WO2011085791A1 - Method for real-time sample preparation in the hplc high-pressure area with the aid of ultrasound - Google Patents

Method for real-time sample preparation in the hplc high-pressure area with the aid of ultrasound Download PDF

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WO2011085791A1
WO2011085791A1 PCT/EP2010/007823 EP2010007823W WO2011085791A1 WO 2011085791 A1 WO2011085791 A1 WO 2011085791A1 EP 2010007823 W EP2010007823 W EP 2010007823W WO 2011085791 A1 WO2011085791 A1 WO 2011085791A1
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Doebelin Werner
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    • G01N30/28Control of physical parameters of the fluid carrier
    • G01N30/32Control of physical parameters of the fluid carrier of pressure or speed

Definitions

  • the invention relates to a high performance liquid chromatography (HPLC) system comprising a sample receiver, at least one separation column and a detector, wherein the sample receiver is connected to the at least one separation column by at least one capillary connection line.
  • HPLC high performance liquid chromatography
  • HPLC is used as a chromatographic separation method in analytics in a wide variety of fields. These include pharmaceutical research and development, quality assurance, the wide range of life sciences, also known as life sciences, and environmental issues.
  • sample preparation or preparation Important for the quality of an HPLC test is already the sample preparation or preparation. Great efforts have been made here for a long time to obtain the most accurate and reproducible results with little effort. Especially the processing of biological or medical samples and environmental samples is often associated with great effort, so that the sample for high performance liquid chromatography is suitable and can be injected accordingly into an HPLC system. Sample handling from sampling to sample distribution, sample preparation, sample storage
  • CONFIRMATION COPY tion to the injection of the sample into the HPLC system harbors a large number of possible errors which falsify the analytical result or even make it unusable. Any simplification of the sample processing minimizes the possibility of error.
  • centrifugation sample preparation is basically considered to be a fast, ie time-saving and simple method, it is not free from disadvantages. Centrifugation involves centrifugal forces of up to 14,000 g. Here it is important to prevent leakage through special sealing methods. Since, for this type of sample preparation, filter In addition, care must be taken to prevent the entry of undesirable, extractable constituents.
  • the invention therefore an object of the invention to provide a system for sample treatment, with which these negative effects can be reduced with reasonable effort and new applications can be made possible, so that in particular biological, biochemical, pharmaceutical, medical and / or environmental samples directly after the Sampling, optionally after intermediate storage, injected into an HPLC system and can be analyzed with high quality.
  • HPLC high-performance liquid chromatography
  • This object is achieved according to the invention with a high-performance liquid chromatography (HPLC) system which has a sample holder, at least one HPLC column and a detector, wherein the sample holder is connected to the at least one HPLC column by at least one capillary connection line.
  • an ultrasonic device is arranged and brought into contact with or with at least one of the capillary connecting lines.
  • HPLC column is to be understood quite generally and includes any type of columns which can be used and used in an HPLC system.
  • the HPLC column is to be understood as a separation column.
  • the HPLC system can be operated in normal phase or reverse phase. ben.
  • the reverse phase method the most common HPLC method, is commonly referred to as "reversed phase” and abbreviated to RP.
  • precolumns it is also customary to connect one or more precolumns to the actual separation column. On the one hand, these have the task of preventing impurities from the separating column as the main column and, on the other hand, they can serve for concentrating. In the context of the teachings of the invention shown here is initially not distinguished between precolumn and separation column. If the ultrasound device is arranged in the region between the sample holder and the at least one HPLC column, it may be arranged either in front of the separation column or in front of the first pre-column, depending on whether and how many pre-columns are provided.
  • the ultrasound device Since it is the task of the ultrasound device to produce as homogenized a sample as possible which passes through the at least one HPLC column without clogging it, or else to destroy cells in the sample in order to access internal cell components for analysis it makes sense according to the invention to arrange the ultrasonic device in front of the respective first HPLC column, ie before the separation column or before the first guard column.
  • the ultrasonic energy acts directly on and into the sample. This is to homogenize the sample, the components contained in the sample are crushed and the property (s) of the sample changed so far that a clogging of the at least one HPLC column is avoided. In principle, this achieves a substantial improvement and simplification of the analysis.
  • the connecting capillary When the sample after the high-pressure injection is pumped through the at least one connecting capillary which is brought into contact with the ultrasonic device, the connecting capillary should be rigidly connected to the ultrasonic head of the ultrasonic device so that the ultrasonic vibration is as complete as possible the connection capillary is transferred and the ultrasonic energy can thus act directly and as completely as possible on the sample.
  • the sample is homogenized and optimized for the at least one HPLC column.
  • the HPLC column does not clog or significantly less.
  • the service life of the HPLC column (s) is extended and the separation efficiency of the HPLC column can improve.
  • the ultrasonic device is arranged in the region between the sample receiver and the at least one guard column. In the presence of a plurality of guard columns, the ultrasonic device is in principle also arranged in front of the first guard column. Only in this way can it fully unfold the effect that it has achieved in accordance with the invention.
  • the at least one capillary connecting line can have essentially three sections or consist of at least three capillaries, which are each connected to one another.
  • capillaries in the HPLC system via so-called fittings, which are known per se.
  • the first section of the capillary connection line or the first capillary then leads from the sample receiver to the ultrasonic device.
  • the second portion or capillary is brought into contact with the ultrasonic device and the third portion or capillary is connected to the at least one HPLC column which, when only one HPLC column is present in the HPLC system, is the separation column is. If several HPLC columns are present, it is a precolumn.
  • the ultrasound device has an ultrasound head and the second section of the capillary connection line or the second capillary is brought into contact with the ultrasound device by being wound onto the ultrasound head.
  • the two further sections of the capillary connecting line or the two further capillaries are, on the other hand, kept flexible.
  • the part of the capillary connection line which is directly connected to the ultrasound head by being wound up, can absorb sound energy well and pass it on to the inside of the capillary.
  • no ultrasonic energy is lost since the two parts of the capillary leading respectively to the ultrasound device are kept flexible. As a result, the ultrasonic vibration is damped in these areas and not forwarded.
  • the material for the capillary (s) may be selected from metal, which may additionally be coated with glass fibers in a variant in Kapillarinnern and / or plastic.
  • the metal may be selected from stainless steel, stainless steel or titanium and / or the plastic may be selected from polyetheretherketone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFE), in particular Teflon, and / or fluoropolymers, in particular ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE).
  • PEEK polyetheretherketone
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • ETFE ethylene-tetrafluoroethylene
  • the outside diameter may be about 1/32 "to 1/8" and the inside diameter is 0.25 to 2 mm, preferably 1/16 "as the outside diameter, and 0.25 to 0.75 mm, particularly preferably 0.5 mm as the inside diameter.
  • the invention also relates to a method for sample preparation in an HPLC system, in which the sample is injected via a sample receptacle in the HPLC system and passed over at least one capillary connection line to at least one HPLC column.
  • the sample is brought into contact with an ultrasonic device by which their proportions are finely divided and homogenized before the sample reaches the at least one HPLC column.
  • HPLC column is to be understood to include both the separation column and the precolumn, depending on whether the HPLC system has one or more columns, at least one of which regularly precolumn.
  • Conventional ultrasonic frequencies of the ultrasound device are in the range of approximately 10 to 60 kHz.
  • the ultrasound energy or the energy flow is controlled by the amplitude.
  • the residence time of the sample in the ultrasonic range ie to call the effective path length, which depends inter alia on the flow rate and the residence time of the capillary in direct contact with the ultrasonic head.
  • ultrasound can be applied as continuous sound or pulsed. According to the invention, pulsed ultrasound with a pulse width of 10-100% is preferably used.
  • the sample after the ultrasonic device, the sample first passes at least one HPLC column in the form of a precolumn, which is connected upstream of the further HPLC column in the form of a separation column. This includes the case that more than one guard column is connected upstream.
  • the sample intake in the HPLC system takes place directly from a sample taken from a body or medium or from a sample supply.
  • a body or cell culture or other sample from or from which the direct sampling is made may be, for example, that of a small animal or child.
  • Another advantage to bear which can be further enhanced by the use of a specially designed pipette tip, as it has become known with WO-A-2010/084180.
  • This advantage consists in the small amounts of sample needed to perform the HPLC analysis. On the one hand, this is due to the fact that the usual Preparation and preparation steps for the sample require additional sample volume, which is not necessary here.
  • the sample volume can still be removed from the body or medium in a particularly gentle manner and in the smallest amounts by the said pipette tip in such a way that the pipette tip itself can already be used for injection into the HPLC system.
  • the invention also relates to the use of the HPLC system as described above in various embodiments and the corresponding method for sample preparation in the HPLC system for the examination of biological, biochemical, pharmaceutical, medical and / or environmental samples.
  • the HPLC system according to the invention can e.g. for digestion processes in the protein and molecular range, for protein systems or cell cultures as well as for pharmacokinetics and / or pharmacodynamics.
  • FIG. 1 shows a schematically illustrated HPLC system with ultrasonic device and pre-column circuit with a guard column
  • Fig. 3 a schematically illustrated HPLC system with ultrasonic device and pre-column circuit with three pre-columns.
  • FIG. 1 shows an HPLC system which can operate both in normal mode and in reversed-phase mode.
  • the ultrasound treatment of a sample 1 to be examined is completely independent thereof and will be explained in more detail below.
  • the following statements apply not only for use in the field of conventional HPLC separation methods.
  • the inventive design of the HPLC system i.
  • Substantially sample preparation before passing through the column (s) has proven to be usable and suitable in the field of ultrahigh-performance liquid chromatography (UPLC or UHPLC) as well.
  • the UPLC differs from the conventional HPLC separation process by a higher sample throughput, which is essentially conditioned by a higher separation efficiency achieved in the UPLC process.
  • the UPLC refers to a HPLC separation process with greatly enhanced performance. This definition is also used in the context of these remarks.
  • the HPLC system shown in FIG. 1 has a sample receiving area into which a sample 1, which has at least one analyte to be examined, is transported directly from a sample container 3.
  • the sample container 3 has in this embodiment, a special embodiment, which is particularly advantageous, but not necessarily required to carry out the present invention. Therefore, this special design of the sample container 3 will be discussed in more detail below.
  • an input line 5 which is connected to a valve 7, so that the sample 1 with appropriate circuit of the Valve 7 passes from the sample container 3 in a sample loop 9.
  • An overflow line 11 ensures that a sample overflow can flow into a designated waste container 13.
  • an HPLC charge pump 15 is provided, through which the sample 1 located in the sample loop 9 is guided via a line 17 and with appropriate switching of the valve 7 into a first line section 19 of a capillary connection line and from there to the sample preparation according to the invention for an ultrasonic device 21 arrives.
  • This ultrasonic device 21 is shown in Fig. 2 again in more detail. It has an ultrasound driver 23, an ultrasound adapter 25 and an ultrasound head 27. The direction of movement of the ultrasound thus generated extends axially on the axis designated by the reference numeral 28 in FIG.
  • a second line section 29 of the connecting line is wound and coupled by this winding substantially rigidly, but releasably coupled to the ultrasonic head 27. This ensures that the ultrasonic energy acts directly on the sample 1, which is guided over the first line section 19 in this second line section 29, due to the turns of the second line section 29 dwells in the region of the ultrasonic head 27 and this happens several times.
  • the number of windings of the second line section 29 is thus also a measure of the residence time of the sample 1 in the ultrasonic range.
  • the windings are chosen so that the sample 1 is well homogenized by the ultrasonic treatment, i. solid, agglomerated or clumped components in the sample are sufficiently destroyed by the ultrasound effect.
