DE2508785A1

DE2508785A1 - Vorrichtung zur elektrophoretischen analyse von elektrisch geladenen teilchen

Info

Publication number: DE2508785A1
Application number: DE19752508785
Authority: DE
Inventors: Junichi Akiyama
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1974-02-28
Filing date: 1975-02-28
Publication date: 1975-09-04
Also published as: US3941678A; FR2262802A1; DE2508785B2; FR2262802B1; DE2508785C3; GB1481273A

Description

Shimadzu Seisakusho Ltd. Kyoto, Japan

Vorrichtlang zur elektrophoretischen Analyse von elektrisch geladenen Teilchen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrophoretischen Analyse von Ionen oder ähnlichen elektrisch geladenen Teilchen.

Die Analyse durch G-leichgeschwindigkeits- oder Isotachophorese wird gewöhnlich in folgender Weise durchgeführt. Ein vorgeschalteter Elektrolyt, ein nachgeschalteter Elektrolyt und eine Meßlösung zwischen den beiden Elektrolyten werden in ein Kapillarrohr eingeführt, so daß in dem Kapillarrohr eine Flüssigkeitssäule gebildet wird, an der ein elektrisches Feld entlang der Länge der Flüssigkeitssäule zur Trennung der Ionenbestandteile der Meßlösung angelegt wird. Wenn in diesem Fall die Ionen oder anderen elektrisch geladenen Teilchen in der zu analysierenden Meßlösung (im folgenden werden die Ionen und die anderen elektrisch geladenen Teilchen unter dem Begriff "Ionen¹¹ zusammengefaßt) Kationen sind, enthält beispielsweise der vorgeschaltete Elektrolyt einen einzigen Kationentyp mit höherer Beweglichkeit als die Beweglichkeit der Meßionen, während der nachgeschaltete Elektrolyt einen einzigen Kationentyp mit

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geringerer Beweglichkeit als die Beweglichkeit der Meßiönen enthält.

Die Kationen in der Meßlösung werden getrennt, während sie zu der Kathode wandern. Wenn sie vollständig getrennt sind, werden verschiedene Zonen gebildet, die in der Reihenfolge der jeweiligen Beweglichkeiten liegen, und diese Zonen wandern mit konstanter Geschwindigkeit. Die Breite (das heißt die Dickt in Richtung der Ionenwanderung) jeder Zone ist proportional zu der Zahl der darin enthaltenen Ionen. Durch Messung jeder der vollständig getrennten Zonen ist es daher möglich, die Meßionen quantitativ zu bestimmen. Die Breite der Zone kann dadurch gemessen werden, daß man die Grenze zwischen nebeneinanderliegenden Zonen bestimmt, die verschiedene Arten von Ionen enthalten.

Verschiedene Arten von Detektoren werden bisher verwendet, um die Zonengrenzen zu messen oder zu bestimmen, beispielsweise solche Meßgeräte, die zur Messung der Zonengrenzen auf dem Unterschied in der Absorption von Ultraviolettstrahlen durch die verschiedenen Zonen oder von dem Unterschied in der Wärmemenge, die aufgrund des unterschiedlichen Widerstandes in den verschiedenen Zonen erzeugt wird, beruhen, und solche Geräte, die einen Potentialgradienten entlang der Flüssigkeitssäule in der Kapillarrohre messen. Der letztgenannte Typ, der als Potentialgradient-Detektor bezeichnet werden kann, wird wegen seiner höhen Empfindlichkeit und Vielseitigkeit in großem Umfang eingesetzt.

Bekanntlich ist bei der Isotachophorese der Strom der Ionenwanderung immer auf einem konstanten Niveau und bestimmt die Wanderungsgeschwindigkeit des Ions, so daß, solange der Ionenwanderungsstrom auf einem konstanten Niveau gehalten wird, die Wanderungsgeschwindigkeit des Ions ebenfalls konstant gehalten wird.

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Andererseits kann die Wanderungsgeschwindigkeit S des Ions als Produkt der inherenten Beweglichkeit M des Ions und des Potentialgradienten V desselben wie folgt ausgedrückt werden:

Wenn die Geschwindigkeit S konstant ist, gilt:

Dies bedeutet, daß die Beweglichkeit umgekehrt proportional zu dem Potentialgradienten V ist.

