專利名稱：一種光散射檢測器及用于該檢測器的毛細管電泳儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光散射檢測器系統(tǒng)，具體地說涉及一種在線微量分析光散射檢測器以及與該檢測器聯(lián)用的毛細管電泳儀。
在其他分析條件如入射波長、pH值等一定的情況下，均勻透明的水溶液粒子的散射信號在一定范圍內(nèi)與其大小成比例。通常信號比較弱，但是當溶液中粒子發(fā)生聚集或通過靜電力、疏水作用等形成離子締合物時，粒子半徑顯著增大，散射信號也隨之增強。此外，當入射波長在溶液的吸收波長附近時會有共振瑞利散射信號發(fā)生，它的機理與共振拉曼散射類似，這種情況下信號強度進一步提高，而且有許多新的特性出現(xiàn)，目前廣泛用于熒光光度計定量分析中，靈敏度很高，但商品熒光光度計無法直接用作其他分析儀器的檢測器。
目前液相色譜中的蒸發(fā)光散射檢測器，也是利用了光散射原理，但這種檢測器需將組份由流動相帶入霧化器中，通過高速載氣流噴成一種薄霧，然后這些霧粒進入蒸發(fā)器中，流動相氣化，溶劑蒸發(fā)，僅剩下待測樣品顆粒，再進行光散射信號的檢測。顯然，這種檢測器對樣品和流動相都有嚴格要求，流動相必須易揮發(fā)，而樣品組份必須呈不揮發(fā)或半揮發(fā)性。整個檢測器裝備復(fù)雜，不適合與流動注射分析儀、毛細管電泳儀聯(lián)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在線微量分析光散射檢測器和用于該檢測器的毛細管電泳儀。本發(fā)明的光路系統(tǒng)無需過多的考慮拉曼信號的干擾；對液體狀態(tài)下的樣品進行檢測，不需要進行預(yù)先的霧化、蒸發(fā)；本發(fā)明提供的光散射檢測器既可單獨使用進行微量分析，也可與毛細管電泳儀聯(lián)用，進行在線分析。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的光散射檢測器利用瑞利散射信號遠大于拉曼散射信號的特性，收集瑞利散射信號用作檢測手段。
其中光散射檢測器是由光源、檢測池、光收集探頭、光電轉(zhuǎn)換器件、信號記錄系統(tǒng)等部分組成。由光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡平行光管準直成平行光，光束再經(jīng)過透鏡和聚焦變細后平行于地面照射到平面鏡上，被反射進入黑箱的小孔投射在設(shè)置在黑箱內(nèi)的微型流通池的正中央。在其側(cè)面正中央以與入射光成90度角的方向，用光纖探頭收集信號并穿過黑箱引至光電轉(zhuǎn)換器中檢出信號，在信號記錄系統(tǒng)中進行信號處理。
上述光源為單色光，可以是激光器，如He-Ne激光器、染料激光器、半導(dǎo)體激光器，也可以是發(fā)光二極管(LED)，或者氘燈、鎢燈、鹵素?zé)襞渲眠m當?shù)臑V色片；上述微型流通池作為檢測池，由玻璃制成，池體積比較理想的是小于或等于100微升，也可視需要而擴展成100微升以上。流通池可以設(shè)計成方柱體、長方體、圓柱體和其他柱面體多種模式。
上述光收集探頭由光纖或光纖及輔助透鏡構(gòu)成；光纖依據(jù)所需收集信號強度不同，可以選擇和更換。
上述光電轉(zhuǎn)換器件可以是光電倍增管(PMT)，或二極管陣列檢測器(DAD)，或是電荷耦合器件檢測器(CCD)。
本發(fā)明提供的與光散射檢測器接口聯(lián)用的毛細管電泳儀整體是以一有機玻璃塊為底座，在有機玻璃底座上端面開設(shè)有一個直式主槽道，該主槽道的左端插置有一毛細管，并通過該毛細管與光散射檢測器中的微型流通池相連接；該主槽道的右端同樣插置有一毛細管，傳送載流試劑，該毛細管的另一端連接一低壓氣泵。
