CN110044680A - 一种毛细管电泳的样品浓缩装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种毛细管电泳的样品浓缩装置和方法，特点是：包括连接腔室、电泳单元、至少一个进样单元、第一高压电源及第二高压电源，连接腔室采用导电材料，连接腔室与第一高压电源电连接，连接腔室分别与进样单元的一端和电泳单元的一端相连通，进样单元的另一端与第二高压电源电连接，电泳单元连接有检测器，电泳单元的另一端接地，连接腔室与进样单元之间、连接腔室与电泳单元之间均设置有气密机构，优点是：通过在连接结点处构建低电势，使得样品离子向连接结点处浓缩，能够使毛细管的进样体积增大到多个毛细管柱体积，从而大幅提高毛细管电泳的进样体积和检测限。
Description
技术领域
本发明涉及毛细管电泳领域，尤其涉及一种毛细管电泳的样品浓缩装置和方法。
背景技术
毛细管电泳具有分离效率高、分离速度快、可分离同分异构体等优点，已被广泛应用于蛋白质组学、代谢组学、药物分析、食品检测等众多领域。
相比液相色谱，进样体积是限制毛细管电泳进一步广泛应用的主要原因之一。传统毛细管区带电泳的进样体积仅为毛细管柱体积的1%左右，按照典型的30微米内径、1米长的毛细管计算，样品的进样体积仅为7纳升。增大毛细管的内径或增加毛细管的长度可以增大进样体积。但是，增大毛细管内径会导致石英毛细管的散热能力下降，从而导致分离效率下降，因此毛细管内径一般采用100微米以下。而为了保证分离效率，在增加毛细管长度的同时要求电泳分离的高压电源电压值相应增加，以保持分离的电场强度恒定，但过高的电压容易引发电弧等安全问题，因此一般采用30千伏特以下电泳电压，毛细管长度采用1米左右。
对样品进行预浓缩是提高毛细管电泳进样体积的有效方法，其中包括瞬态毛细管等速电泳（transient capillary isotachophoresis）、场放大堆叠（field amplifiedstacking）、动态pH结（dynamic pH junction）、大容量样品堆叠（large volume samplestacking）等方法。其中场放大堆叠方法的样品进样体积一般在5%的毛细管柱体积以下，瞬态毛细管等速电泳、动态pH结方法的样品进样体积一般在50%的毛细管柱体积以下，而大容量样品堆叠方法可以将样品进样体积提高至接近100%的毛细管柱体积。但是，更高的进样体积会造成样品无法完全分离，并且这些现有样品浓缩方法的进样体积均无法超过1个毛细管柱体积，因此毛细管电泳的进样体积相比液相色谱仍然受限。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种毛细管电泳的样品浓缩装置和方法，能够大幅提高毛细管电泳的进样体积和检测限。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种毛细管电泳的样品浓缩装置，包括连接腔室、电泳单元、至少一个进样单元、第一高压电源及第二高压电源，所述的连接腔室采用导电材料，所述的连接腔室与所述的第一高压电源电连接，所述的连接腔室分别与所述的进样单元的一端和所述的电泳单元的一端相连通，所述的进样单元的另一端与所述的第二高压电源电连接，所述的电泳单元连接有检测器，所述的电泳单元的另一端接地，所述的连接腔室与所述的进样单元之间、所述的连接腔室与所述的电泳单元之间均设置有用于保证气密性的气密机构。
在一些实施方式中，所述的电泳单元包括第一毛细管和第一样品瓶，所述的连接腔室上设置有第一开口，所述的第一开口与所述的第一毛细管的一端相连通，所述的第一毛细管的另一端经所述的检测器后插入所述的第一样品瓶盛放的背景电解液中，所述的第一样品瓶盛放的背景电解液通过导线接地。
在一些实施方式中，包括一个所述的进样单元，所述的进样单元包括第二毛细管和第二样品瓶，所述的连接腔室上相对所述的第一开口设置有第二开口，所述的第二开口与所述的第二毛细管的一端相连通，所述的第二毛细管的另一端插入所述的第二样品瓶盛放的样品溶液或背景电解液中，所述的第二高压电源通过导线连接所述的第二样品瓶盛放的背景电解液。
在一些实施方式中，所述的气密机构包括套管和卡套接头，所述的套管设置在所述的第一开口和所述的第一毛细管之间以及所述的第二开口和所述的第二毛细管之间，所述的卡套接头套设在所述的套管外用于卡紧所述的套管。由此用于保证连接腔室与各毛细管之间的气密性。
