CN107525878A - 一种用于高效液相色谱和流动注射分析的荧光检测池座 - Google Patents

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Abstract

发明了一种用于高效液相色谱和流动注射分析的荧光检测池座，检测池座内主要包括激发光路孔、流通池孔和荧光收集光路孔。激发光路孔的轴线与流通池孔和荧光收集光路孔的轴线所处平面正交，流通池孔与荧光收集光路的轴线夹角为20‑70°；正交光路和20‑70°荧光收集角度显著提高了检测信噪比。流通池孔和荧光收集光路孔的内壁做发黑处理，进一步提高信噪比。所发明的检测池座集成了激发光路、流通池和荧光收集光路的全部光学部件，实现了小型化和集成化。

Description

一种用于高效液相色谱和流动注射分析的荧光检测池座
技术领域
本发明专利涉及高效液相色谱(HPLC)领域和流动注射分析(FIA)领域，更具体地说，涉及一种用于HPLC和FIA的荧光检测池座。
背景技术
液相色谱、流动注射作为高效能的分析技术，广泛地用于混合物质的分离分析。荧光检测器(FLD)是一种高灵敏度和高选择性检测器，与液相色谱和流动注射相结合，广泛地用于检测复杂混合痕量生物和环境物质。荧光检测器的关键模块包括激发光路、检测池区域(包括流通池)和荧光收集光路；其光学结构有共聚焦、正交、平行式等等。正交结构因荧光收集光路与激发光路相垂直，故产生的激发光杂散光很小；且正交结构不同于共聚焦，它的两套光学系统相互独立，有更强的灵活性；故正交结构被更多的研究者青睐，应用在商品的荧光检测器结构中。发明者课题组及发明者本人在研究毛细管微流动分析时发现正交结构中将荧光收集光路与毛细管液路成一定角度能进一步提高检测信噪比。高效液相色谱(HPLC)和流动注射分析(FIA)领域是比毛细管电泳和微流控芯片具有更大市场、应用更广泛的分析领域，70％以上的有机化合物可用HPLC分析。但是，这种优越的检测光路结构并没有在HPLC和FIA领域得到应用。现有的专利申请技术还是主要集中于毛细管分析领域，如专利201410245452.6和200810012013.5。另外，近二十年，微型化和集成化是分析仪器发展的一个主流趋势，也是FLD重要的发展趋势。使用氙灯研制成的FLD的体积与HPLC高压泵体积相当，难以微型化。HPLC和FIA领域也缺少微型、高灵敏、集成、专用的荧光检测器。
发明内容
针对上述问题，为了改进现有技术的不足，本发明提供一种新型的专用于HPLC和FIA领域的高信噪比、集成式、小型荧光检测池座，可将整个激发光路、流通池和荧光收集光路集成在一起，实现了高度集成式检测池座，得到了极高的检测灵敏度。本发明检测池座适用于LED光源或小型激光二极管(LD)光源。检测池座内包括激发光路孔、流通池孔和荧光收集光路孔。流通池孔和荧光收集光路孔相交至相通，不破坏流通池孔的另一侧内壁；激发光路孔的轴线与流通池孔和荧光收集光路孔的轴线所处平面正交，流通池孔与荧光收集光路的轴线夹角为20-70°；第二激发光路孔与第一激发光路孔同轴正对。流通池孔和荧光收集光路孔加工过程中自然形成的两个挡爪能遮挡反光或背景荧光，进一步提高检测信噪比。
本发明的技术方案是：
一种用于高效液相色谱和流动注射分析的荧光检测池座，块状检测池座内包括第一激发光路孔、流通池孔、荧光收集光路孔和第二激发光路孔，其特征在于：于块状检测池座的上下表面分别开设有同轴的圆形盲孔，分别为第一激发光路孔、第二激发光路孔；从块状检测池座的左侧表面向右侧表面开设有作为流通池孔的圆形通孔，流通池孔从第一激发光路孔、第二激发光路孔之间通过，且流通池孔分别与从第一激发光路孔、第二激发光路孔相连通；于流通池孔的侧壁面上开设有圆形荧光收集光路孔，流通池孔和荧光收集光路孔的轴线相交于同一平面上；第一激发光路孔的轴线与流通池孔和荧光收集光路孔的轴线所处平面正交，流通池孔与荧光收集光路的轴线夹角为20-70°；流通池孔的轴线位于第一激发光路孔的中心上；流通池孔的轴线与第一激发光路孔或第二激发光路孔的轴线交点为A，流通池孔的轴线和荧光收集光路孔的轴线交点为B，A与B的距离小于第一激发光路孔或第二激发光路孔的半径；于荧光收集光路孔远离流通池孔的一端设有与荧光收集光路孔同轴的收集透镜孔；于收集透镜孔远离流通池孔一端的块状检测池座上切削有一作为连接平面的平面，连接平面与荧光收集光路孔的轴线垂直，收集透镜孔一端与荧光收集光路孔相连通，另一端处于块状检测池座外表面的连接平面上。
