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EP2212266A1 - Deuterierung von markierstoffen - Google Patents

Deuterierung von markierstoffen

Info

Publication number
EP2212266A1
EP2212266A1 EP08851727A EP08851727A EP2212266A1 EP 2212266 A1 EP2212266 A1 EP 2212266A1 EP 08851727 A EP08851727 A EP 08851727A EP 08851727 A EP08851727 A EP 08851727A EP 2212266 A1 EP2212266 A1 EP 2212266A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
markers
liquid
liquids
deuterating
fluorescence
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08851727A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rüdiger Sens
Christos Vamvakaris
Wolfgang Ahlers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Priority to EP08851727A priority Critical patent/EP2212266A1/de
Publication of EP2212266A1 publication Critical patent/EP2212266A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07B—GENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B59/00—Introduction of isotopes of elements into organic compounds ; Labelled organic compounds per se
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
    • C10L1/003—Marking, e.g. coloration by addition of pigments

Definitions

  • the present invention relates to a method for the detection of markers in liquids using deuterating agents.
  • the invention further relates to methods for labeling liquids and to the use of deuterating agents to improve the detectability of markers in liquids.
  • EP 0 818 674 describes methods for identifying an analyte in a sample by treating a sample with a deuterating reagent using the Raman signal emitted after irradiation.
  • markers in liquids are often used in very low concentrations in the ppm or ppb range.
  • low concentrations of the markers are advantageous if the liquids are to be marked invisible or largely unnoticed.
  • the liquids are often contaminated by substances that make it difficult or even impossible to reliably detect the markers in the often used low concentrations.
  • the object of the present invention was to provide methods which reliably enable the detection of markers in liquids even in extremely low concentrations.
  • a sub-task of the present invention was to allow the detection of markers in low concentrations even in contaminated liquids.
  • the liquids to be marked are basically of any nature and may be pure liquids or mixtures of liquids.
  • Non-polar liquids are preferably used in the context of the process according to the invention.
  • non-polar liquids are liquids or mixtures of liquids having a dielectric constant (18 ° C., 50 Hz) less than 4.
  • the fluids are generally available commercially.
  • the non-polar liquids preferably contain oils, particularly preferably mineral oils, in particular diesel fuels. Most preferably, the non-polar liquid is a mineral oil, in particular a diesel fuel.
  • the liquid contains impurities.
  • impurities of the liquid are to be understood as meaning substances which interfere or make impossible the detection of the markers in step (c) of the above-stated process.
  • Terms of the form C 3 -Cb in the context of this invention designate chemical compounds or substituents with a certain number of carbon atoms.
  • the number of carbon atoms can be selected from the entire range from a to b, including a and b, a is at least 1 and b is always greater than a.
  • Further specification of the chemical compounds or substituents is made by terms of the form C 3 -Cb-V.
  • V here stands for a chemical compound class or substituent class, for example for alkyl compounds or alkyl substituents.
  • Halogen is fluorine, chlorine, bromine or iodine, preferably fluorine, chlorine or bromine, particularly preferably fluorine or chlorine.
  • Heteroatoms are preferably oxygen, nitrogen, sulfur or phosphorus.
  • C 1 -C 20 -alkyl straight-chain or branched hydrocarbon radicals having up to 20 carbon atoms, for example C 1 -C 10 -alkyl or C 2 -C 20 -alkyl, preferably C 1 -C 10 -alkyl, for example C 1 -C 3 -alkyl, such as methyl, ethyl, propyl , Isopropyl, or C 4 -C 6 -alkyl, n-butyl, sec-butyl, tert-butyl, 1, 1-dimethylethyl, pentyl, 2-methylbutyl, 1, 1-dimethylpropyl, 1, 2-dimethylpropyl, 2,2 -Dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, hexyl, 2-methylpentyl, 3-methyl-pentyl, 1, 1-dimethylbutyl, 1, 2-dimethylbutyl, 1, 3-dimethylbutyl, 2,2-dimethyl
  • Trimethylpropyl 1, 2,2-trimethylpropyl, 1-ethyl-1-methylpropyl, 1-ethyl-2-methylpropyl, or C 7 0 CI -alkyl, such as heptyl, octyl, 2-ethyl-hexyl, 2, 4,4-trimethylpentyl, 1,1,3,3-tetramethylbutyl, nonyl or decyl and their isomers.
  • C 1 -C 20 -alkoxy denotes a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 20
  • Carbon atoms (as mentioned above) which are attached via an oxygen atom (-O-), for example Ci-Cio-alkoxy or Cn-C2o-alkoxy, preferably C1-C10alkyloxy, particularly preferably Ci-C3-alkoxy, such as methoxy , Ethoxy, propoxy.
  • oxygen atom for example Ci-Cio-alkoxy or Cn-C2o-alkoxy, preferably C1-C10alkyloxy, particularly preferably Ci-C3-alkoxy, such as methoxy , Ethoxy, propoxy.
  • C3-C15-cycloalkyl monocyclic, saturated hydrocarbon groups having 3 to 15 carbon ring members, preferably Cs-Cs-cycloalkyl such as cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl or cyclooctyl and a saturated or unsaturated cyclic system such as. B. norbornyl or norbenyl.
  • Aryl a mono- to trinuclear aromatic ring system containing 6 to 14 carbon ring members, e.g. As phenyl, naphthyl or anthracenyl, preferably a mono- to binuclear, more preferably a mononuclear aromatic ring system.
  • Aryloxy is a mono- to trinuclear aromatic ring system (as mentioned above), which is attached via an oxygen atom (-O-), preferably a mononuclear to dinuclear, more preferably a mononuclear aromatic ring system.
  • Heterocycles five- to twelve-membered, preferably five- to nine-membered, particularly preferably five- to six-membered, oxygen, nitrogen and / or sulfur atoms, ring rings optionally containing several rings such as furyl, thiophenyl, pyrryl, pyridyl, indolyl, benzoxazolyl, Dioxolyl, dioxy, benzimidazolyl, benzthiazolyl, di- methylpyridyl, methylquinolyl, dimethylpyrryl, methoxyfuryl, dimethoxypyridyl, difluoropyridyl, methylthiophenyl, isopropylthiophenyl or part.
  • the heterocycles can be attached in any desired manner chemically to the compounds of the general formula (I), for example via a bond to a carbon atom of the heterocycle or a bond to one of the heteroatoms.
  • five- or six-membered saturated nitrogen-containing ring systems which are attached via a ring nitrogen atom and which may contain one or two further nitrogen atoms or another oxygen or sulfur atom.
  • C 1 -C 20 -alkylamino means an amine group which is substituted by one, straight-chain or branched alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms (as mentioned above), for example C 1 -C 2 -dialkylamino or C 3 -C 4 -dialkylamino, preferably C 1 -C 2 -cycloalkyl Dialkylamino attached via the nitrogen.
  • C 1 -C 20 -dialkylamino means a substituted amine group with two, identical or different, straight-chain or branched alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms (as mentioned above), for example C 1 -C 2 -dialkylamino or C 3 -C 4 -dialkylamino, preferably C 1 -C 2 -cycloalkyl Dialkylamino attached via the nitrogen.
  • markers which can be detected in liquids with the aid of fluorescence spectroscopic methods are suitable as markers. Preferred are markers which can be detected in low concentrations in the ppb or ppm range.
  • concentration units ppm and ppb in the context of this invention refer to the ratio of weight units unless stated otherwise.
  • markers which allow a marking of the liquids invisible to the human eye. Frequently, such markers have no or only a very small absorption in the visible range of the electromagnetic spectrum (wavelength of 380 to 750 nm) or are not visible to the human eye due to the low concentration in the ppb or ppm range. Therefore, marking in the context of this invention does not mean the coloring of the liquids by means of dyes.
  • the hydrogen atoms of the markers can be easily replaced by deuterium.
  • These hydrogen atoms are referred to in the context of this invention as H / D-labile hydrogen atoms.
  • H / D-labile hydrogen atoms XH
  • the labels have substituents containing H / D labile hydrogens (deuteratable substituents).
  • these substituents contain NH or OH groups.
  • Preferred deuterable substituents are substituted or unsubstituted amino, hydroxy, carboxyl, or amide groups.
  • the deuterable substituents are chemically attached to the chromophore of the markers.
  • the markers are chemical compounds from the classes of compounds of phthalocyanines, naphthalocyanines, nickel-dithiolene complexes, aminium compounds of aromatic amines, methine dyes, azulenesquaric acid dyes, anthraquinones, rylenes (eg quaterrylene, terrylene, perylene dyes) , Naphthalene tetracarboxylic diimides, dibenzanthrones, isodibenzanthrones or electroneutral merocyanine dyes. These compounds particularly preferably have their absorption maximum in the range from 600 to 1200 nm. Most preferably, these markers have H / D labile hydrogens.
  • PCT / EP2007 / 052122 European application 07105776.4, PCT application PCT / EP2007 / 051745 and WO 2006/097434 A2.
  • phthalocyanines page (p. 1), line (Z.) 37 - p. 3, Z.9), naphthalocyanines (p. 3, Z.11 - p. 4, Z.20), nickel-dithiolene complexes (S.4, Z. 22 - P. 4, Z. 46), aminium compounds of aromatic amines (S. 5, Z. 1 - Z. 31), methine dyes ( P. 5, Z. 33 - p. 6, line 29), azulenesquaric acid dyes (p. 6, p. 31 - p. 7, line 16).
  • the markers can be prepared by methods known to those skilled in the art or known per se. Most preferably, the markers are given by anthraquinones of the general formulas (I) to
  • the variables R, R 1 and R 2 independently of one another are C 1 -C 20 -alkyl, preferably C 1 -C 6 -alkyl, which is optionally interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, or aryl which is optionally substituted by one or more C 1 -C 20 -alkyl which is optionally interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function.
  • X in the formulas (I) to (III) assumes either the meaning of two hydrogen atoms, two cyano groups in the 2,3- or 6,7-position or two identical groups CH (R 9 ) (R 10 ) in 2,3- or 6,7-position of Anthrachinongerüstes.
