DE19852472A1

DE19852472A1 - Analyse von mit Gasen beladenen Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE19852472A1
Application number: DE1998152472
Authority: DE
Inventors: Heike Pilger; Fridtjof Schucht; Peter Neu
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 2000-05-25
Also published as: EP1129330A1; WO2000029826A1

Abstract

Das Verfahren zur Probenvorbereitung zur Analyse von gashaltigen Flüssigkeiten ist dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Bestandteile der Probe von dem Gas bei der Probenaufgabe getrennt werden. Das Verfahren ist besonders geeignet für die Analyse mittels Plasmaspektrometrie oder Gaschromatographie. Als Proben werden gashaltige Flüssigkeiten mit lipophilen Flüssigkeitsbestandteilen, insbesondere xenonhaltige Emulsionen oder Dispersionen, eingesetzt. Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Vorrichtung, die eine Dosiervorrichtung, ein Abscheidungsgefäß, eine Kühlfalle und ein Anschluß für ein Analysegerät enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur online-Probenvorbereitung gashaltiger Flüssigkeiten und eine Vorrichtung zur Probenzuführung bei Analysegeräten, insbesondere ICP-MS-Geräten und Gaschroma tographen.

Bei vielen Analysenverfahren bereitet die Analyse von gashaltigen, fetthaltigen oder fettartigen Proben große Schwierigkeiten. Gashaltige Perfluorcarbone oder Fettemulsionen sind mit gewöhnlichen Analy semethoden nicht exakt analysierbar. Der Gasgehalt solcher Proben kann bisher nicht genau quantifiziert werden. Bei den meisten Analy semethoden stören die fettartigen Bestandteile der Proben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Probenaufgabe von gashaltigen lipophilen Flüssig keiten für Analysengeräte bereitzustellen, um die oben genannten Nachteile zu vermeiden.

Gelöst wurde die Aufgabe durch ein Verfahren zur Probenvorberei tung von gashaltigen Flüssigkeiten, wobei die flüssigen Bestandteile von dem Gas bei der Probenaufgabe getrennt werden.

Durch den Einsatz von Plasma-Spektrometrie (z. B. ICP-MS oder ICP-OES) und der Probenzuführung mittels der Vorrichtung gemäß der Erfindung können die Gasgehalte der Proben genau bestimmt wer den.

Gase sind Gase mit einer oder mehreren Gaskomponenten. Zu analy sierende Gase in den Flüssigkeiten sind beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff, Edelgase wie Helium, Neon, Xenon oder Krypton. Bei Ver wendung eines anderen Trägergases bzw. Plasmagases kann auch Argon verwendet werden. Das Verfahren dient vorzugsweise zur Be stimmung des Gehaltes von lipophilen Gasen, besonders bevorzugt lipophilen Edelgasen, insbesondere Xenon. Die Gase sind in der Pro be bereits vor der Probenaufgabe enthalten. Die Gase sind also echte Probenbestandteile und werden nicht zu Analysezwecken durch che mische Reaktionen in der Flüssigkeit bzw. der Probe erst erzeugt.

Die Flüssigkeiten enthalten in der Regel lipophile Bestandteile wie Fette, Öle oder halogenierte flüssige Kohlenwasserstoffe. Die Flüs sigkeiten sind z. B. Blutersatzmittel wie Fluorkohlenstoffe oder Perflu orpolyether, fetthaltige oder ölhaltige Emulsionen (z. B. Infusionslö sungen mit Sojaöl wie Intralipid® der Fa. Upjohn). Die zu analysieren de gashaltige Flüssigkeit wird im folgenden als Probe, die Flüssigkeit als Matrix und das Gas als Analyt bezeichnet.

Analysengeräte sind beispielsweise Massenspektrometer (MS), ins besondere Geräte für die Plasmaspektrometrie wie ICP-MS (inductive coupled plasma mass spectrometer) oder ICP-OES (OES: optical emission spectrometer), oder Gaschromatographen.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Probe mittels einer Spritze oder einer Dosiereinheit, vorzugsweise einer Spritzenpumpe, einer Kammer zugeführt, die von einem Trägergas (z. B. Argon) durchströmt wird. Die Kammer wird als Abscheidungsgefäß bezeich net. Die Kammer ist vorzugsweise thermostatisiert, z. B. mittels eines Heizbades. Die Kammertemperatur liegt in der Regel im Bereich von 20 bis 60°C, vorzugsweise 20 bis 40°C, insbesondere 20 bis 30°C. Die Kammer ist beispielsweise aus Metall oder Glas, vorteilhaft aus Glas. Diese Kammer hat vorzugsweise ein Volumen von ca. 80 bis 100 cm³ und ist vorteilhaft so geformt, daß die durch ein Septum mit einer Spritze zugeführte Flüssigkeit sich im Boden der Kammer sam meln kann, ohne den durch die Kammer geleiteten Trägergasstrom (z. B. Argon) zu behindern. Als sehr vorteilhaft erwies sich eine Kammer mit zylindrischem Körper von 4 cm Durchmesser, der auf der Gasein laßseite eine Verlängerung besitzt, die bis 1 cm oberhalb des Bodens reicht. An der Oberseite des Zylinders ist ein Septum mit seitlichem Ansatz für die Spritze angeordnet.

