SE438557B - Sett vid analys av en utstrommande vetska med anvendning av en kvicksilverdroppelektrod samt anordning for genomforande av settet - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 7811080-6 2 vid vilken den variabla potentialen pâföres, en arbetande eller indikerande elektrod, med vilken strömflödet mäts, och en hjälp- eller räkneelektrod, som reglerar spänningen mellan referens- och den arbetande elektroden.

Den vanligaste använda arbetande eller indikerande elektroden i polarografiska detektorer är den droppande kvicksilverelektroden, vilken består av ett fint kapil- lärrör, ovanför vilket ett konstant kvicksilvertryck upprätthâlles. Kvicksilvret framkommer ur kapillärens spets med en hastighet av några få milligram per sekund i och bildar sfäriska små droppar vid kapillärmynningen in i den strömmande lösningen med en hastighet av en droppe med 2-10 s mellanrum. ' Den droppande kvicksilverelektroden har flera för- adelar jämfört med andra elektrodvarianter. T ex har kvick- t silver en hög väteöverspänning, vilket medger iakttagning av processer som normalt skymmes av vattnets sönderdelning vid andra elektroder. Dessutom minimerar den periodiska förnyelsen av den droppande kvicksilverelektrodens ytområde de problem som beror på förändringar i ytsammansättningen.

Emellertid har den tidigare användningen av drop- pande kvicksilverelektroder i flytande kromatografiska system allvarligt hämmats av (l) en avsevärd dödvolym som finns mellan vätskeströmmen och kvicksilvret och (2) turbulent strömning förorsakad av tidigare kända försök för att minimera den döda volymen.

Det är följaktligen ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett sätt vid och en apparat för analys av utströmmande vätska, varvid den döda volymen mellan vätskeströmmen och den indikerande elektroden minimeras. Det är vidare ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett sätt vid och en apparat för analys av utströmmande vätska, varvid en jämn ej turbu- lent strömning åstadkommes runt elektroden för att maxi-I mera analyskänsligheten.

Ytterligare ändamål och fördelar med föreliggande uppfinning kommer delvis att anges i nedanstående beskrivning och delvis att framgå av beskrivningen eller 10 15 20 25 30 35 7811080-6 3 kan läras genom utövande av uppfinningen. Ändamålen och fördelarna med uppfinningen kan förverkligas och erhållas medelst de i de bifogade patentkraven särskilt angivna hjälpmedlen och kombinationerna.

För att uppnå ovannämnda ändamål och i enlighet med uppfinningens avsikter, såsom de angivits och allmänt beskrivits ovan, omfattar apparaten för analys av ut- strömmande vätska enligt föreliggande uppfinning en kvicksilverdroppelektrod för alstring av kvicksilver- droppar symmetriskt omkring en vertikal axel och en vät- skeavgivande anordning för dirigering av en vätska från ett läge under dropparna i en vertikalt uppåtriktad riktning koaxiellt med den vertikala axeln för att åstad- komma turbulensfri strömning av vätskan omkring kvick- silverdropparna. g I en föredragen utföringsform av föreliggande upp- finning inbegriper kvicksilverdroppelektroden vidare en kapillar och en kapillär kanal med en första ände till- gänglig för mottagning av kvicksilver och en andra ände, vid vilken kvicksilverdroppar bildas. Kapillarens andra ände är avsmalnande. I en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning inbegriper dessutom den avgi- vande anordningen ett avgivande rör med en spets och en urborrning genom spetsen för att rikta vätskan mot kvicksilverdropparna. Urborrningen mynnar direkt under dropparna och är koaxiell med spetsens vertikala axel.

Spetsen är även konisk.

I en föredragen utföringsform av föreliggande upp- finning används en stödanordning för att fysikaliskt förbinda den avgivande anordningen och den kapillära kanalen med varandra för att säkerställa att urborr- ningens öppning i det avgivande röret och den kapillära kanalen kommer att befinna sig statiskt och fixerat i linje med varandra.

