CN110261520B - 非对称场流分离装置及分离检测样品的方法 - Google Patents

非对称场流分离装置及分离检测样品的方法 Download PDF

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CN110261520B CN201910723125.XA CN201910723125A CN110261520B CN 110261520 B CN110261520 B CN 110261520B CN 201910723125 A CN201910723125 A CN 201910723125A CN 110261520 B CN110261520 B CN 110261520B
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Abstract

本发明提供了一种非对称场流分离装置及分离检测样品的方法，所述非对称场流分离装置包括分离池道、载液供应装置、交叉流流速监测调控装置、流道转换控制部件及若干条流道。本发明通过合理设置管道及其连接方式，并选择合适的管道内径范围，提高了非对称场流分离装置的分离上限，使其具有较广泛的检测范围1 nm~20μm，扩大了适用范围，优化了样品的分离条件，提高了实验结果的准确性；同时，解决了商品化AF4分离装置分离范围狭窄和管道堵塞不易拆卸清洗的问题，装置成本低，性价比高，具有广泛的市场应用前景。

Description

非对称场流分离装置及分离检测样品的方法
技术领域
本发明涉及非对称场流分离领域，具体地说是涉及一种非对称场流分离装置及分离检测样品的方法。
背景技术
目前用于分离表征生物样品的主要技术有尺寸排阻色谱法（Size exclusionchromatography，SEC）、扫描电子显微镜（Scanning electron microscopy，SEM）和动态光散射法（Dynamic light scattering，DLS）等。
SEC是一种利用多孔填料柱将溶液中的高分子按尺寸大小分离的色谱技术。它是基于体积排阻的分离机理，通过具有分子筛性质的固定相，用来分离相对分子质量较小的物质，并且还可以分析体积不同、具有相同化学性质的高分子同系物。由于SEC是基于样品与固定相相互作用的一种分离技术，具有剪切力，对分离样品有一定的破坏作用，不适用于剪切力敏感的生物样品的分离。色谱柱的分离上限以及在分析过程中的剪切作用都会严重影响样品分离结果的精确性。
DLS分析时间短，但对于多分散的样品，动态光散射测得的样品粒径分布误差较大。因此对于蛋白质、核酸等生物大分子需要一种温和的分离表征技术。
鉴于上述分离表征方法的缺陷，非对称场流分离（Asymmetrical flow field-flow fractionation，AF4）应运而生。非对称场流分离原理是基于样品与外力场相互作用，不同于SEC基于样品与固定相相互作用，AF4池道中没有固定相和填充材料，剪切力小，适用于剪切力敏感的生物样品的分离。AF4池道的独特设计使分析载液具有广泛的选择性，进而可对样品进行原位分析。同时，根据场流分离原理，可以提供样品的粒径分布图。目前，AF4技术被欧美垄断，国内还处于起步阶段，与国外存在一定的差距。同时，商品化AF4分离装置设备价钱昂贵，检测上限为10 μm，并且分离微米级颗粒时，系统容易堵塞，维修比较费时。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种非对称场流分离控制器。
本发明的目的之二是提供一种非对称场流分离控制器的控制方法。
本发明的目的之三是提供一种采用前述非对称场流控制器的非对称场流分离装置。
本发明的目的之四是提供一种非对称场流分离系统。
本发明的目的之五是提供一种分离检测样品的方法。
本发明的目的之六是提供一种非对称场流分离装置的堵塞故障排除方法。
本发明的目的之一是这样实现的：
一种非对称场流分离控制器，包括：
载液供应装置，经载液供应流道和第一载液流道与分离池道的第一入口相接，或者，经载液供应流道和第三载液流道与分离池道的第一入口相接；经载液供应流道和第二载液流道与分离池道的第一出口相接，将载液供应至分离通道；
交叉流流速监测调控装置，包括交叉流流速监测装置和交叉流流速调控部件，所述交叉流流速监测装置经交叉流流道与分离池道的第二出口相接，所述交叉流流速调控部件设置在交叉流流道上；以及
流道转换控制部件，包括第一流道转换部件和第二流道转换部件；所述第一流道转换部件用以转换与分离池道第一入口相接的第一载液流道和第三载液流道；所述第二流道转换部件用以转换与分离池道第一出口相接的第二载液流道和检测流道。
所述第一载液流道包括第三分离管道、第五分离管道、第六分离管道和第七分离管道；所述第三载液流道包括第三分离管道和第七分离管道；所述第三分离管道经三通与所述载液供应流道相接，所述第七分离管道与分离池道的第一入口相接；所述第一流道转换部件分别与所述第三分离管道、第五分离管道、第六分离管道和第七分离管道相接；在所述第五分离管道和所述第六分离管道之间设置有第一针型阀，用以调节所述第一载液流道中的载液流速。
所述第一流道转换部件为四通旋塞阀。
所述第二载液流道包括第二分离管道和第四分离管道，所述第二分离管道经三通与所述载液供应流道相接，所述第四分离管道与分离池道的第一出口相接；所述检测流道包括第四分离管道和检测管道，所述第二流道转换部件分别与所述第二分离管道、检测管道和第四分离管道相接。