Wenn die verschiedenen Arten von Ionen, die in einer Meßprobe enthalten sind, die Beweglichkeiten M1, M2, M3 ... Mn und die Potentialgradientenwerte V1, V2, V3 ... Vn respektive haben, ergibt sich die folgende Gleichung, wenn die Wanderungsgeschwindigkeiten der Ionen gleich sind:

M1V1 = M2V2 = M3V3 ... = MnVn = k ... (3)

Aus dieser Gleichung erhält man:

V2 _ M1 V3 _ M1 V4 _ M1 Vn M1

VT ~ W' VT ~ ETJ' vT ~ W ·*· VT ⁼ in ···

Aus der Gleichung 4 ist ersichtlich, daß das Verhältnis des Potentialgradienten von einer Ionenart der verschiedenen Meßionen zu dem Potentialgradienten einer anderen Art gleich dem Verhältnis der Beweglichkeiten der beiden Arten der Meßionen ist. Diese Werte sind unabhängig von der Wanderungsgeschwindigkeit. Wenn daher die Potentialgradienten der Meßionen in den getrennten Zonen gemessen werden, wobei der Potentialgradient (zum Beispiel V1· in Gleichung 4) von einem speziellen Typ der Meßionen als Standard- oder Bezugswert gewählt wird,· und wenn das Verhältnis von jedem der Potentialgradienten (V2, V3 .·. Vn) der anderen

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Meßionen bezüglich dem Standardwert V1 errechnet wird, ist es daher möglich, Werte zu erhalten, die zu den Beweglichkeiten der Meßionen in Beziehung stehen, und aus diesen Werten können die in der Meßprobe enthaltenen Ionenbestandteile, die ausgemessen werden sollen, identifiziert werden.

Folglich soll durch die Erfindung hauptsächlich eine Vorrichtung zur elektrophoretischen Analyse von Meßproben angegeben werden, mit der ein Wert für die Beweglichkeit, die für jedes der getrennten Meßionen spezifisch ist, abgeleitet werden kann, so daß die Meßionen leicht identifiziert werden können. Zu diesem Zweck werden erfindungsgemäß der Potentialgradient eines Standard- oder Bezugsions und die Potentialgradienten der Meßionen gemessen, und das Verhältnis des Potentialgradienten von jedem der Meßionen zu dem Potentialgradient des Bezugsions wird errechnet.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung einen ersten Detektor, um den Potentialgradient eines Leitions zu messen, einen zweiten Detektor, um die Potentialgradienten verschiedener in der Meßprobe enthaltener Ionen zu messen, wobei der erste und der zweite Detektor entlang dem Kapillarrbhr angeordnet sind, in dem die isotachophoretische Trennung der Meßionen bewirkt wird, eine Rechenschaltung» die eine vorbestimmte Rechenoperation mit den Ausgangssignalen der beiden Detektoren durchführt, um ein Ausgangssignal entsprechend dem Verhältnis des Potentialgradienten von jedem der verschiedenen Meßionen zu dem Potentialgradient des Leitions zu erzeugen, und eine Anzeigeeinrichtung auf, um das Ausgangesignal der Funktionsschaltung anzuzeigen.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung einen Detektor, um den Potentialgradienten von jedem der unterschiedlichen Ionen zu messen, eine Schaltung, um das Ausgangssignal des Detektors, das dem Potentialgradienten eines speziellen Ionentyps entspricht, zu speichern, eine Funktionsschaltung, um die Ausgangesignale sowohl der

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Speicherschaltung, als auch des Detektors zu verarbeiten und ein Ausgangssignal entsprechend dem Verhältnis des Potential— gradienten von jedem der verschiedenen Ionentypen zu dem Poten— tialgradienten eines speziellen Ionentyps zu erzeugen, und eine Anzeigeeinrichtung auf, um den Ausgang der Funktionsschaltung anzuzeigen.

Wie bereits erwähnt wurde, ist die Wanderungsgeschwindigkeit S eines bestimmten lonentyps gegeben durch das Produkt der Beweglichkeit M und des Potentialgradienten V, das heißt durch S = M . V. Daher kann die Beweglichkeit ausgedrückt werden als:

Wenn die Wanderungsgeschwindigkeit und der Potentialgradient eines Meßions gemessen werden, ist es möglich, die Beweglichkeit zu errechnen, die für das Ion spezifisch ist. Daher kann das Ion identifiziert werden.

