用于毛细管分离技术后的柱上检测的组合式荧光和吸收检测器制造技术

一种用于对毛细管液相色谱进行基于UV LED的吸收检测以便检测和定量液体中的化合物的系统和方法，其中简化的系统通过使用稳定的UV源消除对分束器和参比池的需要，并且减小功率需求，从而产生具有相对较低的检测极限的便携式且体积更小的系统。

Combined fluorescence and absorption detector for on column detection after capillary separation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于毛细管分离技术后的柱上检测的组合式荧光和吸收检测器
技术介绍
相关技术描述：分离化合物混合物的多种技术依赖于化合物通过通道或管(称为柱(column))移动，其中化合物以一系列条带出现在柱的末端。在从分离柱中出来时对条带中的化合物的检测和鉴定是成功分离技术中的关键步骤。有效的检测方案不应降低分离柱中已经发生的分离。不幸的是，向分离柱添加流动池或其他附件(特别是对于具有毛细管尺寸的柱)通常降低分离。因此，更希望直接在分离柱上进行检测。吸收分光光度法和荧光分光光度法是有效地用于凝相分离检测的两种光谱技术。吸收分光光度法的优势可以在于几乎所有分子都吸收，因此这种方法可以是将对大多数化合物做出反应的几乎通用检测器。吸收检测器提供的信息是一种或多种光波长下的吸光度的量值。然而，吸收检测器的缺点是缺乏特异性和相对较差的灵敏度。相反，荧光光谱法可以不如分光光度法通用，因为荧光量子产率在不同类别的化合物之间可以相差很大，并且某些化合物不发荧光。对于具有高量子产率的化合物，荧光光谱法可以异常灵敏，能够检测单个分子。荧光检测器提供的信息与分光光度检测器提供的信息不同。荧光波长取决于分子结构，而信号量值取决于量子效率和浓度。由于两种检测方式提供不同的信息，因此将两种方式组合可以大大增加可以鉴定的分子的特异性。过去，研究人员已经认识到并利用在单个检测器中结合荧光光谱法和分光光度法的价值。1975年描述了双模式检测器，并且在1999年报道了不同的方法。然而，这两种检测器都使用笨重的气体放电灯，并且都需要在分离柱的末端处添加。此外，这两种方法都不适合柱上检测，尤其不适用于毛细管柱分离。可以修改现有技术的液相色谱(LC)系统以包括这两种类型的检测器。因此，检查LC吸收系统并确定可以如何将该系统修改为包括两个检测器可以很有用。进行液相色谱(LC)以便分析液体溶液中化学物质的含量。图1是示出可以对其进行修改以用作本专利技术的一部分的现有技术系统的主要元件的图示。在开始之前，应该理解，柱上检测可以指填充床(packedbed)材料何时在柱的末端之前终止，使得柱的最后部分实际上是空的。但是，在某些情况下，柱的填充床材料一直到柱的末端，并且必须添加毛细管以在毛细管部分进行检测。因此，本专利技术的实施例应被认为将两种构造都包括在所有实施例的范围内，其中在柱的不包含填充床材料的区域中或在已添加到填充床材料末端处的柱的最末端的毛细管内进行柱上检测。图1示出与毛细管液相色谱一起使用的具有低检测极限的基于LED的UV吸收检测器。在此系统中，LED输出波长可以随驱动电流和结温的变化而变化。因此，LED应该由恒定电流源驱动，并且应避免系统发热。LED源的准单色性会导致系统中的杂散光，从而导致检测器非线性。通过在系统中采用滤光器，可以保护任何检测系统免受期望吸收带以外的任何LED光的影响。对于毛细管柱，柱上毛细管检测可以是优选的，因为可以通过消除柱外带分散而获得较窄的峰宽，并保持峰分离度。检测器中的短期噪声可以确定检测极限，并且通常可以通过进行积分、平滑和/或使用低通RC滤波器来降低该噪声。图1示出对检测器设计的进一步优化并且噪声水平的降低可以引起小直径毛细管柱的更好检测极限。图1中的系统的元件包括基于UV的LED40、第一球形透镜42、可以调谐至LED40光源的带通滤光器46、第二球形透镜48、可以包括剃须刀片的狭缝50、可以具有约150μm的内直径(ID)和约365μm的外直径的毛细管柱52，以及硅光电二极管检测器54。本专利技术的元件的比例尺未在图4中示出。来自第二球形透镜48的UV光可以比所示的更剧烈地会聚。此外，第二球形透镜48的直径可以是毛细管柱54的内直径的10倍以上。因此，应当理解，提供图4以示出本专利技术的部件的物理顺序，而没有示出实际尺寸。另外，应当理解，由第一球形透镜42和第二球形透镜48引起的UV光的会聚的任何附图都没有按比例示出，并且仅用于说明目的。通过替换提供相同功能的其他部件，可以提供与上面列出的检测系统的部件相同的功能。例如，虽然在图4中示出第一球形透镜42和第二球形透镜48，但是可以替换不同类型的透镜，并且仍然应当认为其落入第一实施例的范围内。