專利名稱：用在線毛細(xì)電泳裝置從一生產(chǎn)線上分析樣品的方法和毛細(xì)電泳裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用毛細(xì)電泳裝置從生產(chǎn)線上提取樣品并在線分析的方法和裝置。
電泳是一種電化學(xué)方法，通過(guò)它，電解溶液中帶電荷的顆粒以及通過(guò)某些特別方法還有無(wú)電荷的顆粒，可被分離顆粒的尺寸可從最小的原子和分子到膠體的顆粒。根據(jù)它們的電荷以及其它性質(zhì)，顆粒以不同的速度在電場(chǎng)中運(yùn)行。
在毛細(xì)電泳中，背景溶液在一細(xì)管、毛細(xì)管中運(yùn)行，液體的粘性力防止對(duì)流。毛細(xì)管的內(nèi)徑通常在0.02至1毫米之間。因此電泳是在一自由溶液中進(jìn)行的，從而消除了由載體導(dǎo)致的干涉。還能夠從毛細(xì)管中去除任何由電流產(chǎn)生的熱能，因此可以使用一強(qiáng)電場(chǎng)，它是加速分離的一個(gè)因素。另外，毛細(xì)電泳很容易自動(dòng)化。
在毛細(xì)電泳中，兩個(gè)容放背景電解液的容器由一容放有相同溶液的毛細(xì)管聯(lián)接。每個(gè)容器裝有一電極。將被分析的樣品作為一短區(qū)域放置在毛細(xì)管上游端?？傊?，對(duì)于樣品的輸入，毛細(xì)管的端部被從背景溶液容器傳送到樣品容器并返回。該操作在背景溶液中毛細(xì)管端部和樣品區(qū)域中導(dǎo)致干涉和變形，并降低了該方法的精度。還必須在毛細(xì)管從一個(gè)容器傳送到另一容器過(guò)程中切斷電流，這會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行條件的改變。如果在運(yùn)行過(guò)程中改變背景溶液，則會(huì)導(dǎo)致相同的不利。
發(fā)生在電極上的反應(yīng)還改變了背景溶液容器中的成分，這些改變會(huì)進(jìn)入毛細(xì)管中，導(dǎo)致測(cè)試系列的參數(shù)變形。
一些研究者已經(jīng)提出了可部分消除上述缺點(diǎn)的裝置選擇。“冶金化學(xué)”第123期(1974)第1-67頁(yè)中指出，早在1960年代，ActaPolytechnica Scandinavica的Virtanen就已使用了一種在電流存在的情況下注入樣品的注入方法。Verheggen等在“色層譜”第452期(1988)第615-622頁(yè)以及Zare等在美國(guó)專利5141621中，同樣提出了一種在不切斷電源的情況下將樣品注入毛細(xì)電泳裝置中的方法。但這些方法并沒(méi)有提供用于開(kāi)發(fā)由于各種電泳應(yīng)用的理論上的一致性而提供的多種可能性的手段。
芬蘭專利FI 103438公開(kāi)了一種毛細(xì)電泳裝置，其中某種電泳應(yīng)用的完成需要選擇某些初始和限定的條件。在毛細(xì)電泳系統(tǒng)中對(duì)限定條件的控制意味著必須對(duì)在毛細(xì)管端部附近的背景溶液的成分進(jìn)行控制。根據(jù)該專利，這是通過(guò)將新鮮溶液連續(xù)泵送經(jīng)過(guò)分離毛細(xì)管端部而完成的。因而還防止了在電極反應(yīng)中形成的反應(yīng)產(chǎn)品進(jìn)入毛細(xì)管中。為了避免背景溶液的高消耗，溶液管的體積必須盡量小。本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)基于該原理。在根據(jù)該專利的裝置中，可以沒(méi)有限制地選擇測(cè)試條件，而它們可以在運(yùn)行過(guò)程中自由地改變。但這種設(shè)置的缺點(diǎn)是，它不能直接聯(lián)接到生產(chǎn)線上，樣品的輸送必須作為一單獨(dú)的功能實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的目的在于提供一種新的用于將樣品輸入毛細(xì)電泳裝置中的方法和裝置，從而可以消除上述缺點(diǎn)，而毛細(xì)電泳的全部各種應(yīng)用可以用相同的裝置很容易地完成。為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明的特征在于權(quán)利要求1和9的特征部分的特征。
因此本發(fā)明的方法和裝置適于各種工藝的在線監(jiān)測(cè)?？梢蕴岬降膽?yīng)用領(lǐng)域包括食品工業(yè)、森林和造紙工業(yè)、水凈化廠、以及監(jiān)測(cè)環(huán)境狀況的各種過(guò)程。還可以將該方法用于護(hù)理和保健。很清楚，本發(fā)明的裝置還可用于與生產(chǎn)線分離的實(shí)驗(yàn)室。