  • the constituents of the sample 1 are finely distributed in this way and optimized for an HPLC precolumn designated by the reference numeral 31 in the exemplary embodiment. It has been found that the HPLC pre-column 31 is not or significantly less clogged than without ultrasound treatment. The lifetime of the HPLC pre-column 31 is thus considerably extended.
  • the use of the HPLC system according to the invention is not limited to this field of application.
  • the HPLC system investigations were carried out in the field of efficacy testing of active pharmaceutical ingredients, which were previously not possible and which are basically based on destroying cells suitable for the purpose of the investigation.
  • This method is used in the field of pharmacokinetics or pharmacodynamics to test for certain active ingredients in cells and to determine how much of them contained in the cells to be examined, that is, actually penetrated into the cells.
  • the study is based on a cell culture in the form of a concentrated cell matrix, which is about 10 times smaller than whole blood.
  • This cell matrix is pipetted, injected into the HPLC system, the cells are ruptured, and the drug released thereby can be determined.
  • the prior preparation of the concentrated cell matrix can now be ensured beyond doubt that the specific concentrations of active substance were actually in the cell, or were relatively firmly bound to the outer cell wall, so they do not by the previous steps of concentration and washing could be replaced.
  • the ultrasonic device used for the above-described experiments had used an ultrasonic frequency of 30 kHz.
  • the ultrasound energy or energy flow was controlled by the amplitude.
  • pulsed ultrasound was used with a pulse width that was varied from 10-100% for testing purposes.
  • Another important factor was the residence time of the sample in the ultrasonic range, i. the effective path length the sample traveled in the ultrasound range per unit of time.
  • the flow rate for the residence time of the capillary is in direct contact with the ultrasound probe and the capillary itself, i. their inside diameters play a role.
  • test experiments flow rates were set, which allowed a residence time of the samples depending on the experiment carried out from 5 to 30 s. Especially while winding numbers of the capillary 29 were tested around the ultrasonic head 27 of 25 - 35 windings. In particular, the experiments were adjusted so that at a winding number of 30 and a flow rate of 100 - 300 ⁇ per min, a residence time of about 20 s in the ultrasonic range resulted.
  • the connecting line After passing the ultrasonic device 21, i. essentially the ultrasonic head 27, the connecting line passes into a third line section 33, through which the sample 1 is passed after passing through a valve 35 via a further line 37 to the already mentioned HP LC-Vorklale 31.
  • First line section 19 second line section 29, in which the sample 1 is brought into contact with the ultrasound by passing the windings around the ultrasonic head 27, and the third line section 33 are integrally formed in the embodiment.
  • capillaries it should be noted in principle that they must be suitable for high pressure.
  • the preferred capillary material has been found in the context of the test trials PEEK.
  • Other plastic materials and capillaries of steel or titanium can also be used.
  • Thin-walled, high-pressure PEEK capillaries with an outer diameter of about 1/16 "and an inner diameter of 0.5 mm were mostly used here.
  • capillary thicknesses with an outer diameter of 1/32 "and 1/8" and an inner diameter of 0.25 - 0.75 mm or larger can be used.
  • the first line section 19 and the third line section 33 are flexibly mounted and held to thereby dampen the ultrasonic vibration and not forward.
  • the at least one analyte in the sample 1 is now retained by the HPLC pre-column 31. Further, non-retained components of the sample 1 are further rinsed by the HPLC charge pump 15 via output lines 39 and 41 into a second waste container 43. In this way, the at least one analyte in the sample 1 on the HPLC pre-column 31 is cleaned for the first time, concentrated on it. trated and separated from interfering components. The at least one analyte in the sample 1, which is now still on the HPLC pre-column 31, is now forwarded to an analytical separation column 45.
  • a HPLC pump 53 is actuated via a valve 47 and lines 49 and 41, and the sample 1 flows via lines 55 and 57 to the analytical separation column 45 where it is again separated from interfering components which are in the sample 1 to then pass via a line 59 in a specific detector not shown in the figures.
  • an MS-MS detector was used.
  • the use of MS-MS coupling by a triple-quad device makes it possible to obtain as much information as possible from the samples to be examined. By this method fragments of molecules could be measured.
  • any HPLC detectors may be used. In order to test the described HPLC system more closely, biological samples from the area of blood, plasma, urine and cerebrospinal fluid were preferably used and injected directly after sampling. The HPLC system was also coupled to a mass spectrometer.
  • direct injection of the samples under investigation in the context of the present invention is understood to mean, in particular, an injection which involves the conventional preparatory steps in the examination of a sample, such as metering into a sample loop. should be removed from a sample vessel and the washing steps required thereby avoid the parts in contact with the samples. Also, no prior solid phase extraction or other usual preparation step is required.
  • a sample container for direct injection, a sample container, not shown in more detail in the drawing, is used, which will be discussed in more detail.
  • This sample container as disclosed by WO-A-2010/084180 /, to which reference is made in its entirety, has a pipette tip which has an open end both on the pipette side and on the sample side. Inside the pipette tip is an inner support sleeve provided with a capillary opening. The sample-side end of the pipette tip is pressure-tight pressed into a front side sealed with a membrane closure sleeve.
  • the closure sleeve with the pipette tip located in it is clamped in a holding device, wherein holding jaws are used for holding the closure sleeve and the pipette tip.
  • holding jaws are used for holding the closure sleeve and the pipette tip.
  • capillary needles are arranged axially in the pipette tip.
  • the pipette tip When injecting sample 1 by means of this sample container, the pipette tip closes the sample loop of the HPLC injection system.
  • the sample loop is replaceable and the sample container in which sample 1 is prepared and injected with the pipette tip is disposable, i.e., it may be discarded after injection.
  • prepared boxes containing 54 sample containers filled with the above-mentioned pipettes can be used. They can either be stored or used directly for a measurement.
  • the pipettes are described in the above mentioned WO-A-2010/084180. ben.
  • the thus prepared for the measurement sample container is closed on one side by a closure sleeve. On the other side is the support sleeve.
  • the actual separating column 45 was preceded by one to three pre-columns 37.
  • the criteria according to which one, two or three pre-columns 37 have been used according to the invention apply in general and in particular also for all HPLC investigations explained below and shall be briefly presented below in general terms.
  • the use of one or more guard columns is not necessarily required, but has proven to be useful to keep impurities as possible of the actual separation column 45 as the main pillar.
  • the number depends on the system to be examined.
  • a single-stage pre-column circuit 37 was chosen when the sample to be tested could be directly injected into the HPLC system without prior sample preparation. This basically depends on the nature of the analytes to be investigated.
  • the sample to be tested is injected directly into the HPLC system without prior sample preparation steps and the described pipette tip represents a subsequently disposable sample loop.
  • the measurement can be fully automatic. Then the pipettes or pipette tips are replaced automatically after each injection.
  • the tests used a pressure of 2,500 psi, corresponding to 170 bar. Higher pressures are possible in principle.
  • the pre-column circuit 37 has been explained with the ultrasonic module 21 according to the invention as a single-stage pre-column circuit 37, this is due to the fact that it depends essentially on the ultrasound module that for the purposes of the present invention easiest on the basis of the single-stage Vorklalenscnies 37 can be explained. This is therefore not to be understood as limiting.
  • the principles described for the ultrasonic module 21 according to the invention can also be used when using a two-stage and multi-stage Vorklascnies.
  • This two-stage pre-column circuit was used in two versions, once in the usual HPLC with the pressures already mentioned for the one-stage pre-column circuit, and in the UPLC version with a working pressure of up to 20,000 psi.
  • the UPLC will be explained in more detail below.
  • a two-stage pre-column circuit may therefore be indicated when a two-phase cleaning step is required, e.g. once via an SPE precolumn and additionally on a RAM column.
  • RAM columns are understood as meaning columns of "restricted access materials" based on silica gel with hydrophobic groups, and combined with the reversed-phase mode of the HPLC system, it was thus possible to disrupt molecules by determining the sizes of fractions of molecules ,
  • RAM columns are suitable for low molecular weight hydrophobic analytes from non-pretreated samples, especially biological samples, which extract and enrich directly.
  • biological samples include hemolyzed blood, plasma, serum, milk, fermentation broth, supernatants or food homogenates.
  • An example of their application is the study carried out in the context of the present invention for the determination of bosentan and three of its metabolites directly from the blood in the form of an HPLC-MS assay.
  • the blood samples were purified on a RAM column, commercially available from Merck in Darmstadt, Germany, concentrated on a precolumn and separated on a C-phenyl HPLC column HPLC flow rate on said analytical separation column 45 was 300 ⁇ / min in the exemplary embodiment.
  • the detector used was an MS-MS detector.
  • the detector used was an MS-MS detector.
  • the higher working pressure required for this variant could be made possible in particular by using the previously described pipettes for the HPLC or UPLC injection system by using suitable pumps and valves.
  • the valves high pressure valves designed for a working pressure of up to 20,000 psi were used.

Abstract

The invention relates to a high-performance liquid chromatography (HPLC) system, comprising a sample receptacle, an HPLC column (31, 45) in the form of a separating column (45), upstream of which at least one precolumn (31) is arranged, at least one capillary connecting line, and a detector. An ultrasound device (21) is arranged between the sample receptacle and the at least one precolumn (31) and is brought in contact with the or at least one of the capillary connecting line(s). The invention further relates to a method for preparing samples in an HPLC system, wherein the fractions of the sample are finely distributed and homogenized by the ultrasound device (21) or cells in the sample are sufficiently destroyed or the sample is broken down before the sample reaches the at least one precolumn (31). The invention further relates to the use of the HPLC system and method to examine biological, biochemical, pharmaceutical, medical, or environmental samples, in particular for break-down in the protein and molecular range, for protein systems or cell cultures, and for pharmacokinetics or pharmacodynamics.

Description

Verfahren zur Online-Probenaufbereitung im HPLC Hochdruckbereich mit Hilfe von Ultraschall  Method for online sample preparation in high-pressure HPLC using ultrasound
Die Erfindung betrifft ein Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC)- System, mit einer Probenaufnahme, zumindest einer Trennsäule und einem Detektor, wobei die Probenaufnahme mit der zumindest einen Trennsäule durch zumindest eine kapillare Verbindungsleitung verbunden ist. Die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) wird als chromatographisches Trennverfahren in der Analytik in den verschiedensten Bereichen eingesetzt. Dazu gehören die pharmazeutische Forschung und Entwicklung, die Qualitätssicherung, der weite Bereich der Biowissenschaften, auch als„Life Sciences" bezeichnet, sowie umwelttechnische Fragestellungen. The invention relates to a high performance liquid chromatography (HPLC) system comprising a sample receiver, at least one separation column and a detector, wherein the sample receiver is connected to the at least one separation column by at least one capillary connection line. High-performance liquid chromatography (HPLC) is used as a chromatographic separation method in analytics in a wide variety of fields. These include pharmaceutical research and development, quality assurance, the wide range of life sciences, also known as life sciences, and environmental issues.
Wichtig für die Qualität einer HPLC-Untersuchung ist bereits die Probenvorbereitung bzw. -aufbereitung. Hier werden seit langem große Anstrengungen unternommen, um mit geringem Aufwand möglichst exakte und reproduzierbare Resultate zu erhalten. Gerade die Aufarbeitung von biologischen oder medizinischen Proben und Umweltproben ist oft mit sehr großem Aufwand verbunden, damit die Probe für die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie geeignet ist und dementsprechend in ein HPLC-System injiziert werden kann. Das Probenhandling von der Probenentnahme über die Probenverteilung, Probenaufarbeitung, Probenlage- Important for the quality of an HPLC test is already the sample preparation or preparation. Great efforts have been made here for a long time to obtain the most accurate and reproducible results with little effort. Especially the processing of biological or medical samples and environmental samples is often associated with great effort, so that the sample for high performance liquid chromatography is suitable and can be injected accordingly into an HPLC system. Sample handling from sampling to sample distribution, sample preparation, sample storage
BESTÄTIGUNGSKOPIE rung bis zur Injektion der Probe in das HPLC-System birgt eine Vielzahl von möglichen Fehlern, welche das analytische Resultat verfälschen oder gar unbrauchbar machen. Jede Vereinfachung der Probeaufarbeitung minimiert die Fehlermöglichkeit. CONFIRMATION COPY tion to the injection of the sample into the HPLC system harbors a large number of possible errors which falsify the analytical result or even make it unusable. Any simplification of the sample processing minimizes the possibility of error.
