微型hplc设备的制造方法
【专利说明】微型HPLC设备
[0001]本发明申请是申请日为2011年06月27日，申请号为2011800313886 (PCT/GB2011/051217)，发明名称为“微型HPLC设备”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种液相色谱装置。
【背景技术】
[0003]M.Dong 在 Modern HPLC for Practising Scientists，Wiley，2006 中描述了高压液相色谱的领域。简单地说，色谱用于从由化合物的混合物组成的样品中分离、识别和定量化合物。样品溶解在流体移动相中，移动相与不动的、不混溶的固定相相互作用。在高压液相色谱法(HPLC)中，固定相通常是填充了颗粒的柱，粒子可以官能化。所述相基于感兴趣的分析物相对于样品中其余成分对它们的亲和力来选择。当移动相移动通过固定相时，单独样品成分将被固定相不同程度地滞留从而分离。滞留时间随着与固定相的相互作用力、所使用的溶剂的组合物以及移动相的流率而变化。
[0004]分离能力随着固定相的粒径的减小而增加。但是，这增加了流阻，从而使得期望使用高压力。高压液相色谱推动移动相通过盛装典型的5-10微米直径的颗粒的柱。目前，第一 HPLC栗能到500镑/平方英寸(psi)，典型地到6000psi。超高压液相色谱(UPLC)包括配管和栗，所述配管和栗能够在所需的lOOOOOpsi运行，从而推动溶剂通过盛装数个微米级直径的更小颗粒的柱。
[0005]分离的分析物可能通过一种或多种技术来检测，所述技术包括紫外-可见光吸收、荧光、光散射、折射率分析或质谱法。这些技术特别是在被并行使用时以对很宽范围的化合物进行识别和绝对定量，还可以对更复杂的、未知分析物的混合物进行半定量分析。检测信号参照样品被注射到色谱柱上的时间:在相同的条件下，给定的化合物将具有的特征滞留时间，这允许识别该化合物。检测技术是破坏性的情况下，样品不能被回收，但在这些情况下需要的话往往可以将一部分洗脱液流转移到分液收集器。
[0006]HPLC已广泛应用在制药业、环境监测、医学、学术界、国防、司法科学和其它领域。然而，HPLC的使用受HPLC系统的体积和费用限制。现有的HPLC系统的立方米级的占用面积、市政供电、大体积的洗脱液、重量和机械脆弱性需要固定的实验装置。这种系统的大小和相对较低的利用率共同导致该装置无论在最初的支出还是在保养维护方面的花费都非常昂贵。典型的系统耗资成千上万英镑，而仅大型的、完善的公司和研究机构能够承受。此夕卜，HPLC管道的小直径加上通过这种技术分析的许多样品的粗品形式意味着频繁堵塞。这种情况之后的压力积聚可能会导致对HPLC的严重损坏，即使避免了这种损坏，延长的设备停机时间是不可避免的。
[0007]最阻碍微型化的部件是栗。
[0008]例如，据称“对在芯片上进行类似HPLC分离的兴趣有限的原因似乎是配管的复杂性，这是因为标准HPLC仪器通常必须包括外部栗。因此，芯片的作用降级为类似毛细管的柱并且有助于微流体装置的优点消失了 ”(Svec and Stachowiak, in Handbook ofcapillary and microchip electrophoresis and associated microtechniques, ed JamesP.Landes, CRC Press, 2008,pl299)。
[0009]集成的微型HPLC的实施“已被证明是无意义的，主要的原因与压力有关:在芯片上集成的栗产生高压的困难以及制造高压力等级微芯片的困难。因此，不仅与其它基于芯片的分析技术相比，而且鉴于HPLC作为一种分析技术的重要性，芯片液相色谱都是落后的” (Khirevich et al.Anal.Chem.，2009，81 (12)，pp 4937-4945)。
[0010]US6, 572，749指出，微HPLC的栗送问题不能被解决，并教导了使用电渗栗送。但是，电渗栗送仅达到2500psi，依赖于长柱，并且与其它电渗栗一样在填料和电渗流之间存在相互作用。
[0011]虽然存在该技术以允许例如检测平台的微型化，然而，复杂的栗系统确保装置的占用面积仍很大，从而导致不会有采用该技术的动机。
[0012]本文所描述的本发明至少在其目前优选的实施例中解决这些问题和相关的需求。
【发明内容】
[0013]根据本发明，提供了一种液相色谱装置，所述液相色谱装置包括:一个或多个用于液体介质的液体容器；用于待被分析的样品的样品贮槽；以及与所述液体容器和所述样品贮槽流体连通的色谱柱。所述装置还包括气体容器，所述气体容器用于容纳处于压力下的一定体积的气体，以在使用时迫使液体从所述液体容器移动通过所述色谱柱。
[0014]因此，根据本发明，因为气体容器用于推动液体通过色谱柱，从而栗是不必要的。
[0015]所述装置可以包括阀来控制气体从气体容器的释放。在一个实施例中，气体容器可以用可以破裂的密封盖来密封，所述密封盖在使用中被破裂以释出气体。这样，气体容器可以是一次性使用的。所述气体容器和液体容器可以用可变形的膜分开。这样，在气体不与液体接触的情况下，气体可以推动液体通过色谱柱。
