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Dokumentenidentifikation DE3921845C2 12.09.1996
Titel Verfahren zur quantitativen Messung dünnschicht-chromatographisch getrennter Proben
Anmelder Adam, Olaf, Dr., 82343 Pöcking, DE
Erfinder Adam, Olaf, Dr., 82343 Pöcking, DE
DE-Anmeldedatum 03.07.1989
DE-Aktenzeichen 3921845
Offenlegungstag 17.01.1991
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.09.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.09.1996
IPC-Hauptklasse G01N 30/90
IPC-Nebenklasse G01N 30/95   G01N 31/12   G01N 22/00   G01N 30/68   B23K 26/00   H05B 6/64   B01D 15/08   

Beschreibung[de]

Die Dünnschicht-Chromatographie ist eine leistungsfähige und zuverlässige Methode zur Trennung komplexer organischer Proben. Die qualitative Trennung erfolgt durch Verwendung verschiedener Laufmittel, in denen die einzelnen Komponenten des Stoffgemisches unterschiedlich löslich sind. Die Komponenten werden durch das Laufmittel unterschiedlich weit von der Auftragstelle mitgenommen. Durch die spezifischen RF-Werte (Retention zur Laufmittelfront) der einzelnen Komponenten ist eine eindeutige Zuordnung, damit qualitative Bestimmung der im Stoffgemisch enthaltenen Komponenten möglich. Problematisch ist die quantitative Erfassung der getrennten Komponenten, die bisher unzureichend möglich ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung von dünnschicht-chromatographisch getrennter Fraktionen einer Probe, die mit einer Pyrolyseeinheit überfahren werden, wodurch die Fraktionen nacheinander in flüchtige Kohlenwasserstoff-Verbindungen überführt und mit einem Flammenionisationsdetektor quantitativ erfaßt werden. Der Kohlenstoffgehalt wird dabei in einem sog. Chromatogramm aufgezeichnet.

Zur Quantifizierung solcher Dünnschicht-Chromatogramme sind bislang mehrere Methoden entwickelt worden, aber keine erwies sich ohne Nachteile. Die Flächenbestimmung auf der Dünnschichtplatte ist wenig genau und von der subjektiven Einschätzung abhängig. Die Chromatographie mit radioaktiven Substanzen hat zwar eine hohe Genauigkeit und Empfindlichkeit, ist aber durch den Einsatz von radioaktiv markierten Komponenten limitiert. Elutionsmethoden sind sehr zeitaufwendig und haben nur eine geringe Genauigkeit.

Pyrolyseverfahren brachten den Ansatz zur Lösung des Problems. Zunächst wurde durch Dünnschicht-Chromatographie auf Stäbchen (rods) eine Probentrennung durchgeführt und diese Stäbchen direkt in der Flamme eines FID der Verbrennung/Pyrolyse unterzogen. Das Auflösungsvermögen dieser Probenverarbeitung war gering, da die Wasserstoffflamme zu einer breiten Aufheizung des Analysenstabes (rods) führte und die Pyrolysezone derart verbreiterte, daß die Trennung eines heterogenen Stoffgemisches unmöglich war. Zudem mußte der Stab rasch durch die Flamme gezogen werden, weil die Strahlungswärme die rasch flüchtigen Komponenten verdampfen ließ, ehe sie in die Flamme und damit zum Nachweis kamen. Da hierdurch andererseits die Einwirkungszeit der Flamme limitiert war, blieben schwer flüchtige Substanzen oft auf dem Träger und entzogen sich dem quantitativen Nachweis (1).

Murkherjee (3) verwendete zur dünnschicht-chromatographischen Trennung Quarzröhrchen, welche an der Innenseite mit Kieselgel beschichtet waren. Die Pyrolyse erfolgte durch einen Heizdraht, durch den die Quarzröhrchen geführt wurden. Der Heizdraht bewirkte durch Wärmestrahlung eine breite Pyrolysezone, da durch die geringe thermische Energie die Abtastgeschwindigkeit niedrig sein mußte. Zudem kam es häufig zu einer Verbiegung der Röhrchen, nachfolgend zu unterschiedlichen Entfernungen vom Heizdraht und nicht gleichartiger Pyrolyse. Ein weiteres Problem war die Undichtigkeit des Systems, wenn ein verbogenes Röhrchen am Heizdraht scheuerte und damit ein Leck im Träger-Gassystem auftrat.

