CN110494746A - 多模态、多检测器液相色谱系统 - Google Patents

Abstract

一种用于进行液相色谱以分离液体溶液中的分子的系统和方法，其中单个柱包括两个或更多个分离区段，每个分离区段具有紧接在每个分离区段之后的单独的检测器，其中流动相被插入到第一分离区段并且移动通过柱直到穿过最后的分离区段，并且然后使用来自检测器的数据进行化合物鉴定。

Description

多模态、多检测器液相色谱系统

背景技术

发明领域：本发明一般地涉及液相色谱法。更具体地，本发明涉及通过多个串联排列的柱和检测器用于增强液相色谱系统鉴定化合物的能力的系统和方法。

相关领域的描述：进行液相色谱法(LC)以通过分离分子来分析和鉴定液体溶液中化学物质的含量。然而，由于光吸收通常是所使用的检测方法，LC主动地鉴定分子的能力是有限的。由于这个原因，可以使用提供更多信息的检测器，比如质谱仪(MS)，或者可以采用另外的补充分析技术来增加分子鉴定的确定性。

这些途径显著地增加了仪器或分离方法的复杂性。因此，需要显著地增加LC中分子鉴定的置信度而不会显著地增加时间、复杂度或难度。据信，这可以仅通过在单个LC分析运行期间收集更多关于分析物的信息来实现。

发明内容

本发明是用于进行液相色谱以分离液体溶液中的分子的系统和方法，其中单个柱包括两个或更多个分离区段，每个分离区段具有紧接在每个分离区段之后的单独的检测器，其中流动相被插入到第一分离区段并且移动通过柱直到穿过最后的分离区段，并且然后使用来自检测器的数据进行化合物鉴定。

通过考虑结合附图做出的以下详细描述，本发明的这些和其他实施方式对于本领域技术人员将变得显而易见。

附图说明

图1是显示UV检测系统的操作的图，其中UV光穿过毛细管柱。

图2是毛细管柱的剖面视图，其具有设置在其中的两个分离区段，具有设置在每个分离区段之后的柱上检测器。

图3是显示单个毛细管柱可以在其内部具有任意数量的分离区段的剖面视图。

图4是彼此串联附接以形成单个柱的单独的柱组合区段的剖面视图。

图5是毛细管柱的剖面视图，其具有在其中设置的两个分离区段但它们之间没有间隙，具有与每个分离区段重叠设置的柱上检测器。

图6是显示从如图2中串联设置的两个不同的分离区段获得的测量值的两个图。

图7是来自图5中所显示的测量的结果的表格。

具体实施方式

现在将参考附图，其中将给出本发明的各种实施方式的数字标记，并且其中将讨论这些实施方式以便使得本领域技术人员能够制造并使用本发明。应当理解，以下描述说明了本发明的实施方式，并且不应当视为缩小权利要求的范围。

使用柱上检测的液相色谱(LC)是众所周知且十分普遍的分析物分离和检测方法。图1是可以是现有技术中LC系统的一部分的组件的框图，其可以包括，但不应当被认为限于，溶剂的容器10、泵12、注射器14、样品16、柱18、加热器20、检测器22和用于数据采集的装置24。也可能需要其他组件，并且可以从所显示的布置更改具体组件的布置，但是通常这些组件以所显示的顺序使用。

图2是根据本发明的第一实施方式的原理制造的毛细管柱30的横截面剖面视图。第一实施方式可以是毛细管柱30。箭头32显示了液体通过毛细管柱30的梯度流动方向。

毛细管柱30可以具有多个分离区段。分离区段可以是固定相比如填充床、整体设计或柱阵列。在色谱术语中，整体设计可以是以中孔和大孔为特征的多孔杆结构。这些孔提供具有可用于相互作用的高性能、大量通道和高表面积的整料。整体分离区段可以由有机或无机基底组成并且可以容易地化学改变用于特定应用。它们独特的结构赋予它们若干物理机械性质，使得它们能够与传统的填充柱相比具有竞争力。相反，柱阵列可以在柱壁上具有涂层并且使用多孔基底的开放柱上使用化学蚀刻。

