanals 100 µl zusätzlich der erforderlichen Zuleitun gen im Plexiglasblock. Die Totzeit des Systems wird mit 15 ms angegeben.In Erman and Hammes (Rev. Sci. Instrum. 37, 746-750 (1966)) a typical stopped-flow T / E (SF-T / E) jump device wrote. The measuring cell used consists of a plexiglass block in which quartz lenses are embedded and in the massive Electrodes are screwed into the top and bottom of the Define measuring channel. The electrode distance is 5 mm and that Volume of the channel 100 µl in addition to the required supply in the plexiglass block. The dead time of the system is 15 ms specified.

Bei Stewart und Lum (American Laboratory 91, 91-94, 96-98 und 100-101 (1969)) wird eine Meßzelle verwendet, deren Eintritts- und Austrittsöffnung durch ein Elektrodenpaar begrenzt ist, wobei die Probenflüssigkeit durch Bohrungen in den Elektroden in den Meßbereich eintritt und ihn wieder verläßt. Eine derartige Anordnung bzw. ein derartiger Elektrodenaufbau kann für bestimmte Anwendungen, bei denen eine hohe Homogenität des angelegten elektrischen Feldes erwünscht ist, nachteilig sein. Gemäß Stewart und Lum beträgt der Elektrodenabstand, um eine Blasenbildung zu vermeiden, mindestens 5 mm, das Probenvolumen wird mit 200 µl und die Totzeit des Systems mit etwa 10 ms angegeben.Stewart and Lum (American Laboratory 91, 91-94, 96-98 and 100-101 (1969)) a measuring cell is used, the entry and Exit opening is limited by a pair of electrodes, the Sample liquid through holes in the electrodes in the Measuring range enters and leaves it again. Such Arrangement or such an electrode structure can for certain Applications in which a high degree of homogeneity of the applied electrical field is desired to be disadvantageous. According to Stewart and Lum is the electrode spacing to cause bubble formation avoid at least 5 mm, the sample volume is 200 µl and the dead time of the system is given as about 10 ms.

Bei den von Veil (Dissertation Universität Braunschweig (1975)) und Patel (Chem. Instrum. 7, 83-99 (1976)) verwendeten Vor richtungen bilden zwei massive Elektroden zwei gegenüberliegende Oberflächen der eigentlichen Meßzelle, wobei in eine der Elek troden eine Mischzelle integriert ist und die Probenflüssigkeit durch Bohrungen in der Elektrode in die Meßzelle gelangt. Gemäß Veil beträgt das Volumen der Meßzelle 180 µl bei einem Elektroden abstand von 9-10 mm und die Totzeit des Systems mindestens 6,5 ms.With von Veil (Dissertation University of Braunschweig (1975)) and Patel (Chem. Instrum. 7, 83-99 (1976)) used Vor directions form two massive electrodes two opposite Surfaces of the actual measuring cell, one of the elec If a mixing cell is integrated and the sample liquid reaches the measuring cell through holes in the electrode. According to The volume of the measuring cell is 180 µl for one electrode distance of 9-10 mm and the dead time of the system at least 6.5 ms.

Eine nochmals weitere Variante ist in Verkman et al. (Anal. Biochem. 117, 164-169 (1981)) gezeigt, wobei wiederum zwei Oberflächen der Meßzelle durch das Elektrodenpaar gebildet werden. Dieses System erfordert relativ große Volumina bei einer Totzeit von 60 ms.Yet another variant is in Verkman et al. (Anal. Biochem. 117, 164-169 (1981)), again two Surfaces of the measuring cell are formed by the pair of electrodes. This system requires relatively large volumes with a dead time of 60 ms.

Derartige aus dem Stand der Technik bekannte SF-T/E-Sprung-Vorrichtungen weisen sowohl was die Handhabung als auch das zu erreichende Testergebnis anbelangt mehrere Nachteile auf. Nachdem bei derartigen Konstruktionen der eigentliche Durchgangskanal durch die massiven Elektroden und einen im wesentlichen offenen Zellkörper gebildet wird, treten häufig Abdichtungsprobleme auf, die eine Verwendung dieser Verfahren im großen Umfang, trotz der potentiellen Vorteile der Methode, bisher verhindert hat. Die genannten Abdichtungsprobleme sind insbesondere von Bedeutung, da dadurch auch der für die Probenzuführung verwendete Druck limitiert wird, was zu einer unerwünschten Verlängerung der Totzeit des Systems führt. Ein weiterer Nachteil liegt in dem zum Teil relativ komplizierten Aufbau mit einer Probenzuführung durch Bohrungen in den Elektroden, was eine Miniaturisierung der Systeme erschwert oder sogar unmöglich macht. Eine Minimierung des Probenvolumens ist jedoch für Anwendungen, bei denen die Ausgangs menge des zu untersuchenden Materials gering ist, wie etwa bei vielen biologischen Anwendungen, essentiell.Such known from the prior art SF-T / E jump devices assign both what to handle and what to do The test result achieved addresses several disadvantages. After this in such constructions the actual through channel through the massive electrodes and an essentially open one Cell body is formed, sealing problems often occur, who use these methods on a large scale, despite the potential benefits of the method, has prevented so far. The Sealing problems mentioned are particularly important because thereby also the pressure used for the sample feed is limited, resulting in an undesirable extension of the Dead time of the system leads. Another disadvantage is that Part of a relatively complicated setup with a sample feed Bores in the electrodes, which miniaturizes the systems difficult or even impossible. Minimizing the However, sample volume is for applications where the output amount of material to be examined is small, such as in many biological applications, essential.

Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe war es somit, eine Vorrichtung zur Analyse chemischer oder physikalischer Ver änderungen in einer Probenflüssigkeit bereitzustellen, die für Stopped-Flow-T/E-Sprung Verfahren geeignet ist und bei der die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen verringert sind. Insbesondere sollte die Vorrichtung einfach abzudichten sein, mit einem geringen Probenvolumen auskommen, eine geringe Totzeit aufweisen und einfach und demnach kostengünstig herzustellen sein.One of the objects underlying the invention was therefore a Device for analyzing chemical or physical ver to provide changes in a sample liquid for Stopped-Flow-T / E-jump method is suitable and in which the Disadvantages of the devices known from the prior art are reduced. In particular, the device should be simple to be sealed, manage with a small sample volume, one have short dead time and are simple and therefore inexpensive to be manufactured.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Analyse chemischer oder physikalischer Veränderungen in einer Probeflüssigkeit, umfassend eine Meßzelle, die einen Zellkörper mit einer Eintrittsöffnung, einem Durchgangskanal, einer Aus trittsöffnung und mindestens zwei Elektroden enthält, Mittel zum Transport einer Probeflüssigkeit in die Meßzelle, Mittel zur Bestimmung von chemischen oder physikalischen Parametern in der Meßzelle und gegebenenfalls Mittel zur Unterbrechung des Trans ports der Probenflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der Meßzelle Schichten von elektrisch leitendem Material auf der mit dem Durchgangskanal in Kontakt stehenden Oberfläche des Zellkörpers umfassen.According to the invention, this object is achieved by a device for the analysis of chemical or physical changes in one Sample liquid, comprising a measuring cell, which is a cell body with an inlet opening, a through channel, an off contains opening and at least two electrodes, means for Transport of a sample liquid into the measuring cell, means for Determination of chemical or physical parameters in the Measuring cell and possibly means for interrupting the trans ports of the sample liquid, characterized in that the Electrodes of the measuring cell layers of electrically conductive Material on the one in contact with the through channel Cover surface of the cell body.