Um sicher zu stellen, daß sich zu untersuchende Proben im allgemeinen und speziell biologische oder Umweltproben für die Injektion in einen Hochleistungsflüs- sigkeitschromatographen eignen, sind herkömmlich Aufarbeitungsmethoden, wie Zentrifugieren, Fällen, Filtern, Extrahieren, Lösen, Derivatisieren, etc. bekannt. Dabei sind insbesondere im Bereich der Filtration erhebliche Anstrengungen unternommen worden, um Filtrationssysteme zur Probenaufbereitung für eine große Volumenbandbreite bereitzustellen. Neben der Vielzahl möglicher Volumina, die zu untersuchen sein können, ist hinsichtlich der Probenaufbereitung auch noch zwischen Einzel- und Mehrfachproben sowie automatisierten Systemen zu unter- scheiden. Insbesondere ist es bekannt, mit Spritzenvorsatzfiltern zu arbeiten, die speziell für automatisierte HPLC-Systeme neu entworfen werden mußten. Hier sind mehrschichtige Vorfilter bekanntgeworden, die unter anderem mit Glasfasern ausgestattet sind, um einen höheren Durchsatz, verbunden mit schnelleren Fließraten, gewährleisten zu können. Solche Mehrschichtfilter halten Partikel in der Größenordnung von > 40 bis 1 μπι zurück. In order to ensure that samples to be tested in general and especially biological or environmental samples are suitable for injection into a high-performance liquid chromatograph, conventional processing methods such as centrifuging, precipitation, filtering, extraction, dissolution, derivatization, etc. are known. Significant efforts have been made, particularly in the field of filtration, to provide sample preparation filtration systems for a large volume bandwidth. In addition to the large number of possible volumes that can be investigated, a distinction must be made between single and multiple samples as well as automated systems with regard to sample preparation. In particular, it is known to work with syringe filters which had to be redesigned especially for automated HPLC systems. Here are multilayer prefilter have become known, which are equipped with, inter alia, glass fibers in order to ensure a higher throughput, coupled with faster flow rates. Such multilayer filters hold particles in the order of> 40 to 1 μπι back.
Im Bereich der Extraktion ist es bekannt, lösungsmittelverträgliche Filtermedien in Form von Membranen einzusetzen. Hier besteht das Problem von Artefakten bedingt durch extrahierbare Bestandteile der Filter. Außerdem können die Membranen je nach Art mittels elektrostatischer, ionischer, kovalenter, Wasserstoff- oder sonstiger Bindung mit der zu untersuchenden Probe in Wechselwirkung treten, was ebenfalls zu Verfälschungen fuhren kann.  In the field of extraction, it is known to use solvent-compatible filter media in the form of membranes. Here is the problem of artifacts due to extractable components of the filters. In addition, depending on the type, the membranes can interact with the sample to be investigated by means of electrostatic, ionic, covalent, hydrogen or other binding, which can likewise lead to falsifications.
Auch wenn die Probenaufbereitung durch Zentrifugieren grundsätzlich als eine schnelle, d.h. zeitsparende und einfache Methode bewertet wird, ist sie nicht frei von Nachteilen. Bei dem Zentrifugieren wird mit Zentrifugalkräften von bis zu 14 000 g gearbeitet. Hier kommt es darauf an, durch spezielle Dichtungsmethoden Leckagen zu verhindern. Da auch für diese Art der Probenaufbereitung Filter- membranen eingesetzt werden, muß zusätzlich dafür Sorge getragen werden, daß der Eintrag von unerwünschten, extrahierbaren Bestandteilen verhindert wird. Although centrifugation sample preparation is basically considered to be a fast, ie time-saving and simple method, it is not free from disadvantages. Centrifugation involves centrifugal forces of up to 14,000 g. Here it is important to prevent leakage through special sealing methods. Since, for this type of sample preparation, filter In addition, care must be taken to prevent the entry of undesirable, extractable constituents.
Mit den genannten Maßnahmen kann z.B. keine ausreichende Vorbereitung für solche Proben gewährleistet werden, welche verklumpen oder zur Verklumpung neigen. Diese können nach wie vor die HPLC-Säule verstopfen. Bei Blutproben mit intakten roten Blutkörperchen verstopfen die normalen analytischen HPLC- Säulen schon aufgrund der Größe dieser Blutkörperchen. Außerdem sind allgemein Moleküle zu nennen, welche bevorzugt aneinanderhaften und dadurch oft nur schlecht mit chromatographischen Mitteln getrennt werden können. With the measures mentioned, e.g. sufficient preparation for such samples is guaranteed, which clump or tend to clump. These can still clog the HPLC column. For blood samples with intact red blood cells, the normal analytical HPLC columns clog due to the size of these blood cells. In addition, molecules are generally to name, which preferably adhere to each other and thereby often poorly separated by chromatographic means.
Davon ausgehend lag der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein System zur Probenbehandlung bereitzustellen, mit dem diese negativen Auswirkungen mit vernünftigem Aufwand verringert und neue Anwendungen ermöglicht werden können, so daß insbesondere auch biologische, biochemische, pharmazeutische, medizinische und/oder Umweltproben direkt nach der Probenentnahme, gegebenenfalls nach einer Zwischenlagerung, in ein HPLC-System injiziert und mit hoher Qualität analysiert werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Hochleistungsflüssigkeitschro- matographie (HPLC)-System gelöst, das eine Probenaufnahme, zumindest eine HPLC-Säule und einen Detektor aufweist, wobei die Probenaufnahme mit der zumindest einen HPLC-Säule durch zumindest eine kapillare Verbindungsleitung verbunden ist. In dem Bereich zwischen der Probenaufnahme und der zumindest einen HPLC-Säule ist eine Ultraschallvorrichtung angeordnet und mit der oder mit zumindest einer der kapillaren Verbindungsleitungen in Kontakt gebracht. On this basis, the invention therefore an object of the invention to provide a system for sample treatment, with which these negative effects can be reduced with reasonable effort and new applications can be made possible, so that in particular biological, biochemical, pharmaceutical, medical and / or environmental samples directly after the Sampling, optionally after intermediate storage, injected into an HPLC system and can be analyzed with high quality. This object is achieved according to the invention with a high-performance liquid chromatography (HPLC) system which has a sample holder, at least one HPLC column and a detector, wherein the sample holder is connected to the at least one HPLC column by at least one capillary connection line. In the region between the sample holder and the at least one HPLC column, an ultrasonic device is arranged and brought into contact with or with at least one of the capillary connecting lines.
Der Begriff HPLC-Säule ist dabei ganz allgemein zu verstehen und umfaßt jegliche Art der in einem HPLC-System verwendbaren und verwendeten Säulen. Zu- nächst ist in dem einfachsten Fall unter der HPLC-Säule eine Trennsäule zu verstehen. Das HPLC-System kann dabei in Normalphase oder Umkehrphase betrie- ben werden. Die Methode der Umkehrphase als der gängigsten HPLC-Methode wird üblicherweise als„reversed phase" bezeichnet und mit RP abgekürzt. The term HPLC column is to be understood quite generally and includes any type of columns which can be used and used in an HPLC system. First, in the simplest case, the HPLC column is to be understood as a separation column. The HPLC system can be operated in normal phase or reverse phase. ben. The reverse phase method, the most common HPLC method, is commonly referred to as "reversed phase" and abbreviated to RP.
Üblich ist es auch, der eigentlichen Trennsäule eine oder mehrere Vorsäulen vorzuschalten. Diese haben einerseits die Aufgabe, Verunreinigungen von der Trenn- säule als Hauptsäule abhalten und sie können andererseits dem Aufkonzentrieren dienen. Im Rahmen der hier dargestellten erfindungsgemäßen Lehre wird zunächst nicht zwischen Vorsäule und Trennsäule unterschieden. Wenn die Ultraschallvorrichtung in dem Bereich zwischen der Probenaufnahme und der zumindest einen HPLC-Säule angeordnet ist, so kann sie entweder vor der Trennsäule angeordnet sein oder vor der ersten Vorsäule, je nachdem, ob und wie viele Vorsäulen vorgesehen sind. It is also customary to connect one or more precolumns to the actual separation column. On the one hand, these have the task of preventing impurities from the separating column as the main column and, on the other hand, they can serve for concentrating. In the context of the teachings of the invention shown here is initially not distinguished between precolumn and separation column. If the ultrasound device is arranged in the region between the sample holder and the at least one HPLC column, it may be arranged either in front of the separation column or in front of the first pre-column, depending on whether and how many pre-columns are provided.
Da es die Aufgabe der Ultraschallvorrichtung ist, eine möglichst homogenisierte Probe zu erzeugen, welche die zumindest eine HPLC-Säule passiert, ohne diese zu verstopfen, oder andererseits auch, Zellen in der Probe zu zerstören, um innere Zellbestandteile einer Analyse zugänglich zu machen, ist es erfindungsgemäß sinnvoll, die Ultraschallvorrichtung vor der jeweils ersten HPLC-Säule anzuordnen, d.h. vor der Trennsäule oder vor der ersten Vorsäule.  Since it is the task of the ultrasound device to produce as homogenized a sample as possible which passes through the at least one HPLC column without clogging it, or else to destroy cells in the sample in order to access internal cell components for analysis it makes sense according to the invention to arrange the ultrasonic device in front of the respective first HPLC column, ie before the separation column or before the first guard column.
Erfindungsgemäß wirkt die Ultraschallenergie direkt auf und in die Probe. Dies dient der Homogenisierung der Probe, die in der Probe enthaltenen Komponenten werden zerkleinert und die Eigenschaft(en) der Probe insoweit verändert, daß eine Verstopfung der zumindest einen HPLC-Säule vermieden wird. Grundsätzlich wird dadurch eine wesentliche Verbesserung und Vereinfachung der Analytik erzielt. According to the invention, the ultrasonic energy acts directly on and into the sample. This is to homogenize the sample, the components contained in the sample are crushed and the property (s) of the sample changed so far that a clogging of the at least one HPLC column is avoided. In principle, this achieves a substantial improvement and simplification of the analysis.
Wenn die Probe nach der Injektion im Hochdruckbereich durch die zumindest eine Verbindungskapillare geführt bzw. gepumpt wird, welche in Kontakt mit der Ultraschallvorrichtung gebracht ist, so sollte die Verbindungskapillare in dem Sinne starr mit dem Ultraschallkopf der Ultraschallvorrichtung verbunden sein, daß die Ultraschallschwingung möglichst vollständig auf die Verbindungskapilla- re übertragen wird und die Ultraschallenergie auf diese Weise direkt und möglichst vollständig auf die Probe einwirken kann. Die Probe gelangt dadurch homogenisiert und optimiert auf die zumindest eine HPLC-Säule. Die HPLC Säule verstopft nicht oder deutlich weniger. Die Lebensdauer der HPLC-Säule(n) verlängert sich und die Trennleistung der HPLC-Trennsäule kann sich verbessern. When the sample after the high-pressure injection is pumped through the at least one connecting capillary which is brought into contact with the ultrasonic device, the connecting capillary should be rigidly connected to the ultrasonic head of the ultrasonic device so that the ultrasonic vibration is as complete as possible the connection capillary is transferred and the ultrasonic energy can thus act directly and as completely as possible on the sample. As a result, the sample is homogenized and optimized for the at least one HPLC column. The HPLC column does not clog or significantly less. The service life of the HPLC column (s) is extended and the separation efficiency of the HPLC column can improve.