Durch die Erfindung soll des weiteren eine Vorrichtung zur elektrophoretischen Analyse von Ionen oder dergleichen geladenen Teilchen geschaffen werden, durch die die Beweglichkeit eines Lleßions unmittelbar nach seiner Trennung direkt abgeleitet werden kann, so daß das Heidion identifiziert werden kann. Zu diesem Zweck weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Detektor, um den Potentialgradienten jedes abgetrennten Ions zu messen und ein entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen, einen Detektor, um die Wanderungsgeschwindigkeit des Ions zu messen und ein entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen, eine Funktionsschaltung, um eine vorbestimmte Rechenoperation mit den Ausgangssignalen der Detektoren durchzuführen und ein entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen, und eine Anzeigeeinrichtung auf-, UiU das Ausgangssignal der Funktionaschalturig anzuzeigen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur elektrophoretischen Analyse;

Pig. 2 eixien Schnitt durch einen Potentialgradienten-Detektor, wie er in der Vorrichtung von Fig. 1 verwendet wird;

Pig. 3 A eine schematische Darstellung abgetrennter Ionen in einem Kapillarrohr;

Pig. 3 B die Potentialverteilung entlang dem Kapillarrohr;

Pig. 3 G die Potentialgradienten und Beweglichkeiten der getrennten Ionen;

Pig. 3 D die Differentiale der Potentialgradienten; und

Fig. 4 bis 6 schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Pig. 1 ist ein Kapillarrohr 1 gezeigt, das aus einem isolierenden Material, beispielsweise Teflon, besteht. Der Innendurchmesser und der Außendurchmesser des Kapillarrohres sind beispielsweise 0,5 mm bzw. 2 mm. Eine Kammer oder Zelle 2, die eine nachgeschaltete Elektrode 21 enthält, ist mit einem Ende des Kapillarrohres verbunden. Das andere Ende des Kapillarrohres ist mit einer anderen Kammer oder Zelle 3 verbunden, die eine vorgeschaltete Elektrode 31 enthält. Die beiden Elektroden 21 und 31 sind durch Leitungen 41 und 42 mit dem negativen bzw. dem positiven Ausgangsanschluß einer Stromquelle 4 verbunden, die eine bezüglich des Stromes stabilisierte Stromquelle sein kann und einen einstellbaren, konstanten Gleichstrom abgeben kann, wobei ein neutraler Abgriff vorzugsweise geerdet ist.

Zwei Leitungen 51 und 52 verbinden die Kammern 2 bzw. 3 mit zwei Tanks 54 bzw· 53 und reichen bis in die Nahe des

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Bodenbereiches der Tanks, die den nachgeschalteten bzw. den vorgeschalteten Elektrolyten enthalten. Sperrventile 57 und sind in den Leitungen 51 und 52 eingesetzt, um die Zufuhr der Elektrolyten von den Tanks 53 und 54 an die Kammern 2 und 3 zu steuern. Eine Leitung 55 verbindet die oberen Abschnitte der Tanks 53 und 54 mit einer Gasquelle 56, die ein unter Druck stehendes, inertes Gas, beispielsweise Helium, enthält.

Das Kapillarrohr ist mit einer Einrichtung 22 zum Einführen der Meßprobenlösung versehen, durch die ein Leitelektrolyt in an sich bekannter Weise in das Kapillarrohr eingeführt wird, um darin eine Flüssigkeitssäule zu bilden. Eine Heizkammer 7 umschließt das Kapillarrohr 1, um die Flüssigkeitssäule bei einer vorbestimmten Temperatur zu halten, die durch eine Stromquelle 71 gesteuert wird.

Nahe bei einem Ende des Kapillarrohres 1 ist ein Detektor 8 vorgesehen, für den ein Beispiel in Fig. 2 in Form eines Potentialgradientendetektors gezeigt ist. Der Detektor weist einen Halteblock 81 aus transparentem, isolierendem Material, beispielsweise Methacrylatharz, auf. Entlang der Achse des Blockes 81 ist eine hohle, zylindrische Meßkammer 82 vorgesehen, deren entgegengesetzte Endenmit den Endabschnitten 11 und 12 des Kapillarrohres 1 verbunden sind.

