Verfahren und Vorrichtung zur Isotopenverhältnisanalyse

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Isotopenverhältnisanalyse. Unter den Begriff der Isotopenverhältnisanalyse fällt vorzugsweise auch die Analyse nur eines Isotops.

Zur Durchführung der Isotopenverhältnisanalyse werden hochpräzise Isotopen- analysatoren verwendet, beispielsweise spezielle Massenspektrometer (IRMS), Laserabsorptionsmesseinrichtungen, optische Detektoren oder andere geeignete Analysatoren oder isotopenselektive Detektoren. Den Analysatoren sind in der Regel gasförmige Substanzen zuzuführen. Besonderheiten sind deshalb bei der Analyse von Flüssigkeiten oder Feststoffen zu berücksichtigen. Diese können beispielsweise als Gemisch über einen Flüssigchromatographen (LC oder HPLC) bereitgestellt werden. In dem Flüssigchromatographen erfolgt eine zeitliche Trennung der in der Flüssigkeit gelösten Substanzen. Angewendet wird die Flüssigchromatographie unter anderem auf Substanzen, die Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und/oder Schwefel enthalten. Zur Isotopenverhältnisbestimmung der genannten Elemente ist eine überführung der Substanzen (Analyten) in gasförmige Umwandlungsprodukte erforderlich. Geeignete (einfache oder stabile) Gase sind typischerweise zumindest H ₂ , CO, CO ₂ , N ₂ , Cl ₂ , HCl, CH ₄ und SO ₂ . Weitere Gase sind möglich.

Die Kopplung eines Flüssigchromatographen mit einem IRMS ist beispielsweise bekannt aus der DE 102 16 975. Gemäß dem dort beschriebenen Verfahren wird aus dem Eluat eines Flüssigchromatographen Gas in Gegenwart des Eluats erzeugt. Die im Eluat gelösten Analysesubstanzen werden in das Gas überführt. Anschließend wird das Gas vom Eluat getrennt und dem IRMS zugeführt.

Eine Besonderheit stellt auch die Isotopenverhältnisanalyse auf der Grundlage flüssiger, organischer Proben dar, beispielsweise zur Bestimmung der Kohlenstoffisotope 13C und 12C. Geeignete Verfahren zur Berücksichtigung des in einer Analysesubstanz

enthaltenen Kohlenstoffs aus löslichen Verbindungen oder nur aus organischen Verbindungen sind in der DE 10 2004 010 969 offenbart.

Aus der DE 10 2005 049 152 ist es bekannt, das Eluat eines Flüssigchromatographen einer Elektrolyse auszusetzen zur Bildung und Bereitstellung einer gasförmigen Substanz oder eines Vorprodukts für eine Substanz, welche von einem IRMS analysiert werden kann.

Schließlich ist es bekannt, flüssige oder feste Proben in einem sogenannten Element- Analysator durch Pyrolyse oder Oxidation umzuwandeln und so interessierende Bestandteile in Gasform für eine Isotopenanalyse bereitzustellen. Ein derartiger Element- Analysator ist beispielsweise der Finnigan TC/EA der Anmelderin bzw. der Thermo Electron Corporation, letztere inzwischen bezeichnet als Thermo Fisher Scientific.

Den bekannten Verfahren ist gemeinsam, dass die Bereitstellung der gasförmigen Substanz für die Isotopenanalyse nicht beliebig durchführbar ist. Zumindest aus kosten- und messtechnischen Gründen können die gasförmigen Substanzen nur aus bestimmten Eluaten gebildet werden. Derart ideale Eluate liegen häufig nicht vor. Insbesondere gilt dies bei der Bestimmung von Isotopenverhältnissen in Pharmazeutika, Pestiziden, Lebensmittelzusatzstoffen und anderen Substanzen, die relativ große Moleküle enthalten.