Dessutom omfattar ett sätt vid analyser av utströmman- de vätska i enlighet med föreliggande uppfinning och med användning av en kvicksilverdroppelektrod stegen med bildning av en kvicksilverdroppe vid änden av en kapillär kanal symmetriskt omkring en vertikal axel och riktning 10 15 20 25 30 35 7811080-1-6 4 av en vätska från ett läge under droppen vertikalt uppåt och koaxiellt med droppens vertikala axel för att åstadkoma turbulensfri strömning av vätska omkring kvicksilverdroppen.

En större förståelse av ändamålen och fördelarna med n föreliggande uppfinning kan erhållas genom följande de- taljerade beskrivning i samband med ritningarna. Därvid visar fig l ett tvärsnitt av en apparat för analys av utströmmande vätska i enlighet med föreliggande uppfin- ning. Fig 2 är en annan ritning av en föredragen utfö- ringsform av apparaten för analys av utströmmande vätska i enlighet med föreliggande uppfinning. Fig 3 är en illu- strerande bild av en utföringsform av ett vätskekromato- grafiskt detekteringssystem med användning av en apparat för analys av utströmmande vätska i enlighet med förelig- gande uppfinning. Fig 4 är en förstoring av en del av det kromatografiska detekteringssystem som visas i fig 3.

Fig 5 är ett flödesschema över ett detekteringssystem med användning av apparaten för analys av utströmmande vätska i enlighet med föreliggande uppfinning. Fig 6 är ett skrivardiagram av en kromatografisk analys av askor- binsyra i enlighet med föreliggande uppfinning.

Nedan kommer en föredragen utföringsform av uppfin- ningen att beskrivas, av vilken ett exempel illustreras i de bifogade ritningarna. _ 7 I fig l visas en ritning, som illustrerar_en apparat för analys av utströmmande vätska omfattande föreliggande uppfinning. ' _ I enlighet med föreliggande uppfinning omfattar en apparat för analys av utströmmande vätska en kvicksilver- droppelektrod för alstrande av kvicksilverdroppar symme- triskt omkring en vertikal axel. Sådana kvicksilverdropp- elektroder är välkända för fackmannen på området och kan t ex omfatta en särskild typ av kvicksilverdroppelektrod som betecknas som en statisk kvicksilverdroppelektrod och som utförligt beskrivs i den svenska patentansökan 7900686-2 med titeln “Statisk kvicksilverdroppelektrod" 10 15 20 25 30 35 7811080-6 5 Såsom fackmannen på området väl känner till och vilket illustreras i fig 1 inbegriper en kvicksilver- droppelektrod en kapillär kanal 10 i en kapillar 12 med en fin urborrning. Kapillärkanalen 10 har vanligen en diameter inom omrâdet cirka 0,076-0,305 mm i fallet med en statisk kvicksilverdroppelektrod enligt den ovan angivna patentansökan och har vanligen en inre diameter av approximativt 0,076 mm i fallet med en tidigare känd standardkvicksilverdroppelektrod.

I den kvicksilverdroppelektrod som visas i fig 1 har kapillärkanalen 10 en första ände 14 tillgänglig för mottagande av kvicksilver från en reservoar 16 belägen ovanför den första änden 14. Vidare har kapi1lärkanalenlO en andra ände 18, vid vilken kvicksilverdroppar 20 alstras.

När dropparna 20 alstras hänger de från den andra änden18 i kapillaren 12 symmetriskt omkring en vertikal axel genom dropparna.

I den föredragna utföringsformen av föreliggande uppfinning, vilken visas i fig 1, är den andra änden 18 konisk. Denna avsmalning kan t ex bilda en vinkel av 450 med kapillarens 12 axel.

Apparaten för analys av utströmmande vätska enligt föreliggande uppfinning inbegriper vidare ett tillförsel- organ för riktning av en vätska från ett läge under dropparna 20 vertikalt uppåt och koaxiellt med droppar- nas 20 vertikala axel för att åstadkomma turbulensfri strömning av vätska omkring kvicksilverdropparna.

Såsom visas i fig 1 inbegriper ett tillförselorgan ett tillförselrör 22 med en spets 24 och en urborrning 26 genom röret 22 och spetsen 24 för att rikta vätska mot dropparna 20. Urborrningen 26 öppnar sig omedelbart under dropparna 20 och är koaxiell med dropparnas 20 vertikala axel .

