微型hplc設(shè)備的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】微型HPLC設(shè)備
[0001]本發(fā)明申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年06月27日，申請(qǐng)?zhí)枮?011800313886 (PCT/GB2011/051217)，發(fā)明名稱(chēng)為“微型HPLC設(shè)備”的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種液相色譜裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]M.Dong 在 Modern HPLC for Practising Scientists，Wiley，2006 中描述了高壓液相色譜的領(lǐng)域。簡(jiǎn)單地說(shuō)，色譜用于從由化合物的混合物組成的樣品中分離、識(shí)別和定量化合物。樣品溶解在流體移動(dòng)相中，移動(dòng)相與不動(dòng)的、不混溶的固定相相互作用。在高壓液相色譜法(HPLC)中，固定相通常是填充了顆粒的柱，粒子可以官能化。所述相基于感興趣的分析物相對(duì)于樣品中其余成分對(duì)它們的親和力來(lái)選擇。當(dāng)移動(dòng)相移動(dòng)通過(guò)固定相時(shí)，單獨(dú)樣品成分將被固定相不同程度地滯留從而分離。滯留時(shí)間隨著與固定相的相互作用力、所使用的溶劑的組合物以及移動(dòng)相的流率而變化。
[0004]分離能力隨著固定相的粒徑的減小而增加。但是，這增加了流阻，從而使得期望使用高壓力。高壓液相色譜推動(dòng)移動(dòng)相通過(guò)盛裝典型的5-10微米直徑的顆粒的柱。目前，第一 HPLC栗能到500鎊/平方英寸(psi)，典型地到6000psi。超高壓液相色譜(UPLC)包括配管和栗，所述配管和栗能夠在所需的lOOOOOpsi運(yùn)行，從而推動(dòng)溶劑通過(guò)盛裝數(shù)個(gè)微米級(jí)直徑的更小顆粒的柱。
[0005]分離的分析物可能通過(guò)一種或多種技術(shù)來(lái)檢測(cè)，所述技術(shù)包括紫外-可見(jiàn)光吸收、熒光、光散射、折射率分析或質(zhì)譜法。這些技術(shù)特別是在被并行使用時(shí)以對(duì)很寬范圍的化合物進(jìn)行識(shí)別和絕對(duì)定量，還可以對(duì)更復(fù)雜的、未知分析物的混合物進(jìn)行半定量分析。檢測(cè)信號(hào)參照樣品被注射到色譜柱上的時(shí)間:在相同的條件下，給定的化合物將具有的特征滯留時(shí)間，這允許識(shí)別該化合物。檢測(cè)技術(shù)是破壞性的情況下，樣品不能被回收，但在這些情況下需要的話往往可以將一部分洗脫液流轉(zhuǎn)移到分液收集器。
[0006]HPLC已廣泛應(yīng)用在制藥業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)、學(xué)術(shù)界、國(guó)防、司法科學(xué)和其它領(lǐng)域。然而，HPLC的使用受HPLC系統(tǒng)的體積和費(fèi)用限制?，F(xiàn)有的HPLC系統(tǒng)的立方米級(jí)的占用面積、市政供電、大體積的洗脫液、重量和機(jī)械脆弱性需要固定的實(shí)驗(yàn)裝置。這種系統(tǒng)的大小和相對(duì)較低的利用率共同導(dǎo)致該裝置無(wú)論在最初的支出還是在保養(yǎng)維護(hù)方面的花費(fèi)都非常昂貴。典型的系統(tǒng)耗資成千上萬(wàn)英鎊，而僅大型的、完善的公司和研究機(jī)構(gòu)能夠承受。此夕卜，HPLC管道的小直徑加上通過(guò)這種技術(shù)分析的許多樣品的粗品形式意味著頻繁堵塞。這種情況之后的壓力積聚可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)HPLC的嚴(yán)重?fù)p壞，即使避免了這種損壞，延長(zhǎng)的設(shè)備停機(jī)時(shí)間是不可避免的。
[0007]最阻礙微型化的部件是栗。
[0008]例如，據(jù)稱(chēng)“對(duì)在芯片上進(jìn)行類(lèi)似HPLC分離的興趣有限的原因似乎是配管的復(fù)雜性，這是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)HPLC儀器通常必須包括外部栗。因此，芯片的作用降級(jí)為類(lèi)似毛細(xì)管的柱并且有助于微流體裝置的優(yōu)點(diǎn)消失了 ”(Svec and Stachowiak, in Handbook ofcapillary and microchip electrophoresis and associated microtechniques, ed JamesP.Landes, CRC Press, 2008,pl299)。