Bei einem HPLC-System, das als HPLC-Säulen neben einer Trennsäule auch noch eine oder mehrere Vorsäulen aufweist, die der Trennsäule vorgeschaltet ist oder sind, ist die Ultraschallvorrichtung in dem Bereich zwischen der Probenaufnahme und der zumindest einen Vorsäule angeordnet. Bei dem Vorhandensein von mehreren Vorsäulen ist die Ultraschallvorrichtung grundsätzlich auch vor der ersten Vorsäule angeordnet. Nur auf diese Weise kann sie die ihr erfindungsge- mäß zukommende Wirkung vollständig entfalten. In an HPLC system which, in addition to a separation column, also has one or more precolumns upstream of the separation column as HPLC columns, the ultrasonic device is arranged in the region between the sample receiver and the at least one guard column. In the presence of a plurality of guard columns, the ultrasonic device is in principle also arranged in front of the first guard column. Only in this way can it fully unfold the effect that it has achieved in accordance with the invention.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen HPLC-Systems kann die zumindest eine kapillare Verbindungsleitung im wesentlichen drei Abschnitte aufweisen oder aus zumindest drei Kapillaren bestehen, die jeweils mit- einander verbunden sind. Üblicherweise werden solche Verbindungen von Kapillaren in dem HPLC-System über sogenannte Fittings erreicht, die an sich bekannt sind. Der erste Abschnitt der kapillaren Verbindungsleitung oder die erste Kapillare führt dann von der Probenaufnahme zu der Ultraschallvorrichtung. Der zweite Abschnitt oder die zweite Kapillare ist in Kontakt mit der Ultraschallvorrichtung gebracht und der dritte Abschnitt oder die dritte Kapillare mit der zumindest einen HPLC-Säule verbunden, welche dann, wenn nur eine HPLC-Säule in dem HPLC- System vorhanden ist, die Trennsäule ist. Sind mehrere HPLC-Säulen vorhanden, ist es eine Vorsäule. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Ultraschallvorrichtung einen Ultraschallkopf auf und der zweite Abschnitt der kapillaren Verbindungsleitung oder die zweite Kapillare ist durch Aufwickeln auf den Ultraschallkopf in Kontakt mit der Ultraschallvorrichtung gebracht. Die beiden weiteren Abschnitte der kapillaren Verbindungsleitung oder die beiden weiteren Kapillaren sind demgegen- über flexibel gehalten. According to a further embodiment of the HPLC system according to the invention, the at least one capillary connecting line can have essentially three sections or consist of at least three capillaries, which are each connected to one another. Usually, such compounds are achieved by capillaries in the HPLC system via so-called fittings, which are known per se. The first section of the capillary connection line or the first capillary then leads from the sample receiver to the ultrasonic device. The second portion or capillary is brought into contact with the ultrasonic device and the third portion or capillary is connected to the at least one HPLC column which, when only one HPLC column is present in the HPLC system, is the separation column is. If several HPLC columns are present, it is a precolumn. According to a further embodiment, the ultrasound device has an ultrasound head and the second section of the capillary connection line or the second capillary is brought into contact with the ultrasound device by being wound onto the ultrasound head. The two further sections of the capillary connecting line or the two further capillaries are, on the other hand, kept flexible.
Auf diese Weise kann der Teil der kapillaren Verbindungsleitung, welcher durch Aufwickeln direkt mit dem Ultraschallkopf in Verbindung steht, diese Ultra- schallenergie gut aufnehmen und in das Innere der Kapillare weiterleiten. Es geht aber keine Ultraschallenergie verloren, da die beiden jeweils zu der Ultraschallvorrichtung fuhrenden Teile der Kapillare flexibel gehalten sind. Dadurch wird die Ultraschallschwingung in diesen Bereichen gedämpft und nicht weitergeleitet. In this way, the part of the capillary connection line, which is directly connected to the ultrasound head by being wound up, can absorb sound energy well and pass it on to the inside of the capillary. However, no ultrasonic energy is lost since the two parts of the capillary leading respectively to the ultrasound device are kept flexible. As a result, the ultrasonic vibration is damped in these areas and not forwarded.
Der Werkstoff für die Kapillare(n) kann ausgewählt sein aus Metall, das in einer Variante im Kapillarinnern zusätzlich mit Glasfasern beschichtet sein kann und/oder Kunststoff. Dabei kann das Metall ausgewählt sein aus Edelstahl, rostfreiem Stahl oder Titan und/oder der Kunststoff kann ausgewählt sein aus Polyetheretherketon (PEEK), Polytetrafluorethylen (PTFE), insbesondere Teflon, und/oder Fluorpolymeren, insbesondere Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE). Die zu verwendenden Kapillaren müssen grundsätzlich hochdrucktauglich sein. Bevorzugte Kapillarstärken ergeben sich daher für den Fachmann je nach dem verwendeten Material aus der Anforderung, dem jeweiligen Druck des Systems standhalten zu müssen. Als bevorzugte Kapillarstärken können als Außendurchmesser ca. 1/32" bis 1/8" und als Innendurchmesser 0.25 - 2mm, bevorzugt 1/16" als Außendurchmesser und 0.25 bis 0.75 mm, besonders bevorzugt 0.5 mm als Innendurchmesser genannt werden. The material for the capillary (s) may be selected from metal, which may additionally be coated with glass fibers in a variant in Kapillarinnern and / or plastic. In this case, the metal may be selected from stainless steel, stainless steel or titanium and / or the plastic may be selected from polyetheretherketone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFE), in particular Teflon, and / or fluoropolymers, in particular ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE). The capillaries to be used must always be suitable for high pressure. Preferred Kapillarstärken therefore arise for the skilled person, depending on the material used from the requirement to withstand the respective pressure of the system. As preferred capillary thicknesses, the outside diameter may be about 1/32 "to 1/8" and the inside diameter is 0.25 to 2 mm, preferably 1/16 "as the outside diameter, and 0.25 to 0.75 mm, particularly preferably 0.5 mm as the inside diameter.
Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Probenaufbereitung in einem HPLC-System, bei dem die Probe über eine Probeaufnahme in das HPLC- System injiziert und über zumindest eine kapillare Verbindungsleitung zu zumindest einer HPLC-Säule geführt wird. Dabei wird die Probe mit einer Ultraschallvorrichtung in Kontakt gebracht, durch welche ihre Anteile feinverteilt und homogenisiert werden, bevor die Probe die zumindest eine HPLC-Säule erreicht. Auch hier ist der Begriff der HPLC-Säule so zu verstehen, daß er sowohl die Trennsäule als auch die Vorsäule umfaßt, je nachdem, ob das HPLC-System eine oder mehrere Säulen, davon regelmäßig zumindest eine Vorsäule, aufweist. Übliche Ultraschal lfrequenzen der Ultraschallvorrichtung liegen im Bereich von ca. 10 - 60 kHz. Erfmdungsgemäß werden 20 bis 50 kHz, besonders bevorzugt ca. 30 kHz verwendet. Um eine ausreichende Homogenisierung der Probe, gege- benenfalls eine ausreichende Zellzerstörung und/oder ein Aufschließen der Probe zu gewährleisten, ist nicht nur die Frequenz, sondern auch die Amplitude zu beachten. Die Ultraschall-Energie bzw. der Energiefluß wird über die Amplitude gesteuert. Als weiteres Maß ist die Verweilzeit der Probe in dem Ultraschallbereich, d.h. die wirksame Weglänge zu nennen, die unter anderem von der Flußrate und der Verweilzeit der Kapillare in direktem Kontakt mit dem Ultraschallkopf abhängt. Außerdem kann Ultraschall als kontinuierlicher Schall oder gepulst angewendet werden. Erfindungsgemäß wird bevorzugt gepulster Ultraschall mit einer Pulsweite von 10-100% verwendet. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß die Probe nach der Ultraschallvorrichtung zunächst zumindest eine HPLC-Säule in Form einer Vorsäule passiert, die der weiteren HPLC-Säule in Form einer Trennsäule vorgeschaltet wird. Darin eingeschlossen ist der Fall, daß mehr als eine Vorsäule vorgeschaltet wird. Besonders bevorzugt ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn die Probenaufnahme in das HPLC-System direkt von einer Probenentnahme aus einem Körper oder Medium oder aus einem Probenvorrat erfolgt. The invention also relates to a method for sample preparation in an HPLC system, in which the sample is injected via a sample receptacle in the HPLC system and passed over at least one capillary connection line to at least one HPLC column. In this case, the sample is brought into contact with an ultrasonic device by which their proportions are finely divided and homogenized before the sample reaches the at least one HPLC column. Again, the term HPLC column is to be understood to include both the separation column and the precolumn, depending on whether the HPLC system has one or more columns, at least one of which regularly precolumn. Conventional ultrasonic frequencies of the ultrasound device are in the range of approximately 10 to 60 kHz. According to the invention 20 to 50 kHz, more preferably about 30 kHz are used. In order to ensure sufficient homogenization of the sample, if appropriate, sufficient cell destruction and / or digestion of the sample, not only the frequency but also the amplitude must be taken into account. The ultrasound energy or the energy flow is controlled by the amplitude. As a further measure, the residence time of the sample in the ultrasonic range, ie to call the effective path length, which depends inter alia on the flow rate and the residence time of the capillary in direct contact with the ultrasonic head. In addition, ultrasound can be applied as continuous sound or pulsed. According to the invention, pulsed ultrasound with a pulse width of 10-100% is preferably used. According to the invention, it may be provided that after the ultrasonic device, the sample first passes at least one HPLC column in the form of a precolumn, which is connected upstream of the further HPLC column in the form of a separation column. This includes the case that more than one guard column is connected upstream. Within the scope of the present invention, it is particularly preferred if the sample intake in the HPLC system takes place directly from a sample taken from a body or medium or from a sample supply.
Dann kann der erfindungsgemäße Vorteil der Ultraschall-Zerkleinerung besonders effektiv und zeitsparend ausgenutzt werden. Eine aufwendige Probenvorberei- tung, wie sie im Stand der Technik erforderlich ist, kann ganz entfallen.  Then, the advantage of the invention ultrasonic comminution can be exploited particularly effective and time-saving. An elaborate sample preparation, as required in the prior art, can be completely eliminated.