在一些实施方式中，所述的连接腔室由一个金属二通的中间部构成，所述的金属二通的第一端部包括所述的第一开口，所述的金属二通的第二端部包括所述的第二开口，所述的金属二通的中间部的外壁上通过导线与所述的第一高压电源连接。该金属二通的结构能够较好地实现将两段毛细管以一个狭小空间的连接腔室相连接，在连接结点处构建低电势，使毛细管内的样品离子向低电势的连接结点处不断汇聚浓缩的功能，且结构简单，便于操作。
在一些实施方式中，包括三个所述的进样单元，所述的进样单元包括第二毛细管和第二样品瓶，所述的连接腔室由一个金属四通的中间部构成，所述的金属四通的第一端部包括所述的第一开口，所述的第一开口与所述的第一毛细管的一端相连通，所述的金属四通的第二端部、第三端部和第四端部上分别设置有第二开口，三个所述的第二开口分别与三根所述的第二毛细管相连通，三根所述的第二毛细管的另一端分别插入三个所述的第二样品瓶的盛放液中，所述的第二高压电源通过导线分别连接所述的第二样品瓶的盛放液。该金属四通能够较好地实现将多段毛细管以一个狭小空间的连接腔室相连接，通过在连接结点处构建低电势，使得毛细管内的样品离子向低电势的连接结点处不断汇聚浓缩的功能，在其他实施方式中还可以使用不同数量的进样单元将多段毛细管连接，以完成多段式进样，并在连接结点处构建低电势。
在一些实施方式中，所述的气密机构包括套管和卡套接头，所述的套管设置在所述的第一开口和所述的第一毛细管之间以及三个所述的第二开口和相对应的所述的第二毛细管之间，所述的卡套接头套设在所述的套管外用于卡紧所述的套管。
在一些实施方式中，所述的检测器为紫外检测器。
一种毛细管电泳样品浓缩的方法，包括以下步骤：
1）进样：将样品溶液通过气体压力进样的方式，充满电泳单元和所有进样单元；
2）样品浓缩：将所有进样单元加载背景电解液，将第一高压电源和第二高压电源施加不同电压，使连接腔室内形成低于其他各单元的最低电势，样品离子向连接腔室内浓缩，等待足够长时间后，使电泳单元和所有进样单元内的样品离子均浓缩至连接腔室内，其中样品离子为阳离子；
3）样品分离：将第一高压电源和第二高压电源均施加极性为正的高电压，使连接腔室内浓缩完毕的样品离子在电泳单元内被分离，样品离子流经检测器并由检测器获得检测信号。
在一些实施方式中，所述的步骤2）中将第一高压电源和第二高压电源施加不同电压具体包括：将第一高压电源输出极性为负的高电压，将第二高压电源输出电压值调为零，其中加载的高电压值为10～30千伏特。由此具有较优的效果。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将两段或多段毛细管以一个狭小空间的连接腔室相连接，通过在连接结点处构建低电势，使得毛细管内的样品离子向低电势的连接结点处不断汇聚浓缩，待浓缩完毕，再施加高压电使得样品离子沿其中电泳单元的毛细管分离，能够使毛细管的进样体积增大到多个毛细管柱体积，从而大幅提高毛细管电泳的进样体积和检测限；而且本发明结构简单，易于组装及使用。
附图说明
图1为本发明一种毛细管电泳的样品浓缩装置实施例一的结构示意图；
图2为本发明一种毛细管电泳的样品浓缩装置实施例二的结构示意图。
其中，连接腔室1，第一开口11，第二开口12，电泳单元2，第一毛细管21，第一样品瓶22，进样单元3，第二毛细管31，盛放背景电解液的第二样品瓶32，盛放样品溶液的第二样品瓶33，第一高压电源4，第二高压电源5，检测器6，套管7，卡套接头8，金属二通9，金属四通10。
具体实施方式
以下结合附图对本发明一种毛细管电泳的样品浓缩装置和方法作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例一
如图1所示，一种毛细管电泳的样品浓缩装置，包括导电的连接腔室1、电泳单元2、至少一个进样单元3、第一高压电源4及第二高压电源5，连接腔室1由导电材料制成，连接腔室1与第一高压电源4电连接，连接腔室1分别与进样单元3的一端和电泳单元2的一端相连通，进样单元3的另一端与第二高压电源5电连接，电泳单元2连接有检测器6，电泳单元2的另一端接地，连接腔室1与进样单元3之间、连接腔室1与电泳单元2之间均设置有用于保证气密性的气密机构。
