CN1296122C - 制备型电层析分离化学物质和生物物质的仪器 - Google Patents
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Abstract
一种制备型电层析分离化学物质和生物物质的仪器，包括：电层析柱，电层析电源，电极，电极室，梯度器，缓冲液槽，恒流泵，检测器，收集器，电脑，打印机，电层析柱的进口端连接一个电极室，出口端连接缓冲液槽和另一个电极室，在两个电极室内分别安置电极，两支电极分别与电层析电源的正极或负极相连，梯度器与进口端电极室连接，电层析柱的出口处的电极室连接恒流泵，恒流泵与检测器连接，检测器与收集器相连，检测器同时连接电脑，电脑接打印机。本发明具有层析仪选择性好、电泳仪分辨率高的优点；价格低；样品处理量大，可做制备用；可由操作者手工装柱；通过改变固定相和缓冲液，可分离不同的物质；仪器通用性强，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种电层析仪器，具体是一种制备型电层析分离化学物质和生物物质的仪器。用于化学科学和生物科学领域。
背景技术
毛细管电层析是综合了高效液相层析和毛细管电泳的优势而发展起来的一种高效微分析技术。毛细管电层析采用熔融石英毛细管，在毛细管内填充或在毛细管壁涂布、键合层析固定相，用高压直流电源(或加一定的压力)代替高压泵，即用电渗流驱动流动相，溶质依据它们在流动相与固定相中的吸附、分配平衡常数的不同和自身电泳淌度的差异而得到分离。
毛细管电层析的局限性是只能用于微量分析，不能用于样品的制备。目前国内尚未有制备型电层析仪的研究。国外有些学者正在作此类研究，但还没有成熟的制备型电层析仪问世。
经对现有技术的文献检索发现，国外学者所作的制备型电层析研究中，比较典型的设计见Cole K.D.和Cabezas H.，Jr发表在J.Chromatogr.A(层析杂志A卷)1997年第760卷第259-263页的文章Improved preparative electrochromatography column design(改进的制备型电层析柱设计)。此文献的目的是用制备型电层析技术分离蛋白质类生物大分子，所用的主要设备是玻璃制的电层析柱。这种电层析柱的特点是在电层析柱的两端各安装一个尼龙接头，每个尼龙接头中有一张透析膜和一个电极室，电极室在透析膜的外部，每个电极室中安装一组电极。柱洗脱液用蠕动泵输送，流经电层析柱，从透析膜的内部流过；电层析柱上、下两端尼龙接头中的电极缓冲液各用一个蠕动泵循环输送，在透析膜的外部分别流经上、下电极，将电极反应产生的气体和产物带走，以保持电极缓冲液的组成恒定。透析膜的作用是将柱洗脱液和电极缓冲液分隔开，防止电极室内产生的气体进入柱洗脱液。由于电流可以穿过透析膜，电极产生的电场作用于电层析柱内的洗脱液，形成电层析作用。这种设计的主要不足和缺陷是只能用于蛋白质等生物大分子的分离。由于所用的透析膜的分子量截止值为6 000-8 000u，分子量小于此截止值的物质可能透过膜，从柱洗脱液中转移到电极缓冲液中，造成样品的损失，所以不能用于小分子物质的分离。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足和缺陷，提出一种制备型电层析分离化学物质和生物物质的仪器，具有效果好、容量大、通用性强的特点，供化学、化工、生物、制药、食品、环境保护等领域使用，用于实验室中化学物质与生物物质的分离纯化和样品制备。
本发明是通过以下技术方案实现的。本发明包括：电层析柱、电层析电源、两支电极、两个电极室、梯度器、缓冲液槽、恒流泵、检测器、收集器、电脑、打印机。电层析柱垂直安装，柱内装填固定相。电层析柱的进口端连接一个电极室，出口端连接缓冲液槽和另一个电极室。在两个电极室内各安置一支电极，两支电极分别与电层析电源的正、负极相连。在电层析柱的进口处进样，即在电层析柱的进口端所连接的电极室内进样。梯度器与进口端电极室连接，梯度器向进口端电极室中注入pH或浓度梯度变化的缓冲液作为洗脱液。电层析柱内的洗脱液靠重力作用和电渗流作用移动，样品在层析与电泳的双重作用下分离。电层析柱出口端的电极室连接恒流泵，将移动到出口端电极室内的洗脱液输出。恒流泵与检测器连接，检测器与收集器相连，洗脱液经检测器检测后用收集器收集。检测器同时连接电脑，电脑接打印机，检测结果经电脑处理，可以打印出来。电层析柱出口端连接的缓冲液槽内的缓冲液起平衡流速的作用，从电层析柱进口端的电极室流入电层析柱的液体流量加上从缓冲液槽中流出的液体流量之和等于恒流泵输出的液体流量。即使流经电层析柱的液体流量发生变化，出口端电极室内的液面也不会有大的波动，一直与缓冲液槽的液面持平。