[0016]色谱柱可以设置在具有在I至5000微米范围内、优选在20至200微米范围内的宽度的通道内。色谱柱可以设置在具有在I至100厘米范围内、优选在2至20厘米范围内的长度的通道内。
[0017]所述装置可以包括在色谱柱下游的一个或多个检测器。所述检测器可以是例如光学检测器、电学检测器、放射检测器。所述检测器可以设置在与色谱柱流体连通的流体通道周围。所述检测器的检测路径可以横向于(例如，垂直于)流体的流动路径。可选择地，所述检测器的检测路径可以基本上平行于流体的流动路径。
[0018]所述光学检测器可包括，例如，一个或多个光电二极管。所述光学检测器可以包括作为光源的一个或多个LED。
[0019]所述光学检测器可包括位于流体通道的相反两侧上的相对的反射表面，所述相对的反射表面限定了光学腔。所述反射表面可以设置为流体通道的壁上的层。所述光学检测器可以包括多个光源。
[0020]所述装置可以包括与色谱柱流体连通的流体处理室，所述流体处理室用于盛装已通过该色谱柱的流体，用于后续处理。
[0021]所述装置可由电池来供电。可选地或附加地，所述装置可通过USB连接供电。
[0022]所述装置可以在整体上或在部分上是一次性的和/或可消耗的。
[0023]所述装置可被连接到手持式数据处理装置(例如智能电话)，用于处理色谱法的结果。
【附图说明】
[0024]参照附图在下文中进一步描述本发明的实施例，在附图中:
[0025]图1是根据本发明的实施例的HPLC装置的示意图；
[0026]图2是图1的实施例的样品装载结构的示意图；
[0027]图3是图1的实施例中的连接的示意图；
[0028]图4和图4a示出了本发明的实施例的CRDS检测系统；
[0029]图5示出本发明的实施例；以及
[0030]图6是根据本发明的备选实施例的HPLC装置的示意图。
【具体实施方式】
[0031]本发明的实施例涉及通过使用用于栗送移动相的气体容器将高压液相色谱的形式微型化至其中所述装置是完全便携式和/或一次性的程度。本发明的实施例是微型HPLC装置，其中用于移动移动相的压力通过从预加压的容器释放气体来提供，不再需要集成到所述装置中的常规栗。所述装置可以是便携式的和一次性的。
[0032]正如在图1中例示，本发明的实施例包括由气体容器I和(电磁阀)阀2组成的栗系统，所述气体容器I盛装处于适合运行HPLC的压力下的预加压气体，所述阀2在打开时提供压力来驱动所述移动相通过HPLC柱。所述装置还包括移动相容器3和填充有适合HPLC分离的固定相的毛细管柱4。样品引入系统包括样品贮槽5。设置有检测系统6，所述检测系统能检测HPLC阶段分离的分析物组分。在示出的例子中，所述检测系统6包括发光二极管(LED)和光电二极管。设置有微电子控制器7，其能够控制所述装置并处理来自检测系统6的数据。
[0033]由于所述设备意图是一次性的，所以所述设备没有会导致现有设备大而重的相同的使用寿命的要求。在实施例中，所述装置是一次性的。可选地，所述装置可以设计为数百或数千次被使用。
[0034]栗气体容器I可以是钢壁筒体。阀2优选为电子控制的，例如是电磁阀。然而，如果所述装置意在是一次性的，则气体可以借助破坏气体容器上的可刺穿密封件的机构来释放。
[0035]小的柱体积意味着在压力下储存的气体膨胀的空间有限，假如在运行中温度没有发生重大变化的话，从而以可预知的和可再现的速率驱动在该气体前方的溶剂。气体的压力在装置的工作寿命期间不明显变化，这意味着，重复的分析在装置内产生相同的状况，从而产生相同的滞留时间。
[0036]可使用广泛范围的气体。例如，氮气是便宜和惰性的。气体容器内的气体与移动相容器中的移动相可以用可变形膜来分开。
[0037]气体容器I应该足够大因而移动相移动通过柱体积时的压降较小。对于大致表现如理想气体的气体，压降分数等于体积增加分数。因此，使得移动移动相通过10微升柱体积的10立方厘米的容器I将经历0.1%的压力降。所述移动相可以方便被盛装在内径为27毫米的球形容器中。
[0038]所述装置可在更大的压降(例如，1%或10% )下运行。因为压降始终是可再现的，所以在识别数据处理阶段的峰值时，可以补偿该压降。
[0039]为了更大的精度或通过相同的柱体积进行多个分离，较大的容器可用于较大的柱体积。手持式装置可以容易地包括100立方厘米的容器。
[0040]栗送系统所提供的压力随着温度而变化。对于理想气体，3开尔文的温度变化预期会改变约I %的压力。所述装置可任选地包含温度计，从而温度变化可以在数据处理阶段得以校正。所述装置还可以任选地包括用于加热或冷却的机构，例如电阻加热或热电冷却。[0041 ] 所述装置的工作柱体积典型地在0.1-10微升的范围内，这意味着1-5毫升的移动相容器允许色谱的数百个柱体积。如果所述装置包括一个以上的移动相容器，通过允许建立梯度洗脱曲线的阀的活动，洗脱液可能得以混合；只有一个容器的装置局限于等梯度分析。
[0042]在所述装置包括单一容器3的实施例中，等梯度分析包括:首先将柱用溶剂润湿；随后通过固相洗脱样品塞。
[0043]正如在图2中例示，样品借助专用样品线被装载到所述装置中。在所示实施例中，样品贮槽5是带螺纹的，这样一旦充满以后，可转动(见箭头A)固定螺钉8以将样品移到所述装置(见箭头B)。样品的体积可以精确地控制，并且取决于螺距和固定螺钉8旋转的程度