本發(fā)明的一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)是所完成分析的速度和高可靠性。當(dāng)被儲(chǔ)存或運(yùn)輸時(shí)，例如被氧化、減少、水解、沉淀、絡(luò)合、聚集或甚至完全分解時(shí)，離子或化合物通常不以它們所期望的形式存在。當(dāng)使用在線方法和裝置時(shí)，不會(huì)發(fā)生這種問(wèn)題，因而結(jié)果更可靠，并提供了一種生產(chǎn)線真實(shí)狀態(tài)的更精確的圖像。
另外，本發(fā)明的方法和裝置易于使用且經(jīng)濟(jì)，因?yàn)樗鼈儍H需要少量的樣品和各種其它溶液。本領(lǐng)域技術(shù)人員還很清楚，能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)裝置進(jìn)行控制，在這種情況下它可用作例如一連續(xù)工作的生產(chǎn)線分析器，因?yàn)槟軌蚶缫?0秒的輸送頻率順序輸入樣品。另外，本發(fā)明的裝置可制成非常小，例如制作在微型電路上，在這種情況下它還可用于場(chǎng)條件下，例如用于水樣的分析。
本發(fā)明的方法和裝置具有下列其它優(yōu)點(diǎn)可在被分析物的分離過(guò)程中改變毛細(xì)電泳技術(shù)(等離子聚焦，膠束的電化學(xué)色譜，區(qū)域電泳)；溶劑可容易地和快速地改變；毛細(xì)管也可部分填充固相材料；能夠在分析物的分離過(guò)程中將場(chǎng)倒置；可將幾個(gè)分離毛細(xì)管一起聯(lián)接到裝置上，在這種情況下可同時(shí)將樣品導(dǎo)向幾個(gè)分離毛細(xì)管。
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的毛細(xì)電泳裝置的細(xì)節(jié)；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的毛細(xì)電泳裝置的細(xì)節(jié)；圖3a和3b顯示了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的用于聚焦檢測(cè)用的毛細(xì)管的方法；圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的裝置；圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的裝置；圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的裝置。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述圖1和2中示出根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的毛細(xì)電泳裝置的細(xì)節(jié)。分離毛細(xì)管1的端部放置在從用于輸入溶液并用作毛細(xì)管的窄管2和3的底端伸出的膨脹部5和6中。膨脹部的直徑優(yōu)選地是約1-10毫米。這些膨脹部5和6伸出一通向廢品容器的廢品管W1和W2。毛細(xì)管2和3的內(nèi)徑優(yōu)選地是0.02-1.0毫米，更優(yōu)選地是0.1-0.5毫米。用作背景溶液的電解溶液從容器(圖中未示出)借助于這些毛細(xì)管2和3緩慢經(jīng)過(guò)分離毛細(xì)管1的兩端流向位于廢品管W1和W2中并與一電壓源聯(lián)接的供電電極E，最后通過(guò)廢品管W1和W2離開(kāi)系統(tǒng)到達(dá)廢品容器7和8(圖2)。廢品容器距分離毛細(xì)管1一定距離定位，電極E最好位于廢品管W1和W2的下游端，從而防止形成于電極上的電解產(chǎn)品例如由于長(zhǎng)而占用空間的廢品管而到達(dá)分離毛細(xì)管。流動(dòng)速率以這樣一種方式調(diào)節(jié)，使得分離毛細(xì)管1中的所需條件得到保持，并防止電極上電解產(chǎn)品到達(dá)分離毛細(xì)管。
分離毛細(xì)管1的輸送端9設(shè)置在一高度H1，該高度H1是從膨脹部5的底部到基本上平行于分離毛細(xì)管1的膨脹部5壁與基本上向分離毛細(xì)管1發(fā)散的膨脹部5壁的接合處之間的距離。用于其部件的分離毛細(xì)管1的出口端10位于高度H2，該高度H2在圖1中是毛細(xì)管1輸送端9的位置高度H1的約20％，在圖2中為約70％。