Durch eine derartige Anordnung, wobei der Durchgangskanal nicht durch Zusammensetzen verschiedener Bauteile gebildet wird, sondern durch den Zellkörper definiert wird und die Elektroden der Meßzelle als dünne Schichten auf gegenüberliegenden Oberflächen des Durchgangskanals innerhalb des Zellkörpers angebracht sind, können Abdichtungsprobleme auf ein Minimum reduziert werden. Weiterhin erlaubt der einfache Aufbau eine Verminderung des Probenvolumens.With such an arrangement, the through-channel is not is formed by assembling different components, but is defined by the cell body and the electrodes of the Measuring cell as thin layers on opposite surfaces the through-channel are attached within the cell body, sealing problems can be reduced to a minimum. Furthermore, the simple structure allows a reduction in the Sample volume.

Die Mittel zum Transport einer Probenflüssigkeit in die Meßzelle umfassen die erforderlichen Elemente, um Probenflüssigkeit aufzunehmen und zur Meßzelle zu befördern, d. h. mindestens einen, bevorzugt mindestens zwei Vorratsbehälter für Reaktantenlösungen, Transportleitungen und eine Mischkammer.The means for transporting a sample liquid into the measuring cell include the necessary elements to make sample liquid record and transport to the measuring cell, d. H. at least one, preferably at least two storage containers for reactant solutions, Transport lines and a mixing chamber.

Unter einem Mittel zur Bestimmung von chemischen oder physikali schen Parametern (Meßmittel) wird in der vorliegenden Erfindung jedes Mittel verstanden, mit dem in der Meßzelle ablaufende Vorgänge bzw. Reaktionen verfolgt werden können. Geeignete Meßverfahren umfassen z. B. photometrische Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind und hier nicht näher erläutert werden müssen. In diesem Fall umfaßt ein Meßmittel somit ein Mittel zum Leiten eines Strahls einer vorbestimmten Wellenlänge bzw. eines vorbestimmten Wellenlängenbereichs oder/und eines spezifischen Polarisationszustandes durch eine Meßzelle, d. h. eine Strahlungs quelle, und ein geeignetes Detektionsmittel.Under a means of determining chemical or physical cal parameters (measuring means) in the present invention understood every means with the one running in the measuring cell Processes or reactions can be tracked. Suitable Measuring methods include e.g. B. photometric methods that the Are known to a person skilled in the art and are not explained in more detail here have to. In this case, a measuring means thus comprises a means for Directing a beam of a predetermined wavelength or one predetermined wavelength range and / or a specific Polarization state through a measuring cell, d. H. a radiation source, and a suitable detection means.

Durch ein Mittel zur Unterbrechung des Transports der Proben flüssigkeit (Stoppmittel) kann für Stopped-Flow-Anwendungen der Fluß der Probenflüssigkeit nach Durchlaufen der Meßzelle unter brochen werden. Als Stoppmittel eignet sich z. B. eine Spritze, die mit einem festen Anschlag versehen ist. Darüberhinaus sind jedoch alle anderen denkbaren Mittel, mit denen ein Strömungsfluß unterbrochen werden kann, wie etwa ein Absperrventil in einer Probenabtransportleitung geeignet. Wichtig ist lediglich, daß der Fluß der Probenflüssigkeit rasch gestoppt werden kann und das verwendete Mittel den im System verwendeten Drücken standhält.By means of an interruption of the transport of the samples liquid (stopping agent) can be used for stopped-flow applications Flow of the sample liquid after passing through the measuring cell be broken. As a stop agent z. B. a syringe that is provided with a fixed stop. Beyond that, however all other conceivable means with which a flow flow can be interrupted, such as a shut-off valve in a Sample removal line suitable. It is only important that the Flow of the sample liquid can be stopped quickly and that used means withstands the pressures used in the system.

Im Bereich der Meßzelle, an dem das Meßmittel angeordnet ist (Meßfenster), wird der zu untersuchenden Probenflüssigkeit eine Störung vermittelt, deren Auswirkung durch das Meßmittel verfolgt wird. Eine derartige Störung wird der Probenflüssigkeit im allgemeinen mit Hilfe der Elektroden übertragen, üblicherweise mittels eines Pulsgenerators, der mit den Elektroden in elek trischem Kontakt steht. Die eingebrachte Störung kann beispiels weise ein Temperatursprung sein, der durch Entladen eines Kondensators oder Anlegen eines Spannungsimpulses hervorgerufen wird oder kann beispielsweise für Feldsprungverfahren das Anlegen eines elektrischen Felds umfassen.In the area of the measuring cell on which the measuring device is arranged (Measurement window), the sample liquid to be examined becomes a Malfunction mediated, the effect of which is tracked by the measuring device becomes. Such a disturbance will the sample liquid in the generally transferred using the electrodes, usually by means of a pulse generator which is connected to the electrodes in elec trical contact. The introduced disturbance can, for example wise be a jump in temperature caused by discharging a Capacitor or application of a voltage pulse is or can be created for field jump procedures, for example of an electric field.

Bevorzugt umfaßt die SF-T/E-Sprungvorrichtung weiterhin ein Mittel zur Konstanthaltung der Temperatur der Probenlösungen, um somit eine hohe Meßgenauigkeit sicherzustellen.The SF-T / E jump device preferably further comprises a means to keep the temperature of the sample solutions constant, thus ensure a high measuring accuracy.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die SF-T/E-Sprung-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Proben zufuhr-Vorrichtung, mit der Reaktantenlösungen in einer vor bestimmten Geschwindigkeit und gegebenenfalls einem vorbestimmten Verhältnis aus dem Probenvorrat zur Meßzelle befördert werden. Obwohl im Prinzip auch eine manuelle Zufuhr möglich ist, werden durch eine derartige Probenzufuhr-Vorrichtung eine bessere Gleichmäßigkeit des Probenflusses und höhere Fließgeschwindigkei ten erreicht. Höhere Fließgeschwindigkeiten sind erwünscht, da damit die Totzeit, d. h. die zum Zurücklegen der Strecke zwischen Mischkammer und Meßfenster benötigte Zeit, reduziert werden kann. Die Probenzufuhr arbeitet bevorzugt bei einem Druck von mehr als 5 bar bis etwa 40 bar, stärker bevorzugt von 20 bar bis 30 bar.In a preferred embodiment, the SF-T / E jump device of the present invention further a sample feeding device, with the reactant solutions in a pre certain speed and possibly a predetermined Ratio from the sample stock to the measuring cell. Although in principle a manual feed is also possible better by such a sample supply device Uniformity of sample flow and higher flow speed ten reached. Higher flow rates are desirable because so that the dead time, d. H. to cover the distance between Mixing chamber and measuring window required time can be reduced. The sample supply preferably works at a pressure of more than 5 bar to about 40 bar, more preferably from 20 bar to 30 bar.

Die Mischkammer ist in einem Abstand von 2,0 cm, bevorzugt 1,5 cm, am meisten bevorzugt 1 cm, vom Meßfenster angeordnet. Durch eine kurze Distanz zwischen Mischkammer und Meßfenster können in Kombination mit einer Hochdruckprobenzufuhr kurze Totzeiten realisiert werden. Die Totzeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beträgt im allgemeinen 1 ms, bevorzugt 0,8 ms und am meisten bevorzugt 0,5 ms.The mixing chamber is at a distance of 2.0 cm, preferably 1.5 cm, most preferably 1 cm from the measurement window. By a short distance between the mixing chamber and the measuring window can Combined with a high pressure sample supply, short dead times will be realized. The dead time of the device according to the invention is generally 1 ms, preferably 0.8 ms and most preferably 0.5 ms.

