用于色谱分离的系统、紫外光源及紫外检测设备的制作方法

本发明涉及色谱技术与紫外检测领域，具体涉及一种紫外光源、一种紫外检测设备和一种用于色谱分离的系统。

背景技术：

色谱分离技术又称层析分离技术或色层分离技术，是一种将复杂混合物中的各个组分进行分离的有效方法。其原理为，利用不同物质在由固定相和流动相构成的体系中具有不同的分配系数，当流动相通过固定相作相对运动时，各种组分在两相间进行不同的反复分配，使得各组分得到分离。色谱有多种多样的类型，可分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、亲和色谱、大孔吸附树脂、凝胶色谱、聚焦色谱等。其中吸附色谱分离技术最为常用，主要包括吸附柱色谱，薄层色谱，聚酰胺薄膜色谱，亲和色谱等。但是，无论怎样的色谱都需要通过呈现分离的物质，记录分离的情况，并根据分离的情况针对不同组分进行收集。

紫外光是指波长为100～400nm的电磁辐射，其中180～280nm为深紫外，280～315nm为中紫外，315～400nm为近紫外。对于人工紫外辐射源，人们首先研制成功气体放电灯，比如早期常用的汞灯和氘灯，以及之后的氙灯和氪灯等。20世纪60年代，随着激光的发明，各种紫外激光器也很快的发明出来；此外高温黑体也是一种不错的紫外源。紫外发光二极管是一种新型的紫外光源，特点是电功率小，光电转换效率高，波段单色性好，工作与控制方式简单实用，具有极大的发展与应用空间。

但是，借助紫外线吸收检测蛋白和核酸等物质的检测仪器具有一定的局限性，主要是蛋白质和核酸类的最大吸收波长分别为260nm和280nm，目前用于分光光度计的紫外光源主要有紫外光区常用的光源为汞灯、氢灯或氘灯(其中氘灯的辐射强度大，稳定性好，寿命长，因此近年生产的仪 器多使用氘灯)，它们发射的连续波长范围为180～360nm，由于耗能高，产热多，不适合特定波长的紫外吸收的连续长时间检测。

概言之，现有的紫外分光光度计主要有以下缺陷：

1一般的汞灯等光源的高能耗和寿命较短，不适合连续检测；

2光源波长偏离核酸等物质的吸收峰，导致检测灵敏度较低，能耗较大；

3光源的光波基线不稳定，使得检测峰不稳定，影响检测的精度；

4没有连续显示与记录色谱分离物质对应的波峰的技术，不能和自动收集系统联合应用。

技术实现要素：

本发明的目的是解决当前色谱分离蛋白和核酸等物质监测示踪难题。

为实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种紫外光源，所述紫外光源为无极放电灯，并包括灯管和灯座，所述灯管安装于所述灯座上，以及在所述灯管内容纳有混有金属元素的惰性气体，从而所述紫外光源能够发出一种或多种波长的紫外光。

较佳地，所述金属元素选自锌、镉、汞和锰中的一种或多种。

较佳地，所述无极放电灯发射的紫外光的波长为214nm、230nm、260nm、280nm和/或350nm。

较佳地，还包括高频振荡电源板和电容金属环，所述高频振荡电源板和所述电容金属环相互电连接从而形成振荡回路。

较佳地，所述高频振荡电源板包括共振线圈，所述电容金属环通过导线与所述共振线圈连接。

较佳地，所述电容金属环环套于所述灯管周围。

根据本发明的另一方面，还提供了一种紫外检测设备，包括壳体、电源、集光装置和样品池，所述电源、激光装置和样品池设置于所述壳体内，还包括如上所述的紫外光源。

较佳地，在所述壳体内还设有恒温装置和用于安装所述紫外光源的灯室，所述恒温装置用于控制所述灯室内的温度。

较佳地，所述恒温装置环绕所述灯座设置。

较佳地，所述紫外检测设备还包括光电转换器、参考放大器和对数放大器，所述参考放大器与所述电源、光电转换器以及对数放大器电连接，其中所述集光装置设置成能够发出两束光束，一束光束流向所述光电转换器，另一束光束流向所述样品池。