本发明的第一实施方式显示了第一分离区段34、第一检测器38、然后是第二分离区段36和第二检测器40，它们全部串联并且在毛细管柱30中。第一检测器38和第二检测器40正在进行柱上检测。

第一分离区段34和第二分离区段36可以含有具有不同固定相的色谱介质。色谱介质可以是涂布有固定相的颗粒、整体结构、具有暴露的活性位点的颗粒或适于LC分离的任何其他材料。

固定相可以具有反相功能(C18、苯酚等)、正相功能(氨基、二氧化硅等)、离子交换功能或任意数量的替代功能。

虽然多种固定相选择可用于填充在毛细管柱30中，但是当使用相同的流动相时，选择用于包括在单个柱中的固定相对于分析物分离应当都是有效的。这种要求的目的是在相同柱中的分离区段之间可能不会从根本上改变流动相的组成。

图2中显示的毛细管柱30和两个分离区段34、36的第一实施方式使得能够在两个分离区段之间进行分析物的无损检测。检测可以是吸光度的形式，比如使用UV吸收系统。其他无损方法包括，但不应当被认为限于，非接触电导检测、荧光检测和折射率检测。然而，可以使用任何无损检测方法，并且这些检测方法的任一种应当在第一实施方式的范围内。

为了使用柱上无损检测方法，在两个分离区段34、36的每个之后可以存在短区段，其中毛细管柱30可以具有如图2中箭头42处所显示的短毛细管检测区段。

在每个分离区段34、36的末端处的毛细管检测区段42必须不仅能够进行检测，而且可以被设计为具有对刚刚发生的分析物分离具有最小有害影响。例如，在分离区段34、36之间或第一分离区段34之前或第二分离区段36之后的大液体体积，可能使得样品扩散和谱带拓宽。因此，第一实施方式仅提供形成毛细管检测区段42的小间隙，其具有用于待进行的柱上检测的足够体积，并且可以是优选的方法。

可选地，毛细管检测区段42可以在其末端处与分离区段重叠，并且不实际上形成分离区段之间的物理间隙。

以下是毛细管柱30内的元件的一些尺寸的实例。这些尺寸仅是实例，并且不应被认为是对可能的尺寸的限制。毛细管柱30由熔融石英形成并且可以具有0.360mm的外径并且可以具有0.150mm的内径。第一分离区段34可以填充有长度为大约5至10cm的反相色谱介质，其可以然后接着是长度为大约1至2mm的空毛细管检测区段42。第二分离区段36紧接在毛细管检测区段42之后并且可以填充有长度为大约5至10cm的不同的反相色谱介质，其可以然后接着是空毛细管检测区段42。

第二检测器40紧接在第二分离区段36的末端之后设置并且因此空毛细管柱30的剩余长度不相关。

毛细管检测区段42具有足够的尺寸和物理性质以使得能够进行紫外光(UV)吸光度(或其他检测器性质)测量。例如，当进行UV吸光度检测时，毛细管检测区段42可以对UV光透明。因而，毛细管检测区段42可以具有所选择的检测方法恰当起作用所需的任何性质。

应当理解，图2中显示的本发明的第一实施方式可以如图3中第二实施方式中所显示进行更改。图3是显示单个毛细管柱30可以具有在其中设置的任意数量的分离区段50(如椭圆所表示)的剖面视图，其中每个分离区段具有检测器52，其在小毛细管检测区段54处紧邻分离区段的末端设置或者如果可能通过分离区段进行监测其与分离区段重叠。因而，虽然第一实施方式可以限于两个分离区段34、36和两个检测器38、40，但是可以串联地形成任何数量的分离区段50、检测器52和毛细管检测区段54，以提供本发明实施方式的功能。

图2和3涉及使用单个毛细管柱的第一和第二实施方式。提供图4作为多个单独的柱组合区段60的剖面视图。每个柱组合区段60包括毛细管柱30、分离区段50、检测器52和毛细管检测区段54。这些柱组合区段60可以填充有不同的色谱介质，并且然后以任何期望的顺序串联组合，如以实线显示的柱组合区段62所指示，然后将其被设置抵靠第一柱组合区段60的末端并以虚线显示。