Der Zellkörper der Meßzelle besteht mindestens teilweise aus einem Material das im Wellenlängenbereich der verwendeten Meßstrahlung und der zu detektierenden Strahlung im wesentlichen durchlässig ist. Unter "mindestens teilweise" wird verstanden, daß wenigstens ein durchlässiges "Fenster" mit einer Mindestgröße entsprechend der des verwendeten Meßstrahls vorhanden ist. Der Einfachheit halber kann der Zellkörper vollständig aus einem derartigen Material hergestellt werden. Unter "im wesentlichen strahlungs durchlässig" wird verstanden, daß das Material im verwendeten Meß- und Detektionsbereich keine starke Eigenabsorption aufweist.The cell body of the measuring cell consists at least partially of a Material in the wavelength range of the measuring radiation used and the radiation to be detected is essentially transparent is. "At least partially" means that at least a permeable "window" with a minimum size accordingly that of the measuring beam used is present. The simplicity for the sake of this, the cell body can be made entirely from such Material are made. Under "essentially radiation permeable "it is understood that the material used in the Measuring and detection area has no strong self-absorption.

Der geeignete Wellenlängenbereich umfaßt den für spektroskopische Verfahren üblicherweise verwendeten Bereich, d. h. in etwa den Bereich umfassend UV bis IR-Strahlung. Geeignete durchlässige Materialien umfassen demnach in Abhängigkeit der besonderen Anwendung z. B. Kunststoff, Glas, gefärbtes Glas, Quarz etc. Das bevorzugte Material ist Quarz.The suitable wavelength range includes that for spectroscopic Method commonly used area, i. H. about the Range includes UV to IR radiation. Suitable permeable Materials therefore include depending on the particular one Application z. B. plastic, glass, colored glass, quartz etc. Das preferred material is quartz.

Das Elektrodenpaar ist auf gegenüberliegenden Oberflächen des Zellkörpers, die jeweils mit dem Durchgangskanal in Kontakt stehen, aufgebracht. Als Materialien sind prinzipiell alle elektrisch leitfähigen Materialien, wie Metalle, Legierungen etc. The pair of electrodes is on opposite surfaces of the Cell body, each in contact with the through channel stand, upset. In principle, all are as materials electrically conductive materials such as metals, alloys etc.

geeignet, wobei Edelmetalle bevorzugt sind. Das am meisten bevorzugte Material ist Platin. Die Schichtdicke des Elektrodenma terials ist im allgemeinen nicht kritisch, sie wird jedoch ausreichend hoch gewählt, um für eine ausreichende Haltbarkeit der Elektroden bei den verwendeten Spannungen von derzeit bis zu 4 kV zu sorgen. Geeignete Elektrodenschichtdicken liegen allgemein im Bereich von etwa 100 nm-1 mm, bevorzugt von 200 nm-500 µm und stärker bevorzugt von 500 nm-200 µm. Geringe Schichtdicken, etwa im Bereich von 100 nm bis 20 µm oder mehr können günstig durch bekannte Aufdampfungsverfahren erhalten werden. Höhere Schicht dicken, etwa von 10 µm-1000 µm können auf einfache Weise realisiert werden durch Aufkleben von Metallfolien. Bei höheren Schichtdicken, z. B. 100 µm, wird es im allgemeinen erforderlich werden, geeignete Maßnahmen zu ergreifen um die Dichtigkeit des Zellkörpers zu gewährleisten. Möglichkeiten hierzu sind dem Fachmann bekannt.suitable, with precious metals being preferred. The most preferred material is platinum. The layer thickness of the electrode measure terials is generally not critical, but it will chosen high enough to ensure sufficient durability of the Electrodes at the voltages currently used of up to 4 kV to care. Suitable electrode layer thicknesses are generally in the Range of about 100 nm-1 mm, preferably from 200 nm-500 microns and more preferably from 500 nm-200 µm. Small layer thicknesses, for example in the range of 100 nm to 20 µm or more can be favorably by known vapor deposition processes can be obtained. Higher layer thicknesses, about 10 µm-1000 µm can be easily can be realized by gluing metal foils. At higher Layer thicknesses, e.g. B. 100 microns, it is generally required to take appropriate measures to ensure that the Ensure cell body. This is possible Known specialist.

Die Abmessungen der Elektroden werden so gewählt, daß mindestens der Bereich des Meßfensters vollständig überdeckt wird. Um eine bestmögliche Homogenität eines angelegten elektrischen Feldes in einem Feldsprungverfahren bzw. die Temperaturhomogenität des Probenmaterials ohne störende Randeinflüsse in einem Temperatur sprungverfahren zu gewährleisten, werden die Abmessungen der Elektroden im allgemeinen größer sein als diejenigen des Meßbe reichs. Abmessungen vom 1,5- bis 2,5-fachen des Meßstrahls sind beispielsweise geeignet.The dimensions of the electrodes are chosen so that at least the area of the measuring window is completely covered. To one best possible homogeneity of an applied electric field in a field jump method or the temperature homogeneity of the Sample material without disturbing edge influences in one temperature to ensure the jumping method, the dimensions of the Electrodes are generally larger than those of the measuring area empire. Dimensions are from 1.5 to 2.5 times the measuring beam suitable for example.

Der Abstand der Elektroden ist nicht kritisch, wird jedoch möglichst gering gewählt, um den Querschnitt des Durchgangskanals und somit auch das erforderliche Probenvolumen möglichst gering zu halten. Es wurde festgestellt, daß ein Abstand von lediglich 2 mm gewählt werden kann, ohne daß bei der Veränderung der Gleichgewichtsbedingungen Störeinflüsse bzw. Inhomogenitäten, wie etwa eine Blasenbildung, verursacht werden. Bei diesem Abstand können vorteilhaft hohe Temperatursprünge von etwa 4-5°C in Temperatursprungverfahren bzw. ein elektrisches Feld von z. B. 20 kV/cm in Feldsprungverfahren erreicht werden. The distance between the electrodes is not critical, but it will chosen as small as possible to the cross-section of the through-channel and thus the required sample volume as low as possible to keep. It was found that a distance of only 2 mm can be selected without changing the Equilibrium conditions Interferences or inhomogeneities, such as such as blistering. At this distance can advantageously high temperature jumps of about 4-5 ° C in Temperature jump method or an electrical field of z. B. 20 kV / cm can be achieved in field jumping procedures.

Es ist selbstverständlich, daß für elektrisch leitfähige Zuführun gen zwischen der Außenseite des Zellkörpers und den Elektroden gesorgt werden muß. Möglichkeiten hierzu sind dem Fachmann bekannt und werden nicht näher erläutert.It goes without saying that for electrically conductive feeders gene between the outside of the cell body and the electrodes must be taken care of. Possibilities for this are known to the person skilled in the art and are not explained in more detail.

