ИНЖЕКТОР ДЛЯ КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА Российский патент 1997 года по МПК G01N27/26 

Изобретение относится к устройствам ввода пробы, а именно, к инжекторам с фиксированным объемом для ввода пробы в аналитический разделительный капилляр электрофоретической (ЭФ) установки.

Известно устройство ввода пробы [1] которое выполнено в виде плоской пластины (кассеты) с зафиксированными в ней каналами (сегментами), имеющими форму аналитического капилляра длиной 1 4 см. Кассета перемещается между двумя неподвижными пластинами, в одной из которых зафиксирован аналитический капилляр, а в другой имеется канал для связи с буферным резервуаром.

Основными недостатками такого устройства являются:
а) довольно высокая сложность конструкции;
б) низкая надежность, обусловленная периодическим разрывом аналитической линии ЭФ устройства при переключении дозирующих элементов и наличием подвижных частей;
в) смачивание между движущимися поверхностями, приводящее к ухудшению воспроизводимости результатов дозирования;
г) высокие требования к соосности каналов в перемещающихся друг относительно друга пластинах.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является инжектор для электрофоретических устройств [2] представляющий собой поворотный плоскостной кран-дозатор. Фиксированный объем пробы (0,35 мкл) образуется за счет канала в средней поворотной плоской пластине (роторе) из диэлектрика, зажатой между двумя неподвижными (статорными) пластинами, изготовленными из особо прочной керамики.

Соединение инжектора с аналитической линией ЭФ устройства и линией подачи пробы осуществляется с помощью хроматографических резьбовых штуцеров и герметизирующих прокладок. По аналогии с [1] конструкцию такого устройства можно представить в виде соосного набора трех пластин двух статорных и одной роторной, в которых сформированы каналы для переключения между двумя жидкостными линиями, аналитической и линией подачи пробы.

Основными недостатками устройства являются:
а) довольно высокая сложность конструкции;
б) сложность изготовления, обусловленная требованием высокой степени соосности каналов в роторной и статорной пластинах;
в) довольно большой объем дозирования, не соответствующий требованиям современных ЭФ установок, уменьшение которого в данной конструкции связано с уменьшением диаметра канала в роторной пластине или уменьшением толщины этой пластины, что имеет некоторый технологический предел;
г) наличие эффекта смачивания, который присущ конструкциям с движущимися друг относительно друга поверхностями.

Эти недостатки приводят к снижению эффективности электрофоретического разделения, ухудшению воспроизводимости результатов, низкой надежности инжектора.

Целью изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности и воспроизводимости инжектора.

Указанная цель достигается тем, что в инжекторе для капиллярного электрофореза содержится корпус, состоящий из двух герметично соединенных между собой плоско-параллельных пластин из диэлектрика, в котором выполнены аналитический канал, входной и выходной каналы подачи пробы, образованные тремя канавками прямоугольного сечения одинаковой глубины, расположенными на поверхности одной из плоско-параллельных пластин.

Согласно изобретению входной и выходной каналы подачи пробы подведены к аналитическому каналу с двух противоположных сторон относительно оси аналитического канала.

Ширина аналитического канала в 2 3 раза превышает его глубину, а ширина каналов подачи пробы в 1,5 2 раза меньше их глубины. Точки пересечения оси аналитического канала с осями каналов подачи пробы расположены друг от друга на расстоянии не меньшем, чем ширина каналов подачи пробы.

Выполнение всех трех каналов одинакового профиля и одинаковой глубины с шириной аналитического канала, в 2 3 раза превышающей его глубину при ширине каналов подачи пробы в 1,5 2 раза меньшей их глубины позволяет свести к минимуму эффект разрыва электрического двойного слоя в месте соединения входного и выходного каналов подачи пробы с аналитическим каналом инжектора, т. к. при этом электрический двойной слой разрывается на более узкой, чем ширина, стенке прямоугольного канала.

Наличие смещения точек пересечения осей каналов на расстояние, не меньшее ширины каналов подачи пробы, а также подведение входного и выходного каналов с противоположных сторон по отношению к оси аналитического канала также позволяет снизить эффект разрыва электрического двойного слоя по сравнению с конструкцией, где такое смещение отсутствует.

Снижение эффекта разрыва электрического двойного слоя позволяет улучшить воспроизводимость предлагаемого инжектора примерно в 3 раза. За счет сведения к минимуму количества пластин, образующих тело инжектора, происходит упрощение конструкции инжектора. Исключение перемещающихся друг относительно друга пластин, в которых происходит совмещение каналов для переключения аналитической и пробоотборной линии, позволяет повысить надежность устройства.

Объем пробы в инжекторе определяется шириной, глубиной каналов и расстоянием между точками пересечения центральных осей аналитического, входного и выходного каналов.

На предлагаемом инжекторе можно достичь фиксированного объема пробы на уровне пиколитров, применяя более узкие каналы и уменьшая тем самым площадь поперечного сечения каналов.

В предлагаемой конструкции, благодаря отсутствию пластин, исключаются эффекты, связанные с явлением смачивания движущихся поверхностей, что позволяет обеспечить высокую воспроизводимость результатов дозирования.

На фиг. 1 показан инжектор, поперечный разрез; на фиг. 2 схема включения инжектора в аналитическую линию; на фиг. 3 схема введения пробы; на фиг. 4 схема процесса заполнения и ЭФ разделения установки высокоэффективного капиллярного электрофореза.

Инжектор содержит корпус 1, аналитический (проточный) канал 2, входной канал 3, выходной канал 4. Буквами а и б обозначены точки пересечения осей каналов. На разрезе А-А показано герметичное присоединение плоско-параллельной пластины 5 с прямоугольными канавками 6 к плоско-параллельной пластине 7.

