DE2141245A1

DE2141245A1 - Continuous electrophoresis and/ormagnetophoresis - without carrier where sepn chamber bounded by a beryllium oxide ceram

Info

Publication number: DE2141245A1
Application number: DE19712141245
Authority: DE
Inventors: Kurt Prof Dr Hannig
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1971-08-17
Filing date: 1971-08-17
Publication date: 1973-03-01
Also published as: DE2141245B2; DE2141245C3

Abstract

The rear assembly of the sepn. chamber, with water cooling circuit etc., has as its front a plate of an electrically insulating but high thermal conductivity material pref. of beryllium oxide ceramic and the chamber is 0.5-1.5 esp. 0.5-1.0mm. thick. In addn. to edge electrodes, parallel to the flow direction, a permanent magnet or electromagnet may be fitted whose field lines pass through the chamber perpendicular to the direction of flow of buffer soln. If an electromagnet is used its coil voltage is of the same frequency as the a.c. voltage applied to the electrodes and is esp. in phase.

Description

Apparatur zur Durchführung der trägerfreien kontinuierlichen Elektrophorese und/oder Magnetophorese sowie ein Verfahren zur Verwendung dieser Apparatur =========================== Die Erfindung betrifft eine verbesserte Apparatur für die trägerfreie, vorzugsweise vertikale, kontinuierliche Elektrophores.Apparatus for carrying out carrier-free continuous electrophoresis and / or magnetophoresis and a method of using this apparatus ============================= The invention relates to an improved apparatus for the carrier-free, preferably vertical, continuous electrophoresis.

Apparaturen für die kontinuierliche Elektrophorese sind bekann und in zahlreichen Veröffentlichungen beschrieben. Apparatus for continuous electrophoresis are known and described in numerous publications.

Es ist weiterhin bekannt, daß die Trennleistung mit zunehmender elektrischer Leistung des zwischen den Elektroden beiderseits des Trennraums fließenden Stroms zunimmt. Mit höherer Leistung wird jedoch auch mehr Wärme frei, die durch Kühlung abgeführt werden muß. eine Schwierigkeit ergibt sich dabei dadurch, daß die Platten, die den Trennraum begrenzen, einerseits elektrisch isolierend sein müssen, andererseits Jedoch eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen sollen. It is also known that the separation performance with increasing electrical Power of the current flowing between the electrodes on both sides of the separation space increases. However, with a higher output, more heat is released, which is generated by cooling must be discharged. a difficulty arises from the fact that the plates, which limit the separation space, be electrically insulating on the one hand must, but on the other hand should have good thermal conductivity.

Gemäß der Erfindung wird nun wenigstens eine dieser Platten aus einem zwar elektrisch isolierenden, jedoch gut wärmeleitenden Material hergestellt, vorzugsweise aus einer Beryllium-Oxyd-Keramik. An sich können für solche Platten auch Quarzglas, Glimmer- oder Kunststoffe verwendet werden, jedoch hat sich gezeigt, daß mit einer Beryllium-Oxyd-Kelamik die besten Ergebnisse erzielt werden können. According to the invention is now at least one of these plates from a although electrically insulating, but good thermally conductive material is made, preferably from a beryllium oxide ceramic. Quartz glass can also be used for such plates, Mica or plastics are used, but it has been shown that with a Beryllium Oxide Kelamik the best results can be achieved.

Durch Verwendung solcher Platten wird die Trennleistung gesteigert und damit eröffnen sicb neue Möglichkeiten für die Ausbildung einer derartigen Trennapparatur. insbesondere lohnt es sich, ein Magnetfeld auf den Trennraum einwirken zu tasse, wobei dieses Magne-tfeld vorzugsweise durch eine Spule aber auch durch einen Permanentmagnet erzeugt werden kann. The separation efficiency is increased by using such plates and thus open up new possibilities for the design of such a separation apparatus. In particular, it is worthwhile to apply a magnetic field to the separation space, this magnetic field preferably by means of a coil but also by means of a permanent magnet can be generated.

Bei der kontinuierlichen Ablenkungselektrophorese wird das zu trennende Substanzgemisch in feinem Strahl einem quer zu einem elektrischen Feld strömenden Medium kontinuierlich zugefiihrt. Unterschiedlich geladene Molekiile oder Teilchen werden dabei aus der Strömungsrichtung um einen Winkel abgelenkt, der sich als resultate aus der Strömungsgeschwindigkeit und der elektrophoretischen Beweglichkeit der Teilchen ergibt. With continuous deflection electrophoresis, the A mixture of substances in a fine jet flowing across an electric field Medium supplied continuously. Different charged molecules or particles are deflected from the direction of flow by an angle, which results as a result from the flow velocity and the electrophoretic mobility of the particles results.

Un-ter der Beweglichkeit u eines elektrophoretisch wandernden Teilchens versteht man den Quoticnten: U=II v = Wanderungsgeschwindigkeit in cm/sek K = Feldstärke in Volt/cm Setzt man nach dem Ohm'schen Gesetz fiir i = Stromstärke (Amp.) q = Querschnitt der Elektrophoresekammer (cm2) K = spezifische Leitfähigkeit der Pufferlösung (52-1) und v = s/t (Weg/Zeit) erhält man oder Diese Gleichungen sind auch für die trägerfreie Ablenkungselektrophorese anvfendbar. Entsprechend diesem Prinzip wandern die Zonen in einem Winkel zur Pufferlaufrichtung, der sich ergibt aus elektrophoretische Wanderungsgeschwindigkeit v tgalpha; = Strömungsgeschwindigkeit der Pufferlösung w oder nach Gleichung (4) Für die Trennsehärfe nach dieser Arbeitsweise gilt dabei folgendes: Sie kann definiert werden als das Verhältnis der Bandbreite der Zonen einheitlicher Komponenten beim Durchwandern der Trennkammer zu der quer zur Pufferströmung gerichteten Ablenkung.Under the mobility u of an electrophoretically migrating particle one understands the quotient: U = II v = speed of migration in cm / sec K = field strength in volts / cm If one uses Ohm's law for i = current intensity (amp.) q = cross section of the electrophoresis chamber (cm2) K = specific conductivity of the buffer solution (52-1) and v = s / t (distance / time) is obtained or These equations can also be used for carrier-free deflection electrophoresis. According to this principle, the zones migrate at an angle to the direction of travel of the buffer, which results from the electrophoretic migration speed v tgalpha; = Flow rate of the buffer solution w or according to equation (4) The following applies to the separation acuity according to this mode of operation: It can be defined as the ratio of the bandwidth of the zones of uniform components when passing through the separation chamber to the deflection directed transversely to the buffer flow.

Während die Größe der Ablenkung (tgalpha;) abhängt von der Strömungsgeschwindigkeit der Pufferlösung und von der Feldstärke wird die gorlen- oder Bandbreite im wesentlichen von drei Paktoren bestimmt: 1) Dem durchmesser der Probencingabe an der Injcktionsstelle 2) Der rcinen Thermodiffusion 3) Den horizontalen und vertikalen Ceschwindigkeitsprofilen Davon ist die reine Thermodiffusion meist zu vernachlässigen, insbesondere, wenn die Trennzeiten durch Anwendung hoher Feldstärken und großer Pufferlaufgeschwindigkeiten klein gehalten werden. (In erster XJäherunffl gilt für die reine Thermodiffusion die Beziehung D . M172 = Konst; (Longsworth, L.G., Am. Soc. 74, 4155 (1952)) D = Diffusionskonstante, M = Molekulargewicht; Im praktischen Beispiel: Die Verbreiterung der Basisbreite einer Albuminzone (M = 70.000) beträgt in 1 Stunde nur etwa 1 mm.While the size of the deflection (tgalpha;) depends on the flow velocity the buffer solution and the field strength, the gorlen or bandwidth is essentially determined by three factors: 1) The diameter of the sample injection at the injection site 2) The thermal diffusion 3) The horizontal and vertical velocity profiles Of that the pure thermal diffusion is mostly negligible, especially when the separation times kept small by using high field strengths and high buffer speeds will. (In the first step, the relationship applies to pure thermal diffusion D. M172 = const; (Longsworth, L.G., Am. Soc. 74, 4155 (1952)) D = diffusion constant, M = molecular weight; In a practical example: The broadening of the base width of an albumin zone (M = 70,000) is only about 1 mm in 1 hour.

