用化學抑制檢測的電泳的製作方法
2023-11-30 20:04:11 3
專利名稱：用化學抑制檢測的電泳的製作方法
電泳是一項很成熟的化學分析技術。有關電泳的評論可參考E、Heftmann編輯的《色譜法-色譜和電泳法的基本原理與應用，第一部分基本原理與技術》一書的第9章，該書於1983年由Elsevier科學出版公司出版。毛細管電泳(CE)是電泳法中的一項重大進展，由Jorgenson和Lukacs首創，在AnalyticalChemistry1298(1981)和222Science266(1983)中作了報導。由於在CE中使用直徑很小的毛細管，因此可以外加較高的電壓而並不會在毛細管中產生不能預知的熱梯度。CE中的分離效率是很多因素的函數，其中包括外加電壓。CE可以達到較高的效率，例如超過400，000理論塔板。
下面是對典型的CE實驗所作的描述。在一內徑為50～100微米的石英毛細管中充滿一種適當的導電緩衝劑。將該毛細管的出口浸入一含有該緩衝劑和一電極的儲器中。將含有所研究的螢光離子的試樣導入該毛細管的入口端，並將該入口端置於另一個含有該緩衝劑和另一電極的儲器中。在兩個電極之間加30，000伏電壓。在毛細管出口端附近放一螢光檢測器以檢測分離出來的所研究的離子。
在大部分CE系統中，所研究的試樣離子的運動是用兩個因素控制的(1)電泳遷移;(2)電滲流。電泳遷移是所研究的離子在電場的影響下具有相反電荷的電極遷移。電滲流是當與緩衝劑接觸的毛細管內表面含有固定電荷部位(該電荷部位後又在緩衝劑中產生相應的流動的抗衡離子)時在毛細管中產生的緩衝劑的總體流。當緩衝劑的pH大於2左右時，未改性的石英毛細管表面含有帶負電的矽烷醇(Si-OH)基，而當緩衝劑的pH小於2左右時則含有帶正電的(Si-OH2+)基。當毛細管的內表面帶負電時，該帶負電的表面的相應的流動抗衡離子(例如鈉離子Na+)在電場的影響下遷移，同時在此過程中拖曳溶劑整體。因此，當毛細管的內表面帶負電時，電滲流的方向是從正極到負極。
當毛細管的內表面帶正電時，該帶正電錶面的相應的流動抗衡離子(例如磷酸氫鹽離子HPO-24)在電場的影響下遷移，同時在過程中拖曳溶劑整體。因此，當毛細管的內表面帶正電時，電滲流的方向是從負極到正極。通過例如使疏水性陽離子吸附在毛細管的內表面上也可以得到帶正電荷的表面。
當毛細管的內表面不帶電荷時就沒有電滲流。因此，取決於所研究的離子的電荷(正電荷或負電荷)、毛細管表面帶電的性質和程度以及外加電壓的極性，電滲可以增大、減少或甚至超過電泳遷移。由於所要測定的試樣組分必須從毛細管的入口端通往置於毛細管出口端附近的檢測器，因此務必使這些組分朝所要求的方向移動。
美國麻薩諸塞州Milford的Millipore公司Waters色譜分部和美國加利福尼亞州Sunnyvale的Dionex公司是美國一般離子分析用CE儀器的主要製造廠商。Waters儀器利用間接光度檢測。例如可參閱Jandik等人發表在LCGC雜誌1991年9月號上從634頁開始的一文。Dionex系統利用了一個光度檢測器或螢光檢測器，例如可參閱Dionex公司刊登在CCGC雜誌1991年9月號上639頁上的一則廣告。目前，在測定一般離子的CE中中，間接光度檢測是優先選用的檢測方法。
雖然CE具有很多優點，但也有一些特性需要改善。例如CE的濃度檢測範圍就可以改善。
本發明提供了CE受抑制的檢測方法。本發明的主要好處是改善了檢測範圍。本發明的一種具體裝置是一種改進的毛細管電泳裝置，一般它包括一個毛細管(該毛細管具有一個試樣入口部分和一個出口部分)、一個與毛細管的入口部分互通電流的第一電極、一個與毛細管的出口部分互通電流的第二電極、一個與第一電極和第二電極通電流的電源以及一個與毛細管的出口部分互通液體的檢測器。改進之處包括置於毛細管的出口部分和檢測器之間的離子交換裝置，該裝置是非侵入性的。
本發明的另一種具體裝置是另一種改進的毛細管電泳裝置，一般它包括一個毛細管(該毛細管具有一個試樣入口部分和一個出口部分)、一種多孔導管裝置(其通道與毛細管通液體)、一個與毛細管的入口部分互通電流的第一電極、一個通過多孔導管裝置而與毛細管的出口部分互通電流的第二電極、一個與第一電極和第二電極通電流的電源以及一個與多孔導管裝置互通液體的檢測器。改進之處包括採用了離子交換裝置，該裝置置於多孔導管裝置和檢測器之間，且與多孔導管裝置的通道和檢測器是互通液體的，它是非侵入性的。