使用时，在电层析柱内装填适当的固定相，梯度器内装入适当的起始缓冲液，缓冲液槽内装入适当的终止缓冲液。开启梯度器、恒流泵、检测器、电脑和电层析电源。梯度器内的起始缓冲液经电层析柱进口端的电极室，流经电层析柱，从电层析柱的出口端流出，与缓冲液槽中流出的终止缓冲液混合，经过恒流泵的输送，进入检测器。流出液的检测值经数据处理软件处理后，在电脑显示器上显示。待流出液的基线平稳后，在梯度器内加入终止缓冲液，与梯度器内原有的起始缓冲液形成pH或浓度梯度变化的洗脱液；在电层析柱的进口端所连接的电极室内加入样品；开启收集器。样品在重力推动下，随缓冲液进入电层析柱，向电层析柱的出口端处移动，同时受到固定相的作用力和电场的作用力，不同样品的移动速度不同，因而样品在层析与电泳的双重作用下得到分离。
本发明简化了电层析柱的设计，可以使用普通的层析柱，但须是玻璃或塑料等绝缘材料制作。缓冲液不用透析膜分隔，柱洗脱液和电极缓冲液合为一体。柱的进、出口处分别连接电极室，电极室内分别安装电极。电极室的上端通大气，电解产生的气体可以立即排除。两个电极室的容积都较小，且电极室内的液体是流动的，不断更新，所以电解产物对电极室内液体的组成不会有明显的影响。本发明提出的仪器可用于分离大分子物质，也可用于分离小分子物质。
本发明具有层析仪选择性好、电泳仪分辨率高的优点；价格低；样品处理量大，可达1-1000mg，可以做制备用；可由操作者手工装柱；通过改变固定相和缓冲液，可分离不同的物质(如抗生素、有机酸、生物碱、蛋白质、核酸)；仪器通用性强，适用范围广。
附图说明
图1本发明结构示意图
具体实施方式
如图1所示，本发明包括：电层析柱1，电极室2、8，梯度器3，电极4、7，电层析电源5，缓冲液槽6，恒流泵9，检测器10，收集器11，电脑12，打印机13。其连接关系为：电层析柱1垂直安装，在电层析柱1内装填固定相。电层析柱1的进口端连接一个电极室2，出口端连接缓冲液槽6和另一个电极室8。在一个电极室2内安置一支电极4，在另一个电极室8内安置另一支电极7。两支电极4、7分别与电层析电源5的正极、负极相连；根据操作时的要求，将一支电极4连接正极、另一支电极7连接负极，或者连接方式相反。在电层析柱1的进口端所连接的电极室2内加入样品。梯度器3与电层析柱1进口端的电极室2连接，梯度器3向与其相连接的电极室2中注入pH或浓度梯度变化的缓冲液作为洗脱液。电层析柱1出口端的电极室8连接恒流泵9，恒流泵9将移动到出口端的电极室8内的洗脱液输出。恒流泵9与检测器10连接，检测器10与收集器11相连，洗脱液经检测器10检测后用收集器11收集。检测器10同时连接电脑12，电脑12接打印机13，检测结果经电脑12处理，可以用打印机13打印出来。电层析柱1出口端连接的缓冲液槽6内的缓冲液起平衡流速的作用，使电层析柱1出口端的电极室8内的液面不会有大的波动，一直与缓冲液槽6内的液面持平。
所述的电层析柱1直径为5-100mm，柱长为50-500mm。电层析柱内可装填各种固定相，包括离子交换树脂、吸附树脂、硅胶、氧化铝、纤维素、正相键合相、反相键合相、葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶等。固定相的颗粒大小为10-1000μm。电层析柱1内装的固定相体积为1-4000ml。
电层析柱1的进口端接一个电极室2，出口端接缓冲液槽6和另一个电极室8。梯度器3与电层析柱1进口端的电极室2连接，梯度器3向与其相连接的电极室2中注入pH或浓度梯度变化的缓冲液，电层析柱1进口端的电极室2中的缓冲液流经电层析柱1，出口端的缓冲液槽6补充流经电层析柱1的缓冲液的不足部分，使电层析柱1进口端的电极室2和出口端的缓冲液槽6中流出的缓冲液流量之和等于恒流泵9的流量。恒流泵9的流量范围为0.1-100ml/min。
