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Dokumentenidentifikation DE10036293C2 14.08.2002
Titel Vorrichtung zur Vorbereitung der qualitativen und quantitativen Analyse von Substanzflecken auf einer Dünnschichtplatte
Anmelder Luftmann, Heinrich, Dr., 48329 Havixbeck, DE
Erfinder Luftmann, Heinrich, Dr., 48329 Havixbeck, DE
Vertreter Hoffmeister, H., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 48147 Münster
DE-Anmeldedatum 26.07.2000
DE-Aktenzeichen 10036293
Offenlegungstag 14.02.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 14.08.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.08.2002
IPC-Hauptklasse G01N 30/90

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vorbereitung der quantitativen Analyse von Substanzflecken auf einer duktilen Dünnschichtplatte bei der Dünnschicht-Chromatographie.

Das Prinzip der Dünnschicht-Chromatographie besteht darin, ein geeignetes Sorbens in einer dünnen Schicht auf einer Dünnschichtplatte auszubreiten, diese Schicht zu trocknen, eventuell zu aktivieren und anschließend auf einem "Startpunkt" einen Tropfen der zu analysierenden Ausgangslösung aufzubringen. Nach dem Abdampfen des hierbei benutzten Lösungsmittels wird die Platte in ein verschlossenes Gefäß mit Solvens gestellt, welches infolge Kapillarwirkung nach oben wandernd die Schicht durchläuft. Hierbei wird das Gemisch in eine seiner Komponentenzahl entsprechende Zahl von Flecken aufgetrennt, die dann alle in einer Linie senkrecht vom Startpunkt nach oben bis zur Steighöhe des Solvens (Lösungsmittelfront) liegen müssen.

Es ist dabei bekannt, als Trägermaterial Aluminiumfolie zu verwenden, im Gegensatz zu Glasplatten, die relativ spröde sind. Für die Vorrichtung werden an sich bekannte Dünnschichtplatten aus "duktilen", also nicht-spröden Materialien verwendet, wobei hier in erster Linie an Aluminium gedacht ist. Bei den bekannten Al-Dünnschichtplatten handelt es sich um solche aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen.

Es ist bekannt, daß die einzelnen Flecken qualitativ analysiert werden können, indem sie beispielsweise an ihrer eigenen Farbe im Tageslicht erkannt werden oder durch Reagenzien oder andere Hilfsmittel, wie Fluoreszenzzusätze oder UV- Licht, sichtbar gemacht werden. Eine Substanz kann auch mit Hilfe von mitaufgetragenen Referenzsubstanzen identifiziert werden. Es ist allerdings bekannt, daß es häufig mehrere chromatographisch nicht unterscheidbare Alternativen gibt. In diesen Fällen oder bei Gemischkomponenten ohne übereinstimmende Referenzsubstanz besteht die Möglichkeit, den unbekannten Fleck mit dem Sorbens abzuschaben, das pulverige Material in einen Filter zu geben und mit einem geeigneten Solvens auszuwaschen. Die so gewonnene Substanzmenge ist für die Messung von Spektren, wie UV-, IR- und Massenspektren, im allgemeinen ausreichend.

Es ist weiterhin bekannt, eine Sorbensprobe mit einem Substanzflecken aus einer Dünnschichtplatte auszuschneiden, sie in eine durchströmbare Kapsel einzubetten und mit einer Elutionsflüssigkeit durchströmen zu lassen. Die die Substanz auflösende Elutionsflüssigkeit wird in ein Spektrometer geleitet, mit dem die unbekannte Substanz analysiert werden kann. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, daß aus der Dünnschichtplatte jeweils ein Stück herausgestanzt oder herausgeschnitten werden muß. Erfahrungsgemäß werden hierbei die umliegenden Sorbens-Bereiche zerstört, zumindest beschädigt. Die umfangreichen Manipulationen beinhalten eine Kontaminationsgefahr.