Eine Spritzenpumpe besteht z. B. aus einer Probenspritze, deren Kol ben mittels eines Schrittmotors verstellt wird. Eine geeignete Sprit zenpumpe ist z. B. von der Fa. Harvard Apparatus Ltd., Fircroft Way, Edenbridge, Kent, TN8 6HE, England, unter der Bezeichnung "Har vard "11" Syringe Pump" im Handel erhältlich.

In der Kammer wird Gas und Flüssigkeit (Matrix) getrennt. Der Trä gergasstrom mit dem Gas der Probe und der verdampften Flüssig keitsbestandteile (Matrix) wird durch eine Kühlfalle von mindestens minus 20°C oder kälter geleitet. Matrixbestandteile wie Wasser und lipophile Bestandteile werden dabei vollständig abgetrennt. Der Trä gergasstrom mit dem Gas der Probe wird dem eigentlichen Analyse gerät, vorzugsweise ICP-MS, zugeführt.

Das Verfahren ist besonders vorteilhaft bei der Analyse von gashalti gen Emulsionen oder Lösungen von Gas, insbesondere Xenon in Perfluorcarbon oder Öl/Wasser-Emulsionen. Eine Beeinträchtigung der Messung durch die Matrix wird durch das Verfahren ausgeschlos sen.

Das Verfahren wird anhand der Probenzuführung bei ICP-MS am Bei spiel einer Probe mit Xenon in einer Emulsion erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein. Zur Probenzuführung wird eine definierte Menge (in der Größenordnung von 50-100 µl) der mit Xenon beladenen Emulsion das Abscheidungsgefäß (eine Art Glasfalle), durch die der Gasstrom (Trägergas, genannt Zerstäubergas bei der Plasmaspek trometrie) des ICP's geführt wird, eindosiert. Im Abscheidungsgefäß wird das Xenon der Probe von der Flüssigkeit getrennt. Der Gasstrom wird durch eine Kühlfalle mit mindestens minus 20°C geführt, wobei die Flüssigkeitsbestandteile von dem Gasstrom entfernt werden. Das Xenon wird mit dem Zerstäubergas dem Plasma des ICP-MS zuge führt. Im Plasma wird das Xenon ionisiert und gleichzeitig werden letzte Reste flüchtiger organische Bestandteile der Probe, die unter Umständen in der Kühlfalle nicht restlos dem Gasstrom entfernt wur den, zerstört. Interferenzen bei der Xenon-Analyse durch flüchtige Bestandteile sind somit ausgeschlossen. Die Xenon-Ionen werden im Massenspektrometer detektiert, wobei das Signal zeitlich so lange verfolgt wird bis es unter die Meßgrenze fällt. Die Kalibrierung erfolgt mit einer definierten Menge gasförmigen Xenons, das dem Zerstäu bergas mit einer gasdichten Spritze zugeführt wird, auch hier wird der zeitliche Verlauf des Xenon-Signals so lange verfolgt, bis es unter die Meßgrenze fällt (Standardvergleich). Eine definierte Menge gasförmi gen Xenons kann auch während der Analyse der Probe zudosiert werden (Standartaddition). Die Auswertung erfolgt durch die Integrati on des zeitlich aufgelösten Signals und Vergleich mit dem Signal der Kalibrierung.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind besonders ge eignet für die "on-line"-Detektion und Quantifizierung von Xenon in Flüssig keiten mit lipophilen Bestandteilen wie Blutersatzstoffen, insbesondere mit ICP-MS als Analysemethode (siehe Fig. 1). Die Kalibration erfolgt über eine definierte Gasmenge die dem System zugeführt wird. Je nach Gas bzw. Flüssigkeitsmenge kann ein Standardvergleich oder eine Standardaddition durchgeführt werden.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Probenzuführungskammer mit Dosiereinrichtung wie Spritzenpumpe und einer nachgeschalteten Kühlfalle, die in einem Trägergasstrom angeordnet sind.

Die Vorrichtung zur Gas-Flüssigkeits-Trennung (Analyt-Ma trix-Trennung) wird anhand der Zeichnung erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schema einer Vorrichtung zur Gas-Flüssig keits-Trennung.

Die Vorrichtung 1 in Fig. 1 enthält ein Abscheidungsgefäß 2 zur Pro benzufuhr. Das Abscheidungsgefäß 2 ist in einem Heizbad 3 ange ordnet. Die Probe wird mittels einer Spritzenpumpe 10 in das Ab scheidungsgefäß 2 dosiert. Das Heizbad 3 dient zur Verdampfung der flüssigen Bestandteile der Probe. In der Gaseleitung ist eine Injekti onsstelle 5 für die Zuführung von Kalibrierstandards angeordnet. Der Gasweg führt durch eine Kühlfalle 6. Die Kühlfalle 6 dient zur Entfer nung von Matrix-Bestandteilen aus dem Gasstrom, dadurch gelangt nur das Gas der Probe in das Analysegerät 9 (z. B. ICP-MS). Das Trägergas, z. B. Argon, gelangt von der Trägergasquelle 7 über die Gasversorgungseinheit 8 in die Gasleitung 4, die zum Abscheidungs gefäß 2 führt.

