DE2454105B2 - Vorrichtung zur isotachophoretischen trennung - Google Patents
Vorrichtung zur isotachophoretischen trennungInfo
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Description
Scnärfe der Probenkomponentenzonen, wie diese in
der Säule nach vollendeter Trennung vorliegen, könnte nur mit großer Schwierigkeit erzielt werden
und der Nachweis bei präparativer Trennung wird gewöhnlich nach einer Eluierung der Probenkomponenten
durchgeführt und zwar mit der genannten Verminderung der Trennschärfe. Die Eluierung einer
Makrosäule wird erschwert durch die Anwesenheit der Stabilisierungsmedien, beispielsweise Gel, welches
in solchen Säulen bei Trennungen verwendet wird.
Verbesserte Schärfe der Abtrennung nach der Eluierung aus einer Makrosäule könnte mittels einer
Säule erzielt werden, wo die unterschiedlichen Probekomponenten, durch das elektrische Feld beeinflußt,
zu dem einen Ende der Säule wandern und dann, in richtiger Weise durch das elektrische Feld noch beeinflußt,
aus der Säule eluiert werden. Eine solche Vorrichtung ist in der deutschen Patentschrift
2101 885 beschrieben. Diese Vorrichtung ist für Proben
im Makromaßstab vorgesehen.
Es ist jedoch wünschenswert, auch sehr kleine Probememgen präparativ abzutrennen. Eine Vorrichtung
zur präparativen isotachophoretischen Trennung im Mikromaßstab, d. h. unter Benutzung einer
Kapillarsäule, ist nicht bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, mittels
welcher isotachophoretische Trennung präparativ im Mikromaßstab vollzogen werden kann. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Abzweigrohr in unmittelbarer Nähe des Anzeigers
von der Säule abgezweigt und daß am äußeren Ende des Abzweigrohres, welches mit einem Deckel verschließbar
ist, e:ne Aufnahmevorrichtung für die Probezonen vorgesehen ist.
Vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß man in kurzen Trennzeiten Trennungen mit hoher Schärfe
erzielt. Die getrennten Probenkomponentenzonen können schon vor dem Eluieren mit großer Schärfe
nachgewiesen werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Aufnahmevorrichtung einen mit einer bestimmten
Geschwindigkeit am äußeren Ende des Abzweigrohres vorbtiführbaren Träger aufweist, wobei
ein Luftspalt zwischen dem Rohrende und dem Träger vorgesehen ist. Ferner kann der Träger aus
einem Filterpapierstreifen bestehen.
In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. An Hand dieser
Zeichnung soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigt
F i g. 1 a und 1 b schematisch das Prinzip der Isotachoporese
und
Fig.2 schematisch eine bevorzugte Ausführungsform.
In den Fig. la und 1 b bezeichnet die Bezugszahl 1 eine Säule, in welche eine Anode 2 und eine
Kathode 3 eingeführt sind. In Fig. la wird die
Probe, welche getrennt werden soll, in denjenigen Teil der Säule eingeführt, welcher mit 5 bezeichnet
ist. Diese Probe weist Salze mit drei unterschiedlichen AnionenC,-, C2- uüd C,~ auf, wobei angenommen
wird, daß C1" eine größere Beweglichkeit
besitzt als G,", von welchem wiederum angenommen wird, daß dieses eine größere Beweglichkeit als C3 -besitzt.
Der Teil der Säule, welcher mit L bezeichnet ist, wird mit dem oben erwähnten Leitelektrolyten
eefüllL welcher das Anion A- aufweist, welches
größere Beweglichkeit besitzt als alle Anionen der Probe. Der Teil T der Säule, weicher der Kathode
zugewandt ist, ist mit einem Endelektrolyten gefüllt, der ein Anion B~ enthält, welches eine Beweglichkeit
besitzt, die geringer ist als alle interessierenden Anionen in der Probe. In L befinden sich Kationen,
ein sogenanntes Gegenion R+, welches zweckmäßig Puffereigenschaften besitzen sollte. Wenn eine
Gleichspannung an die Elektroden 2 und 3 angelegt ίο wird, so wandern die Kationen nach der Kathode 3
hin und bilden ein gemeinsames Kation für alle Anionen, während die Anionen zur Anode 2 hinwandern.