  • the latter two groups CH (R 9 ) (R 10 ) are either two groups CH (COOR ') 2, CH (CN) COOR' or CH (CN) 2, where the radicals R 'are preferably Ci-C 2 o-alkyl, which is optionally interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, or aryl, which is optionally substituted by one or more Ci-C2o-alkyl which is optionally interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, mean.
  • the selection of the variables R, R 1 and R 2 is preferably selected from the group consisting of methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, Isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, tert-pentyl, hexyl, 2-methylpentyl, heptyl, hept-3-yl, octyl, 2-ethylhexyl, isooctyl, nonyl, isononyl, decyl, isodecyl, Undecyl, dodecyl, tridecyl, 3,5,5,7-tetramethylnonyl, isotridecyl, tetradecyl, penta-dec
  • the selection of the variables R, R 1 and R 2 is preferably carried out from the group consisting of unsubstituted phenyl simply in the 2-, 3- and 4-positions, the double in the 2,3-, 2,4- and 3,4-position and the triple in 2,3,4-, 2,3,5-, 2,3,6-, 2,4,5-, 2,4,6- and 3,4,5-substituted phenyl, which are substituted with the previously exemplarily enumerated, optionally interrupted with oxygen in ether function Ci-C2O alkyl radicals.
  • Anthraquinone derivatives of the compounds of the formulas IV to VII shown below are also to be mentioned as markers to be used according to the invention:
  • W is hydrogen or NHR ", p is 1, 2, 3 or 4, wherein for p greater than 1 the radicals are identical, and
  • Heterocycle optionally substituted with one or more C 1 -C 20 -alkyl groups optionally interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function;
  • Aryl which is optionally substituted by one or more C 1 -C 20 -alkyl which is optionally interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, C 1 -C 20 -alkoxy, C 1 -C 20 -alkylamino or C 1 -C 20 -di- alkylamino;
  • Phenyl-C 1 -C 4 -alkyl which is optionally interrupted in the phenyl radical by one or more C 1 -C 20 -alkyl which is optionally interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, C 1 -C 20 -alkoxy, C 1 -C 20 -alkylamino or C 1 -C 20 -cycloalkyl
  • Dialkylamino is substituted.
  • R "in the formulas IV to VII is particularly preferably C 1 -C 20 -alkyl which is optionally interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, or aryl which is optionally substituted by one or more C 1 -C 20 -alkyl which is optionally substituted by 1 to 4 Oxygen atoms in ether function is interrupted.
  • R "in the formulas IV to VII is selected from the group consisting of methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, tert-pentyl, hexyl, 2-methylpentyl, heptyl, hept-3-yl, octyl, 2-ethylhexyl, isooctyl, nonyl, isononyl, decyl, isodecyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, 3,5,5,7-tetramethyl-nonyl, isotridecyl, Tetradecyl, pentadecyl, methoxymethyl, 2-ethyl-hexoxymethyl, 2-methoxyethyl, 2-ethoxyethyl, 2-propyl
  • the markers are most preferably given by Anthrachinondicarbonklareimide of the general formulas (VIII):
  • R 11 , R 12 , R 13 , R 14 are independently, identical or different H, Ci-C 2 o-alkyl, aryl, heterocycles
  • R 16 , R 17 , R 18 , R 19 independently of one another, identical or different, are H, C 1 -C 20 -alkyl, C 1 -C 20 -alkoxy, aryl, aryloxy, NR 11 R 12 , halogen, CN, NO 2 ,
  • substituents R 11 to R 19 may each be interrupted at any position by one or more heteroatoms, the number of these heteroatoms being not more than 10, preferably not more than 8, very particularly preferably not more than 5 and in particular not more than 3 is, and / or in any position, but not more than five times, preferably not more than four times and more preferably not more than three times, by NR 11 R 12 , CONR 11 R 12 , COOR 11 , SO 3 R 11 , CN, NO 2 , C 1 -C 20 -alkyl, C 1 -C 20 -alkoxy, aryl, aryloxy, heterocycles or halogen may be substituted, which may also be substituted at most twice, preferably at most once with said groups.
  • radicals R 21 , R 22 , R 23 and R 24 and R 26 , R 27 , R 28 and R 29 each represent a heterocyclic radical or an aryloxy.
  • the aryloxy substituents may themselves be substituted with up to four, preferably with two, Ci-C4-alkyl groups.
  • M is twice hydrogen, twice lithium, magnesium, zinc, copper, nickel, VO, TiO, AICI, AIOH, AlOCOCH 3 , AIOCOCF3, or SiR 29 R 30 .
  • R 29 and R 30 are independently, the same or different, H, OH, Cl, C 1 -C 20 -alkyl, aryl, C 1 -C 20 -alkoxy or aryloxy.
  • phthalocyanines are known per se and can be prepared by methods known per se, such as those used in the preparation of phthalocyanines or naphtha-locyanines and as described, for example, in F. H. Moser, A.L. Thomas “The Phthalocyanines", CRC Press, Boca Rota, Florida, 1983, or J. Am.
  • synthesis of the phthalocyanines is carried out, for example, according to the methods described in WO 2005/070935.
  • phthalocyanines of the formulas (IX) or (X) in which all R 21 to R 28 are heterocyclic radicals and in each case pyrrolidin-1-yl, piperidin-1-yl, piperazin-1-yl or morpholine 4-yl, where these radicals may be monosubstituted to trisubstituted, preferably monosubstituted, by C 1 -C 4 -alkyl, benzyl, phenylethyl or phenyl.
  • the markers are preferably given by naphthalocyanines of the general formula (XI):
  • Y 1 to Y 8 are each independently hydrogen, hydroxy, C 1 -C 20 -alkyl or C 1 -C 20 -alkoxy, where the alkyl groups may each be interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function and are optionally substituted by phenyl, and
  • Y 9 to Y 12 independently of one another are each hydrogen, C 1 -C 20 -alkyl or C 1 -C 20 -alkoxy, where the alkyl groups may each be interrupted by 1 to 4 oxygen atoms in ether function, halogen, hydroxysulfonyl or C 1 -C 4 -dialkylsulfamoyl.
  • R 29 and R 30 independently of one another, identical or different, are H, OH, Cl, C 1 -C 20 -alkyl, aryl, C 1 -C 20 -alkoxy or aryloxy.
  • naphthalocyanines of the formula (XI) in which at least one of the radicals Y 1 to Y 8 is different from hydrogen.
  • naphthalocyanines are known per se and can be obtained according to the methods of the above-mentioned prior art (Moser, J. Am. Chem. Soc.).
  • RSI 1 R ⁇ R 3 S 1 R 34 independently of one another, identically or differently H, C 1 -C 20 -alkyl, aryl, heterocycles, NR 35 R 36 ,
  • R 3 S 1 R 36 independently of one another, identical or different, are H, C 1 -C 20 -alkyl, aryl, heterocycles,
  • substituents R 31 to R 36 can each be interrupted at any position by one or more heteroatoms, the number of these heteroatoms not exceeding 10, preferably not more than 8, very particularly preferably not more than 5 and in particular not more than 3 is, and / or in any position, but not more than five times, preferably not more than four times and more preferably not more than three times, by C 1 -C 20 alkyl, C 1 -C 20 alkoxy, aryl, aryloxy or heterocycles may be substituted These may likewise be substituted at most twice, preferably at most once, with the abovementioned groups.
  • the provision of the liquids containing markers according to step (a) of the process according to the invention can be carried out in any desired manner.
  • the markers are used in the form of solutions, but may also have been added as solids to the liquids to be marked.
  • Suitable solvents are preferably aromatic hydrocarbons such as toluene or xylene.
  • a concentration of markers of from 2 to 50% by weight, based on the solution, is generally selected.
  • step (a) of the process according to the invention are referred to as labeled liquids.
  • step (b) of the process according to the invention the liquid is brought into contact with a deuterating agent.
  • deuterating agents which bring about H / D exchange of H / D-labile hydrogen atoms. While deuteration is generally preferred, the process of the invention can also be carried out with higher hydrogen isotopes such as tritium.
  • deuterating agents which are liquids can be used within the scope of the invention.
  • Deuterated alcohols are preferably used as deuterating agents, such as monodeuterated methanol (MeOD) or monodeuterated ethanol (EtOD). Most preferred is EtOD.
  • D 2 O is used as deuterating agent.
  • lithium aluminum deuteride is used as deuterating agent.
  • D3PO4 BF3 is used as deuterating agent.
  • DsPO 4 BFs can be prepared according to the method described in US 3,475,507.
  • the labeled liquids are brought into contact with the deuterating agent.
  • the contact can be made by any method. For example, both can be mixed together as liquids, optionally after the solution of the deuterating agent in a liquid. Whether in this case the deuterating agent is added to the liquid or vice versa is generally insignificant. Often, the deuterating agent is added to the liquid and mixing is accomplished by, for example, shaking or stirring. Preferably, the deuterating agent dissolves either as a solid, as a liquid or in a solvent in the labeled liquid.
  • the duration of contact between labeled liquid and deuterating agent in step (b) of the process according to the invention can vary over a wide range, for example, depending on the particular marker.
  • the duration of the contact is in the range of 10 seconds to 24 hours. More preferably, the duration of the contact is less than 1 hour. Most preferably, the duration of the contact is less than 10 minutes.
  • the amount of deuterating agent used in the context of the process according to the invention, based on the labeled liquid can vary within a wide range, depending on the chemical nature of the deuterating agents and the markers.
  • the weight ratio of deuterating agent to labeled liquid is selected from the range of 20: 1 to 1:20. The selected range is preferably from 10: 1 to 1:10, in particular from 4: 1 to 1: 4.
  • the amounts of deuterating agents and labeled liquids used in the process of the invention may vary over a wide range. In most cases, for example in the case of spectroscopic detection in step (c), a few milligrams or milliliters of the substances are sufficient. Preferably, less than 10 mg or 10 ml are used.