In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung stehen die Richtung des durch die Elektroden gebilde ten elektrischen Felds, die Fließrichtung des Probenmaterials und die Meßrichtung, d. h. eine optische Achse des Meßmittels, in der Meßzelle jeweils senkrecht zueinander. Der Vorteil bei dieser Anordnung besteht darin, daß die Meßzelle sehr einfach aufgebaut sein kann und das erforderliche Probenvolumen auf ein Minimum reduziert werden kann. In diesem Fall ist der Durchgangskanal bevorzugt geradlinig mit einem Querschnitt von z. B. etwa 2×2 mm² bis 3×3 mm² und einem Gesamtvolumen von bevorzugt 100 µl. Bei dieser Anordnung ist es prinzipiell möglich, mehrere nacheinander in Reihe angeordnete Kombinationen von Meßmittel/Elektrodenpaar zu verwenden. Das minimale erforderliche Volumen wird begrenzt durch den Elektrodenminimalabstand und die Breite des Strahlungs detektionsmittels. Minimalvolumina von z. B. 10 µl oder weniger werden als machbar angesehen.In a special embodiment of the invention The device stands in the direction of that formed by the electrodes th electric field, the flow direction of the sample material and the direction of measurement, d. H. an optical axis of the measuring means in which Measuring cell perpendicular to each other. The advantage with this Arrangement is that the measuring cell is very simple can be and the required sample volume to a minimum can be reduced. In this case, the through channel preferably straight with a cross section of z. B. about 2 × 2 mm² to 3 × 3 mm² and a total volume of preferably 100 ul. At this arrangement it is possible in principle, several in succession combinations of measuring devices / electrodes arranged in a row to use. The minimum required volume is limited by the minimum electrode distance and the width of the radiation detection means. Minimum volumes of e.g. B. 10 ul or less are considered feasible.

In einer anderen besonderen Ausführungsform ist die Meßrichtung parallel zur Fließrichtung und vertikal zur Feldrichtung. Bei dieser Anordnung kann eine längere Meßstrecke innerhalb der Probe realisiert werden, was von Vorteil ist, wenn auf ein stark verdünntes Probenmaterial zurückgegriffen werden muß. Da bei einer derartigen Anordnung die dritte Raumrichtung noch nicht belegt ist, kann zusätzlich ein weiteres Meßmittel eingesetzt werden. Alternativ kann anstelle eines weiteren Meßmittels ein Mittel zur Veränderung der chemischen oder physikalischen Gleichgewichtsbe dingungen eingesetzt werden, das eine Störung des Flüssigkeits systems in der Meßzelle verursacht. Die Störung wird in diesem Fall mittels einer Strahlungsquelle, z. B. eines Lasers, bewerk stelligt.In another special embodiment, the measuring direction is parallel to the flow direction and vertical to the field direction. At this arrangement can have a longer measurement distance within the sample be realized, which is an advantage if on a strong diluted sample material must be used. Because with one such an arrangement has not yet occupied the third spatial direction a further measuring device can be used. Alternatively, a means for Change in chemical or physical equilibrium conditions are used, which is a disruption of the liquid systems in the measuring cell. The disorder is in this Case using a radiation source, e.g. B. a laser, bewerk sets.

In einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Erfindung eine Meßzelle zur Analyse chemischer oder physikalischer Veränderungen in einer Probenflüssigkeit, umfassend einen Zellkörper mit einem Durchgangskanal, einer Eintrittsöffnung, einer Austrittsöffnung und mindestens zwei Elektroden, die auf mit dem Durchgangskanal in Kontakt stehenden Oberflächen des Zellkörpers in Form von Schichten mit einer Schichtdicke von 100 nm bis 1 mm aufgebracht sind.In another aspect, the present invention is Measuring cell for the analysis of chemical or physical changes in a sample liquid, comprising a cell body with a Through channel, an inlet opening, an outlet opening and at least two electrodes on the through channel contacting surfaces of the cell body in the form of Layers with a layer thickness of 100 nm to 1 mm applied are.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Meßzelle ein quaderförmiger Zellkörper aus Quarz mit einem linearen Durchgangs kanal mit rechteckigem Querschnitt, wobei auf zwei gegenüber liegenden Oberflächen des Zellkörpers die mit dem Durchgangskanal in Kontakt stehenden Elektrodenschichten mit einer Schichtdicke von etwa 10 µm aufgebracht sind.In a preferred embodiment, the measuring cell is a cuboidal cell body made of quartz with a linear passage channel with a rectangular cross-section, with two opposite lying surfaces of the cell body with the through channel electrode layers in contact with a layer thickness of about 10 microns are applied.

In einem nochmals weiteren Aspekt ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Analyse chemischer oder physikalischer Parame ter, wobei man gemäß an sich bekannter Verfahren vorgeht und die Verbesserung darin besteht, daß man eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet. Demgemäß ist die Erfindung auch ein Verfah ren zur Analyse chemischer oder physikalischer Parameter in einer Meßzelle, wobei man eine Probenflüssigkeit durch die Meßzelle leitet, eine Störung des Gleichgewichts in der durch die Meßzelle geleiteten Probeflüssigkeit verursacht und mindestens einen chemi schen oder physikalischen Parameter während eines vorbestimmten Zeitraums bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzelle einen Zellkörper mit Durchgangskanal, Eintrittsöffnung und Austrittsöff nung umfaßt und als Elektroden Schichten von elektrisch leitendem Material auf der mit dem Durchgangskanal in Kontakt stehenden Oberfläche des Zellkörpers enthält.The present invention is in yet another aspect a method for analyzing chemical or physical parameters ter, which is carried out according to methods known per se and the Improvement is that one of the invention Device used. Accordingly, the invention is also a method for the analysis of chemical or physical parameters in one Measuring cell, taking a sample liquid through the measuring cell conducts a disturbance of the balance in the through the measuring cell conducted sample liquid and at least one chemi or physical parameters during a predetermined Period determined, characterized in that the measuring cell a Cell body with through-channel, inlet opening and outlet opening tion comprises and as electrodes layers of electrically conductive Material on the one in contact with the through channel Contains surface of the cell body.

Die Art der Störung, die der zu untersuchenden Flüssigkeit durch das Elektrodenpaar vermittelt wird, hängt im wesentlichen von der Leitfähigkeit der Flüssigkeit ab. Bei hohen Leitfähigkeiten wird durch die eingebrachte Energie eine Störung verursacht, die im wesentlichen eine Temperaturveränderung ist. Ein derartiges Verfahren ist insbesondere z. B. zur Bestimmung kinetischer Parameter von chemischen Systemen geeignet. The type of disorder caused by the fluid to be examined the pair of electrodes conveyed depends essentially on the Conductivity of the liquid. With high conductivities caused a disturbance by the introduced energy, which in the is essentially a change in temperature. Such a thing The method is particularly e.g. B. to determine kinetic Suitable parameters of chemical systems.

Bei niedriger Leitfähigkeit hat die von den Elektroden einge brachte Störung im wesentlichen die Wirkung eines angelegten elektrischen Feldes. In diesem Fall eignet sich das Verfahren insbesondere zur Analyse von Reaktionen bei denen eine feldindu zierte Änderung eines chemischen Gleichgewichts eintritt oder bei denen durch das elektrische Feld der physikalische Prozeß einer Orientierung der Moleküle in Richtung des Feldvektors bewirkt wird. Die feldinduzierte Ausrichtung von Molekülen wird bei "elektrooptischen" Messungen (z. B. Messung des elektrischen Dichroismus oder der elektrischen Doppelbrechung) verwendet.If the conductivity is low, the electrodes have switched on brought disruption essentially the effect of an applied electric field. In this case the procedure is suitable especially for the analysis of reactions in which a field indu ornamental change in a chemical equilibrium occurs or at which by the electrical field the physical process one Orientation of the molecules in the direction of the field vector causes becomes. The field-induced alignment of molecules becomes "electro-optical" measurements (e.g. measurement of the electrical Dichroism or electrical birefringence) is used.

In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man als Probenflüssigkeit eine Lösung, die durch homogenes Vermischen von mindestens zwei Reaktantenlösungen vor dem Leiten in die Meßzelle hergestellt wird. Für Stopped-Flow Anwendungen kann der Fluß der Probenflüssigkeit geeignet unter brochen werden.In a special embodiment of the invention A method is used as the sample liquid, a solution that by homogeneously mixing at least two reactant solutions is produced before being fed into the measuring cell. For stopped flow Applications can suitably flow the sample liquid under be broken.

