DE69909148T2

DE69909148T2 - Trennen von Flüssigkeiten gewählte Titel weicht ab

Info

Publication number: DE69909148T2
Application number: DE69909148T
Authority: DE
Inventors: Stephen Edwards; Stephanie Mcintyre
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1998-02-07
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: DE69909148D1; US6132579A; EP0934771B1; GB9802600D0; EP0934771A1; JPH11281619A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Trennen von Flüssigkeiten in deren Bestandteile durch Beaufschlagung mit einem elektrischen Feld.
Es kann wünschenswert sein, eine Flüssigkeit nicht nur auf ihre Masseneigenschaften zu analysieren, sondern auch auf die Eigenschaften ihrer Bestandteile, wie beispielsweise die Eigenschaften ihrer ionischen Stoffe. Die Bestandteile müssen dazu getrennt werden. Dies kann bekanntlich durch Elektrophorese erfolgen, einschließlich Isotachophorese, wobei eine Flüssigkeitsprobe in das eine Ende eines Kapillarröhrchens eingebracht und mit einem elektrischen Feld beaufschlagt wird. Die Probe oder deren Bestandteile wandern unter dem Einfluss des Feldes durch das Röhrchen und trennen sich je nach deren Mobilität beispielsweise in ihre verschiedenen Stoffe. Die einzelnen Stoffe können dann einer Analyse unterzogen werden. US-A-3,956,099, US-A-4,715,943, WO 94/03631 und US-A-4,375,401 beschreiben eine Vorrichtung zum Trennen von Bestandteilen einer Probe durch Elektrophorese.
Es sind daher Vorrichtungen und Verfahren bekannt, um mindestens zwei Flüssigkeiten in ihre Bestandteile zu trennen, und zwar durch Beaufschlagung mit einem elektrischen Feld, wobei die Vorrichtung aus einer Scheibe besteht, die drehbar um eine im Wesentlichen zur Ebene der Scheibe rechtwinklig angeordnete Achse gehaltert wird, wobei die Scheibe mindestens zwei einzelne Kanäle für flüssige Proben aufweist, worin jeder Kanal einen Einlass an einem Ende zur Aufnahme einer flüssigen Probe aufweist und worin die Vorrichtung mindestens eine Elektrode an jedem Ende eines Kanals aufweist, um die Probe mit einem elektrischen Feld zu beaufschlagen und dadurch eine Beförderung der Probe oder deren Bestandteile zu dem anderen Ende und eine Längsteilung in deren Bestandteile zu bewirken.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum schnellen und problemlosen Trennen von Flüssigkeit in deren Bestandteile bereitzustellen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Trennen von mindestens zwei Flüssigkeiten in ihre Bestandteile durch Beaufschlagung mit einem elektrischen Feld bereitgestellt, wobei die Vorrichtung aus einer Scheibe besteht, die drehbar um eine im Wesentlichen zur Ebene der Scheibe rechtwinklig angeordnete Achse gehaltert ist, wobei die Scheibe mindestens zwei einzelne Kapillarkanäle für flüssige Proben aufweist, worin das Verhältnis der Länge zum maximalen Quermaß jedes Kanals mindestens 100 : 1 beträgt, und worin jeder Kanal (a) einen Einlass an einem Ende zur Aufnahme einer flüssigen Probe aufweist, (b) mindestens eine Elektrode an jedem Ende zur Beaufschlagung der Probe mit einem elektrischen Feld, wodurch eine Beförderung der Probe oder deren Bestandteile zum anderen Ende und eine Längsteilung in deren Bestandteile bewirkbar ist, und (c) Mittel (12) an dem anderen Ende zum Messen der getrennten Bestandteile der flüssigen Probe.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Bezug auf eine Komponente der Vorrichtung, die sich „an" einem Ende eines Kanals befindet, auch die Tatsache umfasst, dass sich die Komponente in dessen Nähe befindet.
Vorzugsweise sind die Kanäle in der Dicke der Scheibe ausgebildet. Die Scheibe kann aus zwei miteinander befestigten Platten ausgebildet sein, und die Kanäle können sich über die Nahtstelle hinaus erstrecken oder sie können alternativ hierzu in einer der Platten ausgebildet sein, während die andere Platte einen Deckel bildet. Die Scheibe aus elektrisch leitendem Material kann aus einem Kunststoffmaterial oder aus Glas ausgebildet sein. Die Scheibe ist im Spritzgießverfahren herstellbar, und die Kanäle können während dieses Vorgangs darin ausgebildet werden.
Mindestens einer und vorzugsweise jeder der Kanäle kann sich zwischen dem Umfang und einem Mittenbereich der Scheibe erstrecken. Mindestens einer und vorzugsweise jeder der Kanäle kann sich im Wesentlichen linear oder in einer Kurvenlinie in der Ebene der Scheibe erstrecken. Die Flüssigkeitseinlässe können sich an dem inneren oder äußeren Ende der Kanäle befinden.
Das Maßverhältnis des Kanals beträgt vorzugsweise zwischen 200 : 1 und 500 : 1.
Jeder Kanal kann eine rechtwinklige, kreisförmige oder V- oder U-Konfiguration aufweisen.
Das Messmittel kann die getrennten Komponenten elektrochemisch, elektrisch oder optisch messen. Beispielsweise kann das Messmittel einen Satz Elektroden umfassen, um die unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit der getrennten Bestandteile zu messen. Alternativ hierzu kann der Brechungsindex oder die Farbe der Bestandteile zu deren Unterscheidung herangezogen werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Unterscheidung elektrochemisch ausführbar, beispielsweise mithilfe einer Silberelektrode. Obwohl im Allgemeinen die gleichen Messmittel für jeden Kanal einer einzelnen Scheibe verwendet würden, ist auch die Verwendung von Kanal zu Kanal unterschiedlicher Mittel vorgesehen.