Der Durchmesser oder die Breite der Probeneingabe kann praktisch beliebig klein gehalten werden. Sie hängt weniger ab von der Größe oder der Geometrie der Einspritzdiise als vielmehr von der injektionsgeschwindigkeit (Dosierrate) im Verhältnis zur Pufferlaufgeschwi ndigkeit. The diameter or width of the sample entry can be practical can be kept as small as desired. It depends less on size or geometry the injection nozzle rather than the injection speed (dosing rate) in the Relation to the buffer run speed.

Den wesentlichen Einfluß auf die resultierende Bandbreite einer Zone während des Durchwanderns durch die Trennkammer üben die horizontalen und die vertikalen Geschwindigkeitsprofile aus. Sie sind abhängig 1. von der Art der Kammerwände und ihren Oberflächeneigenschaften und 2. von der Strömungsgeschwindigkeit im Verhältnis zur Dicke der Kammer (Dicke des Pufferfilms) (A.Strickler, Separation Science 2, 335 (1967)). The main influence on the resulting bandwidth of a zone while walking through the separation chamber practice the horizontal and vertical Speed profiles off. They are dependent 1. on the type of chamber walls and their surface properties and 2. the flow velocity in relation the thickness of the chamber (thickness of the buffer film) (A. Strickler, Separation Science 2, 335 (1967)).

Zu 1.To 1.

Horizontale Geschwindigkeitsprofile können durch elektroosmotische Effekte infolge des Zetapotentials der Kammerwände gegenüber der Pufferlösung auftreten. Pür die elektroosmotische Strömung veos gilt: D = Dielektrizitätskonstante H = Feldstärke # = Zetapotential # = Viskositätskoeffizient In geschlossenen Elektrophoresekammern bewirkt diese elektroosmotisch bedingte Flüssigkeitsbewegung durch Rückstau an den Begrenzungen der Kammer einen hydrodynamischen Rückfluß aus, der ein Geschwindigkeitsprofil bildet und damit auch die Zonen der getrennten Komponenten verunschärft. Bei der kontinuierlichen Arbeitsweise ist allerdings die elektroosmotische Strömung im allgemeinen geringer als die senkrecht zu ihr gerichtete Pufferströmung.Horizontal velocity profiles can occur due to electroosmotic effects due to the zeta potential of the chamber walls in relation to the buffer solution. The following applies to the electroosmotic flow veos: D = dielectric constant H = field strength # = zeta potential # = viscosity coefficient In closed electrophoresis chambers, this electroosmotic fluid movement causes a hydrodynamic backflow through backflow at the boundaries of the chamber, which forms a velocity profile and thus also blurs the zones of the separate components. In the continuous mode of operation, however, the electroosmotic flow is generally less than the buffer flow directed perpendicular to it.

Der hydrodynamische Rückfluß wird zum Teil aufgenommen durch die Pufferströmung und der Effekt der Verunschärfung wird umso geringer te größer das Verhältnis Pufferfilmströmungsgeschwindigkeit zur elektroosmotischen Strömungsgeschwindigkeit ist. Die Konsequenz ist, möglichst schmale Trennkammern mit hohen Durchflußgeschwindigkeiten zur Durchführung des Verfahrens vorzuziehen. Darüberhinaus kann der elektroosmotische Effekt durch Oberflächenbehandlung der Kammerwände in mannigfaltiger Weise beeinflußt werden. Nach Gleichung (6) wird die elektroosmotische Strömung 0 wenn das Zetapotential 0 wird. Elektrisch neutrale Oberflächen sind demnach vorteilhaft. Am besten eignet sich dazu z.B. das Silikonisieren von-Glasplatten oder Belege aus neutralen Kunststoffen, wie poiystyrene u. e Besonders geeignet ist auch das Behandeln von glasflächen mit Methylcellulose. Eine feine Schicht dieses Materials erhöht gleichzeitig die Viskosität an den Grenzflächen Glas-Pufferlösung innerhalb der sogenannten elektrischenDoppelschicht (Helsholtz 5chicht) und trägt demnach im Sinne der Gleichung (6) auch bezüglich der Erhöhung des Parameters # neben der Erniedrigung des -Potentials zur Vermeidung einer elektroosmotischen Strömung bei.The hydrodynamic reflux is partly absorbed by the buffer flow and the effect of the blurring is the smaller the greater the ratio of the buffer film flow velocity to the electroosmotic flow velocity. The consequence is to prefer the narrowest possible separation chambers with high flow rates for carrying out the process. In addition, the electroosmotic effect can be influenced in various ways by treating the surface of the chamber walls. According to equation (6), the electroosmotic flow becomes 0 when the zeta potential becomes 0. Electrically neutral surfaces are therefore advantageous. The best way to do this is to siliconize glass plates or covers made of neutral plastics such as polyystyrene etc. Treating glass surfaces with methyl cellulose is also particularly suitable. A fine layer of this material simultaneously increases the viscosity at the glass-buffer solution interfaces within the so-called electrical double layer (Helsholtz layer) and, in the sense of equation (6), also contributes to increasing the parameter # in addition to decreasing the -Potential to avoid an electroosmotic flow.

Eine weitere Beeinflussung der Bandbreite von Zonen ist durch ein elektrophoretisches ebenfalls horizontal bzw. senkrecht zur Pufferströmung gerichtetes Geschwindigkeitsprofil gegeben. Es wird ausgelöst durch einen nicht vermeidbaren Temperaz turgradienten in Richtung Pufferfilmdicke (Abstand der Trennkammerwände ). Durch die vom Stromfluß verursachte Joule'sche Wärmeentwicklung und er Notwendigkeit, diese über die Kammerwände abzufahren stellt sich je nachdem, ob beide oder nur eine Wand gekilhlt wird, ein Parabolischer oder ein linearer Temperaturverlauf ein. Im Bereich höherer Temperaturen wandernde Moleküle oder Teilchen werden elektrophoretisch schneller bewegt, da jedoch in diesen Bereichen auch die Leitfähigkeit erhöht und die Feldstarke demnach erniedrigt ist, wird teilweise eine Kompensation erreicht. Trotzdem begrenzt dieser Effekt die zulässige Trennkammertiefe (Pufferfilmdicke) auch im Hinblick auf die Gefahren der Thermokonvektion. Pufferfilmdicken zwischen 0,5 - 1,0 mm sind deshalb praktisch als optimal anzusehen. Another influencing of the bandwidth of zones is through a electrophoretic also directed horizontally or perpendicular to the buffer flow Given the speed profile. It is triggered by an unavoidable one Temperature gradients in the direction of the buffer film thickness (distance between the separation chamber walls ). Due to the Joule heat development caused by the current flow and the necessity To move these over the chamber walls depends on whether both or only a wall is cooled, a parabolic or a linear temperature profile. Molecules or particles migrating in the range of higher temperatures become electrophoretic Moved faster, as, however, also increases the conductivity in these areas and the field strength is therefore reduced, compensation is partially achieved. Nevertheless, this effect limits the permissible separation chamber depth (buffer film thickness) also with regard to the dangers of thermal convection. Buffer film thicknesses between 0.5 - 1.0 mm can therefore be regarded as practically optimal.

Zu 2.To 2.

Die vertikalen Geschwindigkeitsprofile sind uch den bekannten Gesetzen hydrodynamischer laminarer Flüssigkeitsströmung zu bewerten. Die Je nach Pufferlaufgeschwindigkeit und Kammerdicke sich ausbildenden parabolischen Profile bringen es mit sich, daß Moleküle oder Teilchen in getrennten Zonen (Banden) eine vom Abstand zu den Begrenzungsflächen der Trennkammer abhängige Verweilzeit im elektrischen Feld aufweisen. D.h. The vertical speed profiles are also the known laws evaluate hydrodynamic laminar fluid flow. Depending on the buffer speed and chamber thickness forming parabolic profiles with it that Molecules or particles in separate zones (bands) one at a distance from the boundary surfaces the separation chamber have dependent residence time in the electric field. I.e.

eine Verbreiterung der Zonen tritt dadurch ein, daß in der Nähe der Wandungen wandernde Teilchen der Zonen elektrophoretisch weiter abgelenkt werden können. In der tatsächlichen statistischen Verteilung der Teilchen während des Trennversuchs ist dieser Effekt jedoch nicht so gravierend wie nach den Über legungen angenommen werden muß. Durch entsprechende Geometrie der Trennkammerausmaße kann man außerdem erreichen, daß sich horizontale und vertikale Geschwindigkeitsprofile bei bestimmten Versuchsbedingungen kompensieren.a broadening of the zones occurs because in the vicinity of the Walls migrating particles of the zones are further deflected electrophoretically can. In the actual statistical distribution of the particles during the separation test However, this effect is not as serious as assumed after the deliberations must become. You can also use the appropriate geometry of the separating chamber dimensions achieve that horizontal and vertical speed profiles at certain Compensate for experimental conditions.