Die Kalibration erfolgt über eine definierte Gasmenge die dem System zu geführt wird. Je nach Gas bzw. Flüssigkeitsmenge kann ein Standardver gleich oder eine Standardaddition durchgeführt werden.

Beispiel

Im folgenden Teil wird anhand einer Messung von Xe in einer lipophilen Flüssigkeit die Vorgehensweise beschrieben. Lipophile Flüssigkeiten sind z. B. wäßrige Emulsionen mit Fett oder Öl (z. B. Emulsionen auf Basis Soja bohnenöl/(3n-sn-Phosphatidyl)cholin/Glycerol/Wasser z. B. die Infusionslö sung Intralipid® der Fa. Pharmacia & Upjohn GmbH, Erlangen). Bei der Plasmaspektrometrie wird das Trägergas als Zerstäubergas bezeichnet.

Für die Messung ist ein kommerzielles ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometer) verwendet worden. Eine ICP-MS-Software wurde ver wendet, die in der Lage ist, ein zeitabhängiges Signal aufzunehmen und zu verarbeiten. In einem ICP-Plasma wird die Probe über einen separaten Gasstrom, das sogenannte Zerstäubergas (ca. 1 l/min Argon) zugeführt. Für diese Messung wird dieser Gasstrom zuvor durch ein Abscheidungsgefäß außerhalb des ICP-MS geleitet, in das das zu analysierende Flüssigkeit/Gas-Ge misch mit einer Spritze langsam (ca. 10 bis 100 µl/min) mit einer Spritzen pumpe zudosiert wird. Die Geschwindigkeit hängt dabei von der Gasmenge in der Flüssigkeit, der Empfindlichkeit des ICP-MS und der Abtastfrequenz der Software ab. Nachdem die Flüssigkeit in das Gefäß getropft ist, wird durch äußere Wärmezufuhr das gelöste Gas ausgetrieben und mit dem Zer stäubergasstrom dem ICP-MS zugeführt. Um eine Beeinflussung des Plas mas aufgrund von Wasserdampf auszuschließen, wird das Zerstäubergas über eine Kühlfalle mit geeigneter Temperatur (mindestens -20°C; z. B. im Bereich minus 40 bis minus 20°C) geleitet. Durch den Argon-Gasstrom des Zerstäubergases gelangt das Analytgas in das Plasma und wird detektiert (vgl. Fig. 1).

Die Kalibration erfolgt analog zur Messung von Flüssigkeiten nur mit dem Unterschied, dass keine Flüssigkeit sondern eine definierte Gasmenge dem System zugeführt wird. Alternativ kann die Kalibration mit Hilfe der Standar daddition durchgeführt werden. Dabei wird während der Zugabe des Flüssig keit/Gas-Gemisches zusätzlich über eine Spritze ein definiertes Gasvolumen pro Zeiteinheit zudosiert.

Mit dieser Art der Probenzuführung ist man in der Lage Gase, gelöst in Flüs sigkeiten, zu detektieren und zu quantifizieren. Die Art der Flüssigkeit spielt insofern keine Rolle, da on-line diese Matrix von der Gasphase abgetrennt wird (Analyt-Matrix-Trennung).

Bezugszeichenliste

1

Vorrichtung zur Analyt-Matrix-Trennung

2

Abscheidungsgefäß

3

Heizbad (Wasserbad)

4

Gasleitung (Kapillarleitung)

5

Injektionsstelle zur Standardaddition von zusätzlichem Kalibriergas

6

Kühlfalle

7

Trägergasquelle

8

Gasversorgungseinheit

9

Analysegerät

10

Spritzenpumpe

Claims

1. Verfahren zur Probenvorbereitung zur Analyse von gashaltigen Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Be standteile der Probe von dem Gas bei der Probenaufgabe getrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse mittels Plasmaspektrometrie oder Gaschromatographie erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Proben gashaltige Flüssigkeiten mit lipophilen Flüssigkeitsbe standteilen eingesetzt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß Emulsionen oder Dispersionen mit einem lipophilen Gas als Probe eingesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß xenonhaltige Emulsionen oder Dispersionen als Probe eingesetzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß Proben mit einem Öl, Fett oder halogenierten Koh lenwasserstoff eingesetzt werden.

7. Vorrichtung zur Abtrennung der Flüssigkeit bei der Analyse von gashaltigen Proben mit flüssigen Bestandteilen, enthaltend eine Dosiervorrichtung, ein Abscheidungsgefäß, eine Kühlfalle und ein Anschluß für ein Analysegerät.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Plasmaspektrometer oder ein Gaschromatograph als Analysegerät angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spritzenpumpe als Dosiervorrichtung enthalten ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dosiervorrichtung am Abscheidungsgefäß ange ordnet ist und Abscheidungsgefäß, Kühlfalle und Analysegerät über eine Gasleitung verbunden sind.