DE2148603A1 - Fluorimetric determination of primary amino groups - Google Patents
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Description
Dr. !ng, A. τση der Werft -"··*"*···' " Dr. ! ng, A. τση der Werft - "·· *" * ··· '"
2 & Sep. 197!2 & Sep. 197!
2U86032U8603
RAH 4090/27RAH 4090/27
Fluorimetrische Bestimirung primärer AminogruppenFluorometric determination of primary amino groups
Die Verwendung von Ninhydrin als Reagens in der Kolorimetrie zum Nachweis und der Bestimmung von Aminosäuren, Aminen und Peptiden ist seit beinahe 60 Jahren bekannt. In neuerer Zeit hat die Ninhydrln-Farbreaktion weite Anwendung im Zusammenhang mit den neu entwickelten Aminosäureanalysatoren zur automatischen Mikroanalyse der Aminosäurezusammensetzung von Proteinhydrolysaten gefunden. Durch die Verwendung von Mikro-. techniken ist es möglich geworden, diese kolorlmetrisehen Verfahren unter Verwendung von Ninhydrin bis in den Konzentrationsbereich von Nanomolen auszuweiten. Dieser Konzentrationsbereich stellt jedoch die Grenze der Empfindlichkeit für diese kolorimetrisch^ Technik dar.The use of ninhydrin as a reagent in colorimetry for the detection and determination of amino acids, amines and peptides has been known for nearly 60 years. Recently, the ninhydrin color reaction has found wide application in context with the newly developed amino acid analyzers for the automatic microanalysis of the amino acid composition of Protein hydrolyzates found. Through the use of micro. techniques it has become possible to use these colorimetric processes using ninhydrin up to the concentration range of nanomoles. This concentration range however, represents the limit of sensitivity for this colorimetric ^ Technology.
Es ist ferner bekannt, dass Ninhydrin mit Aminogruppen enthaltenden Verbindungen stark fluoreszierende Produkte liefert. Es wird beispielsweise auf die Arbeit von McCaman undIt is also known that ninhydrin with compounds containing amino groups gives highly fluorescent products. For example, it is based on the work of McCaman and
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1 21488031 2148803
Robins in J. Lab. Clin. Med. ^g, 885 (I962) hingewiesen. Robins in J. Lab. Clin. Med. ^ G, 885 (1962) pointed out.
Es wurde nun gefunden, dass Arylalkylaldehyde sehr stark fluoreszierende Komplexe mit Ninhydrin bilden, und die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung primäre Aminogruppen enthaltender. Verbindungen in einem Gemisch, dadurch gekennzeichnet, dass man dieses Gemisch mit Ninhydrin und einem Arylalkylaldehyd der FormelIt has now been found that arylalkylaldehydes are very strong form fluorescent complexes with ninhydrin, and the present The invention relates to a method for the determination of primary amino groups. Compounds in a mixture, thereby characterized in that this mixture with ninhydrin and an arylalkylaldehyde of the formula
)nCHO) n CHO
worin Ar einen aromatischen Rest und η eine ganze Zahl von 1-8 bedeuten,where Ar is an aromatic radical and η is an integer from 1-8,
erwärmt und die entstandene fluoreszierende Substanz fluorometrisch bestimmt.heated and the resulting fluorescent substance fluorometrically certainly.
Besonders bevorzugt sind Aldehyde obiger Formel, worin η die ganze Zahl von 1-3 bedeutet. Ganz besonders bevorzugte Arylalkylaldehyde sind solche, worin η die Zahl 1 und der aromatische Rest Phenyl oder alkylsubstituiertes Phenyl ist, wie beispielsweise Pheny!acetaldehyd oder 4-Methylphenylacetaldehyd. Ein ganz besonders bevorzugter Aldehyd ist der Phenylacetaldehyd. Particularly preferred are aldehydes of the above formula in which η is an integer from 1-3. Most preferred Arylalkylaldehydes are those in which η is the number 1 and the aromatic radical is phenyl or alkyl-substituted phenyl, such as for example phenyl acetaldehyde or 4-methylphenyl acetaldehyde. A very particularly preferred aldehyde is phenylacetaldehyde.
Beispielsweise ist die unter vergleichbaren Reaktionsbedingungen hervorgerufene Fluoreszenz 3 bis 3Oflial ausgeprägter in Abhängigkeit vom pH, wenn anstatt n-Butyraldehyd der Phenylacetaldehyd verwendet wird. Eine grosse Zahl von Verbindunger, die primäre Aminogruppen enthalten, lassen sich durch die vorliegende Methode bestimmen. Diese Verbindungstypen umfassen beispielsweise primäre Amine wie Aethylamin, Aethanolamin, Tryptamin, Dopamin, Norepinephrin usw.; Ot-Aminosäuren wie beispielsweise Glycin, Alanin, Leucin, Valin usw. und beispiels-For example, the fluorescence produced under comparable reaction conditions is 3 to 30 flia l more pronounced, depending on the pH, if phenylacetaldehyde is used instead of n-butyraldehyde. A large number of compounds containing primary amino groups can be determined by the present method. These types of compounds include, for example, primary amines such as ethylamine, ethanolamine, tryptamine, dopamine, norepinephrine, etc .; Ot-amino acids such as glycine, alanine, leucine, valine, etc. and example
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3 2H86033 2H8603
weise Peptide, die eine primäre Amiriogruppe enthalten, wie Insulin, Angiotensin, Leucylalanin usw.wise peptides that contain a primary amino group, such as Insulin, angiotensin, leucylalanine, etc.
Von besonderer Bedeutung ist,dass Ammoniak, sekundäre und tertiäre Amine und Verbindungen, die eine Aminogruppe als Teil einer grösseren funktioneIlen Gruppe, wie beispielsweise Amide, Guanidine oder Urethane enthalten, lediglich Komplexe liefern, die nur eine ausserordentlich geringe oder überhaupt keine Fluoreszenz aufweisen und deshalb die Bestimmung von Verbindungen, die primäre Aminogruppen enthalten, nicht stören.Of particular importance is that ammonia, secondary and tertiary amines and compounds that contain an amino group as part of a larger functional group, such as amides, Containing guanidines or urethanes, only provide complexes which are extremely low or none at all Have fluorescence and therefore do not interfere with the determination of compounds containing primary amino groups.