Инжектор жестко соединяется с аналитическим капилляром 8, соединительным капилляром 9 и капиллярами подачи и отвода пробы 10. Аналитическая часть установки содержит также буферные резервуары 12 с электродами 13.

Процесс дозирования и работы ЭФ устройства осуществляется в несколько этапов и поясняется схемами (фиг. 2 4).

Первый этап заключается в заполнении ЭФ буфером аналитической части ЭФ устройства, включающий в себя буферные резервуары 12, соединительный капилляр 9, проточный канал 2 инжектора, аналитический капилляр 8, вентили 11, перекрывающие аналитическую и пробоотборную линию. Заполнение происходит при заглушенной с обоих концов линии подачи пробы по пути d-e-f (фиг. 4).

Следующий этап заключается в заглушивании с обоих концов аналитической линии, открывании линии подачи пробы и дозировании по пути a-b-c исследуемого вещества.

Последним этапом является открывание аналитической линии, заглушивание линии подачи пробы и приложение высокого напряжения к аналитической линии через электроды 13.

Формирование фиксированного объема происходит благодаря вытеснению пробой ЭФ буфера того же самого объема, что и объем пробы, что обеспечивает высокую воспроизводимость дозирования.

Допустимо изготовление инжектора, состоящего из двух соединенных между собой пластин, в каждой из которых сформированы идентичные канавки.

Результаты исследований показали, что наилучшая воспроизводимость инжектора (0,3%) наблюдается при ширине аналитического канала, в 2 3 раза превышающей его глубину и ширине каналов подачи пробы в 1,5 2 раза меньшей их глубины.

При ширине аналитического канала, в 1,5 и 3,5 раза превышающей его глубину, воспроизводимость ухудшается и становится равной 0,6% и 0,5% соответственно.

При ширине каналов подачи пробы в 1,2 и 2,5 раза меньшей их глубины воспроизводимость также ухудшается и становиться равонй 0,45 и 0,65% соответственно.

При расстоянии между точками пересечения оси аналитического канала с осями каналов подачи пробы меньшем ширины каналов подачи пробы увеличивается разрыв двойного слоя по боковым поверхностям аналитического канала и вследствие этого резко ухудшается воспроизводимость инжектора.

Максимальное расстояние между точками определяется наибольшим объемом дозирования 50 нл, характерным для капиллярного электрофореза.

При ширине канавки аналитического канала 100 мкм, ширине канавок подачи пробы 30 мкм, при глубине всех канавок 50 мкм объем дозирования 50 нл обеспечивается расстоянием между точками пересечения, равным 5 мм.

В табл. 1 и 2 приведены зависимости воспроизводимости инжектора от отношения ширины аналитического канала и каналов подачи пробы к их глубине.

Предложенное техническое решение позволяет:
1) упростить конструкцию инжектора за счет сведения к минимуму количества пластин, образующих тело инжектора;
2) повысить надежность инжектора за счет полного устранения эффекта смачивания между движущимися поверхностями;
3) снизить объем дозирования до пиколитрового уровня с сохранением воспроизводимости результатов дозирования за счет уменьшения геометрических размеров каналов инжектора.

Предлагаемый инжектор прост в изготовлении и надежен в эксплуатации. Для изготовления плоско-параллельных пластин используют кварцевое стекло. Формирование каналов можно осуществлять методом травления, а соединение пластин инжектора производить методом глубокого оптического контакта.

Воспроизводимость по объему дозирования предлагаемого инжектора не хуже 0,3% минимальный объем дозирования не более 300 пл.

Предлагаемый инжектор будет использован в разрабатываемой установке высокоэффективного капиллярного электрофореза в Дзержинском ОКБА.

Источники информации
1. Патент США N 4911807, кл. C 25 B 7/00, 1990.

2. Tsuda T. Mizuno T. Akiyma L. Anal. Chem. 1987, V. 59, p.p. 799-800.

Изобретение относится к устройствам ввода пробы, а именно к инжектору для капиллярного электрофореза, содержащему корпус, состоящий из двух герметично соединенных между собой плоско-параллельных пластин из диэлектрика, в котором выполнены аналитический канал и входной и выходной каналы подачи пробы, при этом аналитический канал и входной и выходной каналы подачи пробы образованы тремя канавками прямоугольного сечения одинаковой глубины, расположенными на поверхности одной из плоско-параллельных пластин, входной и выходной каналы подачи пробы подведены к аналитическому каналу с двух противоположных сторон относительно оси аналитического канала, причем ширина аналитического канала в 2 - 3 раза превышает его глубину, а ширина каналов подачи пробы в 1,5 - 2 раза меньше их глубины, и точки пересечения оси аналитического канала с осями каналов подачи пробы расположены друг от друга на расстоянии не меньшем, чем ширина каналов подачи пробы. 4 ил., 2 табл.

Инжектор для капиллярного электрофореза, содержащий корпус, состоящий из двух герметично соединенных между собой плоскопараллельных пластин из диэлектрика, в котором выполнены аналитический канал и входной и выходной каналы подачи пробы, отличающийся тем, что аналитический канал и входной и выходной каналы подачи пробы образованы тремя канавками прямоугольного сечения одинаковой глубины, расположенными на поверхности одной из плоскопараллельных пластин, входной и выходной каналы подачи пробы подведены к аналитическому каналу с двух противоположных сторон относительно оси аналитического канала, причем ширина аналитического канала в 2 3 раза превышает его глубину, а ширина каналов подачи пробы в 1,5 2 раза меньше их глубины, и точки пересечения оси аналитического канала с осями каналов подачи пробы расположены одна от другой на расстоянии не меньше ширины каналов подачи пробы.