Der SU 16 44 880 ist ein quantitatives Analyseverfahren zu entnehmen, bei dem die Substanz eines Substanzfleckens ebenfalls mittels einer Elutionsflüssigkeit eluiert wird. Der Eluierung werden im vorliegenden Fall die ausgeschnittenen Fleckchen von Sorbin- und Ameisensäure unterzogen.

Es stellt sich damit die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Vorbereitung der qualitativen, wenn möglich quantitativen Analyse von Substanzflecken auf einer duktilen Dünnschichtplatte bei der Dünnschicht-Chromatographie anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, insbesondere eine einfache und wiederholbare Arbeitsweise erlaubt und bei der die Substanzflecken und die Sorbensschicht der Umgebung der zu den analysierenden Substanzflecken nicht beschädigt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der genannten Art gelöst, daß die einen auf die mit dem getrockneten Sorbens beschichtete Dünnschichtplatte aufsetzbaren Spülkopf besitzt, der mit einer überstehenden, geschlossenen Kranzschneide versehen ist, mit der das Sorbens bis auf die Oberseite der Dünnschichtplatte durchdringbar und gegen das umgebende Sorbens abdichtbar ist; weiterhin sind eine Zuleitung zu dem von dem vom Spülkopf und innerhalb der Kranzschneide gebildeten Hohlraum, durch den eine die Substanz des Substanzfleckens eluierende Elutionsflüssigkeit einleitbar ist, und eine Abführleitung vorhanden.

Unter einem "Spülkopf" soll eine Vorrichtung verstanden werden, die eine Spülflüssigkeit an einen Funktionsbereich heranbringt und dort abgespülte bzw. gelöste Flüssigkeitsmengen wieder abführbar macht. Im vorliegenden Falle dringt die Kranzschneide in die getrocknete Sorbensschicht ein, und zwar bis zur Oberfläche der festen Dünnschichtplatte, die allerdings nicht spröde sein darf, um nicht zu zerspringen. Die Kranzschneide bildet dann einen festen Abdichtungskranz gegen den Rest der Sorbensschicht, so daß ein "Channeling" zuverlässig vermieden wird.

Wenn es auch denkbar ist, daß der Spülkopf mit nur einer Zuleitung oder mehr als zwei Zuleitungen arbeitsfähig ist, so ist jedoch ein Spülkopf vorzuziehen, der nur eine Zuleitung und eine Abführleitung besitzt.

Der Hohlraum, der von der Kranzschneide und gegebenenfalls einer zusätzlichen Aushöhlung gebildet sein kann, hat gegenüberliegend zur Dünnschichtplattenoberfläche eine Auflagefläche, die sich beim Aufsetzen der Kranzschneide auf das Sorbens legt oder einen geringen Abstand dazu hält. Es damit ein genau festgelegter Spülraum vorhanden.

Die Höhe der Kranzschneide, gemessen von der Auflagefläche bis zur eigentlichen Schneidenspitze, sollte nur 0,05 bis 0,5 mm größer als die mittlere Sorbensschichtdicke sein.

Die Kranzschneide kann auch auswechselbar am Spülkopf befestigt sein, so daß er nach einer gewissen Zeit, wenn die eigentlichen Schneiden stumpf geworden sein sollten, ausgewechselt werden kann. Als Material für die Kranzschneide eignet sich insbesondere rostfrei legierter Stahl.

Der Spülkopf kann einen zylindrischen Stempel besitzen, in den die Kranzschneide eingelassen ist, wobei der eigentliche Schneidenbereich übersteht. Der Stempel kann aus einem Kunststoff bestehen, der gegen die üblicherweise verwendeten Elutionsmittel inert ist. Insbesondere hat sich ein Stempel aus Polyetheretherketon (PEEK) bewährt.

Werden eine zuführende und eine abführende Leitung verwendet, so ist es vorteilhaft, der abführenden Leitung noch im Bereich des Spülkopfes einen Feinfilter vorzuschalten.