Das Verhältnis, in welchem die Reagenzien zur Verwendung gelangen, ist nicht besonders kritisch. Normalerweise ist jedoch vorzuziehen, wenn Aldehyd und das Ninhydrin im Verhältnis zur Substanz, die eine primäre Aminogruppe enthält und bestimmt werden soll, in grossem Ueberschuss verwendet wird, sodass das fluoreszierende Produkt mit Sicherheit in quantitativer Weise gebildet wird. Auch ist im allgemeinen ein Ueberschuss an Ninhydrin im Vergleich zum Arylalkylaldehyd vorzuziehen. Am besten gelangt ein zehnfacher Ueberschuss zur Verwendung.The ratio in which the reagents are used is not particularly critical. Usually however preferable when the aldehyde and the ninhydrin in relation to the substance which contains and determines a primary amino group is to be used in large excess, so that the fluorescent product is certainly quantitative Way is formed. In general, an excess of ninhydrin compared to the arylalkylaldehyde is also preferable. At the it is best to use a tenfold excess.
Die Inkubationstemperatur ist ebenfalls kein kritischer Parameter und kann über einen Temperaturbereich von ungefähr 40 C bis zum Siedepunkt des Reaktionsgemisches variiert werden. Bevorzugt wird jedoch ein Temperaturbereich von ungefähr 55 C bis ungefähr 65 C verwendet. Die Inkubationszeit variiert in Abhängigkeit vom Substrat und dem pH, liegt aber in der Regel in einem Bereich zwischen 5 Minuten und ungefähr 4 Stunden. Das pH des Inkubationsmediums liegt normalerweise zwischen ungefähr 4 und 9. Ein pH-Gebiet von ungefähr 6-8 ist besonders bevorzugt.The incubation temperature is also not critical Parameters and can be varied over a temperature range from approximately 40 ° C. to the boiling point of the reaction mixture. However, a temperature range of approximately 55 ° C. is preferred used up to about 65 C. The incubation time varies in Depending on the substrate and the pH, it is usually in a range between 5 minutes and approximately 4 hours. The pH of the incubation medium is usually between about 4 and 9. A pH range of about 6-8 is particular preferred.
Der pH-Wert wird durch Zugabe eines Puffers zum Reaktionsgemisch kontrolliert. Geeignete Puffer sind Phosphatpuffer und andere üblicherweise zur Verwendung gelangende Puffer.The pH is controlled by adding a buffer to the reaction mixture. Suitable buffers are phosphate buffers and other commonly used buffers.
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. 2U8603. 2U8603
Die Auswahl eines bestimmten pH-Wertes für eine bestimmte Bestimmung hängt von zahlreichen Faktoren ab, wie beispielsweise vom Substrat und der Bestimmungsmethode, die zur Anwendung gelangt. So beobachtet man beispielsweise bei pH-Werten um 6,0 eine stärkere Fluoreszenz für Amine und Peptide als für neutrale Aminosäuren. Obgleich im allgemeinen die absolute Intensität der Fluoreszenz bei niedererem pH etwas geringer ist, bietet dieses Gebiet jedoch eine beachtliche Spezifität für die Bestimmung von Aminen und Peptiden. Wird der pH-Wert erhöht, beispielsweise von pH 6 auf pH 8, so wird der Fluoreszenz-α wert von Aminosäuren im Vergleich zu Aminen und Peptiden relativ erhöht. Zusätzlich kann bei Erhöhung des pH-Wertes die Inkubationszeit verkürzt werden.The selection of a specific pH value for a specific determination depends on numerous factors, such as the substrate and the determination method used. For example, at pH values around 6.0, a stronger fluorescence is observed for amines and peptides than for neutral ones Amino acids. Although in general the absolute intensity of the fluorescence is somewhat lower at lower pH, however, this area offers considerable specificity for the determination of amines and peptides. If the pH value is increased, for example from pH 6 to pH 8, the fluorescence α value of amino acids becomes relative in comparison to amines and peptides elevated. In addition, the incubation time can be shortened if the pH value is increased.
Die Nachweisgrenze der Bestimmungsmethode gemäss vorliegender Erfindung kann für zahlreiche Substrate bestimmt und mit der Nachweisgrenze für die Standard-kolorimetrische NinhydrinbeStimmungsmethode nach Moore und Stein, J. Biöl. Chem. 176, 367 (I948) verglichen werden. Die kleinste Menge, die nach der .vorliegenden Methode erfasst werden kann, liegt im Bereich von 10~ bis·10~ Molen, während die kolorimetri-The detection limit of the determination method according to the present invention can be determined for numerous substrates and compared with the detection limit for the standard colorimetric ninhydrin determination method according to Moore and Stein, J. Biöl. Chem. 176 , 367 (1948). The smallest amount that can be detected by the present method is in the range of 10 ~ to · 10 ~ moles, while the colorimetric
-Q sehe Methode lediglich den Nachweis von 10 ■* Molen als kleinster Menge zu bestimmen erlaubt. Demzufolge ist die Fluores-■ zenz-Ninhydrin-Aldehyd-Bestimmungsmethode gemäss vorliegender Erfindung mindestens 10 bis lOOmal empflindlicher als die Ninhydrin-Farbreaktion.-Q see method only allows the detection of 10 ■ * moles to be determined as the smallest amount. Accordingly, the fluorescence-ninhydrin-aldehyde determination method according to the present invention is at least 10 to 100 times more sensitive than the ninhydrin color reaction.
Generell ist der fluorometrische Nachweis im Vergleich zur kolorimetrischen Bestimmung vorteilhafter, da die fluorometrische Bestimmungsmethode absolute Messwerte liefert, währenddem die kolorimetrische Methode lediglich die Differenz zweier Messwerte registriert und so die Genauigkeit und die zu bestimmende Minimalkonzentration herabgesetzt ist. Demgemäss ist der limitierende Faktor bei einer Fluoreszenzbestimmung lediglich die Empfindlichkeit des NachweiSGystems, d.h.In general, the fluorometric detection is more advantageous compared to the colorimetric determination, since the fluorometric The determination method delivers absolute measured values, while the colorimetric method only provides the difference two measured values are registered, thus reducing the accuracy and the minimum concentration to be determined. Accordingly the limiting factor in a fluorescence determination is only the sensitivity of the detection system, i.e.