Die Vorrichtung kann Mittel umfassen, um die Drehung der Scheibe derart zu bewirken, dass die Einlässe aufeinander folgender Kanäle zu einem Flüssigkeitsspender benachbart angeordnet sind.
Die Scheibe kann auf einer Stützeinrichtung der Vorrichtung angeordnet sein, so dass sie mit einer frischen Scheibe austauschbar ist.
Die Vorrichtung kann Mittel an dem anderen Ende jedes Kanals zur Analyse der getrennten Bestandteile der Probe umfassen, beispielsweise elektrochemische, elektrische oder chemische Mittel unter Verwendung von Voltametrie, Potentiometrie, Titration, Leitfähigkeit, farbmetrischer oder optischer Analyse.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Trennen einer Vielzahl flüssiger Proben in deren Bestandteile bereitgestellt, worin eine Probe in einen Einlass an einem Ende eines Kanals einer Scheibe leitbar ist, wobei die Scheibe drehbar und eine weitere Probe in einen benachbarten Kanal einleitbar ist, Anlegen einer Spannung zwischen Elektroden an jedem Ende jedes Kanals derart, dass die Proben oder deren Bestandteile entlang ihrer jeweiligen Kanäle zu dem anderen Ende davon gelangen, und Messen der getrennten Bestandteile an den anderen Enden jedes der Kanäle, worin das Verhältnis der Länge zum größten Quermaß jedes Kanals mindestens 100 : 1 beträgt.
Die Scheibe kann mindestens drei der Kanäle aufweisen und ist derart drehbar, dass nacheinander flüssige Proben in benachbarte Kanäle einleitbar sind.
Die Trennung der Bestandteile jeder Probe kann elektrisch oder optisch erfolgen.
Die getrennten Bestandteile können analysiert werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Trennung von Flüssigkeiten ist insbesondere für den schnellen und problemlosen Betrieb mit einer Vielzahl von Proben geeignet. Wenn die Scheibe austauschbar ist, ist die Vorrichtung insbesondere für den kostengünstigen Einmalbetrieb geeignet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels der Scheibe der Vorrichtung; und
2 eine vereinfachte schematische Draufsicht einer abgewandelten Scheibe.
Wie in 1 gezeigt, wird eine Scheibe 2 von 15 cm Durchmesser und einer Dicke von 0,5 cm im Spritzgießverfahren aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Die Scheibe 2 enthält zwölf gleich beabstandete Kapillarkanäle 4, die sich radial durch den Scheibenkörper erstrecken. Jeder Kanal 4 ist 10 cm lang, 300 μm breit und 60 μm tief. Ein erster Satz von Elektroden 6 und ein zweiter Satz von Elektroden 8 sind in der Scheibe 2 am äußeren bzw. inneren Ende der Kanäle 4 eingegossen. Eine entsprechende Probenöffnung 10 in der oberen Fläche der Scheibe 2 kommuniziert mit jedem Kanal 4 neben der Elektrode 6 am äußeren Ende.
Im Betrieb wird eine Probe der Flüssigkeit, deren chemischen Stoffe zur Analyse getrennt werden sollen, aus einem (nicht gezeigten) Spender in die Öffnung 10 am äußeren Ende eines der Kanäle 4 eingebracht, und eine hohe Spannung von 1500 V wird zwischen den Elektroden 6 und 8 dieses Kanals 4 angelegt. Das elektrische Feld bewirkt, dass sich die Probe oder deren Bestandteile zum inneren Ende des Kanals 4 bewegen, wobei die Stoffe sich entlang des Kanals 4 gemäß ihrer unterschiedlichen Mobilität trennen. Die Stärke des elektrischen Feldes für eine gegebene Länge des Kanals 4 wird in Bezug auf die Probenflüssigkeit so gewählt, dass eine vollständige Trennung stattfindet, bevor die Probe das innere Ende des Kanals 4 erreicht.
Die getrennten Stoffe der Flüssigkeitsprobe werden am inneren Ende des Kanals 4 durch ein Elektrodenpaar 12 erfasst, die auf deren unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit ansprechen. Die Stoffe können dann getrennt behandelt werden, beispielsweise durch elektrische, elektrochemische oder optische Analyse.
Die Scheibe 2 wird dann um deren vertikale, axiale Welle 14 gedreht, um die Öffnung 10 des nächsten Kanals 4 unter dem Spender anzuordnen.
Die nächste Probe wird die zuvor behandelt. Die zweite Probe kann aus der gleichen Flüssigkeit wie die erste Probe oder aus einer anderen bestehen. Der Detektor am inneren Ende des zweiten Kanals 4 kann der gleiche wie der des ersten Kanals oder ein anderer Detektor sein. Die an der zweiten Probe durchgeführte Analyse kann die gleiche wie die an der ersten Probe durchgeführte Analyse oder eine andere Analyse sein.
Die Scheibe 2 wird nacheinander gedreht, bis eine Probe in jedem der zwölf Kanäle 4 behandelt worden ist.
Wegen des vergleichsweise starken elektrischen Feldes, das sich entlang der Kanäle 4 erstreckt, ist es wichtig, dass die Kanäle ausreichend voneinander getrennt sind, um Interferenzen zwischen den Kanälen zu vermeiden.
Die Anordnung der Kanäle in der Scheibe muss nicht radial erfolgen, wie in 1 gezeigt. Eine Abwandlung wird in 2 gezeigt, worin die Detektorelektroden zur besseren Übersichtlichkeit weggelassen wurden.
Wie in 2 gezeigt, hat eine Scheibe 20 zwölf Kanäle 22, die sich in Kurven zwischen inneren und äußeren Elektroden 24 und 26 erstrecken, wobei sich die jeweiligen Probeneinlässe 28 an den inneren Enden davon befinden. Eine derartige Bahn ermöglicht es, dass die Kanäle 22 eine in Bezug zu den linearen Bahnen der Kanäle 4 länger sind, während der gleiche Scheibendurchmesser gewahrt bleibt.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Kanäle in Bahnen verlaufen können, die von den in den Fig. gezeigten abweichen.