本發明的一種具體實施方案是一種電泳陰離子分析方法，該方法包括以下三步驟(a)通過在緩衝溶液中進行電泳以分離所研究的陰離子;(b)用一非侵入性陽離子交換裝置將緩衝劑的陽離子交換成再生劑的陽離子，從而使緩衝劑的導電率降低，形成受抑制的緩衝劑;和(c)測量受抑制的緩衝劑的電導率以測定分離的陰離子。
本發明的另一種具體實施方案是一種電泳陽離子分析方法，該方法包括以下三步驟(a)通過在緩衝溶液中進行電泳以分離所研究的陽離子;(b)用一非侵入性陰離子交換裝置將緩衝劑的陰離子交換成再生劑的陰離子，從而使緩衝劑的電導率降低，形成受抑制的緩衝劑;和(c)測量受抑制的緩衝劑的電導率以測定分離的陰離子。
圖1是本發明裝置的具體實施方案的示意圖;
圖2是本發明抑制器的具體實施方案截面側視圖;
圖3是本發明的電導率測定用電池具體實施方案的截面側視圖;
圖4是本發明的電導率測定用電池另一具體實施方案的截面側視圖;
圖5是本發明裝置的另一具體實施方案示意圖;
圖6是本發明緩衝橋具體實施方案的截面側視圖。
現先參照圖1，該圖所示為本發明的一種包含熔融石英毛細管10的裝置的具體實施方案示意圖。圖中表示毛細管10的入口部分浸沒在第一緩衝劑儲器12內的緩衝劑11中。該緩衝劑11一般為水基，但也可以是其他溶劑基(如醇、乙腈、乙二醇類溶劑基)。電源13通過導線15為第一電極14供給選定的電壓(或電流)。所要分析的試樣16裝在試樣儲器17中。所要分析的試樣16含有所研究的離子。毛細管的出口部分與抑制器18相連。高壓電源13通過導線19與抑制器18相連。再生劑20裝在再生劑儲器21中。用管22使儲器21與抑制器18相連。再生劑20流過抑制器18，並通過管23廢棄。正如下面要詳細討論的那樣，抑制器18含有一種離子交換材料或裝置，而再生劑則用於使該離子交換材料或裝置再生。管24使抑制器18與電導率檢測器25相連。管26使電導率檢測器25與可以另外選加的檢測器27(如光學檢測器或電化學檢測器)相連。圖上所示的管28浸沒在第二緩衝劑儲器29內的緩衝劑11中，並與檢測器27相連。管28最好是內徑較大的管，其理由將在下面討論。將試樣16的等分試樣引入毛細管10的入口部分的方法是將毛細管10的入口部分從儲器12中提起並將其暫時置於試樣儲器17中，然後再放回儲器12中。這可以通過手工操作完成，但最好是用像技術上熟知的那樣用自動裝置來完成。如此引入毛細管10的入口部分的試樣16的容量當然取決於毛細管10的入口部分浸沒在試樣16中的時間的長短，因為試樣16的液面高於第二緩衝劑儲器29中的緩衝劑11的液面。另外，也可以通過電泳遷移和(或)電滲流動，或者也可以用一個試樣噴射閥，將試樣16引入毛細管10的入口部分。在本發明中最好採用熔融石英毛細管，這是因為，正如技術上所熟知，其導熱特性極佳。但是這對本發明來說並不是至關重要的，毛細管10幾乎可用聚合物或塑料之類的任何材料製成。此外，雖然毛細管10最好具有圓形截面，但這也不是至關重要的。在本發明中最好採用單一的毛細管10，但這也不是至關重要的。因此，本發明的毛細管，從其最廣的意義來說，是一種如下面所說的導管。本發明的毛細管的入口部分是將所要分析的試樣引入的部分。本發明的毛細管的出口部分是電泳區離開毛細管而進入例如抑制器的部分。一般，毛細管的入口部分和毛細管的出口部分是毛細管的相反兩端。但是這對本發明來說並不是至關重要的。例如，本發明設想試樣可以在毛細管的中間引入，使所研究的陽離子向毛細管的一端遷移，而所研究的陰離子則向毛細管的另一端遷移。
下面參照圖2。該圖所示為抑制器18的詳細截面圖。管31用Dupont公司的牌號為NAF10N的磺化氟聚合物離子交換材料製成，在一段管31的周圍有管套30，它用例如矽橡膠或增塑聚氯乙烯這類材料製成。如圖所示，毛細管10的出口部分插入管31的一端，管24插入管31的另一端。有一微型T形管32插入管套30的一端，另一微型T形管33則插入管套30的另一端。毛細管10用密封劑34(例如室溫硫化矽橡膠)密封在T形管33中。毛細管24用密封劑35(例如室溫硫化矽橡膠)密封在T形管32中。圖示鉑絲19插入管套30中，鉑絲19在管套30中的一端為第二電極36。電極36也可以埋入管31內，但最好位於管31的外面。在某些情況下，電極36最好靠近管31的端部，在該處與毛細管10相連。顯然，該電極可置於儲器21內。