所述第一激发光路孔和第二激发光路孔的直径2-10mm，第一激发光路孔和第二激发光路孔的直径大于流通池孔的直径；第一激发光路孔和第二激发光路孔之间的距离小于流通池孔的直径；第二激发光路孔与第一激发光路孔同轴正对设置，第一激发光路孔和第二激发光路孔之间的距离是指形成第一激发光路孔的盲孔底面和形成第二激发光路孔的盲孔底面之间的距离。
所述流通池孔的直径为1-6mm，取决于所用石英管流通池的池体积。
所述荧光收集光路孔的直径1-6mm，与流通池孔的直径相同；荧光收集光路孔的深度保证荧光收集光路孔和流通池孔相交至相通，但不破坏流通池孔的另一侧内壁；即流通池孔和荧光收集光路孔相交至相通，不破坏流通池孔远离荧光收集光路孔一侧的另一侧内壁；荧光收集光路孔的直径小于收集透镜孔的直径。
所述收集透镜孔的直径大于流通池孔的直径。
所述检测池座的材料为无荧光的表面氧化发黑的金属或无荧光的黑色高分子材料；金属为铝、铜或不锈钢，高分子材料为聚醚醚酮、聚氯乙烯、聚甲醛或聚四氟乙烯。
所述连接平面上设有用来连接光电转换组件的螺纹孔。
所述第一激发光路孔和第二激发光路孔的内设置有垂直光轴方向的光学组件，流通池内设置有石英管；第一激发光路孔和第二激发光路孔的内深度保证两个激发光路内靠近流通池的组件与流通池内石英管距离为0-0.5mm。
与现有技术相比，本发明的检测池座具有如下优点：
1、检测池座专用于HPLC和FIA系统，设计不同的流通池孔径和荧光收集光路孔径就能匹配特种需求的HPLC和FIA专用流通池体积。
2、激发光路与流通池和荧光收集光路正交同时荧光收集角度为20-70°；相比于纯正交和激发光圆孔限束式检测结构，检测信噪比提高了10-20倍。
3、一个检测池座就可将整个激发光路、流通池和荧光收集光路集成在一起，大大提高了检测器的微型化和集成化。
4、流通池孔和荧光收集光路孔加工过程中自然形成的两个挡爪能遮挡反光或背景荧光，进一步提高检测信噪比。
5、第二激发光路提高了激发效率，增加了荧光信号强度。
6、设计结构简单，都是套筒插拔式，易于拆卸和更换部件，实用性很强。
附图说明
图1(a)为检测池座的两个视图中的俯视图；
图1(b)为检测池座的两个视图中的侧视图。图中：1-第一激发光路孔，2-流通池孔，3-荧光收集光路孔，4-第二激发光路孔，5-收集透镜孔，6-连接平面，7-螺纹孔。
图2为实施例1的检测谱图。
具体实施方式
一种用于高效液相色谱和流动注射分析的荧光检测池座，块状检测池座内包括第一激发光路孔1、流通池孔2、荧光收集光路孔3和第二激发光路孔4，其特征在于：
于块状检测池座的上下表面分别开设有同轴的圆形盲孔，分别为第一激发光路孔1、第二激发光路孔4；
从块状检测池座的左侧表面向右侧表面开设有作为流通池孔2的圆形通孔，流通池孔2从第一激发光路孔1、第二激发光路孔4之间通过，且流通池孔2分别与从第一激发光路孔1、第二激发光路孔4相连通；
于流通池孔2的侧壁面上开设有圆形荧光收集光路孔3，流通池孔2和荧光收集光路孔3的轴线相交于同一平面上；第一激发光路孔1的轴线与流通池孔2和荧光收集光路孔3的轴线所处平面正交，流通池孔2与荧光收集光路3的轴线夹角为20-70°；流通池孔2的轴线位于第一激发光路孔1的中心上；流通池孔2的轴线与第一激发光路孔1或第二激发光路孔4的轴线交点为A，流通池孔2的轴线和荧光收集光路孔3的轴线交点为B，A与B的距离小于第一激发光路孔1或第二激发光路孔4的半径；于荧光收集光路孔3远离流通池孔2的一端设有与荧光收集光路孔3同轴的收集透镜孔5；于收集透镜孔5远离流通池孔2一端的块状检测池座上切削有一作为连接平面6的平面，连接平面6与荧光收集光路孔3的轴线垂直，收集透镜孔5一端与荧光收集光路孔3相连通，另一端处于块状检测池座外表面的连接平面6上。
