专利名称：一种温度控制微分离系统切换与截止的方法及专用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及微分离系统，具体地说是一种温度控制微分离系统切换与截止的方法及专用装置。
背景技术：
近年来由于微柱液相色谱、二维和多维HPLC、毛细管电泳和电色谱、微全分析系统(Lab-on-a-chip、μTAS)、阵列芯片电泳等微分离技术以其高效、样品用量少、应用范围宽等特点而引起分析化学、生物、医药等领域的广泛关注；传统HPLC流动相流速在毫升级，而微分离技术流动相一般要求在每分钟纳升至微升级流速范围完成分离分析，要求在极低流动相流速下保证组成精度，进样体积、检测及管路等整个系统的死体积极小，甚至达到绝对零死体积系统[文献1Nolan A.Polson，Mark A.Hayes.Microfluidics Controlling Fluids in Small Places，Anal.Chem.，2001 June 1，2001；pp 312 A-319 A.。文献2Daniel Figeys，Devanand Pinto.Lab-on-a-chipA Revolution in Biological and Medical Sciences.Anal.Chem.，2002，(9)，330A]。
在低压液相色谱系统中，一般采用电磁阀控制改变各不同流路的抽吸时间比例，以达到调整其配比实现梯度分离的目的；在流动相总流速较低或其中一路或多路流动相的流速较低情况下，由于系统中控制切换的电磁阀、单向阀等的死体积较大，导致流动相组成的不确定性从而导致分析精度降低甚至分析失败。
在常规HPLC分析中，高压六通进样阀基本能够满足实际要求，但是在微柱HPLC分析中，由于流动相流速很低、进样量要求在纳升至微升范围甚至更小，传统的的进样阀常会导致进样量过大形成超载引起分离色谱柱过载，导致色谱峰展宽或分离失败。
在传统HPLC和微柱HPLC也可以进行半制备或微量制备，一般是通过检测器监控、切换阀控制收集特定目标组分；在微量制备中，死体积相对流动相流速非常大是采用目前的切换阀存在的主要问题，导致收集目标组分特别困难、收集效率极低、回收率低等结果。
二维和多维HPLC在蛋白质组、中药等复杂样品的分离中具有突出优势，但是由于传统液相色谱利用切换阀实现不同分离模式之间转化过程中存在死体积太大、切换时间不易控制等限制，制约了该技术的广泛应用，在阵列电泳、微全分析系统等复杂体系微流路系统控制中存在同样的问题。
目前HPLC、毛细管电泳等常用分离技术中连接与溶剂切换、进样等许多技术不能满足微分离技术的需要，在很大程度上限制了微分离分析技术的发展及应用；因此发展微分离技术设备及相关附件是非常必要和重要的。

发明内容
本发明的目的是提供一种零死体积、无断流的温度控制微分离系统切换与截止的方法及专用装置。采用本发明方法及装置在微分离系统中精确控制流路中流动相、溶剂、样品溶液等流体切换及改变流动方向，进行微分析中流动相低压梯度控制、实现无死体积无断流进样及微量制备、衍生反应。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为通过改变系统中局部管路的温度实现管路中流体的冻结与融化过程，控制微分离系统中流体截至、切换及流动方向的改变。
其中所述微分离系统是指液相色谱系统、毛细管电泳、电色谱、微全分析系统或阵列电泳；液相色谱系统为微柱高压液相色谱(HPLC)、二维HPLC、多维HPLC或低压液相色谱；所述阵列电泳是指阵列芯片电泳。
一种可实现上述方法的专用装置为在微分离系统管路中设有至少一组与致热及致冷装置相连的致冷及致热喷口或冷阱。
本发明具有如下优点1.本发明作为流路控制阀，起到一种独特的切换阀和截止阀的作用。同时在微柱HPLC系统中高压部分的管路中可通过方便调整冻结液体的长度，调节阻止阀的耐压程度达到相应的目的。