與主槽道上垂直地設(shè)有左、右兩個支槽道，該兩支槽道與主槽道為相通，且該兩支槽道之間相距有一間隔。上述槽道實質(zhì)為三通式槽道，基本上呈Π狀。
左側(cè)的支槽道內(nèi)安設(shè)有鉑絲電極，該電極連接一高壓電源，為毛細管電泳儀的負極。
右側(cè)的支槽道內(nèi)插置一毛細管，用作電泳時的分離毛細管，該毛細管的另一端與電泳緩沖液瓶相連接。
電泳緩沖液瓶連接一低壓氣泵，在電泳的同時施加壓力，與主槽道右端連接的氣泵的壓力相平衡，保證樣品電泳流出毛細管后被順利帶入載流試劑中。
在上述的有機玻璃底座上覆蓋一個其尺寸相同的硅橡膠墊，然后用一個形狀與底座相同的有機玻璃蓋，通過四角上的四枚螺絲將三部分緊密連成一體，以防液體泄漏，也可以用密封膠將三部分粘合為一體。
本發(fā)明提供的光散射檢測器還可與流動注射分析儀和液相色譜儀接口聯(lián)用，進行在線檢測。
其工作原理由光源(1)發(fā)出的光經(jīng)透鏡平行光管(2)準直成平行光，光束再經(jīng)過透鏡(3)和(4)聚焦變細后平行于地面照射到平面鏡(5)上，被反射進入黑箱(9)的小孔投射在微型流通池(6)的正中央。在(6)的側(cè)面正中央以與入射光成90度角的方向，用光纖探頭(7)收集信號并穿過黑箱引至光電轉(zhuǎn)換器(8)中檢出信號，在信號記錄系統(tǒng)(10)中進行信號處理。
圖2是沿著入射光方向的放大的微型流通池(6)的視圖，由玻璃制成，容積約為50微升。理想的微型流通池要能消除池壁本身的散射光，以提高檢測靈敏度。除圖2所示的形狀外。還可以設(shè)計成長方體形(圖3所示)，圓柱體形(圖4所示)或其他形狀。對于圖4所示情況要對光路稍微進行一下改變；此時光線從圓柱體左側(cè)平行于軸線方向射入流通池內(nèi)部，光束直徑應(yīng)小于池的內(nèi)徑以避免池壁的雜散光。收集探頭部位不變，仍是與入射光線成90度角在流通池側(cè)面收集。在任何情況下都需嚴格調(diào)節(jié)激光束達到足夠細度，從而減小池壁的雜散光。此外，在保證雜散光最少的基礎(chǔ)上，盡可能減少流通池容積，以免造成信號峰展寬、拖尾現(xiàn)像。
實施例一與流動注射分析儀聯(lián)用定量檢測溶液中六價鉻離子Cr(VI)。
整套裝置如圖5所示。在

圖1的基礎(chǔ)上，連接了普通的流動注射分析儀(11)，廢液池(12)。本裝置中應(yīng)用的光源(1)是He-Ne激光器，波長632.8納米，功率50毫瓦。使用的光纖(7)的規(guī)格是外徑600微米。
羅丹明B(Rhodamine B，RhB)在酸性溶液中激光瑞利散射信號很弱。但在有過量碘離子I-加入后，形成了簡單離子締合物[RhB][I]，信號強度開始增加。此時如果加入痕量Cr(VI)，激光瑞利散射信號顯著增強，這是由于Cr(VI)氧化I-產(chǎn)生I2，與I-結(jié)合形成I3-，與RhB反應(yīng)形成更為復(fù)雜的離子締合物[RhB][I3]，粒子半徑的增加導(dǎo)致激光瑞利散射信號增強。
經(jīng)過優(yōu)化，在0.32.摩爾/升鹽酸，0.080摩爾/升碘化鉀，1.460×10-5摩爾/升羅丹明B的反應(yīng)條件下，配成含不同濃度Cr(VI)的樣品。由流動注射分析儀的進樣閥每次進樣20微升，載流為二次重蒸水。測定的Cr(VI)最低檢測限為28納克/毫升。結(jié)果表明本裝置可成功的用作流動注射分析儀的檢測器。
實施例二與毛細管電泳儀聯(lián)用檢測溶液中六價鉻離子Cr(VI)。