所述第二流道转换部件为L型三通旋塞阀。
所述载液供应流道经三通与所述第二载液流道和所述第一载液流道相连接，或者，所述载液供应流道经三通与所述第二载液流道和所述第三载液流道相连接。
所述交叉流流道包括第八分离管道、第九分离管道和第十分离管道，所述第八分离管道与分离池道的第二出口相接，所述第十分离管道与所述交叉流流速监测装置相接；所述交叉流流速调控部件包括截止阀和第二针型阀，在所述第八分离管道和所述第九分离管道之间设置有截止阀，用以控制所述交叉流流道的启闭；在所述第九分离管道和所述第十分离管道之间设置有第二针型阀，以调节交叉流的流速。
所述交叉流流速监测装置还经交叉流废液流道与所述废液回收装置相接，以将所述分离池道中的载液经交叉流流道、交叉流流速监测装置和交叉流废液流道输送至所述废液回收装置。
所述检测器经检测废液流道与所述废液回收装置相接，以回收检测后的废液。所述检测废液流道包括第二检测管道和第三检测管道，且两者之间设置有第三针型阀。
所述分离池道可采用现有技术中已知的池道，具体地，在分离池道中设置有第一入口、第二入口、分离通道、第一出口和第二出口，在所述分离通道中设置有过滤膜，所述分离通道的一端分别与所述第一入口、所述第二入口相接，所述分离通道的另一端分别与所述第一出口、所述第二出口相接。
所述第二分离管道、第三分离管道和第四分离管道采用内径为0.01"~0.02"（0.25mm~0.50 mm），外径为1/16"的管，优选PEEK管。
所述第七分离管道采用内径为0.005"~0.02"（0.125 mm~0.50 mm），外径1/16"的管，优选PEEK管。
第八分离管道采用内径为0.005"（0.125 mm），外径为1/16"的管，优选PEEK管。
所述第五分离管道、第六分离管道、第九分离管道和第十分离管道采用内径为0.02"（0.5 mm），外径为1/16"的管，优选PEEK管。
所述交叉流废液流道采用内径0.03"（0.75 mm），外径1/16"的管，优选废液管。
所述载液供应流道采用内径为0.01"（0.25 mm），外径1/16"的管，优选PEEK管。
所述检测管道采用内径0.01"~0.02"（0.25 mm~0.50 mm），外径1/16"的管，优选PEEK管。
所述第二检测管道采用内径0.01"（0.25 mm），外径1/16"的管，优选PEEK管；所述第三检测管道采用内径0.03"（0.75 mm），外径1/16"的管，优选废液管。
所述第一载液流道、第三载液流道、第二载液流道及检测流道还可分别为独立设置的管道，则第一载液流道、第三载液流道与分离池道的第一入口相接，第二载液流道与检测流道与分离池道的第一出口相接。可选地，第一载液流道、第三载液流道可经旋塞阀与分离池道的第一入口相接；同理，第二载液流道与检测流道也可经旋塞阀与分离池道的第一出口相接。
本发明的目的之二是这样实现的：
一种非对称场流分离控制器的控制方法，包括如下步骤：
（a）通过交叉流流速监测调控装置调整交叉流至特定的流速；
（b）调整流道转换部件，使载液供应流道与第一载液流道、第二载液流道相连通，将载液自分离池道的第一入口、第一出口进入分离池道中，向分离池道中送入测试样品或待分离样品，进样完毕后，测试样品或待分离样品在分离池道内进行聚集；
（c）样品聚集完成后，调整流道转换部件，使载液供应流道与第三载液流道相连通，载液自分离池道的第一入口进入，与聚集后的样品自分离池道的第一出口而出并进入检测流道。
步骤（a）中，采用下述方法调整交叉流流速：打开截止阀，调整第二流道转换部件，使分离池道的第一出口与检测流道相通、分离池道的第二出口与交叉流流道相通，通过第二针型阀和/或第三针型阀调节交叉流流速，直到交叉流流速监测装置达到特定的交叉流流速。
本发明的目的之三是这样实现的：
一种非对称场流分离装置，包括：
分离池道，在分离池道中设置有第一入口、第二入口、分离通道、第一出口和第二出口，在所述分离通道中设置有过滤膜，所述分离通道的一端分别与所述第一入口、所述第二入口相接，所述分离通道的另一端分别与所述第一出口、所述第二出口相接；
载液供应装置，经载液供应流道和第一载液流道与所述分离池道的所述第一入口相接，或者，经载液供应流道和第三载液流道与所述分离通道的所述第一入口相接；经载液供应流道和第二载液流道与所述分离池道的所述第一出口相接，将载液供应至所述分离通道；
交叉流流速监测调控装置，包括交叉流流速监测装置和交叉流流速调控部件，所述交叉流流速监测装置经交叉流流道与所述分离通道的所述第二出口相接，所述交叉流流速调控部件设置在交叉流流道上；以及
流道转换控制部件，包括第一流道转换部件和第二流道转换部件；所述第一流道转换部件用以转换与所述第一入口相接的所述第一载液流道和所述第三载液流道；所述第二流道转换部件用以所述第一出口相接的所述第二载液流道和检测流道。
所述第一载液流道包括第三分离管道、第五分离管道、第六分离管道和第七分离管道；所述第三载液流道包括第三分离管道和第七分离管道；所述第三分离管道经三通与所述载液供应流道相接，所述第七分离管道与所述第一入口相接；所述第一流道转换部件分别与所述第三分离管道、第五分离管道、第六分离管道和第七分离管道相接；在所述第五分离管道和所述第六分离管道之间设置有第一针型阀，用以调节所述第一载液流道中的载液流速。