第一激发光路孔1和第二激发光路孔4的直径2-10mm，第一激发光路孔1和第二激发光路孔4的直径大于流通池孔2的直径；第一激发光路孔1和第二激发光路孔4之间的距离小于流通池孔2的直径；第二激发光路孔4与第一激发光路孔1同轴正对设置，第一激发光路孔1和第二激发光路孔4之间的距离是指形成第一激发光路孔1的盲孔底面和形成第二激发光路孔4的盲孔底面之间的距离。
流通池孔2的直径为1-6mm，取决于所用石英管流通池的池体积。
荧光收集光路孔3的直径1-6mm，与流通池孔2的直径相同；荧光收集光路孔3的深度保证荧光收集光路孔3和流通池孔2相交至相通，但不破坏流通池孔2的另一侧内壁；即流通池孔2和荧光收集光路孔3相交至相通，不破坏流通池孔2远离荧光收集光路孔3一侧的另一侧内壁；荧光收集光路孔3的直径小于收集透镜孔5的直径。
收集透镜孔5的直径大于流通池孔2的直径。
检测池座的材料为无荧光的表面氧化发黑的金属或无荧光的黑色高分子材料；金属为铝、铜或不锈钢，高分子材料为聚醚醚酮、聚氯乙烯、聚甲醛或聚四氟乙烯。
连接平面6上设有用来连接光电转换组件的螺纹孔7。
第一激发光路孔1和第二激发光路孔4的内设置有垂直光轴方向的光学组件，流通池内设置有石英管；
第一激发光路孔1和第二激发光路孔4的内深度保证两个激发光路内靠近流通池的组件与流通池内石英管距离为0-0.5mm。
实施例1
一种HPLC用黄曲霉毒素荧光检测器，激发光源为2只365nm紫外LED。激发光源组件同轴分别置于第一激发光路孔1和第二激发光路孔4内；石英管流通池置于流通池孔2中，流通池孔2的直径3mm，流通池体积16L；激发光照射到石英管流通池上，黄曲霉毒素样品经过HPLC分离后流经流通池，发射出的荧光通过荧光收集光路孔3被收集透镜收集；收集透镜直径为5mm，安放在收集透镜孔5内；荧光收集角度为60°；光电接收器件为光电倍增管(PMT)，PMT与450nm发射滤光片一起成为组件通过螺纹孔7与检测池座集成在一起。液相色谱条件为：色谱柱：C18柱，4.6mm×150mm×5μm；流动相A甲醇：流动相B纯水＝45:55；流动相流速：1.0mL/min；进样量：20μL。浙江大学N2000色谱工作站用于信号采集。
实验结果：
(1)使用A型号LED，无需衍生，直接进样，对黄曲霉毒素B1检测限为0.15ppb；进一步优化后，使用B型号LED，无需衍生，直接进样，对黄曲霉毒素B1检测限可低至0.005ppb。图2为相应检测谱图。
(2)相比于现有技术公开的正交式圆孔限束结构，实施例1提供的新型荧光检测池座结构的检测信噪比提高了10-300倍。信噪比提高数十倍得益于新型检测池座结构包括两个挡爪抑制杂散光的作用。
实施例2
如实施例1所述的荧光检测池座结构，将激发光源更换为280nm深紫外LED，发射滤光片更换为340nm，荧光收集角度30°，检测样品为芝麻油中的辣椒素，光电接收器件为光电倍增管(PMT)。
实验结果：HPLC法经过C18柱后对辣椒素检测限为0.15ppb。
实施例3
如实施例1所述的荧光检测池座，将激发光源更换为470nm蓝光LED，发射滤光片更换为680nm，荧光收集角度45°，检测样品为海水/湖水中的叶绿素。流通池孔和荧光收集光路孔径为6mm，流通池体积50μL。
实验结果：流动注射(FIA)法对叶绿素a检测限为0.05ppb。
实施例4
如实施例1所述的荧光检测池座，将激发光源更换为470nm蓝光LED，发射滤光片更换为530nm，荧光收集角度50°，检测样品为异硫氰酸荧光素(FITC)。流通池孔和荧光收集光路孔径为2.5mm，流通池体积8μL。
实验结果：流动注射(FIA)法对FITC检测限为0.005ppb。
