DE3632226A1

DE3632226A1 - Solubilisationschromatograph

Info

Publication number: DE3632226A1
Application number: DE19863632226
Authority: DE
Inventors: Shuichi Kuze; Tamotsu Inomata; Setsuo Muramoto; Hisayuki Ikeda
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1985-09-26
Filing date: 1986-09-23
Publication date: 1987-04-02
Also published as: GB8622753D0; US4676897A; DE3632226C2; NL8602393A; GB2181072B; GB2181072A

Description

Die Erfindung betrifft einen Solubilisationschromato graphen, bei dem ein aus einer Pufferlösung und ioni sierten Micellen bestehendes Lösungsmittel durch ein Kapillarrohr geleitet wird, dessen beide Enden mit dem Pluspol bzw. dem Minuspol einer Gleichstromquelle ver bunden sind, sodann eine Probe in das Kapillarrohr eingeführt wird, Bestandteile der eingeführten Probe durch eine Kombination der Lösungserscheinung der Probe in den ionisierten Micellen mit einem kapillaren Elektrophoresevorgang getrennt werden und eine quali tative oder quantitative Analyse der Probenbestand teile durchgeführt wird.

Fig. 1 veranschaulicht Grundprinzip und Aufbau eines bekannten Solubilisationschromatographen. Dieser weist ein Kapillarrohr 1 auf, das eine Säule bildet und z.B. aus einem Schmelzsiliziumoxid-Kapillarrohr be steht. Zwei Behälter 2 und 3 enthalten jeweils ein Lö sungsgemisch aus einer Pufferlösung und Micellen, wobei die beiden Enden des Kapillarrohrs 1 jeweils in einen dieser Behälter eintauchen. Als Micellen werden durch Auflösen von z.B. Natriumdodecylsulfat (SDS) in der Pufferlösung erhaltene Kolloidionen verwendet. Eine Stromquelle E ist mit ihrer Plusklemme an eine in den Behälter 2 eingetauchte Elektrode 4 und mit ihrer Minusklemme an eine in den Behälter 3 eingetauchte Elektrode 5 angeschlossen, um an die beiden Enden des Kapillarrohrs 1 eine Spannung anzulegen. Ein Detektor 6, etwa ein Ultraviolett-Spektrophotometer, ist am Kapillarrohr 1 in seinem der negativen (minusseitigen) Elektrode 5 näher gelegenen Bereich angeordnet.

Gemäß Fig. 2 fließen zwei Phasen von Micellen und Pufferlösung durch ein Kapillarrohr 1 der beschrie benen Anordnung. Wenn dabei eine hohe Spannung an das Kapillarrohr angelegt wird, fließt die Pufferlösung aufgrund eines Elektroosmosestroms in Richtung des Pfeils A. Andererseits besteht gelöstes SDS (Micellen) aus Anionen und besitzt aufgrund von Elektrophorese solche Eigenschaften, daß es entgegengesetzt zur Strö mung der Pufferlösung in einer Richtung zur Plusseite hin transportiert wird; da jedoch die Transportge schwindigkeit der Pufferlösung größer ist als die Transportgeschwindigkeit der Micellen durch Elektro phorese, erreichen die SDS-Micellen den Behälter 3 schließlich mit Verzögerung gegenüber der Pufferlösung.

Wenn an der Seite der Pluselektrode 4 eine Probe SM in das Kapillarrohr 1, in welchem die Strömung dieser beiden Phasen stattfindet, eingespritzt (injected) wird, wird ein in den Micellen überhaupt nicht lös licher Bestandteil der Probe in einem Elektroosmose strom mitgenommen und zusammen mit der Pufferlösung mit der höchsten Geschwindigkeit zur Seite der Minus elektrode 5 transportiert oder überführt. Anderer seits wird ein in den Micellen vollständig gelöster Bestandteil der Probe mit derselben Geschwindigkeit wie die Micellen transportiert und bei der Ankunft an der Seite des Behälters 3 am stärksten verzögert. Ein Zwischenbestandteil der Probe, der bis zu einem ge wissen Grad in den Micellen löslich ist, wird mit einer mittleren Geschwindigkeit transportiert. In folgedessen besitzt jeder Bestandteil der im Kapillar rohr 1 transportierten Probe eine Verweilzeit ent sprechend einer Differenz des Solubilisationsverhält nisses. Wenn mithin die so getrennten Bestandteile der Probe mittels eines an (im Bereich) der Auslaßseite des Kapillarrohrs 1 angeordneten Detektors 6 gemessen werden, wird ein Chromatogramm entsprechend dem Solu bilisationsverhältnis jedes Probenbestandteils erhal ten.