因而，本发明的第四实施方式能够使用任何具体的色谱介质和用任何类型的检测器和以任何期望的顺序分离分析物。可以使用不干扰分析物从一个柱组合区段60至另一个柱组合区段的运动的任何连接方法将柱组合区段60连接在一起。

应当理解，毛细管检测区段54的长度可以变化，可以与分离区段重叠，或者甚至可以不存在于每个柱组合区段60的每个末端。重要的是，毛细管检测区段54提供在连接至另一个柱组合区段60的任意末端处使得检测器可以设置在毛细管检测区段上并且从而进行检测测量。

在现有技术的串联液相色谱(LC/LC或LC×LC)和本发明的实施方式之间可以存在一些可能不明显的显著差异。一个差异可以是在每个柱中使用不同的流动相组成进行常规现有技术LC/LC和LC×LC。相反，在单个柱中，存在从每个分离区段穿过至下一个分离区段的单个流动相。

另一个差异在于现有技术可能需要复杂的切换机构以将离散序列体积(discretesequential volumes)从第一柱(或区段)传递至第二柱或区段。

另一个显著差异可能是第二维中的每个分析在来自第一柱(或区段)的后续体积被传递至第二区段之前完成，其结果是第一柱通常较长且较慢并且第二柱较短且较快。虽然LC/LC和LC×LC可以提供有用的信息，但是整个系统是较慢且复杂的。

关于检测器，无损检测器可以设置在分离区段之间的毛细管检测区段上和在柱的末端处的最后的分离区段之后以产生对应于来自每个分离区段的分析物的洗脱的色谱图。

如前所述，可以使用许多类型的检测器，虽然UV吸光度检测可能是最常用的方法。无论使用哪种检测器，检测器应当是足够紧凑且灵敏的以允许对带宽影响最小的柱上检测。然后记录来自每个检测器的数据以确定柱中每个分离区段对每种分析物的影响。

参考图2中显示的第一实施方式，毛细管柱30中的两个分离区段34、36与分离区段之间的第一UV检测器38和第二分离区段末端的第二检测器40一起使用。分离区段的这种布置可以产生两个色谱图。第一检测器38可以报告第一分离区段34中的样品分离，从样品中所有化合物的混合物开始，然后其将为每种化合物提供特定的保留时间和峰形。

样品中的所有化合物不会同时进入第二分离区段36(与第一分离区段34中发生的情况不同)。因为化合物在不同的时间从第一分离区段34洗脱并且行进到第二分离区段36，所以可能的是使用来自第一检测器38的输出以确定何时将每种化合物引入到第二分离区段36。通过将该信息与来自第二分离区段36的色谱图相关联，可以计算第二分离区段36中每种化合物的保留因子。

除了保留时间信息之外，还可以测量在每个分离区段34、36末端洗脱的每种化合物的峰形的任何改变。当通过不同的固定相时，化合物可能会聚集(尖峰)，扩散(宽峰)，或滞后(产生不对称峰)。在两个色谱图之间关联这类信息可以有助于化合物鉴定。

在不同的分离区段34、36之后使用的检测器38，40可以是相同的；然而，使用具有不同属性的检测器可以提供更确定的化合物鉴定。每个检测器可以产生色谱图；然而，对于不同的检测器，检测器对每种分析物的响应将是不同的。

例如，如果使用两个UV检测器，每个具有不同的波长，那么在每个波长处的吸光度，或吸光度的比，可以提供具有相似的洗脱时间的化合物之间的一些区别。如果由两个检测器测量的分子属性不相关，那么可以增加由该布置产生的信息。

复杂的处理技术可以使用所有收集的数据，即，每个分离区段上的保留时间、来自每个检测器的响应、来自每个分离区段的峰形等，以提供比使用传统LC系统所获得的更精确的分子鉴定。