在圖5的基礎(chǔ)上，將流動注射分析儀(11)換成自組裝毛細管電泳儀，其他相同。關(guān)于毛細管電泳儀的結(jié)構(gòu)詳細說明如下請結(jié)合圖6，(14)是一長方體有機玻璃底座，將合適粗細的不銹鋼針燒熱，在有機玻璃塊上部燙刻出一直式主槽道，該主槽道的左端(15)安置有一段內(nèi)徑530微米的毛細管，該毛細管的一端安置于槽道(15)中，另一端直接與本發(fā)明光散射檢測器中的流通池(6)相連。右槽道(16)內(nèi)安裝一段內(nèi)徑360微米的毛細管，傳送載流試劑，該毛細管的另一端連接低壓氣泵(19)。
與主槽道上垂直地設(shè)有左、右兩個支槽道(17)、(18)，該兩支槽道(17)、(18)與主槽道為相通，且該兩支槽道(17)、(18)之間相距有一間隔。上述槽道實質(zhì)為三通式槽道，基本上呈Π狀。
左側(cè)的支槽道(17)內(nèi)安設(shè)有鉑絲電極，該電極連接一高壓電源(22)，為毛細管電泳儀的負極。
右側(cè)的支槽道(18)內(nèi)插置一毛細管，用作電泳時的分離毛細管，該毛細管的另一端與電泳緩沖瓶(20)相連接。
電泳緩沖瓶(20)連接一低壓氣泵(21)，在電泳的同時施加壓力，與主槽道右端(16)連接的氣泵(19)的壓力相平衡，保證樣品電泳流出毛細管后被順利帶入載流試劑中。
在上述的有機玻璃底座(14)上覆蓋一個其尺寸相同的硅橡膠墊(23)，然后用一個形狀與底座相同的長方體有機玻璃塊(24)，通過四角上的四枚螺絲(28)將三部分緊密連成一體，以防液體泄漏。
該裝置用于檢測Cr(VI)的原理同實施例一。樣品中Cr(VI)經(jīng)電泳后被帶入載流試劑RhB-I體系中發(fā)生反應(yīng)，從而檢測到信號變化。配制載流試劑10毫升反應(yīng)瓶中依次加入0.3毫升4摩爾/升的鹽酸，0.9毫升0.005％的羅丹明B溶液，3.3毫升二次重蒸水搖晃均勻。再加入0.2毫升10％的碘化鉀溶液及2.8毫升二次重蒸水搖蕩均勻置于暗處，15分鐘后由低壓氣泵(19)推至槽道(16)中開始電泳實驗。
電泳條件緩沖液為40毫摩爾/升的醋酸銨溶液，pH調(diào)至4.8。電泳電壓9.3千伏，電流53微安。樣品是濃度為0.353微克/毫升的Cr(VI)溶液，虹吸進樣，高度10厘米，時間30秒。分離毛細管長35厘米。電泳圖見圖7。
實驗結(jié)果表明本裝置可成功的用作毛細管電泳的檢測器。
實施例三與微型液相色譜系統(tǒng)聯(lián)用檢測溶液中六價鉻離子Cr(VI)。
在圖5的基礎(chǔ)上，將流動注射分析儀(11)換成微型液相色譜系統(tǒng)，其他相同。關(guān)于微型液相色譜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8所示(26)是微型液相色譜系統(tǒng)，(27)為三通池，(19)是低壓氣泵。該裝置用于檢測Cr(VI)的原理同實施例二。載流試劑配制見實施例二，用氣泵推至通道中。以二次重蒸水作為流動相，0.353微克/毫升的Cr(VI)溶液進樣10微升。結(jié)果表明可用于微型液相色譜系統(tǒng)的檢測。
實施例四單獨用于檢測溶液中六價鉻離子Cr(VI)。
以上實例表明本裝置可成功地用作流動注射分析儀、毛細管電泳儀、微型液相色譜儀的在線檢測器，需要指出的是，該裝置完全可以單獨用來進行微型分析。作為補充例，這里給出本套裝置用于檢測溶液中六價鉻離子Cr(VI)的實驗。檢測原理同實施例一。裝置見圖1。樣品配制500微升反應(yīng)管中依次加入一定量Cr(VI)溶液，10微升4摩爾/升的鹽酸，30微升0.005％的羅丹明B溶液，再用二次重蒸水稀釋到150微升刻度。再加入30微升10％的碘化鉀溶液及70微升二次重蒸水搖晃均勻置于暗處。如此配制一系列不同Cr(VI)含量的樣品，15分鐘后用微量注射器加入到檢測池中測量，記錄電壓輸出信號。該方法可檢出濃度低至7納克/毫升的Cr(VI)含量。
權(quán)利要求