[0009]集成的微型HPLC的實(shí)施“已被證明是無(wú)意義的，主要的原因與壓力有關(guān):在芯片上集成的栗產(chǎn)生高壓的困難以及制造高壓力等級(jí)微芯片的困難。因此，不僅與其它基于芯片的分析技術(shù)相比，而且鑒于HPLC作為一種分析技術(shù)的重要性，芯片液相色譜都是落后的” (Khirevich et al.Anal.Chem.，2009，81 (12)，pp 4937-4945)。
[0010]US6, 572，749指出，微HPLC的栗送問(wèn)題不能被解決，并教導(dǎo)了使用電滲栗送。但是，電滲栗送僅達(dá)到2500psi，依賴(lài)于長(zhǎng)柱，并且與其它電滲栗一樣在填料和電滲流之間存在相互作用。
[0011]雖然存在該技術(shù)以允許例如檢測(cè)平臺(tái)的微型化，然而，復(fù)雜的栗系統(tǒng)確保裝置的占用面積仍很大，從而導(dǎo)致不會(huì)有采用該技術(shù)的動(dòng)機(jī)。
[0012]本文所描述的本發(fā)明至少在其目前優(yōu)選的實(shí)施例中解決這些問(wèn)題和相關(guān)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種液相色譜裝置，所述液相色譜裝置包括:一個(gè)或多個(gè)用于液體介質(zhì)的液體容器；用于待被分析的樣品的樣品貯槽；以及與所述液體容器和所述樣品貯槽流體連通的色譜柱。所述裝置還包括氣體容器，所述氣體容器用于容納處于壓力下的一定體積的氣體，以在使用時(shí)迫使液體從所述液體容器移動(dòng)通過(guò)所述色譜柱。
[0014]因此，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)闅怏w容器用于推動(dòng)液體通過(guò)色譜柱，從而栗是不必要的。
[0015]所述裝置可以包括閥來(lái)控制氣體從氣體容器的釋放。在一個(gè)實(shí)施例中，氣體容器可以用可以破裂的密封蓋來(lái)密封，所述密封蓋在使用中被破裂以釋出氣體。這樣，氣體容器可以是一次性使用的。所述氣體容器和液體容器可以用可變形的膜分開(kāi)。這樣，在氣體不與液體接觸的情況下，氣體可以推動(dòng)液體通過(guò)色譜柱。
[0016]色譜柱可以設(shè)置在具有在I至5000微米范圍內(nèi)、優(yōu)選在20至200微米范圍內(nèi)的寬度的通道內(nèi)。色譜柱可以設(shè)置在具有在I至100厘米范圍內(nèi)、優(yōu)選在2至20厘米范圍內(nèi)的長(zhǎng)度的通道內(nèi)。
[0017]所述裝置可以包括在色譜柱下游的一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器。所述檢測(cè)器可以是例如光學(xué)檢測(cè)器、電學(xué)檢測(cè)器、放射檢測(cè)器。所述檢測(cè)器可以設(shè)置在與色譜柱流體連通的流體通道周?chē)?。所述檢測(cè)器的檢測(cè)路徑可以橫向于(例如，垂直于)流體的流動(dòng)路徑?？蛇x擇地，所述檢測(cè)器的檢測(cè)路徑可以基本上平行于流體的流動(dòng)路徑。
[0018]所述光學(xué)檢測(cè)器可包括，例如，一個(gè)或多個(gè)光電二極管。所述光學(xué)檢測(cè)器可以包括作為光源的一個(gè)或多個(gè)LED。
[0019]所述光學(xué)檢測(cè)器可包括位于流體通道的相反兩側(cè)上的相對(duì)的反射表面，所述相對(duì)的反射表面限定了光學(xué)腔。所述反射表面可以設(shè)置為流體通道的壁上的層。所述光學(xué)檢測(cè)器可以包括多個(gè)光源。
[0020]所述裝置可以包括與色譜柱流體連通的流體處理室，所述流體處理室用于盛裝已通過(guò)該色譜柱的流體，用于后續(xù)處理。
[0021]所述裝置可由電池來(lái)供電?？蛇x地或附加地，所述裝置可通過(guò)USB連接供電。
[0022]所述裝置可以在整體上或在部分上是一次性的和/或可消耗的。
[0023]所述裝置可被連接到手持式數(shù)據(jù)處理裝置(例如智能電話)，用于處理色譜法的結(jié)果。
【附圖說(shuō)明】
[0024]參照附圖在下文中進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中:
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的HPLC裝置的示意圖；
[0026]圖2是圖1的實(shí)施例的樣品裝載結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0027]圖3是圖1的實(shí)施例中的連接的示意圖；
[0028]圖4和圖4a示出了本發(fā)明的實(shí)施例的CRDS檢測(cè)系統(tǒng)；
[0029]圖5示出本發(fā)明的實(shí)施例；以及
