專利名稱：一種溫度控制微分離系統(tǒng)切換與截止的方法及專用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微分離系統(tǒng)，具體地說是一種溫度控制微分離系統(tǒng)切換與截止的方法及專用裝置。
背景技術(shù)：
近年來由于微柱液相色譜、二維和多維HPLC、毛細(xì)管電泳和電色譜、微全分析系統(tǒng)(Lab-on-a-chip、μTAS)、陣列芯片電泳等微分離技術(shù)以其高效、樣品用量少、應(yīng)用范圍寬等特點而引起分析化學(xué)、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注；傳統(tǒng)HPLC流動相流速在毫升級，而微分離技術(shù)流動相一般要求在每分鐘納升至微升級流速范圍完成分離分析，要求在極低流動相流速下保證組成精度，進(jìn)樣體積、檢測及管路等整個系統(tǒng)的死體積極小，甚至達(dá)到絕對零死體積系統(tǒng)[文獻(xiàn)1Nolan A.Polson，Mark A.Hayes.Microfluidics Controlling Fluids in Small Places，Anal.Chem.，2001 June 1，2001；pp 312 A-319 A.。文獻(xiàn)2Daniel Figeys，Devanand Pinto.Lab-on-a-chipA Revolution in Biological and Medical Sciences.Anal.Chem.，2002，(9)，330A]。
在低壓液相色譜系統(tǒng)中，一般采用電磁閥控制改變各不同流路的抽吸時間比例，以達(dá)到調(diào)整其配比實現(xiàn)梯度分離的目的；在流動相總流速較低或其中一路或多路流動相的流速較低情況下，由于系統(tǒng)中控制切換的電磁閥、單向閥等的死體積較大，導(dǎo)致流動相組成的不確定性從而導(dǎo)致分析精度降低甚至分析失敗。
在常規(guī)HPLC分析中，高壓六通進(jìn)樣閥基本能夠滿足實際要求，但是在微柱HPLC分析中，由于流動相流速很低、進(jìn)樣量要求在納升至微升范圍甚至更小，傳統(tǒng)的的進(jìn)樣閥常會導(dǎo)致進(jìn)樣量過大形成超載引起分離色譜柱過載，導(dǎo)致色譜峰展寬或分離失敗。
在傳統(tǒng)HPLC和微柱HPLC也可以進(jìn)行半制備或微量制備，一般是通過檢測器監(jiān)控、切換閥控制收集特定目標(biāo)組分；在微量制備中，死體積相對流動相流速非常大是采用目前的切換閥存在的主要問題，導(dǎo)致收集目標(biāo)組分特別困難、收集效率極低、回收率低等結(jié)果。
二維和多維HPLC在蛋白質(zhì)組、中藥等復(fù)雜樣品的分離中具有突出優(yōu)勢，但是由于傳統(tǒng)液相色譜利用切換閥實現(xiàn)不同分離模式之間轉(zhuǎn)化過程中存在死體積太大、切換時間不易控制等限制，制約了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在陣列電泳、微全分析系統(tǒng)等復(fù)雜體系微流路系統(tǒng)控制中存在同樣的問題。
目前HPLC、毛細(xì)管電泳等常用分離技術(shù)中連接與溶劑切換、進(jìn)樣等許多技術(shù)不能滿足微分離技術(shù)的需要，在很大程度上限制了微分離分析技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用；因此發(fā)展微分離技術(shù)設(shè)備及相關(guān)附件是非常必要和重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種零死體積、無斷流的溫度控制微分離系統(tǒng)切換與截止的方法及專用裝置。采用本發(fā)明方法及裝置在微分離系統(tǒng)中精確控制流路中流動相、溶劑、樣品溶液等流體切換及改變流動方向，進(jìn)行微分析中流動相低壓梯度控制、實現(xiàn)無死體積無斷流進(jìn)樣及微量制備、衍生反應(yīng)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為通過改變系統(tǒng)中局部管路的溫度實現(xiàn)管路中流體的凍結(jié)與融化過程，控制微分離系統(tǒng)中流體截至、切換及流動方向的改變。
