Способ изготовления оптического окна детектирования в монолитной кварцевой капиллярной колонке
Владельцы патента RU 2446390:
Учреждение Российской академии наук Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН) (RU)
Изобретение относится к способу изготовления оптического окна детектирования в монолитной кварцевой капиллярной колонке. Способ заключается в изолировании участка капилляра в месте окна детектирования при радикальной полимеризации в кварцевом капилляре. При этом радикальную полимеризацию реакционной смеси в капилляре инициируют электронно-лучевой обработкой, воздействуя на реакционную смесь ускоренными электронами при значениях поглощенной дозы от 25 до 75 кГр. Затем осуществляют удаление внешнего полиимидного слоя каплями нагретой серной кислоты при одновременной промывке колонки охлаждающей жидкостью или смесью жидкость-газ. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении надежности, а также в упрощении способа изготовления окна детектирования. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.
Предлагаемое изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для получения оптического окна детектирования при синтезе монолитного сорбента в кварцевой капиллярной колонке. Оптическое окно детектирования в кварцевом капилляре или капиллярной колонке обеспечивает прямое колоночное детектирование (световой поток можно сфокусировать в капилляре на участке детектирования) [1].
В хроматографических и электромиграционных методах анализа для синтеза сорбента или поверхностного полимерного слоя внутри капилляра применяют кварцевые капилляры с внутренним диаметром от 20 мкм до 300 мкм, с внешним полиимидным слоем. При изготовлении оптического окна детектирования необходимо удалить сорбент внутри капиллярной колонки и внешний полиимидный слой [1]. Для случаев, когда сорбент синтезирован в кварцевом капилляре с полиимидным покрытием, проницаемым для УФ-лучей, достаточно только удалить сорбент внутри капиллярной колонки в месте окна детектирования [1].
Известны способы получения оптического окна детектирования, связанные с удалением сорбента из капиллярной колонки и внешнего полиимидного покрытия за счет выжигания нагретой до красного каления проволокой или горелкой бутановым (пропан) пламенем в потоке газа или жидкости [2, 3]. Общим недостатком способов, связанных с использованием выжигания, является разрушение (деформирование) и/или изменение свойств сорбента на границе раздела края сорбента и окна детектирования внутри капиллярной колонки, за счет высокой температуры, а также сложности, связанные с удалением образовавшегося нагара на внутренней поверхности кварцевого капилляра в месте окна детектирования.
Ближайшим из известных способов является подход, применяемый для получения оптического окна детектирования при синтезе монолитного сорбента в кварцевых капиллярах, проницаемых для УФ-лучей [4]. Этот подход основан на возможности получения пустот при фотоинициировании радикальной полимеризации реакционной смеси (синтезе сорбента) в кварцевом капилляре с внешним полиимидным покрытием, проницаемым для УФ-лучей за счет изолирования места детектирования от ультрафиолетового облучения. Недостатком этого подхода является маленькая воспроизводимость получения оптического окна детектирования, связанная с присутствием инициатора радикальной полимеризации в реакционной смеси, который при фотоинициировании полимеризации (продолжительностью около 30-60 мин) обеспечивает синтез сорбента во всем объеме канала микрофлюидного чипа - капилляра, и изолирование места детектирования от ультрафиолетового облучения не всегда обеспечивает получения оптического окна.
Задачей изобретения является разработка надежного способа изготовления оптического окна детектирования в монолитной кварцевой капиллярной колонке, с одновременным упрощением способа.
Поставленная задача решается за счет того, что радикальную полимеризацию реакционной смеси для формирования неподвижной фазы - сорбента в кварцевом капилляре инициируют ускоренными электронами, а зону, необходимую для получения пустот в капилляре в месте окна оптического детектирования, изолируют. Особенностью метода электронно-лучевой обработки является возможность проведения радикальной полимеризация реакционной смеси без использования химического инициатора в течении нескольких секунд, поэтому применение ускоренных электронов позволяет четко контролировать процесс образования зон сорбента и пустот внутри капиллярной колонки при ее синтезе.
Если колонка непроницаема для оптического детектирования, то в месте на капиллярной колонке, предназначенном для окна оптического детектирования, производится удаление полиимидного покрытия, описанного в заявке №2008145005 от 05.11.2008, где удаление внешнего полиимидного покрытия осуществляется каплями нагретой концентрированной серной кислотой в месте окна детектирования, при одновременной промывке капиллярной колонки охлаждающей жидкостью (либо газом или смесью жидкость-газ).
Пример. 1
Синтез монолитной капиллярной колонки с оптическим окном детектирования в кварцевом капилляре осуществляется следующим образом.
1. Промывают кварцевый капилляр 1 М NaOH в 30% изопропаноле 20 объемами.
2. Промывают кварцевый капилляр 1 М NaOH 50 объемами.
3. Промывают кварцевый капилляр дистиллированной водой 50 объемами.
4. Промывают кварцевый капилляр 1 М HCl объемами.
5. Промывают кварцевый капилляр дистиллированной водой 50 объемами.
6. Промывают кварцевый капилляр раствором в 1% уксусной кислоте 50 объемами.
7. Промывают кварцевый капилляр 2%-ным раствором метакрилоксипропил-триметоксисилана (МОПТМС) в 1% уксусной кислоте 50 объемами.