所述第一流道转换部件为四通旋塞阀。
所述第二载液流道包括第二分离管道和第四分离管道，所述第二分离管道经三通与所述载液供应流道相接，所述第四分离管道与分离池道的第一出口相接；所述检测流道包括第四分离管道和检测管道，所述第二流道转换部件分别与所述第二分离管道、检测管道和第四分离管道相接。
所述第二流道转换部件为L型三通旋塞阀。
所述载液供应流道经三通与所述第二载液流道和所述第一载液流道相连接，或者，所述载液供应流道经三通与所述第二载液流道和所述第三载液流道相连接。
所述交叉流流道包括第八分离管道、第九分离管道和第十分离管道，所述第八分离管道与所述第二出口相接，所述第十分离管道与所述交叉流流速监测装置相接；所述交叉流流速调控部件包括截止阀和第二针型阀，在所述第八分离管道和所述第九分离管道之间设置有截止阀，用以控制所述交叉流流道的启闭；在所述第九分离管道和所述第十分离管道之间设置有第二针型阀，以调节交叉流的流速。
所述交叉流流速监测装置还经交叉流废液流道与所述废液回收装置相接，将所述分离池道中的载液经交叉流流道、交叉流流速监测装置和交叉流废液流道输送至所述废液回收装置。
所述检测器经检测废液流道与所述废液回收装置相接，以回收检测后的废液。所述检测废液流道包括第二检测管道和第三检测管道，且两者之间设置有第三针型阀。
所述第二分离管道、第三分离管道和第四分离管道采用内径为0.01"~0.02"（0.25mm~0.50 mm），外径为1/16"的管，优选PEEK管。
所述第七分离管道采用内径为0.005"~0.02"（0.125 mm~0.50 mm），外径1/16"的管，优选PEEK管。
第八分离管道采用内径为0.005"（0.125 mm），外径为1/16"的管，优选PEEK管。
所述第五分离管道、第六分离管道、第九分离管道和第十分离管道采用内径为0.02"（0.5 mm），外径为1/16"的管，优选PEEK管。
所述载液供应流道采用内径为0.01"（0.25 mm），外径1/16"的管，优选PEEK管。
所述交叉流废液流道采用内径0.03"（0.75 mm），外径1/16"的管，优选废液管。
所述检测管道采用内径0.01"~0.02"（0.25 mm~0.50 mm），外径1/16"的管，优选PEEK管。
所述第二检测管道采用内径0.01"（0.25 mm），外径1/16"的管，优选PEEK管；所述第三检测管道采用内径0.03"（0.75 mm），外径1/16"的管，优选废液管。
所述第一载液流道、第三载液流道、第二载液流道及检测流道还可分别为独立设置的管道，则第一载液流道、第三载液流道与分离池道的第一入口相接，第二载液流道与检测流道与分离池道的第一出口相接。可选地，第一载液流道、第三载液流道可经旋塞阀与分离池道的第一入口相接；同理，第二载液流道与检测流道也可经旋塞阀与分离池道的第一出口相接。
本发明的目的之四是这样实现的：
一种非对称场流分离控制系统，包括：
前述非对称场流分离装置；
进样部分，与所述非对称场流分离装置中所述分离池道的第二入口相接，将样品送至所述分离池道；以及
检测部分，与所述非对称场流分离装置中所述分离池道的第一出口相接，以对样品进行检测分析。
所述进样部分包括样品供应装置和样品流道；可选地，所述样品供应装置为进样阀；所述样品流道采用内径为0.01"（0.25 mm）、外径为1/16"的管，优选PEEK管。
所述检测部分包括检测器、检测流道和检测废液流道，检测器的进口与检测流道相接，检测器的出口与检测废液流道的一端相接，检测废液流道的另一端与废液回收装置相接。
所述检测器可以选用多种检测器，如紫外检测器、多角度激光光散射检测器、示差折光检测器、荧光检测器等，可以根据实际需求选择相应的检测器依次串联。
优选地，所述检测器包括串联的第一检测器和第二检测器；第一检测器的进口与检测流道相接，第二检测器的出口与检测废液流道相接。可选地，所述第一检测器为紫外检测器，所述第二检测器为示差折光检测器。
所述检测废液流道包括第二检测管道和第三检测管道，且两者之间设置有控制阀，所述控制阀为针型阀；所述第二检测管道采用内径0.01"（0.25 mm），外径1/16"的管，优选PEEK管；所述第三检测管道采用内径0.03"（0.75 mm），外径1/16"的管，优选废液管。
本发明的目的之五是这样实现的：
一种分离检测样品的方法，其采用前述非对称场流分离系统，包括如下步骤：
（a）通过交叉流流速监测调控装置调整交叉流至特定的流速；
（b）调整流道转换部件，使载液供应流道与第一载液流道、第二载液流道相连通，将载液自分离池道的第一出口、第一入口进入分离池道中，经进样部分向分离池道中送入测试样品并记录进样时间，测试样品在分离池道内进行聚集，待测试样品在分离池道中的聚集位置合适后，测量聚集位置和聚集时间，并将此作为待分离样品的进样参数和聚集参数；
（c）经进样部分在进样时间内向分离池道中送入待分离样品，使待分离样品在聚集时间内于分离池道内聚集至聚集位置，载液经交叉流流道、交叉流流速监测装置和交叉流废液流道进入废液回收装置；
（d）样品聚集完成后，调整流道转换部件，使载液供应流道与第三载液流道相连通，载液自分离池道的第一入口进入，一部分载液与样品中分子量大于过滤膜截留分子量的组分自分离池道的第一出口而出并经检测流道进入检测器进行检测分析，另一部分载液与样品中分子量小于过滤膜截留分子量的组分从分离池道的第二出口经交叉流流道、交叉流流速监测装置和交叉流废液流道进入废液回收装置。
