DE19824652A1 - Vorrichtung zur Detektion von flüssigchromatographisch getrennten Substanzen mittels UV- oder Fluoreszenzspektren - Google Patents

Vorrichtung zur Detektion von flüssigchromatographisch getrennten Substanzen mittels UV- oder Fluoreszenzspektren

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Detektion von flüssigchromatographisch getrennten Substanzen mittels UV- oder Fluoreszenzspektren, bestehend aus einer Lichtquelle (1), einem Probendurchstrahlungsbereich (2) und einer Spektrenregistriereinrichtung (3), gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzubieten, mit der eine parallele Registrierung von mehreren UV-Absorptions- oder Fluoreszenzemissionsspektren zur Mehrkanal-Detektion von Substanzen bei flüssigchromatischen Trennverfahren möglich ist. DOLLAR A Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Licht einer UV- und/oder VIS-Lichtquelle in eine Lichtleiteroptik eingekoppelt. In dieser Lichtleiteroptik wird der Strahl der Lichtquelle in mehrere Strahlengänge aufgeteilt, die der Anzahl der vorhandenen Detektorzellen entspricht. Über eine weitere Lichtleiteroptik wird das aus den Detektorzellen austretende abgeschwächte Licht einem Spektralfotometer zugeführt. Die dem Spektralfotometer über die Lichtleiter zugeführten Lichtstrahlen werden hier spektral zerlegt und auf dem Sensorfeld einer CCD-Kamera abgebildet. Die parallel abgebildeten Absorptions- oder Emissionsspektren werden schließlich von einem Rechner getrennt ausgelesen und weiterverarbeitet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Detektion von flüssigchromatographisch getrennten Substanzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Neuere Entwicklungen in der Flüssigchromatographie führen dazu, daß zur Erhöhung des Probendurchsatzes die Trennungen nicht mehr sequentiell sondern paral­ lel oder nahezu parallel durchgeführt werden. Diese parallelen flüssigchromatographischen Trennverfahren erfordern eine entsprechende parallele Detektion, um den bei der parallelen Trennung gewonnen Zeitvor­ sprung nicht wieder zu verlieren. Der Einsatz von mehreren, entsprechend der Anzahl der parallel ge­ trennten Substanzen, Detektoren scheidet in der Regel aus ökonomischen Gründen aus.
In der DE 195 45 423 A1 ist ein Vielkanaldetektor be­ schrieben, der nach dem Lichtabsorptionsprinzip eines UV/VIS-Detektors arbeitet. Hierbei werden die ge­ trennten Komponenten durch einzelne Detektorzellen hindurch geleitet. Die Zellen weisen Fenster aus transparentem Quarzglas auf, durch die die durch die Zuleitung strömende Probe von einem UV/VIS Licht­ strahl durchstrahlt wird. Bei dem hier beschriebenen Vielkanaldetektor ist nicht erkenntlich, wie die Lichtzuführung zu jeder Detektorzelle erfolgt und wie das durch die Zellen durchgeleitete Licht von jeder Detektorzelle signalmäßig weiter verarbeitet wird, so daß im Ergebnis von jeder Substanz die in den Detek­ torzellen zu bestimmen war, ein auswertbares Signal erhalten wird.
