專利名稱：用于毛細管電泳／電色譜與質譜聯用的微流泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及毛細管電泳/電色譜與質譜聯用技術，具體地說是一種用于毛細管電泳/電色譜與質譜聯用的微流泵。
背景技術：
毛細管電泳根據帶電樣品在電場中電泳淌度的不同來實現分離，是目前分離帶電樣品最有效的技術之一；反相高效液相色譜則根據樣品與固定相表面疏水作用的強弱進行分離，是目前高效液相色譜廣泛使用的分離模式；毛細管電色譜是高效液相色譜和毛細管電泳相結合的微分離技術，秉承了高效液相色譜的高選擇性和毛細管電泳的高效性，具有快速分離和節省溶劑和樣品等優點，自1974年問世以來就受到了廣泛的關注。
有關電色譜的研究論文呈指數型增長。在毛細管電色譜發展的初期，人們直接將高效液相色譜填料裝填在毛細管內，隨后人們意識到該方法存在很多弊端，首先顆粒填充柱的制備十分繁瑣，并且為固定固定相填料而燒結的封口也會引起諸如基線不穩，甚至由于產生氣泡而導致實驗失敗等問題；為了克服上述問題，人們急切尋求一種易于制備并且無需封口的毛細管電色譜柱；整體柱具有制備簡單，并可實現固定相與毛細管內壁鍵合，從而無需封口，且固定相的表面性質易于調節等特點，近幾年來有關毛細管電色譜整體柱的研究十分活躍，隨著整體柱制備技術的進一步完善和更多類型整體柱的出現，傳統的顆粒填充柱必然會被整體柱所取代。目前無機硅膠整體柱(文獻1.Minakuchi H，NakanishiK，Soga N，Ishizuka N，Tanaka N，Anal.Chem.，1996，683498～3501文獻2.Minakuchi H，Nakanishi K，Soga N，Ishizuka N，Tanaka N，J.Chromatogr.A，1998，797121～131)、聚丙烯酰胺類(文獻3.Fujimotoj C，Fujise Y，Matsuzawa E，Anal.Chem.，1996，682753～2757文獻4.Fujimoto C，Kino J，Sawada H，J.Chromatogr.A，1995，716107～113)、聚苯乙烯-二乙烯基苯類(文獻5.Xiong B H，Zhang L H，Zhang Y K，Zou H F，Wang J D，J.High Resol.Chromatogr.，2000，23(1)67～72)、聚甲基丙烯酸酯類(文獻6.Peters E C，Petro M，Svec F，Frechet J M J，Anal.Chem，1998，70(11)2288～2295文獻7.Peters E C，Petro M，Svec F，Frechet J M J，Anal.Chem.，1997，693646～3649)等聚合物整體柱均已有文獻報道，因整體柱較傳統的顆粒填充柱具有較明顯的優點，從而被譽為第四代填料(文獻8.Iberer G，Hahn R，Jungbauer A，LC-GC，1999，17(11)998～1005)。
較低的濃度檢測靈敏度一直是毛細管電泳和毛細管電色譜亟待解決的問題。安捷倫公司推出的Z型和泡型毛細管雖可通過增加光程提高幾倍及十幾倍的檢測靈敏度，但同時也帶來了由此而產生的峰展寬和毛細管更易斷裂等弊端。毛細管電色譜柱上濃縮技術是近幾年十分活躍的研究領域，其采用區帶壓縮效應和場放大技術對堿性化合物和中性化合物可達上萬倍的濃縮，雖然柱上濃縮技術可在普通毛細管電泳或毛細管電色譜儀器上直接實現，但為了實現較高的濃縮倍數，通常樣品基質和流動相的差異較大，進一步增加了氣泡產生的可能性，并且我們在實驗中還觀察到對于中性樣品，存在非線性現象，這些都說明毛細管電色譜柱上濃縮技術還處在尚待完善階段(文獻9.Zhang Y K，Zhu J，Zhang LH，Zhang W B，Anal.Chem.2000，70(22)，5744～5747)。