专利名称：液相色谱用化学发光检测系统的制作方法
技术领域：
本发明是一种化学发光检测系统，特别涉及一种液相色谱用化学发光检测系统。
背景技术：
发光分析是分子发光光谱分析的简称。分子发光分为荧光、磷光和化学发光三种，其中荧光和磷光属于光致发光。基态分子吸收化学反应中释放的能量跃迁至激发态，处在激发态的分子以光辐射的形式返回基态则产生化学发光。基于分子发光强度和被测物含量之间关系建立的分析方法叫发光分析法。由于发光分析法是直接进行光子计量的方法，其灵敏度和选择性一般都优于吸光光度法，从而为无机物和有机物的痕量和超痕量分析提供了一种高灵敏度的研究手段。在环境、医学、生命科学、工业等领域的应用得到迅速发展。高效液相色谱已经成为药物分析、环境分析、生化分析和工业分析的最常用的高效分离技术，高效液相色谱与化学发光检测的联用提供了一种精确分离和超灵敏检测的分析手段，化学发光检测的不断发展促进了高效液相色谱的普及，使超痕量分析成为可能。液相色谱化学发光分析系统同时具备化学发光和高效液相色谱的一般优点检测装置简单，操作方便；方法灵敏度高，一般在ng/g-pg/g(纳克/克—皮克/克)数量级；线性范围宽，反应物的发光强度与待测物的浓度可在4-5个数量级范围内成线性关系；分离效能高，液相色谱填充柱的柱效可达2×103～5×104块/米理论塔板数。化学发光检测器一般包含三部分，反应池、信号接收处理系统及计算机处理软件。目前，化学发光在高效液相色谱中的应用已有一些报道，多数使用自己改装的荧光光谱仪或紫外可见分光光度计作为化学发光检测器，不仅大材小用，造成资源浪费，而且可能会因为改造技术、方法等原因，造成仪器性能的降低，甚至无法使用。国外已有高效液相色谱用化学发光检测器问世，所用反应池为传统的螺旋管式或直通式，国内尚未有相关仪器问世。
(1)直通道式流通池Scott等制作的直通道式流通池，试剂从流通池底部进入，从流通池顶部流出(S.Stieg，T.A.Nieman，Experimental and TheoreticalConsiderations of Flow Cell Design in Analytical Chemiluminescence，Anal.Chem.，1978，50，401-404)。该流通池的缺点是检测灵敏度较低。
(2)螺旋型流通池J.L.Burguera和A.Townshend设计的螺旋型流通池极大地提高了化学发光检测的灵敏度，为目前流动注射化学发光系统常用的流通池(J.L.Burguera and Alan Townshend.Flow In jection Analysis For MonitoringChemiluminescence Reactions.Anal.Chim.Acta，1980，114，209-214)。该流通池的缺点是制作工艺复杂，制造成本高，无法实现批量生产。
(3)Soma S-3400化学发光检测器(日本)，使用螺旋管发光池，缺点是流通池制造成本高，无法低成本批量生产；主要电路为直接放大电路(高阻运算放大电路)、高通滤波电路；对国内而言，进口仪器费用高昂，很多科研单位无法承受，且维修困难，配件购买不便。
(4)岛津CLD-10A化学发光检测器(日本)，使用的发光池和主要电路系统类似，存在与Soma S-3400化学发光检测器同样或类似的不足。国内迫切需要自己生产的价格相对低廉的性能优良的色谱用化学发光检测器。
发明内容
本发明的目的是提供一种液相色谱用化学发光检测系统，该系统以标准光刻技术及微细加工技术制作芯片流通池，采用高质量光电倍增管作为传感器，采用高频调制解调器、运算放大器滤波削波、数转换器，计算机处理软件，其自动化程度高、稳定性好、使用方便、功能多样，且价格低廉，适合我国国情。
