CN108663465A - 一种淌度电泳分离装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及淌度分离技术领域，公开了一种淌度电泳分离装置和方法。本发明的淌度电泳分离装置包括：毛细管、注射泵、进样泵、第一多通阀、第二多通阀、六通阀、分离电极、接地电极、纳喷针；所述六通阀内设置对进样体积精确控制的定量环；所述第一多通阀和所述第二多通阀分别位于所述毛细管的两端，所述注射泵和所述进样泵分别通过所述六通阀连接所述第一多通阀并进而连接所述毛细管，所述分离电极通过所述第一多通阀连接所述毛细管，所述接地电极和所述纳喷针通过所述第二多通阀连接所述毛细管。本发明方案耗时更短，分离效果更好，毛细管电泳的稳定性更高，且便于与质谱兼容。
Description
技术领域
本发明涉及淌度分离领域，具体地说，涉及一种淌度电泳分离装置和方法。
背景技术
质谱检测具有分析速度快，灵敏度高等优势，然而质谱分析的前提是将目标物质离子化。在复杂体系中，待分析组分往往会相互影响，导致离子化效率较低的物质难以被分析。因此，联用质谱的分离技术显得必不可少。专利申请号201621323424.2中提供了一种质谱耦合的液相淌度分离装置，但是存在三个不足。其一：手动操作，不能实现软件的自动化进样控制，重复性差；其二：无法精确控制进样体积；其三：施加恒定分离电压，有分离效果，但是半峰宽宽，分离度差等缺点。
发明内容
为了优化上述技术问题，本发明提供了一种改进的淌度电泳分离装置和方法，采用可编程分离电场或编程缓冲液的流速实现混合物种选择性分离，提高分析效率，改善分离效果，比传统毛细管电泳的稳定性更高，且便于与质谱兼容。为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种淌度电泳分离装置，包括：
毛细管、注射泵、进样泵、第一多通阀、第二多通阀、六通阀、分离电极、接地电极、纳喷针；所述六通阀内设置对进样体积精确控制的定量环；
所述第一多通阀和所述第二多通阀分别位于所述毛细管的两端，所述注射泵和所述进样泵分别通过所述六通阀连接所述第一多通阀并进而连接所述毛细管，所述分离电极通过所述第一多通阀连接所述毛细管，所述接地电极和所述纳喷针通过所述第二多通阀连接所述毛细管。
在一种可选的实施方式中，所述第一多通阀和所述第二多通阀为三通阀。
在一种可选的实施方式中，所述毛细管为融硅毛细管、石英毛细管或PEEK管路。
另一方面，本发明提供了一种淌度电泳分离方法，用于如前任意一项所述的淌度电泳分离装置，该方法包括：
将六通阀调整至平衡态，开启注射泵，使所述注射泵向定量环和毛细管内注入缓冲液并持续第一时间段；
将所述六通阀调整至取样态，开启进样泵，向所述定量环以预设的进样流速注入样品溶液并持续第二时间段；
将所述六通阀调整至所述平衡态，使所述注射泵向所述定量环注入所述缓冲液，推动所述定量环中的样品溶液进入所述毛细管内；
通过设定分离电极产生分离电压，使得分离电极与接地电极形成的电场和毛细管中样品流动方向相同或相反；
程序改变所述分离电压；或
程序改变缓冲液的流速。
在一种可选的实施方式中，所述方法还包括：
施加所述分离电压时/后，在纳喷针处施加喷雾电压。
在一种可选的实施方式中，所述缓冲液为质谱兼容缓冲液。
在一种可选的实施方式中，所述程序改变所述分离电压，具体包括：
梯度改变所述分离电压一次；或者
梯度改变所述分离电压至少两次；
所述程序改变所述分离电压，具体还包括：线性改变所述分离电压。
在一种可选的实施方式中，所述分离电压每个时序的持续时间为1分钟-30分钟，所述分离电压每次改变幅度的下降值为-30000伏-30000伏。
在一种可选的实施方式中，
所述程序改变缓冲液流速，具体包括：
梯度改变所述缓冲液的流速一次；或者梯度改变所述缓冲液的流速至少两次。
在一种可选的实施方式中，所述第一时间段为3分钟-5分钟，所述缓冲液的流速为10μL/h至100μL/h；所述第二时间段为0.01分钟-0.5分钟，所述预设的进样流速为10μL/h至40μL/h。