Spetsen 24 befinner sig på ett avstånd från droppar- na 20 av företrädesvis 1,5-4 mm och kan även vara konisk.

Urborrningen 26 i vätsketillförselorganet kan ha en inre diameter i storleksordningen 0,5 mm.

Vid drift av_apparaten för analys av utströmmande vätska illustrerad i fig 1 får kvicksilver i reservoaren 16 10 15 20 25 30 35 07811080-6 6 passera genom den första änden l4 i kapillaren 12 för att bilda droppar 20 vid den andra änden 18 av kapil- laren 12. Vidare införs vätska, t ex resulterande frånå vätskekromatografianalys, in i urborrningen 26 och ström- mar uppför urborrningen 26 i röret 22 och spetsen 24 för att komma fram symmetriskt omkring droppen 20. Man har funnit att vätska som kommer fram ur urborrningen 26 strömmar omkring droppen 20 på ett jämnt oturbulent sätt och åstadkommer därigenom en ytterst liten död volym och en ytterst hög känslighetsnivå för analys av utströmmande vätska. då Man skall förstå att en lämplig och känd mätanord- ning kan anbringas till den i fig l illustrerade appa- raten för att åstadkomma en elektrisk analys av den ström som uppträder vid kvicksilverdroppen 20 och be- skrivningen av en sådan känd apparat ligger utanför om- fånget för föreliggande uppfinning, eftersom en sådan beskrivning är välkänd för fackmannen på området.

Ett sätt att analysera en utströmmande vätska med användning av en kvicksilverdroppelektrod i enlighet med föreliggande uppfinning kan även beskrivas med referens till fig 1. Metodens första steg är bildningen av en kvicksilverdroppe 20 vid slutet av kapillärkanalen lO symmetriskt omkring en vertikal axel. Vid metodens andra steg riktas en vätska, såsom i urborrningen 26, från ett läge under droppen 20 vertikalt uppåt och koaxiellt med dropparnas 20 vertikala axel för att åstadkomma turbu- lensfri vätskeströmning omkring kvicksilverdroppen 20.

Man skall förstå att avsmalningen av den andra änden 18 är ett signifikant drag hos föreliggande uppfinning, vilket medger att vätsketillförselorganet åstadkommer en turbulensfri vätskeström omkring kvicksilverdroppen. Ex- ,perimentering har klart visat att användningen av en flat kant vid den andra änden 18 av kapillaren 12 är fullstän- digtolämplig för att åstadkomma analys av utströmmande vätska med hög känslighet. Det är endast genom användningen _av en konisk andra ände l8 som en lämplig apparat förverk- ligas. 10 l5 20 25 30 7811080-6 7 En annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning illustreras i fig 2. I fig 2 visas en kvick- silverdroppelektrod 30 för alstring av kvicksilver- droppar 32, vilka är symmetriska omkring en vertikal axel 34. Kvicksilverdroppelektroden 30 visas med en kapillär kanal 36 med en första ände 38 tillgänglig för att motta kvicksilver från en reservoar och en andra ände 40, vid vilken kvicksilverdroppar 32 bildas.

I utföringsformen enligt föreliggande uppfinning som visas i fig 2 smalnar den andra änden 40 även av med en vinkel av approximativt 450 mot axeln 34. Det inses att den andra änden 40 kan smalna av med en annan vinkel än 450. T ex kommer lutningar inom området 30-600 till axeln 34 att resultera i den önskade turbulensfria vätskeströmningen omkring kvicksilverdroppen 32.

Såsom visas i fig 2 inbegriper vätsketillförselor- ganet enligt föreliggande uppfinning ett tillförselrör 42 med en spets 44 och en urborrning 46, som sträd«n'sig gamm röret 42 och spetsen 44 för att rikta vätska mot droppar- na 32. Urborrningen 46 har en öppning omedelbart under a dropparna 32 och är koaxiell med dropparnas 32 vertikala axel 34. Spetsen 44 är belägen på ett avstånd från och under den andra änden 40 liknande det som beskrivas i samband med den tidigare utföringsformen och är även konisk.