在2000年，安捷倫公司和貝克曼公司分別推出了各自商品化的毛細管電泳/電色譜與質譜聯用儀器，由于質譜作為一種通用型高靈敏檢測器，其與電泳儀和電色譜儀的聯用基本上解決了毛細管電泳和電色譜檢測靈敏度低的弊端；電泳/電色譜與質譜聯用接口有多種型式，其中最廣泛使用的是電噴霧接口(ESI)；由于毛細管電泳和毛細管電色譜的流速十分小，單純靠如此小的流速無法實現穩定的電噴霧和穩定的導電性；為了解決上述問題，ESI/MS一般需要提供鞘流液，鞘流液的流速一般要求在納升或微升/分鐘范圍內，普通的高壓液相泵難以滿足上述要求，一般CEC/CE-ESI/MS需配備微流泵，這進一步增加了儀器成本。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的在于提供一種成本低、流速可調的用于毛細管電泳/電色譜與質譜聯用的微流泵。
為了實現上述目的，本發明采取的技術方案為采用普通高壓液相泵與內徑小于2mm、內部填有填料的細內徑柱串聯而成，來實現微流泵的功能；其中所述細內徑柱較好為毛細管整體柱。
本發明所述的微流泵可以用在為毛細管電泳/電色譜與質譜聯用儀器提供鞘流液上。
本發明具有如下優點1.降低毛細管電泳/毛細管電色譜與質譜儀聯用的儀器成本。因為大部分分析化學實驗時都配有高壓液相色譜泵，只需將其與毛細管整體柱聯用，就可實現微流泵的功能。
2.為了獲得所需的流速，可供選擇的變量更多，增加實驗的靈活性。整體柱的孔徑及孔徑分布可控，因此通過高壓液相色譜泵與毛細管整體柱聯用而獲得的流速可通過改變整體柱孔徑的大小、毛細管整體柱的長短、所用毛細管內徑和高壓液相泵的泵壓及鞘流液的組成來調節，因此可供選擇的變量多，使實驗更具有靈活性。
3.適用范圍廣。將毛細管聚合物整體柱與高壓液相色譜聯用實現微流泵的功能，進一步拓寬了毛細管整體柱的應用范圍；另外該方法對于大部分聚合物整體柱及傳統的顆粒填充毛細管均適用，如甲基丙烯酸酯類整體柱、苯乙烯-二乙烯基苯類整體柱、丙烯酰胺類整體柱；目前使用的毛細管電色譜柱、毛細管微柱和細內徑柱均可替換聚合物整體柱，普適性廣。
4.易于推廣應用。在分析實驗室內，傳統高壓液相色譜泵一般較為易得，并且其可提供恒壓和恒流模式。高壓液相泵與毛細管整體柱聯用后，由于毛細管整體柱存在柱壓降，在恒壓模式下可通過毛細管整體柱來實現降低流速的目的。
圖1為在不同內徑毛細管中流速的變化圖譜。(毛細管整體柱采用表1中反應物比例a制成)。
圖2為在不同內徑毛細管中流速的變化圖譜。(毛細管整體柱采用表1中反應物比例b制成)。
圖3為在不同內徑毛細管中流速的變化圖譜。(毛細管整體柱采用表1中反應物比例c制成)。
圖4為在毛細管整體柱內徑50μm時，不同反應物比例對流速的變化圖譜。
圖5為在毛細管整體柱內徑75μm時，不同反應物比例對流速的變化圖譜。
圖6為在毛細管整體柱內徑100μm時，不同反應物比例對流速的變化圖譜。
圖7為在毛細管整體柱內徑100μm時，鞘流液中不同乙腈含量對流速的變化圖譜。
圖8為在毛細管整體柱內徑75μm時，鞘流液中不同乙腈含量對流速的變化圖譜。
圖9為在毛細管整體柱內徑50μm時，鞘流液中不同乙腈含量對流速的變化圖譜。
圖10為不同有機調節劑含量下流速的變化圖譜。
具體實施例方式
為提高毛細管電色譜柱的穩定性，一般需將固定相與毛細管內壁鍵合，對于聚合物整體柱，大部分采用雙官能團試劑(γ-MAPS)來實現，雙官能團試劑一端是烷氧基團，其與毛細管內壁的硅羥基發生反應；另一端的雙鍵在單體聚合時參與聚合(見下面示例雙官能試劑分子結構式I)。固定相通過雙官能團試劑實現了與毛細管內壁的間接鍵合，提高了床層的穩定性。
表1單體和制孔劑的含量(％，w/w)
