JP2001518618A - 毛細管電気泳動装置 - Google Patents

毛細管電気泳動装置

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JP2001518618A JP2000514129A JP2000514129A JP2001518618A JP 2001518618 A JP2001518618 A JP 2001518618A JP 2000514129 A JP2000514129 A JP 2000514129A JP 2000514129 A JP2000514129 A JP 2000514129A JP 2001518618 A JP2001518618 A JP 2001518618A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、毛細管電気泳動装置に関し、該装置は該装置の注入側上に1又はそれ以上の以上の溶液リザーバ(R1−R3)及び前記装置の検出器側上に1又はそれ以上の以上の溶液リザーバ(R4−R6)だけでなく、分離毛細管(1)を経由して連結されるバックグラウンド溶液を含有するリザーバ、電圧電源に接続された電流電極(E)、そして前記分離毛細管(1)の出口端の実質的に近傍に検出器を含み、前記分離毛細管(1)の端部はリザーバ(R1−R6)から種々の溶液を供給することを意図され毛細管チューブ(2,3)の底端部から伸びている拡張部(5,7)中に配置され、前記拡張部は排水容器まで廃水導管(W1,W2)として伸びており、前記排水容器は分離毛細管(1)の端部からやや離れて配置されており、そして前記電流電極(E)は前記廃水導管(W1,W2)中に、好ましくはその放出端部の近傍に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、ゾーン電気泳動、等電点電気泳動、界面動電ミセルクロマトグラフ
ィのような、様々な電気泳動工程を容易に行うのに適切な毛細管電気泳動装置に
関する。
【0002】 電気泳動は電気化学の工程であり、これは電気的に荷電した粒子、ある特別の
技術により、また荷電してない粒子も相互の分離に用いることができ、これらの
粒子は電解質溶液に存在し、最も小さいイオン及び分子からコロイド状粒子まで
に及ぶ大きさを有する。電気荷電及びそれによる特性により、粒子は電場中を異
なる速度で進む。電気泳動工程を分類するいくつかの方法がある。一つの分類は
、例えば紙、ゲル、カラム、毛細管の、液体相中の対流を取り除くのに用いるキ
ャリア又は装置に基づく。
【0003】 毛細管電気泳動は、分析化学の最も急速に進歩しているアプリケーションの一
つである。この方法において、バックグランド溶液は、毛細管のような細い管に
含まれ、液体の粘性力が予め対流を取り除く。毛細管の内径は通常0.01から
1mmの範囲内である。電気泳動は、従って、キャリアによって起こる妨害を取
り除くために自由溶液中で行われる。また毛細管から電流によって発せられた熱
エネルギーを取り除くことも容易であり、従ってより迅速な分離のために高い電
場の使用が可能になる。加えて、毛細管電気泳動は容易に自動化できる。
【0004】 毛細管電気泳動において、電解質バックグランド溶液を含む二つの容器が、同
じ溶液を含む毛細管チューブにより相互に連結されている。それぞれの容器は電
極を備えている。調べるサンプルが、短い区域として毛細管の入り口の端に置か
れる。一般に、サンプルを供給するために、毛細管の端がバックグランド溶液容
器からサンプル容器へ移されそして戻される。この操作は毛細管の端で、サンプ
ル区域のバックグランド溶液中の妨害と歪の原因となり、この方法を正確性が損
なわれたものとする。また電流が、毛細管を一つの容器から他へ動かす間、スイ
ッチを切られることは避けられず、これは運転条件の変動の原因となる。同じ欠
点がまた運転過程の間にバックグランド溶液を置換することから生ずる。
【0005】 電極で起こる反応もまたバックグラウンド溶液容器に含まれる溶液組成を変化
させ、これらの変化は毛細管へ広がり、一連の試験のパラメータへ歪をもたらす
【0006】 毛細管電気泳動は様々なアプリケーションを用いることにより行うことができ
る。最も一般に用いられるアプリケーションは毛細管ゾーン電気泳動(CZE)、毛 細管等電点電気泳動(CIEF)、毛細管等速電気泳動(CITP)、及びミセル界面動電毛