Ein weiterer Faktor, der die Trennachärfe beeinilußt, ist die Konstanz der Pufferstromgesckiwindigkeit und die Art und Weise, wieweit das elektrische Feld homogen und stabilisiert gehalten werden kann. Wenn die sonstigen BedinguIlgen bei Elektrophoreseversuchen konstant gehalten werden, nämlich Pufferzusammensetzung, Leitfähigkeit, pH-Wert und die Temperatur- und Strömungsgeschwindigkeit des Pufferfilms ist die Ablenkung tgalpha; oder-die elektrophoretische Beweglichkeit u nach den Gleichungen (3) und (5) nur abhängug von der Größe des Stromflusses. Es ist deshalb im Prinzip gleichgültig, ob der Strom oder die Spannung stabilisiert ist. In der Praxis zeigt sich jedoch, daß es sinnvoller ist, den Strom zu stabilisieren. Another factor that influences the selectivity is constancy the buffer current speed and the extent to which the electric field can be kept homogeneous and stabilized. If the other conditions in Electrophoresis experiments be kept constant, namely buffer composition, conductivity, pH value and the temperature and flow rate of the buffer film is the deflection tgalpha; or the electrophoretic mobility u according to equations (3) and (5) only dependent on the size of the current flow. It is therefore in principle indifferent whether the current or the voltage is stabilized. In practice, however, it turns out that that it makes more sense to stabilize the current.

Es ist leicht einzusehen, daß kleine Änderungen der Temperatur oder der Leitfähigkeit während des Trennversuchs bei Stromstabilisierung kompensiert werden. (z.B. bei Erhöhung der Temperatur resultiert eine größere Leitfähigkeit, damit erniedrigt sich nach dem Ohm'schen Gesetz die Spannung bei stabilisiertem Strom. Die Erhöhung der Beweglichkeit mit der Temperatur wird dabei wieder kompensiert durch die geringere Sprung; es gilt Gleichung (3)).It is easy to see that small changes in temperature or the conductivity during the separation attempt with current stabilization compensated will. (e.g. increasing the temperature results in a higher conductivity, thus, according to Ohm's law, the voltage is reduced at stabilized Current. The increase in mobility with temperature is again compensated for by the lesser jump; equation (3) applies.

Dies wäre nicht der Fall, Ja sogar das Gegenteil wird erreicht, wenn die Spannung stabilisiert ist. (Z.B. bei Erhöhung der Temperatur herrscht höherer Stromfluß bei gleicher Spannung, keine Kompensation sondern das Gegenteil ist der Fall). This would not be the case, yes even the opposite is achieved if the tension is stabilized. (E.g. when the temperature is increased, the temperature is higher Current flow at the same voltage, no compensation, but the opposite is Case).

Aufgrund der geschilderten theoretischen Überlegungen und aus praktischen Erfahrungen bei der Arbeit mit der trägerfreien kontinuierlichen Ablenkungselektrophorese wurde eine entsprechende Trennapparatur entwickelt, die sich auch für die Serienherstellung eignet und leicht auch von wenig Geübten zu bedienen ist. On the basis of the theoretical considerations described and for practical reasons Experience working with carrier-free continuous deflection electrophoresis a corresponding separation apparatus was developed, which is also suitable for series production suitable and easy to use even by the less experienced.

Für die Abführung der im strömenden Pufferfilm entwickelten Joule'scllen Wärme wurde dabei das Prinzip der Kühlung durch Peltierelemente gewählt, welches sich wegen der leicht .u beherechenden Temperaturregelung durch olektrische und elektronische Steuerelemente in anderen Ausftihrungen (O.S. 144 244) bewährt hat. Sie knnn beidseitig oder einseitig über die planparallel angeordneten Trennkammerwandungen erfolgen. die lnnenflächen der Trennkammer können dabei aus Oberflächenbehandelten Glasplatten bestehen, die über eine Metallplatte in wärmeleitender Verbindung mit den Peltierelementen stehen. For the discharge of the Joule cells developed in the flowing buffer film The principle of cooling through Peltier elements was chosen, which because of the easy .u beherechenden temperature control by electrical and electronic control elements in other designs (O.S. 144 244) has proven itself. They can be used on both sides or on one side via the plane-parallel arranged separating chamber walls take place. the Inner surfaces of the separation chamber can be made of surface-treated There are glass plates that are in heat-conducting connection with a metal plate the Peltier elements.

An Stelle von Glasscheiben werden wegen der besseren Wärmeleitung auch Quarzscheiben oder Platten aus Beryllium-Oxyd-Keramik mit ihren extrem hohen Wärmedurchgangazahlen verwendet.Instead of glass panes are because of the better heat conduction also quartz disks or plates made of beryllium oxide ceramic with their extremely high Heat transfer figures used.

Als günstige Kammerdimension hat sich ein Verhältnis von etwa 5:1 von Länge zur Breite der wirksamen Trennfläche, bei 0,5-1 mm Dicke, erwiesen. Der in die Trennkammer eintretende Puffer wird zunächst in einer Vorkühlzone, in der noch kein elektrisches Peld angelegt ist, auf eine gewünschte Temperatur vorgekühlt und wird dann im Bereich des elektrischen Feldes ebenfalls auf dieser gewählten Temperatur gehalten. Die Regelung erfolgt dabei über zwei Temperaturfühler im Vorkühlraum und im Trennbereich.A ratio of around 5: 1 has proven to be a favorable chamber dimension from length to width of the effective interface, at 0.5-1 mm thickness. Of the Buffer entering the separation chamber is first placed in a pre-cooling zone in which no electrical field has yet been applied, pre-cooled to a desired temperature and is then selected in the area of the electric field also on this Temperature held. The regulation takes place via two temperature sensors in the pre-cooling room and in the separation area.

Weitere Verbesserungen betreffen die Abnahmevorrichtung der Praktionen und die gleiehförmige stoßfreie Förderung des Pufferfilms. Über die Trennkammerbreite von beispielsweise 10 cm sind etwa 100 Absaugschläuche im Abstand von etwa 1 mm angebracht. Bei der mit dieser Trennkammer erreichbaren Zonenbreiten, insbesondere bei Partikeltrennungen (Zellen, Bakterien u.ä.) von weniger als 1 mm, ergibt sich somit ein Auflösevermögen, welches mit ähnlichen Anordnungen bisher nicht erreicht wird. Elektrophoretische Beweglichkeitsunterschiede von 1 ffi zwischen zwei Komponenten können noch zu ihrer Vollständigen Trennung genutzt werden. Diese Genauigkeit erfordert im besonderen Maß die Konstanthaltung aller die Ablenkung betreffenden Parameter. Dabei ist die gleichmäßige Abführung des austretenden Pufferfilms über die etwa 100 Abführschläuche und somit die gleichförmi.ge und konstante Pufferströmung besonders wichtig. Sie erfolgt über eine 100-fach Schlauchpumpe, die vollkommen stoßfrei arbeitet. Further improvements concern the removal device of the practicals and the smooth smooth conveyance of the buffer film. Over the width of the separation chamber for example 10 cm are about 100 suction hoses at a distance of about 1 mm appropriate. With the zone widths that can be achieved with this separation chamber, in particular particle separations (cells, bacteria, etc.) of less than 1 mm result thus a resolution that has not been achieved with similar arrangements so far will. Electrophoretic mobility differences of 1 ffi between two components can still be used for their complete separation. This accuracy requires in particular the keeping constant of all parameters relating to the deflection. The even discharge of the emerging buffer film over the approx 100 discharge hoses and thus the even and constant buffer flow in particular important. It takes place via a 100-fold peristaltic pump that works completely smoothly.

An Hand der Zeichnungen wird eine beispielsweise AusfüPlrungsform der Erfindung erläut-ert. An example of an embodiment is shown on the basis of the drawings the invention explained.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt der Trennkammer. Fig. 1 shows a cross section of the separation chamber.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt der Trennkammer. Fig. 2 shows a longitudinal section of the separation chamber.