膨脹部5的上部可以是任何需要的形狀，如球形對(duì)稱，錐形對(duì)稱或喇叭形對(duì)稱。
從溶液容器流出的輸送溶液可借助于泵獨(dú)立地更換，各種輸送溶液的流動(dòng)速率可獨(dú)立控制。在電泳運(yùn)動(dòng)完成后，可將位于任一容器中的清洗和平衡溶液泵送通過(guò)該毛細(xì)系統(tǒng)。還可在廢品管W2中安裝一泵，在這種情況下它根據(jù)真空原理工作。在這種情況下，在附圖中，還可以使用閥來(lái)代替泵，真空是通過(guò)真空泵產(chǎn)生的。泵和閥的數(shù)量是可選擇的，可根據(jù)用途選擇。如果不需要流動(dòng)速率的高精度，泵也可用閥整體替換，可通過(guò)重力或通過(guò)溶液容器中的真空或過(guò)壓產(chǎn)生流動(dòng)。圖4-6中更詳細(xì)地示出關(guān)于各種溶液的輸入的本發(fā)明方法的各實(shí)施例。
基本上在分離毛細(xì)管1的出口端附近設(shè)有一檢測(cè)器4，通過(guò)它檢測(cè)分散在毛細(xì)管中的顆粒。檢測(cè)例如可以在樣品吸收的基礎(chǔ)上完成。整個(gè)裝置的操作可通過(guò)一微處理器控制。
還可在廢品管W2中安裝一泵，在這種情況下它根據(jù)真空原理工作。在這種情況下，可使用閥來(lái)代替輸送泵，真空是通過(guò)廢品管中的真空泵產(chǎn)生的。泵和閥的數(shù)量是可選擇的，可根據(jù)用途選擇。如果不需要流動(dòng)速率的高精度，泵也可用閥整體替換，可通過(guò)重力或通過(guò)溶液容器中的真空或過(guò)壓產(chǎn)生流動(dòng)。
通過(guò)使用適當(dāng)?shù)谋煤烷y，可在毛細(xì)管中以一預(yù)先計(jì)算的流動(dòng)速率完成封閉的或開(kāi)放的毛細(xì)電泳。運(yùn)用本發(fā)明的裝置，還能夠在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中從分離毛細(xì)管的一端形成多種化學(xué)梯度和脈沖。
如果在電場(chǎng)存在時(shí)樣品溶液通過(guò)泵送輸送，則可控量的樣品運(yùn)行到分離毛細(xì)管1中。將注入的樣品量通過(guò)控制泵送時(shí)間，電場(chǎng)以及電滲透流動(dòng)速率而確定。
電滲透流可通過(guò)關(guān)閉檢測(cè)器4一側(cè)的管系統(tǒng)而完全防止。因而能夠通過(guò)泵送注入樣品，或者通過(guò)電場(chǎng)動(dòng)電注入而選擇一種純流體動(dòng)力輸入。通過(guò)各種參數(shù)，注入類(lèi)型、電場(chǎng)和流體動(dòng)力流的變化，根據(jù)本發(fā)明的裝置能夠很容易地產(chǎn)生幾種不同的注入方法。
圖3a和3b示出用于根據(jù)本發(fā)明將毛細(xì)管聚焦而檢測(cè)的方法。圖3b示出圖3a中的B-B剖面。附圖示出一分離毛細(xì)管1，該分離毛細(xì)管1固定到相互連接在一起的標(biāo)準(zhǔn)塊11和12上。分離毛細(xì)管1通過(guò)一聚集塊25而聚集在檢測(cè)區(qū)域23上。聚集塊25由一彈簧26導(dǎo)向。通過(guò)該聚集塊25，可將檢測(cè)中使用的一束光或類(lèi)似物以一標(biāo)準(zhǔn)化方式聚集到分離毛細(xì)管1上。
圖4中示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的裝置。該裝置具有一毛細(xì)電泳單元13，在其輸送側(cè)作為樣品輸送系統(tǒng)聯(lián)接有一選擇閥14。運(yùn)行中，一由一些適當(dāng)材料，最好是絕緣材料制造的樣品環(huán)15聯(lián)接到該選擇閥上。來(lái)自該生產(chǎn)線的一樣品通過(guò)一管16輸送到該選擇閥14中，在該管與生產(chǎn)線之間最好有一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的樣品控制器。能夠在樣品被輸送到樣品收集器之前對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，或在之后例如對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾或稀釋。
樣品收集器可例如由鋼，聚醚酮(PEEK)，硅或一些不活躍材料制造。至于運(yùn)輸溶液的結(jié)構(gòu)，可以是管或在材料中加工的凹槽。所使用的材料例如可以是玻璃、硅。各種聚合物，或金屬。