其中所述微分離系統(tǒng)是指液相色譜系統(tǒng)、毛細(xì)管電泳、電色譜、微全分析系統(tǒng)或陣列電泳；液相色譜系統(tǒng)為微柱高壓液相色譜(HPLC)、二維HPLC、多維HPLC或低壓液相色譜；所述陣列電泳是指陣列芯片電泳。
一種可實現(xiàn)上述方法的專用裝置為在微分離系統(tǒng)管路中設(shè)有至少一組與致熱及致冷裝置相連的致冷及致熱噴口或冷阱。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.本發(fā)明作為流路控制閥，起到一種獨特的切換閥和截止閥的作用。同時在微柱HPLC系統(tǒng)中高壓部分的管路中可通過方便調(diào)整凍結(jié)液體的長度，調(diào)節(jié)阻止閥的耐壓程度達(dá)到相應(yīng)的目的。
2.具有零死體積、無滲漏切換特點，進(jìn)樣精度高、速度快。本發(fā)明方法及裝置能夠在極短時間內(nèi)(一般小于300毫秒)完成流速從納升到毫升范圍流體的開通和截止過程，保證不存在死體積；解決了微柱HPLC、電泳和電色譜、微全分離系統(tǒng)和陣列電泳等微分離系統(tǒng)進(jìn)樣問題。
3.程序控制。本發(fā)明通過時間程序(程序控制溫度變化的時間)控制多通道切換(相當(dāng)于切換閥)可以實現(xiàn)多種不同流體的實時高精度定量比例調(diào)節(jié)，作為低壓液相色譜溶劑控制微分離系統(tǒng)溶劑調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)；本發(fā)明采用時間程序控制管路中流體的凍結(jié)和融化，不僅能夠完全避免系統(tǒng)本身死體積和流量不確定性等問題，還能實現(xiàn)精確控制流動相配比(溶劑切換和分配)的梯度微分離分析。作為低壓液相色譜梯度流動相控制器和分配閥，實現(xiàn)寬流量范圍、極大比例差異、多組分流動相的高精度混合與精密控制。
4.進(jìn)樣精度高、速度快。本發(fā)明用于HPLC進(jìn)樣系統(tǒng)的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)寬范圍進(jìn)樣量、尤其對于微柱HPLC極少量進(jìn)樣量高精度的要求，具有進(jìn)樣速度極快、不斷流的特點，是目前所有HPLC進(jìn)樣閥所不能完成的；其中采用零死體積、無斷流進(jìn)樣閥進(jìn)樣，實現(xiàn)了極微量樣品的進(jìn)樣；該管路系統(tǒng)上的切換和截止閥還具有方便易控等特點，作為HPLC進(jìn)樣閥，完成微升至納升(相同或不同)精確體積的極少量樣品的不斷流進(jìn)樣。
5.應(yīng)用范圍廣。本發(fā)明可用于二維或多維色譜、陣列電泳、微分離系統(tǒng)等系統(tǒng)中不同分離模式色譜柱之間的切換控制(相當(dāng)于切換和控制閥)，用于蛋白質(zhì)組、中藥等復(fù)雜樣品的分離分析；利用本發(fā)明的溫控(閥)方法能夠方便實現(xiàn)流體的切換，設(shè)定程式采集不同模式下分離的組分，進(jìn)入下一種分離模式，實現(xiàn)快速高效分離。另外，本發(fā)明用于微量制備及半制備HPLC產(chǎn)物(目標(biāo)樣品組分)的收集控制和切換，相對于目前的閥轉(zhuǎn)換方法具有快速、回收率高、收集效率高等特點，工作效率明顯提高；本發(fā)明作為溫控切換閥，能夠?qū)崿F(xiàn)無死體積、快速響應(yīng)，所以在微量及半制備中具有獨特優(yōu)勢。