也可以使用单个透镜提供前两个球形透镜的功能，并获得期望的聚集效果。还应当理解，在不脱离第一实施例的期望功能的情况下，为第一实施例的所有方面给出的值仅是近似值，并且可以变化高达50％。图2是图1所示系统的剖面图，但具有更多的构造细节。图2所示的系统不应视为限制性的，而应作为设计原理的演示。因此，针对部件的尺寸、形状、重量、功率、灵敏度或任何其他特性给定的特定值仅是示例，并且可以与给定的值不同。图2示出具有第一球形透镜42的LED40。LED40可以被设置在LED支架44内。LED40可以被制造为与第一球形透镜42集成在一起，或者可以在制造之后被附接到第一球形透镜42或设置成与第一球形透镜42相邻。可以从适合于在毛细管柱52中分析的化合物的任何期望UV光带宽来选择LED40。第一实施例使用260nmLED40，但是UV光的波长可以根据期望而改变。在此设计中，具有第一球形透镜42的市售260nmUVLED40被用作光源。将LED40安装在LED支架44上。将LED支架44拧入黑镜管中，并借助于固定环将其保持紧密。第一球形透镜42的直径可以是6mm，或者可以是用以聚集来自LED40的光的任何合适的尺寸。图2包括设置在第一球形透镜42之后的带通滤光器46。带通滤光器46可以是260nm带通滤光器，其用于减少杂散光从LED40和/或任何周围环境到达检测器。可以根据需要调整带通滤光器的值，以便针对LED40光源进行优化。在第一实施例中，260nm带通滤光器可以定位在黑螺纹管中的LED40和第二球形透镜42之间。设计的另一元件可以是使用设置在带通滤光器46之后的第二球形透镜48。第二球形透镜48的功能可以是接收由第一球形透镜42聚集的UV光并更进一步聚集该UV光。期望聚集UV光，以使得发送到毛细管柱52中的光可以等于或小于内直径(ID)的宽度。尽管这是优选的，但是在第一实施例中，UV光源的聚集可以不等于或不小于毛细管柱52的ID。在此设计中，融合二氧化硅球形透镜的直径可以是3mm以用于第二球形透镜48，并且可以安装在3mm的球形透镜盘上并且可以设置在LED焦点处。第二球形透镜安装座可以在安装座上居中，此安装座可以拧入包含LED40和带通滤光器46的黑镜管。随着通过毛细管柱52并由检测器接收的光通过量(throughput)的增加，实验性地确定入射到检测器上的光强度可以比现有技术的毛细管LC设计高三个数量级。为了减少到达检测器54的杂散光，在第二球形透镜48之后并且在毛细管柱52的前面设置一个或多个狭缝50。狭缝50可以由剃须刀片或任何其他合适的装置提供。狭缝的宽度可以大约为100μm。带通滤光器46和狭缝50的组合在实验上将杂散光减小到3.6％的值，与可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在使用毛细管分离技术之后进行柱上检测的组合式荧光检测器和吸收检测器系统，所述系统包括：/nLED，其用于产生UV光；/n第一透镜，其用于聚集来自所述LED的所述UV光；/n分色镜，其用于在第一方向上反射所述UV光；/n第二透镜，其用于在所述第一方向上聚集所述UV光；/n毛细管柱，其用于接收所述UV光，从而能够进行柱上检测；/n吸收检测器，其用于接收已经通过所述毛细管柱的所述UV光并进行吸收检测；/n所述分色镜现在使由来自所述毛细管柱内的一种或多种化合物的荧光发出的光通过，所述荧光在与所述第一方向相反的第二方向上移动；/n第三透镜，其用于使所述荧光在所述第二方向上聚集；以及/n荧光检测器，其用于接收所述荧光并进行荧光检测。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170518 US 62/508,2391.一种用于在使用毛细管分离技术之后进行柱上检测的组合式荧光检测器和吸收检测器系统，所述系统包括：
LED，其用于产生UV光；
第一透镜，其用于聚集来自所述LED的所述UV光；
分色镜，其用于在第一方向上反射所述UV光；
第二透镜，其用于在所述第一方向上聚集所述UV光；
毛细管柱，其用于接收所述UV光，从而能够进行柱上检测；
吸收检测器，其用于接收已经通过所述毛细管柱的所述UV光并进行吸收检测；
所述分色镜现在使由来自所述毛细管柱内的一种或多种化合物的荧光发出的光通过，所述荧光在与所述第一方向相反的第二方向上移动；
第三透镜，其用于使所述荧光在所述第二方向上聚集；以及
荧光检测器，其用于接收所述荧光并进行荧光检测。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统还包括激发滤光器，所述激发滤光器设置在所述第一透镜和所述分色镜之间用于过滤所述UV光。