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des verwendeten Instrumentes.of the instrument used.
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Die Bestimmungsmethode gemäss vorliegender Erfindung wurde für die qualitative und quantitative Bestimmung von primäre Aminogruppen enthaltenden Verbindungen in einem Probenstrom automatisiert. Sie erweist sich als besonders nützlich wenn als Probenstrom das kontinuierlich ausfliessende Eluat aus einem chromatographischen System zur Verwendung gelangt, beispielsweise einet Chromatographiesäule zur Trennung von Aminosäuren.The determination method according to the present invention was used for the qualitative and quantitative determination of compounds containing primary amino groups in a sample stream automated. It proves to be particularly useful when the continuously flowing eluate from a sample stream Chromatographic system is used, for example a chromatography column for the separation of amino acids.
Bei einer derartigen Methode wird der Probenstrom in einen automatischen Analysator mit konstanter Geschwindigkeit j eingeleitet und der Reagenzienstrom (Ninhydrin, Arylalkylaldehyd und Puffer) wird hinzugegeben. Eine geeignete Vorrichtung um die Zufuhr der Reagenzien und die Flussgeschwindigkeit des Probenstroms zu kontrollieren ist eine Dosierpumpe. Nachdem die Reagenzien dem Probenstrom zugeführt sind, werden sie mit dem Probenstrom sorgfältig durchmischt, beispielsweise indem man sie durch eine Mischspirale leitet. Das Gemisch wird dann auf eine geeignete Temperatur eine vorbestimmte Zeit lang erwärmt, damit sich die fluoreszierende Substanz bilden kann. Das Erwärmen erfolgt zweckmässig, indem man das Gemisch durch eine Spirale bestimmter Länge, die in ein temperaturkonstantes Heizbad eintaucht, leitet, sodass die Verweilzeit in der erwärmten Spi- J rale berechnet werden kann. Nachdem die Lösung die erwärmte Spirale verlassen hat wird sie abgekühlt und in eine Durchflusszelle eines Fluoreszenzfotometers geleitet, in welcher die Fluoreszenz angeregt und kontinuierlich gemessen wird. Erwünschtenfalls kann der Detektor des Fluoreszenzfotometers mit einem geeigneten Schreiber, Anzeigegerät oder Drucker kombiniert werden. .In such a method, the sample stream is fed into an automatic analyzer at a constant speed j initiated and the reagent stream (ninhydrin, arylalkylaldehyde and buffer) is added. A suitable device A dosing pump is used to control the supply of reagents and the flow rate of the sample stream. after the Reagents are supplied to the sample stream, they are carefully mixed with the sample stream, for example by guides them through a mixing spiral. The mixture is then heated to a suitable temperature for a predetermined time, so that the fluorescent substance can form. The heating is expediently carried out by passing the mixture through a spiral of a certain length, which is immersed in a temperature-constant heating bath, so that the dwell time in the heated spa is J real can be calculated. After the solution has left the heated coil, it is cooled and placed in a flow cell a fluorescence photometer, in which the fluorescence is excited and continuously measured. If desired the detector of the fluorescence photometer can be combined with a suitable recorder, display device or printer. .
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit für die Bestimmungsmethode gemäss vorliegender Erfindung 1st die qualitative und . quantitative Bestimmung primäre Aminogruppen enthaltender Ver-Another possible application for the determination method according to the present invention is the qualitative and. quantitative determination of primary amino groups containing
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bindungen in einem Gemisch, in dem man eine Vielzahl von Analysenproben nacheinander in ebenfalls automatisierter Weise bestimmt. · 'bindings in a mixture in which one can use a large number of test samples determined successively in a likewise automated manner. · '
Bei derartigen Methoden taucht beispielsweise eine Sonde in die Probenlösung ein und entnimmt ein bestimmtes Volumen daraus. Der entnommene Probenstrom wird wie vorstehend beschrieben im automatischen Analysator weiterbehandelt. Die mit der Sonde entnommenen einzelnen Analysenproben werden innerhalb des Probenstroms in der üblichen und bekannten Weise voneinander getrennt, indem man beispielsweise Lösungsmittel oder Gasblasen verwendet. Für den Fall., dass die lichte Weite des Rohrsystems, durch welches der Probenstrom fliesst, genügend klein ist, werden keine zusätzlichen Massnahmen zur Trennung der einzelnen Probellösungen voneinander benötigt, da bereits die Kapillarkräfte ausreichen, um eine Durchmischung wirksam zu verhindern.In such methods, for example, a probe is immersed into the sample solution and withdraws a certain volume from it. The sample stream withdrawn is as described above processed further in the automatic analyzer. The individual analysis samples taken with the probe are stored within the Sample stream separated from one another in the usual and known manner, by using, for example, solvents or gas bubbles. In the event that the clear width of the pipe system, through which the sample stream flows is sufficiently small, no additional measures are required to separate the individual Sample solutions from each other are required, since the capillary forces are already sufficient to effectively prevent mixing.
Die Einführung des Probenstroms in den Analysator wird mittels allgemein bekannter Techniken bewerkstelligt.The introduction of the sample stream into the analyzer is accomplished using well known techniques.
Die automatische Bestimmungsmethode gemäss vorliegender Erfindung kann auch auf kreislaufartige Kontrollsysterae zur Ueberwachung des Gehaltes an primäre Aminogruppen enthaltenden Verbindungen in einem Reaktionsgemisch angewendet werden und damit der Reaktionsverlauf durch Methoden kontrolliert werden, wie sie beispielsweise von Hana et al. in der U.S.-Patentschrift 3,306,096 beschrieben sind.The automatic determination method according to the present The invention can also be applied to circuit-like control systems for monitoring the content of primary amino groups Compounds are applied in a reaction mixture and so that the course of the reaction can be controlled by methods, as described, for example, by Hana et al. in U.S. Patent 3,306,096.