Haahti (2) setzte deshalb der Schicht Kupferdioxid zu, um die Verbrennung der getrennten Zonen zu erleichtern. Hierdurch wurde zwar die Vollständigkeit der Pyrolyse verbessert, aber weder die Trennschärfe noch die Probleme des Gasaustrittes und damit des Probenverlustes beseitigt.

Weiterhin ist es aus der Veröffentlichung (4) bekannt, dünnschichtchromatographisch getrennten Fraktionen mittels fokussierter Laserstrahlung pyrolytisch in flüchtige Kohlenstoffverbindungen zu überführen. Pyrolyse durch Mikrowellen kommt nach Druckschrift (5) bei der Säulenchromatographie zum Einsatz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Trennschärfe bei der Messung der dünnschicht-chromatographisch getrennten Fraktionen erhöht und die Möglichkeit des Gasaustrittes verhindert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach der Erfindung bei dem Verfahren der gattungsgemäßen Art vorgesehen, daß die durch die Pyrolyse gebildeten Kohlenwasserstoff-Verbindungen mittels Stickstoffgas einem Kupferofen zugeleitet werden, welcher die Kohlenwasserstoff-Verbindungen verbrannt und das Kohlendioxid in einem Nickelofen durch Reduktion mit Wasserstoff in Methan umgewandelt wird.

Damit ergeben sich für das vorgeschlagene Verfahren deutliche Vorteile. Diese sind im wesentlichen:

  • 1. Durch die Verwendung von Strahlungsenergie wird der enge Kontakt zwischen Energiequelle und Probe unnötig. Deshalb kommt es zu einer gleichförmigen Pyrolyse der Fraktionen, die unterschiedliche Pyrolyse durch distanzabhängigen Energieverlust wird vermieden.
  • 2. Die Verwendung hochenergetischer Strahlung macht den Einsatz von Kupferoxid zur Dünnschicht unnötig. Hierdurch wird die Trennung der Substanzen erheblich verbessert und ihre Identifizierung erleichtert.
  • 3. Die Strahlungsquelle wird bewegt. Dadurch ist das Trägersystem nicht mehr durch Undichtigkeit gefährdet und ein Probenverlust ist ausgeschlossen.
  • 4. Durch Verwendung planer Träger ist das Aufbringen der Probe erheblich vereinfacht, die Schichtdicke ist garantiert gleichmäßig, die Auftragzone ist kleiner und damit die Trennschärfe besser.
  • 5. Durch die mit den vorgeschlagenen Verfahren ermöglichte höhere Abtastgeschwindigkeit wird die Analysezeit wesentlich verkürzt. Bei der Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens ist es von besonderem Vorteil, wenn die fokussierte Mikrowelle in einem Frequenzbereich von 10 bis 15 Gigaherz eingesetzt wird. Des weiteren wird eine besonders gute Trennschärfe bei der Messung durch die Verwendung eines fokussierten YAG-Laserstrahles mit einer Dicke von 0,1 mm und einer Breite von 7 mm erreicht.


Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels aus den Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Abb. 1 den schematischen Aufbau eines Pyrolyse- Gaschromatographie-Abtasters und

Abb. 2 ein mit Hilfe dieses Abtasters aufgenommenes Chromatogramm.

Zur Durchführung der konventionellen Dünnschichtchromatographie wird eine 2×10 cm messende Glasplatte mit Kieselgel in üblicher Weise beschichtet. Die zu analysierende Probe wird unter Begasung mit Stickstoff aufgebracht, um eine Oxidation zu vermeiden und um die Auftragstelle durch rasches Vertreiben des Lösungsmittels klein zu halten. Dann wird die Dünnschichtplatte in einer kommerziellen Dünnschichtkammer mittels aufsteigender Dünnschichtchromatographie entwickelt. Nach vollständiger Abdampfung des Laufmittels in einem Trockenofen wird die Dünnschichtplatte in die Analysekammer eines Pyrolyse-Gas- Chromatographie-Abtasters (PGC-Abtaster) eingebracht.

Abb. 1 zeigt den schematischen Aufbau des PGC-Abtasters. Mittels der vorher erläuterten Dünnschichtchromatographie wird auf einem geeigneten Dünnschichtträger die zu analysierende Probe getrennt. Der Träger wird nach Entfernung des Laufmittels in die Analysekammer des PGC-Abtasters eingebracht. Die getrennten Fraktionen werden durch zonale thermische Pyrolyse in flüchtige Produkte verwandelt. Als Methode der thermischen Pyrolyse wird eine fokusierte Mikrowelle oder ein fokusierter Laserstrahl verwendet. Mit beiden Energieträgern ist eine zonale Pyrolyse in einer Breite von 0,1 mm möglich und gewährleistet eine saubere Trennung der Dünnschichtfraktionen.

