Детектор для капілярного електрофорезу і капілярної рідинної хроматографії

Реферат: UA 90352 U UA 90352 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вимірювальної техніки і може бути використана у приладах капілярного електрофорезу і хроматографах, для проведення високочутливого детектування компонентів проб, що рухаються в капілярі, у фізичних, біохімічних дослідженнях, медицині, харчовій промисловості. При фотометричному детектуванні концентрація компонентів у капілярі визначається за вимірюванням поглинання світла, що пройшло через вимірювальну комірку. Відомий пристрій для проведення капілярного електрофорезу [Патент США 5169511, G01N 27/26, В01D 57/02, 1992 p.], що містить капіляр, заповнений середовищем з розчином компонентів, що розділюються, які рухаються в капілярі під дією електричного поля, джерело світла і фотоприймач, розташовані по різні боки капіляра. Перетин певним компонентом суміші освітленої зони, призводить до зміни поглинання світла, відповідно, до зміни сигналу на виході фотоприймача. Недоліком пристрою є мала чутливість, тому, що світлові потоки, що падають на капіляр і на фотоприймач, малі, оскільки, в цьому пристрої відсутні пристрій фокусування світла на капілярі і колектор для збору світла на фотоприймачі. Відомий оптичний детектор для капілярних розділових колонок (Патент ЕПВ (ЕР) 0527652, G01N 30/74, 35/08, 21/05, 27/26, 1993 р.), що містить капіляр, джерело світла і фотоприймач, в якому додатково введено систему фокусування світлового пучка на ділянці капіляра, через яку протікає розділена на компоненти проба, і колектор, який збирає світло, що пройшло через капіляр, на фотодетектор. Застосування фокусування і колектора підвищує чутливість. Недоліком є великий рівень шумів, зумовлений нестабільністю джерела освітлення. Зазвичай для освітлення використовуються дугові дейтерієві лампи. Ці лампи мають короткочасні флуктуації світлового потоку і тривалу нестабільність, які в кілька разів перевершують шуми і нестабільності джерел живлення. Флуктуації світлового потоку джерела пропорційно перетворюються фотодетектором, і викликають шуми і дрейф нульової лінії електрофореграми. Найближчим за технічною суттю до пропонованого - найближчий аналог, є детектор для рідинної хроматографії (Проспект фірми Spectra-Physics, The UV-VIS detectors for liquid chromatography SpectraChrom, 1989 p), який складається з джерела світла, світлоподільника, системи фокусування, капіляра для вимірювання компонентів суміші в рідині, фотоприймача опорного каналу, фотоприймача каналу вимірювання, пристрою реєстрації та обробки сигналів фотодетекторів. Світло від джерела розділяється на два пучки. Перший, після фокусування, проходить через пробу середовища, що досліджується і поступає на фотоприймач основного каналу. Другий пучок поступає на фотоприймач опорного каналу. Сигнали з фотоприймачів обох каналів поступають на систему реєстрації. При цьому, шуми, зумовлені нестабільністю випромінювання джерела освітлення однаково змінюють сигнали обох каналів, що дозволяє зменшити їх вплив на результати вимірювання. Недоліком пристрою є обмежена чутливість і невеликий динамічний діапазон вимірюваних сигналів. Це визначається схемою, за якої реєструються невеликі сигнали зменшення світлового потоку за рахунок поглинання пробою, на фоні великої інтенсивності сигналу освітлювача. При зростанні інтенсивності сигналу освітлювача, зростають дробові шуми, як в опорному, так і в основному каналі. При наступній обробці вони квадратично підсумовуються, тому така схема не дозволяє зменшити їх рівень. Наявність високого рівня шумів, при обмеженій амплітуді основного сигналу, призводить до зменшення динамічного діапазону системи вимірювання. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити детектор для капілярного електрофорезу і капілярної рідинної хроматографії, з метою підвищення чутливості системи вимірювання та зменшення рівня шумів. Вирішення даної проблеми може бути досягнуто створенням додаткового опорного каналу, ідентичного до каналу вимірювання, розміщення чутливої області детектора випромінювання в зоні мінімуму інтенсивності сигналу інтерференційної картини оптичних сигналів обох каналів. Це дозволяє зменшити рівень шумів, збільшити корисний сигнал, за рахунок чого підвищити точність вимірювання та збільшити динамічний діапазон концентрацій компонентів суміші. Поставлена задача вирішується тим, що у детектор для капілярного електрофорезу і капілярної рідинної хроматографії, що містить освітлювач, фокусуючу систему, світлоподільник для розділення променя освітлювача на промені каналу вимірювання та опорного каналу, капіляр каналу вимірювання розміщений по ходу променя каналу вимірювання, фотоприймач та систему обробки сигналів, згідно з корисною моделлю, додатково введені капіляр опорного каналу, дзеркало опорного каналу, світлоподільник об'єднання променів розміщені по ходу 1 UA 90352 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 променя опорного каналу, і дзеркало каналу вимірювання, розміщене між капіляром каналу вимірювання та світлоподільником об'єднання променів. Введення нових елементів та пропонована схема вимірювання дають можливість проводити вимірювання зміни оптичного сигналу при проходженні через освітлену зону капіляра компонентів суміші, що досліджується, в мінімумі інтерференційної картини, що зменшує дробові шуми фотоприймача. На величину зареєстрованого сигналу впливають як зміни коефіцієнта поглинання середовища, так