細管クロマトグラフィー(MECC)である。見たところは異なるが、これらのアプリ
ケーションは同一の電気化学的法則により支配されている。様々なアプリケーシ
ョンが、電気泳動システムへの様々な初期の及び境界条件応用することにより作
り出される。
【0007】 市場で入手できる電気泳動装置は、通常様々な電気泳動アプリケーションを行
うことができる。しかしながら、このような装置はある欠点又は構造的特徴によ
り妨げられ、これは一つのアプリケーションから他への容易な移行、また運転中
のシステムパラメータの変更も制限する。
【0008】 何人かの研究者が技術的解決法を紹介しており、これにより上記欠点を部分的
に取り除くことができる。Virtane, Acta Polytechnica Scadinavica, Chemistr
y Including Metallurgy Series,No.123 (1974),pp.1-67,は早くも1969年代に、
電流が接続されている間にサンプルの注入を可能にする注入技術を用いた。Verh
eggen et al., J. Chromatogr., 452(1988), pp. 615-622,及びZare et al., US
-Patent 5,141,621はまた、電流を切断することなく毛細管電気泳動装置へサン プルを注入する方法を紹介している。しかしながら、これらの方法や装置は、様
々な電気泳動アプリケーションの理論的類似点が提供する、多くの可能性を開発
する手段を提供しない。
【0009】 本発明の目的は新規な毛細管電気泳動装置を提供することであり、これは上記
欠点を取り除くことができ、一つでかつ同一の装置により毛細管電気泳動の全て
の様々なアプリケーションを容易に実行することを可能にする。これを成し遂げ
るため、本発明は請求項1の特徴項に述べられていることに特徴を有する。
【0010】 与えられた電気泳動アプリケーションを達成するために、ある種の初期及び境
界条件を選択する必要がある。毛細管電気泳動システムでの境界条件の調整は、
毛細管の端部の近くに存在するバックグランド溶液の組成を調整しなければなら
ないことを意味する。本発明によれば、このことは新しい溶液を分離毛細管の端
部を通って連続的にポンプで汲むことによりなされる。これはまた、この毛細管
へ通過した電極反応から生じる反応生成物を妨げる。バックグランド溶液の消費
量を多くしないために、この溶液チャンネルはできる限り小さな容積を有してな
ければならない。本発明に係る装置の設計はこの原理に基づいている。本発明の
装置において、試験条件は制限なく選択でき、運転中に任意に変更できる。
【0011】 本発明はここに添付の図面を参照して詳細に記載され、ここで 図1は本発明の一つの実施態様を示し;及び 図2は本発明のもう一つの実施態様を示す。
【0012】 図1及び2は本発明の装置を描いており、ここで分離毛細管1の端は、拡大部
7と5(図2)へ収容されており,リザーバR1−R6から種々な溶液を供給す
るようになっており、毛細管チューブ2と3の底の端から伸びている。前記拡大
部は好ましくは約0.5から3mmの直径を有する。これらの拡大部は廃水導管
W1とW2の形状の廃水容器へ伸びており、これは拡大部と同じ幅を有する。毛
細管チューブ2と3は、好ましくは0.01から1.0mm、より好ましくは0
.02から0.5mmの内径を有している。毛細管チューブ2と3の配置は、ま
た図に描かれているものと異なってもよい。バックグランド溶液として用いる電
解質溶液は、リザーバR1−R3のどれからも、及びリザーバR4からR6のど
れからも、これらの毛細管チューブ2と3に沿ってゆっくりと、廃水導管W1と
W2の中にあり、電源に接続されている、電流電極Eへ向かって分離毛細管1の
両端を通って流れ、そして最後にシステムから廃水導管を通って廃水容器へ排出
する。この廃水容器は分離毛細管1の端からやや離れて配置されており、電極E
は好ましくは廃水導管W1とW2の出口端部に配置されており、電極上に生成し
た電気分解生成品の分離毛細管中への移動は、例えば長い、広い廃水導管のおか
げで排除されている。この流速は分離毛細管1での必要な条件を維持するよう、
更に、電極の電気分解生成品を分離毛細管へ接近させないように調整される。
【0013】 溶液リザーバR1−R6から届く供給溶液は、ポンプPにより自由に置換でき
、種々な供給溶液の流速もまた自由に変えることができる。電気泳動運転を完了
した後、リザーバR1−R6のいずれかに存在する洗浄溶液と残りの溶液は毛細