  • step (c) The detection of the markers in step (c) is in principle carried out by means of the generally known methods of fluorescence spectroscopy, as described, for example, in WO
  • the proof can be qualitative or quantitative.
  • An important parameter for the detection of the markers is the signal / noise ratio of the respective method. In order to reliably detect a marker, the signal-to-noise ratio should generally be better than 10/1. For quantitative detection, a signal-to-noise ratio better than 30/1 is preferred.
  • the method according to the invention makes it possible to reliably detect even extremely low concentrations of markers by fluorescence-spectroscopic detection.
  • step (b) an H / D exchange of labile hydrogens of the marker takes place, which leads to an increased quantum yield of the fluorescence.
  • the intensities of the fluorescence signals are increased many times after being brought into contact with deuterating agents.
  • the intensity of the fluorescence signal here is the signal of the sample without the treatment with deuterating agent, but optionally with appropriate dilution.
  • the intensity of the fluorescence signal is preferably increased by the factor of at least two by the method according to the invention. Particularly preferred is a factor of at least four. Most preferably, the intensity of the fluorescence signal increases by at least a factor of five.
  • the concentration of marker can be by a factor of at least two, more preferably at least 4 and especially at least five decrease.
  • the use of the deuterating agent in step (b) does not amplify the background fluorescence occurring during the fluorescence spectroscopic detection (c) to the same extent as the intensity of the fluorescence signal of the marker and thus the signal / Improved noise ratio.
  • the signal / noise ratio preferably improves by a factor of at least two, more preferably at least 4 and in particular at least 5.
  • step (c) contacting the deuterating agent in step (b) also improves the signal-to-noise ratio in a contaminated liquid for detection in step (c). Therefore, in a preferred embodiment of the method according to the invention, the detection in step (c) is carried out on a contaminated liquid.
  • the H / D exchange takes place primarily in the marker and only subordinate in the substances that cause the contamination.
  • the detection of the markers is performed time-dependent.
  • the fluorescence intensity of the markers is determined at different times.
  • the time course of the fluorescence intensity is a characteristic feature of the markers used and can be used for the detection and identification of the markers.
  • Another object of the invention is a method for labeling liquids, wherein the detection of the markers is carried out according to one of the embodiments of the method according to the invention.
  • Another object of the invention is the use of deuterating agents to improve the detectability of markers in liquids.
  • markers in liquids even in extremely low concentrations, can be reliably detected even without separation and preparation.
  • Excitation wavelength 670 nm - long-pass filter: two times 695 nm
  • a quantity of 8.7 mg marker MS2 was dissolved in 100 ml toluene (concentration 100 ppm). Subsequently, the sample was dispersed in an ultrasonic bath for 15 minutes. The total release time was 30 minutes. The sample was diluted with toluene until a concentration of 100 ppb was reached. This sample was measured in the fluorescence detection apparatus (diesel tester) (see Example 1). The excitation wavelength of the laser was 760 nm (longpass filter: 776 nm). A portion of the 100 ppb solution was further diluted (33 ppb) with 2 parts (by weight) of toluene and also measured in the fluorescence detection device (diesel tester).
  • diesel was diluted with ethanol 1: 2 (by weight) and measured.
  • diesel was diluted with ethanol D1 (EtOD) and measured.
  • the dyes were dissolved in toluene and adjusted to an absorbance of 1.0 at the absorption maximum. Then one part of ethanol (EtOH) or ethanol D1 (EtOD) was added to two parts (always parts by weight) of the solutions thus prepared. These solutions were excited at a wavelength near their absorption maxima (lambda ex) at which the toluene solutions to be compared diluted with ethanol or ethanol D1 had equal absorptions. The following fluorescence intensities (scale parts) in the respective fluorescence maximum (FL) were obtained:
  • MS2 was adjusted in toluene to an extinction of 0.5 at the absorption maximum of 750 nm and diluted with ethanol D1 (EtOD) 1: 1 (weight). Subsequently, the kinetics of the fluorescence of MS2 was measured with the fluorescence spectrometer Cary Eclipse at 820 nm. After waiting for 20 minutes, the maximum intensity is reached.
  • Solvent Violet 59 (CAS # 6408-72-6) was adjusted to an absorbance of 0.16 in the absorption maximum of 542 nm in toluene and diluted with ethanol D1 1: 1 (weight). Subsequently, the kinetics of the fluorescence were measured with the fluorescence spectrometer Cary Eclipse in the fluorescence maximum at 607 nm (toluene) or 616 nm (1: 1 dilution with ethanol D1). After waiting for 20 minutes, the maximum intensity is reached.
  • Marker MS2 was adjusted to an absorbance of 0.2 at 746 nm in ethanol and monodeuterated ethanol (EtOD).
  • EtOD monodeuterated ethanol
  • the fluorescence signal observed in deuterated ethanol is about a factor of 3 higher than in non-deuterated ethanol.
  • a quantity of 8.7 mg of MS10 was dissolved in 100 ml of toluene (concentration 100 ppm). Subsequently, the sample was dispersed in an ultrasonic bath for 15 minutes. The total dissolution time was 30 minutes. The sample was diluted with toluene until a concentration of 10 ppb was reached. This sample was measured in the fluorescence detection apparatus (diesel tester) (see Example 1). The excitation wavelength of the laser was 660 nm (long-pass filter: 695 nm). A portion of the marker solution was further diluted with 2 parts of toluene (3 ppb) and also measured in the fluorescence detection device (diesel tester). Another part was diluted ( ⁇ 3ppb) with 2.3 parts ethanol D1 (EtOD) and measured. Another part was diluted (3 ppb) with 2 parts of ethanol D1 and measured.

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Abstract

Verfahren zum Nachweis von Markierstoffen in Flüssigkeiten, wobei (a) ein oder mehrere, gleiche oder verschiedene, Markierstoffe in der Flüssigkeit vorliegen, (b) ein Deuterierungssmittel mit der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird und (c) der Markierstoff in der Flüssigkeit fluoreszenzspektroskopisch nachgewiesen wird. Verfahren zur Markierung verunreinigter unpolarer Flüssigkeiten sowie Verwendung von Deuterierungsmitteln zur Verbesserung der Nachweisbarkeit von Markierungsstoffen in Flüssigkeiten.

Description

Deuterierung von Markierstoffen
Beschreibung:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweis von Markierstoffen in Flüssigkeiten unter Verwendung von Deuterierungsmitteln. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zur Markierung von Flüssigkeiten und die Verwendung von Deuterierungsmitteln zur Verbesserung der Nachweisbarkeit von Markierungsstoffen in Flüssigkeiten.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind den Ansprüchen, der Beschreibung und den Beispielen zu entnehmen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstandes nicht nur in der jeweils konkret angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Bevorzugt beziehungsweise ganz bevorzugt sind insbesondere auch diejenigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen alle Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstandes die bevorzugten beziehungsweise ganz bevorzugten Bedeutungen haben.
Der Einfluß der Deuterierung auf die Lebensdauer im angeregten Zustand und die Quantenausbeute fluoreszierender Verbindungen ist bekannt (vgl. z.B. Dissertationsschrift „Strahlungslose Desaktivierung in Xanthen-, Oxazin- und Carbazinfarbstoffen", Rüdiger Sens, Universität Siegen, 1984).
Beispielsweise haben auch A.L. Burin und M.A. Ratner in J. Chem. Phys, 1998, 109, 6092 beschrieben, dass die schwächere vibronische Kopplung in den deuterierten Systemen höhere Fluoreszenzquantenausbeuten bedingt.
EP 0 818 674 beschreibt Verfahren zur Identifikation eines Analyten in einer Probe durch Behandlung einer Probe mit einem Deuterierungsreagenz unter Verwendung des nach Bestrahlung emittierten Raman-Signals.
In der Praxis werden Markierstoffe in Flüssigkeiten häufig in sehr geringen Konzentra- tionen im ppm oder ppb-Bereich verwendet. Geringe Konzentrationen der Markierstoffe sind hierbei einerseits von Vorteil, wenn die Flüssigkeiten unsichtbar oder weitgehend unbemerkt markiert werden sollen. Andererseits besteht auf Grund dieser Anforderungen ein ständiger Bedarf an immer empfindlicheren Verfahren, die den Nachweis von Markierstoffen in Flüssigkeiten auch in extrem geringen Konzentrationen zuverlässig ermöglichen. Weiterhin sind die Flüssigkeiten oft durch Substanzen verunreinigt, die den zuverlässigen Nachweis der Markierungsstoffe in den oft verwendeten geringen Konzentrationen erschweren oder gar unmöglich machen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es Verfahren zur Verfügung zu stellen, die den Nachweis von Markierstoffen in Flüssigkeiten auch in extrem geringen Konzentrationen zuverlässig ermöglichen. Eine Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung war es den Nachweis von Markierstoffen in geringen Konzentrationen auch in verunreinigten Flüssigkeiten zu ermöglichen.
Dementsprechend wurde ein Verfahren zum Nachweis von Markierstoffen in Flüssig- keiten gefunden, wobei
(a) ein oder mehrere, gleiche oder verschiedene, Markierstoffe in der Flüssigkeit vorliegen,
(b) ein Deuterierungssmittel mit der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird und
(c) der Markierstoff in der Flüssigkeit fluoreszenzspektroskopisch nachgewie- sen wird.
Die zu markierenden Flüssigkeiten sind grundsätzlich beliebiger Natur und können reine Flüssigkeiten oder Gemische von Flüssigkeiten sein. Bevorzugt werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens unpolare Flüssigkeiten eingesetzt. Unter un- polaren Flüssigkeiten werden im Rahmen dieser Erfindung Flüssigkeiten oder Mischungen von Flüssigkeiten mit einer Dielektrizitätskonstante (18°C, 50Hz) kleiner als 4 verstanden. Die Flüssigkeiten sind im Allgemeinen käuflich erhältlich. Bevorzugt enthalten die unpolaren Flüssigkeiten Öle, besonders bevorzugt Mineralöle, insbesondere Dieselkraftstoffe. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei der unpolaren Flüssigkeit um ein Mineralöl, insbesondere einen Dieselkraftstoff.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die Flüssigkeit Verunreinigungen. Unter Verunreinigungen der Flüssigkeit sind im Rahmen dieser Erfindung solche Stoffe zu verstehen, die den Nachweis der Markierstoffe in Schritt (c) des oben angegebenen Verfahrens stören oder unmöglich machen.