Ein weiterer gewichtiger Anwendungsbereich für.die vorliegende Erfindung besteht in der Bestimmung primäre Aminogruppen enthaltender Verbindungen auf dem Gebiet der Papier- oder Dünnschichtchromatographie. Bei einer derartigen Methode wird die Probe auf das Papier oder die Dünnschichtplatte aufgetragen und das Chromatogramm in der üblichen Weise entwickelt. Das Papier oder die Dünnschichtplatte wird dann mit einer Lösung,Another important area of application for the present The invention consists in the determination of compounds containing primary amino groups in the field of paper or Thin layer chromatography. In such a method, the sample is applied to the paper or the thin-layer plate and develop the chromatogram in the usual manner. That Paper or the thin-layer plate is then treated with a solution
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die Ninhydrin, den Arylalkylaldehyd und den pH-Puffer enthält, wie vorstehend für die Bestimmungen in Lösung beschrieben, besprüht. Das Papier oder die Dünnschichtplatte wird danach erwärmt und die Fluoreszenzflecken gemessen. Anstelle des bei Bestimmungen in Lösung zur Verwendung gelangenden Ueberschusses von Ninhydrin über den Arylalkylaldehyd wird vorzugsweise bei der Papier- oder Dünnschichtchromatographie-Bestimmungsmethode ein Ueberschuss von Arylalkylaldehyd über das Ninhydrin zweckmassigerweise verwendet. Ein Mol-Verhältnis von Arylalkylaldehyd zum Ninhydrin von ungefähr 3 bis 1 ist besonders bevorzugt. Auf diese Art und Weise wird das Pluoreszenzprodukt in hohen Ausbeuten gebildet. Die Wahl des Lösungsmittels, des pH-Wertes, der Temperatur und der Zeit wird durch die gleichen Erwägungen vorgegeben, wie sie vorstehend für die Bestimmungen in Lösung an- . gestellt wurden. Abgesehen von der Nachweisreaktion gelangen bei der Papier- und Dünnschichtchromatographie die üblichen und bekannten Techniken zur Verwendung (beispielsweise Auftragen der Probe, Entwicklung des Chromatogramms usw.).which contains ninhydrin, the arylalkylaldehyde and the pH buffer, as described above for the determinations in solution. The paper or the thin-layer plate is then heated and the fluorescent spots are measured. Instead of the with provisions Any excess of ninhydrin over the arylalkylaldehyde that is used in solution is preferably used the paper or thin-layer chromatography method of determination, an excess of arylalkylaldehyde over the ninhydrin is expedient used. An arylalkylaldehyde to ninhydrin molar ratio of about 3 to 1 is particularly preferred. on in this way, the fluorescent product is formed in high yields. The choice of solvent, pH, the The temperature and the time are dictated by the same considerations as indicated above for the determinations in solution. were asked. Apart from the detection reaction, the usual and are used in paper and thin-layer chromatography known techniques for use (e.g. plotting the sample, developing the chromatogram, etc.).
Als Beispiele für die besonderen Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich die folgenden anführen:The following can be cited as examples of the particular advantages of the present invention:
Die Empfindlichkeit der erfindungsgemässen Bestimmungs- j methode ist mindestens 10 bis lOOmal höher als bei den gewöhnlich verwendeten kolorimetrischen Methoden und 3 bis 30mal höher als bei den fluorometrisehen Methoden für die Bestimmung von Aminen.The sensitivity of the inventive determination j method is at least 10 to 100 times higher than the commonly used colorimetric methods and 3 to 30 times higher than with the fluorometric methods for the determination of amines.
Die erfindungsgemässe Methode hat einen weiten Anwendungsbereich und wurde auf eine grosse Anzahl von primären Aminen, Aminosäuren und Peptide angewendet.The method according to the invention has a wide range of applications and has been applied to a wide variety of primary amines, amino acids and peptides.
Die vorliegende Methode ist bestens für die Automatisierung geeignet, da die Fluoreszenz über einen sehr grossen Konaentraticnsbereich der Konzentration an Aminsubstrat proportio-The present method is ideally suited for automation, since the fluorescence over a very large Konaentraticnsbereich the concentration of amine substrate proportionally
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nal ist.nal is.
Die erf indungsgemässe analytische Technik erzielt- maxi- ■ male Empfindlichkeit, da von einem Beagens ausgegangen wird,·, .;;■ das nicht fluoresziert und die Fluoreszenz erst nach Wechselwirkung mit einer Verbindung,, die eine primäre Äminogruppe ent-' hält, eintritt. Die Tatsache, dass Ammoniak die erfindungsgemässe Bestimmungsmethode in keiner Weise stört, ist von höchster Bedeutung, da in Proteinhydrolisäten bekanntlich immer wesentliche Mengen an Ammoniak enthalten und auch Spuren von Ammoniak ■ ständig In der Atmosphäre vorhanden sind, wodurch die bekanntenThe analytical technique according to the invention achieves maxi- ■ male sensitivity, since a Beagens is assumed, ·,. ;; ■ that does not fluoresce and the fluorescence only after interaction with a compound 'which has a primary amino group stops, enters. The fact that ammonia the invention Determination method does not interfere in any way, is of the utmost importance, as it is known that protein hydrolyses are always essential Amounts of ammonia contain and also traces of ammonia ■ are constantly present in the atmosphere, making the known
kolorimetrlsehen und fluorometrisehen Methoden zur Aminbestlm-™ mung In ihrem Anwendungsbereich und in ihrer 'Genauigkeit immer ' beeinträchtigt werden.colorimetric and fluorometric methods for amine determination in their scope and in their 'accuracy always' are impaired.
