CN1164940C - 一种电泳聚焦浓缩装置 - Google Patents

Abstract

涉及一种用电泳法分析材料的设备。设有2个电解槽，包括阳极槽和阴极槽，阳极槽与阴极槽之间用通道管连接，用固态离子导体把电解槽与通道管隔开。利用聚集电泳浓缩原理设计而成，以聚焦浓缩制备为目的。聚焦电泳浓缩速度快，装置简单，浓缩效果好(可以达到两个数量级)。这些都说明本发明具有很大的发展前景，可以用在分析化学上(例如毛细管电泳作预浓缩装置)降低检测限，使痕量物质的检测成为可能；也可以用来提纯一些贵重的生化物质和贵重的稀有物质。

Description

一种电泳聚焦浓缩装置

技术领域

本发明涉及一种用电泳法分析材料的设备。

背景技术

19世纪中叶Wiedeman和Buff报道了在电场作用下带电粒子在溶液中移动的现象。后来这种现象就称为电泳。电泳不仅指这种现象也是一种分离方法和技术。电泳就是分离和鉴定混合物中带电粒子的技术。在20世纪20年代以前，电泳技术应用只限于区带电泳，直到1923年才开始出现等速电泳，成功地分离了稀土金属和一些简酸。随后电泳技术的不断发展，至今按分离原理主要有4种，即区带电泳、移动界面电泳、等速电泳和等电聚焦电泳。电泳作为一种分离技术，它的应用越来越广。特别是高效毛细管电泳(HPCE)，可以施加极高的电压，以极短的分离时间实现了前所未有的高分辨率和分离效率。在当今化学、分子生物学和生物化学上得到了广泛的研究和应用。但是毛细管区带电泳存在着3个技术困难：(1)注样困难；(2)不能实现现场的预浓缩；(3)由于分离区带一直迁移的特性，限制了检测方式，妨碍阵列式毛细管电泳的发展。CN1193107A号专利申请公开了一种逆流聚焦电泳装置，它设有充满电泳溶液的电泳通道、与通道并行且相互接触的固相离子导电体、电泳溶液驱动器、正负电极室与正负电极、直流电源。通道两端分别接电泳溶液驱动器和电极室，电泳溶液的线速度V_X与电泳溶液驱动离子朝X方向泳动的电场强度ε_X之比V_X/ε_X为X的单调函数。

发明内容

本发明旨在提供一种能高效率地对带电离子进行浓缩的电泳聚焦浓缩装置。它主要用于痕量物质分离分析前期预浓缩进样，又可以独立用于一些贵重生化试剂的提纯。改进毛细管电泳目前存在的问题。

本发明设有2个电解槽，包括阳极槽和阴极槽，电解槽之间用管状物连接，用固态离子导体把电解槽与管状物隔开。当浓缩阴离子时，用固态阳离子导体隔开阳极槽与管状物；当浓缩阳离子时，用固态阴离子导体隔开阴极槽与管状物。所说的管状物为通道管。

应用时，以阴离子浓缩为例，当装置通电后，阳离子在电场的驱动下可以穿过固态阳离子导体顺利地达到阴极槽，而阴离子虽然在电场的作用下要向正极槽移动，但由于无法穿过固态阳离子导体，因此只能在小孔处聚集，进而达到浓缩的效果。

已有的电泳技术可分为4种主要类型：区带电泳，移动界面电泳、等速电泳及等电聚焦。分离各种离子主要是由于离子的迁移率不同，而等电聚焦是靠它们不同的等电点。从应用方面，可分为检测型及制备型两大类，前者用以分离检测、鉴定，而后者用以分离制备某些组分为目的。

区带电泳系统的特征是整个系统(正电极、负电极、分离室)都是用同一种电解质充满。一般来说，背景电解质的浓度比样品浓度高，因此它提供了一个恒定的pH值和电位梯度。当通电时样品离子、电解质离子按各自特定的速度移动。如果样品中不同离子的迁移率相差很大，那么经过一段时间后，不同的离子相互分离。这种检测方法的缺点是分离步骤完成以后才能检测。此外，处理要经历额外几个步骤需要较长的时间，经常会出现诸如区带扩散等麻烦问题。

移动界面电泳把两端分别接有正电极和负电极的小孔管作为分离室进行阴离子分离。正极槽和细孔管充满同一种电解质，选用的电解质的阴离子较所有待分离的阴离子迁移率大，样品加于负极槽中。阴离子移向正极，而样品阴离子无法超越前电导电解质，样品中各种阴离子流动也有参差。

等速电泳的特征是细孔管和正电极槽充满的前导电解质的阴离子必须占据大于所有待分离的阴离子的迁移率，负电极槽充满尾随电解质，它的阴离子的迁移率比所有的阴离子都小。样品加于前导和尾随电解质之间，通电一段时间后，样品中各种阴离子按照各自的有效迁移率的大小顺序排列。同时样品的区带是处于前导电解质和尾随电解质之间，第一条样品区带是样品中具有最大有效迁移率的阴离子，而最后一条样品区带是样品中有效迁移率最小的阴离子，至此，样品不会再进一步分离。系统进入一个稳定状态，这种场合我们可以认为是等速分离系统。在这个阶段所有的区带相连接，并且有相同的迁移速度。

