DE2536080C3 - Isotachophoretische Kolonne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine isotachophoretische Kolonne für eine elektrophorctische Apparaiur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die isotachophoretische Kolonne bildet einen wichtigen Bestandteil von Anordnungen für die isotachophoretische Analyse von Substanzen. Bekannte Anordnungen mit einer isotachophoretischen Kolonne besitzen Kapillarrohre mit einem Innendurchmesser von 0,3 bis I mm, und einer Länge von 10 bis 100 cm, aus Glas oder Teflon, ferner eine Detektionszelle, die an dieses Kapillarrohr angeschlossen ist, weiter Schließ- und Verteilungshähne an beiden Enden des Kapillarrohres, eine Einspritzanordnung zum Eintragen von Mustern der analysierten Substanzen und zwei Elektrodcnkammern. Die erste Elektrodenkammer ist mit dem Kapillarrohr über eine halbdurchlässige Membran verbunden und im allgemeinen mit einem sogenannten Leitelektrolyt gefüllt. Die zweite Kammer ist mit dem Beendungselektrolyt gefüllt. Die Verbindung der erwähnten Kolonnenteile erfolgt über Schläuche und Schraubenverbindungen. Das Kapillarrohr wird von außen gekühlt, bzw. thermostatisiert, zum Beispiel derart, daß dieses Rohr auf einen Metallthermostatzylinder aufgewickelt ist. Die Analyse wird so ausgeführt, daß das Muster der analysierten Substanz mittels der Einspritzanordnung in die Kolonne zwischen den Leit- und Beendigungselektrolyt eingetragen wird. Nach dem Aufbringen einer Spannung zwischen die Elektroden der Kolonne beginnt ein elektrischer Strom zu fließen, es entsteht eine Migration und Abscheiden der gegenwärtigen lonenkomponenten so, dali sich scharf begrenzte Zonen der einzelnen Komponenten bilden. Die abgeschiedenen Komponenten werden durch eine Detektionszelle geführt, wo sie detektiert werden. Ein angeschlossenes Registriergerät dient zum Aufzeichnen des Zeitverlaufes der Detektion - des Isotachophorogrammes. Die üblich benötigte Zeit zum Abscheiden beträgt 30 bis 100 Minuten.

Die bekannten Konstruktionen schränken ein homogenes Kühlen aller Kolonnenteile und vor allem der Detektionszelle stark ein, wodurch die Möglichkeit einer Anwendung höherer elektrischer Gradienten beschränkt wird und dadurch die Möglichkeit einer Beschleunigung des Abscheidens und der Analyse ausgeschlossen ist. Auseinandernehmbare Verbindungen stellen auch Stellen mit geringerer elektrischer Isolation dar, und bei Anwendung höherer elektrischer Gradienten besteht hier die Gefahr eines elektrischen Durchschlages. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnungen liegt darin, daß die Glaskapillaren brüchig sind, und Kapillaren und Schläuche aus elastischem Material zu Deformationen neigen. Die Folge ist eine unkontrollierbare Bewegung des Elektrolyten in der Kolonne, die das isotachophoretische Abscheiden ungünstig beeinflußt. Auseinandernehmbare Verbindungen, die einzelne Teile miteinander verbinden, sind außerdem häufig Ursachen unerwünschter Räume, sogenannter toten Räume mit schwachem elektrischem Feld, wo die Diffusion der abgeschiedenen Komponenten das Abscheiden beeinträchtigt und so die Ergebnisse der Analyse verschlechtert.

Es ist bereits eine isotachophoretische Apparatur bekannt, bei der das Aufnahmegerät an einem beliebigen Kapillarteil angeschlossen ist. Darüber hinaus weist diese Apparatur eine Elekiiodenkammer mit einer Membran und eine Elektrode mit einem Einspritzgerät auf, wobei eine Thermostateinrichtung vorhanden ist. Diese Einrichtung weist den Nachteil auf, durch die Zusammenfügung von vielen Teilen in der Herstellung aufwendig zu sein und durch ihre vielen Verbindungen die Quelle von Fehlern zu bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfachere Kolonne zu schaffen und die Dauer der Analyse bei überhöhter Güte der Analyse etwa um das Zehnfache zu vermindern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs gelöst.