6.結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。由于本發(fā)明革新了低壓液相色譜梯度流動相輸送系統(tǒng)的方式，極大地提高了流動相組成的精度，保證了分離效果的重現(xiàn)性，從而簡化了裝置。


圖1為本發(fā)明專用裝置示意圖。
圖2為微分離系統(tǒng)中溶劑混合裝置示意圖。
圖3為雙柱切換裝置示意圖。
圖4為二維微分離系統(tǒng)餾份收集圖。
圖5為二維微分離系統(tǒng)餾份分離圖。
具體實施例方式
本發(fā)明采用溫度控制微分離系統(tǒng)管路中流體的凍結(jié)與融化過程，實現(xiàn)流體切換及流動方向的改變；本發(fā)明提出一種采用溫度控制微柱HPLC、毛細(xì)管電泳和電色譜、微全分離系統(tǒng)、陣列電泳微分離系統(tǒng)管路中流體的凍結(jié)與融化過程，完成流體流動的控制；其是根據(jù)流體在低溫下會凝結(jié)成固體，當(dāng)溫度升高后融化的原理設(shè)計，利用液氮、干冰或其他制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的低溫使管路中的液體凝結(jié)，由于常用微分離系統(tǒng)管路的常用不銹鋼或石英等管路傳熱快，管徑相對較細(xì)，管內(nèi)液體可在極短時間(一般小于300毫秒)內(nèi)凝結(jié)成固體從而阻塞管路，通過熱源輸送的熱氣或由加熱系統(tǒng)提供的熱量使管路阻塞處迅速升溫，凝固液體熔化后可重新流動，繼續(xù)進(jìn)行分離分析工作，通過上述過程實現(xiàn)控制液流的目的；盡管可能管壁與其內(nèi)的液體的熱膨脹系數(shù)存在較大差異，但由于凍結(jié)的長度與內(nèi)徑相比極大，因此并不妨礙阻止流體流動之目的，同時在微柱HPLC系統(tǒng)中高壓部分的管路中可通過方便調(diào)整凍結(jié)液體的長度，調(diào)節(jié)阻止閥的耐壓程度達(dá)到相應(yīng)的目的。
實施例1 流路控制如圖1所示，其中1.毛細(xì)管管路；2.致熱噴口；3.致冷噴口；4.致熱裝置；5.致冷裝置。本發(fā)明根據(jù)流體在低溫下會凝結(jié)成固體，當(dāng)溫度升高后融化的原理設(shè)計，利用液氮、干冰或其他制冷系統(tǒng)5產(chǎn)生的低溫通過噴口3使充滿管路1中的液體凝結(jié)，由于常用微分離系統(tǒng)管路的常用不銹鋼或石英等管路傳熱快，管徑相對較細(xì)，管內(nèi)液體可在極短時間(一般小于300毫秒)內(nèi)凝結(jié)成固體從而阻塞管路，通過熱源4輸送的熱氣通過接口2使得管路阻塞處迅速升溫，凝固液體熔化后可重新流動，繼續(xù)進(jìn)行分離分析工作，通過上述過程實現(xiàn)控制液流的目的。
實施例2 低壓梯度溶劑控制和切換如圖2所示，其中1.毛細(xì)管管路；2.致熱噴口；3.致冷噴口；4.致熱裝置；5.致冷裝置；6.分離系統(tǒng)；7.恒流泵；8.溶劑儲存瓶；9.混合器。恒流泵7將儲存于溶劑瓶中的溶劑A、B和C分別通過毛細(xì)管路1引進(jìn)系統(tǒng)，通過混合器9混合均勻后進(jìn)入分離系統(tǒng)6，通過程序控制致冷裝置5和致熱裝置4的切換時間，從而使控制三路毛細(xì)管的致熱噴口2和致冷噴口3按照時間程序交替作用使三個毛細(xì)管按照設(shè)定的時間程序比例運行達(dá)到控制進(jìn)入系統(tǒng)的溶劑ABC的比例，實現(xiàn)溶劑梯度控制的目的。該系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)分離系統(tǒng)機(jī)械切換閥、電磁閥控制切換帶來的死體積、滯后時間增加等問題，實現(xiàn)了零死體積溶劑切換，在多維HPLC色譜、電泳等微分離系統(tǒng)中具有明顯的優(yōu)勢。