Ausdrücke der Form C3-Cb bezeichnen im Rahmen dieser Erfindung chemische Verbindungen oder Substituenten mit einer bestimmten Anzahl von Kohlenstoffatomen. Die Anzahl an Kohlenstoffatomen kann aus dem gesamten Bereich von a bis b, einschließlich a und b gewählt werden, a ist mindestens 1 und b immer größer als a. Eine weitere Spezifizierung der chemischen Verbindungen oder der Substituenten erfolgt durch Ausdrücke der Form C3-Cb-V. V steht hierbei für eine chemische Verbindungsklasse oder Substituentenklasse, beispielsweise für Alkylverbindungen oder Alkyl- substituenten. Halogen steht für Fluor, Chlor, Brom, oder lod, vorzugsweise für Fluor, Chlor oder Brom, besonders bevorzugt für Fluor oder Chlor.
Heteroatome sind bevorzugt Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel oder Phosphor.
Im einzelnen haben die für die verschiedenen Substituenten angegebenen Sammelbegriffe folgende Bedeutung:
Ci-C2o-Alkyl: geradkettige oder verzweigte Kohlenwasserstoffreste mit bis zu 20 Koh- lenstoffatomen, beispielsweise Ci-Cio-Alkyl oder Cn-C2o-Alkyl, bevorzugt Ci-Cio-Alkyl beispielsweise Ci-C3-Alkyl, wie Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, oder C4-C6-Alkyl, n- Butyl, sec-Butyl, tert.-Butyl, 1 ,1-Dimethylethyl, Pentyl, 2-Methylbutyl, 1 ,1- Dimethylpropyl, 1 ,2-Dimethylpropyl, 2,2-Dimethylpropyl, 1-Ethylpropyl, Hexyl, 2- Methylpentyl, 3-Methyl-pentyl, 1 ,1-Dimethylbutyl, 1 ,2-Dimethylbutyl, 1 ,3-Dimethylbutyl, 2,2-Dimethylbutyl, 2,3-Dimethylbutyl, 3,3-Dimethylbutyl, 2-Ethylbutyl, 1 ,1 ,2-
Trimethylpropyl, 1 ,2,2-Tri-methylpropyl, 1-Ethyl-1-methylpropyl, 1-Ethyl-2-methylpropyl, oder C7-C-I0-AIkVl, wie Heptyl, Octyl, 2-Ethyl-hexyl, 2,4,4-Trimethylpentyl, 1 ,1 ,3,3- Tetramethylbutyl, Nonyl oder Decyl sowie deren Isomere.
Ci-C2o-Alkoxy bedeutet eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 20
Kohlenstoffatomen (wie vorstehend genannt), welche über ein Sauerstoffatom (-O-) angebunden sind, beispielsweise Ci-Cio-Alkoxy oder Cn-C2o-Alkoxy, bevorzugt C1-C10- Alkyloxy, insbesondere bevorzugt Ci-C3-Alkoxy, wie beispielweise Methoxy, Ethoxy, Propoxy.
C3-Ci5-Cycloalkyl: monocyclische, gesättigte Kohlenwasserstoffgruppen mit 3 bis zu 15 Kohlenstoffringgliedern, bevorzugt Cs-Cs-Cycloalkyl wie Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl oder Cyclooctyl sowie ein gesättigtes oder ungesättigtes cyclisches System wie z. B. Norbornyl oder Norbenyl.
Aryl: ein ein- bis dreikerniges aromatisches Ringsystem enthaltend 6 bis 14 Kohlenstoffringglieder, z. B. Phenyl, Naphthyl oder Anthracenyl, bevorzugt ein ein- bis zweikerniges, besonders bevorzugt ein einkerniges aromatisches Ringsystem.
Aryloxy: ist ein ein- bis dreikerniges aromatisches Ringsystem (wie vorstehend genannt), welches über ein Sauerstoffatom (-O-) angebunden ist, bevorzugt ein ein- bis zweikerniges, besonders bevorzugt ein einkerniges aromatisches Ringsystem.
Heterocyclen: fünf- bis zwölfgliedrige, bevorzugt fünf- bis neungliedrige, besonders bevorzugt fünf- bis sechsgliedrige, Sauerstoff-, Stickstoff- und/oder Schwefelatome, gegebenenfalls mehrere Ringe aufweisende Ringsysteme wie Furyl, Thiophenyl, Pyr- ryl, Pyridyl, Indolyl, Benzoxazolyl, Dioxolyl, Dioxyl, Benzimidazolyl, Benzthiazolyl, Di- methylpyridyl, Methylchinolyl, Dimethylpyrryl, Methoxyfuryl, Dimethoxypyridyl, Difluor- pyridyl, Methylthiophenyl, Isopropylthiophenyl oder teil. -Butylthiophenyl. Die Hetero- cyclen können in beliebiger Weise chemisch an die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) angebunden sein, beispielsweise über eine Bindung zu einem Kohlenstoff- atom des Heterocyclus oder eine Bindung zu einem der Heteroatome. Weiterhin, insbesondere, fünf- oder sechsgliedrige gesättigte stickstoffhaltige Ringsysteme, die über ein Ringstickstoffatom angebunden sind und die noch ein oder zwei weitere Stickstoffatome oder ein weiteres Sauerstoff- oder Schwefelatom enthalten können.
Ci-C2o-Alkylamino bedeutet eine mit einer, geradkettigen oder verzweigten Alkylgrup- pen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen (wie vorstehend genannt), substituierte Amingrup- pe, beispielsweise Ci-C2-Dialkylamino oder C3-C4-Dialkylamino, bevorzugt C1-C2- Dialkylamino, die über den Stickstoff angebunden ist.
Ci-C2o-Dialkylamino bedeutet eine mit zwei, gleichen oder verschiedenen, geradkettigen oder verzweigten Alkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen (wie vorstehend genannt), substituierte Amingruppe, beispielsweise Ci-C2-Dialkylamino oder C3-C4- Dialkylamino, bevorzugt Ci-C2-Dialkylamino, die über den Stickstoff angebunden ist.
Als Markierstoffe sind grundsätzlich alle Stoffe geeignet, die sich in Flüssigkeiten mit Hilfe fluoreszenzspektroskopischer Verfahren nachweisen lassen. Bevorzugt sind Markierstoffe, die sich in geringen Konzentrationen im ppb- oder ppm-Bereich nachweisen lassen. Die Konzentrationseinheiten ppm und ppb beziehen sich im Rahmen dieser Erfindung auf das Verhältnis von Gewichtseinheiten, falls nicht anders angegeben.
Bevorzugt werden weiterhin Markierstoffe, die eine für das menschliche Auge unsichtbare Markierung der Flüssigkeiten erlauben. Häufig weisen solche Markierstoffe keine oder nur eine sehr geringe Absorption im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums (Wellenlänge von 380 bis 750 nm) auf oder sind auf Grund der geringen Konzentration im ppb- oder ppm-Bereich für das menschliche Auge nicht sichtbar. Daher bedeutet Markierung im Rahmen dieser Erfindung nicht die Einfärbung der Flüssigkeiten mit Hilfe von Farbstoffen.
Als Markierstoffe, können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl ein- zelne chemische Verbindungen oder Gemische von chemischen Verbindungen eingesetzt werden, die Wasserstoffatome aufweisen. Bevorzugt lassen sich die Wasserstoffatome der Markierstoffe einfach gegen Deuterium austauschen. Diese Wasserstoffatome werden im Rahmen dieser Erfindung als H/D-labile Wasserstoffatome bezeichnet. Bevorzugt treten H/D-labile Wasserstoffatome (X-H) chemisch gebunden an Sauerstoff- oder Stickstoffatome auf (X = N oder O). Beispielsweise weisen die Markierstoffe Substituenten auf, die H/D-labile Wasserstoffe enthalten (deuterierbare Substituenten). Insbesondere enthalten diese Substituenten N-H oder O-H Gruppen. Bevorzugte deuterierbare Substituenten sind substituierte oder unsubstituierte Amino-, Hydroxy-, Carboxyl-, oder Amidgruppen. Besonders bevorzugt sind die deuterierbaren Substituenten chemisch am Chromophor der Markierstoffe angebunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Markierungsstoffe chemische Verbindungen aus den Verbindungsklassen der Phthalo- cyanine, Naphthalocyanine, Nickel-Dithiolen-Komplexe, Aminiumverbindungen von aromatischen Aminen, Methinfarbstoffe, Azulenquadratsäurefarbstoffe, Anthrachinone, Rylene (z.B. Quaterrylen-, Terrylen-, Perylenfarbstoffe), Naphthalintetracarbonsäure- diimide, Dibenzanthrone, Isodibenzanthrone oder elektroneutralen Merocyaninfarbstof- fe. Besonders bevorzugt haben diese Verbindungen ihr Absorptionsmaximum im Be- reich von 600 bis 1200 nm. Ganz besonders bevorzugt weisen diese Markierstoffe H/D-labile Wasserstoffe auf.
Beispielsweise sind Vertreter der oben genannten Verbindungsklassen in den Schriften WO 94/02570, WO 2005/063942 A1 , der europäischen Anmeldung 06126725.8, WO 98/52950, WO 2005/066179 A1 , WO 2005/070935 A1 , der PCT Anmeldung
PCT/EP2007/052122, der europäischen Anmeldung 07105776.4, der PCT Anmeldung PCT/EP2007/051745 und WO 2006/097434 A2 offenbart.