图5是根据本发明的另一实施方式的原理制造的毛细管柱30的横截面剖面视图，其类似于图2中显示的第一实施方式。然而，一个显著差异是毛细管检测区段42以及因此第一检测器38和第二检测器40现在分别与分离区段34、36重叠。这仅在分离区段34、36中的结构不干扰检测器38、40的情况下是可能的。此外，分离区段38、40之间没有间隙。

图6显示了如在本发明的第一实施方式中所述的LC系统的测试结果。当进行测量时，UV检测器使用两个不同的波长。第一检测器38使用260nm的波长，并且第二检测器40使用280nm的波长。

图7被提供为表格，其显示了作为不同化合物的鉴定指标的吸光度比和保留时间。结果显示，化合物的测量和分析易于进行，具有两个维度和两个波长的增加的特异性，并且可以使用来自两个维度的信息。

在该文件中，柱上检测可以指当分离区段中的填充床材料在柱末端之前终止时，使得柱的最后部分实际上是空的。但是也可能存在这样的情况：柱具有填充床材料一直到柱的末端并且必须添加毛细管以便在毛细管部分中进行检测。因此，本发明的实施方式应当全部被认为包括在所有实施方式的范围内的两种配置，其中在柱的不含填充床材料的区域或者在已经添加至填充床材料结束的柱的最末端的毛细管内进行柱上检测。

在本发明的第一实施方式中，实施方式可以使用用于毛细管液相色谱的具有低检测限的LED基UV吸收检测器。在第一实施方式的第一方面，可以选择LED光源，其中LED输出波长随着驱动电流和结温的改变而改变。因此，LED应当由恒流源驱动，并且应当避免系统加热。

LED源的准单色性有助于系统中的杂散光，导致检测器非线性。应当通过在系统中采用滤波器来保护检测系统免受所需吸收带之外的任何LED光的影响。

对于毛细管柱，柱上毛细管检测可能是优选的，因为通过消除柱外带色散获得了较窄的峰宽，并且保持了峰值分辨率。检测器中的短期噪声可以确定检测限，并且通常可以通过进行积分、平滑和/或使用低通RC滤波器降低。

还应注意，第一实施方式显示了UV LED基吸收检测器具有用于场分析的小型化的巨大潜力。检测器设计的进一步优化和噪声水平的降低可以导致小直径毛细管柱的更好的检测限。与现有技术相比，该系统相对较小，重量轻并且具有非常低的能量消耗。

用于分析吸收的系统可以是检测器的一部分，或者可以是连接至用于从检测器接收数据的检测系统的计算机系统。

还应注意，第一实施方式使用整体毛细管柱进行柱上LC检测。使用柱上检测可以改善峰形并且提高检测灵敏度，因为可以减少柱外谱带拓宽。

虽然以上仅详细描述了几个实例实施方式，但是本领域技术人员将容易理解，在实例实施方式中可以进行许多更改而不会实质上脱离本发明。因此，所有这些更改旨在包括在权利要求书中限定的公开内容的范围内。申请人的明确意图是，除了那些权利要求明确使用“用于...的手段”连同相关功能的词语之外，对于本文任何权利要求的任何限制不要援引35U.S.C.§112，第6段。

Claims (19)