Für die Durchführung einer genauen Analyse mittels einer solchen Vorrichtung ist es jedoch Voraussetzung, stets eine konstante Probenmenge in das Kapillarrohr 1 einzuführen. Aus diesem Grund wird bei der bisherigen Vorrichtung nach Fig. 1 die in das Kapillarrohr 1 ein geführte Probenmenge in der Weise eingestellt, daß zwi schen den Behältern 2 und 3 ein Höhenunterschied vor gesehen und die Staudruckdifferenz (head difference) ausgenutzt wird. Dabei muß jedoch zur Erzielung einer gewünschten Staudruckdifferenz der Probenbehälter an gehoben werden, was sich als umständlich erweist. Beim Anheben (Höherlegen) des Probenbehälters verschiebt sich zudem häufig das Kapillarrohr 1, wodurch die Reproduzierbarkeit in der Vorrichtung beeinträchtigt wird. Obgleich es bei einer solchen Vorrichtung not wendig (möglich) ist, die Menge der eingeführten Probe in Anpassung an die Trennleistung der Säule (Kapillar rohr 1) zu ändern, erweist es sich dabei weiterhin als schwierig, die Menge der eingeführten (oder einge spritzten) Probe genau einzustellen und ein solches Verfahren auf die oben beschriebene Weise durchzu führen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Solubilisationschromatographen, bei dem die Menge einer in das Kapillarrohr eingeführten Probe einfach einstell bar und änderbar sein soll.

Dies wird bei einem Solubilisationschromatographen der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch er reicht, daß ein Dreiwegeanschluß mit einer ersten Öff nung an das Kapillarrohr und mit einer zweiten Öffnung an eine Leitung zum Zuführen der genannten Lösung und der Probe angeschlossen ist, während seine als Auslaß öffnung dienende dritte Öffnung an der Einlaßseite des Kapillarrohrs angeordnet ist, um dessen Einlaß in Kon takt mit einem Strom einer aus der Probe und dem Lösungs mittel bestehenden Lösung zu bringen und die restliche, nicht in das Kapillarrohr eingeführte Lösung über die dritte Öffnung auszutragen, und weiterhin eine Einrichtung zur Änderung einer Kontaktierzeit des Kapillarrohrs mit der Probe und/oder eine Einrichtung zur Regelung einer in das Kapillarrohr eingesaugten Probenmenge vorgesehen sind.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kontaktierzeit des Einlasses des Kapillarrohrs mit der Probe durch Änderung der Strömungsgeschwindig keit des Lösungsmittels oder durch Änderung der in die Leitung, über welche Lösungsmittel und Probe zuge führt werden, eingeführten Probenmenge änderbar ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Menge einer in das Kapillarrohr eingesaugten Probe durch Änderung der Größe der an die beiden Enden des Kapillarrohrs angelegten Spannung oder durch Ände rung der Spannungsanlegungsdauer einstellbar ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß ein piezoelektrischer Ultraschallwandler am Dreiwege anschluß angebracht ist, um die Probe mittels Ultra schallschwingung in das Kapillarrohr einzutreiben, und eine Menge der in das Kapillarrohr eingesaugten Probe durch Änderung der Größe oder der Frequenz der an den piezoelektrischen Ultraschallwandler angelegten Span nung regelbar ist.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Er findung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung von Grundprin zip und Aufbau eines bekannten Solubilisations chromatographen,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Wirkungs weise des Geräts nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Solubilisationschromatographen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnitt ansicht eines wesentlichen Teils der Vor richtung nach Fig. 3,

Fig. 5(a) bis 5(c) schematische Darstellungen der Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 3,

Fig. 6 eine Fig. 3 ähnelnde Darstellung einer ande ren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 7 eine den Fig. 3 und 6 ähnelnde Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnitt ansicht eines wesentlichen Teils der Vor richtung nach Fig. 7 und

Fig. 9(a) bis 9(c) schematische Darstellungen der Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 8.