Fig. 3 zeigt die Aufsicht auf die Trennkammer, wobei der linke Teil der Vorderseite weggeschnitten ist. Fig. 3 shows the plan view of the separation chamber, the left part the front is cut away.

Fig. 4 zeigt die Gesamtanordnung der Trennapparatur mit Bedienungstafeln. Fig. 4 shows the overall arrangement of the separation apparatus with control panels.

Fig. 5 zeigt die Anordnung von Magnetspulen vor und hinter der Trennkammer. Fig. 5 shows the arrangement of magnetic coils in front of and behind the separation chamber.

Pig. 6 stellt eine besondere Anordnung der Elektroden dar. Pig. 6 shows a particular arrangement of the electrodes.

Die Trennkammer besteht im wesentlichen aus drei Teilen, dem rückwärtigen Kammerteil, gebildet aus den Hauptelementen i--6, dem vorderen Kammerteil 10-14, und der Abnahmevorrichtung 24. The separation chamber essentially consists of three parts, the rear Chamber part, formed from the main elements i - 6, the front chamber part 10-14, and the removal device 24.

Alle drei Teile können mit Schrauben zu einer geschlossenen Trennlammer vereinigt werden. Der rückwärtige Ksmmerteil nimmt in dieser Ausführung auch die Kühlelemente auf. Er besteht aus dem in einem Stück gegossenen Kunststoffrahmen (Gehäuse) 1, dessen Profilgebung derart gestaltet ist, daß ein Kühlwasser mantel 2 zusammen mit der wärmeleitenden Platte 3, vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer, gebildet wird. Die Platte 3.ist an ihren Rändern z.B. durch ein vergießbares Dichtungsmittel (Silikonkautschuk) mit dem Kunststoffteil wasserdicht verbunden.All three parts can be screwed together to form a closed separating bracket be united. The rear Ksmmteil also takes the in this version Cooling elements on. It consists of a plastic frame cast in one piece (Housing) 1, whose profile is designed such that a cooling water jacket 2 together with the thermally conductive plate 3, preferably made of aluminum or copper, is formed. The plate 3. is at its edges e.g. by a pourable sealant (Silicone rubber) connected to the plastic part in a watertight manner.

Auf der Platte 3 sind die Peltierbatterien 4 mit ihrer Warmseite in wärmel eit ender Verbindung aufgebracht. Die wärnleleitende Platte 5 bedeckt die Kaltseite der Peltierbatterien 4 und ist mit ihrer anderen Seite von der Platte 6 der rückwärtigen Trennkammerwandung wärmeleitend verklebt. Das ganze ist im Kunststoffrnhmen 1 elastisch mit einem selbs-tpolymerisielenden Kunststoff auf Silikonbasis vergossen. Im oberen Teil des htlhmens 1 befinden sich Bohrungen 7 für die Pufferzuführung und Entlüftung der Trennkammer,, die auch durch die Platte 6 gefiihrt sind. Die Platte 6 besteht aus Beryllium-Oxyd-Keramik. An der Rückseite des Kunststoffrahmens 1 befindet sich der Zu- 8 und Ablauf 9 fiir das durch den Kühlmantel fließende Kühlwasser.On the plate 3, the Peltier batteries 4 are with their warm side in heat-conducting connection applied. The heat-conducting plate 5 covers the Cold side of the Peltier batteries 4 and is with their other side from the plate 6 glued to the rear wall of the separating chamber in a thermally conductive manner. The whole thing is in a plastic frame 1 elastically encapsulated with a self-polymerizing silicone-based plastic. In the upper part of the frame 1 there are holes 7 for the buffer supply and ventilation the separation chamber, which also leads through the plate 6 are. The plate 6 consists of beryllium oxide ceramic. On the back of the plastic frame 1 is the inlet 8 and outlet 9 for the cooling water flowing through the cooling jacket.

Der vordere Kammerteil wird ebenfalls im wesentlichen aus einem Kunststoffrahmen 10 gebildet, dor in einem Stück gegossen werden kann. Er wird nach vorn abgedeckt durch eine Klarsichtscheibe 11, die zusammen mit der Luftkammer 12 vor W£irmeeinstrahlung in die Trennkammer schützt. Die Platte 13 aus Glas oder Kunststoff bildet die zweite Wandung des schmalen Trenn kammerraumes. Die Elek-trodenräume 14 mit Platinclektroden sind in dem Kunststoffrahmen 10 ausgespart. Ein U-förmiger Rundummi 15 in einer Nut des Rahmens 10 dient der Abdichtung des Trennkammerinnen-aumes. Die elektrisch leitende Verbindung und hydrodynamische Abdichtung Zwischen Elektrodenpuffer und Trennkammerpuffer besorgen die Membranen 16, die genau in einem erweiterten Bett der Elektrodenraumaussparung 14 eingelegt werden. Zweckmäßigerweise werden dabei Membranen aus ionenaustauschbarem Kunststoff bevorzugt. Dabei wird die Anionenaustauschmembran an die Kathodenseite und die Kationenaustauschmembran an die Anodenseite angebracht. Durch die Maßnahme wird ein gerichteter Ionentransport ohne wesentliche Widerstandsänderung durch die Membranen erzielt. Ein weiterer Vorteil liegt im Prinzip der Ionenaustauschermembranen, sie sperren - wie beschrieben verteiltsowohl anionisch als kathodisch weit abgelenkte Fraktionen und verhindern ihren seitlichen Austri tt in die Elektrodenräume. The front chamber part is also essentially made of a plastic frame 10 formed, which can be cast in one piece. It is covered at the front through a transparent panel 11, which together with the air chamber 12 from heat irradiation in the separation chamber protects. The plate 13 made of glass or plastic forms the second Wall of the narrow separating chamber. The electrode spaces 14 with platinum electrodes are recessed in the plastic frame 10. A U-shaped round rubber 15 in one The groove in the frame 10 serves to seal the interior of the separation chamber. The electric conductive connection and hydrodynamic seal between electrode buffer and Separation chamber buffers get the membranes 16, which are exactly in an enlarged bed the electrode space recess 14 are inserted. It is useful to do this Membranes made of ion-exchangeable plastic are preferred. Thereby the anion exchange membrane attached to the cathode side and the cation exchange membrane to the anode side. The measure results in a directed ion transport without any significant change in resistance achieved through the membranes. Another advantage lies in the principle of the ion exchange membranes, they block - as described, both anionically and cathodically widely deflected Fractions and prevent them from escaping laterally into the electrode chambers.

Aufgrund ihrer Eigenschaften erlauben sie demnach auch die Anwendung extrem hoher }?el(lst£rken ohne Elektrolytverarmung in der Trennkammer. Selbstverständlich können insbesondere bei niedrigen Feldstärken auch neutrale, semipermeable Membranen (z.B.Because of their properties, they also allow use extremely high oil (dissolves without electrolyte depletion in the separation chamber. Of course Neutral, semipermeable membranes can also be used, especially at low field strengths (e.g.

Dialysiermembranen) verwendet werden, sie verursachen allerdings wegen ijhres vergleichsweise hohen elektrischen Widerstandes einen Spannungsabfall und örtliche Wärmeentwicklung und sperren je nach Porendurchmesser nur höhermolekulare Stoffe.Dialysis membranes), but they cause their comparatively high electrical resistance has a voltage drop and local heat generation and lock depending on the pore diameter only higher molecular weight substances.

Gleich welche Membranen verwendet werden, ihre Abdichtung erfolgt durch das U-förmige Profil 17, welches die Membranen -mit Aus-nahme eines 1-2 mm breiten Streifens, der im Kontakt mit dem Pufferfilm stehen muß - über die rückwärtige Kammerwand in ihr Bett drückt. Das Profil 17 dient gleichzeitig der Abstandhaltung der beiden Kammerwände und bildet somit je nach Dicke die gewünschte Trennkammertiefe bzw. Pufferfilmdicke wahlweise zwischen 0,5 bis 1,5 mm. Trennkammervorderteil und Trennkammer rückteil werden dazu mit den Schrauben 23 dicht verschraubt. Regardless of which membranes are used, they are sealed through the U-shaped profile 17, which the membranes - with the exception of a 1-2 mm wide strip that must be in contact with the buffer film - over the rear Chamber wall pushes into her bed. The profile 17 also serves to maintain a spacing of the two chamber walls and thus forms the desired separation chamber depth depending on the thickness or buffer film thickness optionally between 0.5 and 1.5 mm. Separation chamber front part and The rear part of the separation chamber is screwed tightly with the screws 23 for this purpose.