本发明所述的淌度电泳分离装置和方法，该装置包括：毛细管、注射泵、进样泵、第一多通阀、第二多通阀、六通阀、分离电极、接地电极、纳喷针，六通阀内设置对进样体积精确控制的定量环。第一多通阀和第二多通阀分别位于毛细管的两端，注射泵和进样泵分别通过六通阀连接第一多通阀并进而连接毛细管，分离电极通过第一多通阀连接毛细管，接地电极和纳喷针通过第二多通阀连接毛细管。本发明提供的技术方案能够实现软件的自动化控制，可以精确地控制进样体积，使毛细管电泳的稳定性更高、耗时更短，操作比较简便。通过程序改变分离电压或缓冲液流速能够有效改善复杂混合物的分离度，并且操作性比较强，与质谱兼容非常方便。
附图说明
图1为本发明所述淌度电泳分离装置的结构示意图；
图2为本发明所述淌度电泳分离装置的另一结构示意图；
图3为本发明所述淌度电泳分离方法的流程图；
图4a至图4d为施加不同电压时两种物质的分离效果示意图；
图5a至图5b为施加不同电压时四种物质的分离效果示意图。
具体实施方式
下面参考附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件或处理的表示和描述。
本发明实施例提供了一种淌度电泳分离装置，如图1所示，该装置包括：
毛细管11、注射泵12、进样泵13、第一多通阀14、第二多通阀15、六通阀16、分离电极17、接地电极18、纳喷针19，在六通阀16中设置定量环161。
其中，第一多通阀14和第二多通阀15分别位于毛细管11的两端。注射泵12和进样泵13分别通过六通阀16连接第一多通阀14并进而连接毛细管11，分离电极17通过第一多通阀14连接毛细管，接地电极18和纳喷针19通过第二多通阀15连接毛细管11。该六通阀16可对进样体积精确控制，具体可以是手动进样阀或者自动进样阀。
具体的，如图1所示，第一多通阀和第二多通阀具体可以为三通阀。作为三通阀的第一多通阀14的三个端口分别连接六通阀16、分离电极17、毛细管11。作为三通阀的第二多通阀15的三个端口分别连接毛细管11、接地电极18、纳喷针19。
注射泵12具体可以是纳升泵，进样泵13具体可以是蠕动泵。
如图1所示，六通阀16处于平衡态。在此状态下定量环161连接在六通阀16的端口6和端口3之间。注射泵12通过六通阀16的端口1注入缓冲液，依次经过端口1与端口6之间的内部通路、定量环161、端口3与端口2之间的内部通路，进入三通阀，进而进入毛细管11中。进样泵13通过六通阀16的端口5输入样品溶液，经由端口5与端口4之间的内部通路排出。注射泵12注入缓冲液至定量环161和毛细管11中，实现清洗和管路平衡功能。
如图2所示，六通阀16处于取样态，在此状态下定量环161连接在六通阀16的端口6和端口3之间。注射泵12通过六通阀16的端口1注入缓冲液，经由端口1至端口2的内部通路进入三通阀，进而进入毛细管11中。进样泵13通过六通阀16的端口5输入样品溶液，经由端口5与端口6之间的内部通路将样品溶液注入定量环161中。此后将六通阀16再次切换至图1所示的平衡态，注射泵12推动定量环161中的样品溶液进入毛细管11。
通过控制设备在分离电极17和接地电极18间施加与毛细管内液体流动方向相同或相反的等压电场，并进而通过控制设备对分离电极17的电压进行梯度下降控制，实现毛细管11内的样品分离。
其中，本发明实施例中的毛细管为未经活化的融硅毛细管。使用未经活化的融硅毛细管无需预处理，只需缓冲液进行冲洗。此外，毛细管还可以是石英毛细管或PEEK管路等具备微通道的分离载体。
毛细管的内径为19μm–200μm，比如具体可以是19μm、50μm、75μm、100μm、125μm。毛细管长度为10cm–100cm，比如具体可以是25cm、40cm、50cm。
本发明实施例中的缓冲液为质谱兼容缓冲液。该质谱兼容缓冲液可以是甲醇、乙腈、水，甲酸、乙酸、甲酸铵、乙酸铵。
