微型hplc設備的制造方法
【專利說明】微型HPLC設備
[0001]本發明申請是申請日為2011年06月27日，申請號為2011800313886 (PCT/GB2011/051217)，發明名稱為“微型HPLC設備”的中國發明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及一種液相色譜裝置。
【背景技術】
[0003]M.Dong 在 Modern HPLC for Practising Scientists，Wiley，2006 中描述了高壓液相色譜的領域。簡單地說，色譜用于從由化合物的混合物組成的樣品中分離、識別和定量化合物。樣品溶解在流體移動相中，移動相與不動的、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于樣品中其余成分對它們的親和力來選擇。當移動相移動通過固定相時，單獨樣品成分將被固定相不同程度地滯留從而分離。滯留時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。高壓液相色譜推動移動相通過盛裝典型的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運行，從而推動溶劑通過盛裝數個微米級直徑的更小顆粒的柱。
[0005]分離的分析物可能通過一種或多種技術來檢測，所述技術包括紫外-可見光吸收、熒光、光散射、折射率分析或質譜法。這些技術特別是在被并行使用時以對很寬范圍的化合物進行識別和絕對定量，還可以對更復雜的、未知分析物的混合物進行半定量分析。檢測信號參照樣品被注射到色譜柱上的時間:在相同的條件下，給定的化合物將具有的特征滯留時間，這允許識別該化合物。檢測技術是破壞性的情況下，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移到分液收集器。
[0006]HPLC已廣泛應用在制藥業、環境監測、醫學、學術界、國防、司法科學和其它領域。然而，HPLC的使用受HPLC系統的體積和費用限制。現有的HPLC系統的立方米級的占用面積、市政供電、大體積的洗脫液、重量和機械脆弱性需要固定的實驗裝置。這種系統的大小和相對較低的利用率共同導致該裝置無論在最初的支出還是在保養維護方面的花費都非常昂貴。典型的系統耗資成千上萬英鎊，而僅大型的、完善的公司和研究機構能夠承受。此夕卜，HPLC管道的小直徑加上通過這種技術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導致對HPLC的嚴重損壞，即使避免了這種損壞，延長的設備停機時間是不可避免的。
[0007]最阻礙微型化的部件是栗。
[0008]例如，據稱“對在芯片上進行類似HPLC分離的興趣有限的原因似乎是配管的復雜性，這是因為標準HPLC儀器通常必須包括外部栗。因此，芯片的作用降級為類似毛細管的柱并且有助于微流體裝置的優點消失了 ”(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的實施“已被證明是無意義的，主要的原因與壓力有關:在芯片上集成的栗產生高壓的困難以及制造高壓力等級微芯片的困難。因此，不僅與其它基于芯片的分析技術相比，而且鑒于HPLC作為一種分析技術的重要性，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的栗送問題不能被解決，并教導了使用電滲栗送。但是，電滲栗送僅達到2500psi，依賴于長柱，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]雖然存在該技術以允許例如檢測平臺的微型化，然而，復雜的栗系統確保裝置的占用面積仍很大，從而導致不會有采用該技術的動機。
[0012]本文所描述的本發明至少在其目前優選的實施例中解決這些問題和相關的需求。
【發明內容】
[0013]根據本發明，提供了一種液相色譜裝置，所述液相色譜裝置包括:一個或多個用于液體介質的液體容器；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，以在使用時迫使液體從所述液體容器移動通過所述色譜柱。
[0014]因此，根據本發明，因為氣體容器用于推動液體通過色譜柱，從而栗是不必要的。
[0015]所述裝置可以包括閥來控制氣體從氣體容器的釋放。在一個實施例中，氣體容器可以用可以破裂的密封蓋來密封，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。這樣，在氣體不與液體接觸的情況下，氣體可以推動液體通過色譜柱。
[0016]色譜柱可以設置在具有在I至5000微米范圍內、優選在20至200微米范圍內的寬度的通道內。色譜柱可以設置在具有在I至100厘米范圍內、優選在2至20厘米范圍內的長度的通道內。
[0017]所述裝置可以包括在色譜柱下游的一個或多個檢測器。所述檢測器可以是例如光學檢測器、電學檢測器、放射檢測器。所述檢測器可以設置在與色譜柱流體連通的流體通道周圍。所述檢測器的檢測路徑可以橫向于(例如，垂直于)流體的流動路徑。可選擇地，所述檢測器的檢測路徑可以基本上平行于流體的流動路徑。
