CN116448841A - 一种用于药物开发的电化学检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于医药开发和检测技术领域，具体涉及一种用于药物开发的电化学检测装置。本发明的电化学检测装置包括电解池和液位控制装置；所述电解池包括外壳，所述外壳的底面设置有光学窗片、至少一个溢流口和一个漏液口，所述漏液口连接有出液管，所述溢流口连接有进液管；所述电解池中设置有用于引入电极的结构；所述液位控制装置包括废液溢流管和废液排液管；所述出液管和废液溢流管通过软管连通。本发明具有安装、调试和使用更加简单、故障（例如漏液）排除更加简易、检测电极的位置可调节的自由度更高的优势，在生物医药的拉曼光谱和电化学相关研究中具有很好的应用前景。

Description

一种用于药物开发的电化学检测装置

技术领域

本发明属于医药开发和检测技术领域，具体涉及一种用于药物开发的电化学检测装置。

背景技术

生命现象中包含着许多电化学问题，因此，电化学分析方法在生物医药的开发和检测中有着重要的应用。在生物医药的研究中常设计感知酶、免疫、微生物、细胞、DNA、RNA、蛋白质、嗅觉、味觉和体液组分的生物电极（即传感器），实现生物医药相关课题的研究。

拉曼光谱也是生物医药等领域中一种重要的指纹表征技术，能够对生物化学反应的中间体、产物等进行检测。因此，电化学与拉曼光谱的联用技术是本领域的重要课题。

在电化学和拉曼光谱的联用技术中，最重要的难点在于电极表面液层的控制。拉曼光谱的检测过程中需要将可见光发射到电极表面，并采集其散射的信号。虽然水溶液对可见光的吸收很小，但如果溶液层过厚，也会导致严重的信号损失，尤其在共焦显微系统中，光学窗片或溶液层太厚会导致显微系统的光路发生改变，使表面拉曼信号的收集效率成倍地降低。另一方面，太薄的溶液层又会导致溶液中物质传质的困难，使得溶液中的反应物难以到达电极表面，电极表面的产物也难以扩散离开电极表面。这使得电极表面的化学环境会随着测试时间的进行不断发生变化。这个问题对于反应数量多、过程复杂的生物医药领域的研究造成了严重的障碍。也正是由于这个原因，电化学和拉曼光谱的联用技术目前还较少应用于生物医药领域的研究。

解决上述溶液层厚度的矛盾的其中一种思路是流动电解池，其思路是维持电极表面的溶液层较薄（保证拉曼光谱的采集质量）的前提下，使得溶液流动起来，利用流动的溶液解决传质的困难。一种典型的用于拉曼光谱检测的流动电解池如中国发明专利“CN201511033833.9 一种适用于电化学原位拉曼光谱检测的薄层流动电解池”所示。然而，现有的电化学原位拉曼光谱流动电解池多采用密封结构，其原理是利用一定厚度的中空垫片隔开光学窗片和电极，使得溶液在垫片中空的部分中流动并流过电极表面。这种密封结构对于装置各个部件的加工精密度要求极高，否则容易出现漏液、漏气等问题。此外，这种密封结构安装较为复杂，一旦出现漏液、漏气，需要长时间拆卸重装进行检查。此外，由于依赖于垫片对电极进行密封，常出现垫片不慎接触电极表面，发生污染电极或破坏电极上沉积物的情况。总之，上述密封结构拉曼光谱流动电解池的使用过程非常繁琐、不便。本领域亟需开发不同构型和原理的拉曼光谱流动电解池，为本领域研究者提供更多的选择。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明提供一种用于药物开发的电化学检测装置，目的在提供一种非密封方式的拉曼光谱流动电解池。

一种用于药物开发的电化学检测装置，包括电解池和液位控制装置；

所述电解池包括外壳，所述外壳的底面设置有光学窗片、至少一个溢流口和一个漏液口，所述漏液口连接有出液管，所述溢流口连接有进液管；所述电解池中设置有用于引入电极的结构；