Bevorzugt wird das Analyseverfahren dann derart durchgeführt, daß der erforderliche Zeitraum ab dem in Kontaktkommen der Reaktanten flüssigkeiten in der Mischkammer bis zum Eintreffen der Proben flüssigkeit in der Meßzelle möglichst gering ist. Dieser als "Totzeit" bezeichnete Zeitraum hängt im wesentlichen von zwei Faktoren ab, nämlich dem Abstand zwischen Mischkammer und Meßzelle sowie der Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Die Totzeiten beim erfindungsgemäßen Verfahren betragen im allgemeinen 1 ms, bevorzugt 0,8 ms und am meisten bevorzugt 0,1 bis 0,5 ms, entsprechend Fließgeschwindigkeiten von 10 bis 100 m/s bei einer angenommenen Wegstrecke zwischen Mischkammer und Meßzelle von 1,0 cm.The analysis method is then preferably carried out in such a way that the required period of time from the contact of the reactants liquids in the mixing chamber until the samples arrive liquid in the measuring cell is as low as possible. This as The term "dead time" essentially depends on two Factors, namely the distance between the mixing chamber and the measuring cell and the flow rate of the liquid. The dead times at The methods according to the invention are generally 1 ms, preferably 0.8 ms and most preferably 0.1 to 0.5 ms, corresponding to flow speeds of 10 to 100 m / s at a assumed distance between mixing chamber and measuring cell from 1.0 cm.

Die Vorrichtung bzw. das Verfahren der vorliegenden Erfindung haben sich für elektrooptische Anwendungen als besonders nützlich erwiesen. Der Begriff "elektrooptisch" ist dem Fachmann bekannt, für weitere Erläuterungen siehe z. B. E. Fredericq, C. Houssier (Electric Dichroism and Electric Birefringence, Clarendon Press, Oxford (1973)) oder C.T.O Konski (Editor; Molecular Electrooptics, Marcel Dekker, New York; I. Theory and Methods (1976); II. The device or method of the present invention have proven particularly useful for electro-optical applications proven. The term “electro-optical” is known to the person skilled in the art, for further explanations see e.g. B. E. Fredericq, C. Houssier (Electric Dichroism and Electric Birefringence, Clarendon Press, Oxford (1973)) or C.T.O Konski (Editor; Molecular Electrooptics, Marcel Dekker, New York; I. Theory and Methods (1976); II.

Applications to Biopolymers (1976)). Ein besonderes Anwendungs gebiet betrifft den elektrooptischen Nachweis von Strukturänderun gen bei Reaktionen an Makromolekülen. Dabei werden elektrische Feldimpulse zur Orientierung der Makromoleküle in Richtung des Feldvektors verwendet. Die Ausrichtung der Moleküle kann durch Messung des linearen Dichroismus verfolgt werden (=Änderung der Absorption von linear in Richtung des Feldvektors polarisiertem Licht; Messungen der Doppelbrechung sind ebenfalls möglich). Da elektrooptische Signale Informationen über (1) die Größe und Form der Makromoleküle, (2) die Verteilung der Ladungen und (3) die Anordnung der Chromophore in den Makromolekülen beinhalten, wird eine Fülle von Informationen über den Reaktionsablauf zugänglich. So kann z. B. der Ablauf der Bindung eines Proteins an DNA-Doppelhelices und die damit verbundenen Strukturänderungen im Detail durch Messung der Abklingzeitkonstanten des Dichroism τ_δ der DNA als Funktion der Zeit nach der Mischung verfolgt werden.Applications to Biopolymers (1976)). A particular area of application relates to the electro-optical detection of structural changes in reactions on macromolecules. Electrical field pulses are used to orient the macromolecules in the direction of the field vector. The alignment of the molecules can be followed by measuring the linear dichroism (= change in the absorption of light polarized linearly in the direction of the field vector; measurements of the birefringence are also possible). Since electro-optical signals contain information about (1) the size and shape of the macromolecules, (2) the distribution of the charges and (3) the arrangement of the chromophores in the macromolecules, a wealth of information about the course of the reaction becomes accessible. So z. B. the course of the binding of a protein to DNA double helices and the associated structural changes can be followed in detail by measuring the decay time constant of the dichroism τ _{δ of} the DNA as a function of the time after the mixing.

Das elektrooptische Meßverfahren ermöglicht auch die Charakterisierung von Reaktionen, die mit den bisher üblichen spektroskopischen Meßverfahren nicht zugänglich waren. Bei einer relativ großen Zahl von Reaktionen an Makromolekülen sind die spektroskopischen Änderungen (z. B. UV Absorption oder Fluoressenz) für eine Bestimmung von Reaktionsabläufen zu gering. Durch Messung elektrooptischer Signale mit hoher Zeitauflösung wird ein neuer Zugang zur Analyse dieser Reaktionen eröffnet. Aufgrund der direkten Korrelation elektrooptischer Signale mit makromolekularen Strukturen wird eine eindeutige Zuordnung von einzelnen Reaktions phasen zu bestimmten Strukturänderungen ermöglicht.The electro-optical measuring method also enables Characterization of reactions with the usual ones spectroscopic measurement methods were not accessible. At a the relatively large number of reactions on macromolecules are spectroscopic changes (e.g. UV absorption or fluorine essence) Too low for a determination of reaction processes. By measurement electro-optical signals with high time resolution is a new one Access to analysis of these reactions opened. Due to the direct correlation of electro-optical signals with macromolecular Structures becomes a unique assignment of individual reactions phases to certain structural changes.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher beschrieben, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:The present invention will now be described by way of examples described in more detail in conjunction with the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 eine Schemaskizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt, Fig. 1 represents a schematic diagram of a device according to the invention,

Fig. 2A eine Meßzelle gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, wobei die Meßrichtung, Feldrichtung und Strömungsrichtung zueinander vertikal ausgerichtet sind, Fig. 2A shows a measuring cell according to the present invention, wherein the measurement direction, the field direction and the flow direction are vertically aligned with each other,

Fig. 2B eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Meßzelle darstellt, wobei Meßrichtung und Fließrichtung parallel zueinander stehen, FIG. 2B illustrates another embodiment of a measurement cell according to the invention, wherein the measuring direction and the flow direction are parallel to each other,

Fig. 3A eine erfindungsgemäße Stopped-Flow-T/E-Sprung-Vorrichtung in Aufsicht darstellt, und Fig. 3A, E-skip device according to the invention represents a stopped-flow T / in top view, and