Schließlich wird vorgeschlagen, daß die Kranzschneide mit Hilfe eines die Dünnschichtplatte gegen den Spülkopf drückenden Spindelpreßgestells in das Sorbens eindrückbar und fixierbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen im einzelnen:

Fig. 1 einen Spülkopf mit Kranzschneide in geschnittener Darstellung;

Fig. 2 einen Spülkopf von der Schneidenseite her gesehen;

Fig. 3 die Vorrichtung gemäß Erfindung mit einer Dünnschichtplatte in einem Spindelpreßgestell.

Fig. 4 und 5 Schaltungen zum Einsatz der neuen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt einen Elutionsstempel 100, der in ein Spindelpreßgestell 200 (vgl. Fig. 3) zusammen mit einer Dünnschichtplatte 1 eingespannt werden kann. Der Elutionsstempel 100 besitzt einen einstückig gedrehten und in Projektion T- förmigen Einspannkorpus, der insgesamt zylindrisch ist und ein Auflageteil 12 und ein Hülsenteil 13 aufweist. Das Hülsenteil 13 trägt eingesetzt einen Spülkopf 2, der im Schnitt dargestellt ist. Der Spülkopf 2 ist im wesentlichen ein zylindrisches Teil aus Polyetheretherketon (PEEK), das als Vollkörper gedreht ist und zwei eingesenkte Bohrungen 14, 15 an seiner Oberseite besitzt, die bis etwa 3/5 in das Innere des Spülkopfes 2 hineinragen.

Eine feine Bohrung 16, die zu einer Zuleitung 6 gehört, setzt sich von der Bohrung 15 bis zu einer Auflagefläche 17 fort, die den unteren, planen Abschluß des Spülkopf- Kunststoffteiles bildet. Die weitere Leitung, die in der Bohrung 14 endet, ist als abführende Leitung 7 gekennzeichnet.

Sie endet an der Auflagefläche 17 in einem Rezeß 8, der eine zylindrisch aufgebohrte Erweiterung darstellt. Hier ist ein Feinfilter 10 eingebaut, dessen Funktion noch erläutert werden wird.

In das Kunststoffteil des Spülkopfes 2 ist eine kreisrunde Kranzschneide 3 eingesetzt, die aus V2A-Stahl besteht und in einer scharfen, etwa 0,3 mm überstehenden Schneidspitze 23 endet. Es besteht demnach ein Hohlraum, der innerhalb der Kranzschneide 3 über die Auflagefläche 17 übersteht.

Wie bereits eingangs erläutert, besteht das Prinzip der Dünnschicht-Chromatographie darin, auf einer Dünnschichtplatte 1 ein geeignetes Sorbens 4 auszubreiten, das getrocknet ist und bei dem auf einem Startpunkt ein Tropfen der zu analysierenden Ausgangslösung aufgebracht wird. Mit Hilfe eines Solvens, welches in Folge Kapillarwirkung nach oben wandernd die Schicht durchläuft, werden Substanzflecken erzeugt, die eine Flächenausdehnung haben, die von der Kranzschneide 3 vollständig umschlossen werden können. Es sei angemerkt, daß je nach Erfordernis verschiedene Kranzschneiden-Durchmesser verwendet werden können. Im allgemeinen liegt der Durchmesser bei etwa 4 mm. Es sind aber auch Kranzschneiden innerhalb des Bereiches 2 bis 10 mm Durchmesser herstellbar und gegebenenfalls anwendbar.

Wie aus der Fig. 1 hervorgeht, wird mit der Kranzschneide 3 das Sorbens 4 bis auf die Oberseite der Dünnschichtplatte 1 durchdrungen und gegen das umgebende Sorbens abgedichtet. Die Auflagefläche 17 liegt dabei in Kontakt mit dem Sorbens oder etwas oberhalb dazu.