较佳地，所述样品池的横截面为矩形。

较佳地，所述光电转换器为光敏二级管。

较佳地，所述紫外检测设备还包括滤光片，所述滤光片可拆卸地安装于所述壳体内。

较佳地，所述紫外检测设备内置USB接口。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于色谱分离的系统，包括色谱柱、流分驱动蠕动泵、控制单元以及显示器，还包括如上所述的紫外检测设备。

本发明的具有如下有益效果：

1.采用高频激发导致发光，功耗小，功率可小于3W。

2.一方面，电源的功率因数高达0.95以上；另一方面，高频发生器始终以高频恒电压点灯。

3.灯管无电极，可以密闭而不易漏气，也就使得光源灯的使用寿命得到大幅度的延长，寿命长达20000小时，理论上大于100000小时。

4.无极灯管中通过引入独特的金属元素，包括锌、镉、汞、锰四种金属作为受激物，充入氖等惰性气体，在外部电磁感应高频磁场的作用下，产生特定波长的紫外光，如波长为214nm，230nm，260nm，280nm和350nm。

5.通过组合受激发的金属组成，可以产生一种后多种波长的的紫外光。

6.无极放电灯发射光波长精度较高，各波长光能量水平分布均匀，彼此干扰较少，保证不同物质的光密度吸收值测定的准确性。

7.无极放电灯的电源线路板尺寸可以小至50×70×20mm，安装方便。

8.灯管外安装铜环电容，而不是常规的线圈，与电路板中的线圈共同构成感应电路，除了增加电磁感应效率以外，安装维护便利。

9.用光敏二极管取代光电倍增管作为光电转换器，不仅省去高压电源， 而且暗电流小，稳定可靠。

10.仪器采用同一无极放电灯发出的两束光束，一束光束用于样品检测；另一束光束是作为参考，反馈调节光源电路以保持光源强度恒定，当温度偏高，影响检测光强度时，反馈调节光路会相应下调激发光源的电压，保证检测光束波长和强度维持恒定。

11.样品流动池横截面为矩形，相比于现有技术的圆形，使得穿透色谱分离液流动柱的光密度吸收值读数更为准确。

12.根据检测物质的不同，选择不同的滤光片。滤光片设计成插片式，不用打开机器即可调换，方便简单。长假期不用时，可将滤光片取下放入干燥缸内，防止因潮湿而发霉，从而延长其使用寿命。

13.仪器设有恒温装置来控制灯室，使放电灯寿命更长，光源更稳定，并可在冷室中长期使用。

14.紫外检测设备内置USB接口，只需一根数据线便可与计算机联用。通过配置的操作软件，可以通过计算机连续显示和记录光密度吸收曲线，自动控制样品的收集。

附图说明

图1是本发明的紫外光源的示意图；

图2是本发明的紫外检测设备的组成示意图；

图3是本发明的样品池的示意图；

图4是本发明的光敏二极管的结构示意图；

图5是用本发明的紫外检测设备检测甲状腺球蛋白的图谱；

图6是用本发明的紫外检测设备检测双肽衍生物的图谱；

图7是用本发明的紫外检测设备检测硫链丝菌肽的图谱；

图8是氨基酸衍生物的监测对照图谱；以及

图9是本发明的用于色谱分离的系统的连接示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本 发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

术语说明

A/D转膜：A是模拟，D是数字；

T/A显示器：T表示透光率；A表示吸光度。

本发明的主要目的在于解决当前色谱分离蛋白和核酸等物质监测示踪难题，为有效调控对分离样品的收集，提供一种连续长时间监测示踪被分离成分的应用技术。借助目前对于人工紫外光源的科技进步，在目前无极放电灯的工作原理的基础上，通过改进放电气体组成，达到合理改变释放的紫外线波长组成，以适合核酸和蛋白类物质的监测。