在毛细管11末端的纳喷针19处施加喷雾电压，并在纳喷针19的出口处设置质谱入口，从而实现了淌度电泳分离与质谱的联用。并且使用的缓冲液为质谱兼容的试剂，无需对样品溶液做稀释。
本发明实施例提供的淌度电泳分离装置使毛细管电泳的稳定性更高、耗时更短，操作比较简便，能够有效实现复杂混合物的高效分离，并且与质谱兼容也非常方便。
本发明实施例还提供了一种淌度电泳分离方法，用于如前所述的任意一种淌度电泳分离装置，如图3所示，该方法包括：
301、将六通阀调整至平衡态，开启注射泵，使注射泵向定量环和毛细管内注入缓冲液并持续第一时间段。
如图1所示，在六通阀的平衡态下，定量环161连接在六通阀16的端口6和端口3之间。注射泵12通过六通阀16的端口1注入缓冲液，经由端口1至端口6的内部通路、定量环161、端口3至端口2的内部通路，缓冲液进入毛细管11中。第一时间段为3-5分钟。
302、将六通阀调整至取样态，开启进样泵，向定量环以预设的进样流速注入样品溶液并持续第二时间段。
如图2所示，进样泵13通过六通阀16的端口5输入样品溶液，经由端口5至端口6的内部通路将样品溶液注入定量环16中，缓冲液的流速为10μL/h至100μL/h。第二时间段为0.01-0.5分钟。进样流速具体为10μL/h至40μL/h。通过进样时间控制进样体积量。
303、将六通阀调整至平衡态，使注射泵向定量环注入缓冲液，推动定量环中的样品溶液进入毛细管内。
304、通过设定分离电极产生分离电压，使得分离电极与接地电极形成的电场和毛细管中样品流动方向相同或相反。
控制设备控制分离电极17施加与毛细管内流动方向相反或相同的等压电场。
305、程序改变分离电压。
程序改变分离电压有多种具体形式。
一种程序改变分离电压的具体方式是，可以梯度改变分离电压，具体的，梯度改变分离电压的次数可以是一次，或者两次以上。分离电压最低降至0伏。
另一种程序改变分离电压的具体方式是，线性的改变分离电压。此外，还可以是任意其他通过可编程方式进行的电压变化。
分离电压每个时序的持续时间为1分钟-30分钟，每次改变幅度的下降值为-30000伏至30000伏。
在分离电极和接地电极之间施加程序变化的分离电压时，或者在分离电极和接地电极之间施加程序变化的分离电压后，在纳喷针处施加喷雾电压。同时在纳喷针处设置质谱入口，从而实现了淌度电泳分离与质谱的联用。
此外，还可以通过程序改变缓冲液的流速。具体的，可以梯度改变缓冲液的流速一次；或者梯度改变缓冲液的流速至少两次。缓冲液的流速每次改变幅度为0至100μL/h。可以固定电压或者梯度变化电压的同时，结合缓冲液流速的改变。
本发明实施例提供的淌度电泳分离方法使毛细管电泳的稳定性更高、耗时更短，操作比较简便，半峰宽更窄，能够有效实现复杂混合物的高效分离，并且通过设备和软件编程进行电压控制或流速控制从而操作性更好，与质谱兼容也非常方便。
下面通过实施例1和实施例2，对本发明实施例的技术方案进行分析。
实施例1
选取内径75μm，长度40cm的融硅毛细管作为分离管。以乙腈：水＝30:70(v/v)(0.1％FA)混合溶液作为缓冲液，缓冲液的流速20μL/h。
血管紧张素II和缓激肽为50ppm，进样3nl。
使用4种电压施加方式进行比较，这4种电压施加方式分别为：不加电压(即0V)，-7000V，-10000V，-10000V梯度降至0V。
4种电压施加方式的分离效果分别如图4a至图4d所示。
从图4a中可知不加电压时，两个化合物无分离效果。从图4b可知，施加电压-7000V时，两个化合物基本分开，半峰宽加宽。
从图4c可知，施加电压-10000V时，直到45min均未出峰，两个化合物处于静止或移动很慢的状态。如果突然将电压从-10000V降为0V，两个化合物依次出峰，半峰宽变窄。
从图4d可知，施加梯度变化的电压，-10000V(0-3min)，-8000V(3-5min)，-7000V(5-6min)，-6000V(6-7min)，0V(7-20min)，两个化合物能够分离开，并且缩短了分离时间。