本实施例中，电泳单元2包括第一毛细管21和第一样品瓶22，连接腔室1上设置有第一开口11，第一开口11与第一毛细管21的一端相连通，第一毛细管21的另一端经检测器6后插入第一样品瓶22盛放的背景电解液中，第一样品瓶22盛放的背景电解液通过导线接地。
本实施例中，包括一个进样单元3，进样单元3包括第二毛细管31和第二样品瓶，连接腔室1上相对第一开口11设置有第二开口12，第二开口12与第二毛细管31的一端相连通，第二毛细管31的另一端插入盛放样品溶液的第二样品瓶33（用于进样）或盛放背景电解液的第二样品瓶32（用于样品浓缩和样品分离）中，第二高压电源5通过导线连接第二样品瓶盛放的背景电解液。毛细管均采用内径为20～100微米、外径为150～360微米、长度为1米以内的熔融石英毛细管。
本实施例中，气密机构包括套管7和卡套接头8，套管7设置在第一开口11和第一毛细管21之间以及第二开口12和第二毛细管31之间，卡套接头8套设在套管7外用于卡紧套管7。套管7可采用FEP（含氟聚合物，fluoropolymer）材料，用于保证毛细管与连接腔室之间的气密性；卡套接头8可采用PEEK（聚醚醚酮，polyetheretherketone）材料，但不限于此。
本实施例中，连接腔室1采用导电材料，具体的连接腔室1由一个金属二通9的中间部构成，金属二通9的第一端部包括第一开口11，金属二通9的第二端部包括第二开口12，金属二通9的中间部的外壁上通过导线与第一高压电源4连接。金属二通9可采用304不锈钢材料，但不限于此。
实施例二
如图2所示，一种毛细管电泳的样品浓缩装置，其余结构与实施例一相同，其不同之处在于：本实施例中，包括三个进样单元3，连接腔室1由一个金属四通10的中间部构成，金属四通10的第一端部包括第一开口11，第一开口11与第一毛细管21的一端相连通，金属四通10的第二端部、第三端部和第四端部上分别设置有第二开口12，三个第二开口12分别与三根第二毛细管31相连通，三根第二毛细管31的另一端分别插入三个第二样品瓶的盛放液中，第二样品瓶可以是盛放样品溶液的第二样品瓶33（用于进样）或盛放背景电解液的第二样品瓶32（用于样品浓缩和样品分离），第二高压电源5通过导线分别连接盛放背景电解液的第二样品瓶32。
本实施例中，套管7设置在第一开口11和第一毛细管21之间以及三个第二开口12和相对应的第二毛细管31之间，卡套接头8套设在套管7外用于卡紧套管7。
实施例三
本发明的一种毛细管电泳的样品浓缩方法，包括以下步骤：
1）进样：将样品溶液通过气体压力进样的方式，充满电泳单元和所有进样单元；
2）样品浓缩：将所有进样单元加载背景电解液，将第一高压电源和第二高压电源施加不同电压，使连接腔室内形成低于其他各单元的最低电势，样品离子向连接腔室内浓缩，等待足够长时间后，使电泳单元和所有进样单元内的样品离子均浓缩至连接腔室内，其中样品离子为阳离子；
3）样品分离：将第一高压电源和第二高压电源均施加极性为正的高电压，使连接腔室内浓缩完毕的样品离子在电泳单元内被分离，样品离子流经检测器并由检测器获得检测信号。
实施例四
一种毛细管电泳的样品浓缩方法，具体包括以下步骤：
1）进样：在第二样品瓶中装载样品溶液，将样品溶液通过气体压力进样的方式，充满第一毛细管和第二毛细管；
2）样品浓缩：将第一样品瓶和第二样品瓶加载背景电解液，将第一高压电源输出极性为负的高电压，将第二高压电源输出电压值调为零，使第一毛细管和第二毛细管之间的连接腔室内形成最低电势，样品阳离子向连接腔室内浓缩，等待足够长时间后，使第一毛细管和第二毛细管内的样品离子均浓缩至连接腔室内；
3）样品分离：将第一高压电源和第二高压电源均施加极性为正的高电压，使连接腔室内浓缩完毕的样品离子在第一毛细管内被分离，样品离子流经检测器并由检测器获得检测信号。
本实施例中，高压电源采用正负极性可切换的直流高压电源，加载的高电压值为10～30千伏特。
本发明一种毛细管电泳的样品浓缩装置和方法，通过将两段或多段毛细管以一个狭小空间的连接腔室相连接，通过在连接结点处构建低电势，使得毛细管内的样品离子向低电势的连接结点处不断汇聚浓缩，待浓缩完毕，再施加高压电使得样品离子沿其中电泳单元的毛细管分离，能够使毛细管的进样体积增大到多个毛细管柱体积，从而大幅提高毛细管电泳的进样体积和检测限。