Fig. 3B die Vorrichtung von Fig. 2A in der Seitenansicht dar stellt. Fig. 3B shows the device of Fig. 2A in side view.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist dort schematisch eine erfindungsgemäße Analysevorrichtung gezeigt, mit der der Gesamtaufbau bzw. der Ablauf einer Stopped-Flow Analyse veranschaulicht wird. Die Probenflüssigkeiten werden vorgelegt in Probenvorratsbehältern (5a, 5b) in Form von Spritzen. Durch Betätigen der Probenzufuhr-Vorrichtung (10) werden die Lösungen mittels Druck aus den Spritzen in die Probentransportleitungen (15a, 15b) und von dort in die Mischkammer (20) befördert, in der eine rasche und homogene Vermischung erreicht wird. Von der Mischkammer (20) gelangt das Reaktionsgemisch über Leitung (15c) in die Meßzelle (25). Der Austritt aus der Meßzelle (25) erfolgt über die Proben transportleitung (15d) und in ein Auffanggefäß (30), hier in Form einer Spritze dargestellt. Der Kolben (35) dieser Stopp-Spritze (30) trifft auf einen Anschlag (40), z. B. einen Piezokristall auf und das dadurch erzeugte elektrische Signal wird einer Zeitver zögerungseinheit (45) übermittelt. Das Ausgangssignal der Zeitver zögerungseinheit (45) steuert einen Impulsgenerator (50), der den Impuls an die Meßzelle liefert. Die durch den Impuls verursachte Störung ruft eine spektroskopisch erfaßbare Veränderung hervor, die durch das Meßmittel, umfassend Strahlungsquelle (55) und Strahlungsdetektionsmittel (60), registriert bzw. aufgezeichnet wird. Das Signal wird an eine Auswertungseinheit (65) weitergelei tet. With reference to FIG. 1, there is shown schematically an analysis device according to the invention, with which the overall structure or the sequence of a stopped-flow analysis is illustrated. The sample liquids are placed in sample storage containers ( 5 a, 5 b) in the form of syringes. By actuating the sample supply device ( 10 ), the solutions are conveyed by means of pressure from the syringes into the sample transport lines ( 15 a, 15 b) and from there into the mixing chamber ( 20 ), in which rapid and homogeneous mixing is achieved. The reaction mixture passes from the mixing chamber ( 20 ) via line ( 15 c) into the measuring cell ( 25 ). The outlet from the measuring cell ( 25 ) takes place via the sample transport line ( 15 d) and into a collecting vessel ( 30 ), shown here in the form of a syringe. The piston ( 35 ) of this stop syringe ( 30 ) hits a stop ( 40 ), e.g. B. a piezo crystal and the electrical signal generated thereby is a time delay unit ( 45 ) transmitted. The output signal of the time delay unit ( 45 ) controls a pulse generator ( 50 ) which delivers the pulse to the measuring cell. The disturbance caused by the pulse causes a spectroscopically detectable change which is registered or recorded by the measuring means, including radiation source ( 55 ) and radiation detection means ( 60 ). The signal is passed on to an evaluation unit ( 65 ).

Fig. 2A zeigt in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßzelle, die für eine Vorrichtung vorgesehen ist, wobei Fließrichtung, Feldrichtung und Meßrichtung jeweils senkrecht zueinander stehen. Wie in Fig. 2A gezeigt, wird die Meßzelle aus zwei Quarzplatten (105a, 105b), die die Ober- und Unterseite des Zellkörpers (100) definieren und zwei Quarzstücken (110a, 110b) als Abstandhalter, die die Seitenflächen des Zellkörpers definieren, gebildet. In der Darstellung ist die Eintrittsöffnung (115a) und ein Teil des Durchgangskanals (120) sichtbar, während die Austrittsöffnung (115b) verdeckt ist. Auf den Quarzplatten ist eine Schicht aus elektrisch leitfähigem Material (125a, 125b) aufgebracht. In Raumrichtung A weist die Schicht eine Ausdehnung auf, die mindestens der Breite des Meßstrahls und bevorzugt der 1,5 bis 2,5-fachen Breite entspricht. Die Schicht aus elektrisch leitfähigem Material (125a, 125b) wird derart aufgebracht, daß eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Äußeren des Zellkörpers (100) und dem Durchgangskanal (120) besteht. Wie in Fig. 2A ersichtlich, kann die Schicht auf einer Umfangsfläche der Quarzplatten (105a, 105b) vorhanden sein. Alternative Aufführungsformen sind selbstverständlich möglich. Die Raumrichtungen A, B und C entsprechen Fließrichtung, Meßrichtung bzw. Feldrichtung. Fig. 2A shows a perspective view of an embodiment of the measuring cell according to the invention, which is provided for an apparatus wherein the direction of flow, field direction and direction of measurement are mutually perpendicular. As shown in Fig. 2A, the measuring cell from two quartz plates ( 105 a, 105 b), which define the top and bottom of the cell body ( 100 ) and two quartz pieces ( 110 a, 110 b) as spacers, the side surfaces of the Define cell body, formed. In the illustration, the inlet opening ( 115 a) and part of the through-channel ( 120 ) are visible, while the outlet opening ( 115 b) is covered. A layer of electrically conductive material ( 125 a, 125 b) is applied to the quartz plates. In the spatial direction A, the layer has an extent which corresponds at least to the width of the measuring beam and preferably 1.5 to 2.5 times the width. The layer of electrically conductive material ( 125 a, 125 b) is applied in such a way that there is an electrically conductive connection between the exterior of the cell body ( 100 ) and the through-channel ( 120 ). As can be seen in FIG. 2A, the layer can be present on a peripheral surface of the quartz plates ( 105 a, 105 b). Alternative forms of performance are of course possible. The spatial directions A, B and C correspond to the flow direction, measuring direction and field direction.

Fig. 2B stellt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßzelle in Draufsicht und perspektivischer Ansicht dar. Bei dieser Ausführungsform ist die Meßrichtung (A) parallel zur Fließrichtung (B). Die Schichten aus elektrisch leitfähigem Material (125a, 125b) sind wie in Fig. 2A dargestellt. Fig. 2B shows another embodiment of the measuring cell according to the invention in top view and perspective view. In this embodiment, the measuring direction (A) is parallel to the flow direction (B). The layers of electrically conductive material ( 125 a, 125 b) are shown in Fig. 2A.

Bezugnehmend auf Fig. 3 ist dort eine Stopped-Flow-T/E-Sprung- Vorrichtung gezeigt, die mit einer erfindungsgemäßen Meßzelle gemäß Fig. 2A und bei leichter Modifizierung mit einer Meßzelle gemäß Fig. 2B betrieben werden kann. Die Fließrichtung der Probe verläuft im allgemeinen entlang der Achse A, die Meßrichtung entlang der Achse B und die Richtung eines angelegten elektrischen Feldes entlang der Achse C. Bei Verwendung einer Meßzelle gemäß Fig. 2B wird die Fließrichtung im Meßbereich in Richtung B umgelenkt. With reference to FIG. 3, a stopped-flow T / E jump device is shown which can be operated with a measuring cell according to the invention according to FIG. 2A and with slight modification with a measuring cell according to FIG. 2B. The direction of flow of the sample generally runs along axis A, the direction of measurement along axis B and the direction of an applied electric field along axis C. When using a measuring cell according to FIG. 2B, the direction of flow in the measuring region is deflected in direction B.

example 1

Die Oberfläche zweier Quarzplatten von 17 mm×6 mm×2 mm wurden in einer Breite von 6 mm und in einem Abstand von 6 mm von einem Ende über die gesamte Umfangsfläche mittels Abscheidung aus der Dampfphase mit Chrom beschichtet. Danach wurde Gold auf diese Chrom-Bindevermittlerschicht aufgedampft. Die Gesamtdicke der Metallschicht betrug etwa 250 nm. Die zwei Quarzplatten wurden mit zwei Quarzstücken von 17 mm×2 mm×2 mm verklebt, um eine Quarzküvette mit einem geraden Durchgangskanal zu ergeben (vgl. Fig. 2). Indem die Metallschicht auf der Umfangsfläche der zwei Quarzplatten vorhanden ist, wird ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen Außenseite der Meßzelle und Durchgangskanal bereitgestellt.The surface of two quartz plates of 17 mm × 6 mm × 2 mm were coated with chromium in a width of 6 mm and at a distance of 6 mm from one end over the entire circumferential surface by means of vapor deposition. Gold was then evaporated onto this chromium binding agent layer. The total thickness of the metal layer was about 250 nm. The two quartz plates were glued with two quartz pieces of 17 mm × 2 mm × 2 mm to give a quartz cuvette with a straight through channel (see FIG. 2). The fact that the metal layer is present on the circumferential surface of the two quartz plates provides an electrically conductive contact between the outside of the measuring cell and the through-channel.