本发明的技术方案如下本发明提供的液相色谱用化学发光检测装置，包括芯片式流通池、光传感器、调制解调器、运算放大器、信号处理器、模数转换器和计算机；所述芯片式流通池置于光传感器的光敏窗口上，芯片式流通池发生的化学发光反应产生的光信号通过光传感器的光敏窗口送入光传感器，转化为电信号；调制解调器由相连的调制器、振荡器和解调器三部分组成，光传感器的输出端与调制器电连接，光传感器输出的电信号进入调制器进行调制，消除信号传输过程中其它同频信号的影响；振荡器产生调制所需的高频，并将高频信号传输给解调器，解调器在此高频信号的控制下，将所需的电信号从高频中分离出来；所述调制器的输出端与运算放大器电连接，调制后的信号进入运算放大器进行放大，放大的信号再经与运算放大器电连接的解调器从调制信号中分离出来；分离出的信号进入与解调器电连接的信号处理器进行削波、滤波处理后，进入与信号处理器电连接的模数转换器，将模拟信号转换为数字信号，该数字信号进入与模数转换器电连接的计算机，由计算机对数字信号进行采集、记录和计算处理。
所述的芯片式流通池的结构由叠放在一起的上基片11、下基片22和盖板33组成，在下基片22上刻有流通池槽道44，在距槽道44的起始端A附近的槽道44上的C处设有一与槽道44相通的支槽道BC，在上基片上与槽道44的端口A和B相对的位置处设有通孔A’和B’，在上基片11上还刻有分别与该通孔A’和B’相连通的进液槽道55和56；所述盖板33覆盖在上基片上以形成芯片式流通池整体；所述的流通池槽道44为螺旋型槽道或弯管型槽道；所述的光传感器为波长在350-700纳米范围内的光电倍增管。
本发明提供的液相色谱用化学发光检测系统，以标准光刻技术及微细加工技术制作芯片流通池，采用高质量光电倍增管作为传感器，采用高频调制解调器、运算放大器、滤波削波器、模数转换器，计算机处理软件，简化了化学发光检测的工艺，节省了原料，提高了成品率，其自动化程度高、稳定性好、使用方便、功能多样，且价格低廉，适合我国国情。
图1为本发明的液相色谱用化学发光检测系统的结构框图；图2为一种带螺旋型槽道的芯片流通池的结构示意图；图3为一种带弯管型槽道的芯片流通池的结构示意图；图4为下基片的结构本发明的示意图；图5为上基片的结构示意图；图6为盖板的结构示意图；其中上基片11、 下基片22盖板33流通池槽道44 距槽道44的起始端A 支槽道BC槽道44的起始端口A支槽道的起始端口B 通孔A’和B’进液槽道55、56 进液管1、2 出液管具体实施方式
图1为本发明的液相色谱用化学发光检测器的框图，由图1可知，本发明提供的液相色谱用化学发光检测装置，包括芯片式流通池、光传感器、调制解调器、运算放大器、信号处理器、模数转换器和计算机；
所述芯片式流通池置于光传感器的光敏窗口上，芯片式流通池发生的化学发光反应产生的光信号通过光传感器的光敏窗口送入光传感器，转化为电信号；调制解调器由相连的调制器、振荡器和解调器三部分组成，光传感器的输出端与调制器电连接，光传感器输出的电信号进入调制器，消除信号传输过程中其它同频信号的影响；振荡器产生调制所需的高频对信号进行调制，并将高频信号传输给解调器，解调器在此高频信号的控制下，将所需的电信号从高频中分离出来；所述调制器的输出端与运算放大器电连接，调制后的信号进入运算放大器进行放大，放大的信号再经与运算放大器电连接的解调器从调制信号中分离出来；分离出的信号进入与解调器电连接的信号处理器进行削波、滤波处理后，进入与信号处理器电连接的模数转换器，将模拟信号转换为数字信号，该数字信号进入与模数转换器电连接的计算机，由计算机对数字信号进行采集、记录和计算处理。