步骤（a）中，采用下述方法调整交叉流流速：调整流道转换部件，使载液供应流道与第一载液流道、第二载液流道相连通，将载液自分离池道的第一出口、第一入口进入分离池道中，打开截止阀，调整第二流道转换部件，使分离池道的第一出口与检测流道相通、分离池道的第二出口与交叉流流道相通，通过第二针型阀和/或第三针型阀调节交叉流流速，使交叉流流速监测装置达到特定的交叉流流速。
步骤（b）中，采用溴酚蓝作为测试样品，待溴酚蓝在分离池道中聚集成一条清晰可见的线后，测量溴酚蓝在分离池道中的实际聚集位置，当聚集位置靠前或靠后时，可在此次聚集完毕后，调节第一载液流道上的第一针型阀，再进溴酚蓝样品，测量其实际聚集位置，直至达到理想聚集位置（Z’=3.0~3.5 cm）。
在检测完成后，关闭非对称场流分离装置的截止阀，采用载液冲洗池道，为下次分离样品做准备。
本发明的目的之六是这样实现的：
一种前述非对称场流分离系统的堵塞故障排除方法，从所述非对称场流分离装置上拆下样品流经的管道，依次用去离子水、异丙醇、去离子水冲洗管道，之后将各管道放入超声波清洗器中超声清洗，再依次用去离子水、异丙醇、去离子水冲洗管道，而后将管道依次安装回场流分离控制系统即可。
样品流经的管道包括进样管、第四分离管道、第八分离管道和检测管道。
本发明所涉及的非对称场流分离控制器通过合理设置管道及其连接方式，并选择合适的管道内径范围，提高了非对称场流分离装置的分离上限，使其具有较广泛的检测范围1 nm~20 μm，扩大了非对称场流分离装置适用范围，优化了样品的分离条件，提高了实验结果的准确性；同时，解决了商品化AF4分离装置分离范围狭窄和管道堵塞不易拆卸清洗的问题。
本发明非对称场流分离控制器的原理简单，易于操作者理解及学习非对称场流的分离原理，管道连接方式简单易拆卸，易清洗堵塞管道，易排除分离控制装置故障，装置成本低，性价比高，具有广泛的市场应用前景。
附图说明
图1是非对称场流分离系统的结构示意图，图中，1、第一检测器；2、第二检测器；3、载液供应装置；4、第三针型阀；5、第二流道转换部件；6、三通；7、第一流道转换部件；8、第一针型阀；9、第一入口；10、第二入口；11、分离池道；12、第一出口；13、第二出口；14、截止阀；15、第二针型阀；16、交叉流流速监测装置；17、进样泵；18、样品供应装置；19、废液回收装置；2-1、载液供应流道，2-2~2-10、第二分离管道~第十分离管道；2-11、交叉流废液流道；3-1、检测管道；3-2~3-3、第二检测管道~第三检测管道。
图2是采用实施例1~7的非对称场流分离系统所得PS6和PS20混合样品的AF4-UV/Vis分离图谱。
图3是采用对比例1~3的非对称场流分离系统所得PS6和PS20混合样品的AF4-UV/Vis分离图谱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的阐述，下述实施例仅作为说明，并不以任何方式限制本发明的保护范围。
在下述实施例和/或对比例中未详细描述的过程和方法是本领域公知的常规方法，实施例和/或对比例中所用部件、试剂等均可市购或通过本领域普通技术人员熟知的方法制备。
一种非对称场流分离系统，其包括进样部分、非对称场流分离装置及检测部分，非对称场流分离装置分别与进样部分和检测部分相接。
进样部分包括进样泵17、样品供应装置18和样品流道，样品流道包括进样管1-1、1-2，其中，进样泵17用以装载分离样品的载液；进样管1-1和进样管1-2由样品供应装置18即进样阀连接，进样管1-1的一端与进样泵17相接，另一端与进样阀相接，进样管1-2的一端与进样阀相接，另一端与分离控制器中分离池道11的第二入口10相接。进样管1-1和1-2的管径可以相同，也可以不同，本申请中，进样管1-1、1-2均为内径为0.01"（0.25 mm）、外径为1/16"的PEEK管。向样品供应装置18即进样阀中注入待分离样品，旋转进样阀至进样位置，打开进样泵17，将待分离样品泵入至分离控制器中的分离池道11内。
非对称场流分离装置包括分离池道11和分离控制器，其中，分离控制器包括载液供应装置、载液供应流道、第一载液流道、第二载液流道、第三载液流道、交叉流流速监测装置、交叉流流道、交叉流流速调控部件、交叉流废液流道、废液回收装置及设置在各流道上的流道转换部件和控制部件等。
分离池道11可采用现有的池道，在分离池道11中设置有分离通道、第一入口9、第二入口10、第一出口12和第二出口13。在分离通道中设置有过滤膜，分离通道供载液流动并用于对样品进行分离。第一入口9和第二入口10与分离通道的一端相连通，第一出口12和第二出口13与分离通道的另一端相连通。第一入口9与第一载液流道和第三载液流道相接，用以将载液供应至分离池道中；第二入口10与样品流道相接，用以将样品供应至分离池道中；第一出口与第二载液流道相接，以将载液供应至分离池道中，形成聚集流，第一出口还经检测流道与检测部分的检测器相接，以在样品完成聚集后，将其进入检测器进行检测分析；第二出口与交叉流流道相接，将载液和/或样品中的部分组分经交叉流流道、交叉流流速监测装置和交叉流废液流道排出至废液回收装置19即废液桶内。