1.一種光散射檢測器，主要由單色光光源、檢測池、光收集探頭、光電轉(zhuǎn)換器件、信號記錄系統(tǒng)等部分組成；由光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡照射到平面鏡上，反射進入黑箱的小孔，投射在設(shè)置在黑箱內(nèi)的流通池的正中央，在流通池的側(cè)面正中央以與入射光成90度角的方向，用光纖探頭收集信號引至光電轉(zhuǎn)換器中檢出信號，在信號記錄系統(tǒng)中進行信號處理。上述流通池由玻璃制成，其體積為方柱體、長方體、圓柱體或其他柱面體；池體積小于或等于100微升；上述光收集探頭由光纖或光纖及輔助透鏡構(gòu)成，
2.如權(quán)利要求1所述的光散射檢測器，其特征在于，所述單色光光源為激光器、發(fā)光二極管(LED)或氘燈、鎢燈、鹵素?zé)襞渲眠m當?shù)臑V色片。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光散射檢測器，其特征在于，所述激光器為He-Ne激光器、染料激光器或半導(dǎo)體激光器。
4.如權(quán)利要求1所述的光散射檢測器，其特征在于，所述光纖可依據(jù)所需收集信號強度進行選擇和更換。
5.如權(quán)利要求1所述的光散射檢測器，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換器件為光電倍增管(PMT)、二極管陣列檢測器(DAD)或電荷耦合器件檢測器(CCD)。
6.一種毛細管電泳儀，在一有機玻璃底座上端面開設(shè)一個直式主槽道，該主槽道的左端插和右端均插置有一毛細管；與主槽道上垂直地設(shè)有左、右兩個支槽道，該兩支槽道與主槽道為相通，且該兩支槽道之間相距有一間隔；左側(cè)的支槽道內(nèi)安設(shè)有鉑絲電極；右側(cè)的支槽道內(nèi)插置一毛細管；在上述有機玻璃底座上覆蓋一個其尺寸相同的硅橡膠墊和一個形狀與底座相同的有機玻璃蓋，通過四角上的四枚螺絲將三部分緊密連成一體，以防液體泄漏。
7.如權(quán)利要求6所述的毛細管電泳儀，其特征在于，所述主槽道左端插置的毛細管另一端與光散射檢測器中的流通池相連接；該主槽道右端插置的毛細管另一端連接一低壓氣泵，用于傳送載流試劑。
8.如權(quán)利要求6所述的毛細管電泳儀，其特征在于，所述左側(cè)支槽道內(nèi)安置的鉑絲電極連接一高壓電源，為毛細管電泳儀的負極；右側(cè)支槽道插置的毛細管另一端與電泳緩沖液瓶相連接，用作電泳時的分離毛細管。
9.如權(quán)利要求8所述的毛細管電泳儀，其特征在于，所述電泳緩沖液瓶還連接一低壓氣泵，在電泳的同時施加壓力，與主槽道右端連接的低壓氣泵的壓力相平衡，以使樣品電泳流出毛細管后被順利帶入載流試劑中。
10.如權(quán)利要求6所述的毛細管電泳儀，其特征在于，所述底座、硅橡膠墊和有機玻璃蓋三部分以密封膠粘合為一體。
全文摘要
一種在線微量分析光散射檢測器和用于該檢測器的毛細管電泳儀。本發(fā)明提供的光散射檢測器利用瑞利散射信號遠大于拉曼散射信號的特性，收集瑞利散射信號用作檢測手段。本發(fā)明的光路系統(tǒng)無需過多的考慮拉曼信號的干擾；對液體狀態(tài)下的樣品進行檢測，不需要進行預(yù)先的霧化、蒸發(fā)；本發(fā)明提供的光散射檢測器既可單獨使用進行微量分析，也可與毛細管電泳儀聯(lián)用，還可以與流動注射分析儀和液相色譜儀結(jié)合進行在線柱后檢測分析。
文檔編號G01N21/47GK1448707SQ0210876
公開日2003年10月15日 申請日期2002年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月1日
發(fā)明者陳義, 王強 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所