Ein Körper oder eine Zellkultur oder eine sonstige Probe, aus dem oder aus der die direkte Probenentnahme erfolgt, kann beispielsweise der eines kleinen Tieres oder Kindes sein. Dann kommt ein weiterer Vorteil zum Tragen, der noch durch die Verwendung einer besonders ausgeführten Pipettenspitze verstärkt werden kann, wie sie mit der WO-A-2010/084180 bekanntgeworden ist. Dieser Vorteil besteht in den kleinen Probenmengen, welche für die Durchführung der HPLC- Analyse benötigt werden. Einerseits hängt dies damit zusammen, daß die üblichen Vor- und Aufbereitungsschritte für die Probe zusätzliches Probenvolumen benötigen, was hier entfällt. Andererseits kann das Probenvolumen noch durch die genannte Pipettenspitze besonders schonend und in kleinsten Mengen so aus dem Körper oder Medium entnommen werden, daß die Pipettenspitze selbst bereits zur Injektion in die HPLC-System verwendet werden kann. A body or cell culture or other sample from or from which the direct sampling is made may be, for example, that of a small animal or child. Then comes another advantage to bear, which can be further enhanced by the use of a specially designed pipette tip, as it has become known with WO-A-2010/084180. This advantage consists in the small amounts of sample needed to perform the HPLC analysis. On the one hand, this is due to the fact that the usual Preparation and preparation steps for the sample require additional sample volume, which is not necessary here. On the other hand, the sample volume can still be removed from the body or medium in a particularly gentle manner and in the smallest amounts by the said pipette tip in such a way that the pipette tip itself can already be used for injection into the HPLC system.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des HPLC-Systems, wie vorstehend in verschiedenen Ausführungsformen beschrieben und das entsprechende Verfahren zur Probenaufbereitung in dem HPLC-System zur Untersuchung von biologi- sehen, biochemischen, pharmazeutischen, medizinischen und/oder Umweltproben. The invention also relates to the use of the HPLC system as described above in various embodiments and the corresponding method for sample preparation in the HPLC system for the examination of biological, biochemical, pharmaceutical, medical and / or environmental samples.
Hier hat man es besonders mit störenden Einflüssen der Probe zu tun, die oft durch eine Vorbehandlung gar nicht zu eliminieren sind. Dazu gehört ganz besonders die Analyse von Blutproben mit intakten roten Blutkörperchen. Aber auch ohne den Hintergrund störender Einflüsse läßt sich das HPLC-System erfindungsgemäß z.B. für Aufschlußverfahren im Protein- und Molekularbereich, für Proteinsysteme oder Zellkulturen sowie für die Pharmakokinetik und/oder Pharmakodynamik einsetzen.  Here it is especially to do with disturbing influences of the sample, which often can not be eliminated by a pretreatment. This includes, in particular, the analysis of blood samples with intact red blood cells. But even without the background of interfering influences, the HPLC system according to the invention can e.g. for digestion processes in the protein and molecular range, for protein systems or cell cultures as well as for pharmacokinetics and / or pharmacodynamics.
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment and the accompanying drawings.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 : Ein schematisch dargestelltes HPLC-System mit Ultraschallvorrichtung und Vorsäulenschaltung mit einer Vorsäule, 1 shows a schematically illustrated HPLC system with ultrasonic device and pre-column circuit with a guard column,
Fig. 2: eine schematische Darstellung der Ultraschallvorrichtung, 2 shows a schematic representation of the ultrasonic device,
und Fig. 3: ein schematisch dargestelltes HPLC-System mit Ultraschall Vorrichtung und Vorsäulenschaltung mit drei Vorsäulen. and Fig. 3: a schematically illustrated HPLC system with ultrasonic device and pre-column circuit with three pre-columns.
Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Probenaufbereitung bei einem Hochlei- stungsflüssigkeitschromatographie (HPLC)-System mit Hilfe von Ultraschall ist in Fig. 1 ein HPLC-System dargestellt, daß sowohl im Normalmodus wie im re- versed phase-Modus arbeiten kann. Die Ultraschallbehandlung einer zu untersuchenden Probe 1 ist davon ganz unabhängig und soll nachfolgend näher erläutert werden. To illustrate the sample preparation according to the invention in a high-performance liquid chromatography (HPLC) system with the aid of ultrasound, FIG. 1 shows an HPLC system which can operate both in normal mode and in reversed-phase mode. The ultrasound treatment of a sample 1 to be examined is completely independent thereof and will be explained in more detail below.
Außerdem gelten die nachfolgenden Ausführungen nicht nur für die Anwendung im Bereich der üblichen HPLC-Trennverfahren. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des HPLC-Systems, d.h. im wesentlichen die Probenvorbereitung vor dem Passieren der Säule(n), hat sich genauso im Bereich der Ultrahochleistungs- flüssigkeitschromatographie (UPLC oder UHPLC) als einsetzbar und geeignet erwiesen. Die UPLC unterscheidet sich dabei von dem herkömmlichen HPLC- Trennverfahren durch einen höheren Probendurchsatz, der im wesentlichen bedingt ist durch eine im UPLC- Verfahren erreichte höhere Trennleistung. Grundsätzlich bezeichnet die UPLC ein HPLC-Trennverfahren mit stark gesteigerter Leistung. Diese Definition wird auch im Rahmen dieser Ausführungen zugrundegelegt.  In addition, the following statements apply not only for use in the field of conventional HPLC separation methods. The inventive design of the HPLC system, i. Substantially sample preparation before passing through the column (s) has proven to be usable and suitable in the field of ultrahigh-performance liquid chromatography (UPLC or UHPLC) as well. The UPLC differs from the conventional HPLC separation process by a higher sample throughput, which is essentially conditioned by a higher separation efficiency achieved in the UPLC process. Basically, the UPLC refers to a HPLC separation process with greatly enhanced performance. This definition is also used in the context of these remarks.
Das in Fig. 1 dargestellte HPLC-System weist einen Probenaufnahmebereich auf, in den eine Probe 1, die zumindest einen zu untersuchenden Analyten aufweist, direkt aus einem Probenbehälter 3 transportiert wird. Der Probenbehälter 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine spezielle Ausgestaltung auf, die besonders vorteilhaft, aber nicht zwangsläufig erforderlich ist, um die vorliegende Erfindung auszuführen. Daher wird auf diese spezielle Gestaltung des Probenbehälters 3 weiter unten noch einmal separat ausführlicher eingegangen. The HPLC system shown in FIG. 1 has a sample receiving area into which a sample 1, which has at least one analyte to be examined, is transported directly from a sample container 3. The sample container 3 has in this embodiment, a special embodiment, which is particularly advantageous, but not necessarily required to carry out the present invention. Therefore, this special design of the sample container 3 will be discussed in more detail below.
In dem Probenaufnahmebereich befindet sich eine Eingangsleitung 5, die mit einem Ventil 7 verbunden ist, so daß die Probe 1 bei entsprechender Schaltung des Ventils 7 aus dem Probenbehälter 3 in eine Probenschlaufe 9 gelangt. Eine Überlaufleitung 11 sorgt dafür, daß ein Probenüberlauf in einen dafür vorgesehenen Abfallbehälter 13 fließen kann. Durch ein Umschalten des Ventils 7 erfolgt dann die Injektion der Probe 1 in den Vorsäulenbereich des HPLC-Systems. Dafür ist eine HPLC-Ladepumpe 15 vorgesehen, durch welche die in der Probenschlaufe 9 befindliche Probe 1 über eine Leitung 17 und bei entsprechender Schaltung des Ventils 7 in einen ersten Leitungsabschnitt 19 einer kapillaren Verbindungsleitung geführt wird und von dort zu der erfindungsgemäßen Probenaufbereitung zu einer Ultraschallvorrichtung 21 gelangt. In the sample receiving area is an input line 5, which is connected to a valve 7, so that the sample 1 with appropriate circuit of the Valve 7 passes from the sample container 3 in a sample loop 9. An overflow line 11 ensures that a sample overflow can flow into a designated waste container 13. By switching the valve 7, the injection of the sample 1 into the pre-column area of the HPLC system is then carried out. For this purpose, an HPLC charge pump 15 is provided, through which the sample 1 located in the sample loop 9 is guided via a line 17 and with appropriate switching of the valve 7 into a first line section 19 of a capillary connection line and from there to the sample preparation according to the invention for an ultrasonic device 21 arrives.
Diese Ultraschallvorrichtung 21 ist in Fig. 2 noch einmal näher dargestellt. Sie weist einen Ultraschalltreiber 23, einen Ultraschalladapter 25 und einen Ultraschallkopf 27 auf. Die Bewegungsrichtung des so erzeugten Ultraschalls verläuft axial auf der in Fig. 2 mit der Bezugsziffer 28 bezeichneten Achse. Auf den Ultra- schallkopf 27 ist ein zweiter Leitungsabschnitt 29 der Verbindungsleitung aufgewickelt und durch dieses Aufwickeln im wesentlichen starr, aber lösbar mit dem Ultraschallkopf 27 gekoppelt. Dadurch wird erreicht, daß die Ultraschallenergie direkt auf die Probe 1 wirkt, welche über den ersten Leitungsabschnitt 19 in diesen zweiten Leitungsabschnitt 29 geführt wird, bedingt durch die Windungen des zweiten Leitungsabschnitt 29 in dem Bereich des Ultraschallkopfs 27 verweilt und diesen mehrmals passiert. Die Anzahl der Wicklungen des zweiten Leitungsabschnitts 29 ist somit auch ein Maß für die Verweilzeit der Probe 1 in dem Ultraschallbereich. Die Wicklungen sind so gewählt, daß die Probe 1 durch die Ultraschall-Behandlung gut homogenisiert wird, d.h. feste, agglomerierte oder ver- klumpte Bestandteile in der Probe werden durch die Ultraschalleinwirkung ausreichend zerstört. Die Bestandteile der Probe 1 gelangen auf diese Weise feinverteilt und optimiert auf eine im Ausführungsbeispiel mit der Bezugsziffer 31 bezeichnete HPLC-Vorsäule. Es hat sich gezeigt, daß die HPLC- Vorsäule 31 dadurch nicht oder bedeutend weniger verstopft als ohne Ultraschall-Behandlung. Die Lebensdauer der HPLC-Vorsäule 31 verlängern sich somit erheblich. This ultrasonic device 21 is shown in Fig. 2 again in more detail. It has an ultrasound driver 23, an ultrasound adapter 25 and an ultrasound head 27. The direction of movement of the ultrasound thus generated extends axially on the axis designated by the reference numeral 28 in FIG. On the ultrasonic head 27, a second line section 29 of the connecting line is wound and coupled by this winding substantially rigidly, but releasably coupled to the ultrasonic head 27. This ensures that the ultrasonic energy acts directly on the sample 1, which is guided over the first line section 19 in this second line section 29, due to the turns of the second line section 29 dwells in the region of the ultrasonic head 27 and this happens several times. The number of windings of the second line section 29 is thus also a measure of the residence time of the sample 1 in the ultrasonic range. The windings are chosen so that the sample 1 is well homogenized by the ultrasonic treatment, i. solid, agglomerated or clumped components in the sample are sufficiently destroyed by the ultrasound effect. The constituents of the sample 1 are finely distributed in this way and optimized for an HPLC precolumn designated by the reference numeral 31 in the exemplary embodiment. It has been found that the HPLC pre-column 31 is not or significantly less clogged than without ultrasound treatment. The lifetime of the HPLC pre-column 31 is thus considerably extended.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen HPLC-Systems beschränkt sich jedoch nicht auf diesen Einsatzbereich. Bei Aufschlüssen im Protein- und Molekularbe- reich, bei Proteinsystemen oder Zellkulturen werden die Zellen bzw. Moleküle zum Platzen gebracht und aufgeschlossen. Dies konnte insbesondere im Bereich der Pharmakokinetik und Pharmakodynamik neue Untersuchungsmethoden erschließen. So wurden mit dem HPLC-System Untersuchungen im Bereich der Wirksamkeitsprüfung von Arzneimittelwirkstoffen durchgeführt, die so vorher nicht möglich waren und die grundsätzlich darauf basieren, Zellen zum Zwecke der Untersuchung geeignet zu zerstören. Diese Methode wird im Bereich der Pharmakokinetik bzw. Pharmakodynamik eingesetzt, um bei bestimmten, in Zellen wirksamen Wirkstoffen prüfen und ermitteln zu können, wieviel davon in den zu untersuchenden Zellen enthalten, d.h. tatsächlich in die Zellen eingedrungen ist. Hier wird der Untersuchung eine Zellkultur in Form einer konzentrierten Zellma-trix zugrundegelegt, die etwa 10 x kleiner ist als Vollblut. Diese Zellmatrix wird pipettiert, in das HPLC-System injiziert, die Zellen werden zum Platzen gebracht und der dadurch freigestzte Wirkstoff kann bestimmt werden. Durch die vorherige Herstellung der aufkonzentrierten Zellmatrix kann nun zweifelsfrei sichergestellt werden, daß sich die bestimmten Konzentrationen an Wirkstoff tatsächlich in der Zelle befunden haben, bzw. relativ fest an der äußeren Zellwand gebunden waren, so daß sie durch die vorherigen Schritte des Aufkonzentrierens und Waschens nicht abgelöst werden konnten. However, the use of the HPLC system according to the invention is not limited to this field of application. For digestions in protein and molecular rich, in protein systems or cell cultures, the cells or molecules are burst and unlocked. This has opened up new investigation methods, especially in the field of pharmacokinetics and pharmacodynamics. Thus, the HPLC system investigations were carried out in the field of efficacy testing of active pharmaceutical ingredients, which were previously not possible and which are basically based on destroying cells suitable for the purpose of the investigation. This method is used in the field of pharmacokinetics or pharmacodynamics to test for certain active ingredients in cells and to determine how much of them contained in the cells to be examined, that is, actually penetrated into the cells. Here, the study is based on a cell culture in the form of a concentrated cell matrix, which is about 10 times smaller than whole blood. This cell matrix is pipetted, injected into the HPLC system, the cells are ruptured, and the drug released thereby can be determined. By the prior preparation of the concentrated cell matrix can now be ensured beyond doubt that the specific concentrations of active substance were actually in the cell, or were relatively firmly bound to the outer cell wall, so they do not by the previous steps of concentration and washing could be replaced.