本发明中，载液供应装置为液相泵，交叉流流速监测装置为数字微流量计。载液供应流道2-1与载液供应装置液相泵相接，载液供应流道经三通6分别与第一载液流道和第二载液流道相接，以将载液分别通过第一载液流道和第二载液流道输送至分离池道11的第一入口9和第一出口12。第一载液流道包括第三分离管道2-3、第五分离管道2-5、第六分离管道2-6和第七分离管道2-7，在第五分离管道2-5和第六分离管道2-6之间设置有第一针型阀8，用以调节第一载液流道中的载液流速；第二载液流道包括第二分离管道2-2和第四分离管道2-4，第三载液流道包括第三分离管道2-3和第七分离管道2-7；检测流道包括第四分离管道2-4和检测管道3-1。交叉流流道包括第八分离管道2-8、第九分离管道2-9和第十分离管道2-10，第八分离管道2-8与分离池道的第二出口相接，第十分离管道2-10与交叉流流速监测装置数字微流量计的一端相接；交叉流流速调控部件包括截止阀和第二针型阀，在第八分离管道2-8、第九分离管道2-9之间设置有截止阀14，以控制交叉流流道的启闭；在第九分离管道2-9和第十分离管道2-10之间设置有第二针型阀15，以调节交叉流的流速。交叉流流速监测装置数字微流量计的另一端经交叉流废液流道2-11与废液回收装置19即废液桶相接。
在第三分离管道2-3、第五分离管道2-5、第六分离管道2-6和第七分离管道2-7之间设置有第一流道转换部件7，其为四通旋塞阀，分别与第三分离管道2-3、第五分离管道2-5、第六分离管道2-6和第七分离管道2-7的一端相接，用以将第一载液流道转换为第三载液流道。在第二分离管道2-2、第四分离管道2-4和检测管道3-1之间设置有第二流道转换部件5，其为L型三通旋塞阀，用以将第二载液流道转换为检测流道。
本发明中，载液供应流道2-1采用内径为0.01"（0.25 mm），外径1/16"的PEEK管；第二分离管道~第四分离管道2-2~2-4采用内径为0.01"~0.02"（0.25 mm~0.50 mm），外径为1/16"的PEEK管；第七分离管道2-7采用内径为0.005"~0.02"（0.125 mm~0.50 mm），外径1/16"的PEEK管；第八分离管道2-8采用内径为0.005"（0.125 mm），外径为1/16"的PEEK管；第五分离管道2-5、第六分离管道2-6、第九分离管道2-9和第十分离管道2-10采用内径为0.02"（0.5 mm），外径为1/16"的PEEK管；交叉流废液流道2-11采用内径0.03"（0.75 mm），外径1/16"的废液管；检测管道3-1采用内径0.01"~0.02"（0.25 mm~0.50 mm），外径1/16"的PEEK管。
检测部分包括检测器、检测流道和检测废液流道，检测器的进口与检测流道相接，检测器的出口与检测废液流道的一端相接，检测废液流道的另一端与废液桶相接。检测流道包括检测管道3-1和第四分离管道2-4，以在样品完成聚集后，进入检测器进行检测分析。在检测废液流道上可设置第三针型阀4，以控制检测废液的排出流速，同时还可辅助调控交叉流的流速。所述检测器可以选用多种检测器，如紫外检测器、多角度激光光散射检测器、示差折光检测器、荧光检测器等，可以根据实际需求选择相应的检测器依次串联。
本发明中，检测废液流道包括第二检测管道3-2和第三检测管道3-3，第二检测管道3-2的一端与检测器的出口相接，第三检测管道3-3的一端与废液桶相接，且在第二检测管道3-2和第三检测管道3-3之间设置有第三针型阀4。检测器包括串联的第一检测器1和第二检测器2，使光信号转换为相应的电信号，得到分离图谱；第一检测器1的进口与检测管道相接，第二检测器2的出口与检测废液流道中的第二检测管道3-2相接。第一检测器1为紫外检测器，第二检测器2为示差折光检测器，检测管道3-1采用内径0.01"~0.02"（0.25 mm~0.50 mm），外径1/16"的PEEK管，第二检测管道3-2采用内径为0.01"（0.25 mm），外径1/16"的PEEK管，第三检测管道3-3采用内径为0.03"（0.75 mm），外径1/16"的废液管。
在采用该非对称场流分离装置进行样品分离时，首先按如下方式调整交叉流流速：打开截止阀14，调整第二流道转换部件5即L型三通旋塞阀，使分离池道11的第一出口12与检测流道相通、分离池道11的第二出口13与交叉流流道相通，通过第三针型阀4和/或第二针型阀15调节交叉流流速，直至交叉流流速监测装置16即数字微流量计达到特定的交叉流流速。
将交叉流流速调整至合适的流速后，向分离池道11中进样，以对样品进行分离、检测。在进样泵17中盛装分离样品的载液，之后打开样品供应装置18即进样阀，注入待分离样品，关闭样品供应装置18即进样阀；调整第一流道转换部件7即四通旋塞阀和第二流道转换部件5即L型三通旋塞阀，使液相泵经载液供应流道和三通6与第一载液流道和第二载液流道相通，从而使载液分别自第一入口9和第一出口12进入分离池道11，打开进样泵17，将待分离样品经进样管道泵入至分离控制器中的分离池道11内，进样完毕后，样品在分离池道11中开始聚集，全部载液透过分离池道11中的过滤膜自第二出口13经交叉流流道、交叉流流速监测装置16即数字微流量计和交叉流废液流道排出至废液桶中。
在正式对待分离样品进行分离前，首先分离溴酚蓝样品，以调整聚集位置，测定进样时间和聚集时间。打开样品供应装置18即进样阀，向进样阀中注入溴酚蓝（BPB），打开进样泵17，向分离池道11中进样，进样完毕后，关闭进样泵17，溴酚蓝在分离池道11中聚集，待溴酚蓝在分离池道11中的分离通道聚集成一条清晰可见的线后，测量溴酚蓝在分离池道11中的实际聚集位置。当聚集位置靠前或靠后时，可在此次聚集完毕后，调节第一针型阀8，再进溴酚蓝样品，测量其实际聚集位置，直至达到理想聚集位置（Z’=3.0~3.5 cm），测量具体聚集位置和溴酚蓝样品的进样时间和聚集时间，以此作为待分离样品的进样时间和聚集时间。