Auf der Seite der Anwender existieren oftmals umfängliche Analyseeinrichtungen zur qualitativen Bestimmung von Substanzen. Hierzu zählen auch Hochleistungsflüssigchromatographen (HPLC) ₁ die darüber hinaus auf spezielle Substanzen abgestimmt sein können. Ein derart spezielles HPLC-System ist bekannt aus Analytical Chemistry, 1998, Vol. 70, 409-414, Gillian P. McMahon and Mary T. Kelly "Determination of Aspirin and Salicylic Acid in Human Plasma by Column-Switching Liquid Chromatography Using On-Line Solid-Phase Extraction". Offenbart ist ein HPLC ₁ bei dem eine injizierte Probe zunächst von einem Lösungsmittel mitgenommen und über eine erste Säule geführt wird. Anschließend wird eine Teilmenge der Probe durch eine mobile Phase aus der ersten Säule herausgetragen und über eine zweite Säule geführt. Das Eluat der zweiten Säule wird durch einen UV-Detektor geleitet und dort analysiert. Das Eluat ist aufgrund des enthaltenen Lösemittels für die unmittelbare Umsetzung in ein für die Isotopenanalyse geeignetes Gas nicht geeignet. Der Anwender müsste in diesem Fall

sein HPLC-Verfahren zur Analyse von Aspirin und Salicylsäure an die Besonderheiten der Isotopenanalyse anpassen. Insbesondere an dieser Stelle setzt die Erfindung an. Ziel ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung, derart, dass der Anwender sein etabliertes LC-Verfahren (insbesondere HPLC-Verfahren) beibehalten kann und zugleich eine Isotopenverhältnisanalyse möglich ist. Hierzu weist das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte auf:

a) Durchführung eines LC-Verfahrens und dadurch Bereitstellung eines Eluats, welches zumindest ein flüssiges Trägerfluid und einen oder mehrere Analyten enthält,

b) Auffangen eines interessierenden Teils des Eluats,

c) Aufbereitung des Teil-Eluats unter Bildung eines oder mehrerer gasförmiger Umwandlungsprodukte der Analyten,

d) Zufuhr der gasförmigen Umwandlungsprodükte, insbesondere mit gasförmigem Trägerfluid zu einem Isotopenanalysator und dort vorzugsweise Bestimmung der Isotopenverhältnisse.

Vom Eluat des LC wird nur der interessierende Teil aufgefangen, nämlich "herausgeschnitten". Dieses Teil-Eluat gelangt dabei insbesondere auf ein Substrat, welches als Träger des Teil-Eluats bei der weiteren Aufbereitung desselben von Bedeutung sein kann. Optional können zunächst mehrmals hintereinander die interessierenden Teil-Eluate aufgefangen und gespeichert werden. Dadurch können größere Mengen aufbereitet werden.

Vorteilhafterweise wird bei der Aufbereitung des Teil-Eluats das Trägerfluid verdampft oder in gasförmige Fragmente überführt. Insbesondere wird der nicht verdampfte und nicht in gasförmige Fragmente überführte Teil des Teil-Eluats unter Bildung gasförmiger Umwandlungsprodukte verbrannt - oxidiert oder pyrolysiert. Das Verdampfen und/oder Verbrennen erfolgt vorzugsweise auf dem Substrat. Das Verdampfen kann durch eine Erwärmung des Substrats, durch Laser oder auf andere Weise erfolgen.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verdampfen oder überführen des Trägerfluids durch mindestens einen der folgenden Schritte erfolgt:

a) Aufheizen des Teil-Eluats,

b) Lasereinwirkung,

c) resonante Energieeinkopplung durch elektromagnetische Strahlung,

d) nicht-resonante Energieeinkopplung durch elektromagnetische Strahlung,

e) chemisch-selektive Umsetzung.

Als Trägerfluid bzw. Lösungsmittel wird beispielsweise Methanol, Ethanol, Acetonitril, Wasser oder ein Gemisch aus Lösungsmitteln verwendet. Die derart gebildete, leichter flüchtige mobile Phase wird von dem Teil-Eluat im übrigen vorzugsweise getrennt durch

Verdampfen. Das Verdampfen kann beispielsweise durch Heizen, durch Einwirkung eines

Lasers, durch eine Mikrowellenheizung oder eine selektive Aufheizung des

Lösungsmittels durch resonante Einstrahlung einer Wellenlänge geschehen. Dabei wird das Teil-Eluat auf eine Temperatur gebracht, bei der das Lösungsmittel verdampft, nicht aber die zu untersuchenden Analyten.