本发明参照目前高频无极灯的基本形式，灯管内没有一般照明灯必须具有的灯丝或电极，仅由一个空心放电灯管和一个耦合器组成。通过电磁感应原理将电能耦合到灯内，使灯管内的混合惰性气体受激励，发生雪崩电离，形成等离子，等离子体受激原子返回基态时，辐射出紫外线。其发光原理是：在输入一定范围的电源电压后，高频发生器产生100MHZ高频恒电压送给功率耦合器，由功率耦合器在玻壳的放电空间内建立静电强磁场，对放电空间内的气体进行电离，并生产强紫外光。在电源设计上，由于采用光反馈调节电源震荡频率，控制技术使得电磁效应耦合器的频率得到调节，使得发光强度得到反馈调节，光源发射紫外线强度维持恒定。一方面，电源的功率因数高达0.95以上；另一方面，高频发生器始终以高频恒电压点灯。所以，输入的电源电压在一定范围内波动时，其发光亮度均不变。高频无极灯主要是由高频发生器、功率耦合器和玻璃泡壳三部分组成。

因此，在本文中未描述的部分，参照普通高频无极灯。

图1是本发明的无极放电灯的结构示意图。如图1所示，本发明的无极发电灯10包括灯管11、灯座12、金属环13、高频振荡电源板14和恒温装置15，其中，灯管11安装于灯座12上，恒温装置15设置于灯座12外，以防止灯管温度过高，金属环13环绕灯管11设置，灯管11通过金属环13构成的电容，连接高频振荡电源板上的线圈，形成振荡电路。在灯管11内冲有惰性气体(图未示)。

在本发明中，灯管内通过引入独特的金属元素，再冲入惰性气体，在外部电磁感应高频磁场的作用下，产生紫外线谱。金属元素选自锌、镉、汞和锰中的一种或多种，通过组合受激发的金属组成，可以产生单一或组合的紫外谱线。

由于在灯管内引入锌、镉、汞、锰四种金属，因此无极放电灯11发射的光的波长精度较高，谱线波长为214nm，230nm，260nm，280nm和350nm。其中，加入锌的谱线波长为214nm，加入镉的谱线波长为230nm，加入汞的谱线波长为260nm，加入锰的谱线波长为350nm。如果将该四种金属一起加入，则可得到波长为214nm，230nm，260nm，280nm和350nm的谱线，这些谱线分布均匀，彼此干扰较少，保证不同物质的光密度吸收值测定的准确性。

目前广泛应用的汞灯的特征谱线波长为253.7nm，其它波长强度很弱，比如280nm(蛋白测定适用)波长光强度很弱，同时缺少适宜于测定多肽的230nm波长。当利用280nm波长测定蛋白浓度时，253.7nm波长的强光会强行透过滤光片，干扰蛋白的测定。然而，本发明的无极放电灯确可以满足不同的需求。

由于在灯管11外安装金属环13，而不是常规的线圈，与高频振荡电源板14中的线圈共同构成感应电路，除了增加电磁感应效率以外，安装维护更为便利。

图2是本发明的紫外检测设备的原理示意图。如图2所示，紫外检测设备20包括电源21、无极放电灯10、集光装置23、样品池24、透镜25、光敏检测器26、电信号放大器27、光电转换器22、参考放大器29、对数放大器30、T/A显示器28、A/D转膜31、量程放大器32、吸光度数字输出33、吸光度模拟输出34以及量程开关35。

在图2中，实线表示连接各元件的导线，箭头表示光线。如图2所示，一方I面电源21通过导线连接到参考放大器29和无极放电灯10，光电转换器22通过导线连接到参考放大器29，参考放大器29连接到对数放大器30。

另一方面，光敏检测器26通过导线连接到电信号放大器27，电信号放大器27通过导线连接到对数放大器30，对数放大器30同时连接到A/D转膜31、量程放大器32和T/A显示器28，其中，在对数放大器30和量程放大器32之间设置量程开关35。