Die Dicke der Metallschicht ist niedrig genug, um eine dichtende Verbindung zwischen den Quarzstücken zuzulassen, ohne zusätzliche Maßnahmen ergreifen zu müssen. Die Metallschicht ist dabei dick genug, um eine ausreichende Leitfähigkeit bereitzustellen, so daß eine an der Außenseite der Küvette angelegte Spannung ohne signifikanten Ohm′schen Widerstand ins Innere übertragen wird.The thickness of the metal layer is low enough to be a sealing one Allow connection between the quartz pieces without additional Need to take action. The metal layer is thick enough to provide sufficient conductivity so that a voltage applied to the outside of the cuvette without significant ohmic resistance is transferred inside.

Zur Verwendung in der Stopped-Flow-T/E-Sprung-Vorrichtung wird die Meßzelle in einen Halter eingebracht, der aus Kunststoff herge stellt ist und mit Fenstern für die optische Messung und den entsprechenden Kontakten (goldplattierte Bronze) versehen ist. Dieser Halter wird in einem größeren Halter, der mit den erforder lichen Dichtungen (Teflon) ausgestattet ist und zur Befestigung in der Stopped-Flow-T/E-Sprung-Vorrichtung geeignet ist, fixiert.For use in the stopped flow T / E jump device, the Measuring cell placed in a holder, which is made of plastic is and with windows for optical measurement and corresponding contacts (gold-plated bronze). This holder comes in a larger holder that matches the required union seals (Teflon) and for fastening is suitable in the stopped flow T / E jump device.

Die Zelle läßt sich problemlos in die S-F-T/E-Sprung-Vorrichtung einbauen, ohne daß Abdichtungsprobleme auftreten. Die Zelle erweist sich in zahlreichen Versuchen als außerordentlich leistungsfähig, nach längerem Gebrauch wurden die dünnen Elek trodenschichten jedoch durch Elektrolyse beschädigt. Offensicht lich löste sich die als Bindemittel dienende Chromschicht langsam in der Goldschicht, was aufgrund der Stellung von Chrom in der elektrochemischen Spannungsreihe zu erwarten war. The cell can be easily inserted into the S-F-T / E jump device install without any sealing problems. The cell has proven to be extraordinary in numerous experiments efficient, after long use the thin elec However, electrode layers damaged by electrolysis. Obvious The chrome layer serving as a binder slowly dissolved in the gold layer, which is due to the position of chromium in the electrochemical voltage series was to be expected.

Example 2

Eine Meßzelle wurde hergestellt wie in Beispiel 1, außer daß keine Metallschichten aufgedampft wurden, sondern statt dessen eine Platinfolie (Schichtdicke 10 µm) auf die Oberfläche der beiden 17 mm×6 mm×2 mm Quarzplatten aufgeklebt wurde.A measuring cell was made as in Example 1, except that none Metal layers were evaporated, but instead one Platinum foil (layer thickness 10 µm) on the surface of the two 17th mm × 6 mm × 2 mm quartz plates was glued on.

Die Meßzelle liefert in zahlreichen Untersuchungen hervorragende Ergebnisse. Eine Beschädigung der Elektrodenschicht wurde nicht beobachtet.The measuring cell delivers excellent results in numerous investigations Results. There was no damage to the electrode layer observed.

Example 3

Eine Stopped-Flow-T/E-Vorrichtung wird zusammengesetzt, im wesentlichen wie in Fig. 3 gezeigt. Probenvorratsbehälter und Probenauffangsgefäß sind vom Spritzentyp. Die Meßzelle ist gemäß Beispiel 2 und der Weg zwischen Mischkammer und Meßzelle beträgt 0,8 cm.A stopped-flow T / E device is assembled, essentially as shown in FIG. 3. Sample storage container and sample collection vessel are of the syringe type. The measuring cell is according to Example 2 and the path between the mixing chamber and measuring cell is 0.8 cm.

Das optische System umfaßt eine 200 W-Quecksilber-Xenon-Lampe, einen Bausch & Lomb Hochintensitäts-Gittermonochromator und einen Photomultiplier mit Verstärker. Die gemessenen Signale werden von einer Textronic DSA 602 digitalisiert und an einen PC übertragen. Für Messungen von elektrischem Dichroismus kann ein Polarisator aus Calcit vor der Meßzelle in den optischen Weg eingebracht werden.The optical system includes a 200 W mercury xenon lamp, a Bausch & Lomb high-intensity grating monochromator and one Photomultiplier with amplifier. The measured signals are from digitized a Textronic DSA 602 and transferred to a PC. A polarizer can be used for measurements of electrical dichroism of calcite in the optical path before the measuring cell will.

Der Kolben der Stoppspritze wird durch Aufprall auf einen Piezokristall gestoppt und das durch den Piezokristall erzeugte elektrische Signal einer Zeitverzögerungseinheit übermittelt, die auf Verzögerungszeiten im Bereich von 0 bis 999 s in Schritten von 0,1 ms eingestellt werden kann. Das von der Verzögerungseinheit erzeugte Signal wird verwendet, um einen Hochleistungsimpuls generator Modell 606 (Cober Electronics Inc. Stanford CN) mit einem Triggermodul P2T zu steuern. Feldpulse mit hoher Amplitude können durch eine Reihenschaltung von 2 Impulsgeneratoren Cober 606 erzeugt werden. In diesem Fall wird ein Impulsgenerator 123A (E-H Research Laboratories Inc. Oakland CA) als Triggermodul verwendet. Die höchste Spannung, die mit der derzeitigen Anordnung der Vorrichtung verwendet wurde, beträgt 4 kV, entsprechend einer elektrischen Feldstärke von 20 kV/cm in der Zelle.The plunger of the stop syringe is stopped by impacting a piezo crystal and the electrical signal generated by the piezo crystal is transmitted to a time delay unit which can be set to delay times in the range from 0 to 999 s in steps of 0.1 ms. The signal generated by the delay unit is used to control a high-performance pulse generator model 606 (Cober Electronics Inc. Stanford CN) with a trigger module P2T. Field pulses with a high amplitude can be generated by a series connection of two Cober 606 pulse generators. In this case, a 123 A pulse generator (EH Research Laboratories Inc. Oakland CA) is used as the trigger module. The highest voltage used with the current arrangement of the device is 4 kV, corresponding to an electric field strength of 20 kV / cm in the cell.

Example 4

Dieses Beispiel veranschaulicht die Leistungsfähigkeit einer erfindungsgemäßen Stopped-Flow-T/E-Vorrichtung anhand der Bestimmung zweier wichtiger Kriterien, nämlich der Homogenität der Vermischung und der Totzeit des Systems.This example illustrates the performance of a Stopped-Flow T / E device according to the invention using the Determination of two important criteria, namely the homogeneity of the Mixing and dead time of the system.

Eine erste Lösung mit einer Absorption von 0 wird mit einer zweiten Lösung mit hoher Absorption vermischt. Im aufgezeichneten Signal werden keine Instabilitäten beobachtet. Dies zeigt, daß das Vermischen in der Mischkammer ausreichend ist, um in der Meßzelle eine vollständig homogene Lösung bereitzustellen.A first solution with an absorption of 0 is used with a second solution mixed with high absorption. In the recorded No instabilities are observed. This shows that the Mixing in the mixing chamber is sufficient to be in the measuring cell to provide a completely homogeneous solution.