Auf die Offenbarung der WO 94/02570 wird bezüglich der Beispiele für Phthalocyanine (Seite (S.) 1 , Zeile (Z.) 37 - S. 3, Z.9), Naphthalocyanine (S.3, Z.11 - S.4, Z.20), Nickel-Dithiolen-Komplexe (S.4, Z. 22 - S. 4, Z. 46), Aminiumverbindungen von aromatischen Aminen (S. 5, Z. 1 - Z. 31), Methinfarbstoffe (S. 5, Z. 33 - S. 6, Z. 29), Azulenquadratsäurefarbstoffe (S. 6, Z. 31 - S. 7, Z. 16) explizit Bezug genommen. Auf die Offenbarung der WO 2005/063942 A1 wird bezüglich der Beispiele für Anthrachinone (S. 2, Z. 20 - S. 4, Z. 13, S. 8, Z. 9 - S. 13, Z. 27) explizit Bezug genommen. Auf die Offenbarung der WO 98/52950 wird bezüglich der Beispiele für Phthalocyanine (S. 1 , Z. 43) explizit Bezug genommen. Auf die Offenbarung der WO 2005/070935 A1 wird bezüglich der Beispiele für Phthalocyanine (S. 1 , Z. 6 - S. 4, Z. 18) explizit Bezug genommen. Auf die Offenbarung der PCT Anmeldung PCT/EP2007/051745 wird bezüg- lieh der Beispiele für Perylenfarbstoffe (S. 2, Z. 24 - S. 6, Z. 18) explizit Bezug genommen. Auf die Offenbarung der WO 2006/097434 A2 wird bezüglich der Beispiele für Dibenzanthrone und Isodibenzanthrone (S. 1 , Z. 7 - S. 2, Z. 33) explizit Bezug genommen.
Die Markierstoffe können nach dem Fachmann bekannten oder an sich bekannten Verfahren hergestellt werden. Ganz besonders bevorzugt sind die Markierstoffe gegeben durch Anthrachinone der allgemeinen Formeln (I) bis
("I)
Hierbei bedeuten in den Formeln (I) bis (III) die Variablen R, R1 und R2 unabhängig voneinander Ci-C2o-Alkyl, bevorzugt Ci-Cis-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist, oder Aryl, das gegebenenfalls mit einem oder mehreren Ci-C2o-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist, substituiert ist.
X nimmt in den Formeln (I) bis (III) entweder die Bedeutung von zwei Wasserstoffatomen, zwei Cyanogruppen in 2,3- oder 6,7-Stellung oder zwei gleichen Gruppen CH(R9)(R10) in 2,3- oder 6,7-Stellung des Anthrachinongerüstes an. Bei den letzteren beiden Gruppen CH(R9)(R10) handelt es sich entweder um zwei Gruppen CH(COOR')2, CH(CN)COOR' oder CH(CN)2 , wobei die Reste R' vorzugsweise Ci-C2o-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist, oder Aryl, das gegebenenfalls mit einem oder mehreren Ci-C2o-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist, substituiert ist, bedeuten.
In der Bedeutung eines Ci-Cis-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist, erfolgt die Auswahl der Variablen R, R1 und R2 vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, sec-Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Isopentyl, Neopentyl, tert-Pentyl, Hexyl, 2-Methyl- pentyl, Heptyl, Hept-3-yl, Octyl, 2-Ethylhexyl, Isooctyl, Nonyl, Isononyl, Decyl, Isodecyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, 3,5,5,7-Tetramethyl-nonyl, Isotridecyl, Tetradecyl, Penta- decyl, Methoxymethyl, 2-Ethylhexoxymethyl, 2-Methoxyethyl, 2-Ethoxyethyl, 2-Pro- poxyethyl, 2-lsopropoxyethyl, 2-Butoxyethyl, 2- und 3-Methoxypropyl, 2- und 3-Ethoxy- propyl, 2- und 3-Propoxypropyl, 2- und 3-Butoxypropyl, 2- und 4-Methoxybutyl, 2- und 4-Ethoxybutyl, 2- und 4-Propoxybutyl, 2- und 4-Butoxybutyl, 3,6-Dioxaheptyl, 3,6-Dio- xaoctyl, 4,8-Dioxanonyl, 3,7-Dioxaoctyl, 3,7-Dioxanonyl, 4,7-Dioxaoctyl, 4,7-Dioxa- nonyl, 4,8-Dioxadecyl, 3,6,8-Trioxadecyl, 3,6,9-Trioxaundecyl, 3,6,9, 12-Tetraoxatri- decyl und 3,6,9, 12-Tetraoxatetradecyl.
In der Bedeutung eines Aryl, das gegebenenfalls mit einem oder mehreren C1-C20- Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist, erfolgt die Auswahl der Variablen R, R1 und R2 vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus unsubstituiertem Phenyl, den einfach in 2-, 3- und 4-Stellung, den zweifach in 2,3-, 2,4- und 3,4-Stellung und den dreifach in 2,3,4-, 2,3,5-, 2,3,6-, 2,4,5-, 2,4,6- und 3,4,5-Stellung substituierten Phenylresten, welche substituiert sind mit den zuvor exemplarisch aufgezählten, gegebenenfalls mit Sauerstoff in Etherfunktion unterbrochenen Ci-C2o-Alkylresten.
Besonders bevorzugt sind Verbindungen der Formeln (I) bis (III), in welchen beide Variablen R, R1 und R2 bzw. R, R1 und R2 bzw. R1 und R2 untereinander gleich sind, d.h. als entsprechende Verbindungen sind zu nennen:
und 10Ϊ
sowie die entsprechenden mit Cyanogruppen oder Gruppen CH(R9)(R10) in 6,7- Stellung substituierten Verbindungen, wobei die Variablen R der zuvor aufgeführten Auswahl entsprechen.
Als erfindungsgemäß zu verwendende Markierstoffe sind ebenfalls insbesondere Anthrachinonderivate der nachfolgend gezeigten Verbindungen der Formeln IV bis VII zu nennen:
worin bedeuten
R3 R" oder NHR",
R8 NHR"
W Wasserstoff oder NHR", p 1 , 2, 3 oder 4, wobei für p größer als 1 die Reste gleich sind, und
R" Ci-C2o-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist; Cyclohexyl, das gegebenenfalls mit einer oder mehreren Ci-C2o-Alkylgruppen, die gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunkti- on unterbrochen sind, substituiert ist; Heterocyclus, der gegebenenfalls mit einer oder mehreren Ci-C2o-Alkylgruppen, die gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen sind, substituiert ist; Aryl, das gegebenenfalls mit einem oder mehreren Ci-C2o-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in E- therfunktion unterbrochen ist, Ci-C2o-Alkoxy, Ci-C2o-Alkylamino oder Ci-C2o-Di- alkylamino substituiert ist; Phenyl-Ci-C4-alkyl, das im Phenylrest gegebenenfalls mit einem oder mehreren Ci-C2o-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist, Ci-C2o-Alkoxy, Ci-C2o-Alkylamino oder C1-C20- Dialkylamino substituiert ist.
R" in den Formeln IV bis VII bedeutet besonders bevorzugt Ci-C2o-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist, oder Aryl, das gegebenenfalls mit einem oder mehreren Ci-C2o-Alkyl, das gegebenenfalls durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen ist.
Insbesondere ist R" in den Formeln IV bis VII ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, sec-Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Iso- pentyl, Neopentyl, tert-Pentyl, Hexyl, 2-Methylpentyl, Heptyl, Hept-3-yl, Octyl, 2-Ethyl- hexyl, Isooctyl, Nonyl, Isononyl, Decyl, Isodecyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, 3,5,5,7-Tetramethyl-nonyl, Isotridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Methoxymethyl, 2-Ethyl- hexoxymethyl, 2-Methoxyethyl, 2-Ethoxyethyl, 2-Propoxyethyl, 2-lsopropoxyethyl, 2-Butoxyethyl, 2- und 3-Methoxypropyl, 2- und 3-Ethoxypropyl, 2- und 3-Propoxy- propyl, 2- und 3-Butoxypropyl, 2- und 4-Methoxybutyl, 2- und 4-Ethoxybutyl, 2- und 4- Propoxybutyl, 2- und 4-Butoxybutyl, 3,6-Dioxaheptyl, 3,6-Dioxaoctyl, 4,8-Dioxanonyl, 3,7-Dioxaoctyl, 3,7-Dioxanonyl, 4,7-Dioxaoctyl, 4,7-Dioxanonyl, 4,8-Dioxadecyl, 3,6,8- Trioxadecyl, 3,6,9-Trioxaundecyl, 3,6,9, 12-Tetraoxatridecyl, 3,6,9, 12-Tetraoxatetra- decyl, unsubstituiertem Phenyl, den einfach in 2-, 3- und 4-Stellung substituierten, den zweifach in 2,3-, 2,4- und 3,4-Stellung substituierten und den dreifach in 2,3,4-, 2,3,5-, 2,3,6-, 2,4,5-, 2,4,6- und 3,4,5-Stellung substituierten Phenylresten, welche substituiert sind mit den zuvor exemplarisch aufgezählten, gegebenenfalls mit Sauerstoff in Etherfunktion unterbrochenen Ci-C2o-Alkylresten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, sec-Butyl, tert-Butyl, Pentyl, Iso- pentyl, Neopentyl, tert-Pentyl, Hexyl, 2-Methylpentyl, Heptyl, Hept-3-yl, Octyl, 2-Ethyl- hexyl, Isooctyl, Nonyl, Isononyl, Decyl, Isodecyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, 3,5,5,7-Tetramethyl-nonyl, Isotridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Methoxymethyl, 2-Ethyl- hexoxymethyl, 2-Methoxyethyl, 2-Ethoxyethyl, 2-Propoxyethyl, 2-lsopropoxyethyl, 2-Butoxyethyl, 2- und 3-Methoxypropyl, 2- und 3-Ethoxypropyl, 2- und 3-Propoxy- propyl, 2- und 3-Butoxypropyl, 2- und 4-Methoxybutyl, 2- und 4-Ethoxybutyl, 2- und 4-Propoxybutyl, 2- und 4-Butoxybutyl, 3,6-Dioxaheptyl, 3,6-Dioxaoctyl, 4,8-Di- oxanonyl, 3,7-Dioxaoctyl, 3,7-Dioxanonyl, 4,7-Dioxaoctyl, 4,7-Dioxanonyl, 4,8-Di- oxadecyl, 3,6,8-Trioxadecyl, 3,6,9-Trioxaundecyl, 3,6,9,12-Tetraoxatridecyl und 3,6,9, 12-Tetraoxatetradecyl. Die Synthese der Anthrachinone erfolgt beispielsweise nach den in der EP 0 323 184 A1 beschriebenen Methoden.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Markierstoffe ganz besonders bevorzugt gegeben durch Anthrachinondicarbonsäureimide der allgemeinen Formeln (VIII):
wobei
R11, R12, R13, R14 unabhängig voneinander, gleich oder verschieden H, Ci-C2o-Alkyl, Aryl, Heterocyclen
R15 Ci-C2O-AIkVl, C3-Ci5-Cycloalkyl, Aryl,
R16, R17, R18, R19 unabhängig voneinander, gleich oder verschieden H, Ci-C20-Alkyl, Ci-C20-Alkoxy, Aryl, Aryloxy, NR11R12, Halogen, CN, NO2,
wobei die Substituenten R11 bis R19 jeweils an beliebiger Position durch ein oder mehrere Heteroatome unterbrochen sein können, wobei die Anzahl dieser Heteroatome nicht mehr als 10, bevorzugt nicht mehr als 8, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 5 und insbesondere nicht mehr als 3 beträgt, und/oder jeweils an beliebiger Position, allerdings nicht mehr als fünfmal, bevorzugt nicht mehr als viermal und besonders bevorzugt nicht mehr als dreimal, durch NR11R12, CONR11R12, COOR11, SO3R11, CN, NO2, Ci-C2o-Alkyl, Ci-C2o-Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Heterocyclen oder Halogen substituiert sein können, wobei diese ebenfalls maximal zweimal, bevorzugt maximal einmal mit den genannten Gruppen substituiert sein können.