Die Endabschnitte des Kapillarrohres sind mit dem Block 81 durch Gewindezapfen 84 verbunden und in dem Block mit diesen gelagert, wobei ein Dichtungsband 83 abdichtend zwischen den nebeneinanderliegenden Teilen angeordnet ist. Zwei Elektroden 85 und 86 zur Messung des Potentialgradienten, die aus Platindraht mit einem Durchmesser von etwa 0,08 mm hergestellt sind, erstrecken sich senkrecht zu der Achse der Meßkaramer durch zwei Bohrungen in dem Block 81 so weit, daß die inneren Enden der Elektrodendrähte an der Innenfläche der Meßkammer frei liegen, jedoch nicht in diese vorstehen. Die anderen Enden der Elektroden sind mit den blanken Enden von Kabeldrähten 87 verlötet, die in dem Block 81 gehalten sind. Der Raum

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um die Elektroden und die blanken Enden des Kabels ist mit einem geeigneten, isolierenden Kleber 88, beispielsweise handelsübliche Epoxidharzkleber, ausgefüllt.

Es ist zu beachten, daß zwei wichtige Merkmale des in Fig. 2 gezeigten Detektors darin bestehen, daß erstens der Innendurchmesser der Meßkammer 82, das heißt 0,8 mm, etwas größer als der Durchmesser der Endabschnitte 11 und 12 des Kapillarrohres, das heißt 0,5 mm, ist, und daß zweitens die Elektroden 85 und aus möglichst dünnen Drähten bestehen, deren innere Enden nicht in die Meßkammer 82 hineinragen, sondern mit der Innenwandoberfläche der Meßkammer abschließen.

Durch das erste, oben genannte Merkmal wird die Stromdichte in der Meßkammer kleiner als in den Endabschnitten 11, 12 des Kapillarrohres, und aufgrund des zweiten Merkmales ist die Fläche der Elektroden, die sich in Kontakt mit der Flüssigkeit in der Meßkammer befindet, minimal, so da.3 die Entladung der Ionen an der Elektrodenoberfläche und damit die Erzeugung von Blasen und Abscheidungen an den Elektroden weitgehend unterdrückt werden kann.

Gemäß Fig. 1 sind die Meßelektroden 85 und 86 über zwei Kabel 87 mit einem Impedanzwandler 91 verbunden, der eine hohe Eingangsimpedanζ und eine niedrige Ausgangsimpedanz hat. Der Ausgang des Impedanzwandlers 91 wird an einen Spannungs-Frequenz-Wandler 92 angelegt, der ein Impulssignal erzeugt, dessen Frequenz proportional zu der Ausgangsspannung des Impedanzwandlers 91 ist. Ein erster Energieumsetzer 93» beispielsweise eine lichtemittierende Diode, empfängt das elektrische Ausgangssignal des Umsetzers 92, um es in ein entsprechendes optisches oder anderes aus elektromagnetischen Wellen bestehendes Signal umzusetzen. Ein Kanal 94 überträgt die elektromagnetischen Wellen, die von dem ersten Energieumsetzer 93 abgegeben werden, an einen zweiten Energieumsetzer 95, beispielsweise einen Phototransistor oder eine Photoröhre, der das optische Signal wieder in ein entsprechendes elektrisches Signal umsetzt. Das

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elektrische Signal wird an einen Frequenz-Spannungs-Umsetzer angelegt, der eine Spannung erzeugt, die der Frequenz der elektrischen Signals entspricht, das von dem Umsetzer 95 empfangen wird.

Der Ausgang des Frequenz—Spannungs-Umsetzers 96 wird an eine SignalVerarbeitungsschaltung 97 angelegt, die eine Differenzierschaltung und andere Elemente (nicht gezeigt) aufweist, und deren Ausgang an eine Aufzeichnungseinrichtung 98 angelegt wird, die durch ein Anzeigegerät, eine optische Anzeige oder eine andere geeignete Einrichtung z-jn Messen der Zonenbreite ersetzt werden kann.

Eine Isolierung 99 isoliert die Schaltungen 91, 92 und 93 von der Erde, so daß das Fließen eines Leckstromes zwischen den Meß— elektroden und Erde verhindert wird. Diese Anordnung trennt den Meßteil von einer Quelle mit festem Potential, beispielsweise Erde, vollständig, so daß kein Leckstrom zwischen den Meßelektroden und äußeren Teilen fließt, wodurch die Bildung von Blasen verhindert wird.

Im Betrieb werden der vorgeschaltete Elektrolyt oder Leitelektrolyt, die Meßlösung und der nachgeschaltete Elektrolyt in das Kapillarrohr eingefüllt, wobei die Meßlösung zwischen den beiden Elektrolyten liegt. Wenn der Ausgang der Quelle 4 an die Elektroden 21 und 31 angelegt wird, wird ein Potentialgradient entlang der Flüssigkeitssäule in dem Kapillarrohr T erzeugt, so daß die Ionen, beispielsweise die Anionen in der Meßprobe, zu der positiven Elektrode 31 wandern.