Im Unteranspruch ist eine vorteilhafte Ausgestaltung angegeben. Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die Kolonnenteile, in welchen das Abscheiden und die Deiektion vor sich gehen, mechanisch steif in den Abmessungen homogen und gleichförmig gekühlt sind, keine toten Räume aufweisen und deren Verbindung mit anderen Teilen der isotachophoretischen Kolonne ohne elastische Verbindungen und ohne hydrodynamische und elektroisolierende Undichtheiten ausgeführt ist. Die Anordnung ermöglicht die Anwendung höherer elektrischer Gradienten und ermöglicht so ein ordnungsgemäßes Verkürzen der Zeit der isotachophoretischen Analyse gegenüber dem bekannten Stand der Technik. Die erfindungsgemäße isotachophoretische Kolonne ermöglicht es, laufende Analysen innerhalb von 3 bis 5 Minuten auszuführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Kolonne im Axialschnitt, und

F i g. 2 ein Isotachophorogramm. Aus einem elektrisch isolierenden Material, zum Beispiel aus organischem Glas ist ein monolytischer Hauptkörper 1 gefertigt. Eine erste Elektrodenkammer 12 mit einer Elektrode 19 und eine zweite Elektrodenkammer 11 mit einer Elektrode 18 ragen über die obere Wand des Hauptkörpers 1 hervor. Ein Zuführstutzen 3

ist über einen Einweghahn 2 mit einer Dämpfungskammer 4 verbunden, die über eine halbdurchlässige Membran 13 an die erste Elektrodenkammer 12 und über einen Verbindungskanal 5 an eine Kapillare 8 angeschlossen ist. In die Kapillare 8 reicht ein Aufnahmegerät 20, das Anschlußklemmen 14 besitzt, so daß ein Teil der Kapillare 8 an der Stelle des Aufnahmegerätes 20 als Detektionszelle dient Die Kapillare 8 wird durch eine flache Nut im Hauptkörper 1 gebildet und ihren zweiten Teil bildet ein Dichtungs- ia band 15, das mittels einer durch Schrauben 17 befestigte thermosiatisierte Platte 16 angedrückt wird. Die Platte 16 wird zum Beispiel durch eine eingebaute Zirkulationsrohrleitung thermostatisierL Das Ende der Kapillare 8 ist an einen Verbindungskanal 6 angeschlossen, in welchem ein Einspritzgerät 7 mit einem Sieb und ein Dreiweghahn 9 mündet. Der Dreiweghahn 9 verbindet den Verbindungskanal 6 entweder mit dem Austrittstutzen 10 oder mit der zweiten Elektrodenkammer 11. Der Anschluß der Elektrode 19, der Elektrode 18 und der Anschlußklemmen 14 mit der ganzen Apparatur ist in der Zeichnung der Einfachheit halber nicht dargestellt, da dies zum Erläutern des Wesens der Erfindung nicht nötig erscheint. Die Kapillare 8 wird in diesem Fall durch eine gerade Nut im Hauptkörper 1 gebildet. Falls es nötig sein sollte, eine längere Kapillare 8 zu haben, als die Länge des Hauptkörpers 1, wird die Nut zum Beispiel als Mäander oder als Spirale ausgeführt. Die Nut kann entweder im Hauptkörper 1, oder im Teflondichtungsband 15, gegebenenfalls auch in der thermostatisierten Platte 16 ausgeführt werden.

Die Anordnung arbeitet im Betrieb folgendem.jl3en. Über den Einweghahn 2 wird der Eintrittstuizen 3 mit der Dämpfungskammer 4 verbunden. Mittels des Dreiweghahns 9 wird der Verbindungskanal 6 mit dem Austrittstutzen 10 verbunden, worauf die Kapillare 8 mit dem Leitelektrolyt gefüllt wird. Der Einweghahn 2 wird darauf geschlossen. Mittels des Dreiweghahns 9 wird der Austrittstutzen 10 mit der zweiten Elektrodenkammer 11 verbinden und dieser Weg durch den Beendigungselektrolyt gespült. Darauf wird mittels des Dreiweghahnes 9 der Vcrbindungskanal 6 mit der zweiten Elektrodenkammer 11 verbunden. Mittels einer Injektionsspritze wird über das Einspritzgerät 7 in den Verbindungskanal 6 die zu analysierende Lösung eingespritzt. Nach Anschluß des elektrischen Stromes an die Elektroden 18 und 19 beginnt der Verlauf der eigentlichen Analyse. Die analysierten Komponenten des Musters beginnen durch den Verbindungskanal 6 und durch die Kapillare 3 zu migrieren, wobei deren Abscheiden vor sich geht, das durch Bilden von Zonen einzelner Komponemen zwischen dem Leit- und Beendigungselektrolyt beendet wird. In den einzelnen Zonen entsteht ein unterschiedlicher elektrischer Gradient, der durch das Aufnahmegerät 20 abgenommen und durch ein Aufzeichnungsgerät als Isotachophoregramm niedergeschrieben wird.

