专利名称：微量试样浓集方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的领域为分析化学，特别是涉及一种应用于微量试样的快速高倍浓集方法及其使用装置。
背景技术：
在常规分析化学实验中，通常试样溶液中溶质的浓集采用加热蒸干溶剂的方法(严希康等，生化分离工程，化学工业出版社，2001，P355)。需要样品量大，通常为数毫升至数百毫升，蒸干时间长。蒸干后溶质固体分布分散，不易以小体积回收，通常最小回收体积是数微升，造成试样的浓集倍率难以进一步提高，通常在数千倍。其它的分析化学中常用的试样浓集方法，包括液液萃取(Liu，H.；Dasgupta，P.K.Anal.Chem.1996，68，1817)和固相萃取方法(Kutter JP et al，J..Microcolumn Sep.2000，12，93)其浓集倍率通常在数倍至数千倍的范围。。
在毛细通道中，通常是在纳升级的体积下进行分析，是一种进行微量试样操作的理想平台。然而，因毛细通道与外界接触的界面面积过小，仅依靠溶剂的自然蒸发，溶质浓集速度极慢，效果不明显，方法不具实用性。
发明内容
本发明旨在提供一种简单实用的微量试样的快速高倍浓集方法。利用气体吹扫加速试样溶剂的蒸发；利用流体在毛细通道中的特性使试样浓集于毛细通道中的微小区域内，达到极高的浓集倍率。
本发明所适用的浓集试样包含有在实验条件下易蒸发的液体溶剂和在实验条件下不易蒸发的溶于溶剂的待浓集溶质。根据本发明，其使用的浓集方法是浓集前将试样溶液引入毛细通道内。利用毛细通道壁与通道内液体间的表面张力，在毛细通道出口形成试样溶液与外界气体的相界面。此表面张力在气体吹扫过程中，还可保证相界面稳定不向通道内回缩，或者由通道口流出。以一定流速和一定温度的气流流过毛细通道出口，使通道内液体以超过自然蒸发的速度经相界面加速蒸发。利用试样溶液中液体溶剂经相界面的蒸发，试样溶液中不易挥发的溶质保留在相界面附近的局部溶剂区域中，产生浓度增加的浓集效果。利用试样溶液中液体溶剂经相界面的蒸发，产生毛细通道内试样溶液向相界面的流动。当因液体蒸发而产生的液体在毛细通道内的流动速度大于在相界面附近的局部溶剂区域中溶质的扩散速度时，产生后续的溶质不断在此微小的局部区域内持续浓集的聚焦效果。
根据本发明，其装置中的毛细通道来自于微通道毛细管或采用微加工方法加工出微通道的微分析芯片。毛细通道的一端口用于气体吹扫，另一端口用做向毛细通道内持续引入试样溶液的进口。单个毛细通道的用于气体吹扫端口的横截面积，范围在1平方纳米至10平方毫米之间，通常小于1平方毫米。单个毛细通道中溶质浓集的局部区域体积1飞升-100微升，通常为纳升级；单个毛细通道单位时间内浓集的试样量1皮升/分钟-100毫升/分钟，通常试样消耗量为微升级。
根据本发明，吹扫毛细通道口的气体种类包括空气，或氮气，或惰性气体，或不与试样中溶剂和溶质发生化学反应的其它单纯气体或混合气体。气体的吹扫方向与毛细通道之间的夹角范围是0-360°，较为有利的是吹扫方向与毛细通道之间的夹角呈90°。
根据本发明，提高溶剂的蒸发速度的方法有提高气体吹扫毛细通道口的流速(范围在1毫米/秒-10米/秒)，或者提高吹扫气体的温度(范围在0-500℃)，或者降低吹扫气体的湿度(范围在0-90％)。而提高溶剂的蒸发速度，有利于加快试样溶液向相界面的流动速度，有利于提高溶质浓集的速度，有利于提高溶质的浓集倍率，有利于缩小溶质浓集的区域和提高聚焦效果。
根据本发明，在保证毛细通道内后续试样供给的条件下，延长气体吹扫毛细通道口的时间(范围在1秒-12小时)，有利于提高溶质的浓集倍率，浓集倍率可高至万倍以上。
根据本发明，浓集装置在单位时间内浓集的试样量范围是1皮升/分钟-100毫升/分钟。单位时间内浓集的试样量与毛细通道口的横截面积，和溶剂的蒸发速度有关。增加毛细通道口的横截面积，或者提高气体吹扫毛细通道口的流速，或者提高吹扫气体的温度，或者降低吹扫气体的湿度，均可增加装置在单位时间内浓集的试样量和浓集倍率。加工多个毛细通道形成毛细通道阵列可成倍提高试样的处理量。
与现有技术相比，本发明的优点是1.方法操作简单，易实现自动化。
2.装置结构简单，成本低，体积小，有利于实现系统微型化和集成化3.试样消耗量小，通常微升级。
4.浓集倍率高，可高至万倍以上。
5.分析速度快，对试样处理时间以分钟计。
6.试样在毛细通道内被浓缩的区域很小，通常纳升级，有利于进行微流控操作。
7.具有很好的通用性，在微流控芯片分析，毛细管电泳，生化分析等领域，均具有广阔的应用前景。
图1是根据本发明的一个优选实施例1的侧视结构示意图。
图2是根据本发明的另一个优选实施例2的俯视结构示意图。
图3是根据本发明的优选实施例1的毛细管微量试样浓集系统的结构示意图。