Såsom visas i fig 2 inbegriper apparaten för analys av utströmmande vätska enligt föreliggande uppfinning vidare ett stödorgan för att fysikaliskt förbinda till- förselorganet med kapillärkanalen för att säkerställa att urborrningens öppning i tillförselröret och kapillär- kanalen befinner sig statiskt och fixerat i linje med varandra. ' Närmare bestämt visas ett stödorgan i fig 2, vilket omfattar tvâ på avstånd frân varandra belägna tvärstag 48 placerade mellan röret 42 och kapillaren 12. Tvärstagen 48 skall ha en styv konstruktion och vara fysikaliskt för- bundna med både röret 42 och kapillaren 12. Tvärstagen 48 kan t ex utgöras av glas eller annat lämpligt stödjande 10 l5 20 25 30 35 «-_-.w-p-~..-.__.~...._.. ,.. _ . H 57811080-6 8 material. Vidare skall tvärstagen 48 hålla röret 42 och kapillaren l2 på ett tillräckligt avstånd från varandra för att möjliggöra justering av spetsen 44 i linje med dropparnas 32 vertikala axel 34. A Fig 3 visar en detektorapparat för vätskekromatografi som använder sig av apparaten för analys av utströmmande vätska enligt föreliggande uppfinning. I fig 3 visas en kvicksilverdroppelektrod 50 placerad ovanför ett vätske- tillförselrör 52.

Såsom klarare framgår av fig 4, vilken är en för- storing av en del av fig 3, omfattar elektroden 50 en kapillar 12 med en andra ände 54, vid vilken kvicksilver- droppar 56 bildas. Såsom vidare visas i fig 4 har ett tillförselrör 58 en spets 60 och urborrning 62 genom tillförselröret 58 och spetsen 60 för att rikta vätska mot dropparna 56. Urborrningen 62 visas så att den öppnar sig omedelbart under dropparna 56 och är koaxiell med den vertikala symmetriaxeln i dropparna 56. Vidare är spetsen 60 placerad på avstånd från den andra änden 54 på samma sätt som beskrivs i samband med de tidigare utförings- formerna och är även konisk.

Såsom visas i fig 4 fäster ett stödorgan 64 fysiskt tillförselröret 58 och spetsen 60 i tillförselorganet enligt föreliggande uppfinning och kapillärkanalen lO i kapillaren 12 vid varandra för att säkerställa att öpp- ningen i urborrningen 62 och öppningen i kapillärkanalen 10 i den andra änden 54 i kapillaren 12 statiskt och fixerat kommer i linje med varandra. Stödorganet'64 be- står av en cylindrisk bussning med en första övre öppen_ ände 66 och en andra nedre öppen ände 68. Stödorganets 64 övre öppna ände 66 är dimensionerad så att den styvt och fixerat kvarhåller kapillarens l2 andra ände 54. Stöd- organets 64 andra ände 68 är dimensionerad för att styvt och fixerat kvarhålla tillförselrörorganets spets 60.

Vidare har stödorganet 64 ett flertal öppningar 70, vilka medger fri passage av vätska in i och ut ur stödorganet 64.

Vid drift av den utföringsform av föreliggande upp- finning som visas i fig 4 omger vätskan som kommer ut ur lO l5 20 25 30 35 7811080-6 9 urborrningen 62 koncentriskt dropparna 56 för att åstad- komma en jämn, konsekvent, oturbulent vätskeströmning över dropparnas 56 yta. Vätskan kommer efter att ha passerat dropparna 56 ut ur stödorganet 64 genom öpp- ningarna 70. Efter bortdrivande av droppen 56 från kapil- laren 12 medelst någon lämplig välkänd droppavstötande mekanism undviker vidare droppen 56 urborrningens 62 öppning beroende på den allmänt avsmalnande formen av spetsen 60. Vidare lämnar kvicksilverdroppen 56 stöd- organet 64 genom öppningarna 70. Kvicksilverdropparnas 56 utgående från stödorganet 64 genom öppningarna 70 kan underlättas genom att utforma spetsens 60 lutning på ett sätt varigenom den befrämjar dropparnas 56 av- rullning från spetsens 60 lutning vid kontaktpunkten mellan spetsen 60 och öppningarna 70.

Ett system som använder apparaten för analys av ut- strömmande vätska enligt föreliggande uppfinning illu- streras i fig 5.