Als Folge der unterschiedlichen Beweglichkeit der Anionen steigert sich dann stufen- und
zonenweise die elektrische Feldstärke über die Zonen L, S bzw. T hinweg. Dies führt jedoch dazu, daß
die Anionert in der Zone 5 gemäß ihrer Beweglichkeit
getrennt werden, so daß die Ionen C1", weiche
die größere Beweglichkeit besitzen, eine Zone bilden, die dem Leitelektrolyten am nächsten ist, worauf
eine Zone aus C2" und schließlich eine Zone aus C3 -folgt,
welch letztere dem Endelektrolyten am nächsten ist (s. Fig. 1 b). Natürlich ergeben sich entsprechende
Bedingungen bei der Trennung der Kationen.
a5 In F i g. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 4 eine Säule aus einem Kapillarrohr, in welchem die Trennung ausgeführt wird. Die Bezugszahl 5 bezeichnet die eine Elektrode, welche sich in einem Elektrodengefäß 6 befindet, welches mit einem Leitelektrolyten gefüllt ist. Es sei angenommen, daß die Wanderung, welche die Trennung vollzieht, in Richtung des Pfeiles erfolgt. Die Bezugszahl 7 bezeichnet die andere Elektrode, welche in einem Elektrodengefäß 8 enthalten ist, welches den Endelektrolyten enthält. Derjenige Teil der Säule, welcher sich zwischen der Probe und dem Elektrodengefäß 6 befindet, enthält den Leitelektrolyten, während jener Teil der Säule, welcher sich zwischen der Probe und dem Elektrodengefäß 8 befindet, den Endelektrolyten enthält. Die Säule ist gegen die Elektrodengefäße durch semipermeable Membranen 9 bzw. 10 abgegrenzt. Die Elektroden 5 und 7 sind mit einer in der Zeichnung nicht gezeigten Spannungsquelle verbunden. Die Bezugszahl 11 bezeichnet einen Kühlmantel, welcher einen Kühlkanal 12 bildet, der die Säule umschließt. Der Kühlkanal 12 enthält ein fließfähiges Kühlmedium. Die Bezugzahl 13 bezeichnet eine Lichtwegvorrichtung mit einem Lichtweg 14, der die Säule von einer in der Zeichnung nicht gezeigten Lichtquelle her, welche auf der einen Seite des Kühlmantels gelagert ist, zu einem ebenfalls in der Zeichnung nicht gezeigten fotometrischen Anzeiger, der auf der anderen Seite des Kühlmantels gelagert ist, durchquert. In unmittelbarer Nähe des Lichtweges zweigt von der Säule ein Abzweigrohr 15 ab. Das Abzweigrohr ist durch einen Zylinder 16 aus Plexiglas od. dgl. mechanisch stabilisiert, wobei der Zylindei durch die öffnung 17 des Kühlmantels 11 hindurch geführt ist. Zwischen dem Kühlmantel und dem Zylinder ist eine Dichtung 18 angebracht. An demjenigen Teil der Säule, welcher sich zwischen dem Lichtweg 14 und dem Elektrodengefäß 6 befindet, ist eine Pumpe 19 angeordnet. An demjenigen Teil der Säule, welcher sich zwischen dem Anzeiger und dem Elektrolytgefäß 8 befindet, ist eine Probeneinspritzvorrichtung 20 angeordnet. Die Bezugszahl 21 bezeichnet einen Streifen Filterpapier, welcher über in der Figur nicht gezeigte Rollen läuft, wobei