Die Synthese der Anthrachinondicarbonsäureimide erfolgt beispielsweise nach den in der europäischen Anmeldung 06126725.8 beschriebenen Methoden.
Ganz besonders bevorzugt sind im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Markierstoffe gegeben durch Phthalocyanine der allgemeinen Formeln (IX) und (X):
in denen die Reste R21, R22, R23 und R24 sowie R26, R27, R28 und R29 jeweils einen hete- rocyclischen Rest oder ein Aryloxy bedeuten. Die Aryloxy Substituenten können selbst noch mit bis zu vier, bevorzugt mit zwei, Ci-C4-Alkylgruppen substituiert sein.
M bedeutet zweimal Wasserstoff, zweimal Lithium, Magnesium, Zink, Kupfer, Nickel, VO, TiO, AICI, AIOH, AIOCOCH3, AIOCOCF3, oder SiR29R30. Wobei R29 und R30 unabhängig voneinander, gleich oder verschieden, H, OH, Cl, Ci-C2o-Alkyl, Aryl, C1-C20- Alkoxy oder Aryloxy sind.
Die oben genannten Phthalocyanine sind an sich bekannt und können nach an sich bekannten Methoden, wie sie bei der Herstellung von Phthalocyaninen oder Naphtha- locyaninen zur Anwendung kommen und wie sie beispielsweise in F. H. Moser, A.L. Thomas "The Phthalocyanines", CRC Press, Boca Rota, Florida, 1983, oder J. Am.
Chem. Soc. Band 106, Seiten 7404 bis 7410, 1984, beschrieben sind, erhalten werden.
Die Synthese der Phthalocyanine erfolgt beispielsweise auch nach den in der WO 2005/070935 beschriebenen Methoden.
Die Formeln (IX) und (X) umfassen selbstverständlich auch die Stellungsisomere dieser Verbindungen bezüglich der Substituenten R21 bis R28.
Von besonderem Interesse sind Phthalocyanine der Formeln (IX) oder (X), in der alle R21 bis R28 heterocyclische Reste sind und jeweils Pyrrolidin-1-yl, Piperidin-1-yl, Pipe- razin-1-yl oder Morpholin-4-yl bedeuten, wobei diese Reste ein- bis dreifach, vorzugsweise einfach, durch Ci-C4-Alkyl,Benzyl, Phenylethyl oder Phenyl substituiert sein können.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Markierstoffe bevorzugt gegeben durch Naphthalocyanine der allgemeinen Formel (Xl):
wobei
Y1 bis Y8 unabhängig voneinander jeweils Wasserstoff , Hydroxy , Ci-C2o-Alkyl oder Ci- C2o-Alkoxy, wobei die Alkylgruppen jeweils durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunk- tion unterbrochen sein können und gegebenenfalls durch Phenyl substituiert sind, und
Y9 bis Y12 unabhängig voneinander jeweils Wasserstoff, Ci-C2o-Alkyl oder C1-C20- Alkoxy, wobei die Alkylgruppen jeweils durch 1 bis 4 Sauerstoffatome in Etherfunktion unterbrochen sein können, Halogen, Hydroxysulfonyl oder Ci-C4-Dialkylsulfamoyl bedeuten.
M' bedeutet zweimal Wasserstoff, zweimal Lithium, Magnesium, Zink, Kupfer, Nickel, VO, TiO, AICI, AIOH, AIOCOCH3, AIOCOCF3, oder SiR29R30. Wobei R29 und R30 un- abhängig voneinander, gleich oder verschieden, H, OH, Cl, Ci-C2o-Alkyl, Aryl, C1-C20- Alkoxy oder Aryloxy sind.
Von besonderem Interesse sind dabei Naphthalocyanine der Formel (Xl), in der mindestens einer der Reste Y1 bis Y8 von Wasserstoff verschieden ist.
Die oben genannten Naphthalocyanine sind an sich bekannt und können gemäß den Methoden des oben genannten Standes der Technik (Moser, J. Am. Chem.Soc.) erhalten werden.
Ganz besonders bevorzugt sind im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Markierstoffe gegeben durch Rylenfarbstoffe der allgemeinen Formel (XII):
(XII) wobei
RSI 1 R∞ R3S1 R34 unabhängig voneinander, gleich oder verschieden H, Ci-C20-Alkyl, Aryl, Heterocyclen, NR35R36,
R3S1 R36 unabhängig voneinander, gleich oder verschieden H, Ci-C2o-Alkyl, Aryl, Heterocyclen sind,
wobei die Substituenten R31 bis R36 jeweils an beliebiger Position durch ein oder mehrere Heteroatome unterbrochen sein können, wobei die Anzahl dieser Heteroatome nicht mehr als 10, bevorzugt nicht mehr als 8, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 5 und insbesondere nicht mehr als 3 beträgt, und/oder jeweils an beliebiger Position, allerdings nicht mehr als fünfmal, bevorzugt nicht mehr als viermal und besonders bevorzugt nicht mehr als dreimal, durch Ci-C2o-Alkyl, Ci-C2o-Alkoxy, Aryl, Aryloxy oder Heterocyclen substituiert sein können, wobei diese ebenfalls maximal zweimal, bevor- zugt maximal einmal mit den genannten Gruppen substituiert sein können.
Die Herstellung der Rylene erfolgt nach bekannten dem Fachmann geläufigen Methoden, wie sie beispielsweise in Houben Weyl, Methoden der organischen Chemie, Thieme Verlag, Stuttgart, und den folgenden Schriften beschrieben sind: EP-A 0 596 292, EP-A 0 648 817, EP-A 0 657 436, WO 94/02570, WO 96/22331 , WO 96/22332, WO 97/22607, WO 97/22608, WO 01/16109, WO 02/068538, WO 02/076988, DE-A 101 48 172 und den deutschen Patentanmeldungen 10 2004 057 585.1 und 10 2005 032 583.1.
Das Bereitstellen der Flüssigkeiten, die Markierstoffe enthalten, entsprechend Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf beliebige Art und Weise erfolgen. Häufig werden die Markierstoffe in Form von Lösungen angewandt, können jedoch auch als Feststoffe den zu markierenden Flüssigkeiten zugesetzt worden sein. Als Lösungsmittel eignen sich vorzugsweise aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol oder XyIoI. Um eine zu hohe Viskosität der resultierenden Lösungen zu vermeiden, wählt man im allgemeinen eine Konzentration an Markierstoffen von 2 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Lösung.
Die in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellten Flüssigkeiten werden als markierte Flüssigkeiten bezeichnet. In Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Flüssigkeit mit einem Deute- rierungsmittel in Kontakt gebracht.
Als Deuterierungsmittel sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich alle Stoffe geeignet die Deuteriumatome in einen Markierstoff einführen können. Bevorzugt werden Deuterierungsmittel eingesetzt, die einen H/D-Austausch von H/D-labilen Wasserstoffatomen bewirken. Während die Deuterierung im Allgemeinen bevorzugt ist, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch mit höheren Wasserstoffisotopen wie beispielsweise Tritium durchführen.
Beispielsweise lassen sich im Rahmen des Erfindungsgemäßen Deuterierungsmittel einsetzen, die Flüssigkeiten sind. Bevorzugt werden deuterierte Alkohole als Deuterierungsmittel eingesetzt, wie monodeuteriertes Methanol (MeOD) oder monodeuteriertes Ethanol (EtOD). Ganz bevorzugt ist EtOD.
In einer weiteren bevorzugten Form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird D2O als Deuterierungsmittel eingesetzt. In einer weiteren bevorzugten Form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Lithiumaluminiumdeuterid als Deuterierungsmittel eingesetzt.
In einer weiteren bevorzugten Form des erfindungsgemäßen Verfahrens wird D3PO4 BF3 als Deuterierungsmittel eingesetzt. DsPO4 BFs IaSSt sich gemäß dem in der US 3,475,507 beschriebenen Verfahren herstellen.