I fig 5 visas en statisk kvicksilverdroppelektrod 80 som inbegriper en kvicksilverreservoar 82 och den nedåt- riktade kapillaren 12 med en inre urborrning med fin diameter 10. Kvicksilverdroppelektroden 80 utgör en ar- betande eller indikerande elektrod i en elektrolyscell 84, vilken dessutom omfattar en referenselektrod 86 och en räknar- eller hjälpelektrod 88. Det är välkänt för fack- mannen på området att kvicksilverdroppelektroden 82, referenselektroden 86 och räknarelektroden 88 är kopplade till en polarografisk analysator 90, vilken åstadkommer lämplig och välkänd analys av det kritiska sambandet mel- lan ström och spänning i cellen 84 och som en utsignal åstadkommer en kurva över dessa samband med skrivaren 92.

Fig 5 visar vidare en vätskekromatograf 94, vilken även är välkänd för fackmannen på området, kopplad medelst ett tillförselrör 96 till en apparat 98 för analys av utströmmande vätska, vilken är föremål för föreliggande uppfinning. Apparaten 98 beskrivs och visas närmare i fig 4. Fig 5 inbegriper vidare en droppavstötande solenoid 100 belägen intill kapillaren 12 för att selektivt ge 10 15 20 25 30 35 7811080-6 10 kapillaren 12 en mekanisk stöt, vilken lossar droppar som bildas vid den nedre änden av detta.

Vid drift av det i fig 5 visade systemet strömmar vätska som framkommer ur vätskekromatografen 94 genom tillförselröret 96 omkring och uppslukar kvicksilver- elektroddropparna 56 vid kapillarens 12 nedre ände i en ej turbulent jämn ström såsom beskrivits ovan. Analys av det kemiska innehållet i strömmen som passerar drop- pen 56 genomföres av den polarografiska analysatorn 90 och upptas på skrivaren 92, vilket är välkänt för fack- mannen på området. Vid vilket lämpligt tidsintervall som helst igångssättes den droppavstötande solenoiden 100 för att stöta bort droppen 56 från kapillarens 12 nedre ände, varvid droppen 56 slutligen lämnar apparaten 98 och faller ned till botten av cellen 84.

Apparaten för analys av utströmmande vätska som beskrivs ovan har genom experimentering befunnits åstad- komma en ytterst liten död volym i storleksordningen approximativt 0,4 pl, vilket åstadkommer väsentligt för- höjd testkänslighet i jämförelse med tidigare kända meto- der, vid vilka den döda volymen är känd för att endast närma sig ett minimum av 10 pl.

Fig 6 är ett upptaget diagram av vätskekromatografi- nanogram (l0_7 g) askorbinsyra genomförd med ett system liknande det som visas i fig 5. axeln i fig 6 motsvarar en ström med en analys av 100 användning av Den vertikala känslighet av approximativt 50 nanoamperezper2,54 cm. Den horisontella axeln motsvarar en tidsskala av approximativt l min per 2,54 cm. Detta diagram är en indikation på den ytterst höga känslighet som kan erhållas med användning av kombinationen av polarografisk analys och apparaten för analys av utströmmande vätska enligt föreliggande upp- finning.

Tillämpning finns för detektering av föreningar som uppvisar adsorption eller annan ytaktivitet på en elektrod med användning av sättet och apparaten för analys av ut- strömmande vätska enligt föreliggande uppfinning. Med an- vändning av växelströmsmetoder, sådana som tensammetri, 10 15 25 30 7811080-6 ll faskänslig detektering eller enkel växelströmsvoltammetri, är det möjligt att i en vätskekromatografiskt behandlad vätska eller annat strömmande system detektera föreningar, sådana som, men inte begränsade till följande lista: enzym, protein, tanniner, hormoner, steroider, kolloider, ytaktiva medel, detergenter, tvàlar, Med tidigare kända metoder är många av dessa föreningsklasser mycket svåra att detektera med god känslighet i kromatografiska system. Eftersom adsorptionsströmmar ofta är en eller tvâ gånger starkare än reduktionsströmmar skulle ytterst stor känslighet vara möjlig i samband med föreliggande uppfinning.