In der EP 0 529 541 A1 wird ein Zweistrahldetektor für die Hochdruckflüssigkeitschromatographie beschrieben. Hier wird ein Lichtstrahl einer Lichtquelle auf zwei Detektorzellen abgebildet. Da hier eine spektrale Zerlegung des Lichtes bereits vor dem Eintritt in die Detektorzelle vorgenommen wird, ist eine Anwendung dieses Prinzips auf mehrere Kanäle nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzu­ bieten, mit der eine parallele Registrierung von mehreren UV-Absorptions- oder Fluoreszenzemissions­ spektren zur Mehrkanal-Detektion von Substanzen bei flüssigchromatischen Trennverfahren möglich ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Anspruches 1.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Licht einer UV- und/oder VIS-Lichtquelle in eine Lichtlei­ teroptik eingekoppelt. In dieser Lichtleiteroptik wird der Strahl der Lichtquelle in mehrere Strahlen­ gänge aufgeteilt, die der Anzahl der vorhandenen Detektorzellen entspricht. Über eine weitere Licht­ leiteroptik wird das aus den Detektorzellen austretende abgeschwächte Licht einem Spektralfotome­ ter zugeführt. Die dem Spektralfotometer über die Lichtleiter zugeführten Lichtstrahlen werden hier spektral zerlegt und auf dem Sensorfeld einer CCD-Kamera abgebildet. Die parallel abgebildeten Absorp­ tions-oder Emissionsspektren werden schließlich von einem Rechner getrennt ausgelesen und weiterverarbei­ tet.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Detektionsvorrichtung,
Fig. 2a eine Anordnung zur Lichterzeugung und Ein­ kopplung des Lichtes in einen Lichtleiter,
Fig. 2b eine weitere Anordnung zur Einkopplung des Lichtes in einen Lichtleiter,
Fig. 3a eine Anordnung zur Strahlaufteilung in 24 Kanäle und einen Referenzkanal,
Fig. 3b eine Detailansicht der Strahlaufteilung,
Fig. 4a eine Detektorzellenanordnung für die Messung von UV-Absorptionsspektren,
Fig. 4b eine Detektorzellenanordnung für die Messung von Fluoreszenzspektren,
Fig. 5a eine Anordnung der Lichtleiter zur Licht­ zuführung zum Spektralfotometer,
Fig. 5b eine Detailanordnung von 24 Lichtleiter­ kanälen in Form einer linearen Anordnung,
Fig. 6 eine Abbildung der Spektren auf das CCD-Sensorfeld der CCD-Kamera,
Fig. 7a eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Kom­ bination mit einer Flüssigchromatogra­ phie-Anordnung und
Fig. 7b eine schematische Darstellung von Chroma­ togrammen und der UV-Spektren.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die erfin­ dungsgemäße Detektionsvorrichtung. Das aus einer Lichtquelle 1 kommende Licht wird in einem Lichtein­ koppler 40 einem Lichtleiterbündel 4 zugeführt. Dies kann z. B. mittels eines Spiegel- oder Linsensystems ergereicht werden. Ein Lichtleiteraufteiler 41 ermög­ licht die mechanische Trennung der einzelnen Lichtleiterkanäle 42. Die aufgeteilten Lichtleiterka­ näle 42 werden auf einer Lichteingangsseite des Probendurchstrahlungsbereiches 2 mit einem Detektor­ zellenblock 20 verbunden. Der Detektorzellenblock 20 enthält Detektorzellen 21. Jeder einzelne Lichtlei­ terkanal 42 wird lichtleitend mit einer Detektorzelle 21, z. B. über eine genormte SMA-Steckverbindung, ge­ koppelt. Auf einer Lichtausgangsseite des Probendurchstrahlungsbereiches 2 werden die hier mit den Detektorzellen 21, z. B. über eine genormte SMA-Steckverbindung, gekoppelten- Lichtleiterkanäle 52 in einer Lichtleiterzusammenführung 50 mechanisch zu ei­ nem Lichtleiterbündel 5 vereinigt. Dabei überträgt jeder Lichtleiterkanal 42 und 52 unabhängig von den anderen seine spektrale Information. Das Lichtleiter­ bündel 5 ist in einer Lichtleiterzuführung 51 mit einem Spektralfotometer 30 lichtleitend verbunden. Nach der spektralen Zerlegung der einzelnen, von den Lichtleiterkanälen 52 zugeführten Lichtstrahlen im Spektralfotometer 30 des aus dem Lichtleiterbündel 5 austretenden Lichtes erfolgt in einer CCD-Kamera 31 die Registrierung der Spektren. Eine Steuereinheit 32 und ein Rechner 33 ermöglichen es, daß die parallel aber durch die Lichtleiteranordnung örtlich getrennt aufgenommenen Spektren separat ausgelesen und verar­ beitet werden können. Auf diese Weise ist eine simultane UV- oder Fluoreszenzdetektion von Substanzen bei flüssigchromatographischen Prozessen vorteilhaf­ terweise mit nur einer Lichtquelle und einer Sensoreinheit möglich.