[0030]圖6是根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例的HPLC裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明的實(shí)施例涉及通過(guò)使用用于栗送移動(dòng)相的氣體容器將高壓液相色譜的形式微型化至其中所述裝置是完全便攜式和/或一次性的程度。本發(fā)明的實(shí)施例是微型HPLC裝置，其中用于移動(dòng)移動(dòng)相的壓力通過(guò)從預(yù)加壓的容器釋放氣體來(lái)提供，不再需要集成到所述裝置中的常規(guī)栗。所述裝置可以是便攜式的和一次性的。
[0032]正如在圖1中例示，本發(fā)明的實(shí)施例包括由氣體容器I和(電磁閥)閥2組成的栗系統(tǒng)，所述氣體容器I盛裝處于適合運(yùn)行HPLC的壓力下的預(yù)加壓氣體，所述閥2在打開(kāi)時(shí)提供壓力來(lái)驅(qū)動(dòng)所述移動(dòng)相通過(guò)HPLC柱。所述裝置還包括移動(dòng)相容器3和填充有適合HPLC分離的固定相的毛細(xì)管柱4。樣品引入系統(tǒng)包括樣品貯槽5。設(shè)置有檢測(cè)系統(tǒng)6，所述檢測(cè)系統(tǒng)能檢測(cè)HPLC階段分離的分析物組分。在示出的例子中，所述檢測(cè)系統(tǒng)6包括發(fā)光二極管(LED)和光電二極管。設(shè)置有微電子控制器7，其能夠控制所述裝置并處理來(lái)自檢測(cè)系統(tǒng)6的數(shù)據(jù)。
[0033]由于所述設(shè)備意圖是一次性的，所以所述設(shè)備沒(méi)有會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)有設(shè)備大而重的相同的使用壽命的要求。在實(shí)施例中，所述裝置是一次性的?？蛇x地，所述裝置可以設(shè)計(jì)為數(shù)百或數(shù)千次被使用。
[0034]栗氣體容器I可以是鋼壁筒體。閥2優(yōu)選為電子控制的，例如是電磁閥。然而，如果所述裝置意在是一次性的，則氣體可以借助破壞氣體容器上的可刺穿密封件的機(jī)構(gòu)來(lái)釋放。
[0035]小的柱體積意味著在壓力下儲(chǔ)存的氣體膨脹的空間有限，假如在運(yùn)行中溫度沒(méi)有發(fā)生重大變化的話，從而以可預(yù)知的和可再現(xiàn)的速率驅(qū)動(dòng)在該氣體前方的溶劑。氣體的壓力在裝置的工作壽命期間不明顯變化，這意味著，重復(fù)的分析在裝置內(nèi)產(chǎn)生相同的狀況，從而產(chǎn)生相同的滯留時(shí)間。
[0036]可使用廣泛范圍的氣體。例如，氮?dú)馐潜阋撕投栊缘?。氣體容器內(nèi)的氣體與移動(dòng)相容器中的移動(dòng)相可以用可變形膜來(lái)分開(kāi)。
[0037]氣體容器I應(yīng)該足夠大因而移動(dòng)相移動(dòng)通過(guò)柱體積時(shí)的壓降較小。對(duì)于大致表現(xiàn)如理想氣體的氣體，壓降分?jǐn)?shù)等于體積增加分?jǐn)?shù)。因此，使得移動(dòng)移動(dòng)相通過(guò)10微升柱體積的10立方厘米的容器I將經(jīng)歷0.1%的壓力降。所述移動(dòng)相可以方便被盛裝在內(nèi)徑為27毫米的球形容器中。
[0038]所述裝置可在更大的壓降(例如，1%或10% )下運(yùn)行。因?yàn)閴航凳冀K是可再現(xiàn)的，所以在識(shí)別數(shù)據(jù)處理階段的峰值時(shí)，可以補(bǔ)償該壓降。
[0039]為了更大的精度或通過(guò)相同的柱體積進(jìn)行多個(gè)分離，較大的容器可用于較大的柱體積。手持式裝置可以容易地包括100立方厘米的容器。
[0040]栗送系統(tǒng)所提供的壓力隨著溫度而變化。對(duì)于理想氣體，3開(kāi)爾文的溫度變化預(yù)期會(huì)改變約I %的壓力。所述裝置可任選地包含溫度計(jì)，從而溫度變化可以在數(shù)據(jù)處理階段得以校正。所述裝置還可以任選地包括用于加熱或冷卻的機(jī)構(gòu)，例如電阻加熱或熱電冷卻。[0041 ] 所述裝置的工作柱體積典型地在0.1-10微升的范圍內(nèi)，這意味著1-5毫升的移動(dòng)相容器允許色譜的數(shù)百個(gè)柱體積。如果所述裝置包括一個(gè)以上的移動(dòng)相容器，通過(guò)允許建立梯度洗脫曲線的閥的活動(dòng)，洗脫液可能得以混合；只有一個(gè)容器的裝置局限于等梯度分析。
[0042]在所述裝置包括單一容器3的實(shí)施例中，等梯度分析包括:首先將柱用溶劑潤(rùn)濕；隨后通過(guò)固相洗脫樣品塞。
[0043]正如在圖2中例示，樣品借助專(zhuān)用樣品線被裝載到所述裝置中。在所示實(shí)施例中，樣品貯槽5是帶螺紋的，這樣一旦充滿(mǎn)以后，可轉(zhuǎn)動(dòng)(見(jiàn)箭頭A)固定螺釘8以將樣品移到所述裝置(見(jiàn)箭頭B)。樣品的體積可以精確地控制，并且取決于螺距和固定螺釘8旋轉(zhuǎn)的程度