Die verschiedenen Arten von Anionen in der Meßlösung werden allmählich entsprechend ihren inherenten Beweglichkeiten in verschiedene Zonen aufgetrennt, während sie sich mit ihren jeweiligen Wanderungsgeschwindigkeiten bewegen, die zwischen der Wanderungsgeschwindigkeit der Anionen in dem vorgeschalteten Elektrolyt und der Wanderungsgeschwindigkeit der Anionen in

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dem nachgeschalteten Elektrolyten liegen. Wenn die Trennung abgeschlossen ist, enthält jede der getrennten Zonen eine andere, einzige Ionenart, die in der Meßprobe enthalten ist, und die Breiten der Zonen sind proportional zu den Mengen der eingeführten Meßionen. Danach bewegen sich die Zonen mit der gleichen Geschwindigkeit.

Fig. 3 A zeigt schematisch die in der oben beschriebenen Weise vollständig getrennten Zonen. In Fig. 3 A bezeichnen die Symbole + und - die Polaritäten der Spannung, die über der Flüssigkeitssäule in dem Kapillarrohr angelegt wird. Auch der Potentialgradientendetektor 8 ist in Fig. 3 A gezeigt. Die Symbole A~ und B"~ bezeichnen die Ionen de3 vorgeschalteten bzw. des nachgeschalteten Elektrolyten. Die verschiedenen Arten der Meß— ionen C~, D" und E"" in den getrennten Zonen liegen zwischen den Ionen des vorgeschalteten und des nachgeschalteten Elektrolyten.

Fig. 3 B zeigt die Potentialverteilung für jedes Ion in dem Kapillarrohr zu einem Zeitpunkt, wenn der durch getrennte Zonen gekennzeichnete Zustand von Fig. 3 A erreicht ist. Fig. 3 G zeigt die Potentialgradientenwerte VA, VB, VC und VE und die Beweglichkeiten MA, MC, LID und ME der Ionen. Dies bedeutet, daß die Potentialgradientenwerte, die von dem Detektor 8 gemessen werden, wenn die getrennten Zonen an dem Detektor eine nach der anderen vorbeiziehen, zu den in Fig. 3 C gezeigten Kurven führen, wenn das Kapillarrohr zwischen der Einrichtung 22 zum Einführen der Meßprobe und dem Detektor 8 eine ausreichende Länge hat, so daß die Meßionen vollständig getrennt werden.

Wenn der Ausgang des Detektors 8 differenziert wird, so daß das differenzierte Signal gegenüber der Zeit aufgetragen wird, erhält man eine graphische Darstellung wie in Fig. 3 D. Mit Hilfe des Abstandes zwischen nebeneinanderliegenden, differenzierten Signalspitzen kann man die Breite jeder Zone und folglich die Menge jeder Komponente der Meßprobe bestimmen. Durch den Unterschied in der Höhe zwischen nebeneinanderliegenden Spitzen ist

es möglich, eine Differenz in der Beweglichkeit zwischen den Meßionen in zwei angrenzenden, getrennten Zonen zu bestimmen. Diese Information kann jedoch nur abgeleitet werden, nachdem die Daten auf einer Aufzeichnungskarte analysiert worden sind. Eine solche Analyse erfordert jedoch eine etwas mühsame Arbeit.

Erfindungsgemäß wird das Verhältnis des Potentialgradienten von jedem Heßion zu einem speziellen Standard- oder Bezugsion berechnet. Das Meßion kann dann direkt an diesem Verhältnis identifiziert werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. In Fig. 4 wird durch zwei Elektroden b und c ein konstanter Strom an ein elektrophoretisches Kapillarrohr a angelegt, in dem Ionen A~ aus dem vorgeschalteten Elektrolyten und Ionen B~ aus dem nachgeschalteten Elektrolyten und drei verschiedene Meßionen C"", D~ und E", die nun vollständig getrennt sind, mit einer konstanten Geschwindigkeit zu der Anode b wandern. Ein erster Potentialgradientendetektor d und ein zweiter Potentialgradientendetektor e sind an dem Kapillarrohr vorgesehen, wobei der Detektor d auf der Seite der Anode und der Detektor e auf der Seite der Kathode liegt. Die zwei Detektoren messen die Potentialgradienten der Ionen A~", G"", D~ und E~, um entsprechende Ausgangssignale zu erzeugen. Eine Speicherschaltung f ist mit dem Ausgang des Detektors d verbunden, um den gemessenen Potentialgradienten des Ions A~ aus dem vorgeschalteten Elektrolyten zu speichern. Eine Funktionsschaltung g ist mit dem Ausgang der Speicherschaltung f und dem Ausgang des zweiten Detektors e verbunden, um die Verhältnisse VC/VA, VD/VA und VE/VA zu errechnen, wobei VA der Potentialgradient des Leitions A~ und VC, VD und VE die Potentialgradienten der Meßionen C~, D"" und E" sind.