正式对待分离样品进行分离时，将待分离样品注入样品供应装置18中，按照前述步骤所测定的进样时间打开进样泵17，在进样泵17中的载液作用下经样品流道自第二入口进入分离池道11中，进样完毕后，关闭进样泵17，然后样品开始聚集，使样品在聚集时间内完成聚集，当完成聚集时，旋转第一流道转换部件7即四通旋塞阀和第二流道转换部件5即L型三通旋塞阀，使第三载液流道和检测流道连通，开始进行洗脱，则样品中大于过滤膜截留分子量的组分和部分载液从分离池道11的第一出口12经检测流道依次进入到第一检测器1和第二检测器2，进行检测，另一部分载液和样品中小于过滤膜截留分子量的组分经交叉流流道、交叉流流速监测装置16和交叉流废液流道进入废液回收装置19；检测结束后，关闭截止阀14，采用载液冲洗池道，为下次分离样品做准备。
根据场流分离理论，在正常洗脱模式下，将从第一检测器1或第二检测器2的图谱所得到的保留时间换算成待分离样品的粒径分布图，换算公式如下：
其中，d H是样品的水合直径，w是池道高度，t r是样品保留时间，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，V 0为空隙体积，η为载液黏度，V c是交叉流流速，t 0是空隙时间。
当场流分离控制器发生堵塞时，表现为液相泵压力值升高，直接原因就是流路不畅，可能发生堵塞的管道为样品流经的管道，即进样管1-2、第四分离管道2-4、第八分离管道2-8和检测管道3-1。在进行堵塞故障排除时，拆下前述管道，依次用去离子水、异丙醇、去离子水冲洗管道，冲洗完毕后将各管道放入超声波清洗器中超声清洗，超声完毕后再依次用去离子水、异丙醇、去离子水冲洗管道，而后将管道依次安装回场流分离控制器。
本发明中采用1:1（v/v）比例混合的6 μm 聚苯乙烯乳化球（PS6）和20 μm 聚苯乙烯乳化球（PS20）样品进样分析，进样体积为50 μL，进样流速为0.2 mL/min，检测流速V d为1mL/min，交叉流速V c为0.5 mL/min，350 μm厚度的垫片；RC过滤膜；载液为0.02%的FL-70和0.02%的NaN3水溶液；检测器波长λ=254 nm；管道内径如下表所示，所得到的PS6和PS20的分离度和聚集位置见下表1。
表1 不同内径的管道条件下PS6和PS20混合样品的分离度及聚集位置
注：“a”表示此管道内径不适合该控制器，无法测量。
“b”表示为了得到最佳的聚集位置，第五分离管道2-5和第六分离管道2-6内径固定为0.02"。
实施例1
第二分离管道~第四分离管道2-2~2-4和检测管道3-1的内径为0.01"（0.25 mm），外径为1/16"；第五分离管道~第六分离管道2-5~2-6的内径为0.02"（0.50 mm），外径为1/16"；第七分离管道2-7和第八分离管道2-8内径为0.005"（0.125 mm），外径为1/16"。
实施例2
第二分离管道2-2的内径为0.02"（0.50 mm），外径为1/16"；第三分离管道2-3、第四分离管道2-4和检测管道3-1的内径为0.01"（0.25 mm），外径为1/16"；第五分离管道~第六分离管道2-5~2-6的内径为0.02"（0.50 mm），外径为1/16"；第七分离管道2-7和第八分离管道2-8内径为0.005"（0.125 mm），外径为1/16"。
实施例3
第二分离管道2-2、第四分离管道2-4和检测管道3-1的内径为0.01"（0.25 mm），外径为1/16"；第三分离管道2-3的内径为0.02"（0.50 mm），外径为1/16"；第五分离管道~第六分离管道2-5~2-6的内径为0.02"（0.50 mm），外径为1/16"；第七分离管道2-7和第八分离管道2-8内径为0.005"（0.125 mm），外径为1/16"。
实施例4
第二分离管道2-2、第三分离管道2-3和检测管道3-1的内径为0.01"（0.25 mm），外径为1/16"；第四分离管道2-4的内径为0.02"（0.50 mm），外径为1/16"；第五分离管道~第六分离管道2-5~2-6的内径为0.02"（0.50 mm），外径为1/16"；第七分离管道2-7和第八分离管道2-8内径为0.005"（0.125 mm），外径为1/16"。
实施例5
第二分离管道~第四分离管道2-2~2-4和检测管道3-1的内径为0.01"（0.25 mm），外径为1/16"；第五分离管道~第六分离管道2-5~2-6的内径为0.02"（0.50 mm），外径为1/16"；第七分离管道2-7的内径为0.02"（0.50 mm）；第八分离管道2-8内径为0.005"（0.125mm），外径为1/16"。
实施例6
第二分离管道~第四分离管道2-2~2-4和检测管道3-1的内径为0.01"（0.25 mm），外径为1/16"；第五分离管道~第六分离管道2-5~2-6的内径为0.02"（0.50 mm），外径为1/16"；第七分离管道2-7的内径为0.01"（0.25 mm）；第八分离管道2-8内径为0.005"（0.125mm），外径为1/16"。