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert wor den.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt, in denen den Teilen von Fig. 1 entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet und daher nicht mehr im einzelnen beschrieben sind. Eine Niederdruck-Pumpe 7, als Lö sungsmittelfördereinrichtung, dient zur Förderung eines Lösungsmittels aus einer Pufferlösung und Micellen aus einem Behälter 2 über eine Leitung 8 zur Stromab seite.

Ein in den Mittelbereich der Leitung 8 eingeschaltetes Probenventil S besteht aus einem Sechswege-Umschalt ventil S 1 und einer Meßschleife S 2. Eine über eine Proben-Einspritzöffnung S 3 eingeführte, vorgegebene Probenmenge wird durch Umschalten des Ventils S 1 in die Leitung 8 eingetrieben. An den Endteil der Leitung 8 ist eine rohrförmige Elektrode 9 angeschlossen, die auch mit dem Pluspol einer Stromquelle E verbunden ist.

Bei 10 ist ein Dreiwegeanschluß angegeben, dessen erste Öffnung mit dem Kapillarrohr 1 verbunden ist, während seine zweite Öffnung mit der rohrförmigen oder Rohr-Elektrode 9, die vom Lösungsmittel und von der Probe durchströmt wird, verbunden ist und seine dritte Öffnung als Auslaß dient. Gemäß Fig. 4 umfaßt der Dreiwegeanschluß einen Hauptkörper 10 a, ein Spannstück (clamping screw) 10 b zum Festlegen der Rohr-Elektrode 9 am Hauptkörper 10 a in der zweiten Öffnung, ein Spann stück 10 c zum Festlegen des Kapillarrohrs 1 am Haupt körper 10 a in der ersten Öffnung und ein Spannstück 10 d zum Festlegen eines Auslaßrohrs 11 am Hauptkörper 10 a in der dritten Öffnung.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung mit dem beschrie benen Aufbau ist im folgenden anhand der Fig. 5(a) bis 5(c) erläutert. Fig. 5(a) veranschaulicht den Zu stand (der Vorrichtung) vor dem Einführen (oder Ein spritzen) der Probe in die Leitung 8. In diesem Zustand fließt nur das Lösungsmittel aus der Pufferlösung und den Micellen durch die Leitung 8, wobei dieses Lösungs mittel durch den Elektroosmosestrom und die Elektro phorese infolge der von der Stromquelle E her ange legten Spannung zum Teil in das Kapillarrohr 1 einge leitet wird. Das restliche, nicht in das Kapillar rohr 1 eingeleitete Lösungsmittel wird über das Aus laßrohr 11 ausgetragen.

Wenn die Probe über das Probenventil S in die Leitung 8 eingespritzt wird, wird sie gemäß Fig. 5(b) unter Bildung eines Bands B zwischen zwei Lösungsteilen ein geschlossen und dann mit dem durch die Pumpe 7 ge förderten Lösungsmittel transportiert. Wenn das Band B mit der Einlaßspitze des Kapillarrohrs 1 in Berührung gelangt (Fig. 5(b)), wird die Probe durch den Elektro osmosestrom und Elektrophorese teilweise in das Kapillar rohr 1 eingeführt, während die restliche, nicht in das Kapillarrohr eingetretene Probe, wie im oben beschrie benen Fall das Lösungsmittel, über das Auslaßrohr 11 ausgetragen wird.

Bei diesem Vorgang ist eine in das Kapillarrohr 1 ein geführte Probenmenge einer Kontaktierzeit der Spitze des Kapillarrohrs 1 mit der Probe, wenn die angelegte Spannung E konstant ist, proportional. Wenn somit die Kontaktierzeit geregelt werden kann, kann auch die in das Kapillarrohr 1 eingeführte Probenmenge geregelt bzw. eingestellt werden.

Zu diesem Zweck wird als erste Möglichkeit die Dreh zahl der Pumpe 7 geändert, um die Kontaktierzeit des Bands B mit der Spitze des Kapillarrohrs 1 zu vari ieren. Gemäß einer zweiten Möglichkeit wird die Meß schleife S 2 des Probenventils S geändert, wobei eine über das Probenventil S in die Leitung 8 eingeführte Probenmenge geändert wird, um die Breite des Bands B und dessen Kontaktierzeit mit der Spitze des Kapillar rohrs 1 zu variieren.