管31的內徑最好與毛細管10的內徑大致相同。這種小內徑離子交換材料在市場上是買不到的。最小內徑NAF10N牌號管的內徑約為400微米。但是這種材料的內徑可用許多方法製做得更小些，例如(a)使NAF10N管在醇中溶脹，然後將其拉伸;(b)將NAF10N管加熱，然後拉伸;(c)進行(a)和(b)的組合;(d)將小直徑的金屬絲(例如75微米鎢絲)浸入NAF10N的膠態懸浮體中，然後將沉積在金屬絲上的NAF10N加熱固化，接著將金屬絲從如此形成的NAF10N管中抽出，從而製得小內徑NAF10N管(授予Grot的美國專利4，731，263公開了製造NAF10N膠態懸浮體的方法，Marhn在《分析化學》1693(1982)中也公開了製造方法);以及最好採用(e)的方法，即在一塊固體的溶脹的離子交換材料上粘透或刺穿一小孔，接著進行乾燥並趁熱套到毛細管10和管24上。
導管在這裡是指至少有一個通道在其中通過的結構。管31是含離子交換材料的導管的一例。然而本發明並不限於管狀導管。例如，導管可以是穿孔離子交換材料，例如DOWEX50W或WEX2離子交換樹脂之類常用離子交換樹脂的穿孔顆粒。片狀離子交換材料可用於本發明的導管，例如將其夾緊在具有適當的通道和開孔的薄板之間。本發明的導管最好含有離子交換材料，該材料從通道一直延伸到導管外。然而本發明也可使用僅含一種能傳導離子的材料或含可製得傳導離子材料的材料(如醋酸纖維素膜或甚至多孔玻璃)的導管。多孔導管可用液態離子交換劑浸透，這將在下面討論。
下面參照圖3。該圖所示為電導率檢測器25所用的一種具體電池的詳細截面圖。該電池包含一段短的具有合適的小內徑(例如125微米)的撓性管36。圖中示出一根細鉑絲37穿透管36，另一細鉑絲38也穿透管36。放置鉑絲37和38時，可以先用細的皮下注射器針頭(如30號針頭)穿透管36，接著將鉑絲插入皮下注射器針頭內，然後將該注射器針頭抽出，而將鉑絲固定就位。鉑絲37和38的位置要儘可能靠近，但不能相互接觸，例如留出100～300微米的間隙。鉑絲37和38是由電導率檢測器的電極，當然要與適用的電導率檢測器(例如離子色譜電導率檢測器)的電子部分相連。
下面參照圖4。該圖所示為電導率檢測器25所用的另一種具體電池的詳細截面圖。該電池包含一段短的、具有合適的小內徑(例如125微米)的撓性管39。圖中示出一根不鏽鋼絲40穿透撓性管39，另一不鏽鋼絲41則從撓性管的另一側穿透管39。不鏽鋼絲40和41的端頭在管39中的位置應儘可能靠近，但不能相互接觸，例如留出100微米的間隙。不鏽鋼絲40和41是電導率檢測器的電極，當然要與適用的電導率檢測器(例如離子色譜電導率檢測器)的電子部分相連。
毛細管10出口之後的線路中的元件對流動的阻力最好是非常小的，以保持毛細管10中的平頭流量剖面。由於該設想不能很好地實現，因此使儲器12中的緩衝劑液面稍稍高於儲器29中的緩衝劑液面是有利的。另外，也可以在儲器29中再放一個電極，並在該電極和金屬絲19之間加電壓，以在毛細管出口之後的線路的元件中產生電滲流動。這在毛細管內表面沒有顯著的電荷時尤為適用。
下面參照圖5。該圖所示為本發明的另一種具體裝置的示意圖，該裝置與圖1所示相似。圖5中所示的元件與圖1所示的元件相同，具有相同的參照數碼。但是可以看出，圖5中的金屬絲19不再被導向抑制器18，而是被導向緩衝橋42。緩衝劑11也裝在第三緩衝劑儲器43中。管44將儲器43與緩衝橋42相連。儲器43中的緩衝劑11流過緩衝橋42，通過管45後廢棄。正如下面要詳細討論的那樣，緩衝橋42含有一種多孔材料或其他裝置，例如只是破裂的毛細管(按照Linhais和Kissinger在AnalyticalChemistry2076(1991)上發表的文章)，該材料或裝置能使緩衝橋內的緩衝劑與在毛細管10的出口部分內的緩衝劑或離開出口部分的緩衝劑互通電流。該緩衝橋通過管46與抑制器18相連。