管システムを通してポンプで送ることができる。このポンプはまた廃水導管W2
中に装着でき、この場合ポンプは吸引力の原理で作動する。従って、図1及び2
において、ポンプPはバルブで置換でき、吸引力はポンプSPにより発生される
。ポンプとバルブの数は自由に選択でき、本出願により選択できる。流速が高度
の正確さを必要としない場合には、またポンプを完全にバルブで置き換えること
もでき、流れを重力又は溶液容器R1−R6中に存在する負圧若しくは正圧によ
り作り出すことができる。
【0014】 本質的には分離毛細管1の排出端の近くに検出器4が取り付けられ、これによ
りこの毛細管で分離された粒子が検出される。この検出は、例えばサンプルの吸
収力に基づいて達成することができる。全体の装置の操作はマイクロプロセッサ
により制御できる。
【0015】 適切なポンプとバルブを用いることにより、閉鎖又は開放毛細管電気泳動を行
うことができ、又は毛細管中の予め計算した流速を達成することが可能である。
本発明の装置はまた、分離毛細管のどちらの端からでも運転中の様々な化学的勾
配、パルスを運転するのに用いることができる。
【0016】 本発明の装置において、一つのサンプルは基本的に少なくとも二つの異なった
方法で注入できる。まず最初に、図1及び2に示される装置の注入側に存在する
溶液リザーバの一つがサンプル溶液を含むことができる。従って、このサンプル
は毛細管2に沿って分離毛細管1の中へ届けられる。
【0017】 その他の試料供給方法の原理は、図2に示されている。この試料供給方法はま
た、本出願人の先のフィンランド(FI)特許出願第961069号にも記述さ
れており、この特願を参考資料としてここに組み込む。この本発明の一つの装置
の実施態様では、本装置の注入側において、分離毛細管1の端部は開放型チュー
ブ5中に収容されており、この開放型チューブは拡大部を構成し、図1の拡大部
7に相当する前述の毛細管チューブ2の底部から伸びており、そしてこの開放型
チューブは、分離毛細管の外径より大きい内径を有する。該チューブ5はまた、
廃水導管W1の一部分として機能する。バックグラウンド溶液は、毛細管2に沿
って実質的にチューブ5の底部区域から分離毛細管1の端部近くへ流れる。一つ
の試料を供給するこの態様において、この試料溶液は、可動式試料供給毛細管6
により、分離毛細管1の端部近くへ運ばれる。この毛細管6は好ましくは約0.
5−1.5mmの内径を有し、この内径は、毛細管電気泳動装置の分離毛細管1
の端部の外径より大きい。この試料供給毛細管6の内径と分離毛細管1の外径と
の間の差は、代表的には約0.2−5mmである。この試料供給毛細管6は試料
溶液で満たされており、その端部は、分離毛細管1の端部のまわりに伸縮自在に
位置している。本試料供給毛細管に含まれる試料溶液は、分離毛細管の端部を完
全にとり囲んでおり、バックグラウンド溶液は、分離毛細管1の端部周辺の試料
溶液に完全に取り替えられる。試料中に存在する電気的に帯電した粒子は、電流
の作用で、分離した毛細管1へ移動する。この溶液の電気浸透性流動は、試料溶
液を分離毛細管1へと運ぶ。一つの試料の注入において、吸引ポンプSPを使う
ことも可能である。この試料は一定時間供給され、その後、試料供給毛細管6は
分離毛細管1の入口端部周囲から引き上げられる。
【0018】 図2の装置において、分離試料供給毛細管6を使わずに、一つの試料を供給す
ることもでき、試料溶液は毛細管2に沿ってリザーバR1−R3のどれかから供
給される。
【0019】 電場のスイッチが入れられると同時に、ポンプでくみ出して一つの試料溶液が
供給される場合、制御できる量の試料は、分離毛細管1に移る。注入される試料
の量は、ポンプくみ出し時間、電場及び電気浸透性流動速度を制御することで決
定される。
【0020】 分離毛細管中の、電気浸透性の及び流体力学の正味の流動は、検出器4側の水
路系を閉鎖することで除くことができる。この場合供給は、全く電気動力学的に
引き起こされ得る。様々なパラメータ、注入のタイプ、電場及び溶液の流れを変
化させることによって、本発明の装置を用いて多くの異なる試料供給方法を容易
にもたらすことができる。
【0021】 もし望むのであれば、あらゆる応用及び運転条件を選択できるし、これらを運
転中に変更できる。
【0022】 本発明の装置を使用することで、様々な電気泳動応用の初期条件及び境界条件