具体实施例方式
参照附图，以下将详细描述根据本发明的优选实施例。
优选实施例1图1是根据本发明的一个优选实施例1的侧视结构示意图。系统采用毛细管1提供试样溶液2浓集的毛细通道3。毛细管口4与装有试样溶液2的试样容器5相连。利用毛细作用将试样溶液2引入毛细通道3，毛细管口6形成相界面7。由气源8提供一定温度和流速的气体9流，连续吹扫相界面7。试样溶液2中的溶质在相界面附近的局部区域10得到浓集。
图3是根据本发明的优选实施例1的毛细管微量试样浓集系统的结构示意图。毛细管1为50微米内径石英毛细管，长5cm。试样溶液2为荧光素溶液，试样容器5采用1.5毫升锥形离心管。毛细管口4与装有试样溶液2的试样容器5相连。利用毛细作用将试样溶液2引入毛细通道3，毛细管口6形成相界面7。采用电吹风15提供温度在40-150℃，流速在1-5米/秒的空气，连续吹扫相界面7。试样溶液2中的溶质在相界面附近的局部区域10得到浓集。
优选实施例2图2是根据本发明的另一个优选实施例2的俯视结构示意图。系统采用微芯片11提供毛细通道3。毛细通道3的端口12与芯片11上的贮液池13相连。利用毛细作用将试样溶液2引入毛细通道3，在毛细通道端口14形成相界面7。由气源8提供一定温度和流速的气体9流，连续吹扫相界面7。试样溶液2中的溶质在相界面附近的局部区域10得到浓集。
权利要求
1.一种用于微量试样浓集方法，其特征在于(A)待浓集的试样溶液包含有在实验条件下易蒸发的液体溶剂和在实验条件下不易蒸发的溶于溶剂的待浓集溶质；(B)浓集前将试样溶液引入毛细通道内，溶液停止于毛细通道出口，在毛细通道出口处形成稳定的试样溶液与外界气体的相界面；(C)以一定流速和一定温度的气体吹扫毛细通道出口，使通道内液体以超过自然蒸发的速度经相界面加速蒸发；(D)利用试样溶液中液体溶剂经相界面的蒸发，试样溶液中不易挥发的溶质保留在相界面附近的局部溶剂区域中，产生浓度增加的浓集效果；(E)利用试样溶液中液体溶剂经相界面的蒸发，产生毛细通道内试样溶液向相界面的流动；(F)当因液体蒸发而产生的液体在毛细通道内的流动速度大于在相界面附近的局部溶剂区域中溶质的扩散速度时，产生后续的溶质不断在此微小的局部区域内持续浓集的聚焦效果。
2.根据权利要求1所述的微量试样浓集方法，其特征在于，利用毛细通道壁与通道内液体间的表面张力，在毛细通道出口形成试样溶液与外界气体的相界面，且在气体吹扫过程中，保证相界面稳定不向通道内回缩，或者由通道口流出。
3.根据权利要求1所述的微量试样浓集方法，其特征在于，吹扫毛细通道口的气体种类包括空气，或氮气，或惰性气体，或不与试样中溶剂和溶质发生化学反应的其它单纯气体或混合气体。
4.根据权利要求1所述的微量试样浓集方法，其特征在于，气体的吹扫方向与毛细通道之间的夹角范围是0-360°，较为有利的是吹扫方向与毛细通道之间的夹角呈90°。
5.根据权利要求1所述的微量试样浓集方法，其特征在于，气体吹扫温度在0-500℃，气体吹扫流速在1毫米/秒-10米/秒，气体吹扫时间1秒-12小时。
6.权利要求1所述的微量试样浓集方法的装置，其特征在于，毛细管(1)提供试样溶液(2)浓集的毛细通道(3)，毛细管口(4)与装有试样溶液(2)的试样容器(5)相连，利用毛细作用将试样溶液(2)引入毛细通道(3)，另一端毛细管口(6)形成相界面(7)，由气源(8)提供一定温度和流速的气体(9)流，连续吹扫相界面(7)，试样溶液(2)中的溶质在相界面附近的局部区域(10)得到浓集。
7.根据权利要求6所述的微量试样浓集方法的装置，其特征在于，毛细通道(3)为微分析芯片的微通道，毛细通道端口(12)与芯片(11)上的贮液池(13)相连作为引入试样溶液的进口，另一端口用于气体吹扫。
8.根据权利要求6所述的微量试样浓集方法的装置，其特征在于，气体吹扫端口(6)的横截面积为1平方纳米至10平方毫米，溶质浓集的局部区域(10)体积为1飞升-100微升，单位时间内浓集的试样量为1皮升/分钟-100毫升/分钟。
9.根据权利要求6所述的微量试样浓集方法的装置，其特征在于毛细通道(3)为列阵通道，有利于提高试样的处理量。
全文摘要
本发明涉及一种应用于微量试样的快速高倍浓集方法及其使用装置，该方法的特征是，将试样引入毛细通道内，以一定流速和一定温度的气体吹扫毛细通道出口，使通道内液体蒸发，而原溶于液体内的溶质在毛细通道出口附近得到浓集。本发明的优点是可实现微量试样的快速高倍率浓集，装置结构简单，方法容易操作和实现自动化。
文档编号G01N1/28GK1587963SQ20041006675
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月24日 优先权日2004年9月24日
发明者方群, 刘军, 陈宏 申请人:浙江大学