下面參照圖6。該圖所示為緩衝橋42的詳細截面圖。緩衝橋442在大多方面與抑制器18相似，這點可以通過進行圖6與圖2的比較而理解。在一段由多孔材料(如多孔玻璃)製成的管的周圍有一由例如矽橡膠或增塑聚氯乙烯製成的管套47。圖中示出毛細管10的出口部分插入管48的一端，管46則插入管48的另一端。一微型T形管49插入管套47的一端，另一微型T形管50則插入管套47的另一端。毛細管10用密封劑51(例如室溫硫化矽橡膠)密封在T形管50中。毛細管46用密封劑52(例如室溫硫化矽橡膠)密封在T形管49中。圖中示出在管套47中換有一鉑絲19，鉑絲19的在管套47內的一端為第二電極36。電極36也可以放入管48中，但最好放置於管48之外。顯然，電極26可以放在儲器43中。可以理解，緩衝橋42與Wallingford和Ewing的鹽橋是相似的，所不同的是鹽溶液(氯化鉀)被例如適當濃度的緩衝劑或不能穿過多孔阻擋層的大離子的溶液所取代。圖5的管46、24和26以及圖1的管24和26最好是儘可能地短，因為在這些管中流量剖面一般呈拋物面，而不像在毛細管10中流量剖面呈平頭狀。
離子交換裝置在本說明書中是指能接受一個陽離子並同時替換出一個陽離子的任何裝置、能接受一個陰離子並同時替換出一個陰離子的任何裝置和能吸收鹽的任何裝置(例如DOWEX4離子交換樹脂的游離鹼形態從溶液中吸收溶液中的例如硝酸銅，或例如冠醚吸收的鹽溶液中)，包括一種固體離子交換材料和一種液體離子交換材料。用於離子交換的固定裝置包括抑制器18，但也包括像緩衝橋42那樣的裝置，在那裡在管套47內放有液態離子交換劑，儘管液態離子交換劑可代替緩衝劑流過該裝置，儘管液態離子交換劑是在移動，但該裝置是不動的。同樣，多孔管48可以用液態離子交換劑浸透，再生劑可代替緩衝劑流過裝置。含有離子交換樹脂的管是固定的離子交換裝置。反之，在從CE系統的毛細管流出的緩衝劑流過電導率檢測器之前將離子交換微粒的懸浮液引入該緩衝劑(按照Gjerde和Senson的歐洲專利申請No。89110394.7公開號0345782A2)，則是流動的離子交換裝置，也即離子交換微粒與緩衝劑一起流入。這樣，區別本發明的離子交換裝置的另一方法是本發明的離子交換裝置是「非侵入性的」。非侵入性離子交換裝置是這樣一種裝置，它不會被引入緩衝劑流中，也即一種不被緩衝劑流完全包圍的裝置，最好能將緩衝劑流與獨立的再生陽離子或陰離子源分開。
本發明的關於陰離子分析的具體實施方案可參照圖5而理解。將毛細管10暫時浸入試樣16中以將試樣16引入毛細管10。試樣含有所要研究的陰離子。緩衝劑11含有一種弱酸鹽，例如硼酸鹽緩衝劑。抑制器18的離子交換材料是一種陽離子交換劑，例如DuPont公司的NAF10N牌號離子交換材料。再生劑20是一種氫離子源(例如稀硫酸)或一種呈氫離子形態的離子交換微粒懸浮液。接通電源13，使電場從緩衝橋42開始沿著毛細管10的內徑延伸。如果毛細管10像上面所討論的那樣帶負電，那麼要用電極14作正極，用電極36作負極，以使電滲流動是朝著抑制器18的陽離子交換材料的方向。另外，如果毛細管10帶負電，那麼所研究的陰離子會從毛細管10的入口部分遷移出來而進入儲器12。對於所研究的許多陰離子來說，這種傾向可被朝著抑制器18的方向的更快的電滲流動所克服。如果毛細管10像上面所討論的那樣帶正電，那麼要用電極14作負極、用電極36作成正極，以使電滲流動朝著抑制器18的陽離子交換材料的方向。另外，如果毛細管10帶正電，所研究的陰離子會朝著與電滲流動相同的方向遷移，即朝著抑制器18的方向遷移。因此在本具體方法中採用帶正電的毛細管10有一個明顯的好處。但是這並不是至關重要的，因為在本具體方法中採用帶負電的毛細管10有很多好處。現在也參照圖2，在抑制器18中，緩衝劑的陽離子在離子交換管31的內表面處被交換成氫離子，以使緩衝劑11轉化成弱酸溶液而形成受抑制的緩衝溶液。然後該受抑制的緩衝溶液流過電導率檢測器25。檢測器25測得的該受抑制的緩衝劑的電導率與緩衝劑11的電導率相比是較低的。當所研究的離子流過檢測器25時，在具有受抑制的緩衝劑的情況下可以將這些離子靈敏地檢測出來。在這方面，本發明與離子色譜法中的受抑制的檢測是相似的。當然，希望通過前面毛細管10中進行的電泳能將所研究的離子分在檢測到的不同的區域中。抑制器18的離子交換材料是通過在管31外面周圍流動著的稀硫酸再生劑20的流動而得以再生的。在以上討論中，緩衝劑都含有一種弱酸鹽。然而本發明並不限於含弱酸鹽的緩衝劑，例如像氫氧化鈉那樣的強鹼也可使用，它被抑制器轉化成水。在使用電導率檢測器時，當緩衝劑的陽離子交換成再生劑的陽離子時，必須將緩衝劑轉化成電導率較低的溶液。在這方面，參考受抑制的檢測的離子色譜(IonChromatogra-phy)技術，將可看到可用於本發明的其他緩衝劑和再生劑陽離子。如果除電導率檢測器，另外還使用一種檢測器，當緩衝劑的陽離子交換成再生劑的陽離子時，必須將緩衝劑轉化成具有較低檢測器響應的溶液。緩衝劑的陰離子的電泳流動性最好與所研究的陰離子大致相同。