Ein weiterer Vorteil· der vorliegenden Methode ist darin · zu sehen, dass bei niederen pH-Werten, besonders bei pH-Werten, um 6 mit Peptiden eine höhere Fluoreszenz eintritt als mit Aminosäuren. So lassen sieh Peptide, besonders grosse Peptide, die mittels der klassischen Ninhydrinmethode nur wenig kolorimetrlerbare Farbe liefern, mit der vorliegenden Methode in hervorragender Weise bestimmen. Ein Vergleich von Proteinen mittels der sog. "Fingerprint-Methodefl setzt gewöhnlich mehrere Milli-A gramm an Protein zur Bestimmung aller Peptide voraus. Mittels ^" . der erfindungsgemässen Bestimmungsmethode erhält man dasselbe Ergebnis bei Verwendung" von nur Mikrogramm-Mengen an Protein. Die automatisierte fluorometrische Bestimmung von Peptiden, wie sie durch Verdauung von Mikrogramm-Mengen an Protein erhalten werden, ermöglicht die Durchführung genetischer Untersuchungen bereits an so kleinen iroteinmengen wie sie von einem einzigen Versuchstier erhalten werden,.Another advantage of the present method can be seen in the fact that at low pH values, particularly at pH values of around 6, fluorescence occurs with peptides that are higher than with amino acids. So you can see peptides, especially large peptides, which by means of the classic ninhydrin method only provide little colorimetrable color, can be determined with the present method in an excellent manner. A comparison of proteins by means of the so-called "fingerprint method fl usually requires several milligrams of protein to determine all peptides. By means of ^". The determination method according to the invention gives the same result when using only microgram amounts of protein. The automated fluorometric determination of peptides, such as those obtained by digesting microgram amounts of protein, enables genetic tests to be carried out on even as small amounts of irotein as they are can be obtained from a single test animal.
Eine weitere wichtige Anwendung der vorliegenden Erfindung besteht in der Bestimmung kleiner Mengen physiologisch aktiver Peptide in Zellgeweben. Zusätzlich zur Bestimmung undAnother important application of the present invention is the determination of small amounts physiologically active peptides in cell tissues. In addition to determination and
Identifizierung bekannter Peptide eignet sich die vorliegende Erfindung auch zum Nachweis von neuen Peptiden, deren biologische Rolle oder Aktivität noch nicht zugeordnet werden konnte.Identifying known peptides is useful for the present Invention also for the detection of new peptides, their biological Role or activity could not yet be assigned.
In den nachfolgenden Beispielen sind alle Temperaturen in C angegeben.In the examples below, all temperatures are given in C.
-■ .Os;- ■ .Os;
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JcJc
2U86032U8603
Beispiel 1 Allgemeine Methode zur fluorometrischen Bestimmung in Lösungexample 1 General method for fluorometric determination in solution
In ein 13 x 100 mm Reagenzglas werden 2,0 ml eines 0,2 molaren Phosphatpuffers (pH 6, 7 oder 8), 0,2 ml wässriges Ninhydrin (50 mMol), 0,1 ml einer wässrigen Probenlösung (im allge- 2.0 ml of a 0.2 molar phosphate buffer (pH 6, 7 or 8), 0.2 ml of aqueous ninhydrin (50 mmol), 0.1 ml of an aqueous sample solution ( generally
-4 -2
meinen 10 bis 10 mMol) und schliesslich 0,1 ml einer Lösung von Phenylacetaldehyd in Aethanol (10 mMol) gegeben. Nach sorgfältigem
Mischen wird das Reagenzglas mit einer Aluminiumfolie bedeckt und für eine geeignete Inkubationszeit in ein 60° warmes
Wasserbad verbracht (beispielsweise 15 Minuten bei pH 8, 60 Minuten bei pH 7 oder 120 Minuten bei pH 6). Die Reagenzgläser
werden dann in einem Eisbad einige Minuten abgekühlt, 10 Minuten bei Zimmertemperatur belassen und danach innerhalb
einer Stunde die Fluoreszenz gemessen (unter Verwendung eines Aminco-Beckman-Fluorophotometers mit einer 1 cm-Zelle). Zur Anregung wurde eine Wellenlänge von 390 ηιμ verwendet und die
Emission bei 490 πιμ gemessen.-4 -2
mean 10 to 10 mmol) and finally 0.1 ml of a solution of phenylacetaldehyde in ethanol (10 mmol). After careful mixing, the test tube is covered with an aluminum foil and placed in a 60 ° warm water bath for a suitable incubation time (for example 15 minutes at pH 8, 60 minutes at pH 7 or 120 minutes at pH 6). The test tubes are then cooled in an ice bath for a few minutes, left at room temperature for 10 minutes, and then the fluorescence is measured within one hour (using an Aminco-Beckman fluorophotometer with a 1 cm cell). A wavelength of 390 ηιμ was used for excitation and the emission was measured at 490 πιμ.
Dieses Beispiel veranschaulicht die relative Fluoreszenz bei unterschiedlichen Ninhydrin-Konzentrationen:This example illustrates the relative fluorescence at different ninhydrin concentrations:
2250Ninhydrin
2250
200Phe-CH 2 CHO
200
FluoreszenzRelative
fluorescence
50Leu-ala
50
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—; ■* · ri M. t- -; ■ * ri M. t-
21488032148803
50 100 . 100 ■ \ Le u- Ala Ninhydrin Phe-CHpCJf © \
50 100. 100 ■ \
Fluoreszenz ίRelative. \
Fluorescence ί
1 \ 10 i
1 \
Die fluoreszenz ist in willkürlichen Einheiten angegeben» Der unter jedem Reagens angegebene numerische Wert entspricht den entsprechenden IBj(MoI, die in 2,k ml des Reaktionsgemisches enthalten sind. Die allgemeine Methode, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist, wurde benützt um die 'Fluoreszenz zu entwickeln und zu messen.The fluorescence is given in arbitrary units "The reagent mentioned below each numerical value corresponding to the respective ibj (MoI that in Figure 2, are included k ml of the reaction mixture. The general method, as described in Example 1 was used to ' Develop and measure fluorescence.
Dieses Beispiel veranschaulicht den Einfluss einiger Aldehyde auf die Fluoreszenz von einem Peptid und Ninhydrin:This example illustrates the influence of some aldehydes on the fluorescence of a peptide and ninhydrin:
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20 μ 1 von jedem Aldehyd in äthanolischer Lösimg (10 niMol) werden zu einem Gemisch, das 40 μΐ von Leucylalaninglycylvalin (1,25 "mMol), 75 μΐ Ninhydrin (30 mMo-1) und 200μΐ eines 0,6 mo- *" laren Phosphatpuffers beim angegebenen pH enthält, gegeben. Nach einer Inkubationszeit von 90 Minuten bei 60 werden die Proben auf Zimmertemperatur abgekühlt und die Fluoreszenz wie im Beispiel 1 beschrieben gemessen.20 μ 1 of each aldehyde in ethanol solution (10 niMol) become a mixture containing 40 μΐ of leucylalanine glycylvaline (1.25 "mmol), 75 μΐ ninhydrin (30 mmol-1) and 200μΐ a 0.6 mo- *" contains laren phosphate buffer at the specified pH. After an incubation time of 90 minutes at 60, the Samples are cooled to room temperature and the fluorescence is measured as described in Example 1.