一支电极4安装在电层析柱1进口端的电极室2内，另一支电极7安装在电层析柱1出口端的电极室8内，这两支电极分别与电层析电源5的正极或负极相连。一支电极4插入一个电极室2的缓冲液中，另一支电极7插入另一个电极室8的缓冲液中，两个电极室2、8的上端通大气，以排除电解产生的气泡。
电层析柱1垂直安装。在电层析柱1的进口端所连接的电极室2内加入样品，加样量为1-1000mg。样品在液体流动和电场力推动的作用下移动到电层析柱1的出口端，进入电层析柱1出口端的电极室8，再经恒流泵9输送到检测器10，检测后由收集器11收集。
检测器10的检测结果由电脑12收集处理后，在电脑12的显示器上显示，由打印机13打印。
检测器10可采用紫外吸收检测器、示差折光检测器、荧光检测器、电化学检测器等。
本发明使用时控制电流在5-100mA，电压在50-5000V。
如果不采用梯度洗脱，可以在梯度器3内和缓冲液槽6内装入适当的同种缓冲液，用这种缓冲液作为洗脱液。
如果调节恒流泵9的流量等于从电层析柱1进口端的电极室2中流出的缓冲液流量，则下端缓冲液槽6可以不用。
Claims (8)
1、一种制备型电层析分离化学物质和生物物质的仪器，包括：电层析柱(1)，电极(4、7)，电层析电源(5)，恒流泵(9)，检测器(10)，收集器(11)，电脑(12)，打印机(13)，其特征在于，还包括：电极室(2、8)，梯度器(3)，缓冲液槽(6)，其连接关系为：电层析柱(1)的进口端连接一个电极室(2)，出口端连接缓冲液槽(6)和另一个电极室(8)，在一个电极室(2)内安置一支电极(4)，在另一个电极室(8)内安置另一支电极(7)，两支电极(4、7)分别与电层析电源(5)的两极相连，梯度器(3)与电层析柱(1)进口端的电极室(2)连接，电层析柱(1)出口端的电极室(8)连接恒流泵(9)，恒流泵(9)与检测器(10)连接，检测器(10)与收集器(11)相连，检测器(10)同时连接电脑(12)，电脑(12)接打印机(13)。
2、根据权利要求1所述的制备型电层析分离化学物质和生物物质的仪器，其特征是，所述的电层析柱(1)直径为5-100mm，柱长为50-500mm，电层析柱(1)内装填固定相，使用的固定相种类包括离子交换树脂、吸附树脂、硅胶、氧化铝、纤维素、正相键合相、反相键合相、葡聚糖凝胶或琼脂糖凝胶，固定相的颗粒大小为10-1000μm，电层析柱(1)内装的固定相体积为1-4000ml。
3、根据权利要求1所述的制备型电层析分离化学物质和生物物质的仪器，其特征是，电层析柱(1)垂直安装，在电层析柱(1)的进口端所连接的电极室内加入样品，加样量为1-1000mg。
4、根据权利要求1所述的制备型电层析分离化学物质和生物物质的仪器，其特征是，梯度器(3)向电层析柱(1)进口端的电极室(2)中注入pH或浓度梯度变化的缓冲液作为洗脱液，或者在梯度器(3)内和缓冲液槽(6)内装入同种缓冲液，用这种缓冲液作为洗脱液，进口端的电极室(2)和出口端的缓冲液槽(6)中流出的缓冲液流量之和等于恒流泵(9)的流量，恒流泵(9)的流量范围为0.1-100ml/min。
5、根据权利要求1或者4所述的制备型电层析分离化学物质和生物物质的仪器，其特征是，如果恒流泵(9)的流量等于从电层析柱(1)进口端的电极室(2)中流出的缓冲液流量，则省略电层析柱(1)出口端的缓冲液槽(6)。
6、根据权利要求1所述的制备型电层析分离化学物质和生物物质的仪器，其特征是，两支电极(4、7)分别插入两个电极室(2、8)的缓冲液中，两个电极室(2、8)的上端通大气。
7、根据权利要求1所述的制备型电层析分离化学物质和生物物质的仪器，其特征是，使用时控制电流在5-100mA，电压在50-5000V。
8、根据权利要求1所述的制备型电层析分离化学物质和生物物质的仪器，其特征是，检测器(10)为紫外吸收检测器、示差折光检测器、荧光检测器或电化学检测器。
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