Möglich ist auch eine Verdampfung des Lösungsmittels mit oder ohne Temperaturerhöhung durch eine selektive chemische Reaktion, beispielsweise mittels eines ätzgases (chemisches ätzen). Eine derartige chemisch-selektive Umsetzung ist aus anderen Bereichen bekannt, etwa aus der Halbleiterindustrie und der Herstellung bzw. Modifikation von organischen Filmen mittels chemischer Reaktionen.

Möglich ist auch eine örtlich aufgelöste Verdampfung mit einer örtlich fokussierten Energieeinstrahlung, z. B. mit einem fokussierten Laserstrahl oder einer Bündelung elektromagnetischer Strahlung auf einen kleinen Fleck.

Vorzugsweise werden der Lösungsmitteldampf oder die durch die Behandlung des Teil- Eluats entstehenden gasförmigen Substanzen mit Hilfe eines Trägergases abgeführt. Ist

alles Lösungsmittel in die Gasphase überführt und entfernt, werden in einem zweiten Schritt, z. B. durch Erhöhen der Temperatur, oder der Laser- oder der Mikrowellenleistung der verbliebene Rest des Teil-Eluats (Teil-Eluat im übrigen) in die Gasphase überführt. Dabei können sowohl die Moleküle hiervon als auch Fragmente in die Gasphase überführt werden. Die Fragmente können z. B. durch Energiezufuhr (Wärme, Laser, Mikrowelle usw.) gebildet werden. Für eine Isotopenanalyse ist es wichtig, dass die Substanz quantitativ in die Gasphase überführt wird. In einem nachfolgenden Umsetzungsschritt können die nun als Gase vorliegenden Moleküle oder Fragmente in die für die Isotopenanalytik benötigten einfachen Gase umgesetzt werden.

Vorteilhafterweise werden die gasförmigen Umwandlungsprodukte insbesondere aus dem nicht verdampften und nicht in gasförmige Fragmente überführten Teil des Teil-Eluats gebildet durch mindestens einen der folgenden Schritte:

a) Verbrennung oder Pyrolyse,

b) Umwandlung in einem Reaktor,

c) Lasereinwirkung,

d) resonante Energieeinkopplung durch elektromagnetische Strahlung,

e) nicht-resonante Energieeinkopplung durch elektromagnetische Strahlung,

f) chemisch-selektive Umsetzung.

Auf diese Weise werden einfache stabile Gase gebildet, wie CO ₂ , N ₂ , CO, H ₂ , CL ₂ , HCL, CH ₄ , SO ₂ oder andere Gase. Die Umsetzung in die einfachen stabilen Gase kann beispielsweise erfolgen durch

Reaktoren, in denen die gasförmigen Substanzen an Metalloxiden zu CO ₂ und/oder N ₂ und/oder SO ₂ reagieren,

Reaktoren, in denen die gasförmigen Substanzen bei hohen Temperaturen zu H ₂ und/oder CO ₂ pyrolisiert werden,

Lasereinwirkung, wobei die gasförmigen Substanzen durch Laserstrahlen in die stabilen einfachen Gase umgesetzt werden; dabei kann den gasförmigen

Substanzen ein Zusatzgas (z. B. O ₂ ) oder Zusatzstoff (etwa ein Metalloxid) beigefügt werden, welche die Umsetzung unterstützen (etwa zu CO ₂ );

UV-Licht, wobei die gasförmigen Substanzen durch UV-Licht und ein Zusatzgas oder Zusatzstoff zu den benötigten einfachen Gasen (z. B. CO ₂ ) umgesetzt werden;

reaktives Gas, welches selbst oder durch Anregung mit einem Laser die gasförmigen Substanzen umsetzt zu einfacheren Gasen.

Das Verdampfen des Lösungsmittels und das Umsetzen des Teil-Eluats im übrigen (mit oder ohne Verdampfen des Teil-Eluats im übrigen) kann innerhalb derselben apparativen Einheit erfolgen. Die einzelnen Verfahrensschritte würden dann jeweils am gleichen Ort und nur zeitlich nacheinander ausgeführt. Alternativ werden für die Verdampfung einerseits und die Umsetzung andererseits verschiedene apparative Einrichtungen verwendet.