Mit dem zweifach durchbohrten Spülkopf 2, dessen Zulaufsleitung 6 in einem Öffnungsdurchmesser von etwa 0,2 mm endet, wird eine Elutionsflüssigkeit, beispielsweise Wasser oder Methanol durch die Zuleitung 6 eingeleitet. Innerhalb des Hohlraums, der mit dem Substanzfleck und dem Sorbens- Bereich voll ausgefüllt wird, breitet sich das Elutionsmittel aus und fließt anschließend durch den Feinfilter 10 in die abführende Leitung 7 zurück. Wesentlich ist, daß während der gesamten Elutionszeit, bei der etwa während der Zeit der Substanzelution von typischerweise 0,5-5 min, 0,01-1 ml/min bei konstanten Fluß hindurchgeleitet werden, der Hohlraum 5 fest gegen das umgebende Sorbens abgedichtet ist, so daß es nicht zu einem "Chanelling" kommen kann.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Spülkopf und den Hohlraum 5. Deutlich erkennbar ist die Öffnung für die zuführende Leitung 6, sowie der Feinfilter 10, der in einer wesentlich vergrößerten Öffnung der abführenden Leitung 7 vorgeschaltet ist. Die Kranzschneide 3 ist in diesem Fall kreisrund und umgibt die Auflagefläche 17.

Die durch die abführende Leitung 7 abgeführte Elutionsflüssigkeit wird in einem Massenspektrometer, wie an sich bekannt, untersucht. Es ist aber auch möglich, andere Analysatoren zu verwenden.

Hierfür wird beispielsweise ein Spindelpreßgestell 200 verwendet (vergl. Fig. 3). Das Spindelpreßgestell besteht aus einem Rahmen 30, der eine Basis 31 und ein Joch 32 aufweist. Das Joch ist durchbohrt, so daß das Hülsenteil 13 hindurch gesteckt werden kann. Das Hülsenteil ist mit einer Nut 18 versehen, durch das ein Gabelblech 36 schiebbar ist, so daß es unterhalb des Jochs 32 liegt. Von unten drückt ein Stempel 34 gegen die zwischengelagerte Dünnschichtplatte 1, so daß diese wiederum von oben mit der Kranzschneide 3 in Kontakt kommt, die bei Anziehen einer Schraubspindel 35 angedrückt werden kann.

Bei der Dünnschichtplatte handelt es sich um eine aus einem duktilen Material, das bei einem punktweise aufgesetzten Druck nicht zerspringt. Hierzu eignet sich vorzugsweise ein Blech aus Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Es hat sich gezeigt, daß erhebliche Drücke innerhalb des Hohlraumes 5 aufgefangen werden können, da sich ein inniger Kontakt zwischen der Kranzschneide 3 und der Oberfläche der Dünnschichtplatte 1 einstellt. Drücke von 60 Bar sind nach Versuchen beherrschbar.

Die Anwendungsmöglichkeiten der Vorrichtung zur Vorbereitung der quantitativen Analyse werden anhand der Fig. 4 und 5 erläutert. Der Elutionsstempel 100 wird mit der Kranzschneide auf eine Dünnschichtplatte im Bereich eines Substanzflecks aufgesetzt und in ein Spindelpreßgestell mit Gegenstempel 34 eingespannt und angedrückt, bis sich die überstehende, geschlossene Kranzschneide 3 in das Sorbens eingeschnitten hat, und zwar bis zur Oberseite der Dünnschichtplatte 1.

Mit Hilfe eines Steuerventils 40 kann eine von der HPLC-Pumpe 41 kommende Elutionsflüssigkeit zunächst ohne eluierte Substanz durch einen Nebenschluß geleitet werden. Bei entsprechender Verstellung des Steuerventils fließt die Flüssigkeit durch die Zuleitung 6 zum Hohlraum innerhalb der Kranzschneide 3 und löst den Substanzfleck auf. Es soll vermieden werden, daß Teile des Sorbens in die abführende Leitung 7 gelangen. Hierfür ist der Feinfilter 10 vorgesehen. Die eluierte Substanz wird mit der Elutionsflüssigkeit über das Steuerventil 40 in eine ESI/APCI-Quelle eingeleitet, also in Ionenquelle eines Massenspektrometers, mit dem anschließend eine quantitative oder qualitative Analyse der Substanz erfolgen kann.