本發明的有關陰離子分析的另一種具體實施方案可參照圖1和圖2而得以理解。將毛細管10暫時浸入試樣16中以將試樣16引入毛細管10。該試樣含有所研究的陰離子。緩衝劑11含有一種弱酸鹽，例如硼酸鹽緩衝劑。抑制器18的離子交換材料是一種陽離子交換劑，例如DuPont公司的NAF10N牌號離子交換材料。再生劑20是一種氫離子源(例如稀硫酸)或一種呈氫離子形態的離子交換微粒懸浮液。接通電源13，使電場通過離子交換管31並沿著毛細管10的內徑延伸。如果毛細管10象上面所討論的那樣帶負電，那麼要用電極14作正極，用電極作負極，以使電滲流動是朝著抑制器18的陽離子交換材料的方向。另外，如果毛細管10帶負電，那麼所研究的陰離子會從毛細管10的入口部分遷移出來而進入儲器12。對於所研究的許多陰離子來說，這種傾向可被朝著抑制器18的方向的更快的電滲流動所克服。如果毛細管10象上面所討論的那樣帶正電，那麼要用電極14作負極，用電極36作正極，以使電滲流動是朝著抑制器18的陽離子交換材料的方向。另外，如果毛細管10帶正電，那麼所研究的陰離子會朝著與電滲流動相同的方向遷移，即朝著抑制器18的方向遷移。因此在本具體方法中採用帶正電的毛細管10有一個明顯的好處。然而，這並不是至關重要的，因為在本具體方法中採用帶負電的毛細管10有很多好處。在抑制器18中，緩衝劑的陽離子在離子交換管31的內表面處被交換成氫離子，以使緩衝劑11轉化成弱酸溶液而形成受抑制的緩衝溶液。如果電極36帶負電，抑制器的效率便得到提高。然後該受抑制的緩衝溶液流過電導率檢測器25。用檢測器25測得的該受抑制的緩衝劑的電導率與緩衝劑11的電導率相比是較低的。當所研究的離子流過檢測器25時，在具有受抑制的緩衝劑的情況下可以將這些離子靈敏地檢測出來。在這方面，本發明與離子色譜法中的受抑制的檢測是相似的。當然，希望通過前面在毛細管10中進行的電泳能將所研究的離子分在檢測到的不同的區域中。抑制器18的離子交換材料是通過在管31外周圍流動著稀硫酸再生劑20的流動而得以再生的。上面參照圖1而討論的陰離子分析具體方法比上面參照圖5而討論的陰離子分析具體方法更為適用，因為它更簡單且可能更為有效。在以上討論中緩衝劑都含有一種弱酸鹽。然而本發明並不限於含弱酸鹽的緩衝劑，例如象氫氧化鈉那樣的強鹼也可使用，它被抑制器轉化成水。在使用電導率檢測器時，當緩衝劑的陽離子交換成再生劑的陽離子時，必須將緩衝劑轉化成電導率較低的溶液。在這方面，參考受抑制的檢測的離子色譜技術將可看到可用於本發明的其他緩衝劑和再生劑陽離子。如果除電導率檢測器外還使用另一種檢測器，當緩衝劑的陽離子交換成再生劑陽離子時，必須將緩衝劑轉化成具有較低檢測器響應的溶液。緩衝劑的陰離子的電泳流動性最好與所研究的陰離子大致相同。
本發明的有關陽離子分析的一種具體實施方案可參照圖5而理解。將毛細管10暫時浸入試樣16中以將試樣16引入毛細管10。該試樣含有所研究的陽離子。緩衝劑11含有一種弱鹼鹽(例如鹽酸苯胺溶液)或一種兩性離子化合物鹽(如鹽酸合甘氨酸)。抑制器18的離子交換材料是一種陰離子交換劑，例如DOW公司的DOWEX2牌號離子交換材料。再生劑20是一種氫氧離子源(例如稀氫氧化鈉)或呈氫氧離子形態的離子交換微粒的懸浮液。接通電源13，使電場從緩衝橋42沿毛細管10的內徑延伸。如果毛細管10象上面所討論的那樣帶正電，要用電極14作負極用電極36作正極，以使電滲流動是朝著抑制器18的陰離子交換材料的方向。另外，如果毛細管10帶正電，所研究的陽離子會從毛細管10的入口部分遷移出來而進入儲器12。對於所研究的許多陽離子來說，這種傾向可被朝著抑制器18的方向的更快的電滲流動所克服。如果毛細管10象上面討論的那樣帶負電，那麼要用電極14作正極，用電極36作負極，以使電滲流動是朝著抑制器18的陰離子交換材料的方向。