Auf die beschriebene Weise kann einfach eine in das Kapillarrohr 1 eingeführte Probenmenge geregelt und geändert werden, wobei zu diesem Zweck auch nicht das Kapillarrohr 1 verschoben oder bewegt zu werden braucht und demzufolge die Reproduzierbarkeit in der Vorrich tung nicht beeinträchtigt wird. Außerdem kann eine Analyse ohne Verringerung des Säulenwirkungsgrads (column efficiency) durchgeführt werden, weil die optimale, eingeführte Probenmenge in Anpassung an die Trennleistung der Säule gewählt werden kann.

In Fig. 6, in welcher den vorher beschriebenen Teilen entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie zuvor bezeichnet sind, ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Dabei ist ein von strich punktierten Linien umrahmter Stromquellenteil B′ so ausgelegt, daß eine Spannung von einer Stromquelle E 1′ über einen Regler E 2′ an die beiden Enden des Kapillar rohrs 1 anlegbar ist.

Wenn die über das Probenventil S in die Leitung 8 ein gespritzte Probenmenge und auch die Strömungsgeschwin digkeit der durch die Pumpe 8 geförderten Lösung kon stant sind, hängt die Menge der in das Kapillarrohr 1 eingeführten Probe von der Größe der an die beiden Enden des Kapillarrohrs 1 angelegten Spannung oder von der Dauer der Spannungsanlegung ab.

Wenn z.B. die über das Probenventil S eingespritzte Probenmenge und die Strömungsgeschwindigkeit der durch die Pumpe 7 geförderten Lösung konstant eingestellt sind, wird die Größe oder die Dauer der angelegten Spannung durch den Regler E 2′ geregelt, um damit die in das Kapillarrohr 1 eingeführte Probenmenge zu regeln. Auf diese Weise wird eine ähnliche Wirkung wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform erzielt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 7 dargestellt, in welcher den vorher anhand von Fig. 3 und 6 beschriebenen Teilen entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern wie vorher bezeichnet (und nicht mehr im einzelnen beschrieben) sind. An den Dreiwegeanschluß 10′ sind eine Leitung 9 und eine Rohr-Elektrode 11 als Auslaßrohr angeschlossen, und mit ersterem ist außerdem ein Kapillarrohr 1 verbunden, welches die genannte Leitung unter einem rechten Winkel schneidet. Am Dreiwegeanschluß 10′ ist in seinem der Einlaßspitze des Kapillarrohrs 1 gegenüberliegenden Bereich ein piezoelektrischer Über- oder Ultraschall wandler 12 montiert, der durch einen Oszillator 13 an gesteuert wird. Ein Schalter 14 dient zur Steuerung der Verbindung der Stromquelle E mit den beiden Enden des Kapillarrohrs 1.

Gemäß Fig. 8 umfaßt der Dreiwegeanschluß 10′ einen Hauptkörper 10 a′, ein Spannstück 10 b′ zum Festlegen der Leitung 9 am Hauptkörper 10 a′ in der ersten Öff nung, ein Spannstück 10 c′ zum Festlegen der als Aus laßrohr dienenden Rohr-Elektrode 11′ in der zweiten Öffnung und ein Spannstück 10 d′ zum Festlegen des Kapillarrohrs 1 in der dritten Öffnung.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 7 ist an hand von Fig. 9 näher erläutert. Fig. 9(a) zeigt den Zustand der Vorrichtung vor dem Einspritzen der Probe in die Leitung 8. In diesem Zustand ist der Schalter 14 offen, und das Lösungsmittel strömt in Richtung der Pfeile durch den Dreiwegeanschluß 10′.

Wenn die Probe über das Probenventil S in die Leitung 8 eingespritzt oder eingetrieben wird, wird sie gemäß Fig. 9(b) unter Bildung eines Bands B zwischen zwei Teilen der Lösung eingeschlossen und dabei von der Strömung der Lösung mitgenommen. Wenn das Band B die Einlaßspitze des Kapillarrohrs 1 erreicht, wird der piezoelektrische Ultraschallwandler 12 in Schwingung gesetzt, um die Probe unter der in Richtung auf die Einlaßspitze emittierten Ultraschallenergie zwangs weise in das Kapillarrohr 1 einzutreiben (Fig. 9(c)). Wenn die über das Probenventil S in die Leitung 8 ein gebrachte Probenmenge und die Transportgeschwindigkeit der Probe in der Leitung 8 konstant sind, ist die in das Kapillarrohr 1 eingetriebene Probenmenge der Größe oder der Frequenz der vom Oszillator 13 an den Ultra schallwandler 12 angelegten Ansteuer-Wechselspannung proportional.