实施例2
选取内径75μm，长度40cm的融硅毛细管作为分离管。以乙腈：水＝30:70(v/v)(0.1％FA)混合溶液作为缓冲液，缓冲液的流速20μL/h。
苯丙氨酸和咖啡因5ppm，血管紧张素II、缓激肽分别为50ppm，进样3nl。
缓冲液冲洗分离管路3min，3min后进样。
使用两种电压施加方式进行比较：不加电压(即0V)、梯度变化电压(3-16min施加-10000V电压，16-21min施加-9000V电压，21-26min施加-3000V电压，26-28min施加0V电压)。
从图5a中可见，不加电压即0V时，4个化合物无分离效果。从图5b可见，施加梯度变化电压时，发现-10000V时，小分子咖啡因和苯丙氨酸能够出峰分离开，16-21min后电压改为-9000V时血管紧张素II和缓激肽未出峰，21-26min将电压改为-3000V时间内，血管紧张素II和缓激肽能够出峰并分离开依次移出分离管，最后电压调至0，关闭电源。因此，使用梯度电压能够实现多种混合物，小分子、大分子等复杂混合物的分离，且分离效果良好。
虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
Claims (10)
1.一种淌度电泳分离装置，其特征在于，包括：
毛细管、注射泵、进样泵、第一多通阀、第二多通阀、六通阀、分离电极、接地电极、纳喷针；所述六通阀内设置对进样体积精确控制的定量环；
所述第一多通阀和所述第二多通阀分别位于所述毛细管的两端，所述注射泵和所述进样泵分别通过所述六通阀连接所述第一多通阀并进而连接所述毛细管，所述分离电极通过所述第一多通阀连接所述毛细管，所述接地电极和所述纳喷针通过所述第二多通阀连接所述毛细管。
2.根据权利要求1所述的淌度电泳分离装置，其特征在于，所述第一多通阀和所述第二多通阀为三通阀。
3.根据权利要求1所述的淌度电泳分离装置，其特征在于，所述毛细管为融硅毛细管、石英毛细管或者PEEK管路。
4.一种淌度电泳分离方法，用于如权利要求1-3中任意一项所述的淌度电泳分离装置，其特征在于，该方法包括：
将六通阀调整至平衡态，开启注射泵，使所述注射泵向定量环和毛细管内注入缓冲液并持续第一时间段；
将所述六通阀调整至取样态，开启进样泵，向所述定量环以预设的进样流速注入样品溶液并持续第二时间段；
将所述六通阀调整至所述平衡态，使所述注射泵向所述定量环注入所述缓冲液，推动所述定量环中的样品溶液进入所述毛细管内；
通过设定分离电极产生分离电压，使得分离电极与接地电极形成的电场和毛细管中样品流动方向相同或相反；
程序改变所述分离电压；或
程序改变缓冲液的流速。
5.根据权利要求4所述的淌度电泳分离方法，其特征在于，所述方法还包括：
施加所述分离电压时/后，在纳喷针处施加喷雾电压。
6.根据权利要求4或5所述的淌度电泳分离方法，其特征在于，所述缓冲液为质谱兼容缓冲液。
7.根据权利要求4或5所述的淌度电泳分离方法，其特征在于，所述程序改变所述分离电压，具体包括：
梯度改变所述分离电压一次；或者梯度改变所述分离电压至少两次；
所述程序改变所述分离电压，具体还包括：线性改变所述分离电压。
8.根据权利要求7所述的淌度电泳分离方法，其特征在于，所述分离电压每个时序的持续时间为1分钟-30分钟，所述分离电压每次改变幅度的下降值为-30000伏-30000伏。
9.根据权利要求4或5所述的淌度电泳分离方法，其特征在于，所述程序改变缓冲液的流速，具体包括：
梯度改变所述缓冲液的流速一次；或者梯度改变所述缓冲液的流速至少两次。
10.根据权利要求4或5所述的淌度电泳分离方法，其特征在于，所述第一时间段为3分钟-5分钟，所述缓冲液的流速为10μL/h至100μL/h；所述第二时间段为0.01分钟-0.5分钟，所述预设的进样流速为10μL/h至40μL/h。
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