Die zu den einfachen Gasen umgesetzten Substanzen können anschließend über eine Transfereinheit einem Isotopenanalysator bzw. Isotopen-Massenspektrometer zugeführt werden. Derartige Transfereinheiten sind grundsätzlich bekannt, siehe Produkt ConFlo IV der Anmelderin bzw. von Thermo Electron Corporation, letztere inzwischen bezeichnet als Thermo Fisher Scientific.

In Fortbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die gasförmigen Umwandlungsprodukte von einem gasförmigen Trägerfluid mitgenommen und dem Isotopenanalysator zugeführt werden. Bei dem gasförmigen Trägerfluid kann es sich insbesondere um ein inertes Gas wie Helium handeln.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird der interessierende Teil des Eluats auf einem Substrat aufgefangen. Möglich ist auch eine Aufnahme des Teil-Eluats in einer Kammer. Auch kann das Substrat in einer Kammer angeordnet sein.

Bei der Aufbereitung des Teil-Eluats kann das Trägerfluid vom Substrat aus verdampft werden. Anschließend kann der nicht verdampfte Teil des Teil-Eluats verbrannt - oxidiert oder pyrolysiert - werden. Auch kann das Substrat mit dem Teil-Eluat oder mit einem Teil des Teil-Eluats zur Durchführung einer Verbrennung - Oxidation oder Pyrolyse - in einen Reaktor gegeben werden. Bei der Verbrennung im Reaktor werden dann die gasförmigen Umwandlungsprodukte gebildet.

Vorteilhafterweise ist das Substrat ein Behälter mit einem Hohlraum. Der Behälter kann plastisch verformbar sein und ist vorzugsweise eine Kapsel. Möglich sind aber auch andere Ausbildungen des Substrats, etwa als flacher Streifen. Eine Kapsel kann nach dem Auffangen des Teil-Eluats durch Zusammenbiegen der Wandungen verschlossen werden. Ein Streifen kann zusammengefaltet werden, sodass das aufgenommene Teil- Eluat allseitig umschlossen ist. Das Verschließen des Substrats oder Umschließen des Teil-Eluats kann alternativ auch erst nach dem Verdampfen eines Teils des Teil-Eluats erfolgen.

Das Substrat kann aus den verschiedensten Werkstoffen bestehen, je nach Anwendung und Eluat, etwa aus Zinn, Polymerwerkstoff oder Keramik. Vorteilhaft sind beispielsweise Zinnfolie, Zinnkapseln mit biegbaren Wandungen, Keramikschiffchen oder insbesondere für die Analyse von Stickstoff, Substrate auf der Basis von Kohlenwasserstoffen, etwa Plastikstreifen.

In Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei der Aufbereitung des Teil- Eluats gasförmige Umwandlungsprodukte der Analyten in einem Gaschromatographieverfahren getrennt werden.

Alternativ kann auch der nicht verdampfte Teil des Teil-Eluats mit einem anderen Trägerfluid vom Substrat abgewaschen werden. Aus der derart erhaltenen Flüssigkeit werden gasförmige Umwandlungsprodukte gebildet.

Ein Verdampfen des Teil-Eluats, des aufbereiteten Teil-Eluats, der Trägerfluide und/oder der Analyten kann auch außerhalb des Reaktors durchgeführt werden. Möglich ist auch ein Verdampfen mehrerer Komponenten mit derselben Apparatur: Mit einer ersten Heizstufe wird ein Trägerfluid verdampft und mit einer zweiten Heizstufe die Analyten. Letztere können optional im Gasstrom einem Hochtemperatur-Reaktor zur Verbrennung zugeführt werden.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird von mehreren Isotopen eines Elements, insbesondere von einem Isotopenpaar, nur ein Isotop analysiert und das Isotopenverhältnis durch Berechnung ermittelt, etwa aufgrund der chemischen Zusammensetzung des Analyten oder der Umwandlungsprodukte.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Isotopenverhältnisanalyse weist folgende Merkmale auf:

a) einen Flüssigchromatographen, der auch ein HPLC sein kann und der ein Eluat abgibt, welches einen oder mehrere Analyten enthält,

b) eine dem Flüssigchromatographen nachgeordnete Einrichtung zum Aufnehmen eines Teils des Eluats und optional zum Verdampfen eines Teils des aufgenommenen Teil-Eluats,

c) einen Reaktor zum Verdampfen und Verbrennen oder nur zum Verbrennen des nicht verdampften Teils des Teil-Eluats,

d) eine Quelle für die Zufuhr von gasförmigem Trägerfluid zum Reaktor,

e) einen Isotopenanalysator, dem Umwandlungsprodukte des Reaktors zuführbar sind.

Bei der dem Flüssigchromatographen nachgeordneten Einrichtung zum Aufnehmen eines Teil-Eluats kann es sich um einen Autosampier handeln. Derartige Einrichtungen sind in den unterschiedlichsten Ausstattungen und Variationen bekannt. Der Autosampier dient als programmgesteuerte Halte- und Fördereinrichtung für das Substrat. Die Abgabe des

interessierenden Teil-Eluats auf das Substrat kann beispielsweise erfolgen durch insbesondere programmgesteuertes Umschalten zwischen verschiedenen Leitungen am Ausgang der LC-Einrichtung. Die Steuerung oder Regelung der Umschaltung erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit vom Zeitablauf des Flüssigchromatographieverfahrens oder vom Ausgangssignal eines dem LC zugeordneten Detektors.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist der Reaktor Teil eines Element- Analysators. Auch dies trägt zu einem möglichst automatisierten Ablauf bei. Die Volumina von Reaktor und/oder Element-Analysator sind vorzugsweise an die erwarteten Analyt- Mengen angepasst.

In Fortbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die dem LC nachgeordnete Einrichtung zum Aufnehmen des Teil-Eluats einen Träger für ein das Teil-Eluat aufnehmende Substrat aufweist, eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Substrats oder des darauf befindlichen Teil-Eluats und eine Fördereinrichtung zum Bewegen des Trägers aus einer dem LC benachbarten Position in eine dem Reaktor benachbarte Position.

Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung sind vorzugsweise verwendbar zur Analyse von Lebensmitteln, Lebensmittelzusatzstoffen, Blut, Plasma und Urin. Zielsubstanzen (Analyten) sind insbesondere Pharmazeutika, Stoffwechselprodukte, Steroide, Proteine, Peptide, Aminosäuren, RNA/DNA, organische Säuren, Pestizide und Nitrate. Außerdem besteht eine bevorzugte Anwendung in der Bestimmung eines Isotopen-Fingerabdrucks, nämlich in der Isotopenverhältnisanalyse für mehr als ein Element, insbesondere mindestens zwei Elemente aus den Elementen Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Wasserstoff.

Bei dem Isotopenanalysator handelt es sich vorzugsweise um ein IRMS oder um eine Laserabsorptionsmesseinrichtung.

Gegenstand der Erfindung sind auch ein Verfahren und eine Vorrichtung entsprechend dem genannten Verfahren und der genannten Vorrichtung, jedoch ohne das Flüssigchromatographieverfahren bzw. den Flüssigchromatographen mit zu enthalten. Die Erfindung bezieht sich dann nur auf die auf das Flüssigchromatographieverfahren folgenden Schritte bzw. auf eine Vorrichtung, die an einen vorhandenen

Flüssigchromatographen anschließbar ist. Natürlich können sich die oben genannten Weiterbildungen der jeweiligen Erfindung auch auf dieses Verfahren und diese Vorrichtung beziehen.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Isotopenverhältnisanalyse mit folgenden Merkmalen:

a) mit einem Flüssigchromatographen, der auch ein Hochleistungs- Flüssigchromatograph (HPLC) sein kann, und der ein Eluat abgibt, welches einen oder mehrere Analyten enthält,

b) mit einer dem LC nachgeordneten ersten Einrichtung (Verdampfereinheit) zum Aufnehmen eines Teils des Eluats und zum selektiven Verdampfen der Bestandteile des Teil-Eluats,

c) mit einer der ersten Einrichtung insbesondere nachgeordneten zweiten Einrichtung (Umsetzungseinheit) zum Umsetzen eines Teils des Teil-Eluats in eines oder mehrere gasförmige Umwandlungsprodukte des oder der Analyten,

d) mit einer Transfereinheit zum überführen der Umwandlungsprodukte in einen Isotopenanalysator.