Im obigen Fall wird in einem Zustand, in welchem so wohl die über das Probenventil S in die Leitung ein geführte Probenmenge als auch die Strömungsgeschwin digkeit der von der Pumpe 7 geförderten Lösung kon stant eingestellt ist, eine in das Kapillarrohr 1 ein getriebene Probenmenge durch Änderung der Größe oder der Frequenz der an den Ultraschallwandler 12 ange legten Spannung geregelt oder eingestellt.

Nachdem das Band B den Einlaß des Kapillarrohrs 1 passiert hat (Fig. 9(d)), werden die Ansteuerung des piezoelektrischen Ultraschallwandlers 12 beendet und der Schalter 14 zur Anlegung von Spannung an beide Enden des Kapillarrohrs 1 geschlossen. Die nicht in das Kapillarrohr 1 eingetriebene restliche Probe wird zusammen mit der Lösung über das Auslaßrohr 11 ausge tragen.

Die auf die beschriebene Weise in das Kapillarrohr 1 eingetriebene Probe wird nach dem eingangs beschrie benen Prinzip der Solubilisationschromatographie auf getrennt, wobei durch den Detektor 6 ein Chromatogramm entsprechend dem Solubilisationsverhältnis geliefert wird. Mit der beschriebenen Ausführungsform wird eine ähnliche Wirkung wie mit den vorher beschriebenen Aus führungsformen erzielt.

Claims

1. Solubilisationschromatograph, bei dem ein aus einer Pufferlösung und ionisierten Micellen bestehendes Lösungsmittel durch ein Kapillarrohr geleitet wird, dessen beide Enden mit dem Pluspol bzw. dem Minus pol einer Gleichstromquelle verbunden sind, sodann eine Probe in das Kapillarrohr eingeführt wird, Be standteile der eingeführten Probe durch eine Kombi nation der Lösungserscheinung der Probe in den ionisierten Micellen mit einem kapillaren Elektro phoresevorgang getrennt werden und eine qualitative oder quantitative Analyse der Probenbestandteile durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dreiwegeanschluß (10; 10′) mit einer ersten Öffnung an das Kapillarrohr (1) und mit einer zwei ten Öffnung an eine Leitung (8) zum Zuführen der genannten Lösung und der Probe angeschlossen ist, während seine als Auslaßöffnung dienende dritte Öffnung an der Einlaßseite des Kapillarrohrs (1) angeordnet ist, um dessen Einlaß in Kontakt mit einem Strom einer aus der Probe und dem Lösungs mittel bestehenden Lösung zu bringen und die rest liche, nicht in das Kapillarrohr eingeführte Lösung über die dritte Öffnung auszutragen, und eine in das Kapillarrohr eingeführte Probenmenge durch Ände rung der Kontaktierzeit des Kapillarrohrs mit der Probe oder durch Regelung einer in das Kapillar rohr eingesaugten Probenmenge regelbar ist.

2. Solubilisationschromatograph nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Kontaktierzeit des Einlasses des Kapillarrohrs mit der Probe durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Lösungs mittels änderbar ist.

3. Solubilisationschromatograph nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Kontaktierzeit des Einlasses des Kapillarrohrs mit der Probe durch Änderung einer in die Leitung eingespritzten Proben menge änderbar ist.

4. Solubilisationschromatograph nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß eine in das Kapillarrohr eingesaugte Probenmenge durch Änderung der Größe der an die beiden Enden des Kapillarrohrs ange legten Spannung regelbar ist.

5. Solubilisationschromatograph nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß eine in das Kapillarrohr eingesaugte Probenmenge durch Änderung der Dauer der Spannungsanlegung an die beiden Enden des Kapillarrohrs regelbar ist.

6. Solubilisationschromatograph nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß eine in das Kapillarrohr eingesaugte Probenmenge durch Anbringung eines piezoelektrischen Über- oder Ultraschallwandlers am Dreiwegeanschluß und Änderung der Größe der An steuerspannung des Ultraschallwandlers regelbar ist.

7. Solubilisationschromatograph nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß eine in das Kapillarrohr eingesaugte Probenmenge durch Anbringung eines piezoelektrischen Über- oder Ultraschallwandlers am Dreiwegeanschluß und Änderung der Frequenz der Ansteuer-Wechselspannung für den Ultraschallwandler regelbar ist.