Die Ultraschallvorrichtung, welche für die vorstehend beschriebenen Untersuchungen verwendet wurde, hatte eine Ultraschallfrequenz 30 kHz verwendet. Die Ultraschall-Energie bzw. der Energiefluß wurde über die Amplitude gesteuert. Außerdem wurde ein gepulster Ultraschall mit einer Pulsweite verwendet, die zu Testzwecken von 10-100% variiert wurde. Eine weitere wichtige Größe war die Verweilzeit der Probe in dem Ultraschallbereich, d.h. die wirksame Weglänge, welche die Probe in dem Ultraschallbereich zurücklegte, pro Zeiteinheit. Hier spielt die Flußrate für die Verweilzeit der Kapillare in direktem Kontakt mit dem Ultraschallkopf und die jeweils gewählte Kapillare selbst, d.h. deren Innendurch- messer eine Rolle. The ultrasonic device used for the above-described experiments had used an ultrasonic frequency of 30 kHz. The ultrasound energy or energy flow was controlled by the amplitude. In addition, pulsed ultrasound was used with a pulse width that was varied from 10-100% for testing purposes. Another important factor was the residence time of the sample in the ultrasonic range, i. the effective path length the sample traveled in the ultrasound range per unit of time. Here, the flow rate for the residence time of the capillary is in direct contact with the ultrasound probe and the capillary itself, i. their inside diameters play a role.
Bei den Testversuchen wurden Flußraten eingestellt, die eine Verweilzeit der Proben je nach durchgeführtem Versuch von 5 - 30 s ermöglichten. Insbesondere wurden dabei Wicklungszahlen der Kapillare 29 um den Ultraschallkopf 27 von 25 - 35 Wicklungen getestet. Insbesondere wurden die Versuche so eingestellt, daß sich bei einer Wicklungszahl von 30 und einer Flußrate von 100 - 300 μΐ pro min eine Verweilzeit von ca. 20 s im Ultraschallbereich ergab. In the test experiments flow rates were set, which allowed a residence time of the samples depending on the experiment carried out from 5 to 30 s. Especially while winding numbers of the capillary 29 were tested around the ultrasonic head 27 of 25 - 35 windings. In particular, the experiments were adjusted so that at a winding number of 30 and a flow rate of 100 - 300 μΐ per min, a residence time of about 20 s in the ultrasonic range resulted.
Nach dem Passieren der Ultraschallvorrichtung 21, d.h. im wesentlichen des Ultraschallkopfes 27, geht die Verbindungsleitung in einen dritten Leitungsabschnitt 33 über, durch welchen die Probe 1 nach dem Passieren eines Ventils 35 über eine weitere Leitung 37 zu der schon genannten HP LC -Vorsäule 31 geführt wird. After passing the ultrasonic device 21, i. essentially the ultrasonic head 27, the connecting line passes into a third line section 33, through which the sample 1 is passed after passing through a valve 35 via a further line 37 to the already mentioned HP LC-Vorsäule 31.
Erster Leitungsabschnitt 19, zweiter Leitungsabschnitt 29, in welchem die Probe 1 durch Passieren der Wicklungen um den Ultraschallkopf 27 in Kontakt mit dem Ultraschall gebracht wird, und der dritte Leitungsabschnitt 33 sind im Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet. First line section 19, second line section 29, in which the sample 1 is brought into contact with the ultrasound by passing the windings around the ultrasonic head 27, and the third line section 33 are integrally formed in the embodiment.
Hinsichtlich der zu verwendenden Kapillaren ist grundsätzlich zu beachten, daß sie hochdrucktauglich sein müssen. Als bevorzugtes Kapillarmaterial hat sich im Rahmen der Testversuche PEEK ergeben. Andere Kunststoffmaterialien und Kapillaren aus Stahl oder Titan können aber auch verwendet werden.  With regard to the capillaries to be used, it should be noted in principle that they must be suitable for high pressure. The preferred capillary material has been found in the context of the test trials PEEK. Other plastic materials and capillaries of steel or titanium can also be used.
Hier wurden zumeist dünnwandige, hochdrucktaugliche PEEK-Kapillaren mit einem Außendurchmesser ca. 1/16" und einem Innendurchmesser von 0.5 mm verwendet. Thin-walled, high-pressure PEEK capillaries with an outer diameter of about 1/16 "and an inner diameter of 0.5 mm were mostly used here.
Je nach Einsatzzweck können weitere Kapillarstärken mit einem Außendurchmesser von 1/32" und 1/8" und einem Innendurchmesser von 0.25 - 0.75 mm oder größer eingesetzt werden.  Depending on the application further capillary thicknesses with an outer diameter of 1/32 "and 1/8" and an inner diameter of 0.25 - 0.75 mm or larger can be used.
Dabei sind der erste Leitungsabschnitt 19 und der dritte Leitungsabschnitt 33 fle- xibel angebracht und gehalten, um dadurch die Ultraschallschwingung zu dämpfen und nicht weiterzuleiten.  In this case, the first line section 19 and the third line section 33 are flexibly mounted and held to thereby dampen the ultrasonic vibration and not forward.
Der zumindest eine Analyt in der Probe 1 wird nun von der HPLC- Vorsäule 31 zurückgehalten. Weitere, nicht zurückgehaltene Komponenten der Probe 1 werden von der HPLC-Ladepumpe 15 weiter über Ausgangsleitungen 39 und 41 in einen zweiten Abfallbehälter 43 gespült. Auf diese Weise wird der zumindest eine Analyt in der Probe 1 auf der HPLC-Vorsäule 31 das erste Mal gereinigt, aufkonzen- triert und von störenden Komponenten getrennt. Der zumindest eine Analyt in der Probe 1 , welcher sich nun noch auf der HPLC- Vorsäule 31 befindet, wird nun zu einer analytischen Trennsäule 45 weitergeleitet. Dazu wird über ein Ventil 47 sowie Leitungen 49 und 41 eine HPLC-Pumpe 53 betätigt, und die Probe 1 fließt über Leitungen 55 und 57 zu der analytischen Trennsäule 45. Dort wird sie erneut von störenden Komponenten getrennt, welche sich in der Probe 1 befinden, um dann über eine Leitung 59 in einen in den Fig. nicht mehr dargestellten spezifischen Detektor zu gelangen. The at least one analyte in the sample 1 is now retained by the HPLC pre-column 31. Further, non-retained components of the sample 1 are further rinsed by the HPLC charge pump 15 via output lines 39 and 41 into a second waste container 43. In this way, the at least one analyte in the sample 1 on the HPLC pre-column 31 is cleaned for the first time, concentrated on it. trated and separated from interfering components. The at least one analyte in the sample 1, which is now still on the HPLC pre-column 31, is now forwarded to an analytical separation column 45. For this purpose, a HPLC pump 53 is actuated via a valve 47 and lines 49 and 41, and the sample 1 flows via lines 55 and 57 to the analytical separation column 45 where it is again separated from interfering components which are in the sample 1 to then pass via a line 59 in a specific detector not shown in the figures.
Im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels wurde ein MS-MS-Detektor verwendet. Der Einsatz der MS-MS-Kopplung durch ein Triple-Quad-Gerät ermöglicht es, möglichst viel Informationen aus den zu untersuchenden Proben zu gewinnen. Durch diese Methode konnten Bruchstücke von Molekülen gemessen werden. Alternativ dazu können beliebige HPLC-Detektoren verwendet werden. Um das beschriebene HPLC-System näher zu testen, wurden bevorzugt biologische Proben aus dem Bereich Blut, Plasma, Urin und Liquor eingesetzt und direkt nach Probenentnahme injiziert. Das HPLC-System war außerdem mit einem Mas- senspektrometer gekoppelt. Dies wird im Rahmen der Versuchserläuterung nur insoweit berücksichtigt, als ein erfolgreiches Analysieren der Proben mit dem Massenspektrometer, nach der chromatographischen Auftrennung über die HPLC, bei der direkten Einspritzung dieser biologischen Proben überhaupt erst möglich war und überraschend zu erfolgreichen, nicht durch Artefakte zu Fehlpeaks oder in sonstiger Weise verfälschten Meßergebnissen führte.  In the context of this embodiment, an MS-MS detector was used. The use of MS-MS coupling by a triple-quad device makes it possible to obtain as much information as possible from the samples to be examined. By this method fragments of molecules could be measured. Alternatively, any HPLC detectors may be used. In order to test the described HPLC system more closely, biological samples from the area of blood, plasma, urine and cerebrospinal fluid were preferably used and injected directly after sampling. The HPLC system was also coupled to a mass spectrometer. This is considered in the context of the experiment explanation only insofar as a successful analysis of the samples with the mass spectrometer, after the chromatographic separation via HPLC, in the direct injection of these biological samples in the first place was possible and surprisingly successful, not by artifacts to false peaks or led in other way falsified measurement results.
Bei den durchgeführten Untersuchungen war außerdem zu berücksichtigen, daß die untersuchten Proben, vor allem Blutproben, die von Mäusen genommen waren, nur in einer sehr kleinen Menge für die jeweilige Analyse zur Verfügung standen.  It was also considered in the investigations that the samples examined, especially blood samples taken from mice, were only available in a very small amount for the respective analysis.
Es ist noch einmal darauf hinzuweisen, dass unter einem direkten Einspritzen der untersuchten Proben im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Einspritzen verstanden wird, das die herkömmlichen Vorbereitungsschritte bei der Untersuchung einer Probe, wie das Eindosieren in eine Probenschlaufe durch Ent- nähme aus einem Probengefaß und die dadurch notwendigen Waschschritte der mit den Proben in Berührung gekommenen Teile vermeidet. Es ist auch keine vorherige Festphasenextraktion oder ein sonstiger, üblicher Vorbereitungsschritt erforderlich. It should again be pointed out that direct injection of the samples under investigation in the context of the present invention is understood to mean, in particular, an injection which involves the conventional preparatory steps in the examination of a sample, such as metering into a sample loop. should be removed from a sample vessel and the washing steps required thereby avoid the parts in contact with the samples. Also, no prior solid phase extraction or other usual preparation step is required.