Es zeigt sich, daß für viele Substanzen sowohl Reproduzierbarkeit als auch Linearität für eine quantitative Analyse des Substanzfleckes ausgezeichnet sind. Selbstverständlich bewegen sich die Substanzmengen nur im Nanogramm-Bereich. Derartige Substanzmengen können aber mit einer Peakfläche korreliert werden, die sich bei einer Dünnschicht-Chromatographie in Kombination mit einem Massenspektrometer vermessen läßt.

Die Elution der Substanz innerhalb der Spülkammer ist erschöpfend. Die Quantifizierungseigenschaften hängen vom angeschlossenen Nachweissystem ab.

Fig. 5 deutet an, daß bei einer entsprechenden Verstellung des Steuerventils 40 auch eine kurzzeitige Lösungsmittelvariation möglich ist. Es wird die Vorrichtung so geschaltet, daß eine Leerlaufschleife 24 möglich ist, durch die ständig eine gewisse Menge an Elutionsmittel fließen kann, bis ein Einsatz erforderlich ist. Bezugszeichenliste 1 Dünnschichtplatte

2 Spülkopf

3 Kranzschneide

4 Sorbens

5 Hohlraum

6 Zuleitung

7 abführende Leitung

8 Rezeß

9 -

10 Feinfilter

11 Einspannkörper

12 Auflageteil

13 Hülsenteil

14 Bohrung

15 Bohrung

16 Bohrung

17 Auflagefläche

18 Nut

19 -

20 -

21 -

22 -

23 Schneidspitze

24 -

30 Rahmen

31 Basis

32 Joch

33 -

34 Stempel

35 Schraubspindel

36 Gabelblech

40 Steuerventil

41 HPLC-Pumpe

100 Elutionsstempel

200 Spindelpreßgestell


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Vorbereitung der qualitativen und quantitativen Analyse von Substanzflecken auf einer duktilen Dünnschichtplatte (1) bei der Dünnschicht- Chromatographie, gekennzeichnet durch einen auf die mit dem getrockneten Sorbens (4) beschichtete Dünnschichtplatte (1) aufsetzbaren Spülkopf (2), der mit einer überstehenden, geschlossenen Kranzschneide (3) versehen ist, mit der das Sorbens (4) bis auf die Oberseite der Dünnschichtplatte (1) durchdringbar und gegen das umgebende Sorbens abdichtbar ist, mit einer Zuleitung (6) zu dem innerhalb der Kranzschneide (3) gebildeten Hohlraum (5), durch den eine die Substanz des Substanzfleckens eluierende Elutionsflüssigkeit einleitbar ist, und mit einer Abführleitung (7).
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Abschluß des Hohlraums (5) des Spülkopfes eine Auflagefläche (17) bildet, die sich beim Aufsetzen der Kranzschneide (3) auf das Sorbens legt oder einen geringen Abstand dazu hält.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Kranzschneide (3), gemessen von der Auflagefläche (17), 0,05 bis 0,5 mm mehr als die Dicke der Sorbensschicht beträgt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kranzschneide (3) im Querschnitt eine geschlossene Struktur bildet.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kranzschneide (3) auswechselbar am Spülkopf (2) befestigt ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kranzschneide (3) aus rostfrei legiertem Stahl besteht.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülkopf (2) einen zylindrischen Stempel besitzt, in dem das Oberteil der Kranzschneide (3) gehalten ist, wobei der eigentliche Schneidenbereich übersteht.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel aus einem Material besteht, der gegen die verwendete Elutionsflüssigkeit inert ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel aus Polyetheretherketon besteht.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auflagefläche (17) des Spülkopfes (2) die Zuleitung (6) und die Abführleitung (7) enden.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführleitung (7) im Bereich des Spülkopfes (2) mit einem Feinfilter (10) versehen ist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kranzschneide (3) mit Hilfe eines die Dünnschichtplatte (1) gegen den Spülkopf (2) drückenden Spindelpreßgestells (200) in das Sorbens eindrückbar und fixierbar ist.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführleitung (7) mit einem Massenspektrometer verbindbar ist.






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