2.具有零死体积、无渗漏切换特点，进样精度高、速度快。本发明方法及装置能够在极短时间内(一般小于300毫秒)完成流速从纳升到毫升范围流体的开通和截止过程，保证不存在死体积；解决了微柱HPLC、电泳和电色谱、微全分离系统和阵列电泳等微分离系统进样问题。
3.程序控制。本发明通过时间程序(程序控制温度变化的时间)控制多通道切换(相当于切换阀)可以实现多种不同流体的实时高精度定量比例调节，作为低压液相色谱溶剂控制微分离系统溶剂调节与控制系统；本发明采用时间程序控制管路中流体的冻结和融化，不仅能够完全避免系统本身死体积和流量不确定性等问题，还能实现精确控制流动相配比(溶剂切换和分配)的梯度微分离分析。作为低压液相色谱梯度流动相控制器和分配阀，实现宽流量范围、极大比例差异、多组分流动相的高精度混合与精密控制。
4.进样精度高、速度快。本发明用于HPLC进样系统的控制，能够实现宽范围进样量、尤其对于微柱HPLC极少量进样量高精度的要求，具有进样速度极快、不断流的特点，是目前所有HPLC进样阀所不能完成的；其中采用零死体积、无断流进样阀进样，实现了极微量样品的进样；该管路系统上的切换和截止阀还具有方便易控等特点，作为HPLC进样阀，完成微升至纳升(相同或不同)精确体积的极少量样品的不断流进样。
5.应用范围广。本发明可用于二维或多维色谱、阵列电泳、微分离系统等系统中不同分离模式色谱柱之间的切换控制(相当于切换和控制阀)，用于蛋白质组、中药等复杂样品的分离分析；利用本发明的温控(阀)方法能够方便实现流体的切换，设定程式采集不同模式下分离的组分，进入下一种分离模式，实现快速高效分离。另外，本发明用于微量制备及半制备HPLC产物(目标样品组分)的收集控制和切换，相对于目前的阀转换方法具有快速、回收率高、收集效率高等特点，工作效率明显提高；本发明作为温控切换阀，能够实现无死体积、快速响应，所以在微量及半制备中具有独特优势。
6.结构简单、操作方便。由于本发明革新了低压液相色谱梯度流动相输送系统的方式，极大地提高了流动相组成的精度，保证了分离效果的重现性，从而简化了装置。


图1为本发明专用装置示意图。
图2为微分离系统中溶剂混合装置示意图。
图3为双柱切换装置示意图。
图4为二维微分离系统馏份收集图。
图5为二维微分离系统馏份分离图。
具体实施例方式
本发明采用温度控制微分离系统管路中流体的冻结与融化过程，实现流体切换及流动方向的改变；本发明提出一种采用温度控制微柱HPLC、毛细管电泳和电色谱、微全分离系统、阵列电泳微分离系统管路中流体的冻结与融化过程，完成流体流动的控制；其是根据流体在低温下会凝结成固体，当温度升高后融化的原理设计，利用液氮、干冰或其他制冷系统产生的低温使管路中的液体凝结，由于常用微分离系统管路的常用不锈钢或石英等管路传热快，管径相对较细，管内液体可在极短时间(一般小于300毫秒)内凝结成固体从而阻塞管路，通过热源输送的热气或由加热系统提供的热量使管路阻塞处迅速升温，凝固液体熔化后可重新流动，继续进行分离分析工作，通过上述过程实现控制液流的目的；尽管可能管壁与其内的液体的热膨胀系数存在较大差异，但由于冻结的长度与内径相比极大，因此并不妨碍阻止流体流动之目的，同时在微柱HPLC系统中高压部分的管路中可通过方便调整冻结液体的长度，调节阻止阀的耐压程度达到相应的目的。
实施例1 流路控制如图1所示，其中1.毛细管管路；2.致热喷口；3.致冷喷口；4.致热装置；5.致冷装置。本发明根据流体在低温下会凝结成固体，当温度升高后融化的原理设计，利用液氮、干冰或其他制冷系统5产生的低温通过喷口3使充满管路1中的液体凝结，由于常用微分离系统管路的常用不锈钢或石英等管路传热快，管径相对较细，管内液体可在极短时间(一般小于300毫秒)内凝结成固体从而阻塞管路，通过热源4输送的热气通过接口2使得管路阻塞处迅速升温，凝固液体熔化后可重新流动，继续进行分离分析工作，通过上述过程实现控制液流的目的。