Die flüchtigen Kohlenstoffverbindungen werden mit einem kontinuierlichen Stickstoffstrom zu einem 600°C heißen Kupferoxyd-Ofen gebracht. Die Zuleitung zum Kupferofen wird auf einer Temperatur von 200°C gehalten, um eine Rekondensation der flüchtigen Produkte zu verhindern. Im Kupferofen erfolgt die quantitative Umsetzung der Kohlenstoffverbindungen zu Kohlendioxyd. Da Kohlendioxyd unter Normalbedingungen gasförmig ist, muß von diesem Zeitpunkt an auf die Vermeidung der Rekondensation nicht mehr geachtet werden. Die katalytische Umwandlung von Kohlendioxyd in Methan erfolgt in einem 400°C heißem Nickelofen, der von Wasserstoff durchströmt wird. Methan wird vom Stickstoffstrom kontinuierlich einem Flammenionisationsdetektor (FID) zugeführt. Das Signal des FID korreliert direkt zum Kohlenstoffgehalt der Probe.

Das FID-Signal wird in üblicher Weise mit einem Kompensationsschreiber aufgezeichnet und durch einen angeschlossenen Integrator quantifiziert. Durch den Vergleich mit Referenzsubstanzen ist die qualitative Analyse der getrennten Fraktion in der für die Dünnschichtchromatographie üblichen Weise leicht möglich.

Stickstoff und Sauerstoff geben bei dieser Untersuchungsmethode kein Signal. Das erhaltene Integral der Schreiberablenkung muß deshalb entsprechend dem Molekulargewicht der analysierten Verbindung korrigiert werden und erlaubt so die genaue quantitative Messung der Substanz.

In Abb. 2 ist ein mit einem Kompensationsschreiber aufgezeichnetes Chromatogramm gezeigt. Seine FID-Signale zeigen sehr deutlich die bessere Trennschärfe der nacheinander abgetasteten Pyrolysezonen auf dem Dünnschichtträger, wodurch eine wesentlich bessere quantitative Messung dieser dünnschichtchromatographisch getrennten Fraktionen möglich ist.

Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich auch auf jede andere Art von Pyrolyse-Gaschromatographie-Verfahren anwenden, ohne daß der wesentliche Erfindungsgedanke der Durchführung der Pyrolyse zur Überführung der Probe in flüchtige Verbindungen mit einem fokussierten thermischen Energiestrahl verlassen wird.

Literatur

1. Adam, O., Wolfram, G., Zöllner, N.: Quantitative Bestimmung der Phospholipidfraktionen im Serum mittels tubulärer Dünnschichtchromatographie. Der Einfluß verschiedener Formeldiäten auf die Phosphatidfraktionen im Serum. Fette, Seifen, Anstrichmittel 80, 11, 1978.

2. Haahti, E., Vihko, R., Jaakomaki, J., Evans, R.S.: Quantitative detection of solutes in thin layer chromatography. J. Chromatog. Sci. 8, 370-374, 1970.

3. Murkherjee, K.D.: New dimensions in quantitative thinlayer chromatography. In: Lipids Vol. 2, Technology, R. Paoletti, G., Jacini, ad R. Porcellati Eds., Raven Press, New York, pp 361-372, 1976.

4. Zhu, J., Yeung, E. S.: Quantitative Thin-layer Chromatography by Laser Pyrolysis and Flame Ionisation on Electron- Capture Detection. J. of Chromatography 463 (1989), 139-145.

5. US 43 30 295


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Messung dünnschicht-chromatographisch getrennter Fraktionen einer Probe, die mit einer Pyrolyseeinheit überfahren werden, wodurch die Fraktionen nacheinander in flüchtige Kohlenwasserstoff-Verbindungen überführt und mit einem Flammenionisationsdetektor quantitativ erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Pyrolyse gebildeten Kohlenwasserstoff-Verbindungen mittels Stickstoffgas einem Kupferofen zugeleitet werden, welcher die Kohlenwasserstoff-Verbindungen verbrennt und das Kohlendioxid in einem Nickelofen durch Reduktion mit Wasserstoff in Methan umgewandelt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolyse mit einem fokussierten Laserstrahl durchgeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der fokussierte Laserstrahl einen rechteckigen Querschnitt von 0,1 mm × 7 mm aufweist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pyrolyse mit einer fokussierten Mikrowelle durchgeführt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die fokussierte Mikrowelle in einem Frequenzbereich von 10 bis 15 Gigaherz eingesetzt wird.






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