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Einrichtung zur Papierchromatographie Die Erfindung bezieht sich auf
eine Einrichtung zur Papierchromatographie.
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Die Chromatographie ist ein vielseitiges und wirksames Verfahren
zur Trennung von Mischungen chemischer Verbindungen in einzelne Bestandteile, und
zwar sowohl für analytische als auch präparative Zwecke. Das weite Anwendungsgebiet
dieser Technik ergibt sich aus über 3700 wissenschaftlichen Veröffentlichungen,
die in der Bibliographie des Buches »Chromatography, A Review of Principles and
Applications« von E. und M. Lederer, Elsevier Publishing Company, Amsterdam, London,
New York, Pnnceton, aufgeführt sind, welches auch eine Zusammenfassung des Standes
der Technik auf diesem Gebiet bis September 1956 gibt. Es ist allgemein bekannt,
daß die übliche Papierchromatographie ein einfaches Verfahren zur Isolierung vieler
Verbindungen darstellt, welche zuvor nicht leicht getrennt werden konnten, jedoch
war der Anwendungsbereich der Verfahren im allgemeinen auf Mikrogrammengen pro Bogen
beschränkt. Das hat bisher die Anwendung der Chromatographie für quantitative Untersuchungsverfahren
in gewissem Umfang beschränkt und ihre Verwendung für präparative Zwecke praktisch
ausgeschlossen. Die Säulenchromatographie wird zwar für größere Mengen verwendet,
jedoch weisen z. B. Cellulosepulversäulen den Nachteil auf, daß sie nicht die gleiche
Trennwirksamkeit wie die Papierchromatographie erreichen, da die Zonen der verschiedenen
Bestandteile der Mischung nicht so gut abgegrenzt sind wie auf der einheitlicheren
Struktur des Filterpapiers. Außerdem ist das Stopfen der Säule unbequem, zeitraubend
und oft fehlerhaft, was beispielsweise ein Nachlaufen bedingt.
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Zahlreiche Versuche wurden unternommen, um die der Papierchromatographie
eigene hohe Trennwirkung für Trennungen im größeren Maßstab auszunutzen. So entwickeln
Mitchell und Haskins (Science 110, S. 278, 1949) die »chromatopile«-Methode, wobei
ein Stapel kreisrunder Filterpapierbögen zwischen Platten aus rostfreiem Stahl fest
zusammengepreßt wird und Substanz und Lösungsmittel durch einen Verteiler aus Metall
aufgegeben werden. Die Nachteile dieses Verfahrens sind, daß die erhaltenen Zonen
nicht gerade sind und ihr Nachweis die Entfernung vieler Bögen aus dem Stapel bedingt.
Poster (Analytical Chemistry, B.23, S. 412; 1951) wandelte dieses Verfahren ab und
klammerte Stöße von genau geschnittenen Papierstreifen zu einem »Chromatopack« zusammen.
Der »Isolierpack« von Fischer und Behrens (Zeitschrift für Physiologische Chemie,
B. 291, S.14, 1952) ist eine weitere Verbesserung, wonach auf eine Anzahl von Papierstreifen
jeweils eine Probe aufgetragen wird und diese Streifen dann zur Elution genau in
Reihe gebracht werden. Dieses Verfahren ist außerordentlich zeitraubend. Z e ch
m ei s te r (Science, B. 113, S. 35; 1951) verwendet ein mit Filterpapierscheiben
vollgepacktes Glasrohr. Einer der Nachteile dieses Verfahrens ist, daß, wenn man
nicht Rohre mit Präzisionsbohrung und präzisionsgestanzte Papiere verwendet, »sich
Kanalbildungen und erhebliche Unregelmäßigkeiten im Fluß der Lösungen zeigen«. Danielsson
(Arkiv Kemi, 1953, B.5, [14] S. 173) und Hagdahl und Danielsson (Nature, 1954, B.
174, S. 1062) beschreiben Papiersäulen für präparative Zwecke. Bei ihrem Verfahren
wird Filtrierpapier fest um einen inerten zylindrischen Stab gewickelt und in einen
äußeren Polyäthylenzylinder gepreßt. Um eine dichte Packung zu erzielen, welche
eine Voraussetzung für scharfe Trennungen ist, werden Spezialmaschinen benötigt,
und solche Packungen sind zwar im Handel erhältlich, jedoch sehr teuer. Brownel,
Hamilton und Casselman (Analytical Chemistry, 1957, B. 29, S. 550) führten das Schwerpapierverfahren
ein, welches die Trennung größerer Mengen gestattet. Nach ihren Verfahren wird die
Probe auf handelsüblichem Saatprüfungspapier als gleichmäßiger Streifen aufgetragen.