由图2-图6可知，所述的芯片式流通池的结构由叠放在一起的上基片11、下基片22和盖板33组成，在下基片22上刻有流通池槽道44，在距槽道44的起始端A附近的槽道44上的C处设有一与槽道44相通的支槽道BC，在上基片上与槽道44的端口A和B相对的位置处设有通孔A’和B’，在上基片11上还刻有分别与该通孔A’和B’相连通的进液槽道55和56；所述盖板33覆盖在上基片上以形成芯片式流通池整体；如图2、图4、图5和图6所示，所述的流通池槽道44可为螺旋型槽道；所述的流通池槽道44也可为弯管型槽道，如图3所示；所述的光传感器为波长在350-700纳米范围内的光电倍增管。进液槽道55和56的进口处分别安装有进液管1，2，流通池槽道44的未端安装有出液管3。
使用时，样品和发光试剂分别从进液管1，2进入流通池槽道44，在A、B处进入螺旋型槽道或弯管型槽道，在C汇合，然后在整个槽道中发生反应而发光，其光信号进入光电倍增管，反应后的废液由出液管3排出；由于本发明的芯片式流通池放置于光传感器的光敏窗口上，在流通池发生的化学发光反应产生的光信号通过光敏窗口进入光电倍增管，转化为电信号，从光电倍增管输出电信号进入调制解调器，以消除信号传输过程中其他同频信号(如工频、直放的低频噪声和直流漂移等)的干扰，调制后的信号进入运算放大器，经放大的信号经过解调器从调制信号中分离出来，分离出来的信号进入信号处理器进行滤波、削波处理后，进入模数转换器，将信号由模拟信号转换为数字信号，该数字信号输入计算机中，由计算机对数字信号进行采集、记录、检测和处理计算。调制解调器的震荡器不仅产生调制信号所细的高频信号，而且还为解调器提供参考信号。
其制作方法(1)在石英基片上刻通道-喷砂，使用喷砂专用特种纸，直接贴在石英片上，将纸放平服后，轻微加压，即紧密的贴粘在石英片表面上，在纸上雕刻出图案花纹，并镂空；然后将其置于喷砂机下，使用光滑的电熔刚玉细磨料喷砂雕刻；高温键合，将刻有通道的石英基片及盖片洗干净，按一定顺序合拢，高温烧结；(2)出口及入口管道焊接，将石英玻璃管截为0.5-1.0厘米长的小管，洗干净，然后高温烧结；(3)化学抛光，配制化学抛光液，氢氟酸含量40～50％，硫酸90％～96％，配方为H2O∶HF∶H2SO4＝1∶2∶3(V∶V∶V)，将抛光液循环通入流通池通道中，直到通道表面光洁。
本发明使用的光传感器为波长在350-700纳米范围内的光电倍增管，流通池及光电倍增管可做成一个整体密封起来以防止杂散光的干扰，原始信号经高频调制解调器、高阻运算放大器、信号处理器(滤波、削波等)、十六位模数转换器进入计算机。化学发光产生的信号具有较低的频谱，当信号比较弱时，在信号传送过程中，易受其他同频信号干扰，如易受工频干扰及直放的低频噪声与直流漂移等影响，本系统采用调制-解调的方法，相对于国外同类仪器而言，提高了电路的抗干扰能力、传输能力及有效地提高了信噪比。调制是将原始输入的低频模拟信息及其时间变化、载荷到高频的载波的特征参量之上，解调就是从经放大后的高频已调波中，恢复出原始输入信号的过程。信号处理电路通过滤波、削波等技术，去伪存真，准确而灵敏的获取有用的信息，本系统相对于国外同类产品，在信号处理器中加入了上限幅削波电路，有效的箝制和削除了基底噪声和高频干扰的影响。十六位模数转换电路的使用保证了模拟信号向数字信号的精确转换。经测试确定电路系统的电压分辨率为0.05毫伏，优于国外同类产品。
本发明在计算机中使用的LUM色谱软件有两部分功能谱图采集和色谱数据处理，集成了色谱数据处理的基本功能，并且着重于谱图数据处理的智能化，使谱图数据处理由繁杂晦涩变为浅显易懂，使用户需具备的谱图数据处理知识减少到最少，但其仍然具备专业级的处理功能，当需要达到某种特殊的处理效果时，仍然有便利的调节手段。
本发明采用多线程技术，实现信号采集、数据处理同时协同工作。界面力求简明紧凑，采用窗口分割技术，使文件管理栏、谱图、与谱图相关的表格显示在同一个界面中，操作非常便捷，谱图原始采样数据及与其相关的信息，如处理方法、相关参数等全部集中保存在一个文件中，遵循GLP规范。整个程序用VC++编成，在灵活性、稳定性和执行效率等方面具有无可比拟的优势。设计中充分考虑良好实验室规范(GLP)的要求，保证GLP所要求的数据追踪能力和数据完整性。