In der ersten Einrichtung wird in einem ersten Schritt das Trägerfluid verdampft und in einem zweiten Schritt das Teil-Eluat im übrigen. Letzteres enthält den oder die Analyten, ist der zweiten Einrichtung zuführbar und wird dort umgesetzt in die gasförmigen Umwandlungsprodukte, welche schließlich in den Isotopenanalysator überführt werden.

Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Einrichtung (Verdampfereinheit) und die zweite Einrichtung (Umsetzungseinheit) in einer einzigen Einheit zusammengefasst sind, in der sowohl das Verdampfen des im Teil-Eluat enthaltenen Trägerfluids und/oder das Verdampfen des Teil-Eluats im übrigen als auch das Umsetzen des Teil-Eluats im übrigen durchführbar ist. Auf diese Weise wird der apparative Aufwand reduziert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung im übrigen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Abwandlung der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Anlage,

Fig. 4 bis 7 die Abfolge der einzelnen Schritte bei der Erzeugung eines einfachen Gases für die Isotopenanalyse aus einem Teil-Eluat.

In einem Flüssigchromatographen 10, insbesondere HPLC, wird eine Probe einer geeigneten chromatographischen Trennung unterworfen. Ein Teil des anfallenden Eluats wird aufgefangen auf einem geeigneten Substrat 11. Das Auffangen des interessierenden

Teil-Eluats ist möglich beispielsweise durch programmgesteuertes Umschalten eines

Ventils 12 in einer zum Substrat 11 hinführenden Ausgangsleitung 13 des

Flüssigchromatographen 10. Stromaufwärts des Ventils 12 ist die Ausgangsleitung 13 mit einer Waste-Leitung 14 verbunden. Die Programmsteuerung kann beispielsweise zeitabhängig oder in Abhängigkeit vom Ausgangssignal eines nicht gezeigten Detektors erfolgen, sodass nur das interessierende Teil-Eluat auf das Substrat 11 gelangt.

Die chromatographische Trennung und das Auffangen des interessierenden Teil-Eluats können auch zunächst mehrfach hintereinander durchgeführt werden. Das interessierende Teil-Eluat wird dann gesammelt, etwa auf dem Substrat 11 oder vor Erreichen desselben.

Das Substrat 11 ist auf einem Autosampier 15 programmgesteuert bewegbar in eine Position 16, in welcher das im Teil-Eluat enthaltene Lösemittel verdampfen kann. Hierzu kann an dieser Position eine Wärmequelle 17 vorgesehen sein.

Anschließend ist das Substrat bewegbar in eine Position 18, in welcher eine überführung des Substrats mit dem darauf befindlichen Rest des Teil-Eluats in einen Reaktor 19

möglich ist. Im Reaktor 19 findet eine Verbrennung bzw. Oxidation oder Pyrolyse statt. Die dabei anfallenden Gase werden in einen Isotopenanalysator 20 geleitet. Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein Isotopen-Massenspektrometer (IRMS).

Zwischen Reaktor 19 und Isotopenanalysator 20 können die anfallenden Gase durch eine entsprechende Einrichtung aufgetrennt werden, etwa durch einen Gaschromatographen 21.

Als Substrate sind beispielsweise Zinnkapseln vorgesehen, in denen das interessierende Teil-Eluat gesammelt wird. Der Reaktor 19 kann Teil eines Element-Analysators sein, beispielsweise des Typs Finnigan TC/EA der Anmelderin. Vorteilhaft ist eine Anpassung der Vorrichtung an die relativ kleinen Probenmengen durch Verkleinerung bzw. Herabskalierung der Volumina in der Vorrichtung.