所述液位控制装置包括废液溢流管和废液排液管；

所述出液管和废液溢流管通过软管连通。

优选的，所述溢流口和漏液口均匀地分布在所述光学窗片的侧面。

优选的，所述用于引入电极的结构包括用于连接检测电极的连接口，所述连接口的轴线和所述光学窗片的中心在同一直线上。

优选的，所述连接口上设置有连接件，所述连接件上设置有轴承，所述轴承的外圈与连接件固定连接，所述轴承的内圈用于固定所述检测电极。

优选的，所述连接口和连接件之间为密封连接，所述轴承为密封轴承。

优选的，所述用于引入电极的结构包括对电极液接触管，所述对电极液接触管的出口位于所述外壳内，所述对电极液接触管的出口垂直向下设置，所述对电极液接触管的出口与所述外壳的底面之间的垂直距离为0.05-1 mm。

优选的，还包括对电极，所述对电极和对电极液接触管通过软管连通。

优选的，所述用于引入电极的结构包括参比电极液接触管，所述参比电极液接触管的出口位于所述外壳内，所述参比电极液接触管的出口垂直向下设置，所述参比电极液接触管的出口与所述光学窗片之间的垂直距离为0.05-1 mm。

优选的，还包括参比电极，所述参比电极和参比电极液接触管通过软管连通。

优选的，所述电解池中设置有进气管，所述进气管的出口位于所述外壳内，所述进气管的出口方向朝向所述光学窗片；

所述电解池上部或侧面还设置有用于出气的结构。

本发明提供了一种具有开放式结构（非密封结构）的拉曼光谱流动电解池，利用相互连通的电解池和液位控制装置，可以方便地调节电解池中的液体高度，进而调节溶液层的厚度，以满足拉曼光谱的检测需求。同时，本发明的结构实现了检测过程中溶液的流动，以满足生物化学反应的传质需求。相比于现有技术中的同类密封结构的装置，本发明的安装、调试和使用更加简单，故障（例如漏液）排除更加简易，且检测电极的位置可调节的自由度更高。因而，在生物医药的拉曼光谱和电化学相关研究中具有很好的应用前景。

显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

附图说明

图1为电解池省略上部后的俯视图；

图2为电解池沿图1中A-A’面的剖视图；

图3为电解池沿图1中B-B’面的剖视图；

图4为电解池沿图1中C-C’面的剖视图；

图5为液位控制装置的结构示意图；

图6为连接口和检测电极之间密封的电解池沿图1中A-A’面的剖视图；

图7为连接口和检测电极之间密封的局部结构示意图；

图8为实施例1的中各部件位置关系的示意图；

图9为实施例1中水滴型单晶电极与溶液液面之间的位置关系示意图；

图10为实施例1中封装电极与溶液液面之间的位置关系示意图；

图11为实施例1的整体结构示意图。

1-电解池，101-外壳，1011-连接口，1012-连接件，1013-轴承，102-光学窗片，103-出液管，104-进液管，105-进气管，106-对电极液接触管，107-参比电极液接触管，2-液位控制装置，201-废液溢流管，202-废液排液管，3-支架，301-升降装置，4-溶液储存罐，5-参比电极，6-对电极，7-检测电极，701-电极材料，702-密封壳，8-拉曼光谱仪，801-光学镜头。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种用于药物开发的电化学检测装置，如图1-8所示，包括电解池1、液位控制装置2、溶液储存罐4、参比电极5和对电极6。

所述电解池1包括外壳101，所述外壳101的底面设置有光学窗片102、至少一个溢流口和一个漏液口，所述漏液口连接有出液管103，所述溢流口连接有进液管104。所述溢流口和漏液口均匀地分布在所述光学窗片102的侧面。本实施例中，溢流口的数量为三个，对应的进液管104的数量为三个，能够向电解池1中通过溢流的方式通入三种不同的溶液，以满足在测试中切换或混合溶液的需求。每个进液管104分别通过软管连接一个溶液储存罐4，可通过蠕动泵或溶液储存罐4出口处阀门的开度控制溶液流出溶液储存罐4的流速。

所述液位控制装置2包括废液溢流管201和废液排液管202；所述出液管103和废液溢流管201通过软管连通。进行电化学时，电解池1和液位控制装置2通过软管形成一个连通器，通过调节液位控制装置2的高度能够控制溶液液面在电解池1中的高度（也即控制了溶液层的厚度）。现有的光学升降台等装置的控制精度已经足够高，将其用于控制液位控制装置2的高度，能够将电解池1中的溶液层厚度控制在1 mm以内。