数据采集与谱图显示模拟信号经A/D转换后由工作站软件记录并以谱图的形式显示出来，同时以相应的格式保存，谱图采集过程中，采样时间和满屏量程可随意调整，也可自动调整。
数据处理具有基线校正、重叠峰分割、增峰、删峰、峰合并、肩峰切割、夷平杂峰、扣除背景基线等通用色谱工作站的基本功能，可计算基线噪声及漂移、色谱柱塔板数、峰分离度、拖尾因子、容量因子等液相色谱仪指标。
定性及定量采用峰起止范围套峰方式，用鼠标或键盘设置或调整各组份套峰时间。可计算平均校正因子和平均浓度。可实现各种定量算法，如指数法、差减法等。结果输出谱图不仅可直接复制到Word等文件，且其数据还可以直接输出到Excel等电子表格进行计算和处理。
权利要求
1.一种液相色谱用化学发光检测装置，包括芯片式流通池、光传感器、调制解调器、运算放大器、信号处理器、模数转换器和计算机；所述芯片式流通池置于光传感器的光敏窗口上，芯片式流通池发生的化学发光反应产生的光信号通过光传感器的光敏窗口送入光传感器，转化为电信号；调制解调器由相连的调制器、振荡器和解调器三部分组成，光传感器的输出端与调制器电连接，光传感器输出的电信号进入调制器进行调制，消除信号传输过程中其它同频信号的影响；振荡器产生调制所需的高频，并将高频信号传输给解调器，解调器在此高频信号的控制下，将所需的电信号从高频中分离出来；所述调制器的输出端与运算放大器电连接，调制后的信号进入运算放大器进行放大，放大的信号再经与运算放大器电连接的解调器从调制信号中分离出来；分离出的信号进入与解调器电连接的信号处理器进行削波、滤波处理后，进入与信号处理器电连接的模数转换器，将模拟信号转换为数字信号，该数字信号进入与模数转换器电连接的计算机，由计算机对数字信号进行采集、记录和计算处理。
2.按权利要求1所述的液相色谱用化学发光检测装置，其特征在于，所述的芯片式流通池的结构由叠放在一起的上基片(11)、下基片(22)和盖板(33)组成，在下基片(22)上刻有流通池槽道(44)，在距槽道(44)的起始端(A)附近的槽道(44)上的(C)处设有一与槽道(44)相通的支槽道(BC)，在上基片上与槽道(44)的端口(A)和(B)相对的位置处设有通孔(A’)和(B’)，在上基片上还刻有分别与该通孔(A’)和(B)相连通的进液槽道(55)和(56)；所述盖板(33)覆盖在上基片(11)上以形成芯片式流通池整体。
3.按权利要求2所述的液相色谱用化学发光检测装置，其特征在于，所述的流通池槽道(44)为螺旋型槽道或弯管型槽道。
4.按权利要求1所述的液相色谱用化学发光检测装置，其特征在于，所述的光传感器为波长在350-700纳米范围内的光电倍增管。
全文摘要
本发明的液相色谱用化学发光检测装置，包括流通池、光传感器、调制解调器、运算放大器、信号处理器、模数转换器和计算机；流通池在光传感器的光敏窗口上，发生的光信号送入光传感器转化为电信号；其输出的电信号进入调制器，消除传输过程中其它同频信号的影响；振荡器产生调制所需的高频并对信号进行调制，将高频信号传输给解调器，解调器在高频信号的控制下，将所需电信号从高频中分离出来；调制后的信号进入运算放大器放大后再经解调器从调制信号中分离出来；之后，进入信号处理器进行削波、滤波后，再进入模数转换器转换为数字信号，再进入计算机，由计算机对数字信号进行采集、记录和计算处理；具有灵敏度高，性能稳定，制造成本低等优点。
文档编号G01N30/00GK1591006SQ0315610
公开日2005年3月9日 申请日期2003年8月29日 优先权日2003年8月29日
发明者林金明, 苏荣国 申请人:中国科学院生态环境研究中心