运行时，电源21为无极放电灯10和参考放大器29提供电源，从而无极 放电灯10发出特定波长的紫外光谱，例如为214nm，230nm，260nm，280nm或350nm的紫外光谱，这些特定波长的紫外光谱通过集光装置23后，分成两束光束，其中一束光束进入样品池24，另一束光束进入光电转换器22。

进入样品池24的光束从样品池24出来以后，进入透镜25，通过透镜25聚焦后，进入光敏检测器26，在光敏检测器26内转换为电信号，并在电信号放大器27内进一步放大后，流向对数放大器30。

进入光电转换器22的光束经过光电转换器22转变为电信号后，参考放大器29接收从光电转换器22发出的电信号并将其放大，然后再将放大后的电信号传输给对数放大器30，从而监控光源的稳定性。

对数放大器30接收分别由两束光束转换成的电信号后，对其进行放大，并传输给A/D转膜31、量程放大器32和T/A显示器28，最后变成吸光度数字输出33和吸光度模拟输出34。

本领域的技术人员可以理解，如果从集光装置23中出来的光线不分成两束光束，则可以不必设置参考放大器29。

如图3所示，在本发明中，样品池24由石英玻璃制成，其横截面为矩形，从而减少了穿透光束由于圆柱形导致的散射和衍射等，使得光吸收的检测更为灵敏与准确。

如图4所示，本发明中，光电转换器35为光敏二极管，而不是通常的光电倍增管，从而不仅省去高压电源，而且暗电流小，稳定可靠。

根据本发明的另一方面，还提供了一种用于色谱分离的系统。如图9所示，用于色谱分离的系统200包括样杯201、流分驱动蠕动泵202、色谱柱203、紫外检测设备20、收集杯205、连接线206、管路207以及控制单元和显示器204。样杯201、流分驱动蠕动泵202、色谱柱203、紫外检测设备20以及收集杯205通过管路207连接，紫外检测设备20与控制单元和显示器204通过连接线206连接。

运行时，样杯201中的样品通过管线207流入流分驱动蠕动泵202，然后流经色谱柱203，经过色谱柱203后流入紫外检测设备20，在紫外检测设备20进行检测后，检测结果通过显示器204显示。

由于本发明的无极放电灯发射光波长精度较高，具备的波长为214nm， 230nm，260nm，和280nm，而且各波长光能量水平分布均匀，彼此干扰较少，保证不同物质的光密度吸收值测定的准确性。因此，采用通常的单色器，可获得适合检测蛋白质吸收的适宜波长280nm；适宜多肽检测波长230nm；以及适宜核酸类检测的波长260nm。获得的特定波长的光，分为2个光束，一束用于吸收检测，一束用于反馈监控光源的稳定性。

本发明的紫外监测设备可以与多种色谱联用，例如色谱分离柱分子筛，离子亲和层析，以及免疫亲和层析柱等各种实现蛋白、多肽、糖类和脂类及其衍生物的分离方式。

本发明的紫外检测系统可以长时间连续监测色谱分离成分，形成的电子信号可以通过计算机定性和定量分析，同时可以用于控制各流分的自动收集。

本发明的紫外线吸收监测仪可以与不同的色谱系统的联用，采用不同波长的紫外线光源，长时间连续监测不同物质的色谱分离。

下面是通过本发明的用于色谱分离的系统200检测甲状腺蛋白、双肽衍生物、硫链丝菌肽和氨基酸衍生物的实施例。

1.甲状腺蛋白(280nm)的监测

图5是用本发明的紫外检测设备检测甲状腺球蛋白的图谱。

甲状腺球蛋白(Thyroglobulin，Tg)，是甲状腺滤泡上皮分泌的糖蛋白，人源Tg的分子量660kDa，每2个Tg分子结合2个甲状腺素(T4)和1个三碘甲腺原氨酸(T3)分子，储存在滤泡腔中。溶酶体水解Tg表面T4、T3并使之释放入血，同时少量的Tg也释放入血，部分Tg经甲状腺淋巴管分泌入血。血循环中的Tg被肝脏的巨噬细胞清除。