Für das direkte Einspritzen wird ein in den Fig. der Zeichnung nicht näher dargestellter Probenbehälter verwendet, auf den noch einmal näher eingegangen werden soll. Dieser Probenbehälter, wie er durch die WO-A-2010/084180/ offenbart worden ist, auf die hier vollumfänglich Bezug genommen wird, weist eine Pipetten- spitze auf, welche sowohl pipettenseitig als auch probenseitig ein offenes Ende aufweist. Im Inneren der Pipettenspitze befindet sich eine mit einer Kapillaröffnung versehene Innenstützhülse. Das probenseitige Ende der Pipettenspitze ist druckdicht in eine stirnseitig mit einer Membran verschlossenen Verschlußhülse eingepreßt. Die Verschlußhülse mit der in ihr befindlichen Pipettenspitze wird in eine Haltevorrichtung eingespannt, wobei Haltebacken zum Festhalten der Verschlußhülse und der Pipettenspitze dienen. An einem Vorschubsystem sind axial in die Pipettenspitze einführbare Kapillarnadeln angeordnet. Auf diese Weise können für eine Analyse an sich ausreichende kleinste Probenmengen erhalten und direkt in die erfindungsgemäße HPLC- Vorrichtung injiziert werden. Durch die Ultraschallbehandlung wird ein Probenverlust vermieden. Unter dem Begriff „kleinste Probenmengen" sind solche Mengen von 1 - 50 μΐ, bevorzugt von 5 - 10 μΐ zu verstehen und reichen für die Analyse aus. For direct injection, a sample container, not shown in more detail in the drawing, is used, which will be discussed in more detail. This sample container, as disclosed by WO-A-2010/084180 /, to which reference is made in its entirety, has a pipette tip which has an open end both on the pipette side and on the sample side. Inside the pipette tip is an inner support sleeve provided with a capillary opening. The sample-side end of the pipette tip is pressure-tight pressed into a front side sealed with a membrane closure sleeve. The closure sleeve with the pipette tip located in it is clamped in a holding device, wherein holding jaws are used for holding the closure sleeve and the pipette tip. On a feed system insertable capillary needles are arranged axially in the pipette tip. In this way, sufficient small amounts of sample can be obtained per se for an analysis and injected directly into the HPLC device according to the invention. Ultrasonic treatment avoids sample loss. The term "smallest sample amounts" are to be understood as meaning amounts of 1-50 μΐ, preferably of 5-10 μΐ, and are sufficient for the analysis.
Bei dem Injizieren der Probe 1 mittels dieses Probenbehälters wird durch die Pi- pettenspitze die Probenschlaufe des HPLC-Injektionssystems geschlossen. Die Probenschlaufe ist austauschbar und der Probenbehälter, in dem die Probe 1 vorbereitet und mit dessen Pipettenspitze sie injiziert wird, ist ein Einmalartikel, d.h., er kann nach dem Injizieren entsorgt werden. When injecting sample 1 by means of this sample container, the pipette tip closes the sample loop of the HPLC injection system. The sample loop is replaceable and the sample container in which sample 1 is prepared and injected with the pipette tip is disposable, i.e., it may be discarded after injection.
Für ein automatisiertes Messen können vorbereitete Boxen mit 54 Probenbehäl- tern verwendet werden, die über die weiter oben genannten Pipetten befüllt werden. Sie können entweder aufbewahrt oder direkt für eine Messung verwendet werden. Die Pipetten sind in der oben genannten WO-A-2010/084180 beschrie- ben. Der so für die Messung vorbereitete Probenbehälter ist einseitig durch eine Verschlußhülse verschlossen. Auf der anderen Seite befindet sich die Stützhülse. For automated measurement, prepared boxes containing 54 sample containers filled with the above-mentioned pipettes can be used. They can either be stored or used directly for a measurement. The pipettes are described in the above mentioned WO-A-2010/084180. ben. The thus prepared for the measurement sample container is closed on one side by a closure sleeve. On the other side is the support sleeve.
Bei den nachfolgend beschriebenen Versuchsbeispielen wurden der eigentlichen Trennsäule 45 eine bis drei Vorsäulen 37 vorgeschaltet. Die Kriterien, nach denen erfindungsgemäß eine, zwei oder drei Vorsäulen 37 verwendet wurden, gelten allgemein und insbesondere auch für alle nachfolgend erläuterten HPLC- Untersuchungen und sollen nachfolgend kurz allgemein dargestellt werden. Dabei ist die Verwendung von einer oder mehreren Vorsäulen nicht zwangsläufig erforderlich, hat sich jedoch als sinnvoll erwiesen, um Verunreinigungen möglichst von der eigentlichen Trennsäule 45 als Hauptsäule abzuhalten. Die Anzahl hängt von dem zu untersuchenden System ab. Eine einstufige Vorsäulenschaltung 37 wurde dann gewählt, wenn die zu untersuchende Probe direkt, ohne vorherige Probenaufbereitung in das HPLC-System injiziert werden konnte. Dies hängt grundsätzlich von der Natur der zu untersuchenden Analyten ab. Bei einer solchen einstufigen Vorsäulenschaltung 37 wird die zu untersuchende Probe direkt, ohne vorherige Probenaufbereitungsschritte, in das HPLC-System injiziert und die beschriebene Pipette bzw. Pipettenspitze stellt eine anschließend wegwerfbare Probenschleife dar. Bei Verwendung des weiter oben beschriebenen Sets von z.B. 54 Pipetten kann die Messung vollautomatisch erfolgen. Dann werden die Pipetten bzw. Pipettenspitzen automatisch nach jeder Injektion ausgetauscht. Bei den Versuchen wurde ein Druck von 2.500 psi, ent- sprechend 170 bar, angewendet. Höhere Drücke sind grundsätzlich möglich. In the experimental examples described below, the actual separating column 45 was preceded by one to three pre-columns 37. The criteria according to which one, two or three pre-columns 37 have been used according to the invention apply in general and in particular also for all HPLC investigations explained below and shall be briefly presented below in general terms. The use of one or more guard columns is not necessarily required, but has proven to be useful to keep impurities as possible of the actual separation column 45 as the main pillar. The number depends on the system to be examined. A single-stage pre-column circuit 37 was chosen when the sample to be tested could be directly injected into the HPLC system without prior sample preparation. This basically depends on the nature of the analytes to be investigated. In such a single-stage pre-column circuit 37, the sample to be tested is injected directly into the HPLC system without prior sample preparation steps and the described pipette tip represents a subsequently disposable sample loop. Using the set of e.g. 54 pipettes, the measurement can be fully automatic. Then the pipettes or pipette tips are replaced automatically after each injection. The tests used a pressure of 2,500 psi, corresponding to 170 bar. Higher pressures are possible in principle.
Wenn im übrigen die Vorsäulenschaltung 37 mit dem erfindungsgemäßen Ultraschallmodul 21 als einstufige Vorsäulenschaltung 37 erläutert worden ist, so ist dies bedingt durch die Tatsache, daß es wesentlich auf das Ultraschallmodul an- kommt, daß für die Zwecke der vorliegenden Erfindung am einfachsten anhand der einstufigen Vorsäulenschaltung 37 erläutert werden kann. Dies ist daher nicht einschränkend zu verstehen. Für den Fachmann auf diesem Gebiet ergibt sich oh- ne weiteres, daß die dargestellten Grundsätze für das erfindungsgemäße Ultraschallmodul 21 genauso bei Anwendung einer zwei- und mehrstufigen Vorsäulenschaltung zur Anwendung kommen können. Eine zweistufige Vorsäulenschaltung, wie Fig. 3 sie zeigt, hat sich dann als sinnvoll erwiesen, wenn sich ein Festphasen-Extraktionsschritt über eine SPE- Vorsäule (solid phase extraction, SPE-Säule) in Verbindung mit einer RAM- Vorsäule 31 ' als sinnvoll erwies. Dies ist z.B. bei (Blut-) Serum und Plasma- Proben der Fall. Die schon beschriebene Pipette bzw. Pipettenspitze wird wieder als anschließend wegwerfbare Probenschleife verwendet. Bei vollautomatischer Messung dient das Set von 54 Pipetten als Injektionssystem. Die Pipetten bzw. Pipettenspitzen werden automatisch - wie schon beschrieben - nach jeder Injektion ausgetauscht. Bei den Versuchen wurde wieder ein Druck von 2.500 psi, entsprechend 170 bar, angewendet, wobei höhere Drücke grundsätzlich möglich sind. Diese zweistufige Vorsäulenschaltung wurde in zwei Ausführungen verwendet, einmal in Form der üblichen HPLC mit den für die einstufige Vorsäulenschaltung schon genannten Drücken, und zum anderen in der Ausführung als UPLC mit einem Arbeitsdruck von bis zu 20.000 psi. Die UPLC wird weiter unten noch näher erläutert. Moreover, if the pre-column circuit 37 has been explained with the ultrasonic module 21 according to the invention as a single-stage pre-column circuit 37, this is due to the fact that it depends essentially on the ultrasound module that for the purposes of the present invention easiest on the basis of the single-stage Vorsäulenschaltung 37 can be explained. This is therefore not to be understood as limiting. For those skilled in the art, oh- ne further that the principles described for the ultrasonic module 21 according to the invention can also be used when using a two-stage and multi-stage Vorsäulenschaltung. A two-stage precolumn circuit, as shown in FIG. 3, has proven to be expedient if a solid-phase extraction step via an SPE (solid phase extraction, SPE) column in conjunction with a RAM precolumn 31 'proved to be expedient , This is the case, for example, with (blood) serum and plasma samples. The pipette or pipette tip already described is used again as a subsequently disposable sample loop. With fully automatic measurement, the set of 54 pipettes serves as an injection system. The pipettes or pipette tips are automatically replaced as described above after each injection. In the tests, a pressure of 2,500 psi, corresponding to 170 bar, was applied again, with higher pressures being possible in principle. This two-stage pre-column circuit was used in two versions, once in the usual HPLC with the pressures already mentioned for the one-stage pre-column circuit, and in the UPLC version with a working pressure of up to 20,000 psi. The UPLC will be explained in more detail below.
Eine zweistufige Vorsäulenschaltung kann daher dann angezeigt sein, wenn ein zweiphasiger Reinigungsschritt erforderlich wird, z.B. einmal über eine SPE- Vorsäule und des weiteren zusätzlich auf einer RAM-Säule. Unter RAM-Säulen werden vorliegend Säulen aus„Restricted Access Materialien" auf der Basis von Kieselgel mit hydrophoben Gruppen verstanden. Kombiniert mit dem reversed phase-Modus des HPLC-Systems war so ein Aufschluß von Molekülen mit der Bestimmung der Größen von Bruchteilen von Molekülen möglich. A two-stage pre-column circuit may therefore be indicated when a two-phase cleaning step is required, e.g. once via an SPE precolumn and additionally on a RAM column. In the present case, RAM columns are understood as meaning columns of "restricted access materials" based on silica gel with hydrophobic groups, and combined with the reversed-phase mode of the HPLC system, it was thus possible to disrupt molecules by determining the sizes of fractions of molecules ,
Ein Einsatz der genannten RAM-Säulen im Rahmen der vorliegend untersuchten Proben wurde insbesondere deshalb als erforderlich erachtet, weil es sich vor- zugsweise um biologische Proben handelte. Use of said RAM columns in the presently investigated samples was considered necessary in particular because they were preferably biological samples.