另外，如果毛細管10帶負電，所研究的陰離子會朝著與電滲流動相同的方向遷移，即朝著抑制器18的方向遷移。因此，在這個具體方法中使用帶負電的毛細管10有一個明顯的好處。然而這並不是至關重要的，因為在這個具體方法中使用帶負電的毛細管10有很多好處。現在也參照圖2，在抑制器18中，緩衝劑的陰離子在離子交換管31中的內表面處被交換成氫氧離子，使緩衝劑11轉化成弱鹼溶液，形成受抑制的緩衝溶液。然後該受抑制的緩衝溶液流過電導率檢測器25。由檢測器25測得的該受抑制的緩衝劑的電導率與緩衝劑11的電導率相比是較低的。當所研究的陽離子流過檢測器25時，在具有受抑制的緩衝劑的情況下可以將這些離子靈敏地檢測出來。在這方面，本發明與IonChromatography中的受抑制的檢測是相似的。當然希望通過前面在毛細管10中進行的電泳能將所研究的陽離子分在檢測到的不同的區域中。抑制器18的離子交換材料是靠在管31外面周圍流動著的稀氫氧化鈉再生劑20的流動而得以再生的。在以上討論中緩衝劑含有一種弱鹼鹽。然而本發明並不限於含弱鹼鹽的緩衝劑，例如像硫酸那樣的強酸也可使用，它被抑制器轉化成水。在使用電導率檢測器時，當緩衝劑的陰離子交換成再生劑的陰離子時，必須將緩衝劑轉化成具有較低電導率的溶液。在這方面，參考受抑制的檢測的IonChromatography技術，將可看到可用於本發明的其他緩衝劑和再生劑陽離子。如果除電導率檢測器，外還使用另一種檢測器，當緩衝劑的陰離子交換成再生劑的陰離子時，必須將緩衝劑轉化成具有較低的檢測器響應的溶液。緩衝劑的陽離子的電泳流動性最好與所研究的陽離子大致相同。
本發明的有關陽離子分析的另一種具體實施方案可參照圖1和圖2而得以理解。將毛細管10暫時浸入試樣16中以將試樣16引入毛細管10。該試樣含有所研究的陽離子。緩衝劑11含有一種弱鹼鹽(例如鹽酸苯胺溶液)或一種兩性離子化合物鹽(如鹽酸合甘氨酸)。抑制器18的離子交換材料是一種陰離子交換劑，例如Dow公司的DOWEX2牌號離子交換材料。再生劑20是一種氫氧離子源(例如稀氫氧化鈉)或呈氫氧離子形態的離子交換微粒的懸浮液。接通電源13，使電場通過離子交換管31沿毛細管10的內徑延伸。如果毛細管10像上面所討論的那樣帶正電，要用電極14作負極，用電極36作正極，以使電滲流動是朝著抑制器18的陰離子交換材料的方向。另外，如果毛細管10帶正電，所研究的陽離子會從毛細管10的入口部分遷移出來而進入儲器12。對於所研究的許多陽離子來說，這種傾向可被朝著抑制器18的方向的更快的電滲流所克服。如果毛細管10像上面所討論的那樣帶負電，那麼要用電極14作正極，用電極36作負極，以使電滲流動是朝著抑制器18的陰離子交換材料的方向。另外，如果毛細管10帶負電，所研究的陰離子會朝著與電滲流動相同的方向遷移，即朝著抑制器18的方向遷移。因此，在這個具體方法中使用帶負電的毛細管10有一個明顯的好處。然而這並不是至關重要的，因為在這個具體方法中使用帶正電的毛細管10有很多好處。在抑制器18中，緩衝劑的陰離子在離子交換管31的內表面處被交換成氫氧離子，使緩衝劑11轉化成弱鹼溶液，形成受抑制的緩衝溶液。如果電極36帶正電，抑制器的效率便提高。然後該受抑制的緩衝溶液流過電導率檢測器25。由檢測器25測得的該受抑制的緩衝劑的電導率與緩衝劑11的電導率相比是較低的。當所研究的陽離子流過檢測器25時，在具有受抑制的緩衝劑的情況下可以將這些離子靈敏地檢測出來。在這方面，本發明與IonChromatography中的受抑制的檢測是相似的。當然希望通過前面在毛細管10中進行的電泳能將所研究的陽離子分在檢測到到的不同的區域中。抑制器18的離子交換材料是靠在管引外面周圍流動著的稀氫氧化鈉再生劑20的流動而得以再生的。上面參照圖1所討論的陽離子分析的具體方法更為適用。因為它更簡單而且可能更為有效。在以上討論中。緩衝劑含有一種弱鹼鹽。然而本發明並不限於含弱鹼鹽的緩衝劑，例如像硫酸那樣的強酸也可使用，它被抑制器轉化成水。在使用電導率檢測器時，當緩衝劑的陰離子交換成再生劑的陰離子時，必須將緩衝劑轉化成具有較低電導率的溶液。在這方面，參考受抑制的檢測的IonChromatography技術，將可看到可用於本發明的其它緩衝劑和再生劑陽離子。如果除電導率檢測器，外還使用另一種檢測器，當緩衝劑的陰離子交換成再生劑的陰離子時，必須將緩衝劑轉化成具有較低的檢測器響應的溶液。緩衝劑的陽離子的電泳流動性最好與所研究的陽離子大致相同。