Die Totzeit wird bestimmt mittels der Reaktion von 2,6-Dichlorin dophenol mit Ascorbinsäure. Eine Reaktion pseudoerster Ordnung wird erzwungen durch einen Überfluß von Ascorbinsäure. Die Reduktionsreaktion von 2,6-Dichlorindophenol wird bei 580 nm aufgezeichnet. Die Bestimmungen mit Ascorbinsäurekonzentrationen im Bereich von 10-50 nM zeigen, daß die Totzeit der Vorrichtung unter Standardbetriebsbedingungen 0,5 ms beträgt.The dead time is determined by the reaction of 2,6-dichlorin dophenol with ascorbic acid. A pseudo-first order reaction is enforced by an excess of ascorbic acid. The Reduction reaction of 2,6-dichloroindophenol is at 580 nm recorded. The determinations with ascorbic acid concentrations in the range of 10-50 nM show that the dead time of the device under standard operating conditions is 0.5 ms.

Example 5

Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung einer erfindungs gemäßen Stopped-Flow-T/E-Vorrichtung bei der Bestimmung elek trooptischer Eigenschaften anhand der Bindung eines Proteins an DNA Doppelhelices.This example illustrates the use of a fiction according to the stopped-flow T / E device when determining elec trooptic properties based on the binding of a protein DNA double helices.

In einer Vorrichtung gemäß Beispiel 3 werden in die Reaktantenvor ratsbehältern ein Genaktivator Protein (cykl. AMP-Rezeptor) in einer Konzentration von 600nM bzw. eine Promotor DNA (Restrik tionsfragment mit 203 Basenpaaren) in einer Konzentration von 200 nM vorgelegt. Die Lösungen werden bei einer Temperatur von 20°C thermostatisiert und nach Betätigen der Probenzufuhrvor richtung in die Mischkammer geleitet. Nach Anhalten des Probenflusses werden nach Zeitverzögerungen von 0-1000 ms elektrische Feldimpulse mit einer Amplitude von 3,8 kV (Feldstärke 19 kV/cm) und einer Pulslänge von 20 µs angelegt. Zur Messung wird linear polarisiertes Licht verwendet und die Detektion folgt mittels eines Photomultiplier-Meßkopfes.In a device according to Example 3, the reactants are introduced contain a gene activator protein (cyclic AMP receptor) in a concentration of 600nM or a promoter DNA (restriction fragment with 203 base pairs) in a concentration of 200 submitted nM. The solutions are at a temperature of 20 ° C thermostatted and after operating the sample feed directed into the mixing chamber. After stopping the Sample flow after time delays of 0-1000 ms electrical field pulses with an amplitude of 3.8 kV (field strength 19 kV / cm) and a pulse length of 20 µs. For measurement linearly polarized light is used and the detection follows by means of a photomultiplier measuring head.

Die digital aufgezeichneten Meß-Signale enthalten die Anstiegs kurven des Dichroismus, die stationäre Dichroismus-Amplitude und die (nach dem Abschalten des elektrischen Feldes gemessenen) Ab klingkurven des Dichroismus. Die Abklingkurven des Dichroismus können mit einer Exponentialfunktion angepaßt werden; die daraus abgeleiteten Zeitkonstanten τ_δ im Bereich von wenigen µs sind ein Maß für die Rotationsdiffusion. Im gegebenen Beispiel wird das Meß-Signal durch die DNA bestimmt; durch die Reaktion mit dem Protein wird das Mess-Signal der DNA verändert. Messungen von τ_δ zu verschiedenen Zeiten nach der Mischung ergeben folgenden Reak tionsablauf: in einer ersten Reaktionsphase bewirkt die Anlagerung des Proteins an die DNA eine Zunahme von τ_δ; danach folgt eine zweite Reaktionsphase, bei der die Struktur der DNA durch das Protein verändert wird; aus der Abnahme der τ_δ-Werte während dieser zweiten Phase kann abgeleitet werden, daß dabei eine kompaktere Form des DNA-Protein-Komplexes gebildet wird, bei der die DNA-Helix-Achse verbogen wird.The digitally recorded measurement signals contain the rise curves of the dichroism, the stationary dichroism amplitude and the (after the electrical field was switched off) decay curves of the dichroism. The decay curves of dichroism can be adjusted with an exponential function; the derived time constants τ _δ in the range of a few µs are a measure of the rotational diffusion. In the given example, the measurement signal is determined by the DNA; the measurement signal of the DNA is changed by the reaction with the protein. Measurements of τ _δ at different times after mixing result in the following reaction sequence: in a first reaction phase, the attachment of the protein to the DNA causes an increase in τ _δ ; this is followed by a second reaction phase in which the structure of the DNA is changed by the protein; from the decrease in the τ _δ values during this second phase it can be deduced that a more compact form of the DNA-protein complex is formed, in which the DNA-helix axis is bent.

Claims

1. An apparatus for analyzing chemical or physical changes in a sample liquid, comprising

a measuring cell which contains a cell body with an inlet opening, a through-channel, an outlet opening and at least two electrodes,
Means for transporting a sample liquid into the measuring cell,
- Means for determining chemical or physical parameters in the measuring cell and
- Optionally means for interrupting the trans ports of the sample liquid, characterized in that the electrodes of the measuring cell comprise layers of electrically conductive material on the surface of the cell body in contact with the through-channel.

2. Device according to claim 1, characterized, that the means of transporting the sample liquid at least one reservoir for reactant solution s, transport lines and a mixing chamber include.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized, that the means for determining parameters a Radiation source and radiation detection means include.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized, that the cell body at least partially from a radiation-permeable material.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized, that the electrodes are made of a precious metal.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized, that the layer thickness of the electrodes 100 nm to 1 mm is.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized, that the direction of that formed by the electrodes electric field, the flow direction of the sample flows liquid and the measuring direction in the measuring cell in each case are vertical to each other.

8. The device according to claim 7, characterized, that the through-channel is straight.

9. Device according to one of claims 1-6, characterized, that the flow direction of the sample parallel to the measuring direction direction and vertical to the field direction.

10. The device according to claim 9, characterized, that they are a means of changing chemical or physical equilibrium conditions or a includes further measuring means, the direction of which is vertical to the flow direction and the field direction.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized, that the volume of the through-channel is 100 µl.

12. Measuring cell for the analysis of chemical or physical Changes in a sample liquid, comprising a cell body with a through channel, an inlet opening, an outlet opening and at least two electrodes that are on with the through surfaces in contact with the canal Cell body in the form of layers with one layer thickness of 100 nm to 1 mm are applied.

13. Methods for analyzing chemical or physical Parameters in a measuring cell, taking a sample liquid flows through the measuring cell, a fault of the equilibrium in the passed through the measuring cell test fluid and at least one chemical or physical parameters during a predetermined period, characterized, that the measuring cell is a cell body with a through channel, Includes inlet opening and outlet opening and as Electrode layers of electrically conductive material on the one in contact with the through-channel Contains surface of the cell body.

14. The method according to claim 13, characterized, that the disturbance is a change in temperature.

15. The method according to claim 13, characterized, that the disturbance is an electric field.

16. The method according to any one of claims 13-15, characterized, that the sample liquid before leading into the measuring cell by mixing at least two reactants liquids is produced.

17. The method according to claim 16, characterized, that you have a sufficient flow rate of Sample liquids used around a dead time of To reach 0.8 ms.

18. The method according to any one of claims 13-17, characterized, that one as a measuring device for determining the chemical radiation or physical parameters defined polarization state and a polarisa tion-dependent detector used.

19. Use of a method according to claim 15 for Determination of electro-optical properties.

20. Use according to claim 19, characterized, that the sample liquid comprises a macromolecule.

21. Use according to claim 20, characterized, that the macromolecule is a DNA.