Wie bereits erwähnt wurde, sind diese Verhältnisse gleich den Verhältnissen der Beweglichkeit MA des Leitions A"" zu den Beweglichkeiten MC, MD und ME der Meßionen C"", D~ und E"*, das

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heißt li'IA/1-lC, ΜΑ/LID bzw. 1.IA/ME. Da die Verhältnisse VC/VA, VD/VA und VE/VA unabhängig von den Meßbedingungen, beispielsweise dem V/anderungsstrom, dem Durchmesser des Kapillarrohres, den Konzentrationen der Elektrolyten usw., konstant sind, drückt jedes der Verhältnisse VC/VA, VD/VA und VE/VA einen V/ert aus, der für den entsprechenden Ionenbestandteil der Meßprobe spezifisch ist. Durch Anzeige dieser Werte auf einer Aufzeichnungseinrichtung oder einer Anzeigeeinrichtung h ist es möglich, Werte abzuleiten, die zu den für die Komponenten der Meßlösung spezifischen Beweglichkeiten in Beziehung stehen.

Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei dieselben Bezugszahlen die entsprechenden Teile bezeichnen. Ein Potentialgradientendetektor d mißt die Potentialgradienten des Leitions A~" und der Meßionen C~", D"" und E"" nacheinander, und eine Speicherschaltung f ist über einen Schalter i mit dem Detektor d verbunden, so daß der Potentialgradient VA des Leitions A~ gespeichert wird. Eine Funktionssehaltung g ist mit dem Ausgang der Speicherschaltung f und dem Ausgang des Detektors d verbunden, so daß die Verhältnisse VC/VA, VD/VA und VE/VA der Potentialgradienten VC, VD und VE der Meßionen, die nacheinander von dem Detektor d gemessen werden, zu dem Potentialgradienten VA des Leitions berechnet werden.

In der vorhergehenden Beschreibung wird das Verhältnis des Potentialgradienten eines Meßions zu dem Potentialgradienten des Leitions aus dem vorgeschalteten Elektrolyten berechnet. Die Anordnung kann jedoch auch so getroffen werden, daß ein Ionen— typ aus den verschiedenen Ionentypen der Meßprobe als Standard— oder Bezugsion ausgewählt wird, und daß das Verhältnis des Potentialgradienten für jede der anderen Ionensorten zu dem Potentialgradienten der als Bezugsgröße dienenden Ionen berechnet wird.

Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse eines Experimentes, das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt wurde. Das Chloridion wird als Leition verwendet und als Standard- oder

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Bezugspunkt gewählt, und die Verhältnisse der Potentialgradienten der anderen Ionen zu dem Potentialgradienten des Bezugsions werden abgeleitet, während die reziproken Verhältnisse der Beweglichkeiten dieser Ionen theoretisch aus den Beweglichkeiten der Ionen abgeleitet werden. Der Wanderungsstroni beträgt 100 pA, und der pH ist 6,0.

Verhältnisse der Reziproke Verhältnisse der Potentialgra— der Beweglichkeiten dienten (theoretische Werte)

1,00 1,30 1,39 1,45 1,82 1,99 2,42

Chloridion	1,00
SuIfation	1,20
Nitration	1,35
Oxalation	1,50
Formiation	1,90
Citration	2,10
Maleination	2,50
Acetation	4,10
Glut ainat ion	8,00

Wie in der Tabelle gezeigt ist, sind die Verhältnisse der Potentialgradienten etwas von den reziproken Verhältnissen der Beweglichkeiten verschieden, obwohl diese beiden Verhältnisse theoretisch gleich groß sein sollten.

Die Ursache für diese Abweichung kann in experimentellen Fehlern liegen, die durch die geringe Genauigkeit der Meßvorrichtung oder durch die Tatsache verursacht sein können, daß die Beweglichkeit jedes Ions im Gegensatz zu seinem Atom- oder Molekulargewicht erheblich mit dem pH der Lösung, der Umgebungstemperatur und anderen Meßbedingungen variiert. Die Abweichung ist jedoch in der Praxis bei dem Identifizieren verschiedener Ionen vernachlässigbar und kann durch eine Verbesserung der Genauigkeit der Meßvorrichtung reduziert werden.