Das Substrat 11 kann auch nach Art eines Streifens ausgebildet sein. Das Teil-Eluat wird auf dem Streifen gesammelt, das im Teil-Eluat enthaltene Lösemittel wird verdampft und der Rest wird dem Reaktor 19 zugeführt. Bei der Isotopenanalyse von Stickstoff kann der Streifen statt aus Zinn beispielsweise aus Kohlenwasserstoffen bestehen.

Eine Abwandlung der Vorrichtung zeigt Fig. 2. Im Unterschied zu Fig. 1 ist der Position 18 des Substrats eine Lösemittelquelle 22 mit einer nicht näher gezeigten Spülvorrichtung zugeordnet. In Position 16 wird das Lösemittel des Flüssigchromatographen 10 verdampft. In Position 18 wird der Rest auf dem Substrat von einem geeigneten Lösemittel heruntergewaschen und optional einer Einrichtung 23 zum Reinigen oder Konzentrieren zugeführt, bevor das derart aufbereitete Teil-Eluat zur Bildung eines oder mehrerer gasförmiger Umwandlungsprodukte der Analyten weiter aufbereitet wird in einer entsprechenden Einrichtung 24. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Element- Analysator, einen Reaktor, eine Elektrolyse-Einrichtung oder eine andere Einrichtung zur Erzeugung der gewünschten Umwandlungsprodukte handeln. Am Ende der Kette steht wieder der Isotopenanalysator 20.

Dem Reaktor 19 ist in Fig. 1 eine Trägergasquelle 25 zugeordnet. Durch die Trägergasströmung gelangen die gasförmigen Umwandlungsprodukte in den

Gaschromatographen 21 oder direkt in den lsotopenanalysator 22. Analog dazu ist in Fig. 2 die Trägergasquelle 25 der Einrichtung 24 zugeordnet.

Ausführungsformen, bei denen nicht zwangsläufig eine Substrat verwendet werden muss, werden nachfolgend anhand der Fig. 3 bis 7 erläutert. Gemäß Fig. 3 sind aufeinanderfolgend angeordnet eine Verdampfereinheit 30, eine Umsetzungseinheit 31 und eine Transfereinheit 32.

Der Verdampfereinheit 30 wird über eine Leitung 33 ein Teil-Eluat eines Flüssigchromatographen zusammen mit einem Trägergas (z. B. Helium) zugeführt. Möglich ist auch die Zufuhr des Teil-Eluats über eine gesonderte Leitung in der Verdampfereinheit 30.

In der Verdampfereinheit wird dem Teil-Eluat Energie zugeführt, etwa durch eine Heizung, eine Lasereinrichtung, eine Mikrowelleneinrichtung oder eine Einrichtung zur Abgabe elektromagnetischer Strahlung für eine insbesondere resonante Aufheizung. Möglich ist auch eine nicht-resonante Aufheizung. Daneben kann in der Verdampfereinheit die

Zugabe einer reagierenden Substanz vorgesehen sein, etwa für chemisch selektives

ätzen zur Verdampfung des Lösungsmittels und/oder des (vom Lösungsmittel befreiten) Teil-Eluats im übrigen.

Verdampfereinheit 30 und Umsetzungseinheit 31 sind durch eine Leitung 34 miteinander verbunden, von der eine Spül- oder Waste-Leitung 35 abgeht. Letztere ist mit einem Spüloder Waste-Ventil 35 versehen. Bei geöffnetem Ventil 35 können die in der Verdampfereinheit 30 erzeugten Gase über die Leitung 35 abgeführt werden.

In die Umsetzungseinheit 31 gelangen die den Analyten enthaltenden Gase und werden dort zu einfachen Gasen umgesetzt. Hierzu kann die Umsetzungseinheit eine Heizeinrichtung, eine Lasereinrichtung, eine Mikrowelleneinrichtung, eine Einrichtung zur Abgabe elektromagnetischer Strahlung und/oder eine Einrichtung zum chemisch selektiven ätzen aufweisen, etwa durch Zufuhr einer weiteren Substanz.