を選択したり満たしたりすることが容易である。更に、電気泳動運転中に、境界
条件を変更することで、組み合わせた方法を利用することができる。以下に、本
発明装置の多方面の応用の可能性に関する2、3の実施例を記載する。
【0023】 実施例1 図2を参照すると、本発明装置の単一帯域電気泳動応用が記載されている。注
入側は、バックグラウンド溶液リザーバ(例えば、リザーバR1)から、バック
グラウンド溶液を供給するための単一のポンプを単に必要とするだけである。検
出器側は、バックグラウンド溶液を供給するポンプを必要とし(例えば、リザー
バR4から)、更に希望すれば、洗浄溶液及び安定化溶液用ポンプを必要とする
(例えば、リザーバR5及びR6)。吸引ポンプSPは必ずしも必要とは限らな
い。バックグラウンド溶液のポンプによるくみ出しは、分離毛細管1の両端を通
り越して続行される。電圧は常に上げられる。両廃水導管W1及びW2は、周囲
の圧力にさらされ続けており、分離毛細管中の静水圧差は故にゼロであり、電気
浸透性流動は自由に進行する。運転状況が安定するとすぐに、チューブ5中の分
離毛細管1の端部周辺に、試料溶液を含有する試料供給毛細管6を配置すること
で、試料は注入される。試料用毛細管は、適当な時間の長さが過ぎた後引き上げ
られ、分離運転が始まる。この運転が完了すると、分離毛細管1は次の試料注入
のために準備される。場合次第で、これは様々なやり方で実行できる。もし洗浄
が必要でなければ、電流と電気浸透性流動が、分離毛細管にバックグラウンド溶
液を回復させるまで待つことができる。この回復は、廃水導管バルブを閉じるこ
とで迅速に実行でき、その結果バックグラウンド溶液の流れは片寄らされて、分
離毛細管1を通って流れる。状況が再び安定するとすぐに、本装置は別の試料注
入の準備ができあがる。
【0024】 運転中、検出器側の廃水導管W2は閉じたままにすることができる。これは密
閉毛細管応用と呼ばれる。故に、層流の流体力学流動を、分離毛細管1において
引き起こしたくなければ、検出器側でのポンプによるくみ出しもまた停止されな
ければならない。たとえポンプによるくみ出しが停止されても、電極E上に生成
する電気分解生成物の分離毛細管1中への移動は、長く広々とした廃水導管のせ
いで防止される。この場合、電気浸透性の正味の流動はなく、これは例えば運転
時間の変動を引き起こすかもしれない。
【0025】 実施例2 ここに記載される第2の応用は、等電的焦点合わせである。これは図1の装置
を用いて実行される。この応用では、注入側に3つのポンプ(リザーバR1、R
2及びR3)が備えられ、検出器側には二つのポンプ(例えば、リザーバR4及
びR5)が備えられる。吸引ポンプSPは必ずしも必要とは限らない。毛細管シ
ステムの初期充填及び安定化の後は、以下のような手順である。廃水導管W1を
閉じることで、分離毛細管は両性電解質溶液で満たされる。廃水導管W2は開い
ている。両性電解質溶液はリザーバR2からポンプでくみ出される。試料溶液は
リザーバR3からポンプでくみ出され、続いてなお少量の両性電解質溶液をリザ
ーバR2からくみ出す。前もってこの試料は両性電解質溶液と混合することもで
き、これは毛細管システム全体を満たすことができる。廃水導管W1を開けて、
リザーバR1から陽極液H3PO4をそしてリザーバR4から陰極液NaOHをポンプで くみ出し、分離した毛細管の端部を通り越して廃水導管へ送ることによって、シ
ステムの焦点合わせ準備がなされる。電流のスイッチが入れられ、焦点合わせが
始まる。焦点合わせが完了すると、廃水導管W1を閉じてリザーバR1及びR4
からのくみ出しを続けることによって、分離毛細管中に存在する溶液はゆっくり
と検出器4を通り越して押し出される。その他の運転用の毛細管システムの準備
には、廃水導管W2が閉じており廃水導管W1が開いている場合に、リザーバR
4からNaOHを用いた洗浄及びリザーバR5から水を用いた洗浄を含ませてもよい
【0026】 前述したのは、本発明の2、3の実施態様である。当然、本発明の原理が請求
項で定義された保護範囲内で変更できるかぎり、本発明は記載された実施例に限
定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一つの実施態様を示す図である。