Fig. 6 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, um direkt die Beweglichkeit jedes abgetrennten Meßions aus dem Potentialgradienten und seiner Wanderungsgeschwin-

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digkeit abzuleiten. In Pig. 6 bezeichnen dieselben Bezugssymbole wie in den Fig. 4 und 5 die entsprechenden Teile, so daß eine Erläuterung dieser Teile entfallen kann.

Zusätzlich ζλΐ dem Potentialgradientendetektor d ist das Kapillarrohr a mit einem Wanderungsgeschwindigkeitsdetektor 60 versehen. Der Detektor 60 weist zwei Zonengrenzdetektoren 61 und 62, die unter einem vorbestimmten Abstand voneinander entlang der länge des Kapillarrohres angeordnet sind, eine Zeitmeßschaltung 63, die durch die Ausgangssignale der Detektoren 61 und 62 gesteuert wird, und eine Schaltung 64 zum Erzeugen der V/anderungsgeschwindigkeitssignale auf, die das Ausgangssignal der Zeitiaeßschaltung 63 aufnimmt, um ein Ausgangs signal zu erzeugen, das der Wanderungsgeschwindigkeit des Ions entspricht, das an den Zonengrenzendetektoren 61 und 62 vorbeigewandert ist. Das Wanderungsgeschwindigkeitssignal aus der Schaltung 64 wird in einer Speicherschaltung 65 gespeichert.

Der Ausgang des Potentialgradientendetektors d wird in einer Speicherschaltung f gespeichert, deren Ausgang zusammen mit deui Waiiderungsgeschwindigkeitssignal von der Speicherschaltung 65 an einen Funktionsverstärker g angelegt wird, der die Berechnung des Quotienten S/V durchführt, um ein der Beweglichkeit M des Ions entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen. Das Signal, das die Beweglichkeit des Ions ausdrückt, wird von einer Aufzeichnuiigseinrichtung oder einer Anzeigeeinrichtung h angezeigt.

Im Betrieb mißt der Potentialgradientendetektor d das Potential von einem der getrennten Ionen nach dem anderen, während sich die Ionen durch das Kapillarrohr zu der Anode hin bewegen, und die gemessenen Potentialgradienten werden nacheinander in der Speicherschaltung f gespeichert.

Wenn andererseits die Zonenfrrenzendetektoren 61 und 62 so ausgeführt sind, daß sie ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von

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einer Änderung in dem Potentialgradienten erzeugen, und wenn die Grenze zwischen der Zone, die die A"~-Ionen enthält, und der Zone, die die C"~-Ionen enthält, an dem Detektor 61 vorbeizieht, erzeugt dieser Detektor einen Ausgangsimpuls, worauf die Zeit— meßschaltung 63 gestartet wird, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, bis dieselbe Grenze an dem Detektor 62 vorbeiläuft. Daraufhin erzeugt der Detektor 62 einen Ausgangsimpuls, um das Aus— gangssignal der Zeitmeßschaltung 63 zu beenden. In Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Zeitmeßschaltung 63 errechnet die Schaltung 64 die Wanderungsgeschwindigkeit der Ionen C"~, um ein entsprechendes Signal zu erzeugen.

Da die verschiedenen Ionenarten dieselbe Wanderungsgeschwindigkeit haben, wird das Wanderungsgeschwindigkeitssignal in der Speicherschaltung 65 gespeichert, so daß aus der Wanderungsgeschwindigkeit und jedem der Potentialgradienten der verschiedenen Ionenarten die Beweglichkeit, die für jede der verschiedenen Ionenarten spezifisch ist, berechnet und dann an der Anzeigeeinrichtung h angezeigt wird.

Da die verschiedenen Ionenarten 'dieselbe Wanderungsgeschwindigkeit haben, wie bereits erwähnt wurde, und wenn die Zeit, die die Grenze zwischen den Zonen der A~- und C""-Ionen benötigt, um von einem der beiden Zonengrenzendetektoren zu dem anderen zu wandern, gemessen und gespeichert wird, ist es nicht notwendig, die Wanderungsgesöhwindigkeit erneut zu messen.