Dieses Beispiel veranschaulicht den Unterschied in der Fluoreszenz, wie sie mit Glycin und einer Anzahl von Glycinpeptiden erhalten wird:This example illustrates the difference in fluorescence as seen with glycine and a number of glycine peptides is obtained:
Ein Gemisch von 20 )i 1 äthanolischer Phenylacetaldehydlösung (10 mMol), 37,5){1 einer wässrigen Lösung von jedem Peptid (13,3 mMol), 75)il wässrigen Ninhydrins (30 mMol) und 187,5μΐ Phosphatpuffer (0,6-molar, pH 6,0, 7,0 oder 8,0) wird 30 Minuten bei 60° inkubiert und mit 2,0 ml wässriger Natriumcarbonatlösung (I5 mMol) verdünnt. Die Fluoreszenz wird wie in ·A mixture of 20) i 1 ethanolic phenylacetaldehyde solution (10 mmol), 37.5) {1 of an aqueous solution of each peptide (13.3 mmol), 75) of aqueous ninhydrins (30 mmol) and 187.5μΐ phosphate buffer (0.6 molar, pH 6.0, 7.0 or 8.0) Incubated for 30 minutes at 60 ° and with 2.0 ml of aqueous sodium carbonate solution (15 mmol) diluted. The fluorescence is as in
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-IO-IO
2H86032H8603
Beispiel 1 besehrieben gemessen..Example 1 measured.
Dieses Beispiel veranschaulicht den Einfluss des pH-Wertes und der Inkubationszeit auf die Fluoreszenz: This example illustrates the influence of pH and incubation time on fluorescence:
Die Inkubation und die Fluoreszenzbestimmung wird wie im Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Lysin, Glycin und Leucylalanin werden in äquivalenten Mengen, 10 ιημΜοΙ pro KÖlbchen, zugegeben.The incubation and the fluorescence determination are carried out as described in Example 1. Lysine, glycine and leucylalanine are in equivalent amounts, 10 ιημΜοΙ per scoop, admitted.
Dieses Beispiel veranschaulicht die Fluoreszenz, wie sie mit normalerweise auftretenden Aminosäuren unter verschiedenen pH-Bedingungen auftritt. Ein typisches Dipeptid und Ammoniak sind für Vergleichszwecke in dieses Beispiel miteinbezogen.This example illustrates how fluorescence can do it occurs with normally occurring amino acids under different pH conditions. A typical dipeptide and ammonia are included in this example for comparison purposes.
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Die im Beispiel 1 angegebene allgemeine Vorschrift wurde:The general rule given in Example 1 was:
ν" .■■-·■ zur Ermittlung der relativen Pluoreszenzintensltät verwendet, ν ". ■■ - · ■ used to determine the relative fluorescence intensity,
wobei 10 m)|Mol jeder Aminosäure und 120 Minuten Inkubationszeit bei 60°.für alle pH-Werte zur Anwendung gelangten. .· -where 10 m) | moles of each amino acid and an incubation time of 120 minutes at 60 ° were used for all pH values. . -
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2H86032H8603
' Beispiel 7 ' Example 7
Dieses Beispiel veranschaulicht die relative Fluoreszenzintensität einiger biologisch aktiver Peptide und AmineThis example illustrates the relative fluorescence intensity some biologically active peptides and amines
FluoreszenzRelative
fluorescence
FluoreszenzRelative
fluorescence
alanin3,4-dihydroxyphenyl
alanin
(128*)18th
(128 *)
1 m)/Mol ,jeder Verbindung wurde eingesetzt und die Fluoreszenz wie in der allgemeinen Vorschrift gemäss Beispiel 1 beschrieben bei pH 7 entwickelt. Bsi allen Messungen wurde zur Anrcjgung eine Wellenlänge von 390 my verwendet und entsprechend die Emission bei 480 m)l bestimmt.1 m) / mol, each compound was used and the fluorescence as described in the general procedure according to Example 1 developed at pH 7. For all measurements, a wavelength of 390 my was used for excitation and accordingly the emission at 480 m) l is determined.
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/ft/ ft
2 U 86 O 32 U 86 O 3
♦ Serotonin wurde mit den Reagenzien bei pH 6 inkubiert.♦ Serotonin was incubated with the reagents at pH 6.
Dieses Beispiel veranschaulicht den Unterschied in der Empfindlichkeit.zwischen der Pluoreszenzbestimmungsmethode gemäss vorliegender Erfindung und der -üblichen kolorimetrischen Bestimmungsmethode. ' ' f This example illustrates the difference in sensitivity between the fluorescence determination method according to the present invention and the customary colorimetric determination method. '' f
Gleiche Mengen (5 mJ(Mol) Substrat werden für die Bestim-" mung nach der kolorimetrischen Methode {Verfahren nach Moore und Stein) und der Bestimmungsmethode gemäss vorliegender Erfindung bei pH 7 wie in Beispiel 1 beschrieben eingesetzt. Aus obi ger Tabelle geht hervor, dass bei der kolorimetrischen Bestimmungsmethode die korrigierte Absorption in der gleichen Grössenordnung wie die Blindprobe liegt, wodureh-Jeine hohe Fehlerwafrrscheinlichkeit in das Experiment eingeschleust wird; demgegenüber unterscheidet sich bei der fluorometrlschen Bestimmungsmethode die korrigierte Fluoreszenz im allgemeinen um eine Grösscnordnung im Vergleich zur Blindprobe, sodass hier genauere Analy-The same amounts (5 mJ (mol) of substrate are used for the determination according to the colorimetric method (Moore and Stein method) and the determination method according to the present invention at pH 7 as described in Example 1. From the above table it can be seen that with the colorimetric determination method the corrected absorption is of the same order of magnitude as the blank sample, which means that a high probability of error is introduced into the experiment; on the other hand, with the fluorometric determination method the corrected fluorescence generally differs by one order of magnitude compared to the blank sample, so here more precise analysis
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senergebnisse erhalten werden und die Möglichkeit zur Bestimmung kleinerer Substratmengen gegeben ist.senresults are obtained and the possibility of determining smaller amounts of substrate is given.