a5 In F i g. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 4 eine Säule aus einem Kapillarrohr, in welchem die Trennung ausgeführt wird. Die Bezugszahl 5 bezeichnet die eine Elektrode, welche sich in einem Elektrodengefäß 6 befindet, welches mit einem Leitelektrolyten gefüllt ist. Es sei angenommen, daß die Wanderung, welche die Trennung vollzieht, in Richtung des Pfeiles erfolgt. Die Bezugszahl 7 bezeichnet die andere Elektrode, welche in einem Elektrodengefäß 8 enthalten ist, welches den Endelektrolyten enthält. Derjenige Teil der Säule, welcher sich zwischen der Probe und dem Elektrodengefäß 6 befindet, enthält den Leitelektrolyten, während jener Teil der Säule, welcher sich zwischen der Probe und dem Elektrodengefäß 8 befindet, den Endelektrolyten enthält. Die Säule ist gegen die Elektrodengefäße durch semipermeable Membranen 9 bzw. 10 abgegrenzt. Die Elektroden 5 und 7 sind mit einer in der Zeichnung nicht gezeigten Spannungsquelle verbunden. Die Bezugszahl 11 bezeichnet einen Kühlmantel, welcher einen Kühlkanal 12 bildet, der die Säule umschließt. Der Kühlkanal 12 enthält ein fließfähiges Kühlmedium. Die Bezugzahl 13 bezeichnet eine Lichtwegvorrichtung mit einem Lichtweg 14, der die Säule von einer in der Zeichnung nicht gezeigten Lichtquelle her, welche auf der einen Seite des Kühlmantels gelagert ist, zu einem ebenfalls in der Zeichnung nicht gezeigten fotometrischen Anzeiger, der auf der anderen Seite des Kühlmantels gelagert ist, durchquert. In unmittelbarer Nähe des Lichtweges zweigt von der Säule ein Abzweigrohr 15 ab. Das Abzweigrohr ist durch einen Zylinder 16 aus Plexiglas od. dgl. mechanisch stabilisiert, wobei der Zylindei durch die öffnung 17 des Kühlmantels 11 hindurch geführt ist. Zwischen dem Kühlmantel und dem Zylinder ist eine Dichtung 18 angebracht. An demjenigen Teil der Säule, welcher sich zwischen dem Lichtweg 14 und dem Elektrodengefäß 6 befindet, ist eine Pumpe 19 angeordnet. An demjenigen Teil der Säule, welcher sich zwischen dem Anzeiger und dem Elektrolytgefäß 8 befindet, ist eine Probeneinspritzvorrichtung 20 angeordnet. Die Bezugszahl 21 bezeichnet einen Streifen Filterpapier, welcher über in der Figur nicht gezeigte Rollen läuft, wobei
dieser Streifen' eine Aufnahmevorrichtung für die erhaltenen Probenkomponenten bildet.
Bei einer präparativen isotachophoretischen Trennung wird das Probengemisch in die Säule mit der
Probeneinspritzvorrichtung 20 eingeführt, welche als Scheidewand ausgebildet sein kann, die durch eine
Injektionsspritze durchstoßen wird. Dann wird der Leitelektrolyt in die Säule zwischen der Probe und
der Membrane 9, sowie der Endelektrolyt zwischen der Probe und der Membrane 10 eingeführt werden.
Das äußere Ende des Abzweigrohres 15 wird dann durch einen Deckel geschlossen, welcher in der
Zeichnung nicht gezeigt ist. An die Elektroden 5 und 7 wird Spannung angelegt und die Probenkomponenten
wandern isotachophoretisch in Richtung auf die Lichtwegvorrichtung 13 zu. Wenn der zur Verfügung
stehende Wanderungsabstand zu kurz ist, so kann die Trennung mittels eines Gegenstromes vollzogen
werden, welcher durch die Pumpe 19 gemäß der deutschen Patentschrift 21 27 391 erzeugt wird.
Bevor die Probenzonen den Anzeiger passiert haben, wird der Deckel des Abzweigrohres 15 abgehoben
und die Pumpe 19 beim Transport der Aufnahmevorrichtung 21 in Gang gesetzt. Unmittelbar nach
dem Nachweis werden die Probertkomponentenzonen durch das Abzweigrohr 15 herausgeführt. Das Abzweigrohr
besitzt einen geringeren Querschnitt als die Säule.