采购分子排阻法层析介质，Superdex 200，按照常规装柱，柱体积为10ml取猪甲状腺球蛋白，用PBS配成终浓度为5mg/ml，上样0.5ml，即包括2.5mg甲状腺球蛋白。洗脱缓冲液为0.05M磷酸盐缓冲液，pH 7.0，含0.15M NaCl。洗脱流速为0.5ml/min，紫外线波长为280nm。如图5所示，在计时至约5min时，达到最大吸收峰。

2.双肽衍生物(N-苄氧羰基-L-甘氨酰-L-苯丙氨酸)(230nm)的监测

图6是用本发明的紫外检测设备检测双肽衍生物的图谱。

双肽衍生物(N-苄氧羰基-L-甘氨酰-L-苯丙氨酸，Z-Gly-Phe)。借助色谱 系统，可以监测Z-Gly-Phe样品中二肽(分子量356)的纯度。利用0.1％三氟乙酸水溶液溶解样品，至终浓度为0.5mg/ml，上样10ml，及包括二肽5mg。关于PBS(pH7.4)配方，取0.27g磷酸二氢钾(KH2PO4)，1.42g磷酸氢二钠(Na2HPO4)，8g氯化钠(NaCl)，，0.2g氯化钾(KCl)，加去离子水约800mL充分搅拌溶解，然后加入浓盐酸调pH至7.4，最后定容到1L混匀即可。

上C18反相柱，C18能检测的结构物质，流动相A：0.1％三氟乙酸水溶液，即每100ml纯水中加入100mg三氟乙酸；流动相B：0.085％三氟乙酸乙腈溶液，即在100ml乙腈中溶解85mg三氟乙酸。梯度洗脱(min,％B)：(0,5),(8,100),(10,100),(12,5),(15,5)。洗脱速率为1ml/min。

选取紫外监测波长为230nm，监测紫外吸收曲线。如图6所示，在约9.5min，紫外线吸收呈现峰值。监测曲线没有出现明显的杂峰，说明双肽具有高的纯度。

3.硫链丝菌肽(260nm)的监测

图7是用本发明的紫外检测设备检测硫链丝菌肽的图谱。

硫链丝菌肽分子量约1600，亦称为藓霉素(Bryamycin)或硫活素(Thiactin)。属远青链霉菌(Streptomycesazureus)及夏威夷链霉菌(S.hawaiiensis)产生的抗生物质。利用0.1％三氟乙酸水溶液溶解样品，至终浓度为0.5mg/ml，上样10ml，及包括二肽5mg。

上C18反相柱，C18能检测的结构物质，流动相A：0.1％三氟乙酸水溶液，即每100ml纯水中加入100mg三氟乙酸；流动相B：乙腈。梯度洗脱(min,％B)：(0,5),(8,100),(10,100),(12,5),(15,5)。洗脱速率为1ml/min。

选取紫外监测波长为260nm，监测紫外吸收曲线。如图7所示，在约9.5min，紫外线吸收呈现峰值。监测曲线没有出现明显的杂峰，说明双肽具有高的纯度。

4.氨基酸衍生物(280nm)的监测

图8是氨基酸衍生物(280nm)的监测对照图谱。

利用氨基酸衍生物，其中混有少量的杂质，主要包括色素、糖类和核酸。利用PBS配制成1mg/ml终浓度。

色谱柱利用CM-Sepharose填料，预制色谱柱，柱体积10ml，上样量为10ml，即含氨基酸衍生物10mg。参照产品说明书，采用pH梯度洗脱，选择监测波长为280nm。

如图8所示，图中左侧为用本发明的紫外检测设备形成的波峰，右侧为对照仪器形成的波峰。本发明的紫外检测设备采用紫外线波280nm，而对照仪器采用汞灯光源，波长为254nm，即使采用280nm波长的滤光片，也难以完全去除254nm波长光的干扰，导致检测波峰如右侧曲线图，呈现多个波峰，降低了检测灵敏度。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。