還分別通過(guò)管17、18和19向選擇閥14供給電解質(zhì)和各種溶液，如清洗和平衡溶液。這些管與各溶液容器相通?？捎帽?0輸入電解質(zhì)和溶液，另外，還能夠?qū)⒁粡U品管21聯(lián)接到該選擇閥14上。因而有噴射泵或真空泵用于輸送所有的液體，這些泵滿足了由流動(dòng)速率變化和壓力變化而設(shè)定的要求。
因此能夠通過(guò)該選擇閥而借助于樣品環(huán)15輸入恒定量的樣品或某些其它溶液。通過(guò)該選擇閥還能夠不使用樣品環(huán)而將溶液直接輸入毛細(xì)電泳中。因此該樣品環(huán)的優(yōu)點(diǎn)在于，通過(guò)它能夠輸入恒定量的樣品，而不考慮樣品的粘度。通過(guò)該樣品環(huán)，還在樣品收集階段獲得了在毛細(xì)電泳中需要的與地面勢(shì)能的隔離，以及樣品與毛細(xì)電泳單元13的隔離。很清楚，連續(xù)的通流也是可能的。
另外，在毛細(xì)電泳單元13的出口側(cè)聯(lián)接有一帶有一個(gè)泵22的液體處理系統(tǒng)，以及用于借助于管17、18和19輸入電解質(zhì)和各種液體的聯(lián)接件。
在所述的第一實(shí)施例中，能夠在分離毛細(xì)管的兩端使用相同的壓力，或者小的壓差，在這種情況下，能夠?qū)悠愤M(jìn)入毛細(xì)管中的樣品的通過(guò)進(jìn)行控制。樣品輸送系統(tǒng)和流體處理系統(tǒng)的流動(dòng)速率、溶液的量和壓力可一起或單獨(dú)控制。
圖5中示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的裝置。該實(shí)施例具有七個(gè)位于選擇閥與用于電解質(zhì)和用于溶液的輸送系統(tǒng)之間的平行的樣品環(huán)15。至于樣品，從選擇閥14直接輸入毛細(xì)電泳單元13中。在另一方面，裝置與圖4中所示的裝置相似。
用根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的裝置，能夠借助于平行的樣品環(huán)，建立各種溶液的溶液列，該列被輸入毛細(xì)電泳單元中。還能夠在分離毛細(xì)管出口端裝上這樣一個(gè)樣品環(huán)系列。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的裝置。該裝置具有一毛細(xì)電泳單元13，在其輸送側(cè)聯(lián)接有一樣品輸送系統(tǒng)，樣品從生產(chǎn)線經(jīng)管16輸入該樣品輸送系統(tǒng)中，在該管與流水線之間最好有一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的樣品收集器。還能夠?qū)⒁浑娊赓|(zhì)通過(guò)管17輸入該樣品輸送系統(tǒng)中。在單元13的輸送側(cè)還聯(lián)接有一與圖4和5中相似的液體處理系統(tǒng)，電解質(zhì)17可例如通過(guò)該系統(tǒng)輸送到該單元中。來(lái)自樣品輸送系統(tǒng)和液體處理系統(tǒng)的液體流最好在一盡量靠近分離毛細(xì)管輸送端的點(diǎn)會(huì)合。裝置的液體處理系統(tǒng)最好與圖4中所示裝置相似。
因此根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置具有幾個(gè)不同的實(shí)施例。當(dāng)這樣要求時(shí)，可選擇任何實(shí)施例和運(yùn)行條件，必要時(shí)可在運(yùn)行過(guò)程中修改。
當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的裝置時(shí)，很容易選擇和實(shí)施用于各種電泳應(yīng)用的初始和限制條件。另外，能夠通過(guò)在電泳運(yùn)行過(guò)程中改變限制條件而使用組合方法。