3.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统还包括至少一个狭缝，所述至少一个狭缝用于使从所述第二透镜接收的所述UV光在所述第一方向上通过，并且被设置用于减少杂散光进入所述毛细管柱。


4.根据权利要求3所述的系统，其中所述系统还包括发射滤光器，所述发射滤光器设置在所述分色镜和所述第三透镜之间用于过滤所述荧光。


5.根据权利要求4所述的系统，其中所述系统还包括至少一个狭缝或针孔，所述至少一个狭缝或针孔用于使从所述第三透镜接收的所述荧光在所述第二方向上通过，并且被设置用于减少杂散光通过。


6.根据权利要求5所述的系统，其中所述吸收检测器还包括系统，所述系统用于通过分析由所述吸收检测器接收的所述UV光来分析由设置在所述毛细管柱内的至少一种化合物对所述UV光的吸收。


7.根据权利要求6所述的吸收检测器，其中所述吸收检测器还包括：
光电二极管，其用于接收来自所述毛细管柱的所述UV光；
运算放大器，其用于接收来自所述光电二极管的电流并将所述电流转换为电压值；以及
模数转换器，其用于接收来自所述运算放大器的所述电压值并将所述电压值转换为数字值。


8.一种用于在使用毛细管分离技术之后进行柱上毛细管检测的检测系统中将荧光检测和吸收检测相结合的方法，所述方法包括以下步骤：
提供发光二极管即LED、用于接收和聚集来自所述LED的UV光的第一透镜、用于在第一方向反射所述UV光的分色镜、用于在所述第一方向聚集所述UV光的第二透镜、用于使从所述第二透镜接收的所述UV光在所述第一方向上通过的至少一个狭缝、用于接收所述UV光的毛细管柱，以及用于接收已经通过所述毛细管柱的所述UV光并进行吸收检测的吸收检测器；
提供所述分色镜，所述分色镜使来自所述毛细管柱内的一种或多种化合物的荧光发出的光通过，所述荧光在与所述第一方向相反的第二方向上移动；提供用于将所述荧光在所述第二方向上聚集的第三透镜，以及用于接收所述荧光并进行荧光检测的荧光检测器；
通过所述LED产生所述UV光；
通过使用所述吸收检测器测量通过所述毛细管柱的所述UV光；
通过分析由所述检测器接收的所述UV光来分析所述毛细管柱内的所述至少一种化合物对所述UV光的吸收；
使来自所述毛细管柱的所述荧光通过所述分色镜；
测量来自所述毛细管柱中所述至少一种化合物的所述荧光；并且
通过分析由所述荧光检测器接收的所述荧光来分析所述毛细管柱内的所述至少一种化合物对所述荧光的吸收。


9.根据权利要求8所述的方法，其中所述方法还包括：
在所述第一透镜和所述分色镜之间设置激发滤光器；并且
过滤来自所述第一透镜的所述UV光。


10.根据权利要求9所述的方法，其中所述方法还包括：提供至少一个狭缝，以使...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·B·法恩斯沃思，M·L·李，L·T·托利，H·D·托利，谢晓锋，
申请(专利权)人：布莱阿姆青年大学，
类型：发明
国别省市：美国;US