Die Elektrodenräume 14 werden durch die Pufferein- und -auslaßnipnel mit Pufferlösung durchspült. Der Stromanschluß zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in der Trennkammer erfolgt durch die geerdeten Sicherheitsstecker 20. Die Zuführung des Sabstanzgemisches geschieht durch die Einlaßöffnung 21, die Temperaturmessung und Regelung der Pufferfilmtemperatur über die NTC-Widerstandsthermométer 22 a, b. Den unteren Abschluß der Trennkammer bildet die Absaugleiste 24, deren dünne Schläuche 25 vorzugsweise aus dem unter dem Handelsnamen "Teflon" bekannten Kunststoff etwa 1/2 mm tief in den Trennkammerspalt eingeführt und mit einer Gummidichtung entlang des unteren Trennkammerrandes abgedichtet sind. Die inneren Ausmaße der beschriebenen Trennkammer sind 60 cm hoch, 10 cm breit, 0,5 - 1 mm dick. Dabei liegt das elektrische Feld über die Elektrodenräume 14 und Membranen 19 nur über 50 cm der Höhe an, die anderen 10 cm dienen der Puffervorkühlung. Selbstverständlich sind auch andere Kammerausmaße möglich, wobei das Verhältnis IIöhe zu Breite ebenfalls differieren kann. Ebenso ist es möglich, was jedoch nicht aus der Zeichnung hervorgeht, auch die Vorderseite der Trennkammer zu kühlen. Dazu muß lediglich die vordere Kammerwand 13 (Glasscheibe vier ähnliches) so wie die rückwärtige Kammerwand mit der Kühleinrichtung bestehend aus den Teilen 2, 3, 4 und 5 ausgefübrt sein.The electrode spaces 14 are defined by the buffer inlet and outlet nipples rinsed with buffer solution. The power connection for generating an electrical Field in the separation chamber is carried out by the grounded safety plug 20. The The Sabstanz mixture is supplied through the inlet opening 21, the temperature measurement and regulation of the buffer film temperature via the NTC resistance thermometer 22 a, b. The lower end of the separation chamber is formed by the suction strip 24, its thin Hoses 25 preferably made of the plastic known under the trade name "Teflon" Inserted about 1/2 mm deep into the separation chamber gap and with a rubber seal are sealed along the lower edge of the separation chamber. The internal dimensions of the described separation chambers are 60 cm high, 10 cm wide, 0.5 - 1 mm thick. It lies the electric field across the electrode spaces 14 and membranes 19 only over 50 cm the height, the other 10 cm are used for buffer pre-cooling. Of course are Other chamber dimensions are also possible, the ratio of height to width also being possible can differ. It is also possible, but this is not evident from the drawing, also to cool the front of the separation chamber. All that needs to be done is the front wall of the chamber 13 (glass pane four similar) as well as the rear chamber wall with the cooling device consisting of parts 2, 3, 4 and 5.

Die gtee3amtc Trennkammer ist arl einem Gehäuse iiigebraeht , welches auch die Bedienungstafeln aufnimmt. Dieses steht wiederum auf einem Unterbau, in dem sich die Stromversorgung - und elektronischen Steuereinheiten sowie eine kühlbare Kammer mit dem Auffanggestell für die Fraktionsgläschen und die Puffervorrategefäße sowie Pumpvorrichtung befinden (Figl 4). The gtee3amtc separation chamber is covered in a housing, which also accommodates the control panels. This in turn stands on a substructure, in which includes the power supply and electronic control units as well as a coolable Chamber with the collecting frame for the fraction vials and the buffer storage vessels and pumping device are located (Figl 4).

Im einzelnen bedeutet: 26 = Temperaturanzeige, 27 = elektrischer Hauptschalter, 28 = Sicherheitstaste, 29 = Taste für Pumpenmotor der ElektrodenspülNxng mit Kontrollampe, 30 = Schalter für die Vielfachschlauchpumpe mit Kontrollampe, 31 = Schalter fiir die Peltierstromversorgung, 32 = Solltemperaturregler, 33 = Spannungsanzeige, 34- = Stromanzeigeinstrument, 35 = Schalter für Kammerstrom, 36 = Warnlampe für Fehlerstrom, 37 = Spannungs- und Stromregler, 38 = Schalter für die Dosierpumpe zum Zuführen des zu trennenden Substanzgemisches, 39 = Drehzahlregler für die Dosierpumpe, 40 = Dosierpumpe, 41 = Vielfachschlauchpumpe, 42 = Kühlkammer, 43 = Reagensglasgestell mit Fraktionsgläschen, 44 = Unterbau. In detail: 26 = temperature display, 27 = electrical Main switch, 28 = safety button, 29 = button for pump motor of the electrode rinsing Nxng with control lamp, 30 = switch for the multiple hose pump with control lamp, 31 = switch for the Peltier power supply, 32 = setpoint temperature controller, 33 = voltage display, 34- = current display instrument, 35 = switch for chamber current, 36 = warning lamp for Fault current, 37 = voltage and current regulator, 38 = switch for the dosing pump for supplying the substance mixture to be separated, 39 = speed controller for the dosing pump, 40 = dosing pump, 41 = multiple hose pump, 42 = cooling chamber, 43 = test tube rack with fraction glass, 44 = substructure.

Zur Betriebssicherheit, zur Konstanthaltung der Faktoren, die die Größe der Ablenkung beeinflussen und zum Bedienungskomfort sind verschiedene elektronische Komponenten und entsprechende Maßnahme vorgesehen: Die Kammerstromversorgung ist stromstabilisiert und so ausgelegt, daß Feldstärken bis zu 150 Volt/cmerreicht werden. Zum Schutze des Benutzers und der Apparatur selbst dient ein Fehlerstromrelais, welches auf Leckströme anspricht. Um solche Leckströme erfassen zu können wird die Kammerspannung (Klemmenspannung) in zwei IIälften aufgeteilt, deren Kittelanzapfung iiber die Erregerwicklung des Leckstromrelais an Schutzerde gelegt ist. Sobald Strom von einem der Kammerspannungspole nc der Schutzerde fließt (z.B. 2-5 mA) wird ein Selbsthaltekontakt betätigt und über eine Steuerleitung die Tri@c-Einheit des Gleichrichters ausgeschaltet und zwar so, daß sich die Kondensatorladungen sofort ausgleichen. Die Peltierstromversorgung erfolgt ebenfalls von einem Brückengleichrichter mit Mittelanzapfung. -Die Mittelanzapfung der Transformatorwicklung ist mit dem Kondensatormittelpunkt und der Schutzerde verbunden. For operational safety, to keep the factors that the The size of the distraction and the ease of use are different electronic ones Components and corresponding measures provided: The chamber power supply is current stabilized and designed so that field strengths of up to 150 volts / cm can be achieved. A fault current relay is used to protect the user and the equipment itself. which responds to leakage currents. In order to be able to detect such leakage currents, the Chamber tension (terminal tension) divided into two halves, their smock tapping is connected to protective earth via the excitation winding of the leakage current relay. Once electricity from one of the chamber voltage poles nc the protective earth flows (e.g. 2-5 mA) becomes a Latching contact actuated and the rectifier's Tri @ c unit via a control line switched off in such a way that the capacitor charges equalize each other immediately. The Peltier power supply is also provided by a bridge rectifier Center tap. -The center tap of the transformer winding is with the capacitor center and the protective earth connected.

Auf austauschbaren Steckkarten sind die elektronischen Meß-und Regelteile untergebracht. Für die Temperaturmessung und Regelung in der Trennkammer sind die beiden Temperaturfühler 22a und 22b vorgesehen. Zur Temperaturmessung wird die Diagonalspannung einer Wheatstone'schenBrücke benutzt. Über die Brückendiagonale liegt das Temperaturmeßinstrumefft 26 in Reihe mit dem Potentiometer des SolltemperA-turpotentiometers 32 (Fig. 4). The electronic measuring and control parts are on exchangeable plug-in cards housed. For temperature measurement and control in the separation chamber are the two temperature sensors 22a and 22b are provided. The diagonal voltage is used to measure the temperature a Wheatstone bridge. The temperature measuring instrument lies across the bridge diagonal 26 in series with the potentiometer of the target temperature potentiometer 32 (Fig. 4).