依据本发明实施例的设计思想对实施例的具体实施方式及应用范围进行修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的。本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的一般原理和新颖特点相一致的最宽的范围。凡依据本发明设计思想所做的任何无创造性劳动的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于高效液相色谱和流动注射分析的荧光检测池座，块状检测池座内包括第一激发光路孔(1)、流通池孔(2)、荧光收集光路孔(3)和第二激发光路孔(4)，其特征在于：
于块状检测池座的上下表面分别开设有同轴的圆形盲孔，分别为第一激发光路孔(1)、第二激发光路孔(4)；
从块状检测池座的左侧表面向右侧表面开设有作为流通池孔(2)的圆形通孔，流通池孔(2)从第一激发光路孔(1)、第二激发光路孔(4)之间通过，且流通池孔(2)分别与从第一激发光路孔(1)、第二激发光路孔(4)相连通；
于流通池孔(2)的侧壁面上开设有圆形荧光收集光路孔(3)，流通池孔(2)和荧光收集光路孔(3)的轴线相交于同一平面上；第一激发光路孔(1)的轴线与流通池孔(2)和荧光收集光路孔(3)的轴线所处平面正交，流通池孔(2)与荧光收集光路(3)的轴线夹角为20-70°；流通池孔(2)的轴线位于第一激发光路孔(1)的中心上；流通池孔(2)的轴线与第一激发光路孔(1)或第二激发光路孔(4)的轴线交点为A，流通池孔(2)的轴线和荧光收集光路孔(3)的轴线交点为B，A与B的距离小于第一激发光路孔(1)或第二激发光路孔(4)的半径；于荧光收集光路孔(3)远离流通池孔(2)的一端设有与荧光收集光路孔(3)同轴的收集透镜孔(5)；于收集透镜孔(5)远离流通池孔(2)一端的块状检测池座上切削有一作为连接平面(6)的平面，连接平面(6)与荧光收集光路孔(3)的轴线垂直，收集透镜孔(5)一端与荧光收集光路孔(3)相连通，另一端处于块状检测池座外表面的连接平面(6)上。
2.根据权利要求1所述的检测池座，其特征在于：所述第一激发光路孔(1)和第二激发光路孔(4)的直径2-10mm，第一激发光路孔(1)和第二激发光路孔(4)的直径大于流通池孔(2)的直径；第一激发光路孔(1)和第二激发光路孔(4)之间的距离小于流通池孔(2)的直径；第二激发光路孔(4)与第一激发光路孔(1)同轴正对设置，第一激发光路孔(1)和第二激发光路孔(4)之间的距离是指形成第一激发光路孔(1)的盲孔底面和形成第二激发光路孔(4)的盲孔底面之间的距离。
3.根据权利要求1或2所述的检测池座，其特征在于：所述流通池孔(2)的直径为1-6mm，取决于所用石英管流通池的池体积。
4.根据权利要求1所述的检测池座，其特征在于：所述荧光收集光路孔(3)的直径1-6mm，与流通池孔(2)的直径相同；荧光收集光路孔(3)的深度保证荧光收集光路孔(3)和流通池孔(2)相交至相通，但不破坏流通池孔(2)的另一侧内壁；即流通池孔(2)和荧光收集光路孔(3)相交至相通，不破坏流通池孔(2)远离荧光收集光路孔(3)一侧的另一侧内壁；荧光收集光路孔(3)的直径小于收集透镜孔(5)的直径。
5.根据权利要求1所述的检测池座，其特征在于：所述收集透镜孔(5)的直径大于流通池孔(2)的直径。
6.根据权利要求1所述的检测池座，其特征在于：所述检测池座的材料为无荧光的表面氧化发黑的金属或无荧光的黑色高分子材料；金属为铝、铜或不锈钢，高分子材料为聚醚醚酮、聚氯乙烯、聚甲醛或聚四氟乙烯。
7.根据权利要求1所述的检测池座，其特征在于：所述连接平面(6)上设有用来连接光电转换组件的螺纹孔(7)。
8.根据权利要求1所述的检测池座，其特征在于：
第一激发光路孔(1)和第二激发光路孔(4)的内设置有垂直光轴方向的光学组件，流通池内设置有石英管；
第一激发光路孔(1)和第二激发光路孔(4)的内深度保证两个激发光路内靠近流通池的组件与流通池内石英管距离为0-0.5mm。
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