Entsprechend Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die markierten Flüssigkeiten mit dem Deuterierungsmittel in Kontakt gebracht. Das in Kontakt bringen kann durch beliebige Verfahren erfolgen. Beispielsweise können beide als Flüssigkeiten, gegebenenfalls nach der Lösung des Deuterierungsmittels in einer Flüssigkeit, miteinander gemischt werden. Ob hierbei das Deuterierungsmittel zur Flüssigkeit hinzugegeben wird oder umgekehrt ist im Allgemeinen unerheblich. Häufig wird das Deuterierungsmittel der Flüssigkeit zugesetzt und das Mischen erfolgt durch beispielsweise Schütteln oder Rühren. Bevorzugt löst sich das Deuterierungsmittel entweder als Festsubstanz, als Flüssigkeit oder in einem Lösungsmittel in der markierten Flüssigkeit.
Die Dauer des Kontakts zwischen markierter Flüssigkeit und Deuterierungsmittel in Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise abhängig vom jeweiligen Markierstoff über einen weiten Bereich variieren. Bevorzugt liegt die Dauer des Kontakts im Bereich von 10 Sekunden bis 24 Stunden. Besonders bevorzugt ist die Dauer des Kontakts weniger als 1 Stunde. Ganz bevorzugt ist die Dauer des Kontakts weniger als 10 Minuten. Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzte Menge an Deuterie- rungsmittel bezogen auf die markierte Flüssigkeit kann, anhängig von der chemischen Natur der Deuterierungsmittel und der Markierstoffe, in einem weiten Bereich variieren. Bevorzugt wird das Gewichtsverhältnis von Deuterierungsmittel zu markierter Flüssig- keit aus dem Bereich von 20:1 bis 1 :20 gewählt. Bevorzugt beträgt der gewählte Bereich von 10:1 bis 1 :10, insbesondere von 4:1 bis 1 :4.
Die Mengen an Deuterierungsmitteln und markierten Flüssigkeiten die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte werden, können über einen weiten Bereich variieren. Meist reichen, beispielsweise bei einem spektroskopischen Nachweis in Schritt (c) wenige Milligramm oder Milliliter der Stoffe aus. Bevorzugt werden weniger als 10 mg o- der 10 ml eingesetzt.
Der Nachweis der Markierstoffe in Schritt (c) wird grundsätzlich mit Hilfe der allgemein bekannten Verfahren der Fluoreszenzspektroskopie, wie beispielsweise in WO
94/02570 beschrieben, durchgeführt. Der Nachweis kann qualitativ oder auch quantitativ erfolgen. Eine wichtige Kenngröße für den Nachweis der Markierstoffe ist das Signal/Rauschverhältnis des jeweiligen Verfahrens. Um einen Markierstoff zuverlässig nachzuweisen sollte das Signal/Rauschverhältnis im Allgemeinen besser sein als 10/1. Für einen quantitativen Nachweis wird ein Signal/Rauschverhältnis von besser als 30/1 bevorzugt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es durch den Einsatz des Deuterie- rungsmittels in Schritt (b), in Schritt (c) durch fluoreszenspektroskopischen Nachweis selbst extrem geringe Konzentrationen von Markierstoffen zuverlässig nachzuweisen.
Vermutlich erfolgt in Schritt (b) ein H/D-Austauch labiler Wasserstoffe des Markierstoffes, der zu einer erhöhten Quantenausbeute der Fluoreszenz führt. In der Regel werden die Intensitäten der Fluoreszenzsignale nach dem in Kontakt bringen mit Deuterie- rungsmittel um ein Vielfaches erhöht. Als Referenz für die Intensität des Fluoreszenzsignals dient hierbei das Signal der Probe ohne die Behandlung mit Deuterierungsmittel, aber gegebenenfalls unter entsprechender Verdünnung.
Bevorzugt wird die Intensität des Fluoreszenzsignals durch das erfindungsgemäße Verfahren mindestens um den Faktor zwei erhöht. Besonders bevorzugt ist ein Faktor von mindestens vier. Ganz besonders bevorzugt erhöht sich die Intensität des Fluoreszenzsignals um mindestens den Faktor fünf.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich durch den Einsatz des Deuterierungsmittels in Schritt (b), bei einer vergleichbaren Zuverlässigkeit des Nachweises in Schritt (c) die benötigte Konzentration an Markierstoff um ein Vielfaches reduzieren. Bevorzugt lässt sich die Konzentration um einen Faktor von mindestens zwei, besonders bevorzugt mindestens 4 und insbesondere mindestens fünf verringern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsfom des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch den Einsatz des Deuterierungsmittels in Schritt (b), die bei der Durchführung des fluoreszenzspektroskopischen Nachweises (c) auftretende Hintergrundfluoreszenz nicht in dem gleichen Maße verstärkt wie die Intensität des Floureszenzsignals des Markierstoffs und somit das Signal/Rauschverhältnis verbessert. Bevorzugt verbessert sich das Signal/Rauschverhältnis um einen Faktor von mindestens zwei, be- sonders bevorzugt mindestens 4 und insbesondere mindestens um 5.
Häufig wird durch das in Kontakt bringen mit dem Deuterierungsmittel in Schritt (b) auch in einer verunreinigten Flüssigkeit das Signal/Rauschverhältnis für den Nachweis in Schritt (c) verbessert. Daher wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens der Nachweis in Schritt (c) an einer verunreinigten Flüssigkeit durchgeführt. Vermutlich findet im Fall der verunreinigten Flüssigkeiten der H/D- Austausch vornehmlich im Markierstoff und nur untergeordnet in den Substanzen statt, die die Verunreinigung bewirken.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Nachweis der Markierstoffe (Schritt (c)) zeitabhängig durchgeführt. Es wird also zu verschiedenen Zeitpunkten die Fluoreszenzintensität der Markierstoffe bestimmt. Der zeitliche Verlauf der Fluoreszenzintensität ist ein charakteristisches Merkmal für die verwendeten Markierstoffe und kann zum Nachweis und zur Identifizierung der Mar- kierstoffe herangezogen werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Markierung von Flüssigkeiten, wobei der Nachweis der Markierstoffe entsprechend einer der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt.
Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Deuterierungsmitteln zur Verbesserung der Nachweisbarkeit von Markierungsstoffen in Flüssigkeiten.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich Markierungsstoffe in Flüssig- keiten, auch in extrem geringer Konzentration, zuverlässig auch ohne eine Abtrennung und Aufbereitung nachweisen.
Die Erfindung wird durch die Beispiele näher erläutert ohne dass die Beispiele den Gegenstand der Erfindung einschränken. Beispiele:
Alle %-Angaben sind, falls nicht anders angegeben, Gew.-%.
Alle ppm-Angaben sind, falls nicht anders angegeben, bezogen auf Gewicht zu verste- hen.
Anteile in Mischungen sind als Gewichtsanteile zu verstehen.
Alle Langpassfilter weisen eine Blocking-OD (OD: optische Dichte) von 3 auf, falls nichts anderes angegeben ist.
Alle Fluoreszenzmessungen erfolgen in 1 cm Küvetten, falls nicht abweichend angegeben.
Beispiel 1
Markierstoff 1 (MS1 ):
Zu einer Lösung von MS1 mit einer Konzentration von 50 ppb in kommerziellem Diesel (Fa. Aral®) wurden 15 Gew.-% monodeuteriertes Ethanol (EtOD) zugegeben. Mit Hilfe eines Messgeräts zur Detektion von Fluoreszenz in Mineralölen (Dieseltester), wie in WO 94/02570 (z.B. Beschreibung S. 20, Abb. 1 und Beispiele) beschrieben, wurde die Zunahme der Fluoreszenzintensität mit der Zeit registriert. Nach einer Stunde hat sich die Fluoreszenzintensität um den Faktor 3,9 erhöht. Der zeitliche Verlauf der Fluoreszenzintensität ist ein charakteristisches Wiedererkennungsmerkmal für den verwendeten Markierstoff.
Zeitlicher Verlauf der Signalintensität (Intensität). Konzentration des Farbstoffs: 50 ppb; Zeit in Minuten; Signalintänsität: willkürliche Einheiten. (Zugabe EtOD erfolgte zum Zeitpunkt t=0. Der Wert 1 ,0 der Intensität ist der Referenzwert vor der Zugabe von E- tOD.)
Anregungswellenlänge Dieseltester: Laser: 640nm
Langpassfilter: 780nm und 776nm
Beispiel 2
Markierstoff 2 (MS2):
Eine Menge von 4,35 mg des Markierstoffs MS2 wurde in 50 ml Toluol gelöst (100 ppm) und die Lösung 15 Minuten zur Dispergierung im Ultraschallbbad behandelt. Die Ausgangslösung wurde bis auf 100 ppb mit Toluol verdünnt und im Fluoreszenz- Detektionsgerät (Dieseltester) gemessen (vgl. Beispiel 1 ). Zu Proben entnommen aus der 100 ppb Lösung, wurden jeweils 5 Gew.-%, 10 Gew.-%, 20 Gew.-%, 40 Gew.-%, 50 Gew.-%, 60 Gew.-% und 80 Gew.-% monodeuteriertes Ethanol (Ethanol D1 , EtOD) zugegeben und im Fluoreszensz-Detektionsgerät (Dieseltester) gemessen. Zum Vergleich wurde die 100 ppb Lösung mit gleichen Teilen Toluol verdünnt und gemessen.
Einstellungen des Fluoreszenz-Detektionsgerät: - Anregungswellenlänge: 760 nm Langpassfilter 776 nm
Beispiel 3
Markierstoff 3 (MS3):
Eine Menge von 4,35 mg des Farbstoffs MS3 wurde in 50 ml Toluol gelöst (100ppm) und 15 Minuten zur Dispergierung im Ultraschallbad behandelt. Die Ausgangslösung wurde bis auf 100 ppb mit Toluol verdünnt und im Fluoreszenz-Detektionsgerät (Dieseltester) gemessen (vgl. Beispiel 1 ). Zu Proben entnommen aus der 100 ppb Lösung, wurden jeweils 5 Gew.-%, 10 Gew.-%, 20 Gew.-%, 40 Gew.-%, 50 Gew.-%, 60 Gew.- % und 80 Gew.-%, Ethanol D1 (EtOD) zugegeben und im Fluoreszensz- Detektionsgerät (Dieseltester) gemessen. Zum Vergleich wurde die 100 ppb Lösung mit gleichen Teilen Toluol verdünnt und gemessen.