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Zur Elution wird der Papierbogen an einem Bügel, der an den Bogen
des Saatprüfungspapiers angenäht ist, aufgehängt. Zwei ähnliche Streifen, die einander
gegenüberliegend an der gleichen Kante des Schwer-
papiers angenäht
sind, dienen als Docht, um Lösungsmittel aus dem Trog zu dem Papier zu leiten.
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Bei diesem und vielen anderen Verfahren besteht eine erhebliche Schwierigkeit
darin, ein bestimmtes Volumen der Probe als Streifen von solcher Gleichmäßigkeit
aufzubringen, daß man gerade Stirnseiten erhält. Weiterhin ist die Bügel- und Dochtverwendung
umständlich.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Einrichtung zu schaffen, mit der
bestimmte und zehn- bis hundertmal größere Mengen an Mischungen als bei der üblichen
Papierchromatographie auf das chromatographische Papier in einem einzigen äußerst
einfachen Arbeitsgang so aufgetragen werden können, daß man die für die erforderliche
scharfe Ausbildung der einzelnen Zonen entscheidende gleichmäßige Verteilung erhält.
Ein weiterer Zweck der Erfindung ist, die Möglichkeit zur quantitativen, regelmäßig
verteilten Anwendung von Elutionsmittel zu schaffen. Weiterhin sollen einfache und
billige Einrichtungen zur Papierchromatographie geschaffen werden, welche in Gruppen
angeordnet und auf wirtschaftliche Weise zur Herstellung von handelsmäßigen Mengen,
beispielsweise von pharmazeutischen Stoffen, verwendet werden können.
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Diese Aufgabe ist im wesentlichen dadurch gelöst. daß bei einer Einrichtung
für die Papierchromatographie, bestehend aus einem Bogen chromatographischen Papiers
und aus einem Vorratsbehälter für die zu untersuchende Probe sowie einer in einem
Lösungsmittel gelösten Mischung von Feststoffen oder Flüssigkeiten, der Behälter
zwei Öffnungen aufweist, von denen die höher gelegene die Einfüllöffnung ist und
die tiefer gelegene als Austrittsöffnung der Flüssigkeit zu einem horizontalen langen
und engen Spalt ausgebildet ist, der einen ganz schmalen, mit geradliniger Kante
versehenen Randstreifen eines außerhalb des Behälters befindlichen Bogens chromatographischen
Papiers aufnimmt und flüssigkeitsdicht umschließt, und daß die Kante des Papierbogens
den einzigen Ausgangsweg für die gesamte im Behälter befindliche Flüssigkeit bildet.
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Der Behälter kann die geometrische Form eines liegendenden Prismas
besitzen, dessen eine rechteckförmige Begrenzung nach oben zeigt, horizontal liegt
und Einfüllöffnung ist und dessen Kante an der Unterseite der Länge nach mit einem
länglichen Schlitz versehen ist, an welchem die geradlinige Kante des Bogens horizontal
eingeklemmt ist.
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Der Behälter kann aus thermoplastischem Material, vorzugsweise Polyäthylen,
Polypropylen oder Kautschuk, bestehen.
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Der Behälter kann auch aus einem an einem Ende offenen und am anderen
Ende abgeflachten Schlauch, z. B. aus einem thermoplastischen Material, bestehen,
wobei das Papier mit einem schmalen Randstreifen am flachgegdrückten Ende des Schlauches
in denselben eingesetzt und mit der Innenseite des Schlauches flüssigkeitsdicht
verbunden ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Papier
im Schlauchende eingeklebt, oder das Papier ist mit dem Schlauch durch Wärmeanwendung
verbunden. Eine Abwandlung der Verbindung zwischen Papier und Behälter kann darin
bestehen, daß der Behälter mit dem Bogen durch mechanische Klemmvorrichtungen verbunden
ist.
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Als chromatographisches Papier kommt vor allem Saatprüfungspapier
von mehr als 1 mm, z. B. 3 mm,
Dicke in Frage, Es kann auch chromatographisches Papier
verwendet werden, das aus anderen als Cellulosefasern, z. B. Glas- oder synthetischen
Polyamidfasern, hergestellt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von mehreren Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine Schrägansicht auf eine Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine Schrägansicht auf eine weitere Ausführungsform und F i g. 3 eine gegenüber
der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform geringfügig abgewandelte Ausführungsform.