值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以对上述各种零部件的构造进行材料和结构的改进，或者是采用技术等同物进行替换。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种毛细管电泳的样品浓缩装置，其特征在于，包括连接腔室、电泳单元、至少一个进样单元、第一高压电源及第二高压电源，所述的连接腔室采用导电材料，所述的连接腔室与所述的第一高压电源电连接，所述的连接腔室分别与所述的进样单元的一端和所述的电泳单元的一端相连通，所述的进样单元的另一端与所述的第二高压电源电连接，所述的电泳单元连接有检测器，所述的电泳单元的另一端接地，所述的连接腔室与所述的进样单元之间、所述的连接腔室与所述的电泳单元之间均设置有用于保证气密性的气密机构。
2.根据权利要求1所述的一种毛细管电泳的样品浓缩装置，其特征在于，所述的电泳单元包括第一毛细管和第一样品瓶，所述的连接腔室上设置有第一开口，所述的第一开口与所述的第一毛细管的一端相连通，所述的第一毛细管的另一端经所述的检测器后插入所述的第一样品瓶盛放的背景电解液中，所述的第一样品瓶盛放的背景电解液通过导线接地。
3.根据权利要求2所述的一种毛细管电泳的样品浓缩装置，其特征在于，包括一个所述的进样单元，所述的进样单元包括第二毛细管和第二样品瓶，所述的连接腔室上相对所述的第一开口设置有第二开口，所述的第二开口与所述的第二毛细管的一端相连通，所述的第二毛细管的另一端插入所述的第二样品瓶盛放的样品溶液或背景电解液中，所述的第二高压电源通过导线连接所述的第二样品瓶盛放的背景电解液。
4.根据权利要求3所述的一种毛细管电泳的样品浓缩装置，其特征在于，所述的气密机构包括套管和卡套接头，所述的套管设置在所述的第一开口和所述的第一毛细管之间以及所述的第二开口和所述的第二毛细管之间，所述的卡套接头套设在所述的套管外用于卡紧所述的套管。
5.根据权利要求3所述的一种毛细管电泳的样品浓缩装置，其特征在于，所述的连接腔室由一个金属二通的中间部构成，所述的金属二通的第一端部包括所述的第一开口，所述的金属二通的第二端部包括所述的第二开口，所述的金属二通的中间部的外壁上通过导线与所述的第一高压电源连接。
6.根据权利要求2所述的一种毛细管电泳的样品浓缩装置，其特征在于，包括三个所述的进样单元，所述的进样单元包括第二毛细管和第二样品瓶，所述的连接腔室由一个金属四通的中间部构成，所述的金属四通的第一端部包括所述的第一开口，所述的第一开口与所述的第一毛细管的一端相连通，所述的金属四通的第二端部、第三端部和第四端部上分别设置有第二开口，三个所述的第二开口分别与三根所述的第二毛细管相连通，三根所述的第二毛细管的另一端分别插入三个所述的第二样品瓶的盛放液中，所述的第二高压电源通过导线分别连接所述的第二样品瓶的盛放液。
7.根据权利要求6所述的一种毛细管电泳的样品浓缩装置，其特征在于，所述的气密机构包括套管和卡套接头，所述的套管设置在所述的第一开口和所述的第一毛细管之间以及三个所述的第二开口和相对应的所述的第二毛细管之间，所述的卡套接头套设在所述的套管外用于卡紧所述的套管。
8.根据权利要求1所述的一种毛细管电泳的样品浓缩装置，其特征在于，所述的检测器为紫外检测器。
9.一种采用权利要求1所述的样品浓缩装置进行毛细管电泳样品浓缩的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）进样：将样品溶液通过气体压力进样的方式，充满电泳单元和所有进样单元；
2）样品浓缩：将所有进样单元加载背景电解液，将第一高压电源和第二高压电源施加不同电压，使连接腔室内形成低于其他各单元的最低电势，样品离子向连接腔室内浓缩，等待足够长时间后，使电泳单元和所有进样单元内的样品离子均浓缩至连接腔室内，其中样品离子为阳离子；
3）样品分离：将第一高压电源和第二高压电源均施加极性为正的高电压，使连接腔室内浓缩完毕的样品离子在电泳单元内被分离，样品离子流经检测器并由检测器获得检测信号。
10.根据权利要求9所述的一种毛细管电泳的样品浓缩方法，其特征在于，所述的步骤2）中将第一高压电源和第二高压电源施加不同电压具体包括：将第一高压电源输出极性为负的高电压，将第二高压电源输出电压值调为零，其中加载的高电压值为10～30千伏特。
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