Verschiedene Abwandlungen und Änderungen in der Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind möglich. Beispielsweise kann in Fig. 6 die Speicherschaltung f weggelassen werden, und einer der beiden Zonengrenzendetektoren kann durch einen Potentialgradientendetektor ersetzt werden.

Eine Ausführung der Erfindung kann wie folgt zusammengefaßt werden. Es wird eine Vorrichtung zur elektrophoretischen Analyse von Ionen oder dergleichen elektrisch geladenen

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Teilchen angegeben, bei der die Potentialgradienten der verschiedenen Ionenarten, die in einer Flüssigkeitssäule in einem elektrophoretischen Kapillarrohr enthalten sind, gemessen werden, und das Verhältnis zwischen dem Potentialgradient einer aus den verschiedenen Ionenarten ausgewählten Ionensorte und jeder anderen Ionensorte der verschiedenen Ionen berechnet wird, um einen Wert zu erhalten, der mit der Beweglichkeit von jeder der verschiedenen Ionensorten in Beziehung steht.

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Claims

Pat e η tans ρ r ü c h e

Λ Vorrichtung zur elektrophoretischen Analyse von Ionen und ähnlichen, elektrisch geladenen Teilchen, gekennzeichnet durch ein Kapillarrohr (1), eine Einrichtung (22), um in dem Kapillarrohr (1) eine Flüssigkeitssäule, die verschiedene Ionenarten enthält, zu erzeugen, eine Einrichtung (4)j um eine Potentialdifferenz zwischen den entgegengesetzten Enden der Flüssigkeitssäule zur Trennung der Ionen in verschiedene Zonen zu erzeugen, eine Einrichtung (8), um die Potentialgradienten der Ionen in den getrennten Zonen zu messen, und eine Rechenschaltung (97), um das Verhältnis zwischen dem Potent ialgradi ent en von einer der verschiedenen Ionenarten .und den Potentialgradienten der anderen Ionenarten zu errechnen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (98), um das Ausgangssignal der Rechenschaltung (97) anzuzeigen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- oder Detektoreinrichtung einen ersten Detektor zum Mea-; sen des Potentialgradienten der Leitionen und einen zweiten Detektor zum Messen des Potentialgradienten von jedem der Meßionen aufweist, und daß die Rechenschaltung das Verhältnis des Potentialgradienten von jeder der verschiedenen Meßionenarten zu dem der Leitionen berechnet (Fig. 4).
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Speichereinrichtung, um den Potentialgradienten einer speziellen Ionenart der verschiedenen, von der Meß- oder Detektoreinrichtuiip· gemessenen Ionenart en zu speichern, wobei die Rechenschaltung das Verhältnis zwischen dem Potentxalgradienten einer speziellen Ionenart zu dem Potentialgradienten von einer der anderen Ionenarten berechnet.
5. Vorrichtung zur elektrophoretischen Analyse von Ionen und ähnlichen, elektrisch geladenen Teilchen, gekennzeichnet

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durch ein Kapillarrohr (1), eine Einrichtung (22), um in dem Kapillarrohr eine Flüssigkeitssäule mit verschiedenen Ionenarteii zu erzeugen, eine Einrichtung (4)_f um eine Potentialdifferenz zwischen den entgegengesetzten Enden der Flüssigkeitssäule zu erzeugen, um die Ionen in die verschiedenen Zonen zu trennen, eine Einrichtung (d), um die Potential— gradienten der verschiedenen Ioiienarten zu messen, eine Einrichtung (60), um die Wanderungsgeschwindigkeit von wenigstens einer der verschiedenen Ionenarten zu "bestimmen, eine Rechenschaltung (g)» um eine vorbestiüimte Rechenoperation mit den Ausgangssignalen der Potentialgradienten-Detektorein— richtung (d) und der Wanderungsgeschwindigkeits-Detektoreinrichtung (60) auszuführen und dadurch ein Ausgangs signal zu erzeugen, das der Beweglichkeit von jeder der verschiedenen Ionenarten entspricht, und durch eine Anzeigeeinrichtung (h), um das Ausgangs signal der Rechenschaltung (g) anzuzeigen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitssäule (1) einen vorgeschalteten Elektrolyten, der voreilende oder Leitionen enthält, einen nachge— schalteten Elektrolyten, der nacheilende Ionen enthält _t und eine Ließlösung aufweist, die wenigstens eine Ionenart oder unterschiedliche Ionenarten enthält und zwischen dem vorgeschalteten und dem nachgeschalteten Elektrolyten liegt«

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