In Fig. 2a und Fig. 2b wird die Lichtquelle 1 näher erläutert. Entsprechend Fig. 2a wird mit Hilfe einer Deuteriumlampe 10 und/oder einer Wolframlampe 11 das Licht für den UV- und/oder VIS-Bereich erzeugt. Die Anordnung erfolgt so, daß das von der Wolframlampe 11 emittierte Licht 12 die Hohlkathode einer Deuterium­ lampe 10 durchstrahlt und dann das komplette Lampenspektrum auf ein Lichtleiterbündel 4, z. B. mittels Spiegel oder Linsen, abgebildet wird.
In Fig. 2b ist alternativ eine Lichtleiteroptische Y-Kopplung für die Überlagerung des Lichtes 12 der Wolframlampe 11 und des Lichtes 14 der Deuteriumlampe 10 einsetzbar. Das überlagerte Licht tritt in das Lichtleiterbündel 4 ein. Wird nur der UV- oder nur der VIS-Bereich benötigt, so entfällt eine solche Lampenkombination. Wenn bei der Fluoreszenzspektrome­ trie nur eine bestimmte Extinktionswellenlänge benötigt wird, so erzeugt man diese z. B. durch eine entsprechende Gitteranordnung zwischen der Lichtquel­ le 1 und dem Lichtleiterbündel 4. Alternativ kann die Lichtquelle 1 Xenonlampen und/oder Laser aufweisen.
In Fig. 3a und Fig. 3b ist ein Lichtleiteraufteiler 41 beispielhaft beschrieben. Das mit Licht beaufschlagte Lichtleiterbündel 4 wird über den Lichtleiterauftei­ ler 41 in fünfundzwanzig Lichtleiterkanäle 42 mechanisch aufgeteilt, wobei vierundzwanzig Lichtlei­ terkanäle 42 den Detektorzellen 21 Licht zu führen und ein Lichtleiterkanal als Lichtleiterreferenzkanal 44 direkt einem Spektralfotometer 30 zugeführt wird.
Fig. 4a zeigt einen Detektorzellenblock 20 mit einzel­ nen Detektorzellen 21. Der Detektorzellenblock 20 besteht aus einem schwarzen Quarzglaskörper 23. Der Quarzglaskörper 23 weist Bohrungen 24 auf, die als Detektorzellen 21 ausgebildet sind. Die Bohrungen 24 sind lichteingangsseitig und lichtausgangsseitig mit einem Fenster 25 aus transparenten Quarzglas verse­ hen, so daß die dadurch entstandenen Detektorzellen 21 von Licht durchstrahlt werden können. Durch zwei weitere Bohrungen 26 pro Zelle, in die Kapillarrohre 27 eingeklebt werden, kann den Detektorzellen 21 ei­ nerseits der Eluentenstrom eines flüssigchromatographischen Systemes zugeführt werden und andererseits nach Durchfließen durch die Detek­ torzellen 21 wieder abgeleitet werden. Einfallendes Licht 28 durchtritt die Detektorzellen 21 und wird als geschwächtes austretendes Licht 29 weitergeführt.
Fig. 4b zeigt Detektorzellen 21 zur Messung von Fluo­ reszenzspektren. Die Detektorzellen 21 enthalten ein weiteres Fenster 25 zur Erfassung von Fluoreszenz­ licht 22. Dieses Fenster 25 ist parallel zum Lichtweg angeordnet, so daß das Fluoreszenzlicht 22 im Winkel von ca. 90° zum Lichtweg detektiert werden kann.