S Das Material, welches durch das Abzweigrohr hindurch
herausgeführt wird, wird durch die Aufnahmevorrichtung 21 gesammelt, welche bevorzugt aus
einem Träger besteht, der mit gegebener Geschwindigkeit am äußeren Ende des Abzweigrohres vorbeigeführt
wird, wobei zwischen dem Ende des Rohres und dem Träger ein Luftspalt belassen- wird. Der
Träger besteht zweckmäßig aus einem Streifen porösen Materials, beispielsweise Filterpapier, welches
geeigneten Zufuhrrollen zugeliefert wird. Da isotachophoretische Bedingungen während des Austretens
der Probenkomponenten vorliegen sollten, ist zwischen den Elektroden 5 und 7 Spannung angelegt,
welche eine Potentialdifferenz zwischen dem Träger in der Sammelvorrichtung und dem äußeren Ende
»o des Abzweigrohres erzeugt. Bei einer bestimmten
Tropfengröße, welche von der Potentialdifferenz und der Breite des Luftspaltes abhängig ist, springt der
gebildete Tropfen auf den Träger über und bildet auf diesem einen kreisförmigen Fleck.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Vorrichtung zur isotachophoretischen Tren- erzielt man eine große Trennschärfe und eine scharfe
■ung mit einer von einem Kapillarrohr gebildeten 5 Trennungslinie zwischen den Zonen, welche durch
Säule, welche zwischen zwei Elektroden ange- die Ionen gebildet werden. Die Konzentration der
ordnet ist, wobei die der Trennung unterworfene Ionen in den verschiedenen Probezonen ist von der
Probe in der Säule zwischen einem Leit- und Beweglichkeit jedes entsprechenden Ions abhängig
einem Endelektrolyten sich befindet und ein An- und demzufolge wird ein bestimmtes Ion im Verxeiger
zum Nachweis unterschiedlicher Proben- "> gleich zu seiner Konzentration im anfänglichen Proronen
in einer Stellung längs der Säule angeord- bengemisch im allgemeinen konzentriert. Diese spezinet
ist, dadurch gekennzeichnet, daß fischen Merkmale der Isotachophorese, welche eine
ein Abzweigrohr (15) in unmittelbarer Nähe des Folge der Anwesenheit des Leit- und Endelektrolyten
Anzeigers von der Säule (4) abzweigt und daß am sind, machen die isotachophoretische Trennung sehr
äußeren Ende des Abzweigrohres, welches mit 15 vorteilhaft im Vergleich zur allgemeinen Zoneneinem
Deckel verschließbar ist, eine Aufnahme- elektrophorese, bei welcher jede Probenkomponenvorrichtung
(21) für die Probenzonen vorgesehen tenzone sich verbreitert und man beim Durchführen
ist. der Trennung wegen Diffusion weniger scharfe
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Grenzlinien erhält und die Konzentration jeder Prokennzeichnet,
daß die Aufnahmevorrichtung (21) ao benkoir.ponenten sich während der Trennung vereinen
mit einer bestimmten Geschwindigkeit am mindert. Die Vorteile der Isotachophorese sind beäußeren
Ende des Abzweigrohres (15) vorbeiführ- sonders hervorragend in einer Säule, welche aus
baren Träger aufweist, wobei ein Luftspalt zwi- einem Kapillarrohr besteht, in welchem stabilisieschen
dem Rohrende und dem Träger vorgesehen rende Medien wie Gele nicht angewandt zu werden
ist. 25 brauchen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- Bei der Durchführung einer isotachophoretischen
kennzeichnet, daß der Träger aus einem Filter- Trennung ist im allgemeinen ein Anzeiger an der
papierstreifen besteht. Säule angeordnet, um die erzielten Zonengrenzlinien
nachzuweisen. Ein Zweck dieses Nachweises besteht 30 in der Beurteilung, wann sich als Anzeige vollendeter
Trennung scharfe Zonengrenzlinien zwischen allen
Probezonen gebildet haben. Ein anderer Zweck eines solchen Nachweises besteht in der Führung eines in
vielen Fällen gebrauchten Gegenstromes, damit die
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine 35 Zonengrenzlinie zwischen Leitungselektrolyt und ProVorrichtung
zur isotachophoretischen Trennung mit bengemisch in der Säule stationär gehalten wird, wie
einer von einem Kapillarrohr gebildeten Säule, welche dies in der obenerwähnten Patentschrift beschrieben
zwischen zwei Elektroden angeordnet ist, wobei die ist.