Unterschreitet die Temperatur den Sollwert, so übersteigt die Diagonalspannung die Schleiferspannung und der Komparatorausgang springt auf die negative Sättigungsepannung von z.B. -10 V, im umgekehrten Fall auf z.B. +10 V. Damit wird. der Peltierstrom über ein Relais geschaltet. Beide- Temperaturfühler 22a und 22b arbeiten getrennt-. Während der mittlere Fühler 22b die Solltemperatur leber die Peltierstromversorgung im vom Kammerstrom durchflossenen Teil der Trennkammer regelt, tut dies der Fühler 22a für die Puffervorkühlzone der Trennkammer, der den Peltierstrom von zwei getrennten Kühlbatterien steuert. Gleichzeitig hat der Temperaturfühler 22a die Aufgabe bei eventuellen Puffermangel oder bei Leckwerden der Trennkammer die ganze Anlage abzuschalten. Dazu ist der Betriebsstrom des NTC-Fühlers so bemessen, daß eine entsprechend schnelle Aufheizung des Meßfühlers auf z.B. +25 0C erfolgt, wenn er nicht mehr von Pufferlösung umgeben ist und daß durch die damit verbundene Widerstandserhöhung über einen Operationsverstärker eine Sicherheitsschleife der Anlage geschaltet wird. In der gleichen Sicherheitaschleife liegen noch ein Elektrodenpufferlaufwächter, der den ordnungsgemäßen Durchfluß durch die Elektrodenräume (im Kreislauf mittels einer Pumpe) sowia einen Temperaturfühier an der Warmseite der Peltierbatterien gegen unerwünscht hohe Erwärmung (z.B. Kühlwassermangel) überwacht. Durch einen Minimal- und Maximalzeiger mit Kontakt-en am Temperaturmeßinstrument 26 wird bei einer eventuellen Störung ein Einfrieren bzw. ein Überhitzen berwacht und so vermieden.If the temperature falls below the setpoint, the diagonal voltage exceeds the wiper voltage and the comparator output jumps to the negative saturation voltage from e.g. -10 V, in the opposite case to e.g. +10 V. This becomes. the Peltier current switched via a relay. Both temperature sensors 22a and 22b work separately. While the middle sensor 22b is the setpoint temperature via the Peltier power supply controls in the part of the separation chamber through which the chamber current flows, the sensor does this 22a for the buffer pre-cooling zone of the separation chamber, which separates the Peltier current from two separate Controls cooling batteries. At the same time, the temperature sensor 22a has the task of Switch off the entire system if there is a lack of buffer or if the separation chamber leaks. For this purpose, the operating current of the NTC sensor is dimensioned so that a correspondingly fast The sensor is heated to e.g. +25 0C when it is no longer of the buffer solution is surrounded and that by the associated increase in resistance via an operational amplifier a safety loop of the system is switched. In the same security loop there is still an electrode buffer monitor that ensures the proper flow through the electrode spaces (in the circuit by means of a pump) and a temperature sensor on the warm side of the Peltier batteries against undesirably high heating (e.g. lack of cooling water) supervised. With a minimum and maximum pointer with contacts on the temperature measuring instrument 26 freezing or overheating is monitored in the event of a malfunction and so avoided.

Es ist zweckmäßig die Sicherheitsschleife aufzuteilen in verschieden abschaltbare Gruppen und zwar: a) Nur der Kammerstrom wird abgeschaltet, wenn Pufferfilmtemperatur zu hoch wird (über 250 C), die Elektrodenspülung nicht ordnungsgemäß arbeitet, Leckstrom auftritt, oder die Trennkammer leerläuft. Er kann vor Behebung des Fehlers nicht - wieder eingeschaltet werden. It is useful to divide the safety loop into different Switchable groups, namely: a) Only the chamber current is switched off when the buffer film temperature becomes too high (over 250 C), electrode rinsing does not work properly, leakage current occurs or the separation chamber runs empty. He cannot before the error has been rectified - be switched on again.

b) Absaugpumpe und Dosierpumpe werden ebenso wie bei Störungen unter a) beschrieben abgestellt, können aber von Hand wieder eingeschaltet werden, ohne daß die vollen Bedingungen erfüllt sind. b) The suction pump and dosing pump are, as in the case of malfunctions, under a) as described, but can be switched on again manually without that the full conditions are met.

c) Peltierkiihlung schaltet immer- ab, wenn Unterkiihlung des Puffers, Überhitzung der Warmseite, Puffermangel oder Lecketrom auftritt. Sie kann selbstverständlich durch Bedienung der Sicherheitstaste 28 in Betrieb genommen werden, wenn noch nicht alle Bedingungen erfiillt sind, z.B. bein Vorbereiten des T.rennversuches und bei der Bedienung der Kammer. c) Peltier cooling always switches off when the buffer is undercooled, Overheating of the warm side, insufficient buffer or leakage current occurs. Of course you can be put into operation by operating the safety button 28, if not yet all conditions are met, e.g. when preparing the race test and during the operation of the chamber.

Durch die Sicherheitstsste 28 mit Haltekontakt können grundsätzlich alle Funktionen in Gang gesetzt werden, auch wenn die Si cherheitsbcdingungen noch nicht erfüllt sind mit Ausnahme der Hochspannung für den Kammerstrom. Die Hochspannung kann nur eingeschaltet werden, wenn alle Sicherheitsbedingungen erfüllt sind, die Sicherheitstaate springt dann selbattätig heraus (Haltekontakt wird aufgehoben). Durch die Aufteilung der Abschaltung in verochiedene Gruppen wird weiter folgender Vorteil erreicht: Bei Auftreten lediglich einer Unterkilhlung wird der Kammerstrow nicht abgeschaltet, somit kann er zum Wiederaufwärmen beitragen. Außerdem kann bei Übertemperatur die Kdhlung durch die Sicherheitataste 28 wieder eingeschaltet werden, um schneller wieder in den richtigen Arbeitsbereich zu kommen. With the safety switch 28 with a holding contact, in principle all functions are set in motion, even if the safety conditions are still met are not met with the exception of the high voltage for the chamber current. The high tension can only be switched on if all safety conditions are met, the Security states then jump out automatically (holding contact is canceled). By dividing the shutdown into different groups, the following becomes Advantage achieved: If only hypothermia occurs, the chamber flow becomes not switched off, so it can help to warm up again. In addition, at If the temperature is too high, the cooling can be switched on again by pressing the safety button 28, to get back to the right work area faster.

Die Verwendung schmaler Trennkammern mit hohen Durchströmungsgeschwindivkeiten des Pufferfilms hat folgende Vorteile: 1) Die Trennbanden sind schärfer und schmäler, die Ablenkwinkel tgoC können bei gleich guter Auflösung klein gehalten werden. The use of narrow separation chambers with high flow rates of the buffer film has the following advantages: 1) The dividing bands are sharper and narrower, the deflection angle tgoC can be kept small with the same good resolution.

2) Das tu trennende Substanzgemisch, vor allem z.B. empfindliches Zellmaterial, benötigt nur kurze Trennzeiten (z.B. 2) The mixture of substances that separates, especially e.g. sensitive substances Cell material, only requires short separation times (e.g.

zwischen 1 - 5 Minuten).between 1 - 5 minutes).

3) Die Durchsatzleistung am zu trennenden Substanzgemisch ist höher, insbesondere, da auch die Pufferfilmdicke ohne Verlust an Trennachärfe erhöht werden kann (1 - 1,5 mm). 3) The throughput of the substance mixture to be separated is higher, especially since the buffer film thickness can also be increased without a loss of selectivity can (1 - 1.5 mm).

4) Wegen der geringeren Flächenbelastung bezüglich Wattleistung bei vergleichsweise gleicher Peldstärke arbeiten schmälere Trennkammern gegenüber breiten wirtschaftlicher. Das trifft sowohl für die Kammerstromleistung als auch für die Kühlleistung zu. 4) Because of the lower wing loading in terms of wattage at Comparatively the same panel thickness, narrower separating chambers work compared to wider ones more economical. This applies to both the chamber power output and the Cooling capacity too.

5) Die Trennkammern sind handlicher, einfacher in der Konstruktion und Bedienung und weniger störanfällig bezüglich Dichtungsproblemen. 5) The separation chambers are handier, simpler in construction and operation and less prone to failure with regard to sealing problems.