Fig. 5a zeigt, wie das geschwächte austretende Licht weitergeleitet wird. Dazu werden die Lichtleiterkanä­ le 52 in einer Lichtleiterzusammenführung 50 mechanisch so in einem Lichtleiterbündel 5 zusammen­ geführt, daß jeder einzelne Lichtleiterkanal 52 eigenständig spektrale Informationen überträgt. Das Lichtleiterbündel 5 wird dann über die Lichtleiterzu­ führung 51 mit dem Spektralfotometer 30 verbunden. Wie in Fig. 5b gezeigt werden hier die Lichtleiterka­ näle 52 wieder auseinander geführt und linear in Form einer Spaltanordnung 54 so angeordnet, daß nach spek­ traler Zerlegung die jeweiligen Absorptions- bzw. Fluoreszenzspektren parallel auf das Sensorfeld 34 der CCD-Kamera 31 abgebildet werden können. Zwischen den linear aufgereihten Lichtleiterkanälen 52 sind in der Spaltanordnung 54 Abstandshalter 55 gesetzt.
In Fig. 6 ist das Sensorfeld 34 der CCD-Kamera 31 dar­ gestellt, auf dem mehrere UV- oder Fluoreszenzspektren parallel abgebildet werden. Die Steuereinheit 32 für die CCD-Kamera 31 und der Rechner 33 sorgen dafür, daß die Spektren innerhalb kurzer Zeitintervalle re­ gistriert und getrennt ausgelesen und weiterverarbeitet werden können.
Bei einem Verfahren zur multiparallelen Registrierung der UV- oder Fluoreszenzspektren von Substanzen bei der Flüssigchromatographie wird die erfindungsgemäße Vorrichtung wie folgt eingesetzt.
Dem Detektorzellenblock 20 werden gemäß Fig. 7a Eluen­ tenströme 60 einem der Detektorzellenblock 20 zugeführt. Das chromatographische System besteht hierbei aus einer Pumpe 61, einem Injektor 62 zur Probenaufgabe und einer Chromatographiesäule 63. Ein Ausfluß 64 des chromatischen Systems ist lichtaus­ gangsseitig an den Detektorzellen 21 des Detektorzellenblockes 20 vorgesehen. Wenn eine im Eluentenstrom gelöste Substanz eine Detektorzelle 21 durchströmt, so absorbiert diese im zeitlichen Ver­ lauf entsprechend ihrer elektronischen Eigenschaften einen bestimmten Teil des die Detektorzelle 21 durch­ tretenden Lichtes bzw. emittiert charakteristisches Fluoreszenzlicht 22. Das aus den Detektorzellen 21 austretende Licht 29 liefert dann nach spektraler Zerlegung im Spektralfotometer 30 im zeitlichen Ver­ lauf entweder die charakteristischen UV-Absorptionsspektren oder die Fluoreszenzspektren der Substanz, die die Detektorzelle 21 durchströmt. Die­ ser Vorgang geschieht parallel in allen Detektorzellen 21, so daß zeitlich aufgelöst von al­ len Detektorzellen 21 die Uv-Absorptionsspektren 38 und die Uv-Absorptionsspektren 39 bzw. die Fluores­ zenzemissionsspektren registriert werden. In Fig. 7a ist dieses Verfahren schematisch für die UV-Adsorptionsmessung dargestellt.
Fig. 7b zeigt die Chromatogramme 37 der Signale von drei Lichtleiterkanälen 42 und 52, die UV-Adsorptionsspektren 38 zu bestimmten Zeitpunkten und die UV-Adsorptionsspektren 39 in zeitlichen Verlauf.