所述电解池1中设置有用于引入电极的结构，常用的三电极检测体系需要向电解池1中引入检测电极7、参比电极5和对电极6。

所述用于引入电极的结构包括用于连接检测电极7的连接口1011，所述连接口1011的轴线和所述光学窗片102的中心在同一直线上。在常规的检测中，检测电极7可通过连接口1011直接伸入电解池1内，直至检测电极7表面恰好接触溶液。此时，检测电极7表面至光学窗片102的表面仅有小于1mm的溶液层，能够满足拉曼光谱检测的需求。同时，通过溢流口不断加入溶液，并通过漏液口不断排出溶液，使得溶液层中的溶液不断流动，从而能够满足生物化学反应的传质需求。

作为一种优选的方案，在需要控制电解池1内的气体氛围时，检测电极7和连接口1011之间可进行密封。作为一种进一步优选的方案，部分研究中需要使用旋转圆盘电极体系或旋转环盘电极体系，这种情况下，检测电极7需要转动，同时检测电极7和连接口1011之间又需要密封，则所述连接口1011上设置有连接件1012，所述连接件1012上设置有轴承1013，所述轴承1013的外圈与连接件1012固定连接，所述轴承1013的内圈用于固定所述检测电极7。所述连接口1011和连接件1012之间为密封连接，所述轴承1013为密封轴承。

本实施例由于采用开放式的结构，无需通过密封件进行挤压和密封，因此检测电极7和光学窗片102之间的距离调节更加自由，可根据检测电极7的形式或结构灵活控制。例如，在一种优选的方式中，检测电极7是水滴型（bead type）单晶电极，水滴型单晶电极的特点是其形状为一个半球形，半球形的平面为单晶面，球面为非单晶面。在研究中，研究者们通常只关心单晶面上所发生的反应。然而，在用半球形的的平面（单晶面）接触溶液时，由于溶液发生浸润等，半球形的球面（非单晶面）总是可能会接触溶液，从而产生干扰检测的信号。此时，解决方法是将水滴型单晶电极略为升高，利用液体表面张力的作用在溶液液面之上拉出一个“弯月面”（如图9所示），这样侧面的球面就几乎不会接触到溶液，其产生的干扰信号几乎可以忽略。而在另一些实施例中，检测电极7是封装的电极，其结构包括电极材料701和包裹在电极材料侧面的密封壳702，由于不存在水滴型单晶电极侧面干扰信号的问题，这种检测电极7可直接控制电极表面与溶液面持平（如图10所示）。需要说明的是，上述检测电极7高度的控制自由度在现有的密封的拉曼光谱流动电解池中是无法实现的。

所述用于引入电极的结构包括对电极液接触管106，所述对电极液接触管106的出口位于所述外壳101内，所述对电极液接触管106的出口垂直向下设置，所述对电极液接触管106的出口与所述外壳101的底面之间的垂直距离为0.05-1 mm。还包括对电极6，作为一种优选的实施例，对电极6的结构为两端开口的玻璃管，玻璃管侧面贯穿设置有贵金属丝或贵金属片。玻璃管的一端通过软管与对电极液接触管106连通，另一端设置有阀门。在进行检测时，向玻璃管和对电极液接触管106中装满电解质溶液，并且使得对电极液接触管106中的电解质溶液与电解池中的溶液层在出口处连通，即实现了检测电极7与对电极的连通。

所述用于引入电极的结构包括参比电极液接触管107，所述参比电极液接触管107的出口位于所述外壳101内，所述参比电极液接触管107的出口垂直向下设置，所述参比电极液接触管107的出口与所述光学窗片102之间的垂直距离为0.05-1 mm。还包括参比电极5，参比电极5的结构可采用现有技术的任何一种参比电极，所述参比电极5和参比电极液接触管107通过软管连通，参比电极液接触管107中的电解质溶液与电解池中的溶液层在出口处连通，即实现了检测电极7与参比电极5的连通。

在需要控制电解池1中的气体氛围时，所述电解池1中设置有进气管105，所述进气管105的出口位于所述外壳101内，所述进气管105的出口方向朝向所述光学窗片102。为了平衡气压，所述电解池1上部或侧面还设置有用于排出气体的结构。具体的，当检测电极7和连接口1011之间未密封时，可直接通过连接口1011排出气体；当检测电极7和连接口1011之间密封时，需在电解池1的外壳101上额外设置出气口或出气管。