两性电解质在等电点处净电荷为零，在电场作用下将不会发生迁移。在分离室中置一pH梯度缓冲液，pH值从分离室的一端向另一端递减。两性混合物注入这种系统，对这个系统加上电场，则每一种物质就移到一个固定的位置上，这个位置的pH值等于该物质的等电点值pI，即这种物质在该处聚焦。不同物质的pI值不同，所以它们的聚焦点也不同，进而达到分离的目的。但该方法的应用范围小，目前仅限于具有两性特征的蛋白质和多肽的分离。

以上所述的各种电泳技术都存在不少的缺点，如区带电泳的上样区带要求非常狭窄，样品浓缩与样品分离不能同时进行，分离区带一直处于动态之中，对检测的灵敏度和响应速度要求较高。等电聚焦只适用于两性电解质样品的分离，缓冲液也只能选用相对特定范围内两性电解质的混合物，价格较高。等速电泳要求选用不连续的缓冲液系统，分离达到稳定后，样品形成锐化区带紧密排列，为了检测，可能需要加入间隔物。移动界面电泳分离效果不好，不能把样品独立分离出来。

本发明是利用聚集电泳浓缩原理设计而成，以聚焦浓缩制备为目的。聚焦电泳浓缩速度快，装置简单，浓缩效果好(可以达到两个数量级)。这些都说明本发明具有很大的发展前景，可以用在分析化学上(例如毛细管电泳作预浓缩装置)降低检测限，使痕量物质的检测成为可能；也可以用来提纯一些贵重的生化物质和贵重的稀有物质。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为采用光纤检测方法检验浓缩效果的装置原理图。

图3为采用微电极循环伏安法检验浓缩效果的装置原理图。

图4为采用比色法检验浓缩效果的装置原理图。

图5为采用比色法检验浓缩效果的曲线图。

具体实施方式

以下实施例将以浓缩阴离子为例结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明设有2个电解槽：阳极槽1和阴极槽2，电解槽1和2之间用通道管3连接，通道管3与阳极槽1之间用一固态阳离子导体4把电解槽隔开。通电后阳离子在电场的驱动下可以穿过固态阳离子导体4顺利地达到阴极槽2，而阴离子虽然在电场的作用下要向阳极槽1移动，但由于无法穿过固态离子导体4，因此只能在通道管与固态离子导体连接处5聚集，进而达到浓缩的效果。在连接处5设有一浓缩液导出管6，当浓缩达要求后，可从浓缩液导出管6处徐徐抽出浓缩液。

在电泳过程中，正负电极电解会产生H⁺和OH^-，使电泳溶液的pH改变，使某些待浓缩离子发生化学变化(或改变电荷状态，或改变颜色)，因此对不同的待浓缩离子有不同的pH要求，所选用的缓冲溶液也不同。本实施例中可使用溴酚蓝溶液和硫酸钠溶液作为阴阳溶液，为了防止其他离子的影响，我们在阴极使用C₆H₁₃NO₂缓冲溶液，在阳极使用1∶3.5的KH₂PO₄和Na₂HPO₄缓冲溶液。两边的pH值控制在9.0左右。

当欲浓缩物为阳离子时，采用固态阴离子导体，并设置于阴极槽2与通道管3之间。

图2给出采用光纤检测方法检验浓缩效果的装置原理图，阳极槽1和阴极槽2由固态离子导体4隔开，光源7和检测器8的光路由光纤9引入、引出，浓缩区作为光检测池。

图3给出采用微电极循环伏安法检验浓缩效果的装置原理图。实验对象改用可氧化还原的物种如K₃Fe(CN)₆，采用微铂电极检测浓缩区的Fe(CN)₆ ^3-的浓度。阳极槽1与阴极槽2之间设通道管3，固态离子导体4将阳极槽1与通道管3隔开。装置中另设有环状辅助电极10、参比电极11、微铂电极12。

图4给出采用比色法检验浓缩效果的装置原理图。在浓缩处开一小口13，并用一玻璃管将浓缩液导出，然后采用一系列不同浓度的溴酚蓝溶液放在导出口进行比色。仪器与试剂采用高压恒流电源14，恒电流0～1mA，输出电压0～1000V。阳极溶液：10^-3MNa₂SO₄溶液；1∶3.5KH₂PO₄和Na₂HPO₄缓冲溶液(pH≈9.0)。阴极溶液：系列溴酚蓝溶液；C₆H₁₃NO₂缓冲溶液(pH≈9.0)。实验过程中，浓缩液导出管可用微量吸液泵连续抽出浓缩液。导出管口接一玻璃管(内径≤0.5mm)，另一端管口堵住，浓缩液由于重力作用，下沉入(对流，扩散)管内，并随时间推移沉积量增多。采用有色样品，易于观察，也可以与样品玻璃管进行比较(管径与导出管一样)。在实验过程中，恒定给一个电流300μA，对不同时间的实验浓缩现象进行摄像，记录。

实验结果表明，随时间的增加，导出液的浓度越来越高，管内浓缩带越来越长。最后可以充满整管。从图5还可以看出该装置能够很好地浓缩一些待检测液(可以达到两个数量级)。在图5中选用溴酚蓝溶液，a为10^-5M(初始浓度)，b为10^-4M，c为10^-3M，d为导出管内溴酚蓝浓度。

Claims (1)

1、一种电泳聚焦浓缩装置，其特征在于设有2个电解槽，包括阳极槽和阴极槽，阳极槽与阴极槽之间用通道管连接，当浓缩阴离子时，用固态阳离子导体隔开阳极槽与通道管；当浓缩阳离子时，用固态阴离子导体隔开阴极槽与通道管。

Images