der Trennung unterworfene Probe in der Säule zwi- Oft wird eine elektrophoretische Trennung, bei-
schen einem Leit- und einem Endelektrolyten sich 40 spielsweise eine isotachophoretische Trennung, für
befindet und ein Anzeiger zum Nachweis unterschied- analytische Zwecke durchgeführt. Es ist dann von
licher Probenzonen in einer Stellung längs der Säule Interesse, die verschiedenen in der Säule anwesenden
angeordnet ist. Probezonen bis zur höchstmöglichen Schärfe bei
Eine derartige Vorrichtung ist bekannt (SW-AS Trennung und Nachweis zu studieren. Analytische
3 40 376). 45 Trennungen werden oft mit kleinstmöglichem Proben-
Bei der Isotachophorese wird eine Trennung einer volumen durchgeführt. Dies gestattet kurze Trenionisierten
Probe, welche Ionen einer bestimmten nungszeit. Bei der analytischen Isotachophorese verPolarität
enthält, durchgeführt. Hierzu wird die Probe wendet man zweckmäßigerweise eine obenerwähnte
in eine zwischen zwei Elektroden angeordnete Säule Kapillarsäule. In einer Kapillarsäule ist ein Nachweis
eingebracht. Ferner wird ein Leitelektrolyt in den- 5° bis zur großen Schärfe der Probenkomponentenzonen
jenigen Teil der Säule gebracht, welcher sich zwi- relativ einfach zu erzielen, beispielsweise mittels eines
sehen der Probe und der Elektrode befindet, gegen thermischen oder optischen Anzeigers, welcher an der
welche die Ionen der ionisierten Probe wandern, Säule angeordnet ist.
wenn eine Spannung an d;e Elektroden angelegt wird. In anderen Fällen wird die elektrophoretische
Dieser Leitelektrolyt enthält Ionen der gleichen PoIa- 55 Trennung zu präparativen Zwecken durchgeführt
rität. jedoch mit größerer Beweglichkeit als die Probe- wenn es gewünscht wird, die unterschiedlichen Probeionen.
Außerdem wird ein Endelektrolyt in denjeni- zonen nach der Abtrennung getrennt zu sammeln. Bei
gen Teil der Säule eingebracht, welcher sich zwischen der Zonenelektrophorese in einer Säule wird für die
der Probe und der anderen Elektrode befindet, wobei präparative Arbeit die Kolonne von ihrem Inhalt entder
Endelektrolyt Ionen der erwähnten bestimmten 60 ieert, nachdem die Abtrennung vollendet und die
Polarität, jedoch mit einer geringeren Beweglichkeit Elektrodenspannung abgeschaltet ist. Während des
als die Probeionen aufweist. In die gesamte Säule Entleerens verbreitern sich dann die Zonen infolge
wird auch eine Ionenart der entgegengesetzten PoIa- Diffusion weiter und die Grenzlinien werden unrität
eingeführt, ein sogenanntes Gegenion. Das schärfer, d. h. die Schärfe der Trennung vermindert
Gegenion sollte zweckmäßigerweise Puffereigen- 65 sich. Präparative Trennungen werden im allgemeinen
schäften besitzen. Die Isotachophorese ist eingehend mit ziemlich großen Probenvolumina durchgeführt,
beispielsweise in Analytica Chimica Acta 38 (1967), welche Makrosiiulen und relativ lange Trennzeiten
his 237. unter dem Titel »Displacement elec- erfordern. Der Nachweis bis zu ziemlich guter
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Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |