JPH0484752A - キャピラリ電気泳動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、タンパク質や核酸などの生体高分子の高分離
分析や精製法に用いられ、例えば構造や性質が接近した
成分の分離に適するキャピラリ電気泳動装置に関し、特
に、キャピラリの内径が例えば１００μｍ以下というよ
うに細くなって電気浸透流が電気泳動によるイオンの移
動速度より大きくなるようなキャピラリ電気泳動装置に
関するものである。

（従来の技術） 電気泳動の高性能化技術としてキャピラリ電気泳動法が
注目されている。キャピラリ電気泳動法では、キャピラ
リから効果的にジュール熱を除去することによって高圧
で泳動させることができるため１Ｍ理的に高分離能で迅
速な分析が可能になる。また、キャピラリ電気泳動法は
オンカラム検出器によって装置の自動化が可能になるな
どの利点を有し、ペプチド、タンパク質、核酸の分離分
析や精製を初めとして、光学分割や同位体の分離その他
極めて酷似した成分間の分離に適している。

（発明が解決しようとする課題） キャピラリが内径１００μｍ以下というように細くなっ
てくると１分離能が高くなり、試料も微量ですむことか
らマス感度の高い分析法となるが、光路長が短かくなる
ことから通常のＵＶ検出器では濃度感度が悪くなる問題
がある。

本発明はキャピラリの内径が細くなって電気浸透流がイ
オンの速度よりも大きくなった場合において、希薄な試
料の場合に電気泳動による濃縮を行なわせて検出器での
感度を高めることのできるキャピラリ電気泳動装置を提
供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、電気泳動用バッファ溶液が満たされたキャピ
ラリと、その両端間に泳動電圧を印加する電源装置と、
陽極側に試料の入った容器及び電気泳動用バッファ溶液
の入った容器の他に電気泳動用バッファ溶液の主成分の
アニオンイオン及び測定するアニオンイオンよりも移動
度の大きいアニオンイオンを主成分とする電解液の入っ
た容器を保持し、キャピラリの陽極側の端部（キャピラ
リ陽極端という）を任意の前記容器に挿入する交換機構
とを備えている。

（作用） 電気泳動用バッファ溶液が満たされたキャピラリの陽極
端に試料を注入した後、そのキャピラリ陽極端を移動度
の大きいアニオンイオンを主成分とする電解液に浸し、
電気泳動を行なわせる。アニオンイオンは陰極から陽極
に向かって移動するが、イオンの移動速度よりも大きい
電気浸透流が陽極から陰極方向に向かって発生するため
、移動度の大きいアニオンイオンを主成分とする電解液
がキャピラリ陽極端に注入される。このとき、等速電気
泳動の原理により希薄な試料は濃縮される。

その後、キャピラリ陽極端を電気泳動用バッファ溶液に
浸し、電気泳動を行なわせると、濃縮された試料がゾー
ン電気泳動により分離される。

（実施例） 第１図は本発明を概略的に表わしたものである。

１は溶融石英キャピラリであり、両端には高圧電源３に
より泳動電圧が印加されるようになっている。−例とし
て、電源電圧３の電圧は約３０ＫＶ、電流は約１００ｐ
Ａである。キャピラリ１の陰極側には検出器２として例
えばＵｖ検出器が設けられている。７は陽極、６は陰極
である。

陽極側には主成分のアニオンイオンがａ５である電気泳
動用バッファ溶液の入った容器８．電気泳動用バッファ
溶液の主成分のアニオンイオンａ５及び試料のアニオン
イオンａｓよりも移動度の大きいアニオンイオンａ、を
主成分とする電解液の入った容器９及び試料容器４が配
置されている。移動度の大きいアニオンイオンａ、は例
えば塩素イオンである。容器８のバッファ溶液の主成分
のアニオンイオンａ５は陰極側のバッファ溶液の主成分
のアニオンイオンと同じものである。５は陰極側バッフ
ァ溶液の入った容器である。陽極側で容器８，９．４は
キャピラリ１の陽極端の位置に移動することができ、キ
ャピラリ１の陽極端をいずれの容器に浸すこともできる
。

次に、このキャピラリ電気泳動装置で希薄な試料を濃縮
して等速電気泳動により分離する動作を説明する。

溶融石英キャピラリは特に内面処理などを施さない限り
、液と接した面が負に帯電するため、キャピラリの軸長
方向に電場をかけた場合に陽極から陰極へ向かって電気
浸透流が発生する。この電気浸透流の速度は、内径が１
００μｍ以下、例えば５０μｍ程度のキャピラリの場合
には、各イオン成分の電気泳動による速度よりも大きい
ので、陽極側の液がキャピラリに注入される。

キャピラリ１に後で第６図に例示されるような装置を用
いて容器８のバッファ溶液を満たした後、キャピラリ１
の陽極端を試料容器４の試料に浸し、高圧電源３により
泳動電圧を印加して、電気浸透流によりキャピラリ１の
陽極端に数ｎＱ〜数１０ｎｆｉの試料を注入する。

次に、キャピラリ１の陽極端を容器９の電解液に浸し、
高圧電源３により泳動電圧を印加して、電気浸透流によ
りキャピラリ１の陽極端に７ニオンａ、を含む電解液を
注入する。このとき１次の現象が起こる。

バッファ溶液中の７ニオンをａ６、高移動度の電解液の
アニオンをａｇ、試料中のアニオンをａｓとし、ａｓは
ａ、とａ、の間の大きさの移動度をもつように、バッフ
ァ溶液と電解液を設定しておく、電気浸透流の速度をＶ
ｅとし、電気泳動によるアニオンの速度をＶｍａ、電気
泳動によるカチオンの速度をＶｍｃとすると、アニオン
の正味の速度Ｖａとカチオンの正味の速度Ｖｃはそれぞ
れ次のようになる。

Ｖ　ａ　＝Ｖ　ｅ　−Ｖｍ　ａ Ｖｃ＝Ｖｅ＋Ｖｍｃ バッファ溶液中のアニオンａ、の移動度Ｍ　ａ　５、高
移動度の電解液のアニオンａ３の移動度Ｍ　ａ　、、試
料中のアニオンａｓの移動度Ｍａｓの間にはＭ　ａ　、
　）　Ｍ　ａ　ｓ　＞　Ｍ　ａ　ｓの関係がある。また
、電気浸透流を考慮に入れると、３種のイオンが同一ゾ
ーン中にあるときの速度は陽極から陰極方向を正とする
と、 Ｖ　ａ、＜Ｖ　ａ　ｓ　＜Ｖ　ａ。

となる。したがって、キャピラリ陽極端にアニオンａ、
の電解液が注入されるときに、第２図に示されるように
、キャピラリ内の液は全体として陽極から陰極方向へ移
動しながら、陰極から陽極方向へ向けての等速電気泳動
的な濃縮が働く、これによって試料中のアニオン成分は
選択的に狭いゾーンに濃縮される。

その後、キャピラリ陽極端を容器８のバッファ溶液に移
し、泳動電圧を印加して次段のキャピラリ電気泳動を起
こさせる。これにより、濃縮された試料の高感度で、か
つ高理論段数の分離が行なわれる。

一連の動作を第３図にまとめて示す。

（Ａ）初めにキャピラリにはバッファ溶液が満たされて
おり、主成分イオンはａ、である。

（Ｂ）電気浸透流によりキャピラリの陽極端にアニオン
ａｓの試料が注入される。

（Ｃ）キャピラリ陽極端を高移動度アニオンの電解液に
浸して電気泳動を起こさせることにより、アニオンａ、
の電解液が電気浸透流で注入されるとともに、試料ａｓ
が等速電気泳動により濃縮される。

（Ｄ）キャピラリ陽極端をバッファ溶液に移して電気泳
動を起こさせることにより、濃縮された試料で分離が始
まり、時間の経過にともなって（Ｅ）に示されるように
高移動度のアニオンａ、は試料ゾーンから離れ、試料の
分離を妨げない。　第４図は実施例においてキャピラリ
陽極端をバッファ溶液、電解液及び試料のいずれにも挿
入できる交換機端の一例を表わしている。

キャピラリｌの陽極端と電極（＃極）７はホルダー１１
に支持され、ホルダー１１は支柱１２によって上下方向
に移動可能に支持されている。ボルダ−１１を上下方向
に移動させるために、ホルダー１１はパルスモータ１３
により駆動されるベルト１４に取りつけられている。ホ
ルダー１１の上端と下端を検出するために、ホルダー１
１の側部に遮蔽板１５が設けられており、上端の位置で
遮蔽板１５により作動する透過形フォトセンサ１６と、
下端の位置で遮蔽板１５により作動する透過形フォトセ
ンサ１７が設けられている。

１８はスライド台１９に沿って水平方向に移動するラッ
クであり、ラック１８にはバッファ溶液の入った容器８
、移動度の大きいアニオンを主成分とする電解液の入っ
た容！Ｉ９及びそれぞれ異なる試料の入った試料容器４
−１〜４−４が一列に配列されている。いずれかの容器
をキャピラリ１の陽極端の下部に位置決めするために１
反射形フォトセンサ２０がスライド台１９に取りつけら
れている。

第５図は第４図におけるラック１８を六方向から見た側
面図である。

ラック１８をスライド台１９に沿って移動させるために
、ラック１８の下面にはギヤ溝２１が取りつけられてお
り、そのギヤＷＩｔ２１にはパルスモータ２２の回転軸
に取りつけられたギヤ２３が噛み合っている。

この交換機端で、所定の容器をキャピラリｌの陽極端の
下側に位置決めするために、パルスモータ２２によりラ
ック１８が移動し、フォトセンサ２０の信号により位置
決めされて固定される。その後、パルスモータ１３が作
動し、キャピラリ１の陽極端が電極７とともにその下の
容器に挿入される。

第６図はキャピラリ１にバッファ溶液を満たすための装
置の一例である。

キャピラリ１の陰極端と電極（陰極）６がチューブ２５
とともにバッファ溶液の入った容器５に差し込まれ、シ
ール２４で封止されている。チューブ２５は四方バルブ
２６を経てガスタイトシリンジ２７又は開放口２８へ接
続されるようになっている。シリンジ２７は四方バルブ
２６を経てチューブ２５又はドレイン２９へ接続される
。

シリンジ２７を駆動するために、シリンジ２７のプラン
ジャー３０がベルト３１に取りつけられ、ベルト３１は
パルスモータ３２で駆動されてシリンジ２７を作動させ
る。

第６図でキャピラリ１にバッファ溶液を満たすときは、
四方バルブ２６を実線の位置に設定し、シリンジ２７で
吸引してキャピラリ１の陽極端からバッファ溶液を吸入
する。

ソノ後、四方バルブ２６を破線の位置に切り換え、シリ
ンジ２７を元の状態に戻す。

交換機構や、キャピラリにバッファ溶液を満たす装置は
第４図から第６図に例示されたものに限らない。

（発明の効果） 本発明では電気泳動用バッファ溶液が満たされたキャピ
ラリ陽極端に試料を注入した後、キャピラリ陽極端を移
動度の大きいアニオンイオンを主成分とする電解液に浸
し、電気泳動を行なわせて希薄な試料を濃縮させた後、
キャピラリ陽極端をバッファ溶液に移して等速電気泳動
により分離を行なわせるようにしたので、電気浸透流が
電気泳動のイオン速度よりも大きくなるような細いキャ
ピラリの場合において、通常の等速電気泳動とは逆向き
の移動方向を有する等速電気泳動を起こさせることにな
り、そのような微細なキャピラリを用いて等速電気泳動
による高分離能の分離を行なうことができるようになる
。またその際、電気泳動による希薄試料の濃縮も行なう
ことができ、検出器での感度を高めることができる。

また、特定のアニオン成分のみを取り込み、他の成分を
ここから排除することができることにより、高濃度な不
用成分を効果的に取り除くことができる。これは全ての
成分が低濃度である試料の場合には、その試料を多量に
注入する場合にサンプルゾーンの導電率を上げるため特
定のイオン種を加え１分析時に取り除くことができるこ
とを意味しており、有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を示す概略図、第２図は動作を示す各溶
液のゾーンの図、第３図は動作を示す図。 第４図は一実施例における交換機構を示す斜視図、第５
図は第４図のラック部分を示す側面図、第６図はキャピ
ラリにバッファ溶液を満たす装置の一例を示す構成図で
ある。 １・・・・・・キャピラリ、２・・・・・・検出器、３
・・・・・・高圧電源、４・・・・・・試料容器、５，
８・・・・・・バッファ容器。 ６・・・・・・陰極、７・・・・・・陽極、９・・・・
・・高移動度電解液容器。 第２図 第３図 特許出願人　株式会社島津製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気泳動用バッファ溶液が満たされたキャピラリ
   と、その両端間に泳動電圧を印加する電源装置と、陽極
   側に試料の入った容器及び電気泳動用バッファ溶液の入
   った容器の他に電気泳動用バッファ溶液の主成分のアニ
   オンイオン及び測定するアニオンイオンよりも移動度の
   大きいアニオンイオンを主成分とする電解液の入った容
   器を保持し、キャピラリの陽極側の端部を任意の前記容
   器に挿入する交換機構とを備えたキャピラリ電気泳動装
   置。