实施例7
第二分离管道~第四分离管道2-2~2-4的内径为0.01"（0.25 mm），外径为1/16"；第五分离管道~第六分离管道2-5~2-6的内径为0.02"（0.50 mm），外径为1/16"；第七分离管道2-7和第八分离管道2-8内径为0.005"（0.125 mm），外径为1/16"；检测管道3-1的内径为0.02"（0.50 mm），外径为1/16"。
对采用实施例1、2、3、4、5、6、7的管路内径条件，按1:1（v/v）比例混合PS6和PS20样品，进样，得到的PS6和PS20混合样品的AF4-UV/Vis分离图谱如图2所示。
当第二分离管道2-2内径为0.01"（0.25 mm）时，系统压力为0.9 MPa，调节第二针型阀15，使交叉流速为0.5 mL/min，进BPB测得聚集位置Z’=3.15 cm，进样品，分离度R=3.88；
当第二分离管道2-2内径为0.02"（0.50 mm）时，系统压力为0.9 MPa，调节第二针型阀15，使交叉流速为0.5 mL/min，调节第一针型阀8，调整聚集位置，进BPB测得聚集位置Z’=3.00 cm，进样品，算出分离度R=4.93；
当第三分离管道2-3内径为0.02"（0.50mm）时，系统压力为0.8 MPa，调节第二针型阀15，使交叉流速为0.5 mL/min，调节第一针型阀8，调整聚集位置，进BPB测得聚集位置Z’=3.25 cm，进样品，分离度R=4.58；
当第四分离管道2-4内径为0.02"（0.50mm）时，系统压力为0.9 MPa，调节第二针型阀15，使交叉流速为0.5 mL/min，调节第一针型阀8，调整聚集位置，进BPB测得聚集位置Z’=2.60 cm，进样品，分离度R=3.50；
当第七分离管道2-7内径为0.02"（0.50mm）时，系统压力为0.4 MPa，调节第二针型阀15，使交叉流速为0.5 mL/min，调节第一针型阀8，调整聚集位置，进BPB测得聚集位置Z’=4.00 cm，进样品，分离度R=4.44；
当第七分离管道2-7内径为0.01"（0.25 mm）时，系统压力为1.0 MPa，调节第二针型阀15，使交叉流速为0.5 mL/min，进BPB测得聚集位置Z’=5.50 cm，进样品，分离度R=3.59；
当检测管道3-1内径为0.02"（0.50mm）时，系统压力为0.8 MPa，调节第二针型阀15，使交叉流速为0.5 mL/min，调节第一针型阀8，调整聚集位置，进BPB测得聚集位置Z’=3.20 cm，进样品，分离度R=4.05；
由图2可以看出，基于非对称场流分离联用紫外可见光检测（AF4-UV/Vis）对按1:1（v/v）比例混合的PS6和PS20样品进行分离表征，当第二分离管道2-2、第三分离管道2-3、第四分离管道2-4采用内径0.01"~0.02"（0.25 mm~0.50 mm），第七分离管道2-7采用内径0.005"~0.02"（0.125 mm~0.50 mm），检测管道3-1采用内径0.01"~0.02"（0.25 mm~0.50mm）时，均实现了基线分离，样品分离度R均良好。
对比例1
第二分离管道2-2的内径为0.005"（0.125 mm），外径为1/16"；第三分离管道2-3、第四分离管道2-4和检测管道3-1的内径为0.01"（0.25 mm），外径为1/16"；第五分离管道~第六分离管道2-5~2-6的内径为0.02"（0.50 mm），外径为1/16"；第七分离管道2-7和第八分离管道2-8内径为0.005"（0.125 mm），外径为1/16"。
对比例2
第二分离管道2-2、第四分离管道2-4和检测管道3-1的内径为0.01"（0.25 mm），外径为1/16"；第三分离管道2-3的内径为0.005"（0.125 mm），外径为1/16"；第五分离管道~第六分离管道2-5~2-6的内径为0.02"（0.50 mm），外径为1/16"；第七分离管道2-7和第八分离管道2-8内径为0.005"（0.125 mm），外径为1/16"。
对比例3
第二分离管道2-2、第三分离管道2-3和检测管道3-1的内径为0.01"（0.25 mm），外径为1/16"；第四分离管道2-4的内径为0.005"（0.125 mm），外径为1/16"；第五分离管道~第六分离管道2-5~2-6的内径为0.02"（0.50 mm），外径为1/16"；第七分离管道2-7和第八分离管道2-8内径为0.005"（0.125 mm），外径为1/16"。
对采用对比例1、2、3的管路内径条件，按1:1（v/v）比例混合PS6和PS20样品，进样，得到的PS6和PS20混合样品的AF4-UV/Vis分离图谱如图3所示。
当第二分离管道2-2内径为0.005"（0.125 mm）时，系统压力为0.9 MPa，调节第二针型阀15，使交叉流速为0.5 mL/min，进BPB测得聚集位置Z’=8.60 cm，进样品，分离度R=2.44。
当第三分离管道2-3内径为0.005"（0.125 mm）时，系统压力为1.2 MPa，调节第二针型阀15，使交叉流速为0.5 mL/min，进BPB测得聚集位置Z’=2.80 cm，进样品，分离度R=3.47。
当第四分离管道2-4内径为0.005"（0.125 mm）时，系统压力为1.0 MPa，调节第二针型阀15，使交叉流速为0.5 mL/min，进BPB测得聚集位置Z’=8.00 cm，进样品，算出分离度R=2.82。