і зміна показника заломлення, що збільшує чутливість детектора та підвищує точність вимірювання. Фіг. 1. Схема пристрою, де 1 - освітлювач, 2 - фокусуючи система, 3 - світлоподільник, 4 капіляр каналу вимірювання, 5 - дзеркало каналу вимірювання, 6 - капіляр опорного каналу, 7 дзеркало опорного каналу, 8 - світлоподільник об'єднання променів, 9 - фотоприймач, 10 система обробки сигналів. Фіг. 2. Розміщення чутливої області фотоприймача. Пристрій складається з освітлювача 1, фокусуючої системи 2, світлоподільника 3, капіляра каналу вимірювання 4, дзеркала каналу вимірювання 5, капіляра опорного каналу 6, дзеркала опорного каналу 7, світлоподільника об'єднання променів 8, фотоприймача 9, системи обробки сигналів 10. Роботу пристрою проілюструємо на прикладі роботи системи капілярного електрофорезу. Спосіб роботи капілярного електрофорезу базується на поділі компонентів складної суміші в кварцовому капілярі під дією прикладеного електричного поля. Мікрооб'єм аналізованого розчину вводять в капіляр каналу вимірювання 4, попередньо заповнений буфером електролітом. Кінці капіляра каналу вимірювання 4 поміщають у флакони, що містять цей же електроліт. Після подачі до кінців капіляра високої напруги (до 30 кВ), компоненти суміші починають рухатись по капіляру з різною швидкістю, що залежить від заряду і маси (точніше величини іонного радіуса) і, відповідно, в різний час досягають освітленої зони в капілярі, що створюється освітлювачем 1 та фокусуючою системою 2. Ці ділянки, що містять молекули компонентів суміші, при перетині освітленої зони змінюють коефіцієнт поглинання та показник заломлення середовища, що знаходиться в освітленій зоні. Паралельно, в ці ж флакони занурюється ідентичний до капіляра каналу вимірювання 4, капіляр опорного каналу 6, заповнений чистим електролітом без домішок. Промінь світла після світлоподільника 3 перетинає опорний канал так само, як і пучок каналу вимірювання. Оскільки, в капілярі опорного каналу не міститься домішок, то протягом часу вимірювання коефіцієнти поглинання та заломлення середовища, що перебуває в освітленій зоні опорного каналу, залишаються незмінними. Пучок світла каналу вимірювання після проходження капіляра каналу вимірювання 4, відбивається дзеркалом каналу вимірювання 5, на світлоподільник об'єднання променів 8, після відбиття від якого, надходить на фотоприймач 9. Пучок світла опорного каналу після проходження капіляра опорного каналу 6, відбивається дзеркалом опорного каналу 7 на світлоподільник об'єднання променів 8, після проходження якого надходить на фотоприймач 9. За умови ідентичності елементів та оптичних шляхів променя каналу вимірювання та променя опорного каналу, на фотоприймачі 9 створюється інтерференційна картина у вигляді світлих і темних смуг. Система використовується так, що за умови перебування у капілярі каналу вимірювання 4 та капілярі опорного каналу 5 однакового середовища, чутлива область фотоприймача 9 знаходиться в зоні мінімуму інтенсивності інтерференційної картини, що схематично показано на Фіг. 2. При проходженні молекул компонентів середовища, що досліджується через освітлену зону каналу вимірювання, за рахунок поглинання, змінюється інтенсивність променя каналу вимірювання. Це призводить до зростання інтенсивності освітлення чутливої області фотоприймача 9, відповідно до зростання сигналу, що надходить з виходу фотоприймача 9 на вхід системи обробки сигналів 10. При проходженні молекул компонентів середовища, що досліджується, через освітлену зону каналу вимірювання, змінюється показник заломлення середовища в освітленій зоні каналу вимірювання, відповідно і змінюєтьсядовжина ходу променя каналу вимірювання. Це призводить до зростання інтенсивності освітлення чутливої області фотоприймача 9, відповідно до зростання сигналу, що надходить з виходу фотоприймача 9 на вхід системи обробки сигналів 10. Обидва ефекти - зміна інтенсивності та різниці ходу променя каналу вимірювання в порівнянні з променем опорного каналу, призводять до зростання інтенсивності освітлення фотоприймача 9, відповідно до появи на його виході сигналу, пропорційного до концентрації сторонніх домішок у освітленій зоні каналу вимірювання. 2 UA 90352 U 5 За умови відсутності сторонніх домішок в чутливій зоні каналу вимірювання, сигнал на виході фотоприймача мінімальний, що відповідно мінімізує дробові шуми. Зміни інтенсивності освітлювача при цьому компенсуються за рахунок того, що вони однакові в каналі вимірювання та опорному каналі. Це дає змогу підвищити точність вимірювання та визначати нижчу концентрацію домішок, ніж у відомих детекторах для капілярного електрофорезу та капілярної рідинної хроматографії, що підтверджує одержання передбачуваного технічного результату. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Детектор для капілярного електрофорезу і капілярної рідинної хроматографії, що містить освітлювач, фокусуючу систему, світлоподільник для розділення променя освітлювача на промені каналу вимірювання та опорного каналу, капіляр каналу вимірювання, розміщений по ходу променя каналу вимірювання, фотоприймач та систему обробки сигналів, який відрізняється тим, що в нього додатково введені капіляр опорного каналу, дзеркало опорного каналу, світлоподільник об'єднання променів, розміщені по ходу променя опорного каналу, і дзеркало каналу вимірювання, розміщене між капіляром каналу вимірювання та світлоподільником об'єднання променів. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3