如果使用不帶電的毛細管，那麼在毛細管中就不會有電滲流。如果在毛細管中沒有電滲流動，那麼就沒有將分離的離子送往檢測器的裝置。在本發明中克服這一問題的方法是在毛細管的出口部分引入流動的緩衝劑流，水流或溶劑流。現在參照圖5，可以看到在毛細管10的出口部分與緩衝橋42之間放置一個T形管，以使緩衝劑，水或溶劑可以通過該T形管而引入。與此相似，在圖1中在毛細管10的出口部分與抑制器18之間放置一個T形管，以使緩衝劑、水或溶劑可以通過該T形管而引入。防止流動著的緩衝劑流、水流或溶劑流朝毛細管的入口部分倒流的方法是例如用緩衝劑11充滿儲器12，然後將儲器12密封。
在本發明中最好採用電導率檢測器。然而這對本發明來說並不是至關重要的。例如也可使用光度檢測器。其他可用的檢測器包括質譜儀、折光率檢測器和介電常數檢測器。因此，任何檢測器，只要它在緩衝劑受抑制的情況下能更好地檢測離子，都可使用。
如上所述，本發明的毛細管可以帶正電、負電或不帶電。如果毛細管帶正電且所研究的離子包含負離子，或者如果毛細管帶負電且所研究的離子包含正離子，那麼就會有所研究的離子的電泳和所研究的離子的離子交換色譜，通常可以為本發明的大部分分離是由於電泳而造成的。然而如果本發明的毛細管含有一種離子交換材料(例如用離子交換樹脂塗敷毛細管或用離子交換樹脂顆粒，塗敷薄膜離子交換劑或微粒狀離子交換劑填充毛細管)，那麼可以設想離子交換色譜會成為本發明的重要分離方式。
實施例1組裝如圖1所示的系統。毛細管10是內徑為75微米、長度為60釐米的熔融石英毛細管。圖2的管引的長度為5毫米，是由經過加熱並在溶劑中溶脹的NAF10N管拉伸成內徑為125微米的管。電極36的位置如圖2所示，因為其極性有助於提高抑制器18的效率。再生劑20是以100微升/分的流率流過抑制器18的5毫摩爾硫酸。緩衝劑11是pH為8。4的1毫摩爾硼砂。這樣，毛細管10的內表面帶負電。試樣16含-氯代醋酸根，二氯代醋酸根和三氯代醋酸根，其含量各為10毫克/升。將毛細管10的一端浸入試樣16中，提起儲器17，使其比儲器29高出10釐米，並保持30秒，以將試樣引入毛細管10，然後將毛細管10放回儲器12中。對電極14外加2萬伏正電壓。導線19接地。將一長條紙記錄器與電導率檢測器25相連，該記錄器記錄的電泳圖表明在約3。9分處有三氯代醋酸根峰，在約4。1分處有二氯代醋酸根峰，在約4。3分處有一氯代醋酸根峰。
實施例2基本上重複實施例1的實驗，所不同的是再生劑20是採用去離子水。電泳圖表明在約3。9分處有一氯代醋酸根峰，在約4。1分處有二氯代醋酸根峰，在約4。3分處有三氯代醋酸根峰。本實施例表明在本發明中水可以是再生劑的氫離子源。
實施例3組裝一般如圖1所示的系統。毛細管10是內徑為150微米，長度為40釐米的熔融石英毛細管。通過以上三步驟使毛細管10的內表面帶正電(a)用由以上組分按所示比例組成的溶液充滿毛細管管1%百分之百水解的聚乙烯醇，2%磷酸、1%聚二烯丙基二甲基氯化銨和96%水;(b)將該毛細管置於烘箱中，在90℃下保持2小時;(c)將該毛細管冷卻並用緩衝劑漂洗1小時。這樣在毛細管中產生約1微米厚的改性聚乙烯醇塗層。圖2的管引的長度為5毫米，其製造方法是在一塊在溶劑中溶脹過的NAFION上鑽孔，然後將其乾燥並趁熱套在毛細管10和管24上。這樣獲得的通過NAFION的通道的內徑約為70微米。電極36的位置靠近NAFION塊的與毛細管10相連的一端，以最大限度地減少其對抑制器的效率的影響。再生劑20是以100微升/分的流率流過抑制器18的5毫摩爾硫酸。緩衝劑11是PH為8。4的0。5毫摩爾硼砂。試樣16含有亞硝酸根、硝酸根、硫酸根和醋酸根，其含量各為10毫克/升。將試樣引入毛細管10的方法是將毛細管10的一端浸入試樣16中，提起儲器17，使其比儲器29高出10釐米，並保持30秒，然後將毛細管10放回儲器12中。對電極14外加2萬伏負電壓。導線19接地。將一長條純記錄器與電導率檢測器25相連。該記錄器記錄的電泳圖表在約4。5分處有硫酸根峰，在約5分處有亞硝酸根峰，在約5。3分處有硝酸根峰，在約6分處有醋酸根峰。亞硝酸根和硝酸根的分離程度大於根據這兩種離子的電泳流動性所作出的估計，這可能是由於離子交換色譜在毛細管10中產生了附加效應。