Aus der Umsetzungseinheit 31 gelangen die erzeugten einfachen Gase über eine Leitung 37 in die Transfereinheit 32. Mit der Leitung 37 verbunden ist eine Leitung 38 für die

Zufuhr von Trägergas, insbesondere Helium. Die Leitung 38 ist durch ein Ventil 39 absperrbar.

Die Transfereinheit stellt die Verbindung her zum nicht dargestellten Isotopenanalysator, etwa zu einem Isotopen-Massenspektrometer. Als Transfereinheit kann beispielsweise die von der Anmelderin oder der Thermo Electron Corporation angebotene Einrichtung ConFlo IV verwendet werden.

Die Fig. 4 bis 7 bauen aufeinander auf und zeigen Phasen 1 bis 4 der Aufbereitung einer zu untersuchenden Substanz für die Isotopenanalyse.

In Phase 1 (Fig. 4) wird der Verdampfereinheit 30 ein interessierender Ausschnitt aus dem Eluat eines HPLC zugeführt, ein Teil-Eluat. In dieser Phase sollen die Ventile 36 und 39 geöffnet sein. Die Zufuhr des Teil-Eluats in die Verdampfereinheit 30 erfolgt über eine Leitung 40.

In Phase 2 (Fig. 5) wird das Lösungsmittel aus dem Teil-Eluat verdampft und über die Leitung 35 aus dem Prozess herausgeführt. Hierzu sind die Ventile 36, 39 offen und es wird ein Trägergas oder Spülgas, vorzugsweise Helium, zugeführt einerseits über die Leitung 33 und andererseits über die Leitung 38, so dass das in der Verdampfereinheit 30 anfallende gasförmige Lösungsmittel nur über die Leitung 35 abströmen kann und beispielsweise nicht in die Umsetzungseinheit 31 gelangt.

In Phase 3 (Fig. 6) wird in der Verdampfereinheit 30 auch der vom Lösungsmittel befreite Rest des Teil-Eluats in Gasform übergeführt, insbesondere durch weiteres Erhitzen.

Dabei können auch gasförmige Fragmente gebildet werden. Die Ventile 36 und 39 sind geschlossen. über die Leitung 33 strömt Trägergas oder Spülgas zu, so dass das Gas aus der Verdampfereinheit 30 in die Umsetzungseinheit 31 strömt. In der

Umsetzungseinheit 31 findet eine Umsetzung der Gase zu den für die Analyse benötigten einfachen Gasen statt. Vorzugsweise handelt es sich bei diesen einfachen Gasen um H ₂ ,

CO, CO ₂ , N ₂ , Cl ₂ , HCl, CH ₄ und/oder SO ₂ . Auch andere Gase sind möglich.

In Phase 4 (Fig. 7) sind die Ventile 36, 39 weiterhin geschlossen. Die in der Umsetzungseinheit 31 erzeugten einfachen Gase werden mit dem Trägergas- oder

Spülgasstrom in die Transfereinheit 32 geführt und von dort dem nicht gezeigten Massenspektrometer zugeführt.

Die übergänge von Phase 1 zu Phase 2 und von Phase 3 zu Phase 4 sind vorzugsweise kontinuierlich, bedingt durch die Gasströme und Ventilstellungen.

Verdampfereinheit 30 und Umsetzungseinheit 31 können auch in einer Einheit zusammengefasst werden, insbesondere dann, wenn Verdampfung und Umsetzung mit denselben Mitteln durchgeführt werden sollen, etwa durch Aufheizen mit einer elektrischen Widerstandsheizung.

10. November 2008/8621

Bezugszeichenliste

10 Flüssigchromatograph

11 Substrat

12 Ventil

13 Ausgangsleitung

14 Waste-Leitung

15 Autosampier

16 Position des Substrats

17 Wärmequelle

18 Position des Substrats

19 Reaktor

20 Isotopenanalysator

21 Gaschromatograph

22 Lösemittelquelle

23 Einrichtung zum Reinigen/Konzentrieren

24 Einrichtung

25 Gasquelle

30 Verdampfungseinheit

31 Umsetzungseinheit

32 Transfereinheit

33 Leitung

34 Leitung