Vidare skulle mycket dåligt ledande lösningar kunna användas vid sättet och apparaten enligt föreliggande upp- finning, eftersom endast ett mycket tunt analytskikt om- ger kvicksilverdroppen och förorsakar ett motsvarande litet (IR) spänningsfall. Potentialen borde vara mer reproducer- bar och lägre potentiostatutjämnande spänning krävas, ef- tersom räknar- och referenselektroderna kan placeras i lösningar som är lika ledande som mättad kaliumklorid.

Medan särskilda utföringsformer av föreliggande upp- finning har visats och beskrivits är det naturligtvis tydligt för fackmannen på området att särskilda fördelar och modifikationer kan åstadkommas utan att man avviker från uppfinningens anda och följaktligen är avsikten att uppfinningens omfång inte bestäms av de ovanstående exemp- len utan endast av de bifogade patentkraven.

Claims (10)

1. 0 15 20 25 30 7811080-6 12 PATENTKRAV l. Sätt vid analys av en utströmmande vätska med användning av en kvicksilverdroppelektrod (12, 30), k ä n n e t e c k n a t av att en kvicksilverdroppe (20, 32) bildas symmetriskt omkring en vertikal axel (34) vid slutet av en kapillär kanal (36) och en vätska riktas från ett läge under droppen vertikalt uppåt och koaxiellt med den vertikala axeln för att åstadkomma en turbulensfri vätskeström omkring kvicksilverdroppen.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att en statisk kvicksilverdroppe bildas vid slutet av kapillärkanalen.

3. Sätt enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k- n a t av att vätskan strömmar genom en urborrning med en hastighet i storleksordningen 40 cm/s med en flödes- hastighet i storleksordningen 5 ml/min.

4. Sätt enligt ett eller flera av kraven l-3, k ä n n e t e c k n a t av att kvicksilver strömmar genom en kapillärkanal mot dess ände för att bilda drop- pen, vätska strömmar genom en urborrning för att rikta vätskan koncentriskt omkring kvicksilverdroppen och kanalen och urborrningen kvarhâlles i ett fixerat sta- tiskt förhållande till varandra.

5. Apparat för analys av utströmmande vätska, k ä n n e t e c k n a d av att den omfattar en kvick- silverdroppelektrod (12, 30) för bildning av kvicksilver- droppar (20, 32) symmetriska omkring en vertikal axel (34) och ett flödestillförselorgan (22, 42) för styr- ning av en vätska från ett läge under dropparna (20, 32) vertikalt uppåt och koaxiellt med den vertikala axeln för att åstadkomma turbulensfri vätskeströmning omkring kvicksilverdropparna.

6. Apparat enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att kvicksilverdroppelektroden (12, 30) inbegriper 10 15 20 25 7811080-6 13 en kapillärkanal (36) med en första ände (14, 38) till- gänglig för mottagning av kvicksilver och en andra ände (18, 40), vid vilken kvicksilverdropparna (20, 32) bildas, vilken andra ände (l8, 40) är konisk.

7. Apparat enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k- n a d av att flödestillförselorganet (22, 42) inbegri- per ett tillförselrör (22, 42) med en spets (24, 44) och en urborrning (26, 46) genom spetsen (24, 44) för att rikta strömmen mot dropparna (20, 32), vilken ur- borrning (26, 46) öppnar sig omedelbart under dropparna (20, 32) och är koaxiell med den vertikala axeln (34) och vilken spets är konisk.

8. Apparat enligt ett eller flera av kraven 5-7, k ä n n e t e c k n a d av att den inbegriper stödorgan (48) för att fysiskt förbinda flödestillförselorganet (22, 42) och kapillärkanalen (10, 36) med varandra för att säkerställa att urborrningens öppning och kapillär- kanalen statiskt och fixerat kvarhålles i linje med varandra.

9. Apparat enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att urborrningen (46) i flödesvätsketillförselorganet har en inre diameter i storleksordningen 0,5 mm.

10. l0. Apparat enligt ett eller flera av kraven 5-9, k ä n n e t e c k n a d av att kvicksilverdroppelektroden inbegriper organ för bildning av statiska kvicksilver- droppar.