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Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus einem waagerecht angeordneten,
oben offenen Trog oder Behälter aus rostfreiem Stahl in Form eines dreiseitigen
Prismas. Die beiden schrägen, rechteckigen Seiten des Prismas sind am unteren Ende
der Länge nach abgebogen, so daß sie zwei parallel verlaufende senkrechte Wände
2 und 3 von etwa 1 cm Höhe bilden. Im Boden des Troges wird somit ein länglicher
schmaler Schlitz gebildet, in dem der chromatographische Papierbogen eingesetzt
werden kann. An den Enden des Schlitzes wird jeweils ein rechteckiger Block 4 und
5 eingeklemmt, der aus elastischem Material, wie z. B. Kautschuk, besteht, etwas
dicker als der Papierbogen und ebenso hoch wie die Wände 2 und 3 ist. Beim Zusammenstellen
der Einrichtung wird der chromatographische Papierbogen in die Spalte zwischen die
Wände 2 und 3 eingesetzt, und die Blöcke werden an beiden Seiten dicht gegen den
Bogen und gegen die dreieckigen Wände des Troges angepreßt; Bogen und Blöcke zusammen
füllen die Spalte zwischen Wänden 2 und 3 und bilden den Boden des Troges oder Behälters.
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Die Wände 2 und 3 werden dann mittels Schrauben 6 und 7 rostfreier
Stahlstäbe 8 und 9 zusammengepreßt; unter Druck strecken sich die elastischen Blöcke
4 und 5 gegen den Bogen und den Trog und schließen denselben flüssigkeitsdicht ab.
Der senkrecht vom Trog herabhängende Bogen kann rasch ausgewechselt werden.
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Die in F i g. 2 gezeigte Vorrichtung besteht aus einem Polyäthylenschlauch
11, welcher über das Ende eines Chromatographiebogens 10 so gestreckt ist, daß der
Schlauch etwas gedehnt ist und am Bogen ein wenig zusammengedichtet. Der Schlauch
11 wird zwischen zwei Messingstäben 12 und 13, welche durch die Schraubenmuttern
14 und 15 zusammengeschraubt werden können, gegen den Bogen 10 gepreßt. Die Vorrichtung
wird durch den Drahtrahmen 16, an dem sich Haken 17 befinden, welche durch oeffnungen
nahe dem oberen Ende des Schlauches 11 fassen, getragen, wobei der Bogen 10 senkrecht
herabhängt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Verbindung
eines thermoplastischen Behälters, wie eines Polyäthylenschlauches, mit dem Chromatographiebogen
anstatt durch Reibung (Druck), wie in F i g. 2, durch Heißversiegelung bewirkt werden.
In diesem Fall werden die Stäbe 12 und 13 mit den Flügelmuttern 14 und 15 der Fig.
2 weggelassen und statt dessen der Schlauch 11 seitlich über das chromatographische
Papier 10 gestreift, welches in den Schlauch 3,175 bis 25,4 mm tief eingeführt wird.
Das Polyäthylen wird dann unter Verwendung üblicher Heißverschweißungsverfahren
mit
dem Papier heiß verschweißt, um eine flüssigkeitsdichte Verbindung
zu ergeben. Eine solche Verschweißung ist bei 19 in F i g. 3 gezeigt.
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Ein weiteres Verfahren, den plastischen Behälter mit dem chromatographischen
Papier zu verbinden, besteht darin, daß man, anstatt wie oben, Reibung oder Heißverschweißen
anzuwenden, zwischen dem Behälter und dem Bogen ein Klebmittel verwendet.
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Das Klebmittel muß selbstverständlich in den Lösungsmitteln und Verbindungen,
die bei der Durchführung der Chromatographie verwendet werden, unlöslich und ihnen
gegenüber inert sein. Ein weiteres mögliches Verfahren zur Verbindung ist, den Bogen
an den Behälter anzuheften, wobei die Heftstiche durch Anwendung von Wärme oder
einem Klebmittel verschlossen werden.
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Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung, bei der ein vorstehend beschriebenes
Verfahren verwendet wurde, um den plastischen Schlauch mit dem chromatographischen
Papier zu verbinden, kann auch, wie in Fig.3 gezeigt, angeordnet werden, um Elution
nach dem bekannten Verfahren der aufsteigenden Chromatographie zu gestatten. Bei
dieser Verwendung der Vorrichtung wird das chromatographische Papier 18, das in
einer senkrechten Ebene durch nicht gezeigte Vorrichtungen gehalten wird, um 1800
gedreht, wobei die Verbindung 19 mit dem Polyäthylenschlauch 20 sich an der Unterkante
des Papiers befindet. Das offene Ende des Schlauches 20 wird um ungefähr 1800 angehoben
und in angehobener Stellung durch den waagerechten Stab 21 gestützt, der durch den
Schlauch nahe seinem offenen Ende geführt ist.