Unterschiedliche Mengen Glutaminsäure, Glycin, Leucylalanin und Tyramin in Ιμΐ Lösungsmittel werden auf Papier oder mit Silicagel beschickten Dünnschichtplatten aufgetragen. Nach Entwicklung mit Lösungsmitteln und Trocknen wird das Papier oder die Platte mit einer Lösung von Phenylacetaldehyd (15.InMoI) und Ninhydrin (5 mMol) in Aethanol besprüht. Man lässt das Aethanol verdunsten und besprüht danach das Chromatogramm bei Zimmertemperatur mit 0,2 molarem Phosphatpuffer (pH 8,0). Das feuchte Chromatogramm wird danach 15 Minuten auf 60° erwärmt und nach Abkühlen unter einer UV-Lampe (366 my) geprüft. Bei der erfindungsgemässen Methode liegt die Nachweisgrenze für Glutaminsäure bei 10~ Mol; für Glycin, Leucylalanin und Tyramin bei ΙΟ" Mol. Bei der üblichen Ninhydrin-Parbreaktion liegt die Nachweisgrenze für alle 4 genannten Verbindungen bei 10~ Mol. ■Different amounts of glutamic acid, glycine, leucylalanine and tyramine in Ιμΐ solvents are on paper or applied with silica gel loaded thin-layer plates. After developing with solvents and drying, the paper becomes or the plate with a solution of phenylacetaldehyde (15.InMoI) and Ninhydrin (5 mmol) sprayed in ethanol. The ethanol is allowed to evaporate and the chromatogram is then sprayed at room temperature with 0.2 molar phosphate buffer (pH 8.0). The moist chromatogram is then heated to 60 ° for 15 minutes and afterwards Cooling tested under a UV lamp (366 my). In the inventive Method, the detection limit for glutamic acid is 10 ~ mol; for glycine, leucylalanine and tyramine ΙΟ "Mol. In the usual ninhydrin parbo reaction, the Detection limit for all 4 named compounds at 10 ~ mol. ■
10 )|1 einer standardisierten Aminosäurelösung, die jeweils 1 )iMol/ml von 20 üblichen Aminosäuren und Ammoniak enthält, werden auf eine 0,9 cm χ 55 cm-Kolonne aufgetragen, die mit einem Harz (Beckman UR-30-Harz zur Trennung von sauren und neutralen Aminosäuren, 7*5 %> quervernetztes, sulfoniertes, copolymeres Styrol) beschickt ist. Die Kolonne wird bei einer Durchflussgeschwindigkeit von 70 ml/Stunde zuerst mit 117 ml 0,2 N Natriumeitrat (pH 3,25), danach mit l40 ml 0,2 N Natriumcitrat (pH H,3) entwickelt. Zu Beginn beträgt die Temperatur 45° und wird nach 30 Minuten über einen Zeitraum von 1 Stunde ■-hinweg auf 55° erhöht. Für die restliche Zeit, die das Experi- :.: ment in Anspruch nimmt, wird diese Temperatur beibehalten. Die aus-der Kolonne ausfliessende Lösung wird im Verhältnis 9:1: in zwei Probenströme geteilt. Der grössere der beiden Proben-10) | 1 of a standardized amino acid solution, each containing 1) iMol / ml of 20 common amino acids and ammonia, are applied to a 0.9 cm χ 55 cm column, which is coated with a resin (Beckman UR-30 resin for separation of acidic and neutral amino acids, 7 * 5 %> cross-linked, sulfonated, copolymeric styrene) is charged. The column is developed at a flow rate of 70 ml / hour first with 117 ml of 0.2 N sodium citrate (pH 3.25), then with 140 ml of 0.2 N sodium citrate (pH H, 3). Initially, the temperature is 45 ° and after 30 minutes over a period of 1 hour ■ - across increased to 55 °. For the rest, which the experiment:.: Ment takes, this temperature is maintained. The solution flowing out of the column is divided into two sample streams in a ratio of 9: 1: The larger of the two sample
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ströme wird durch einen Aminosäure-Analysator (Beckman Modell 120-C) in üblicher Weise geleitet. Der kleinere Probenstrom, der mit einer Flussgeschwindigkeit von 0,1 ml/Minute fliesst, wird mit zwei weiteren Strömen vermischt. Der eine dieser beiden Ströme fliesst mit einer Geschwindigkeit von 0,3 ml/Minute und besteht aus einer Lösung, die durch Mischen von 2,67 g Ninhydrin, l80 mg Phenylacetaldehyd, 300 ml Aethanol und I50 ml Wasser erhalten wird. Der andere der beiden Ströme, der mit einer Geschwindigkeit von 2,0 ml/Minute fliesst, besteht aus ej.nem 0,2 molaren Natriumphosphatpuffer mit einem pH von 7,5· Die entsprechenden Flussgeschwindigkeiten werden mittels einer Dosierpumpe eingestellt und kontrolliert. Die totale Flussgeschwindigkeit nach Mischung aller Ströme beträgt 2,4 ml/Minute. Ungefähr nach jeweils 1,5 Sekunden wird eine Luftblase im System erzeugt, um den Strom in kleine Segmente zu unterteilen. Der fliessende Strom wird durch eine kurze Misch-Spirale und danach durch eine Spirale, die in ein auf 60 erwärmtes Bad eintaucht, geleitet. Die Gesamtzeit, die der Probenstrom benötigt um durch diese erwärmte Spirale zu laufen, beträgt 30 Minuten. Nach DurchfHessen der erwärmten Spirale wird der Probenstrom auf 17 abgekühlt und durch eine 1 cm-Aminco-Halbzelle, die mitreinem Entgasungssystem versehen ist, geleitet. 