实施例2 低压梯度溶剂控制和切换如图2所示，其中1.毛细管管路；2.致热喷口；3.致冷喷口；4.致热装置；5.致冷装置；6.分离系统；7.恒流泵；8.溶剂储存瓶；9.混合器。恒流泵7将储存于溶剂瓶中的溶剂A、B和C分别通过毛细管路1引进系统，通过混合器9混合均匀后进入分离系统6，通过程序控制致冷装置5和致热装置4的切换时间，从而使控制三路毛细管的致热喷口2和致冷喷口3按照时间程序交替作用使三个毛细管按照设定的时间程序比例运行达到控制进入系统的溶剂ABC的比例，实现溶剂梯度控制的目的。该系统避免了传统分离系统机械切换阀、电磁阀控制切换带来的死体积、滞后时间增加等问题，实现了零死体积溶剂切换，在多维HPLC色谱、电泳等微分离系统中具有明显的优势。
实施例3 双柱切换系统如图3所示，其中1.毛细管管路；2.致热喷口；3.致冷喷口；7.恒流泵或高压电源；11.进样阀；10.检测器；14.色谱柱1；15.色谱柱2。采用温控在微柱液相或毛细管电泳、电色谱分离中实现双柱切换。毛细管柱中的液体在高压恒流泵或高压电源7驱动下流动，致冷喷口3和致热喷口2控制液体流动的方向，按照箭头a指示通过色谱柱1分离后进入检测器10或按照箭头b指示流向通过色谱柱2分离后进入检测器10进行检测；按照上述方法，根据样品的性质和流动相条件，能够方便实现色谱柱切换，实现分离目的。
实施例4 二维微分离系统切换二维色谱在蛋白质组、中药等复杂样品的分离中具有突出优势，该方法首先将一种分离模式对样品进行分离，然后将馏分分段收集再进入另外一种色谱模式进行分离。
如图4所示，其中2.致热喷口；3.致冷喷口；7.恒流泵或高压电源；10.检测器；11.进样阀；12.馏分收集管；13.废液瓶；14.色谱柱1；15.色谱柱2。本实施例通过高压恒流泵7输送流动相通过进样系统11进样，样品在色谱柱1中进行分离，通过检测器10检测流出组分，分离后的馏分通过b-a-e-f充满馏分收集管12；第二步通过程序控制b-a，e-f，c-d之间的温控切换阀2和3，使之封闭；同时打开b-c，a-f和d-e之间的切换阀2和3使管路连通(见图5)，此时色谱柱1流出液通过管路b-c排到废液瓶13，另一恒流泵输送另外一种流动相通过管路d-e将馏分收集管12中的馏分带入色谱柱2中进行分离，检测器检测；循环该操作可以实现复杂样品的分离。
权利要求
1.一种温度控制微分离系统切换与截止的方法，其特征在于通过改变系统中局部管路的温度实现管路中流体的冻结与融化过程，控制微分离系统中流体截至、切换及流动方向的改变。
2.按照权利要求1所述方法，其特征在于其中所述微分离系统是指液相色谱系统、毛细管电泳、电色谱、微全分析系统或阵列电泳。
3.按照权利要求2所述方法，其特征在于其中所述液相色谱系统为微柱高压液相色谱(HPLC)、二维HPLC、多维HPLC或低压液相色谱。
4.按照权利要求2所述方法，其特征在于其中所述阵列电泳是指阵列芯片电泳。
5.一种按照权利要求1所述方法的专用装置，其特征在于在微分离系统管路中设有至少一组与致热及致冷装置相连的致冷及致热喷口或冷阱。
全文摘要
本发明涉及微分离系统，具体地说是一种温度控制微分离系统切换与截止的方法及专用装置，通过改变系统中局部管路的温度实现管路中流体的冻结与融化过程，控制微分离系统中流体截至、切换及流动方向的改变。本发明的优点为作为流路控制阀，起到一种独特的切换阀和截止阀的作用；具有零死体积、无渗漏切换特点，进样精度高、速度快；可程序控制；应用范围广；结构简单、操作方便。
文档编号G01N27/447GK1580780SQ03133658
公开日2005年2月16日 申请日期2003年8月8日 优先权日2003年8月8日
发明者张庆合, 张维冰, 李彤 申请人:大连依利特分析仪器有限公司