權利要求
1.一種改進的毛細管電泳裝置，該裝置包括一具有一個試樣入口部分和一個出口部分的毛細管，一個與毛細管的入口部分互通電流的第一電極，一個與毛細管的出口部分互通電流的第二電極，一個與第一電極和第二電極通電流的電源以及與毛細管的出口部分互通液體的檢測器，其中改進之處包括離子交換裝置，離子交換裝置置於毛細管的出口部分與檢測器之間，且它與毛細管的出口部分和檢測器之間是互通液體的，該離子交換裝置是非侵入性的。
2.按照權利要求1所述的裝置，其中離子交換裝置為一導管，該導管含有一種離子交換材料，導管的通道與毛細管的出口部分是互通液體的。
3.按照權利要求2所述的裝置，其中第二電極位於導管之外，使第二電極能通過導管以與毛細管的出口部分互通電流。
4.一種改進的毛細管電泳裝置，該裝置包括一具有一個試樣入口部分和一個出口部分的毛細管，一個其通道與毛細管互通液體的多孔導管裝置，一個與毛細管的入口部分通電流的第一電極，一個通過多孔導管裝置而與毛細管的出口部分通電流的第二電極，一個與第一電報和第二電極通電流的電源以及與多孔導管裝置通液體的檢測器，其中改進之處包括離子交換裝置，離子交換裝置置於多孔導管裝置與檢測器之間，且它與多孔導管裝置的通道和檢測器之間是互通液體的，該離子交換裝置是非侵入性的。
5.按照權利要求4所述的裝置，其中離子交換裝置為一離子交換導管，該導管含有一種離子交換材料，離子交換導管與多孔導管的通道是互通液體的。
6.一種包括以上步驟的陰離子分析方法(a)通過在緩衝溶液中進行電泳以分離所研究的陰離子;(b).用一非侵入性陽離子交換裝置將緩衝劑的陽離子交換成再生劑的陽離子，從而降低緩衝劑的電導率以產生受抑制的緩衝劑;(c).測量受抑制的緩衝劑的電導率以測定分離的陰離子。
7.一種包括以下步驟的陽離子分析方法(a).通過在緩衝溶液中進行電泳以分離所研究的陽離子;(b).用一非侵入性陰離子交換裝置將緩衝劑的陰離子交換成再生劑的陰離子，從而降低緩衝劑的電導率，以形成受抑制的緩衝劑。(c).測量受抑制的緩衝劑的電導率以測定分離的陽離子。
8.一種包括以下步驟的陰離子分析方法(a).將試樣引入一毛線管中，該毛細管含有一種電泳緩衝劑，試樣含有所研究的陰離子，該電泳緩衝劑也與一種陽離子交換材料接觸，該陽離子交換材料將電泳緩衝劑與再生劑陽離子源隔開;(b).使沿著毛細管的通道產生電場，以使電流緩衝劑通過電滲流動流向陽離子交換材料;(c).用該陽離子交換材料使電泳緩衝劑的陽離子交換成再生劑的陽離子，從而降低電泳緩衝劑的電導率，形成受抑制的電泳緩衝劑;(d).測量受抑制的緩衝劑的電導率以測定分離的陰離子。
9.按照權利要求8所述的方法，其中，在步驟(b)中，電場沿毛細管的通道產生並通過陽離子交換材料。
10.一種包括以下步驟的陽離子分析方法(a).將試樣引入一毛細管中，該毛細管含有一種電泳緩衝劑，試樣含有所研究的陽離子，該電泳緩衝劑也與一種陰離子交換材料接觸，該陰離子交換材料將電泳緩衝劑與再生劑陰離子源隔開;(b).使沿毛細管通道產生電場，以使電泳緩衝劑通過電滲流動流向陰離子交換材料;(c).用該陰離子交換材料使電泳緩衝劑的陰離子交換成再生劑的陰離子，從而使電泳緩衝劑的電導率降低，形成受抑制的電泳緩衝劑;(d).測量受抑制的緩衝劑的電導率以測定分離的陽離子。
11.按照權利要求10〔譯註〕所述的方法，其中，在步驟(b)中，電場沿毛細管通道產生並通過陰離子交換材料。
全文摘要
改進的毛細管電泳裝置，包括一毛細管，靠近毛細管的入、出口端的第一電極和第二電極以及與第一和第二電極相通的高壓電源。改進之處是使膜抑制器與毛細管的出口端相連，使電導率檢測器與膜抑制器相連並將第二電極置於膜抑制器的再生劑室內。陰離子分析的方法包括(a)在緩衝液中進行電泳分離所研究的陰離子；(b)用膜抑制器將緩衝液陰離子交換成再生劑陰離子，從而使緩衝液的電導率降低，形成受抑制的緩衝液；(c)測量受抑制的緩衝液的電導率以測定分離的陰離子。用相似方法分析陽離子。
文檔編號G01N27/447GK1073262SQ9211085
公開日1993年6月16日 申請日期1992年9月24日 優先權日1991年9月24日
發明者P·K·達斯格普塔, 包立元 申請人:陶氏化學公司