Bezugszeichenliste
1
Lichtquelle
10
Deuteriumlampe
11
Wolframlampe
12
Licht
13
Licht
14
Licht
15
Lichtleiter
16
Lichtleiter
17
18
2
Probendurch­ strahlungsbereich
20
Detektorzellen­ block
21
Detektorzellen
22
Fluoreszenzlicht
23
Quarzglaskörper
24
Bohrung
25
Fenster
26
Bohrung
27
Kapillarrohr
28
einfallendes Licht
29
austretendes Licht
3
Spektrenregistrier­ einrichtung
30
Spektralfotometer
31
CCD-Kamera
32
Steuereinheit
33
Rechner
34
Sensorfeld
35
Spektrum
36
Spektrum
37
Chromatogramm
38
UV-Absorptions­ spektrum
39
UV-Absorptions­ spektrum
4
Lichtleiterbündel
40
Lichteinkoppler
41
Lichtleiter­ aufteiler
42
Lichtleiterkanal
43
Lichteingangsseite
44
Lichtleiter-Refe­ renzkanal
45
46
47
48
49
5
Lichtleiterbündel
50
Lichtleiterzu­ sammenführung
51
Lichtleiter­ zuführung
52
Lichtleiterkanal
53
Lichtausgangsseite
54
Spaltanordnung
55
Abstandshalter
60
Eluentenstrom
61
Pumpe
62
Injektor
63
Chromatographie­ säule
64
Ausfluß

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Detektion von flüssigchromatogra­ phisch getrennten Substanzen mittels UV- oder Fluoreszenzspektren, bestehend aus einer Licht­ quelle (1), einem Probendurchstrahlungsbereich (2) und einer Spektrenregistriereinrichtung (3), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (1) und dem Durch­ strahlungsbereich (2), diesem vorgeschaltet, und zwischen dem Probendurchstrahlungsbereich (2), diesem nachgeschaltet, und der Spektrenregi­ striereinrichtung (3) je ein Lichtleiterbündel (4, 5) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleiterbündel (4) über einen Lichtein­ koppler (40) mit der Lichtquelle (1) und über einen mechanischen Lichtleiteraufteiler (41) mit dem Probendurchstrahlungsbereich (2) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtleiterbündel (5) über eine mechani­ sche Lichtleiterzusammenführung (50) mit dem Probendurchstrahlungsbereich (2) und über eine Lichtleiterzuführung (51) mit der Spektrenregi­ striereinrichtung (3) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) Lampen zur Erzeugung von UV- und/oder VIS-Licht bzw. eine Quelle zur Erzeu­ gung von monochromatischem Licht ist, aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) zur Erzeugung von Licht bestimmter Wellenlänge ein Monochromator nachge­ setzt aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Probendurchstrahlungsbereich (2) einen De­ tektorzellenblock (20) aufweist, der mindestens zwei Detektorzellen (21) enthält.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Detektorzelle (21) des Detektorzellen­ blocks (20) mit je einem im Lichtleiteraufteiler mechanisch (41) aufgeteilten Lichtleiterkanal (42) lichteingangsseitig lichtleitend gekoppelt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektorzellenblock (20) lichtausgangssei­ tig mit einer mechanischen Lichtleiterzusammenführung (50) und Lichtleiterka­ näle (52) lichtausgangsseitig mit jeder Detektorzelle (21) lichtleitend gekoppelt sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die im Lichtleiterbündel (5) mechanisch zusam­ mengefaßten Lichtleiterkanäle (52) über eine Lichtleiterzuführung (51) mit der Spektrenregi­ striereinrichtung (3) lichtleitend verbunden ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanisch zusammengefaßten Lichtleiterka­ näle (52) in der Lichtleiterzuführung (51) am Spektrometereingang eine lineare aufgereihte, spaltförmige Anordnung (54) aufweisen.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den linear aufgereihten Lichtleiter­ kanälen (52) Abstandshalter (55) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spektrenregistriereinrichtung (3) ein mit der Lichtleiterzuführung (51) verbundenes Spek­ tralfotometer (30) aufweist das mit einer CCD-Kamera (31) gekoppelt ist, die mit einer Steuer­ einheit (32) und einem Rechner (33) zur an sich bekannten Weiterverarbeitung der Spektren verbun­ den sind.
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