1.一种用于进行毛细管液相色谱的柱，所述系统包括：

毛细管柱；

第一分离区段，其布置在毛细管柱中并且包括第一色谱介质；

所述毛细管柱中的第一毛细管检测区段，其紧邻所述第一分离区段的末端；

第一检测器，其用于通过所述第一毛细管检测区段的柱上检测；

第二分离区段，其在所述毛细管柱中邻近所述第一毛细管检测区段布置并且包括第二色谱介质；

所述毛细管柱中的第二毛细管检测区段，其紧邻所述第二分离区段的末端；和

第二检测器，其用于通过所述第二毛细管检测区段的柱上检测。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一检测器进一步包括用于分析布置在所述毛细管柱内的液体中的至少一种化合物的UV光吸收的系统，其通过分析穿过所述毛细管柱的由所述第一检测器接收的所述UV光来分析。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二检测器进一步包括用于分析布置在所述毛细管柱内的液体中的至少一种化合物的UV光吸收的系统，其通过分析穿过所述毛细管柱的由所述第二检测器接收的所述UV光来分析。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一和第二检测器选自包括下列的检测器的组：UV吸收系统、非接触电导检测、荧光检测、折射率检测和电化学检测。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一毛细管检测区段与所述第一分离区段的末端重叠，并且所述第二毛细管检测区段与所述第二分离区段的末端重叠，使得所述第一分离区段与所述第二分离区段之间没有间隙。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一分离区段和所述第二分离区段选自包括下列的分离区段的组：填充床、整体设计和柱阵列。

7.一种用于进行毛细管液相色谱的柱，所述系统包括：

毛细管柱；和

在所述毛细管柱内的至少两个分离区段，其中每个分离区段包括色谱介质、在所述色谱介质之后的毛细管检测区段、和通过所述毛细管检测区段进行柱上检测的检测器。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述系统进一步包括透明毛细管检测区段。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述检测器选自包括下列的检测器的组：UV吸收系统、非接触电导检测、荧光检测、折射率检测和电化学检测。

10.一种用于进行毛细管液相色谱的柱，所述系统包括：

毛细管组合区段，所述毛细管组合区段包括色谱介质、在所述色谱介质之后的毛细管检测区段、和通过所述毛细管检测区段进行柱上检测的检测器；和

两个或更多个毛细管组合区段，其串联连接使得相同的流动相穿过所述两个或多个毛细管组合区段。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述检测器选自包括下列的检测器的组：UV吸收系统、非接触电导检测、荧光检测、折射率检测和电化学检测。

12.一种用于进行毛细管液相色谱的方法，所述方法包括：

提供具有插入端和终止端的毛细管柱，和在所述毛细管柱内提供至少两个分离区段，其中每个分离区段包括色谱介质、在所述色谱介质之后的毛细管检测区段、和通过所述毛细管检测区段进行柱上检测的检测器；

在所述插入端将流动相插入到所述毛细管柱；

产生来自每个所述检测器的色谱图以显示在所述流动相到达所述终止端之后所述流动相中化合物的分离；和

将来自每个检测器的所述色谱图相关联从而进行化合物鉴定。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括从包括下列的检测器的组选择所述检测器：UV吸收系统、非接触电导检测、荧光检测、折射率检测和电化学检测。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括使用在每个分离区段上的保留时间、来自每个检测器的响应和来自每个分离区段的峰形从而提供所述流动相中化合物的鉴定。

15.一种用于进行毛细管液相色谱的方法，所述方法包括：

提供毛细管组合区段，所述毛细管组合区段包括色谱介质、在所述色谱介质之后的毛细管检测区段和通过所述毛细管检测区段进行柱上检测的检测器；

提供串联连接的两个或更多个毛细管组合区段使得相同的流动相穿过所述两个或更多个毛细管组合区段，其在第一毛细管组合区段处开始并且在最后的毛细管组合区段终止；

将流动相插入到所述第一毛细管组合区段；

从每个所述检测器产生色谱图以显示在所述流动相到达所述最后的毛细管组合区段之后所述流动相中化合物的分离；和

将来自每个检测器的所述色谱图相关联从而进行化合物鉴定。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法进一步包括从包括下列的检测器的组选择所述检测器：UV吸收系统、非接触电导检测、荧光检测、折射率检测和电化学检测。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述方法进一步包括使用在每个毛细管组合区段上的保留时间、来自每个检测器的响应和来自每个毛细管组合区段的峰形从而提供所述流动相中化合物的鉴定。

18.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法进一步包括：

使所述第一毛细管检测区段与所述第一分离区段的末端重叠；和

使得所述第二毛细管检测区段与所述第二分离区段的末端重叠使得所述第一分离区段与所述第二分离区段之间没有间隙。

19.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法进一步包括从包括下列的分离区段的组选择所述第一分离区段和所述第二分离区段：填充床、整体设计和柱阵列。