75 % des Probenstromes fHessen durch diese Zelle (Geschwindigkeit 1,8 ml/Minute) und 25 # werden in der Entgasungsvorrichtung entfernt. Die Durchflusszelle befindet sieh in einem Aminco-Fluoreszenz-Mikrophotometer, das mit einer 85 Watt-Quecksilberdampflampe der Firma General Electric, einem Aminco No. 7,51-Filter für die anregende Strahlung, einer Apertur, die auf maximale Anregung eingestellt ist, und einem Aminco No. 4-Filter zum Nachweis versehen ist. Das Fluoreszenzphotometer wird bei einer Spannungseinstellung von.kO, einer Empfindlichkeitseinstellung von 50 % und einer Dämpfungseinstellung von 3 % Vollausschlag (entsprechend 3 mVolt für den Vollausschlag) betrieben. Der Ausgang des Fluoreszenzphotometers ist mit einem Beckman 25 cm-Schreiber mit einer Papiervorschubsgeschwindigkeit von 2,5 mm/Minyte.gekgppelt. ,streams is passed through an amino acid analyzer (Beckman Model 120-C) in a conventional manner. The smaller sample stream, which flows at a flow rate of 0.1 ml / minute, is mixed with two further streams. One of these two streams flows at a rate of 0.3 ml / minute and consists of a solution obtained by mixing 2.67 g of ninhydrin, 180 mg of phenylacetaldehyde, 300 ml of ethanol and 150 ml of water. The other of the two streams, which flows at a rate of 2.0 ml / minute, consists of a 0.2 molar sodium phosphate buffer with a pH of 7.5. The corresponding flow rates are set and controlled by means of a metering pump. The total flow rate after mixing all the streams is 2.4 ml / minute. Every 1.5 seconds or so, an air bubble is created in the system to divide the flow into small segments. The flowing stream is passed through a short mixing spiral and then through a spiral that is immersed in a bath heated to 60 °. The total time it takes for the sample stream to travel through this heated coil is 30 minutes. After DurchfHessen the heated coil, the sample stream is cooled to 17 and through a 1 cm-Aminco half cell that passed is provided with a degassing r. 75 % of the sample flow fHessen through this cell (speed 1.8 ml / minute) and 25 # are removed in the degassing device. The flow cell is look in an Aminco fluorescence microplate photometer with a 85 watt mercury vapor lamp General Electric, an Aminco No. 7.51 filters for the exciting radiation, an aperture set for maximum excitation, and an Aminco No. 4 filter is provided for detection. The fluorescence photometer is operated with a voltage setting of. kO, a sensitivity setting of 50% and a damping setting of 3% full scale (corresponding to 3 mVolt for full scale). The output of the fluorescence photometer is pounded with a Beckman 25 cm pen at a paper speed of 2.5 mm / minyte. ,
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Für die übliche kolorimetrieehe Analyse wird der im Beckman Aminosäure-Analysator verwendete Schreiber mit einer Empfindlichkeitseinstelliais von 5 mVolt Vollausschlag betrieben und der übliche 570 my -Ausgang des Kolorimeters aufgezeichnet-. Die Papiervorschubsgeschwindigkeit beträgt 2,5 mm/Minute.For the usual colorimetric analysis, the recorder used in the Beckman amino acid analyzer is operated with a sensitivity setting of 5 mVolt full deflection and the usual 570 my output of the colorimeter is recorded. The paper feed speed is 2.5 mm / minute.
In einem Parallelversuch wird eine 0,9 cm χ 5 cm-Kolonne benützt, die mit einem Beckman·PA-35-Harz zur Trennung basischer Aminosäuren (8 0Jo quervernetztes, sulfoniertes Styrol-Copolymerisat) beschickt ist. ■In a parallel experiment, a 0.9 cm χ 5 cm column is used which is charged with a Beckman · PA-35 resin for separating basic amino acids (8 0 Jo cross-linked, sulfonated styrene copolymer). ■
Die beigefügte Zeichnung zeigt die Aufzeichnungen des * Schreibers unter den vorstehend beschriebenen Versuchsbedingun- ™ gen. Das erste .in der Zeichnung wiedergegebene Experiment (links) entspricht dem Versuch mit den basischen Aminosäuren, die an einer PA-35~Kolonne getrennt wurden. Das zweite in der Zeichnung wiedergegebene Experiment entspricht dem Versuch mit den neutralen und sauren Aminosäuren, die an einer "UR-30-Kolonne getrennt'wurden. - · ■'-.,.The attached drawing shows the records of the * Writer under the test conditions described above gen. The first experiment shown in the drawing (left) corresponds to the experiment with the basic amino acids that were separated on a PA-35 column. The second in the The experiment shown in the drawing corresponds to the experiment with the neutral and acidic amino acids on a "UR-30 column separated '. - · ■ '-.,.
Die in der Zeichnung wiedergegebenen Versuchsdaten werden im Nachfolgenden nochmals in Tabellenform zusammengefasst. In dieser Tabelle werden die relativen Flächen unter jeder vom Schreiber aufgezeichneten'Kurve sowohl für die kolorimetrisehe d als auch für die fluorometrisch Methode wiedergegeben und verglichen. Diese Flächen wurden sowohl im Hinblick auf die Sub-.stratkonzentration als auch im Hinblick auf die Dämpfungseinstellung des Schreibers, wie sie bei den unterschiedlichen Experimenten zur Verwendung gelangten, korrigiert. Die in der Tabelle erscheinenden'Zählen stellen die Integrale der Messkurven jeder Messvorrichtung unter gleichen Bedingungen, bezogen auf gleiche Mengen jeder Aminosäure, dar.The test data shown in the drawing are summarized again in table form below. In this table the relative areas are reproduced under each of Schreiber aufgezeichneten'Kurve both the kolorimetrisehe d and for the fluorometric method and compared. These areas were corrected both with regard to the substrate concentration and with regard to the attenuation setting of the pen as they were used in the various experiments. The numbers appearing in the table represent the integrals of the measurement curves of each measuring device under the same conditions, based on the same amounts of each amino acid.
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ε. ηAr (CH 0 ) CHO
ε. η
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