Einstellungen des Fluoreszenz-Detektionsgerät:
Anregungswellenlänge: 670 nm - Langpassfilter: zwei mal 695 nm
Beispiel 4
Eine Menge von 8,7 mg Marker MS2 wurde in 100 ml Toluol gelöst (Konzentration 100 ppm). Anschließend wurde die Probe 15 Minuten im Ultraschallbad dispergiert. Die Gesamtlösezeit betrug 30 Minuten. Die Probe wurde mit Toluol so weit verdünnt, bis eine Konzentration von 100 ppb erreicht wurde. Diese Probe wurde im Fluoreszenz- Detektionsgerät (Dieseltester) gemessen (vgl. Beispiel 1 ). Die Anregungswellenlänge des Lasers betrug 760 nm (Langpassfilter: 776 nm). Ein Teil der 100 ppb Lösung wurde mit 2 Teilen (Gewicht) Toluol weiter verdünnt (33 ppb) und ebenfalls im Fluores- zenz-Detektionsgerät (Dieseltester) gemessen. Anschließend wurde ein anderer Teil der 100 ppb Lösung mit 2 Teilen Ethanol D1 verdünnt und gemessen. Man beobachtete einen deutlichen Signalanstieg auf der Anzeige des Messgerätes. Über einen Zeitraum von 20 Minuten wurden an der 33 ppb Probe, die mit Ethanol D1 versetzt worden war, weitere Messungen durchgeführt um die Stabilität des Signals zu überprüfen.
Konzentration Anzeige Messgerät [Skalenteile]
100 ppb (Ansatz in Toluol) 4,5
33 ppb (mit Toluol verdünnt) 1 ,5
33 ppb (mit Ethanol D1 verdünnt] 7,5
Zeit Anazeige Messgerät [Minuten] [Skalenteile]
0 7,5
1 7,5
3 7,3
5 6,9
7 7,1
10 6,8
15 6,9
20 6,9
Vergleichsversuch 1
Kommerzieller Diesel (Fa. Aral®) wurde im Fluoreszenz-Detektionsgerät gemessen.
Anschließend wurde der Diesel mit Ethanol 1 :2 (Gewicht) verdünnt und gemessen. In einem weiteren Versuch wurde Diesel mit Ethanol D1 (EtOD) verdünnt und gemessen.
Die Vergleichsversuche mit Diesel wurde mit zwei verschiedenen Lasern (u. Filtern) durchgeführt: a: Anregungswellenlänge 660 nm, Langpassfilter: 695 nm b: Anregungswellenlänge 760 nm, Langpassfilter: 776 nm a: Anregungswellenlänge 660, Langpass 695 nm
b: Anre un swellenlän e 760, Lan ass 776 nm
Beispiel 5
Folgende Markierstoffe wurden in Toluol gelöst: MS4, MS5, MS6, MS7, MS8. Es wurden jeweils gleiche Teile Ethanol bzw. Ethanol D1 (EtOD) zugegeben und die Zunahme der Fluoreszenzintensität im Fluoreszenz-Maximum (FL-Maximum) mit Hilfe eines kommerziellen Fluoreszenzspektrometers der Marke Cary Eclipse ermittelt.
MS5
MS7
Versuchsdurchführung der Messungen mit Cary Eclipse:
Die Farbstoffe wurden in Toluol gelöst und auf eine Extinktion von 1 ,0 im Absorptionsmaximum eingestellt. Anschließend wurde zu zwei Teilen (immer Gewichtsteile) der so hergestellten Lösungen je ein Teil Ethanol (EtOH) bzw. Ethanol D1 (EtOD) zugegeben. Diese Lösungen wurden bei einer Wellenlänge nahe ihrer Absorptionsmaxima angeregt (Lambda ex), bei der die zu vergleichenden mit Ethanol bzw. Ethanol D1 verdünnten Toluollösungen gleiche Absorptionen hatten. Es wurden folgende Fluoreszenzintensitäten (Skalenteile) im jeweiligen Fluoreszenzmaximum (FL) erhalten:
Messungen mit dem Dieseltester (vgl. Beispiel 1 ): bestehend aus einem Laser der Wellenlänge 640 nm mit zwei Blocking-Filtern (Kan- tenwellenlängen: 776 nm und 780 nm , Blocking OD jeweils 6) im Strahlengang der Detektionseinrichtung für Fluoreszenz. Versuchsdurchführung:
Es wurden Lösungen der Farbstoffe in Toluol (ppm-Bereich) hergestellt, die gleiche Absorptionen bei 640 nm hatten. Zu zwei Teilen dieser Lösungen wurden wie oben je ein Teil Ethanol bzw. Ethanol D1 zugegeben. Die so ermittelten Fluoreszenzintensitäten (Skalenteile) wurden wie oben ausgewertet. Auch hier beobachtet man einen beträchtlichen Zuwachs der Fluoreszenzintensität durch Deuterierung:
Beispiel 6
MS2 wurde in Toluol auf eine Extinktion von 0,5 im Absorptionsmaximum von 750 nm eingestellt und mit Ethanol D1 (EtOD) 1 :1 (Gewicht) verdünnt. Anschließend wurde die Kinetik der Fluoreszenz von MS2 mit dem Fluorezenzspektrometer Cary Eclipse bei 820 nm gemessen. Nach 20 Minuten Wartezeit ist das Intensitätsmaximum erreicht.
Solvent Violett 59 (CAS Nr. 6408-72-6) wurde in Toluol auf eine Extinktion von 0.16 im Absorptionsmaximum von 542 nm eingestellt und mit Ethanol D1 1 :1 (Gewicht) verdünnt. Anschließend wurde die Kinetik der Fluoreszenz mit dem Fluoreszenzspektro- meter Cary Eclipse im Fluoreszenzmaximum bei 607 nm (Toluol) bzw. 616 nm (1 :1- Verdünnung mit Ethanol D1 ) gemessen. Nach 20 Minuten Wartezeit ist das Intensitätsmaximum erreicht.
Nullwert ist in diesem Fall die Intensität für Solvent Violett 59 in Toluol vor der Ethanol D1 Zugabe. Beispiel 7
MS9
MS9 wurde in Ethanol bzw. Ethanol D1 bei 658 nm auf eine Extinktion von 0,2 eingestellt. Anregung bei dieser Wellenlänge lieferte folgende Fluoreszenzintensitäten bei 725 nm:
Zunahme der Fluoreszenzintensität [Skalenteile]:
Beispiel 8
Marker MS2 wurde in Ethanol und monodeuteriertem Ethanol (EtOD) auf eine Extinktion von jeweils 0.2 bei 746 nm eingestellt. Das in deuteriertem Ethanol beobachtete Fluoreszenzsignal ist etwa um den Faktor 3 höher als in nichtdeuteriertem Ethanol.
Beispiel 9 Markierstoff 10 (MS10):
Eine Menge von 8,7 mg MS10 wurde in 100 ml Toluol gelöst (Konzentration 100 ppm). Anschließend wurde die Probe 15 Minuten im Ultraschallbad dispergiert. Die Gesamt- lösezeit betrug 30 Minuten. Die Probe wurde mit Toluol so weit verdünnt, bis eine Konzentration von 10 ppb erreicht wurde. Diese Probe wurde im Fluoreszenz- Detektionsgerät (Dieseltester) gemessen (vgl. Beispiel 1 ). Die Anregungswellenlänge des Lasers betrug 660 nm (Langpassfilter: 695 nm). Ein Teil der Marker Lösung wurde mit 2 Teilen Toluol weiter verdünnt (3 ppb) und ebenfalls im Fluoreszenz- Detektionsgerät (Dieseltester) gemessen. Ein weiterer Teil wurde mit 2,3 Teilen Etha- nol D1 (EtOD) verdünnt (<3ppb) und gemessen. Ein anderer Teil wurde mit 2 Teilen Ethanol D1 verdünnt (3 ppb) und gemessen.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Nachweis von Markierstoffen in Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass (a) ein oder mehrere, gleiche oder verschiedene, Markierstoffe in der Flüssigkeit vorliegen,
(b) ein Deuterierungssmittel mit der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird und
(c) der Markierstoff in der Flüssigkeit fluoreszenzspektroskopisch nachgewiesen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine unpolare Flüssigkeit handelt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das die unpolare Flüs- sigkeit ein Öl enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Öl ein Mineralöl enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mineralöl einen Dieselkraftstoff enthält.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit neben den Markierstoffen weitere fluoreszierende Verunreinigungen enthält.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierstoffe deuterierbare Substituenten enthalten.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die deuterierbaren Substituenten N-H oder O-H Gruppen enthalten.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die deuterierbaren Substituenten am Chromophor der Markierstoffe angebunden sind.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Markierstoffe gewählt sind aus den Verbindungsklassen der Phthalocyanine, Naphtha- locyanine, Nickel-Dithiolen-Komplexe, Aminiumverbindungen von aromatischen Aminen, Methinfarbstoffe, Azulenquadratsäurefarbstoffe, Anthrachinone, Rylene, Naphthalintetracarbonsäurediimide, Dibenzanthrone, Isodibenzanthrone oder elekt- roneutralen Merocyaninfarbstoffe.
1 1. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Deu- terierungsmittel D2O ist.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Deu- terierungsmittel deuterierter Alkohol ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der deuterierte Alkohol MeOD oder EtOD ist.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Deu- terierungsmittel Lithiumaluminiumdeuterid oder DsPO4 BFS iSt.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das In- kontaktbringen (b) durch eine Vermischung des Deuterierungsmittels mit der Flüs- sigkeit erfolgt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vermischung eine Lösung des Deuterierungsmittels in der Flüssigkeit erfolgt.
17. Verfahren zur Markierung verunreinigter unpolarer Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachweis der Markierstoffe entsprechend den Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 16 erfolgt.
18. Verwendung von Deuterierungsmitteln zur Verbesserung der Nachweisbarkeit von Markierungsstoffen in Flüssigkeiten.
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