【図2】 本発明の別の実施態様を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM ,HR,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG, KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,L U,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO ,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG, SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,U G,US,UZ,VN,YU,ZW (71)出願人 Vuorimiehentie 5, F IN−02044 VTT, Finland

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分離毛細管(1)を経由して連結されるバックグラウンド溶
    液を含有するリザーバ、電圧電源に接続された電流電極(E)、そして前記分離
    毛細管(1)の出口端の実質的に近傍に検出器を含む毛細管電気泳動装置であっ
    て、前記装置が前記装置の注入側上に1またはそれ以上の溶液リザーバ(R1−
    R3)及び前記装置の検出器側上に1またはそれ以上の溶液リザーバ(R4−R
    6)をさらに含み、前記分離毛細管(1)の端部が前記リザーバ(R1R6)か
    ら種々の溶液を供給することを意図され、毛細管チューブ(2,3)の底端部か
    ら伸びている拡張部(5,7)中に配置され、前記拡張部は排水容器まで廃水導
    管(W1,W2)として伸びており、前記廃水容器は分離毛細管(1)の端部か
    らやや離れて配置されており、そして前記電流電極(E)は前記廃水導管(W1
    ,W2)中に、好ましくはその放出端部の近傍に配置されることを特徴とする前
    記装置。
  2. 【請求項2】 前記拡張部(5,7)が、好ましくは約1−10mmの直径
    を有することを特徴とする請求項1に記載の毛細管電気泳動装置。
  3. 【請求項3】 前記毛細管チューブ(2,3)及び前記分離毛細管(1)が
    、好ましくは0.01−1.0mm、より好ましくは0.02−0.5mmの内
    径を有することを特徴とする請求項1に記載の毛細管電気泳動装置。
  4. 【請求項4】 前記装置が前記溶液リザーバ(R1−R6)から届く供給溶
    液を選択するためのそしてその流速を独立に制御するための前記溶液リザーバ(
    R1−R6)と連結したポンプ(P)を更に含むことを特徴とする請求項1に記
    載の毛細管電気泳動装置。
  5. 【請求項5】 前記装置が前記廃水導管W2の中に吸引ポンプ(SP)及び
    前記溶液リザーバ(R1−R6)と連結したバルブ及び/又はポンプ(P)を含
    むことを特徴とする請求項1に記載の毛細管電気泳動装置。
  6. 【請求項6】 前記ポンプ(P)がバルブと置き換えられ、前記毛細管チュ
    ーブ(2,3)中の流れが前記溶液リザーバ(R1−R6)中に存在する重力に
    より又は負圧若しくは正圧により作り出されることを特徴とする請求項1に記載
    の毛細管電気泳動装置。
  7. 【請求項7】 前記装置の注入側上に、前記装置が前記分離毛細管(1)の
    端部を収容するための前記毛細管チューブ(2)の底端部から伸びている拡張部
    を構成する開口チューブ(5)を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の
    毛細管電気泳動装置。
  8. 【請求項8】 前記装置が前記毛細管電気泳動装置の前記分離毛細管(1)
    の端部の外径を越える内径を有し、そして前記チューブ(5)の内径よりも小さ
    い外径を有し、そしてそれにより試料溶液が、前記供給毛細管(6)の端部が前
    記分離毛細管(1)の端部の回りに配置されるような方法で、前記チューブ(5
    )内の前記分離毛細管(1)の端部の近傍に導かれる、試料供給毛細管(6)を
    含むことをことを特徴とする請求項7に記載の毛細管電気泳動装置。
  9. 【請求項9】 前記試料供給毛細管(6)が、好ましくは約0.5−1.5
    mmの内径を有することを特徴とする請求項8に記載の毛細管電気泳動装置。
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