Ein Beispiel eines Isotachophoregramms ist in Fig. 2 dargestellt, das eine Analyse eines Vernicklungsbades auf seinen Gehalt an Hypophosphit, an Phosphit und Phosphat darstellt, in Gegenwart von Laktat, das einen Teil des Bades bildet und unter Beifügung von Oxalat, das als innerer Standard für eine quantitative Auswertung der Analyse dient.

Eine angewendete erfindungsgemäße Anordnung hatte die folgenden Parameter: die Kapillare war eine flache Nut rechteckigen Querschnittes direkt im Hauptkörper 1, die Länge der Nut war 25 cm, die Breite 1 mm und die Tiefe 0,2 mm. Als Leitelektrolyt wurde eine Chlorwasserstoffsäure und Anilin enthaltende Lösung verwendet mit einer Konzentration von 0,0066 M HCI und 0,0085 M Anilin. Das Leition war Chloridanion. Als Beendigungselektrolyt wurde 0,012 M Essigsäure verwendet, das Beendigungsion war ein Azetation. Die an die Elektroden 18 und 19 angelegte Spannung war im Bereich 4 bis 10 KV, die Elektrode 19 wurde als Anode und die Elektrode 18 als Kathode geschaltet und der Strom durch die Kolonne wurde auf den Wert von ?00 u A stabilisiert. Am Isotachophoregramm in F i g. 2 ist auf der waagerechten Achse die Zeit in Minuten aufgetragen und auf der vertikalen Achse die Aufzeichnung des Detektorsignals. Die Grundlinie entspricht der Zone des Leitions (Chlorid), dann folgen die als stufenförmige Wellen aufgenommenen Wellen in dieser Reihenfolge: Oxalat, Hypophosphit. Phosphit, Phosphat. Laktat und die letzte Welle entspricht dem Azetat, das die Endzone vorstellt. Durch Messen der Längen der Wellen (der horizontalen Abschnitte) der analysierten Komponenten und durch deren Vergleich mit der Wellenlänge des Standards wird auf bekannte Weise ein quantitatives Auswerten ausgeführt. Das ganze Abscheiden dauert etwa 5 Minuten, in F i g. 2 ist nur die letzte Minute des Abscheidens dargestellt, denn während der vorangehenden Zeit von 0 bis 4 Minuten bildet das Isotachophoregramm nur die Grundlinie, was für ein Auswerten des Abscheidens nicht von Bedeutung ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Isotachophoretische Kolonne für eine elektrophoretische Apparatur, enthaltend eine thermostatierte Kapillare, die an einem Ende über eine Dämpfungskammer und Membrane mit einer Elektrodenkammer und ferner mit einem Entrittshahn verbunden ist, und die an ihrem anderen Ende mit einem Einspritzgerät, Austritthahn und Elektrodenkammer, und außerdem an einer beliebigen Stelle mit einem Aufnahmegerät verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolonne aus einem monolitischen, elektrisch nichtleitenden Hauptkörper (1) besteht, auf dessen eiuer Seite eine Nut ausgebildet ist, die durch eine thermostatierte Platte (15) überdeckt ist und zusammen mit einer Nut eine Kapillare (8) bildet, die auf einer Seite mit der im Hauptkörper (1) sich befindenden Dämpfungskiiinmer (4), Membran (13) und Eintrittshahn (2) verbunden ist, und auf der anderen Seite der Kapillare (8) mit dem im Hauptkörper (1) sich befindenden Einspritzgerät (6), Austritthahn (9) und Verbindungskanal der Elektrodenkammer (11) verbunden ist.

2. Isotachophoretische Kolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (8) als Mäander oder als Spirale geformt ist.