上面描述了本發(fā)明的某些應(yīng)用。本發(fā)明當(dāng)然不局限于上述實(shí)施例因?qū)＠麢?quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)可對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)具有毛細(xì)電泳單元(13)的毛細(xì)電泳裝置從生產(chǎn)線上提取樣品并進(jìn)行在線分析的方法，該毛細(xì)電泳單元(13)具有-一分離毛細(xì)管(1)；-與一電壓源聯(lián)接的供電電極(E)，及-一基本上位于該分離毛細(xì)管(1)出口端(10)附近的檢測(cè)器；上述分離毛細(xì)管(1)的端部位于從毛細(xì)管(2，3)底端伸出的膨脹部(5，6)中，這些膨脹部伸出一通向廢品容器的廢品管(W1，W2)，該廢品容器位于距分離毛細(xì)管(1)端部一定距離處，電極(E)位于廢品管(W1，W2)中，最好是位于它們的下游端部附近，其特征在于，樣品借助于一泵通過(guò)與輸送溶液相同的管路直接從生產(chǎn)線輸送到毛細(xì)管(2，3)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，分離毛細(xì)管(1)的輸送端(9)基本上位于一高度H1，該高度H1是從膨脹部(5)的底部到基本上平行于分離毛細(xì)管(1)的膨脹部(5)壁與基本上向分離毛細(xì)管(1)發(fā)散的膨脹部(5)壁的接合處之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，分離毛細(xì)管(1)的出口端(10)位于一高度H2，該高度H2基本上小于毛細(xì)管(1)的輸送端(9)的位置高度H1。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，分離毛細(xì)管(1)的出口端(10)位于一高度H2，該高度H2是毛細(xì)管(1)的輸送端(9)的位置高度H1的10-85％，最好是20-70％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，膨脹部(5，6)的直徑最好是約1-10毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，毛細(xì)管(2，3)和分離毛細(xì)管(1)的內(nèi)徑最好是0.02-1.0毫米，更好地是0.1-0.5毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還包括一些泵，輸送溶液的選擇及其流動(dòng)速率的控制可通過(guò)這些泵而獨(dú)立完成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，泵由閥代替，毛細(xì)管(2，3)中的流動(dòng)是通過(guò)重力或通過(guò)真空或過(guò)壓而產(chǎn)生的。
9.一種通過(guò)具有毛細(xì)電泳單元從生產(chǎn)線上提取樣品并進(jìn)行在線分析的毛細(xì)電泳裝置，該毛細(xì)電泳單元包括一分離毛細(xì)管(1)，與一電壓源聯(lián)接的電極(E)，及一最好位于毛細(xì)管(1)出口端附近的檢測(cè)器(4)，分離毛細(xì)管(1)的端部位于從毛細(xì)管(2，3)底端伸出的膨脹部(5，6)中，這些膨脹部伸出一通向廢品容器的廢品管(W1，W2)，該廢品容器位于距分離毛細(xì)管(1)端部一定距離處，電極(E)位于廢品管(W1，W2)中，最好是位于它們的下游端部附近，其特征在于，樣品可借助于一泵通過(guò)與輸送溶液相同的管路直接從生產(chǎn)線輸送到毛細(xì)管(2，3)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過(guò)毛細(xì)電泳裝置從生產(chǎn)線上提取樣品并進(jìn)行在線分析的方法，以及包括容放有背景電解液的容器的毛細(xì)電泳裝置，該容器通過(guò)一中間的分離毛細(xì)管(1)、聯(lián)接到一電壓源的電極(E)和一基本上位于分離毛細(xì)管(1)出口端附近的檢測(cè)器(4)以及位于裝置注入側(cè)的一個(gè)或多個(gè)溶液容器，而且相互聯(lián)通，至少一個(gè)容器是一收集來(lái)自生產(chǎn)線的樣品的樣品收集器，一個(gè)或多個(gè)溶液容器位于裝置的檢測(cè)器一側(cè)，上述分離毛細(xì)管(1)的端部位于從用于從容器中輸出各種溶液的毛細(xì)管(2，3)底端伸出的膨脹部(5，6)中，上述膨脹部伸出一通向廢品容器的廢品管(W1，W2)，該廢品容器位于距分離毛細(xì)管(1)端部一定距離處，上述電極(E)位于廢品管(W1，W2)中，最好是位于它們的下游端部附近。
文檔編號(hào)G01N27/447GK1420983SQ00818208
公開(kāi)日2003年5月28日 申請(qǐng)日期2000年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月8日
發(fā)明者蒂莫·薩莫, 海利·西倫, 勞諾·維爾塔寧 申請(qǐng)人:芬蘭技術(shù)研究中心