Ein Machteil bei Verwendung schmaler Trennkammern kann darin gesehen werden, daß bei der Trennung von Komponenten mit insgesamt hoher elektrophöretischer I3eweglichkeit, die Trennkammer wegen der größeren Ablenkwinkel tgoC zu schmal ist.D.h. A disadvantage when using narrow separation chambers can be seen in this that in the separation of components with overall high electrophoretic Possibility that the separation chamber is too narrow because of the larger deflection angle tgoC.

die Abnahme der Fraktionen erfolgt nur einseitig in einem begrenzten Bereich der Absaugvorrichtung, oder die am schnellaten wandernden Komponenten werden gar an den Membranen aus ihre1 Anjenkiung gebremst und wandern ungetrennt entlang der Scitenbegrenzung der Trennkammer aus dieser aus. Um diesen Nachteil zu beheben wurde schon vorgeschlagen, eine Art Gegenströmung, die senkrecht auf die Strömungsrichtung der Pufferlösung wirkt, zu überlagern und zwar derart, daß die Gegenströmung etwa der mittleren elektrophoretischen Beweglichkeit der ZU trennenden Komponenten entspricht. Dazu ist es nötig an den seitlichen Begrenzungen der Trennkammer Bohrungen und Schlauchverbindungen vorzusehen, die in Verbindung mit einer zweiten Vielfachschlauchpumpe eine gleichförmige seitliche Förderung (- der senkrecht zur Pufferströmung - ) des Pufferfilms ermöglichen und zwar derart, daß die gleiche Menge Flüssigkeit die an der einen Seite des Txennraumes -gleichmäßig abgeführt, an der anderen Seite ebenso wieder zugeführt wird. Diese Maßnahme bedingt allerdings einen hohen technischen Aufwand und es ist schwer, auf diese Weise die konstanten Strömungsverhältnisse in genügen der Genauigkeit zu beherrschen Das gleiche Ziel kann auch einfacher auf folgendem Weg er reicht werden: Wenn die elektrophoretische Ablenkung der Komponenten in der Trennkammer z.B. nach der Anode iiberwiegt, wird die Absaugung des Pufferfilms am unteren Ende der Trennkammer so eingestellt, daß über die Breite der Trennkammer in Wichtung Kathode eine linear ansteigende Förderleistung der Vielfachschlauchpumpe erreicht wird. Dies kann in einfacher Weise z.B.the fractions are only taken unilaterally in a limited manner Area of the suction device, or the components moving at high speed even braked on the membranes from their1enkiung and wander along unseparated the size limit of the separation chamber from this. To remedy this disadvantage has already been proposed, a kind of counterflow that is perpendicular to the direction of flow the buffer solution acts to superimpose in such a way that the Countercurrent approximately the mean electrophoretic mobility of the parts to be separated Components. This is necessary on the side boundaries of the separation chamber Provide bores and hose connections in connection with a second Multiple hose pump a uniform lateral delivery (- the perpendicular to the Buffer flow -) allow the buffer film in such a way that the same Amount of liquid that is discharged evenly on one side of the chamber, is also fed back on the other side. However, this measure is conditional a high technical effort and it is difficult to maintain the constant that way To master flow conditions with sufficient accuracy The same goal can also be achieved more easily in the following way: If the electrophoretic Deflection of the components in the separation chamber e.g. after the anode predominates the suction of the buffer film at the lower end of the separation chamber is set so that A linearly increasing delivery rate across the width of the separation chamber in the cathode direction the multiple hose pump is reached. This can be done in a simple manner e.g.

dadurch erfolgen, daß die lichte Weite der Schlauchdurchmesser in der Pumpe kontinuierlich ansteigen, oder daß der Andruck der Schläuche entsprechend eingestellt wird. Statt einer linearen Zunahme der Schlauchdurchmesser kann auch eine Zunahme nach einer geeigneten Funktion vorgesehen werden.take place in that the inside diameter of the hose diameter in of the pump increase continuously, or that the pressure of the hoses accordingly is set. Instead of a linear increase in the hose diameter can also an increase after a suitable function can be provided.

Die Folge der ungleichmäßigen Absaugung ist eine Strömung in der Trennkammer, die sich von oben nach unten allmählich ve3' stärken in Richtung Kathode bewegt und dabei auch die getrellnten Fraktionen oder Zonen entsprechend ablenkt, so daß ihre gleichmäßige Verteilung über einen großen Bereich der Entnahmevorrichtung erfolgen kann. Die Tronnwege der Banden sind dnn nicht mehr geradlinig sondern etwas abgebogen, was allerdings ohne Einfluß auf die Trennschärfe ist. The consequence of the uneven suction is a flow in the Separation chambers that gradually strengthen from top to bottom towards the cathode moves and distracts the separated fractions or zones accordingly, so that they are evenly distributed over a large area of the removal device can be done. The routes of the gangs are thin no longer straightforward but a little bent, which however has no effect on the selectivity.

Eine weitere Möglichkeit Partikel zu trennen, ist dann gegeben, wenn sie über eine nennenswerte eleh-trische Eigenleitfähigkeit verfilzen. Sie beruht auf einem in der Magnetohydrodynamik wohlbekannten Effekt. Seine Anwendung wurde unter der Bezeichnung Magnetophorese beschrieben von A. Kolin und R.T. Another way of separating particles is when they become matted via a significant electrical intrinsic conductivity. It is based on an effect well known in magnetohydrodynamics. Its application was described under the name magnetophoresis by A. Kolin and R.T.

Kado, Nature 182, 510 (1958), A. Kolin, Science 117-, 134 (1953).Kado, Nature 182, 510 (1958), A. Kolin, Science 117-, 134 (1953).

Ein kurzer Abriß der Theorie wird im folgenden gegeben: Auf leitfähige Flüssigkeiten in elektrischen und magnetisehen Feldern werden Kräfte ausgeübt. In einem allseits geschlossenen Raum bildet sich ein Druckgefälle aus, da auf Materialien kleinerer Leitfähigkeit geringere Kräfte ausgeübt werden, sie bekommen im Druckgefälle inen "Auftrieb", solche größerer Leitfähigkeit dagegen "sinken". Das Druckgefälle folgt der "Dreifingorregel", die Bewegung von Partikeln andersartiger Leitfähigkeit, des Auftriebs wegen, nicht immer.A brief outline of the theory is given below: On conductive Forces are exerted on liquids in electric and magnetic fields. In A pressure gradient forms in a space that is closed on all sides, because it is on materials lower conductivity, lower forces are exerted, they get in the pressure gradient They have a "lift", whereas those with a higher conductivity "sink". The pressure gradient follows the "three-finger rule", the movement of particles of different conductivity, because of the buoyancy, not always.

Die Kraft dP auf ein Flüssigkeitsvolumenelement dV in einem senkrecht angeordnete elektromagnetischen Feld (el.Feldstärke = E, magn. Induktion = B, clektrische Leitfähigkeit =#), ist: dP = B . dI = B . E .>Q . dV Die Kraft auf ein Volumen V infolgedessen das Integral und bei homogenen Feldern (Volumenunabhängig) (1) P = 3 . E. #. V Um den "Auftrieb" zu berechnen, muß das elektrische Feld innerhalb des untersucht-en Partikels bekannt sein9 Maxwell gibt für kugelförmige Partikel im er@wungenen homogenen äußeren Feld Es bei äußerer Leitfähigkeit #. und innerer Leitfähjgkeit für die Feldstärke E. im Teilchen an Da. Teilchen erfährt also eine Kraft nach (1) Fiir den "Auftrieb" geht davon die Kraft ab, die auf das verdrängte Flüssigkeitsvolumen wirken würde: Ps = B . Es#s Vp Die verbleibende Kraft ist Führt man noch das Kugelvolumen ein, so erhält man Als Gegenkraft wirkt das Stok'sche Gesetz Kp = 6## rv Sodaß sich endlich eine Migrationsgeschwindigkeit von ergibt.The force dP on a liquid volume element dV in a vertically arranged electromagnetic field (electrical field strength = E, magnetic induction = B, electrical conductivity = #) is: dP = B. dI = B. E.> Q. dV The force on a volume V is consequently the integral and for homogeneous fields (independent of volume) (1) P = 3. E. #. V In order to calculate the "buoyancy", the electric field within the examined particle must be known9 Maxwell gives for spherical particles in the established homogeneous external field Es with external conductivity #. and internal conductivity for the field strength E. in the particle There. Particle experiences a force according to (1) For the "buoyancy" depends on the force that would act on the displaced volume of liquid: Ps = B. It # s Vp The remaining power is If one also introduces the spherical volume, one obtains Stok's law Kp = 6 ## rv acts as a counterforce so that a migration speed of results.