RAM-Säulen sind dazu geeignet, hydrophobe Analyten mit geringem Molekulargewicht aus nicht vorbehandelten Proben, insbesondere biologischen Proben, di- rekt zu extrahieren und anzureichern. Als solche biologischen Proben sind hämo- lysiertes Blut, Plasma, Serum, Milch, Fermentationsbrühe, Zellüberstände (super- natants) oder Lebensmittelhomogenate zu nennen. Ein Beispiel für ihre Anwendung ist die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführte Studie zur Bestimmung von Bosentan und drei seiner Metabolite direkt aus dem Blut in Form einer HPLC-MS-Untersuchung. Dabei wurden die Blutproben auf einer RAM-Säule, wie sie von der Firma Merck in Darmstadt, Deutschland, im Handel erhältlich ist, gereinigt, auf einer C ig- Vorsäule aufkon- zentriert und auf einer C -Phenyl-HPLC-Säule getrennt.Die HPLC-Durchflußrate auf der genannten analytischen Trennsäule 45 betrug im Ausführungsbeispiel 300 μΐ/min. Grundsätzlich sind deutlich kleinere, aber auch höhere Flußraten genauso möglich. Als Detektor wurde ein MS-MS-Detektor verwendet. Bei den Versuchsdurchläufen im Rahmen der HPLC/UPLC-Studien wurden für die Trennsäule 45 Partikel mit einem Teilchendurchmesser von 2 - 5 μηι als Säulenmaterial verwendet. Dadurch konnten sowohl die Geschwindigkeit als auch die Leistungsfähigkeit, d.h. die Trennleistung der Säule 45 verbessert werden. Der für diese Variante erforderliche höhere Arbeitsdruck konnte insbesondere durch Ver- wendung der zuvor beschriebenen Pipetten für das HPLC bzw. UPLC- Injektionssy stem durch Verwendung geeigneter Pumpen und Ventile ermöglicht werden. Hinsichtlich der Ventile wurden Hochdruckventile verwendet, die für einen Arbeitsdruck von bis zu 20.000 psi ausgelegt waren. RAM columns are suitable for low molecular weight hydrophobic analytes from non-pretreated samples, especially biological samples, which extract and enrich directly. Such biological samples include hemolyzed blood, plasma, serum, milk, fermentation broth, supernatants or food homogenates. An example of their application is the study carried out in the context of the present invention for the determination of bosentan and three of its metabolites directly from the blood in the form of an HPLC-MS assay. The blood samples were purified on a RAM column, commercially available from Merck in Darmstadt, Germany, concentrated on a precolumn and separated on a C-phenyl HPLC column HPLC flow rate on said analytical separation column 45 was 300 μΐ / min in the exemplary embodiment. Basically much smaller, but also higher flow rates are just as possible. The detector used was an MS-MS detector. In the test runs under the HPLC / UPLC studies were 45 particles having a particle diameter of 2 for the separation column - used 5 μ η ι as column material. As a result, both the speed and the performance, ie the separation performance of the column 45 could be improved. The higher working pressure required for this variant could be made possible in particular by using the previously described pipettes for the HPLC or UPLC injection system by using suitable pumps and valves. With regard to the valves, high pressure valves designed for a working pressure of up to 20,000 psi were used.
Insbesondere hat es sich gezeigt, daß die Analysenzeit im Rahmen des UPLC- Trennverfahrens durch die Kombination der vorgenannten Pipetten, bzw. Pipettenspitzen, in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Ultraschallvorrichtung besonders günstig verkürzt werden konnte. Durch das besondere Pipettensystem wird ein schneller, direkter Probengeber bereitgestellt. Zur vollständigen Entfaltung von dessen Vorteilen kommt es jedoch erst, wenn die erfindungsgemäße Ul- traschallvorrichtung mit diesem direkten Probengeber gekoppelt wird. Die Ultraschallvorrichtung macht eine direkte Probenaufgabe ohne vorherige Aufbereitung der Probe überhaupt erst problemlos möglich und damit sinnvoll.  In particular, it has been shown that the analysis time in the context of the UPLC separation process by the combination of the aforementioned pipettes, or pipette tips, in combination with the ultrasonic device according to the invention could be shortened particularly favorable. The special pipette system provides a fast, direct sampler. However, full development of its advantages does not occur until the ultrasound device according to the invention is coupled with this direct sampler. The ultrasonic device makes a direct sample application without prior preparation of the sample in the first place possible and thus meaningful.

Claims

Patentansprüche claims
Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC)-System, mit einer Probenaufhahme, zumindest einer HPLC-Säule (31, 45) und einem Detektor, wobei die Probenaufhahme mit der zumindest einen HPLC-Säule (31, 45) durch zumindest eine kapillare Verbindungsleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich zwischen der Probenaufhahme und der zumindest einen HPLC-Säule (31, 45) eine Ultraschallvorrichtung angeordnet und mit der oder mit zumindest einer der kapillaren Verbindungsleitungen in Kontakt gebracht ist. High-performance liquid chromatography (HPLC) system, with a Probenaufhahme, at least one HPLC column (31, 45) and a detector, wherein the Probenaufhahme with the at least one HPLC column (31, 45) is connected by at least one capillary connecting line, characterized in that an ultrasound device is arranged in the region between the sample receiver and the at least one HPLC column (31, 45) and brought into contact with or with at least one of the capillary connecting lines.
HPLC-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die HPLC- Säule (31, 45) eine Trennsäule (45) ist, der zumindest eine Vorsäule (31) vorgeschaltet ist, und daß die Ultraschallvorrichtung (21) in dem Bereich zwischen der Probenaufnahme und der zumindest einen Vorsäule (31) angeordnet ist. HPLC system according to claim 1, characterized in that the HPLC column (31, 45) is a separation column (45) preceded by at least one precolumn (31) and in that the ultrasonic device (21) is located in the region between the sample receptacle and the at least one guard column (31) is arranged.
HPLC-System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine kapillare Verbindungsleitung im wesentlichen drei Abschnitte aufweist oder daß die kapillare Verbindungsleitung aus zumindest drei Kapillaren besteht, die jeweils miteinander verbunden sind, von denen der erste Abschnitt (19) oder die erste Kapillare von der Probenaufhahme zu der Ultraschallvorrichtung (21) fuhrt, der zweite Abschnitt (29) oder die zweite Kapillare in Kontakt mit der Ultraschallvorrichtung (21) gebracht ist, und der dritte Abschnitt (33) oder die dritte Kapillare mit der zumindest einen HPLC-Säule (31, 45) oder der Trennsäule (45) verbunden ist. HPLC system according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one capillary connecting line has substantially three sections or that the capillary connecting line consists of at least three capillaries which are respectively connected to each other, of which the first section (19) or the first capillary from the sample holder to the ultrasonic device (21), the second section (29) or the second capillary is brought into contact with the ultrasonic device (21), and the third section (33) or the third capillary with the at least one HPLC Column (31, 45) or the separation column (45) is connected.
HPLC-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallvorrichtung (21) einen Ultraschallkopf (27) aufweist, daß der zweite Abschnitt (29) der kapillaren Verbindungsleitung oder die zweite Kapillare durch Aufwickeln auf den Ultraschallkopf (27) in Kontakt mit der Ultraschallvorrichtung gebracht ist, und daß die beiden weiteren Abschnitte der kapillaren Verbindungsleitung (19, 33) oder die beiden weiteren Kapillaren flexibel gehalten sind. HPLC system according to claim 3, characterized in that the ultrasonic device (21) comprises an ultrasound head (27), that the second section (29) of the capillary connection line or the second capillary by winding on the ultrasound head (27) in contact with the ultrasonic device is brought, and that the two other sections of the capillary connecting line (19, 33) or the other two capillaries are kept flexible.
HPLC-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Werkstoff für die Kapillare(n), der ausgewählt ist aus Metall, im Ka- pillarinnern mit Glasfasern beschichtetem Metall und/oder Kunststoff. HPLC system according to one of Claims 1 to 4, characterized by a material for the capillary (s), which is selected from metal, in the capillary inside with glass fibers coated metal and / or plastic.
HPLC-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ausgewählt ist aus Edelstahl, rostfreiem Stahl oder Titan, und/oder daß der Kunststoff ausgewählt ist aus Polyetheretherketon (PEEK), Polytetrafluor- ethylen (PTFE), insbesondere Teflon, und/oder Fluorpolymeren, insbesondere Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE). HPLC system according to claim 5, characterized in that the metal is selected from stainless steel, stainless steel or titanium, and / or that the plastic is selected from polyetheretherketone (PEEK), polytetrafluoroethylene (PTFE), in particular Teflon, and / or Fluoropolymers, especially ethylene tetrafluoroethylene (ETFE).
Verfahren zur Probenaufbereitung in einem HPLC-System, bei dem die Probe über eine Probenaufnahme in das HPLC-System injiziert und über zumindest eine kapillare Verbindungsleitung zu zumindest einer HPLC- Säule (31, 45) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe dabei mit einer Ultraschall Vorrichtung (21) in Kontakt gebracht wird, durch welche ihre Anteile feinverteilt und homogenisiert und/oder in der Probe befindliche Zellen ausreichend zerstört werden und/oder die Probe aufgeschlossen wird, bevor sie die zumindest eine HPLC-Säule (31, 45) erreicht. Method for sample preparation in an HPLC system, in which the sample is injected into the HPLC system via a sample receiver and conducted via at least one capillary connection line to at least one HPLC column (31, 45), characterized in that the sample with an ultrasonic device (21) is brought into contact, by which their shares finely divided and homogenized and / or cells in the sample are sufficiently destroyed and / or the sample is digested before the at least one HPLC column (31, 45) reached.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine gepulste Ultraschallwelle mit einer Frequenz zwischen 10 und 60 kHz, vorzugsweise 20 bis 50 kHz, besonders bevorzugt 30 kHz verwendet wird. 8. The method according to claim 7, characterized in that a pulsed ultrasonic wave having a frequency between 10 and 60 kHz, preferably 20 to 50 kHz, particularly preferably 30 kHz is used.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe in der zumindest einen kapillaren Verbindungsleitung ca. 5 bis 30 s in Kontakt mit dem Ultraschall gehalten wird. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe nach der Ultraschallvorrichtung (21) zunächst zumindest eine HPLC-Säule (31, 45) in Form einer Vorsäule (31) passiert, die der weiteren HPLC-Säule (31, 45) in Form einer Trennsäule (45) vorgeschaltet wird. 9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the sample is held in the at least one capillary connecting line for about 5 to 30 s in contact with the ultrasound. 10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the sample after the ultrasonic device (21) initially at least one HPLC column (31, 45) in the form of a precolumn (31) passes, the further HPLC column ( 31, 45) in the form of a separation column (45) is connected upstream.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenaufnahme in das HPLC-System direkt von einer Probenentnahme aus einem Körper oder Medium oder aus einem Probenvorrat erfolgt. 10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the sample is taken in the HPLC system directly from a sampling of a body or medium or from a sample supply.
11. Verwendung eines HPLC-Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder des Verfahrens zur Probenaufbereitung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 zur Untersuchung von biologischen, biochemischen, pharmazeutischen, medizinischen und/oder Umweltproben. 11. Use of an HPLC system according to any one of claims 1 to 6 or the method for sample preparation according to one of claims 7 to 10 for the investigation of biological, biochemical, pharmaceutical, medical and / or environmental samples.
12. Verwendung nach Anspruch 11 zur Analyse von Blutproben mit intakten roten Blutkörperchen, für den Aufschluß im Protein- und Molekularbereich, für Proteinsysteme oder Zellkulturen sowie für die Pharmakokinetik und/oder Pharmakodynamik. 12. Use according to claim 11 for the analysis of blood samples with intact red blood cells, for the digestion in the protein and molecular range, for protein systems or cell cultures as well as for pharmacokinetics and / or pharmacodynamics.
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