JP3462339B2 - Capillary electrophoresis detector - Google Patents

Capillary electrophoresis detector

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JP3462339B2
JP3462339B2 JP08642096A JP8642096A JP3462339B2 JP 3462339 B2 JP3462339 B2 JP 3462339B2 JP 08642096 A JP08642096 A JP 08642096A JP 8642096 A JP8642096 A JP 8642096A JP 3462339 B2 JP3462339 B2 JP 3462339B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、タンパク質、ペプ
チド、DNA (核酸)、糖質、神経伝達物質などの検出に用
いられるキャピラリー電気泳動の検出器に係り、特に、
微少量の試料の分析に好適なキャピラリー電気泳動法用
検出器に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a capillary electrophoresis detector used for detecting proteins, peptides, DNA (nucleic acid), carbohydrates, neurotransmitters, and the like, and more particularly,
The present invention relates to a detector for capillary electrophoresis suitable for analyzing a small amount of sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】生物の機能を分子レベルで明らかにする
ために、生体内のタンパク質、ペプチド、DNA (核酸)、
糖質、神経伝達関連物質などの解析が進められている。
その強力な手段として用いられているのが、ポリアクリ
ルアミドを支持体とするゲル電気泳動である。しかし、
ゲル電気泳動を実施してみると、ゲルの調整、染色、定
量など極めて多くの手操作の段階があり、高い分解能を
得ることは容易ではない。そのため、支持体としてゲル
を用いず、緩衝液中を移動する分子を直接検出し、分析
手順を省く試みがなされたが、発生するジュール熱によ
って液中に対流が生じることなどの問題があった。
2. Description of the Related Art Proteins, peptides, DNAs (nucleic acids) in living organisms are used to clarify the functions of living organisms at the molecular level.
Analysis of carbohydrates, substances related to neurotransmission, etc. is in progress.
A gel electrophoresis using polyacrylamide as a support is used as a powerful means. But,
When gel electrophoresis is carried out, it is not easy to obtain a high resolution because there are an extremely large number of manual steps such as gel preparation, staining, and quantification. Therefore, an attempt was made to directly detect a molecule that migrates in a buffer solution without using a gel as a support and omit the analysis procedure, but there was a problem that convection occurs in the solution due to the generated Joule heat. .

【0003】これに対し、内径100μm以下のキャピラリ
ーを用いて電気泳動を行えば、緩衝液の対流を無視する
ことができ、また、電気浸透流は発生するが、管内での
速度分布が均一であるので、分離性能を損なうことはな
い。さらに、このキャピラリー電気泳動法では、ジュー
ル熱の放散も容易なため高電圧を印加できるので、短時
間に高分解能が得られる。また、キャピラリーが細いた
めに試料の絶対量は nl (10-9l)程度と少なくて済み、
微量分析に適しているという利点を有することが注目さ
れ、神経伝達物質など微量分析への適用が期待されてい
る。検出法には、可視紫外吸収法、蛍光法、質量分析
法、ラマン分光法など様々な検出法が用いられている。
これらのキャピラリー電気泳動の全般については、例え
ば「ぶんせき」誌、第4号、281〜289頁 (1994年) (Bun
seki,No.8,pp.281〜289(1994))や、「キャピラリー電気
泳動・基礎と実際」、本多進・寺部茂編、講談社サイエン
ティフィック(1995年)に記載されている。
On the other hand, if electrophoresis is performed using a capillary with an inner diameter of 100 μm or less, convection of the buffer solution can be ignored, and electroosmotic flow is generated, but the velocity distribution in the tube is uniform. Therefore, the separation performance is not impaired. Further, in this capillary electrophoresis method, since Joule heat can be easily dissipated and a high voltage can be applied, a high resolution can be obtained in a short time. In addition, the absolute volume of the sample is as small as nl (10 -9 l) due to the thin capillary,
It is noted that it has the advantage of being suitable for microanalysis, and is expected to be applied to microanalysis such as neurotransmitters. Various detection methods such as a visible ultraviolet absorption method, a fluorescence method, a mass spectrometry method, and a Raman spectroscopy method are used as the detection method.
For general information on these capillary electrophoresis, see, for example, "Bunseki", No. 4, pp. 281-289 (1994) (Bun
seki, No.8, pp.281-289 (1994)), "Capillary Electrophoresis / Basic and Actual", Susumu Honda / Shigeru Terabe, Kodansha Scientific (1995).

【0004】上記のように、キャピラリー電気泳動法は
原理的には微少量分析に適しているが、検出器に問題が
ある。例えば、キャピラリー電気泳動の検出器として現
在広く用いられている可視紫外吸収法では、適用範囲は
広いものの、光路長が短いことによる検出感度の不十分
さが指摘されている。これに対して、レーザ励起蛍光法
を用いることによって検出感度の向上が試みられている
(例えば、「化学と工業」誌、第47巻、1551〜1554頁(1994
年) (Kagaku To Kogyou,47,pp.1551‐1554))が、目的物
質と高い効率で反応し、かつ、レーザの発振波長におい
て大きなモル吸収係数を有する誘導化剤が必要で、その
開発は容易ではなく、また、誘導化による分離効率に低
下といった問題点がある。また、手順も複雑化し、不純
物の混入によるノイズの発生や反応時間、温度のばらつ
きによる再現性の低下が心配される。一方、電気化学的
に検出する「アナリティカルケミストリー」誌、第61
巻、292A〜303A頁(1989年) (Analytical Chemistry,61,
pp.292A‐303A)記載のように、キャピラリーカラムの出
口付近に検出器を置くエンドキャピラリー型と呼ばれる
方法で、高感度な検出が実現されている。この方法によ
って、誘導化なしに数十amol(10-18mol)のカテコールア
ミン類やセロトニンなど神経伝達物質の検出が可能とな
った。しかし、検出できる試料は電極で反応する化学種
に限定されることや、紫外線吸収法に比べて化学種の同
定能力が低いという問題があった。また、質量分析法を
キャピラリー電気泳動法の検出器として用いる場合は、
試料の絶対量が多く必要なため、微少量分析には適さ
ず、また、装置が大がかりになるという欠点がある。
As described above, the capillary electrophoresis method is in principle suitable for minute amount analysis, but has a problem with the detector. For example, the visible-ultraviolet absorption method, which is widely used at present as a detector for capillary electrophoresis, has a wide range of application, but it is pointed out that the detection sensitivity is insufficient due to the short optical path length. On the other hand, it has been attempted to improve the detection sensitivity by using the laser excitation fluorescence method.
(For example, "Chemistry and Industry", Vol. 47, pp. 1551 to 1554 (1994
(Kagaku To Kogyou, 47, pp.1551-1554)) requires a derivatizing agent that reacts with the target substance with high efficiency and has a large molar absorption coefficient at the laser oscillation wavelength. It is not easy, and there is a problem that the derivatization reduces the separation efficiency. In addition, the procedure becomes complicated, and there is a concern that noise may be generated due to mixing of impurities and that reproducibility may be deteriorated due to variations in reaction time and temperature. On the other hand, "Analytical Chemistry" magazine, 61st for electrochemical detection
Volume, 292A-303A (1989) (Analytical Chemistry, 61 ,
As described in pp.292A- 303A ), a highly sensitive detection is realized by a method called an end-capillary type in which a detector is placed near the outlet of a capillary column. This method enabled the detection of tens of amol (10 -18 mol) of catecholamines and neurotransmitters such as serotonin without derivatization. However, there are problems that the sample that can be detected is limited to the chemical species that react with the electrode and that the identification ability of the chemical species is lower than that of the ultraviolet absorption method. When using mass spectrometry as a detector for capillary electrophoresis,
Since it requires a large absolute amount of sample, it is not suitable for minute amount analysis and has a drawback that the device becomes bulky.

【0005】一方、キャピラリー電気泳動の分離効率を
さらに向上させるため、振動分光学的検出器も考案され
ている。その一つがラマン分光法である。ラマン分光法
とは、入射光が分子に当るとその分子固有のエネルギー
状態を反映した光に変調される現象を利用して、化学種
の同定及び定量を行う分析法である。ラマン分光法は分
子の構造情報が得られるため、紫外可視吸収法や蛍光分
光法と比べて化学種の同定能力が優れている。これらラ
マン分光法を用いた検出器は、例えば「アプライドスペ
クトロスコピー」誌、第42巻、515〜518頁(1988年) (Ap
plied Spectroscopy,42,pp.515‐518 (1988))に記載さ
れている。しかし、ラマン分光法の感度は本質的に低い
ために、微少量の試料分析には適していない。ところ
が、アメリカ合衆国特許 US 005306403A(Apr.26,1994)
の中で、Vo‐Dinhらは電気泳動法においてラマンを用い
た高感度の検出を試みている。その中で、彼等は、ラマ
ン分光法の感度が一般に低いことを克服するため、表面
増強ラマン散乱(以下、SERSと略称する)効果を有する銀
基板をカラムの内壁に取り付けるという工夫をしてい
る。しかし、ゲル電気泳動法では上述したように、試料
の絶対量はキャピラリー電気泳動法に比べて極めて多
く、微少量の試料の分析には適さない。その上、彼等の
方法では、SERS 効果が十分に利用されていない。すな
わち、1) SERS 効果を用いたラマン分光法は、本来、SE
RS 基板のごく近傍の試料を検出するために用いられる
表面分析法の一つであり、一般の電気泳動に用いるよう
な大きなカラムに SERS 基板を配置した場合、、試料の
大部分は検出に用いられず、検出効率が非常に悪い、2)
SERS 基板は、電極電位を制御できる電極として用いる
ことによって、試料の吸着量や電極の表面状態を変化さ
せ、SERS 効果を高めることができるが、彼等のような
オンキャピラリーの検出ではそれが不可能である。
On the other hand, a vibrational spectroscopic detector has also been devised in order to further improve the separation efficiency of capillary electrophoresis. One of them is Raman spectroscopy. Raman spectroscopy is an analytical method for identifying and quantifying chemical species by utilizing the phenomenon that when incident light hits a molecule, it is modulated into light that reflects the energy state peculiar to the molecule. Since Raman spectroscopy can obtain the structural information of the molecule, it has an excellent ability to identify chemical species as compared with UV-visible absorption and fluorescence spectroscopy. Detectors using these Raman spectroscopy are disclosed, for example, in "Applied Spectroscopy", Vol. 42, pp. 515-518 (1988) (Ap.
plied Spectroscopy, 42, pp.515-518 (1988)). However, the sensitivity of Raman spectroscopy is inherently low, making it unsuitable for the analysis of very small sample volumes. However, the US patent US005306403A (Apr.26 , 1994)
Among them, Vo-Dinh et al. Attempt to detect Raman with high sensitivity in electrophoresis. Among them, in order to overcome the generally low sensitivity of Raman spectroscopy, they devised to attach a silver substrate having a surface-enhanced Raman scattering (hereinafter abbreviated as SERS) effect to the inner wall of the column. There is. However, as described above, the gel electrophoresis method has an extremely large absolute amount of the sample as compared with the capillary electrophoresis method, and is not suitable for the analysis of a very small amount of sample. Moreover, their method does not fully utilize the SERS effect. That is, 1) Raman spectroscopy using the SERS effect is originally SE
This is one of the surface analysis methods used to detect samples in the immediate vicinity of the RS substrate, and when the SERS substrate is placed on a large column used for general electrophoresis, most of the sample is used for detection. Not detected, detection efficiency is very poor, 2)
By using the SERS substrate as an electrode that can control the electrode potential, it is possible to increase the SERS effect by changing the adsorption amount of the sample and the surface condition of the electrode, but this is not the case in on-capillary detection such as them. It is possible.

【0006】これら SERS の全般にわたっては、「表
面」誌、第30巻、528〜545頁(1992年)(Hyoumen,30,pp.5
28‐545(1992))に記載されている。さらに、彼等はラ
マン分光用の検出器としてシングルチャンネル型を用い
ているため、オンラインでスペクトルを得ることは測定
時間の点から困難であり、化学種の同定能力は低い。ま
た、Morris らは、「アプライドスペクトロスコピー」
誌、第47巻、855〜857頁(1993年) (Applied Spectrosco
py,47,pp.855‐857)に記載されているように、ゲル電気
泳動法やキャピラリー電気泳動法などの分離手法と組み
合わせずに、直接試料を検出できる微小 SERS 活性電極
を作製した。彼等は、この検出器が対物レンズを用いた
顕微ラマン分光装置を用いているため、電極を小さくし
たときの損失が殆どないことを報告している。また、こ
の手法では SERS 効果を十分に利用しており、微少量の
試料には有効であると思われる。しかしながら、電気泳
動等の分離手法と組み合わせていないために、複数の化
学種が混在している生体試料等ではその同定が困難であ
ることは明白である。
[0006] Throughout these SERS, "Surface", Vol. 30, 528-545 (1992) (Hyoumen, 30, pp. 5).
28-545 (1992)). Furthermore, since they use a single channel type as a detector for Raman spectroscopy, it is difficult to obtain a spectrum on-line in terms of measurement time, and the ability to identify chemical species is low. In addition, Morris et al. "Applied Spectroscopy"
Journal, Vol. 47, pp. 855-857 (1993) (Applied Spectrosco
py, 47, pp.855-857), we have prepared a micro SERS active electrode that can directly detect a sample without combining it with a separation method such as gel electrophoresis or capillary electrophoresis. They report that the detector uses a microscopic Raman spectroscope using an objective lens, so that there is almost no loss when the electrodes are made small. In addition, this method makes full use of the SERS effect, and seems to be effective for a small amount of sample. However, since it is not combined with a separation method such as electrophoresis, it is obvious that its identification is difficult in a biological sample in which a plurality of chemical species are mixed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】キヤピラリー電気泳動
装置は、タンパク質、ペプチド、DNA (核酸)、神経伝達
関連物質などの微少量の試料に対して有効な成分分離の
手法とはなり得るが、従来の検出手法では、適用できる
試料の範囲、簡便さ等に問題がある。本発明の目的は、
上記従来技術の有していた課題を解決して、極少量の試
料の検出に対して有効な高感度検出器を提供することに
ある。
The capillary electrophoresis apparatus can be an effective component separation method for minute amounts of samples such as proteins, peptides, DNAs (nucleic acids), and substances related to neurotransmission, but it has hitherto been a problem. The detection method of (1) has a problem in the range of applicable samples, simplicity, and the like. The purpose of the present invention is to
It is an object of the present invention to provide a high-sensitivity detector effective for detecting an extremely small amount of sample by solving the problems of the above-mentioned conventional techniques.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、表面増強ラマン散乱活性を誘起
する微小電極とラマン分光装置とから構成し、上記表面
増強ラマン散乱活性微小電極の電極電位を変えられるよ
うにする。この場合、上記表面増強ラマン散乱活性微小
電極の形状をファイバー状としてもよい。また、表面増
強ラマン散乱活性を誘起する微小電極とラマン分光装置
とから構成し、上記ラマン分光装置の検出器としてマル
チチャンネル型を用いることにより、オンラインでスペ
クトルが得られるようにする。 つまり、上記目的は、以
下の手段によって解決することができる。すなわち、キ
ャピラリー電気泳動の検出器として、SERS 効果を用い
たラマン分光法を利用する。この手法は表面分析法の一
つで、電極ごく近傍の試料を高感度に検出できる。ま
た、水溶液中での測定に有利なだけでなく、キャピラリ
ーを通しての測定が可能である。よって、キャピラリー
電気泳動によって分離された微少量の試料を薄層化する
ことでこの効果を利用することができる。具体的には、
キャピラリー電気泳動によって分離された成分がファイ
バー状の微小電極の周りを薄層状に流れるようにする。
さらに、SERS 効果を有効に利用するために、微小 SERS
電極はキャピラリーカラムの出口付近に置くエンドキ
ャピラリー型に配置する。
In order to solve the problem] was to achieve the above purpose
Therefore, in the present invention, surface enhanced Raman scattering activity is induced.
And a Raman spectroscope,
The electrode potential of enhanced Raman scattering active microelectrode can be changed.
I will In this case, the surface-enhanced Raman scattering activity is very small.
The shape of the electrodes may be fiber-like. Also, the surface increase
Microelectrode and Raman spectroscope for inducing strong Raman scattering activity
And is used as a detector of the Raman spectroscope.
By using the multi-channel type, online
Make sure you get the koutor. That is, the above object can be solved by the following means. That is, Raman spectroscopy using the SERS effect is used as a detector for capillary electrophoresis. This method is one of the surface analysis methods and can detect a sample in the vicinity of the electrode with high sensitivity. In addition to being advantageous for measurement in an aqueous solution, measurement through a capillary is possible. Therefore, this effect can be utilized by thinning a very small amount of sample separated by capillary electrophoresis. In particular,
The components separated by capillary electrophoresis are allowed to flow in a thin layer around the fiber-shaped microelectrode.
Furthermore, in order to effectively use the SERS effect, a small SERS
The electrodes are arranged in an end-capillary type placed near the outlet of the capillary column.

【0009】ここで、微小 SERS 電極の材料としては、
SERS 活性を得られるものとして最も良く知られてい
る、金、銀、銅をはじめニッケル、パラジウム、白金、
チタン、水銀などの金属や、酸化ニッケルや酸化チタン
等の半導体を用いることができるが、キャピラリーに挿
入できるようファイバー状にする。ファイバー化しにく
い材料では、炭素繊維などにスパッタ法等の真空薄膜形
成技術により SERS 活性を得られる材料を被覆して用い
ることもできる。さらに、キャピラリーに挿入しない部
分はガラス管等に封入することによって取扱いを容易に
し、微小電極とする。また、SERS 効果は、電極表面に
原子オーダーから100nm程度の粗さを付加することによ
って十分に利用することができるので、微小電極に対し
て、1) 電気化学的に溶解するかまたは酸化還元処理を
繰り返す、2) アルミナ等の研磨材で擦る、3) 真空のエ
ッチング装置にアルゴン等のガスを導入したミリング装
置を使う、4) 表面に回折格子を切るなどの処理を行う
か、または、5) 1)〜 4)のような処理を行ったファイバ
ー状の材料にスパッタ法等の真空薄膜形成技術によりSE
RS 活性を得られる材料を被覆して微小 SERS 活性電極
を得る。
Here, as the material of the minute SERS electrode,
Gold, silver, copper, as well as nickel, palladium, platinum, which are best known for obtaining SERS activity,
Metals such as titanium and mercury and semiconductors such as nickel oxide and titanium oxide can be used, but they are made into a fiber shape so that they can be inserted into a capillary. For materials that are difficult to form into fibers, carbon fibers can be coated with a material that can obtain SERS activity by a vacuum thin film forming technique such as sputtering. Further, the portion not inserted into the capillary is sealed in a glass tube or the like to facilitate handling and form a microelectrode. The SERS effect can be fully utilized by adding roughness of about 100 nm from the atomic order to the electrode surface, so 1) electrochemical dissolution or redox treatment is applied to microelectrodes. 2) Rub with an abrasive such as alumina, 3) use a milling device that introduces a gas such as argon into a vacuum etching device, 4) perform a treatment such as cutting a diffraction grating on the surface, or 5 ) SE is applied to the fibrous material that has been treated as in 1) to 4) by vacuum thin film forming technology such as sputtering.
A micro SERS active electrode is obtained by coating a material capable of obtaining RS activity.

【0010】一方、ラマン分光測定装置は、微小電極に
対しての効率を上げるため、対物レンズ等を用いた顕微
ラマン分光装置で測定を行うか、または、細い光ファイ
バー型のプローブを通して微小域での励起及び検出を行
う。また、光学系を全反射配置にすることによって粗さ
がなくても増強効果を得ることができる(特に、表面プ
ラズモンポラリトン増強ラマン散乱と呼ぶ)。また、化
学種の同定能力を高めるために、ラマン分光用の検出器
としてマルチチャンネル型を用い、オンラインでスペク
トルを得ることを可能にする。
On the other hand, the Raman spectroscopic measurement apparatus measures with a micro Raman spectroscopic apparatus using an objective lens or the like in order to increase the efficiency with respect to the microelectrode, or in a microscopic area through a thin optical fiber type probe. Excitation and detection are performed. Further, by providing the optical system with the total reflection arrangement, it is possible to obtain an enhancing effect without roughness (particularly referred to as surface plasmon polariton enhanced Raman scattering). Moreover, in order to enhance the ability to identify chemical species, a multi-channel detector is used as a detector for Raman spectroscopy, and it is possible to obtain spectra online.

【0011】また、キャピラリー内にファイバー状のプ
ローブを配置したことによって、分離された微少量の成
分が薄層化され、SERS 効果を用いたラマン分光法を表
面分析として有効に活用することができる。また、エン
ドキャピラリー型であることにより、電極電位を制御す
ることができ、試料の吸着量や電極の表面状態を変化さ
せ、SERS 効果を高めることができる。よって、従来の
技術の項で述べた Vo‐Dinh 等の方法に比べて、感度を
非常に高めることができる。さらに、ラマン分光法本来
の特徴である化学種の優れた同定能力によってさらに成
分の分離効率を高めることができる。
Further, by arranging the fibrous probe in the capillary, the separated minute amount of the component is thinned, and Raman spectroscopy using the SERS effect can be effectively used as the surface analysis. . Further, the end-capillary type can control the electrode potential, change the adsorption amount of the sample and the surface condition of the electrode, and enhance the SERS effect. Therefore, the sensitivity can be greatly increased as compared with the method of Vo-Dinh et al. Described in the section of the related art. Furthermore, the excellent identification ability of chemical species, which is a characteristic feature of Raman spectroscopy, can further increase the separation efficiency of components.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の内容について、発
明の実施の形態の例によって具体的に説明する。なお、
本発明は、以下の実施の形態の例にのみ限定されるもの
ではない。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The contents of the present invention will be specifically described below with reference to examples of the embodiments of the present invention. In addition,
The present invention is not limited to the examples of the embodiments below.

【0013】[0013]

【実施の形態1】外径50μm、長さ2cmの銀のワイヤ(フ
ルウチ化学製)を外径0.5mm、長さ7cmの金リード線(フ
ルウチ化学製)にスポット溶接した。該リード線つきワ
イヤをテーパ付き軟質ガラスキャピラリー(先端部の内
径0.5mm、外径1mm、テーパ部の長さ1cm、全長5cm)に
挿入し、テーパ部から銀ワイヤが1cmほど突き出るよう
にセットし、テーパ部を電気炉に挿入して温度を徐々に
上昇(20℃/分)させ、650℃で5分間保持してテーパ部を
封入した。次に、先端の銀ワイヤをキャピラリー先端か
ら1〜2mm残して切断し、キャピラリーのテーパ部と反
対側の先端はエポキシ樹脂で封入し、金リード線を固定
した。次に、上記キャピラリーと別途用意した白金のワ
イヤ、銀/塩化銀参照電極をマイクロマニピュレータ(日
本マイクロニクス製)に装着し、0.1 M の硝酸カリウム
水溶液の入ったペトリ皿に、顕微鏡下でこれを浸漬し、
銀ワイヤを作用極、白金ワイヤを対極としてポテンシオ
スタット(扶桑製作所製)に接続した。参照電極に対して
+0.3 V の電位を銀ワイヤに10秒間印加し、先端を溶解
させて先鋭化した。この結果、先端径が10μm程度、長
さ500μm程度の微小 SERS 活性銀電極が得られた。
Embodiment 1 A silver wire (made by Furuuchi Chemical) having an outer diameter of 50 μm and a length of 2 cm was spot-welded to a gold lead wire (made by Furuuchi Chemical) having an outer diameter of 0.5 mm and a length of 7 cm. Insert the wire with lead wire into a tapered soft glass capillary (inner diameter 0.5 mm, outer diameter 1 mm, taper length 1 cm, total length 5 cm) and set so that silver wire protrudes from the taper portion by about 1 cm. The taper portion was inserted into an electric furnace, the temperature was gradually raised (20 ° C./minute), and the temperature was maintained at 650 ° C. for 5 minutes to seal the taper portion. Next, the silver wire at the tip was cut while leaving 1 to 2 mm from the tip of the capillary, the tip on the side opposite to the tapered portion of the capillary was sealed with epoxy resin, and the gold lead wire was fixed. Next, attach the above-mentioned capillary, platinum wire, and silver / silver chloride reference electrode prepared separately to a micromanipulator (manufactured by Nippon Micronics) and dip it in a Petri dish containing 0.1 M potassium nitrate aqueous solution under a microscope. Then
The silver wire was connected as a working electrode and the platinum wire as a counter electrode to a potentiostat (manufactured by Fuso Seisakusho). A potential of +0.3 V was applied to the silver wire for 10 seconds with respect to the reference electrode to melt and sharpen the tip. As a result, a fine SERS active silver electrode with a tip diameter of about 10 μm and a length of about 500 μm was obtained.

【0014】次に、上記銀電極を図2に示すキャピラリ
ー電気泳動装置にセットした。該泳動装置において、キ
ャピラリー1の一端はバッファバイエル2に浸漬し、も
う一端は、図3に示すように、クラック3の入った非被
覆キャピラリー部の外側が多孔質ガラス4で覆われ、該
多孔質ガラスの両端はエポキシ樹脂5で覆い、スライド
ガラス6に固定し、さらに、電解液に浸漬されてキャピ
ラリーの泳動液と電解液とが液絡されているセル7を通
って検出器に接続した。電気泳動用のキャピラリー1
は、内径25μm、長さ50cmのフューズドシリカ(ジーエル
サイエンス製)を使用した。また、泳動用の電圧は、図
2に示すように、定電圧電流供給装置(松定プレシジョ
ン製 : HCZ‐30PN‐M)8にてバッファバイエル2と液絡
セル7との間に印加した。
Next, the silver electrode was set in the capillary electrophoresis apparatus shown in FIG. In the electrophoretic device, one end of the capillary 1 is immersed in the buffer bayer 2, and the other end is covered with a porous glass 4 on the outside of an uncoated capillary part having a crack 3 as shown in FIG. Both ends of the quality glass were covered with an epoxy resin 5, fixed on a slide glass 6, and further connected to a detector through a cell 7 which was immersed in an electrolytic solution and had a liquid junction between the running solution of the capillary and the electrolytic solution. . Capillary for electrophoresis 1
The fused silica (made by GL Sciences) having an inner diameter of 25 μm and a length of 50 cm was used. Further, the voltage for migration was applied between the buffer bayer 2 and the liquid junction cell 7 by a constant voltage current supply device (HCZ-30PN-M manufactured by Matsusada Precision) 8 as shown in FIG.

【0015】ここで、検出器は、図1に示す構造をして
おり、キャピラリー1の終端を参照電極9を内蔵したガ
ラスセルに接続し、銀電極はキャピラリーの終端からキ
ャピラリー内に挿入した。一方、レーザ等ラマン分光用
光源12を集光系(レニショー製)13によって銀電極11上に
集光し、集光系(レニショー製)14を用いて散乱光を集光
し、ラマン分光用マルチチャンネル検出器(レニショー
製)15で測定した。試料の注入は、バッファバイエルの
隣に試料バイエルを置き、キャピラリー端を浸漬した後
試料バイエルを10cmの高さに30秒間持ち上げ、直ちに元
の高さに戻し、キャピラリー先端をバッファバイエルに
戻して行った。この時の注入量は約5ナノリットルであ
った。泳動液としては、50mMの硫酸ドデシルナトリウム
を含む50mMのリン酸緩衝液(pH 6.8)を用いた。
Here, the detector has the structure shown in FIG. 1, the end of the capillary 1 was connected to a glass cell containing a reference electrode 9, and the silver electrode was inserted into the capillary from the end of the capillary. On the other hand, a Raman spectroscopic light source 12 such as a laser is condensed on the silver electrode 11 by a condensing system (made by Renishaw) 13, and scattered light is condensed by a condensing system (made by Renishaw) 14, and the Raman spectroscopic multi It was measured with a channel detector (manufactured by Renishaw) 15. Sample injection is performed by placing the sample bayer next to the buffer bayer, immersing the end of the capillary, raising the sample bayer to a height of 10 cm for 30 seconds, immediately returning it to its original height, and returning the tip of the capillary to the buffer bayer. It was The injection amount at this time was about 5 nanoliters. As the running solution, a 50 mM phosphate buffer solution (pH 6.8) containing 50 mM sodium dodecyl sulfate was used.

【0016】試料として、1μMのグリシンとα‐アラ
ニンとの混合溶液を注入し、泳動用の電圧は10kVとして
電気泳動を行った。銀電極の電位はポテンシオスタット
(扶桑製作所製)で、0〜−0.8 V に制御した。ラマン分
光用光源としては、アルゴンイオンレーザ(日本電気
製、514.5nm、50mW)を用いた。1380〜1410cm-1付近のCO
2 -ラマンバンドの強度を連続的に測定したところ、泳動
開始5分でグリシンによる、10分でα‐アラニンの CO2
-ラマンバンドによるピークが観測された。得られたそ
れぞれの典型的なラマンスペクトルを図4に示す。銀電
極の電位を変化させると、ラマン強度も変化し、−0.6
V の時に最も大きな強度が得られた。同様の実験を SER
S 活性のない白金の電極で行ったが、ラマン強度変化は
測定下限以下であった。
As a sample, a mixed solution of 1 μM glycine and α-alanine was injected, and the voltage for electrophoresis was set to 10 kV and electrophoresis was performed. Potential of silver electrode is potentiostat
(Manufactured by Fuso Seisakusho Co., Ltd.) and controlled to 0 to -0.8 V. An Argon ion laser (NEC, 514.5 nm, 50 mW) was used as a light source for Raman spectroscopy. CO around 1380 to 1410 cm -1
When the intensity of the 2 - Raman band was measured continuously, glycine was used 5 minutes after the start of electrophoresis, and CO 2 of α-alanine was detected 10 minutes later.
- peak due to the Raman band was observed. The typical Raman spectra obtained respectively are shown in FIG. When the potential of the silver electrode is changed, the Raman intensity also changes, -0.6
The highest intensity was obtained at V. SER a similar experiment
Raman intensity change was below the lower limit of measurement, although the measurement was performed using a platinum electrode with no S activity.

【0017】[0017]

【実施の形態2】実施の形態1の場合と同様の微小電極
を用い、試料として数μM程度のα‐アラニンとβ‐ア
ラニンの混合溶液(混合比は未知)を用いて同様の条件で
実験を行った。測定するラマンバンドは、実施の形態1
の CO2 ラマンバンドに加えて840〜860cm-1付近の C‐C
H3ラマンバンドの強度を同時に連続的に測定したとこ
ろ、泳動開始10分でα‐アラニンとβ‐アラニン両方に
よる CO2 -ラマンバンドによるピークが観測されたが、C
‐CH3ラマンバンドの相対強度はα‐アラニンのみの場
合の約半分で、これにより、α‐アラニンとβ‐アラニ
ンとは同量含まれていることが判った。得られたそれぞ
れの典型的なラマンスペクトルを図5に示す。
[Second Embodiment] The same microelectrode as in the first embodiment is used, and an experiment is performed under the same conditions using a mixed solution of several μM of α-alanine and β-alanine (mixing ratio is unknown) as a sample. I went. The Raman band to be measured is the first embodiment.
CO 2 Raman band and CC near 840-860 cm -1
H 3 where the intensity of the Raman bands were measured simultaneously continuously, CO 2 by α- alanine and β- alanine both in running after 10 minutes - a peak due to Raman band was observed, C
The relative intensity of the -CH 3 Raman band was about half that of α-alanine alone, which indicated that α-alanine and β-alanine were contained in the same amount. The typical Raman spectra obtained respectively are shown in FIG.

【0018】[0018]

【実施の形態3】実施の形態1における銀ワイヤに代え
て金のワイヤを用いて、同様に先端を先鋭化した微小電
極を作製し、さらに、SERS 効果を高めるために、0.1M
の塩化カリウム溶液中で参照電極に対して+1.2〜−0.5
Vまで電位を数回周期的にかけ、微小 SERS 活性金電極
を得た。試料として1μMのアルギニン、トリプトファ
ン、チロシンの混合溶液を用い、実施の形態1の場合と
同様の条件で実験を行い、ラマン分光用光源としては、
ヘリウムネオンレーザ(日本電気製、632.8nm、25mW)を
用いた。1380〜1410cm-1付近の CO2 -ラマンバンドの強
度を連続的に測定したところ、泳動開始2分でアルギニ
ンによる、3分でトリプトファンによる、4分でチロシ
ンによるピークがそれぞれ観測された。
[Third Embodiment] In the same manner as the first embodiment, a gold wire is used instead of the silver wire to fabricate a microelectrode having a sharpened tip, and in order to enhance the SERS effect, 0.1 M
+1.2 to -0.5 with respect to the reference electrode in the potassium chloride solution of
The potential was applied periodically up to V several times to obtain a fine SERS activated gold electrode. Using a mixed solution of 1 μM arginine, tryptophan, and tyrosine as a sample, an experiment was conducted under the same conditions as in the first embodiment, and as a light source for Raman spectroscopy,
A helium neon laser (NEC, 632.8 nm, 25 mW ) was used. 1380~1410Cm CO 2 in the vicinity of -1 - where the intensity of the Raman bands were continuously measured, by arginine in running after 2 minutes with a tryptophan in 3 minutes, the peak with a tyrosine were observed respectively in 4 minutes.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上述べてきたように、キャピラリー電
気泳動装置において、SERS 活性を有する微小電極をそ
の検出器に用いることによって、従来法に比べ格段に感
度を高めることができた。さらに、スペクトルを得るこ
とができることから、キャピラリー電気泳動では分離で
きない試料も分光学的に分離することが可能になり、そ
の分離性能を向上させることができた。以上のことは、
分析化学の分野だけでなく、神経科学、基礎医学、バイ
オケミストリーなどの分野での利用価値が高い。
As described above, in the capillary electrophoresis apparatus, by using the microelectrode having SERS activity as the detector, the sensitivity can be remarkably increased as compared with the conventional method. Furthermore, since a spectrum can be obtained, a sample that cannot be separated by capillary electrophoresis can be separated spectroscopically, and the separation performance can be improved. The above is
It has high utility value not only in the field of analytical chemistry but also in fields such as neuroscience, basic medicine, and biochemistry.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】微小 SERS 活性電極 を用いた検出器の概略拡
大図。
FIG. 1 is a schematic enlarged view of a detector using a minute SERS active electrode.

【図2】キャピラリー電気泳動用検出器の装置図。FIG. 2 is a device diagram of a detector for capillary electrophoresis.

【図3】図2における液絡法部分の拡大図。FIG. 3 is an enlarged view of a liquid junction method portion in FIG.

【図4】実施の形態1におけるラマンスペクトルの例
(a:グリシン、b:α‐アラニン)。
FIG. 4 shows an example of Raman spectrum in the first embodiment.
(a: glycine, b: α-alanine).

【図5】実施の形態2におけるラマンスペクトルの例
(a:α‐アラニン、b:β‐アラニン)。
FIG. 5 shows an example of Raman spectrum in the second embodiment.
(a: α-alanine, b: β-alanine).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…キャピラリー(電気泳動用)、2…バッファバイエ
ル、3…クラック、4…多孔質ガラス、5…エポキシ樹
脂、6…スライドグラス、7…液絡セル、8…定電圧電
流供給装置、9…参照極、10…ガラスセル(検出用)、11
…微小 SERS 活性電極、12…ラマン分光用光源、13…集
光系(ラマン分光励起用)、14…集光系(ラマン分光検出
用)、15…ラマン分光用マルチチャンネル検出器、16…
リード線、17…キャピラリー(電極固定用)、18…導電性
エポキシ樹脂。
1 ... Capillary (for electrophoresis), 2 ... Buffer bayer, 3 ... Crack, 4 ... Porous glass, 5 ... Epoxy resin, 6 ... Slide glass, 7 ... Liquid junction cell, 8 ... Constant voltage current supply device, 9 ... Reference electrode, 10 ... Glass cell (for detection), 11
… Small SERS active electrode, 12… Raman spectroscopy light source, 13… Focusing system (for Raman spectroscopy excitation), 14… Focusing system (for Raman spectroscopy detection), 15… Raman spectroscopy multi-channel detector, 16…
Lead wire, 17 ... Capillary (for fixing electrodes), 18 ... Conductive epoxy resin.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G01N 27/26 335E (72)発明者 森田 雅夫 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日 本電信電話株式会社内 (56)参考文献 米国特許5306403(US,A) CHAN−TUH CHEN,MIC HAEL D.MORRIS,Rama n Spectroscopic De tection System for Capillary Electro phoresis,APPLIED S PECTROSCOPY,1988年,VO L.42 NO.3,515−518 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/447 G01J 3/44 G01N 21/64 G01N 21/65 G01N 21/69 JICSTファイル(JOIS)─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI G01N 27/26 335E (72) Inventor Masao Morita 3-19-3 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation ( 56) References US Pat. No. 5306403 (US, A) CHAN-TUH CHEN, MIC HAEL D.M. MORRIS, Ramen Spectroscopic Detection System for Capillary Electrophoresis, APPLIED S SPECTROSCOPY, 1988, VOL. 42 NO. 3,515-518 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 27/447 G01J 3/44 G01N 21/64 G01N 21/65 G01N 21/69 JISST file (JOIS)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】表面増強ラマン散乱活性を誘起する微小電
極とラマン分光装置とから構成され、上記表面増強ラマ
ン散乱活性微小電極の電極電位を変えられるようにして
あることを特徴とするキャピラリー電気泳動用検出器。
1. A surface-enhanced llama comprising a microelectrode for inducing surface-enhanced Raman scattering activity and a Raman spectroscope.
So that the electrode potential of the scattering-active microelectrode can be changed
A detector for capillary electrophoresis characterized by the following.
【請求項2】上記表面増強ラマン散乱活性微小電極の形
状がファイバー状であることを特徴とする請求項1記載
のキャピラリー電気泳動用検出器。
2. The detector for capillary electrophoresis according to claim 1, wherein the surface-enhanced Raman scattering active microelectrode has a fiber shape.
【請求項3】表面増強ラマン散乱活性を誘起する微小電
極とラマン分光装置とから構成され、上記ラマン分光装
置の検出器としてマルチチャンネル型を用いることによ
り、オンラインでスペクトルが得られることを特徴とす
るキャピラリー電気泳動用検出器。
3. A microelectrode that induces surface-enhanced Raman scattering activity.
It is characterized in that it is composed of a pole and a Raman spectroscope, and that a spectrum is obtained online by using a multichannel type as a detector of the Raman spectroscope .
Capillary electrophoresis detector.
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CHAN−TUH CHEN,MICHAEL D.MORRIS,Raman Spectroscopic Detection System for Capillary Electrophoresis,APPLIED SPECTROSCOPY,1988年,VOL.42 NO.3,515−518

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