Claims

Vorrichtung zum Trennen von mindestens zwei Flüssigkeiten in ihre Bestandteile durch Beaufschlagung mit einem elektrischen Feld, wobei die Vorrichtung aus einer Scheibe (2) besteht, die drehbar um eine im Wesentlichen zur Ebene der Scheibe rechtwinklig angeordnete Achse gehaltert ist, wobei die Scheibe mindestens zwei einzelne Kanäle (4) für flüssige Proben aufweist, worin das Verhältnis der Länge zum maximalen Quermaß jedes Kanals mindestens 100 : 1 beträgt, und worin jeder Kanal (a) einen Einlass (10) an einem Ende zur Aufnahme einer flüssigen Probe aufweist, (b) mindestens eine Elektrode (6, 8) an jedem Ende zur Beaufschlagung der Probe mit einem elektrischen Feld, wodurch eine Beförderung der Probe oder deren Bestandteile zum anderen Ende und eine Längsteilung in deren Bestandteile bewirkbar ist, und (c) Mittel (12) an dem anderen Ende zum Messen der getrennten Bestandteile der flüssigen Probe.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (4) in der Dicke der Scheibe ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (2) aus zwei miteinander befestigten Platten ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein und vorzugsweise jeder der Kanäle (4) zwischen dem Umfang und einem zentralen Bereich der Scheibe (2) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein Kanal und vorzugsweise jeder der Kanäle (4) im Wesentlichen linear in der Ebene der Scheibe (2) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich vorzugsweise jeder der Kanäle (4) in einer Serpentinenbahn in der Ebene der Scheibe (2) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maßverhältnis des Kanals (4) zwischen 200 : 1 und 500 : 1 beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kanal eine rechtwinklige Konfiguration aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel die getrennten Komponenten elektrochemisch, elektrisch oder optisch misst.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel an dem anderen Ende jedes Kanals zur Analyse der getrennten Bestandteile der Probe vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel die Drehung der Scheibe derart bewirken, dass die Einlässe aufeinander folgender Kanäle einem Flüssigkeitsspender benachbart angeordnet sind.
Verfahren zum Trennen einer Vielzahl flüssiger Proben in deren Bestandteile, worin eine Probe in einen Einlass an einem Ende eines Kanals einer Scheibe leitbar ist, wobei die Scheibe drehbar und eine weitere Probe in einen benachbarten Kanal einleitbar ist, Anlegen einer Spannung zwischen Elektroden an jedem Ende jedes Kanals derart, dass die Proben oder deren Bestandteile entlang ihrer jeweiligen Kanäle zu dem anderen Ende davon gelangen, und Messen der getrennten Bestandteile an den anderen Enden jedes der Kanäle, worin das Verhältnis der Länge zum größten Quermaß jedes Kanals mindestens 100 : 1 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe mindestens drei der Kanäle aufweist und derart drehbar ist, dass aufeinander folgende flüssige Proben in benachbarte Kanäle einleitbar sind.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Messen der Bestandteile jeder Probe elektrochemisch, elektrisch oder optisch erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die getrennten Bestandteile analysiert werden.