8. Промывают кварцевый капилляр 50% раствором ацетонитрила 30 объемами.
9. Промывают кварцевый капилляр дистиллированной водой 50 объемами.
10. Промывают кварцевый капилляр реакционной смесью (PC) бутилметакрилата - 20%, этиленгликольдиметакрилата - 20% в формамиде 100 объемами.
11. Заполняют PC капилляр и герметизируют его на концах.
12. Изолируют зону окна оптического детектирования необходимого размера от воздействия энергии ускоренных электронов металлической пластиной.
13. Инициируют радикальную полимеризацию воздействием ускоренных электронов в атмосфере воздуха при поглощенной дозе 50 кГр.
14. Промывают кварцевый капилляр 50% раствором ацетонитрила 30 объемами.
15. Промывают кварцевый капилляр дистиллированной водой 50 объемами.
16. Сушат в потоке воздуха или азота (технический) 20 мин при температуре 22-25°С.
17. Затем удаляют внешнее полиимидное покрытие в месте окна детектирования обработкой нагретым до температуры не менее +130°С раствором концентрированной серной кислоты капельным путем при одновременном пропускании охлаждающей жидкости с температурой не более +6°С.
В результате получили готовую монолитную капиллярную колонку с окном оптического детектирования заданного размера.
Пример 2
Синтез монолитной капиллярной колонки с оптическим окном детектирования в кварцевом капилляре осуществляется следующим образом.
1. Промывают кварцевый капилляр 1 М NaOH в 30% изопропаноле 20 объемами.
2. Промывают кварцевый капилляр 1 М NaOH 50 объемами.
3. Промывают кварцевый капилляр дистиллированной водой 50 объемами.
4. Промывают кварцевый капилляр 1 М HCl объемами.
5. Промывают кварцевый капилляр дистиллированной водой 50 объемами.
6. Промывают кварцевый капилляр раствором в 1% уксусной кислоте 50 объемами.
7. Промывают кварцевый капилляр 2%-ным раствором МОПТМС в 1% уксусной кислоте 50 объемами.
8. Промывают кварцевый капилляр 50% раствором ацетонитрила 30 объемами.
9. Промывают кварцевый капилляр дистиллированной водой 50 объемами.
10. Промывают кварцевый капилляр реакционной смесью (PC) глицидилметакрилата 20%, этиленгликольдиметакрилата - 20% в формамиде 100 объемами.
11. Заполняют PC капилляр и герметизируют его на концах.
12. Изолируют зону окна оптического детектирования необходимого размера от воздействия энергии ускоренных электронов металлической пластиной.
13. Инициируют радикальную полимеризацию воздействием ускоренных электронов в атмосфере воздуха при поглощенной дозе 50 кГр.
14. Промывают кварцевый капилляр 50% раствором ацетонитрила 30 объемами.
15. Промывают кварцевый капилляр дистиллированной водой 50 объемами.
16. Сушат в потоке воздуха или азота (технический) 20 мин при температуре 22-25°C.
17. Затем удаляют внешнее полиимидное покрытие в месте окна детектирования обработкой нагретым до температуры не менее +130°C раствором концентрированной серной кислоты капельным путем при одновременном пропускании охлаждающей жидкости с температурой не более +6°C.
В результате получили готовую монолитную капиллярную колонку с окном оптического детектирования заданного размера.
Таким образом, использование ускоренных электронов для инициирования реакции радикальной полимеризации реакционной смеси в кварцевом капилляре позволяет получать окно детектирования заданного размера без использования химических инициаторов и полностью контролировать процесс образования зон сорбента и пустот внутри капиллярной колонки при ее синтезе.
Источники информации
1. Беленький Б.Г. Высокоэффективный капиллярный электрофорез. СПб.: Наука, 2009. - 320 с.
2. Руководство по капиллярному электрофорезу / Под ред. A.M.Волощука. М.: Научный совет Российской Академии Наук по хроматографии, 1996. 231 с.
3. Chiari М., Nesi М. and Righetti P.G. Capillary Electrophoresis in Analytical Biotechnology // Righetti, Ed., P.G., CRC Press, Boca Raton, FL 1996, p.1.
4. M.Kato, H.M.Jin, K.Sakai-Kato, T.Toyo'oka, M.T.Dulay, R.N.Zare. Determination of glutamine and serine in rat cerebrospinal fluid using capillary electrochromatography with a modified photopolymerized sol-gel monolithic column // J. Chromatog A. 2003. V. 1004. P.209-215 (прототип).
1. Способ изготовления оптического окна детектирования в монолитной кварцевой капиллярной колонке, основанный на изолировании участка капилляра в месте окна детектирования при радикальной полимеризации в кварцевом капилляре, отличающийся тем, что радикальную полимеризацию реакционной смеси в капилляре инициируют электронно-лучевой обработкой, воздействуя на реакционную смесь ускоренными электронами при значениях поглощенной дозы от 25 до 75 кГр с последующим удалением внешнего полиимидного слоя.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что внешнее полиимидное покрытие в месте окна оптического детектирования удаляют каплями нагретой серной кислоты при одновременной промывке колонки охлаждающей жидкостью или смесью жидкость-газ.