[0018]所述光學檢測器可包括，例如，一個或多個光電二極管。所述光學檢測器可以包括作為光源的一個或多個LED。
[0019]所述光學檢測器可包括位于流體通道的相反兩側上的相對的反射表面，所述相對的反射表面限定了光學腔。所述反射表面可以設置為流體通道的壁上的層。所述光學檢測器可以包括多個光源。
[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該色譜柱的流體，用于后續處理。
[0021]所述裝置可由電池來供電。可選地或附加地，所述裝置可通過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據處理裝置(例如智能電話)，用于處理色譜法的結果。
【附圖說明】
[0024]參照附圖在下文中進一步描述本發明的實施例，在附圖中:
[0025]圖1是根據本發明的實施例的HPLC裝置的示意圖；
[0026]圖2是圖1的實施例的樣品裝載結構的示意圖；
[0027]圖3是圖1的實施例中的連接的示意圖；
[0028]圖4和圖4a示出了本發明的實施例的CRDS檢測系統；
[0029]圖5示出本發明的實施例；以及
[0030]圖6是根據本發明的備選實施例的HPLC裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]本發明的實施例涉及通過使用用于栗送移動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。本發明的實施例是微型HPLC裝置，其中用于移動移動相的壓力通過從預加壓的容器釋放氣體來提供，不再需要集成到所述裝置中的常規栗。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，本發明的實施例包括由氣體容器I和(電磁閥)閥2組成的栗系統，所述氣體容器I盛裝處于適合運行HPLC的壓力下的預加壓氣體，所述閥2在打開時提供壓力來驅動所述移動相通過HPLC柱。所述裝置還包括移動相容器3和填充有適合HPLC分離的固定相的毛細管柱4。樣品引入系統包括樣品貯槽5。設置有檢測系統6，所述檢測系統能檢測HPLC階段分離的分析物組分。在示出的例子中，所述檢測系統6包括發光二極管(LED)和光電二極管。設置有微電子控制器7，其能夠控制所述裝置并處理來自檢測系統6的數據。
[0033]由于所述設備意圖是一次性的，所以所述設備沒有會導致現有設備大而重的相同的使用壽命的要求。在實施例中，所述裝置是一次性的。可選地，所述裝置可以設計為數百或數千次被使用。
[0034]栗氣體容器I可以是鋼壁筒體。閥2優選為電子控制的，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構來釋放。
[0035]小的柱體積意味著在壓力下儲存的氣體膨脹的空間有限，假如在運行中溫度沒有發生重大變化的話，從而以可預知的和可再現的速率驅動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，重復的分析在裝置內產生相同的狀況，從而產生相同的滯留時間。
[0036]可使用廣泛范圍的氣體。例如，氮氣是便宜和惰性的。氣體容器內的氣體與移動相容器中的移動相可以用可變形膜來分開。
[0037]氣體容器I應該足夠大因而移動相移動通過柱體積時的壓降較小。對于大致表現如理想氣體的氣體，壓降分數等于體積增加分數。因此，使得移動移動相通過10微升柱體積的10立方厘米的容器I將經歷0.1%的壓力降。所述移動相可以方便被盛裝在內徑為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% )下運行。因為壓降始終是可再現的，所以在識別數據處理階段的峰值時，可以補償該壓降。
[0039]為了更大的精度或通過相同的柱體積進行多個分離，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]栗送系統所提供的壓力隨著溫度而變化。對于理想氣體，3開爾文的溫度變化預期會改變約I %的壓力。所述裝置可任選地包含溫度計，從而溫度變化可以在數據處理階段得以校正。所述裝置還可以任選地包括用于加熱或冷卻的機構，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，這意味著1-5毫升的移動相容器允許色譜的數百個柱體積。如果所述裝置包括一個以上的移動相容器，通過允許建立梯度洗脫曲線的閥的活動，洗脫液可能得以混合；只有一個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的實施例中，等梯度分析包括:首先將柱用溶劑潤濕；隨后通過固相洗脫樣品塞。
[0043]正如在圖2中例示，樣品借助專用樣品線被裝載到所述裝置中。在所示實施例中，樣品貯槽5是帶螺紋的，這樣一旦充滿以后，可轉動(見箭頭A)固定螺釘8以將樣品移到所述裝置(見箭頭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旋轉的程度