Extremfälle: 1) Nichtleitende Partikel #p = O 2) Hochleitende Partikel 3) Geringer Leitfähigkeitsunterschied: Die.Ausnutzung dieses Effektes kann durch eine zusätzliche Maßnahme mit der vorher beschriebenen Apparatur bewerkstelligt werden.Extreme cases: 1) Non-conductive particles #p = O 2) Highly conductive particles 3) Small difference in conductivity: The utilization of this effect can be accomplished by an additional measure with the apparatus described above.

A]s zusätzliche Maßnahme benötigt man zur Durchführung des Verfahrens ein möglichst staikes Magnetfeld, senkrecht zum elektrischen Feld und senkrecht zur Pufferströmung in de Trennkammer. Fig. 5 zeigt die Anordnung der Magnetspulen 44a und 44b in Helmholtz'scher Anordnung vor und hinter der Trennkammer. Bei unveränderter Betriebsweise der beschriebenen Elektrophoresekammer entsteht durch das Magnetfeld eine zusätzliche Wanderungskomponente auf su trennende Partikelsorten parallel oder antiparallel zur Pufferströmung Je nach dem Leitfiähigkeitsunterschied einer Partikelsorte zum Kammerpuffer wird damit die Verweilzeit im elektrischen Feld verliinnert oder verkürzt und damit der elektrophoretische Ablenkwinkel tang oC beeinf]uß, so daß als dritte Größe (neben Ladung und Durchmesser des Partikels) auch noch seine Leitfähigkeit zum Trenneffekt beiträgt. A] s additional measure is required to carry out the procedure as stable a magnetic field as possible, perpendicular to the electric field and perpendicular for buffer flow in the separation chamber. Fig. 5 shows the arrangement of the magnet coils 44a and 44b in a Helmholtz arrangement in front of and behind the separation chamber. With unchanged The operating mode of the electrophoresis chamber described is created by the magnetic field an additional migration component on su separating particle types parallel or antiparallel to the buffer flow depending on the conductivity difference of a particle type In relation to the chamber buffer, the dwell time in the electric field is lost or shortened and thus the electrophoretic deflection angle tang oC, so that as a third variable (in addition to the charge and diameter of the particle) also its conductivity contributes to the separation effect.

Bei Vielkomponentengemischen kann es jedoch unerwünschte sich gegenseitig kompensierende Trenneffekte geben, die den Vorteil obiger Anordnung zunichte machen. In the case of multi-component mixtures, however, it can be mutually undesirable give compensating separation effects that negate the advantage of the above arrangement.

In einer anderen Arbeitsweise kann man jedoch die beiden Trennprinzlpien zeitlich getrennt durchführen. Nach einer üblichen clektrophoretischen Auftrennung ohne Magnetfold, wie im ersten Teil heschrichen, folgt eine sweite Trennung einer einzelnen Frnktion une dieser elektrophoretischen Trennung mit IIi.lfe der Magnetophorese. hierbei verwendet man jedoch vorzugsweise die.Trennksmmer diesmal mit einem elektrischen Feld in Richtung der Pufferströmung. Hierzu sind zwei besondere Blektrodenanordnungen, die im Prinzip den angegebenen gleichen, vorgesehen, jedoch am oberen und unteren Ende der Trennkammer angebracht werden. In another way of working, however, one can use the two separation principles Perform at different times. After a usual clektrophoretic separation Without a magnetic fold, as mentioned in the first part, there is a wide separation of one individual function with this electrophoretic separation IIi.lfe of magnetophoresis. in this case, however, it is preferable to use the separator this time with an electric field in the direction of the buffer flow. There are two special ones here Sheet electrode arrangements, which in principle are the same as those specified, are provided, however at the top and bottom of the separation chamber.

In den Fig. 6a, 6b sind Elektrodenanordnungen für parallel zum Pufferstrom fließende Feldlinien dargestellt. Dabei enthalten die untere Elektrodenanordnung a: 46 Elektrodenpufferzulauf, 47 Platinelektrode, 48 Absaugröhrchen für Trennkammer, 49 Membran, 50 Dichtungsgummi; die obere Elektrodenanordnung b: 51 Plat-inelek-troden. 6a, 6b are electrode arrangements for parallel to the buffer flow flowing field lines shown. This included the lower electrode assembly a: 46 electrode buffer inlet, 47 platinum electrode, 48 suction tubes for separation chamber, 49 membrane, 50 sealing rubber; the upper electrode arrangement b: 51 platinum electrodes.

Durch diese Maßnahme ist der elektrophoretische Effekt in Richtung der Pufferströmung gelenkt und für alle partikel gleich groß, da sie, wie beschrieben, aus einer Fraktion einheitlicher Beweglichkeit stammen. In diesem Pall ist eine weitere Auftrennung dieser elektrophoretisch einheitlichen Komponenten möglich, wenn ihre Partikel unterschiedliche Leitfähigkeiten aufweisen. By this measure, the electrophoretic effect is in the direction directed by the buffer flow and the same size for all particles, as they, as described, come from a faction of uniform mobility. There is one in this pall further separation of these electrophoretically uniform components is possible, when their particles have different conductivities.

Da der magnetohydrodynamische Effekt das Vorzeichen nicht wechselt, wenn elektrisches und magnetisches Feld gleichzeitig umgepolt werden, kann bei der zuletzt beschriebenen Arbeitsweise auch Wechselstrom zur Erzeugung des elektrischen und magnet;isehen Feldes verwandt werden, wenn man in Phase arbeitet, wobei dann aber der reine elektrophoretische Effekt eliminiert ist.Since the magnetohydrodynamic effect does not change sign, if the polarity of the electric and magnetic field is reversed at the same time, the The last-described mode of operation also uses alternating current to generate the electrical and magnetic field can be used when working in phase, in which case but the pure electrophoretic effect is eliminated.

Claims

1. Apparatus for carrying out carrier-free electrophoresis, d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that at least one of the separating space delimiting plates made of an electrically insulating, but highly thermally conductive Material.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the plate consists of beryllium oxide ceramic.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the thickness of the chamber is 0.5-1.5, preferably 0.5-1.0 mm.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the length of the effective interface is related to its width as 5: 1.

5. Apparatus according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the separation chamber in the flow direction of the buffer solution ene pre-cooling chamber for the buffer solution is connected upstream.

6. Apparatus according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the diameter of the tubes through which the buffer solution and the separated Substances are sucked out of the separation chamber9 from one side of the separation chamber others continuously increase proportionally or according to a certain function

7th Apparatus according to one of Claims 1 to 6, characterized by a permanent magnet or a magnetic coil whose M2 magnetic field penetrates the separation chamber.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the magnetic Field lines are perpendicular to the flow direction of the buffer.

9. Apparatus according to claim 7, characterized in that -the magnetic Field lines run in the direction of the buffer flow.

10. A method of operating the apparatus according to claim 7 with a Magnet coil, characterized in that on the magnet coil and on the electrodes synchronized alternating voltages of the same frequency are applied to the separation space.

11. The method according to claim 10, characterized in that the two AC voltages are kept in phase.

12. Apparatus according to claims 1 to 6, characterized in that that an apparatus according to claims 6 to 8 is arranged after or in front of it.

13. Vorrtehtung according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the electrodes are parallel to the inflow and outflow kanto of the The separation space are arranged and run transversely to the direction of the buffer flow.

14. Apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that that the chamber containing the separating space consists of a rear part (1), the one cooling water circuit (2, 8, 9), eille the water jacket closing thermally conductive Plate (3), Peltier elements (4), another wire-conducting plate (5) and one from beryllium oxide. existing plate (6) contains, while the front part of the chamber, the iier screwed a frame (10) to the rear part (1) of the chamber, is, an insulating plate (13) facing the separation space and a spacing arranged plate (11) contains which form an air chamber (12).

15. Apparatus according to claim 14, characterized in that illl Frame (10) grooves for receiving the electrodes are recessed.

16. Apparatus according to claim 14 or 15, characterized in that between the front and the rear chamber part the shape and thickness of the Chamber-defining profile strip provided int, which is clamped between the front and the rear worry part is held.