由图3可以看出，基于非对称场流分离联用紫外可见光检测（AF4-UV/Vis）对按1:1（v/v）比例混合的PS6和PS20样品进行分离表征，当第二分离管道2-2、第三分离管道2-3、第四分离管道2-4采用内径0.005"（0.125 mm）时，虽然均实现了基线分离，但分离效果不佳，混合样品中PS6和PS20的信号强度都较低。

Claims (6)

1.一种非对称场流分离控制器，其特征在于，包括：
载液供应装置，经载液供应流道和第一载液流道与分离池道的第一入口相接，或者，经载液供应流道和第三载液流道与分离池道的第一入口相接；经载液供应流道和第二载液流道与分离池道的第一出口相接；
交叉流流速监测调控装置，包括交叉流流速监测装置和交叉流流速调控部件，所述交叉流流速监测装置经交叉流流道与分离池道的第二出口相接，所述交叉流流速调控部件设置在交叉流流道上；以及
流道转换控制部件，包括第一流道转换部件和第二流道转换部件；所述第一流道转换部件用以转换与分离池道的第一入口相接的第一载液流道和第三载液流道；所述第二流道转换部件用以转换与分离池道的第一出口相接的第二载液流道和检测流道；
所述第一载液流道包括第三分离管道、第五分离管道、第六分离管道和第七分离管道；所述第三载液流道包括第三分离管道和第七分离管道；所述第三分离管道经三通与所述载液供应流道相接，所述第七分离管道与分离池道的第一入口相接；所述第一流道转换部件分别与所述第三分离管道、第五分离管道、第六分离管道和第七分离管道相接；在所述第五分离管道和所述第六分离管道之间设置有第一针型阀；
所述第二载液流道包括第二分离管道和第四分离管道，所述第二分离管道经三通与所述载液供应流道相接，所述第四分离管道与分离池道的第一出口相接；所述检测流道包括第四分离管道和检测管道，所述第二流道转换部件分别与所述第二分离管道、检测管道和第四分离管道相接；
所述第一流道转换部件为四通旋塞阀，所述第二流道转换部件为L型三通旋塞阀；
所述交叉流流道包括第八分离管道、第九分离管道和第十分离管道，所述第八分离管道与分离池道的第二出口相接，所述第十分离管道与所述交叉流流速监测装置相接；所述交叉流流速调控部件包括截止阀和第二针型阀，在所述第八分离管道和所述第九分离管道之间设置有截止阀，用以控制所述交叉流流道的启闭；在所述第九分离管道和所述第十分离管道之间设置有交叉流流速调控部件，以调节交叉流的流速；
所述第二分离管道、第三分离管道、第四分离管道采用内径为0.01"~0.02"、外径为1/16"的管；
所述第七分离管道采用内径为0.005"~0.02"、外径1/16"的管；
所述检测管道采用内径0.01"~0.02"、外径1/16"的管。
2.一种权利要求1所述的非对称场流分离控制器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
（a）通过交叉流流速监测调控装置调整交叉流流速；
（b）调整流道转换部件，使载液供应流道与第一载液流道、第二载液流道相连通，将载液自分离池道的第一出口、第一入口进入分离池道中，向分离池道中送入测试样品或待分离样品，进样完毕后，则测试样品或待分离样品在分离池道内进行聚集；
（c）样品聚集完成后，调整流道转换部件，使载液供应流道与第三载液流道相连通，将载液自分离池道的第一入口进入，与聚集后的样品自分离池道的第一出口而出并进入检测流道。
3.一种非对称场流分离装置，其特征在于，包括分离池道和权利要求1所述的非对称场流分离控制器。
4.一种非对称场流分离系统，其特征在于，包括：
权利要求3所述的非对称场流分离装置；
进样部分，与所述非对称场流分离装置中所述分离池道的第二入口相接，将样品送至所述分离池道；以及
检测部分，与所述非对称场流分离装置中所述分离池道的第一出口相接，以对样品进行检测分析。
5.一种分离检测样品的方法，其特征在于，采用权利要求4所述的非对称场流分离系统，包括如下步骤：
（a）通过交叉流流速监测调控装置调整交叉流流速；
（b）调整流道转换部件，使载液供应流道与第一载液流道、第二载液流道相连通，将载液自分离池道的第一入口、第一出口进入分离池道中，经进样部分向分离池道中送入测试样品并记录进样时间，测试样品在分离池道内进行聚集，待测试样品在分离池道中的聚集位置合适后，测量聚集位置和聚集时间，并将此作为待分离样品的进样参数和聚集参数；
（c）经进样部分在进样时间内向分离池道中送入待分离样品，使待分离样品在聚集时间内于分离池道内聚集至聚集位置，载液从分离池道的第二出口经交叉流流道而出；
（d）样品聚集完成后，调整流道转换部件，使载液供应流道与第三载液流道相连通，载液自分离池道的第一入口进入，一部分载液与样品中分子量大于过滤膜截留分子量的组分自分离池道的第一出口而出并经检测流道进入检测器进行检测分析，另一部分载液与样品中分子量小于过滤膜截留分子量的组分从分离池道的第二出口经交叉流流道而出。
6.一种权利要求4所述的非对称场流分离系统的堵塞故障排除方法，其特征在于，从所述非对称场流分离系统上将样品流经的管道拆下，依次用去离子水、异丙醇、去离子水冲洗管道，之后将各管道放入超声波清洗器中超声清洗，再依次用去离子水、异丙醇、去离子水冲洗管道，而后将管道依次安装至非对称场流分离系统即可。
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