表1中EDMA為雙甲基丙烯酸乙酯，BMA為甲基丙烯酸丁酯，AMPS為2-丙稀酰胺-2-甲基丙磺酸。單體和制孔劑的比例均為40∶60(％，w/w)，上述混合物在經雙官能團處理過的毛細管中由偶氮二異丁腈引發并在60℃聚合20h，然后用乙腈沖洗毛細管，以除去柱內殘余的單體，用毛細管切管器切除毛細管兩端，獲得所需長度的毛細管整體柱。
將上述聚合物整體柱與傳統高壓液相泵聯用，可以實現微流泵的功能。其結果如圖所示圖1～9中的圖例第一個數字代表毛細管內徑，第二個數字表示水和乙腈的比例，字母標號與表1中所示的反應物比例對應；聚合物整體柱長度均為28cm。整體柱流速通過測量流出溶劑的重量和密度計算而得。
1.毛細管內徑對流速的影響從圖1～3可以看出，流速隨著毛細管內徑的增加而增加，說明可以通過改變毛細管內徑來調節流速。
2.壓力對流速的影響從圖4～6可以看出，隨著施加壓力的增加，流速也在線性地增加。這說明該種聚合物整體柱具有較強的機械強度，在外加壓力達到300bar時，其孔結構沒有反生變化。如果其孔結構在高壓下塌陷，會引起柱子的通透性變差，從而導致流速與壓力曲線偏離線性。
3.制孔劑中正丙醇含量對流速的影響圖7～9不同毛細管整體柱內徑下制孔劑中正丙醇的含量對流速的影響。從圖7～9可以看出，制孔劑中正丙醇的含量對整體柱的孔徑有著十分顯著的影響。隨著正丙醇含量的降低，整體柱的孔徑增大，因此在相同的外加壓力下，可獲得更大的流速。
4.有機調節劑對流速的影響圖10有機調節劑含量對流速的影響，其中圖例數字表示毛細管內徑，字母表示所用混合物組成。
通常聚合物都具有溶脹性質，并且其溶脹程度會隨著所用有機體調節劑的含量發生改變。提高有機調節劑含量，聚合物的溶脹程度增加，孔徑變小，通透性變差，但隨著乙腈濃度的提高，粘度逐步降低，因此有機調節劑濃度對流速的影響是上述兩種因素綜合作用的結果。從圖10可以看出，在不同內徑的毛細管中，有機調節劑濃度對流速的影響趨勢是一致的，流速隨著乙腈濃度的增加而降低，說明因溶脹使連續床層孔徑變小從而引起流速降低為主要因素。但隨著有機調節濃度的進一步提高，流速開始增加，表明粘度變化對流速的影響此時由次要因素變為主要因素。
通過毛細管整體柱和高壓液相泵的聯用，可獲得0.1-6μL/min的流速，完全可以滿足CE/CEC-MS對鞘流液流速的要求。采用該項技術可以替代用于CE/CEC-MS的商品化微流泵，從而達到降低儀器成本的目的。
毛細管的柱長、內徑、聚合物孔徑的大小、鞘流液的組成、外加壓力均對流速產生影響，因此可供選擇的變量多，使實驗更具有靈活性。目前使用的毛細管電色譜柱、毛細管微柱和細內徑柱均可替換聚合物整體柱，普適性廣。
權利要求
1.用于毛細管電泳/電色譜與質譜聯用的微流泵，其特征在于其由高壓液相泵與內徑小于2mm、內部填有填料的細內徑柱串聯而成。
2.按照權利要求1所述用于毛細管電泳/電色譜與質譜聯用的微流泵，其特征在于其中所述細內徑柱為毛細管整體柱。
3.一種權利要求1所述微流泵在為毛細管電泳/電色譜與質譜聯用儀器提供鞘流液上的應用。
全文摘要
本發明涉及毛細管電泳/電色譜與質譜聯用技術，是一種用于毛細管電泳/電色譜與質譜聯用的微流泵。本發明微流泵，由高壓液相泵與內徑小于2mm、內部填有填料的細內徑柱串聯而成；用在為毛細管電泳/電色譜與質譜聯用儀器提供鞘流液上。本發明降低了毛細管電泳/毛細管電色譜與質譜儀聯用的儀器成本，增加實驗的靈活性，并且其適用范圍廣，易于推廣應用。
文檔編號G01N30/00GK1499200SQ0214458
公開日2004年5月26日 申請日期2002年11月8日 優先權日2002年11月8日
發明者平貴臣, 飛利浦·施密特考普林, 張玉奎, 張維冰, 張麗華, 張凌怡, 安童尼爾斯·凱楚普, 施密特考普林, 爾斯 凱楚普 申請人:中國科學院大連化學物理研究所