本实施例的装置中，电解池1的外壳101用玻璃制成，便于观察电解池1内部；光学窗片102可选择现有的拉曼检测用窗片，例如石英窗片；石英窗片与玻璃材质的外壳101之间的配合可通过玻璃灯工的技术进行烧制，也可使用热熔胶对二者进行粘接和密封。各部件之间连接用的软管用聚四氟乙烯制成，以降低溶液的污染。

本实施例的装置用于拉曼光谱电化学联用检测时，其设置方式如图11所示：在防震光学平台上设置具有倒置光学镜头801的拉曼光谱仪8，以及具有固定功能的支架3，在支架3上固定电解池1、液位控制装置2、溶液储存罐4、参比电极5和对电极6等部件。其中，液位控制装置2和支架3之间通过可精确调节高度的升降装置301连接。所述升降装置301的具体形式可基于现有技术实现，例如，可以是光学升降台、电机驱动的齿轮齿条机构或液压缸驱动的滑块滑槽机构等。

通过上述实施例可以看到，本发明构建了一种拉曼光谱流动电解池，实现了拉曼光谱检测和生化反应传质的需求。相比于现有技术中的同类密封结构的装置，本发明具有安装、调试和使用更加简单，故障（例如漏液）排除更加简易，且检测电极的位置可调节的自由度更高的优势。因而，本发明在生物医药的拉曼光谱和电化学相关研究中具有很好的应用前景。

Claims (10)

1.一种用于药物开发的电化学检测装置，其特征在于：包括电解池（1）和液位控制装置（2）；

所述电解池（1）包括外壳（101），所述外壳（101）的底面设置有光学窗片（102）、至少一个溢流口和一个漏液口，所述漏液口连接有出液管（103），所述溢流口连接有进液管（104）；所述电解池（1）中设置有用于引入电极的结构；

所述液位控制装置（2）包括废液溢流管（201）和废液排液管（202）；

所述出液管（103）和废液溢流管（201）通过软管连通。

2.按照权利要求1所述的用于药物开发的电化学检测装置，其特征在于：所述溢流口和漏液口均匀地分布在所述光学窗片（102）的侧面。

3.按照权利要求1所述的用于药物开发的电化学检测装置，其特征在于：所述用于引入电极的结构包括用于连接检测电极（7）的连接口（1011），所述连接口（1011）的轴线和所述光学窗片（102）的中心在同一直线上。

4.按照权利要求3所述的用于药物开发的电化学检测装置，其特征在于：所述连接口（1011）上设置有连接件（1012），所述连接件（1012）上设置有轴承（1013），所述轴承（1013）的外圈与连接件（1012）固定连接，所述轴承（1013）的内圈用于固定所述检测电极（7）。

5.按照权利要求4所述的用于药物开发的电化学检测装置，其特征在于：所述连接口（1011）和连接件（1012）之间为密封连接，所述轴承（1013）为密封轴承。

6.按照权利要求1所述的用于药物开发的电化学检测装置，其特征在于：所述用于引入电极的结构包括对电极液接触管（106），所述对电极液接触管（106）的出口位于所述外壳（101）内，所述对电极液接触管（106）的出口垂直向下设置，所述对电极液接触管（106）的出口与所述外壳（101）的底面之间的垂直距离为0.05-1 mm。

7.按照权利要求6所述的用于药物开发的电化学检测装置，其特征在于：还包括对电极（6），所述对电极（6）和对电极液接触管（106）通过软管连通。

8.按照权利要求1所述的用于药物开发的电化学检测装置，其特征在于：所述用于引入电极的结构包括参比电极液接触管（107），所述参比电极液接触管（107）的出口位于所述外壳（101）内，所述参比电极液接触管（107）的出口垂直向下设置，所述参比电极液接触管（107）的出口与所述光学窗片（102）之间的垂直距离为0.05-1 mm。

9.按照权利要求8所述的用于药物开发的电化学检测装置，其特征在于：还包括参比电极（5），所述参比电极（5）和参比电极液接触管（107）通过软管连通。

10.按照权利要求1所述的用于药物开发的电化学检测装置，其特征在于：所述电解池（1）中设置有进气管（105），所述进气管（105）的出口位于所述外壳（101）内，所述进气管（105）的出口方向朝向所述光学窗片（102）；

所述电解池（1）上部或侧面还设置有用于出气的结构。