實施例3 雙柱切換系統(tǒng)如圖3所示，其中1.毛細(xì)管管路；2.致熱噴口；3.致冷噴口；7.恒流泵或高壓電源；11.進(jìn)樣閥；10.檢測器；14.色譜柱1；15.色譜柱2。采用溫控在微柱液相或毛細(xì)管電泳、電色譜分離中實現(xiàn)雙柱切換。毛細(xì)管柱中的液體在高壓恒流泵或高壓電源7驅(qū)動下流動，致冷噴口3和致熱噴口2控制液體流動的方向，按照箭頭a指示通過色譜柱1分離后進(jìn)入檢測器10或按照箭頭b指示流向通過色譜柱2分離后進(jìn)入檢測器10進(jìn)行檢測；按照上述方法，根據(jù)樣品的性質(zhì)和流動相條件，能夠方便實現(xiàn)色譜柱切換，實現(xiàn)分離目的。
實施例4 二維微分離系統(tǒng)切換二維色譜在蛋白質(zhì)組、中藥等復(fù)雜樣品的分離中具有突出優(yōu)勢，該方法首先將一種分離模式對樣品進(jìn)行分離，然后將餾分分段收集再進(jìn)入另外一種色譜模式進(jìn)行分離。
如圖4所示，其中2.致熱噴口；3.致冷噴口；7.恒流泵或高壓電源；10.檢測器；11.進(jìn)樣閥；12.餾分收集管；13.廢液瓶；14.色譜柱1；15.色譜柱2。本實施例通過高壓恒流泵7輸送流動相通過進(jìn)樣系統(tǒng)11進(jìn)樣，樣品在色譜柱1中進(jìn)行分離，通過檢測器10檢測流出組分，分離后的餾分通過b-a-e-f充滿餾分收集管12；第二步通過程序控制b-a，e-f，c-d之間的溫控切換閥2和3，使之封閉；同時打開b-c，a-f和d-e之間的切換閥2和3使管路連通(見圖5)，此時色譜柱1流出液通過管路b-c排到廢液瓶13，另一恒流泵輸送另外一種流動相通過管路d-e將餾分收集管12中的餾分帶入色譜柱2中進(jìn)行分離，檢測器檢測；循環(huán)該操作可以實現(xiàn)復(fù)雜樣品的分離。
權(quán)利要求
1.一種溫度控制微分離系統(tǒng)切換與截止的方法，其特征在于通過改變系統(tǒng)中局部管路的溫度實現(xiàn)管路中流體的凍結(jié)與融化過程，控制微分離系統(tǒng)中流體截至、切換及流動方向的改變。
2.按照權(quán)利要求1所述方法，其特征在于其中所述微分離系統(tǒng)是指液相色譜系統(tǒng)、毛細(xì)管電泳、電色譜、微全分析系統(tǒng)或陣列電泳。
3.按照權(quán)利要求2所述方法，其特征在于其中所述液相色譜系統(tǒng)為微柱高壓液相色譜(HPLC)、二維HPLC、多維HPLC或低壓液相色譜。
4.按照權(quán)利要求2所述方法，其特征在于其中所述陣列電泳是指陣列芯片電泳。
5.一種按照權(quán)利要求1所述方法的專用裝置，其特征在于在微分離系統(tǒng)管路中設(shè)有至少一組與致熱及致冷裝置相連的致冷及致熱噴口或冷阱。
全文摘要
本發(fā)明涉及微分離系統(tǒng)，具體地說是一種溫度控制微分離系統(tǒng)切換與截止的方法及專用裝置，通過改變系統(tǒng)中局部管路的溫度實現(xiàn)管路中流體的凍結(jié)與融化過程，控制微分離系統(tǒng)中流體截至、切換及流動方向的改變。本發(fā)明的優(yōu)點為作為流路控制閥，起到一種獨特的切換閥和截止閥的作用；具有零死體積、無滲漏切換特點，進(jìn)樣精度高、速度快；可程序控制；應(yīng)用范圍廣；結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。
文檔編號G01N27/447GK1580780SQ03133658
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月8日
發(fā)明者張慶合, 張維冰, 李彤 申請人:大連依利特分析儀器有限公司