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Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die gezeigten
Vorrichtungen wird in allen diesen Beispielen die in ihre Bestandteile aufzutrennende
Probe in den Behälter, d. h. den Polyäthylenschlauch 11. oder 20 oder den Trog 1,
gegeben, und man läßt sie vom chromatographischen Papier aufsaugen. Dann gibt man
Lösungsmittel zur Elution, d. h. der chromatographischen Trennung, wie bekannt,
in den Behälter. Die Zonen, in welche sich die einzelnen Bestandteile trennen, können
ausgeschnitten und aus den Papierabschnitten extrahiert werden. Statt dessen kann
man, wie bekannt, überschüssiges Lösungsmittel verwenden, um die Lösung von einer
in geeigneter Weise zugeschnittenen unteren Spitze des Papiers abtropfen zu lassen,
und verschiedene Fraktionen nacheinander zu verschiedenen Zeiten sammeln. Wenn die
Probe hinreichend verdünnt ist, kann es unnötig sein, weitere Mengen Lösungsmittel
zu verwenden.
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Nachdem die Grenzen der Zonen durch einen Vorversuch bestimmt wurden,
wird die gleiche Verteilung der Zonen anschließend unter gleichen Bedingungen reproduziert,
so daß dieses Verfahren für die technische Extraktion gewünschter Komponenten, beispielsweise
von Pharmazeutika, durch gleichzeitigen Betrieb einer Reihe- von solchen Vorrichtungen
verwendet werden kann.
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Bei Verwendung einer Reihe von Vorrichtungseinheiten der oben beschriebenen
Konstruktion für die präparative isolierung von Handelsmengen von Verbindungen,
können die zu chromatographierenden Mischungen und Elutionsmittel den Einheiten
von bekannten Zuteilungsvorrichtungen zugeführt werden, z. B. Uberlaufkästen, automatische
Pipetten oder Dosierpumpen.
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Nachfolgend wird ein Beispiel einer Trennung für präparative Zwecke
beschrieben.
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100 nach Fig.2 hergestellte Einrichtungen mit chromatographischen
Papierbögen von etwa 38 cm Breite, 30 cm Länge und 3 mm Dicke werden in regelmäßigen
Abständen voneinander an einer waagerechten Drehscheibe von etwa 150 cm Durchmesser
derart aufgehängt, daß die Bögen radial um die Mitte in senkrechten, durch die Achse
der Drehscheibe verlaufenden Ebenen angeordnet sind. Ein regulierbarer elektrischer
Uhrwerkmechanismus dreht die Scheibe langsam im Uhrzeigersinn. Ungefähr über der
Mitte des Schlauches (Fig. 2) wird eine stationäre Meßpipette befestigt, von deren
Spitze in regelmäßigen Intervallen eine vorbestimmte Menge der zu chromatographierenden
Mischung in den Schlauch abgegeben wird. Das Zeitintervall zwischen Abgaben der
Probe ist mit dem Drehmechanismus so abgestimmt, daß die Abgabe jeweils erfolgt,
wenn die Mitte eines Schlauches 11 (Fig.2) unter der Pipettenspitze liegt. Eine
zweite stationäre, automatische Meßpipette mit etwas größerer Kapazität, aber mit
analogem Mechanismus und gleicher Arbeitsweise, wird etwa 900 im Uhrzeigersinn verschoben
gegen die erste Pipette befestigt, von dieser zweiten Pipette werden die Schläuche
11 (Fig. 2) in analoger Weise mit dem Elutionsmittel beschickt.
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Der Winkelabstand zwischen den Pipetten wird so eingestellt, daß die
Probe auf dem chromatographischen Papierbogen völlig verteilt ist, bevor sie mit
dem Elutionsmittel beschickt wird. Während des restlichen Weges auf der Drehscheibe
läßt man dann das Chromatogramm entwickeln, und bevor eine volle Umdrehung vollzogen
ist, werden die Bogen abgenommen, und die Zonen werden durch Ausschneiden getrennt.
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Nach einer weiteren möglichen Arbeitsweise wird von der zweiten Meßpipette
jeweils ein vorbestimmter Überschuß an Elutionsmittel zugegeben, und die Bogen werden
am unteren Ende zu einer Ablaufspitze zugeschnitten. Infolgedessen tropfen in bekannter
Weise die einzelnen Fraktionen nacheinander ab. Da die Einrichtungen mit gleicher
Geschwindigkeit langsam rotieren und gleiche Mengen der Proben und Elutionsmittel
verwendet werden, ist das Auswaschen jeder Fraktion auf einen bestimmten ten Sektor
der Drehscheibe beschränkt. Geeignete Gefäße, Trichter oder Petri-Schüsseln, werden
über diese Sektoren verteilt; in jedem einzelnen Gefäß wird somit die Summe jeweils
einer Fraktion von 100 Proben konzentriert.
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Auf diese Weise werden bei einer Arbeitsperiode (Umdrehung) der Scheibe,
welche 6 Stunden dauert, 200 g Diphenylamin in chemisch reinem Zustand gewonnen.