Рефрактометрический детектор для микроколоночной хроматографии и капиллярного электрофореза

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ МИКРОКОЛОНОЧНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ И КАПИЛЛЯРНОГО ЭЛЕКТРОФОРЕЗА(71) Заявитель ООО Прикладные системы(73) Патентообладатель ООО Прикладные системы(57) Рефрактометрический детектор для микроколоночной хроматографии и капиллярного электрофореза, содержащий оптически связанные источник света, телескопическую систему линз, проточную кювету и регистрирующий фотоприемник, отличающийся тем, что в качестве источника света содержит светодиод с длиной волны излучения 650 нм и диаметром излучающей площадки 5-30 мкм, в качестве регистрирующего фотоприемника - двухплощадочный фотодиод, при этом проточная кювета выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда с двумя сквозными каналами треугольного поперечного сечения с симметричным расположением сторон и детектируемым объемом, меньшим или равным объему веществ, принятых для микроколоночной хроматографии и капиллярного электрофореза. 3855 1 Изобретение относится к аналитической спектроскопии, более точно касается рефрактометрических детекторов для микроколоночной хроматографии и капиллярного электрофореза и может быть использовано для анализа малых количеств анализируемых жидкостей. К детекторам для жидкостной хроматографии и капиллярного электрофореза предъявляются следующие требования высокая чувствительность, низкий уровень шумов, широкий диапазон линейности. Кроме того,с точки зрения хроматографического и электрофоретического разрешения важно соблюдение ряда требований предъявляемых к конструкции кюветы детектора небольшой объем, быстрая промываемость жидкостного тракта детектора, отсутствие перемешивания разделенных компонентов. Для того чтобы не снижалась разрешающая способность детектора необходимо выполнение следующего условия(1) 0,51,где-детектируемый объем, включающий в себя непосредственно объем измерительной ячейки детектора и объем жидкостного тракта от выхода хроматографической колонки до измерительной ячейки, 1 -объем вещества в хроматографическом пике. С другой стороны, уменьшение геометрических размеров измерительной ячейки детектора предъявляет специальные требования к оптической схеме и отдельным элементам детектора. Прежде всего размер излучающей площадки источника света должен позволять получить диаметр луча света меньше размера измерительной ячейки, мощность светового потока должна быть достаточной для высокого отношения сигнал шум. Известен рефрактометрический детектор для жидкостной хроматографии (ТЕСТ-902, фирма Аналитические приборы, Санкт-Петербург, Россия.), содержащий оптически связанные источник света, телескопическую систему линз, проточную кювету, систему регистрации. Проточная кювета в этом детекторе состоит из двух прямоугольных призм с острым углом 45. Первая призма служит для измерения показателя преломления анализируемого вещества относительно эталонной жидкости находящейся во второй призме. В качестве источника света используется стандартный светодиод, работающий в инфрокрасной области спектра. Для регистрации сигнала используются два фотодиода включенных по дифференциальной схеме. Данная конструкция характеризуется невысокой разрешающей способностью и чувствительностью при работе с микроколонками. Это обусловлено тем, что детектируемый объем детектора (8 мкл-20 мкл) неудовлетворяет условию (1),принятому для микроколоночной хроматографии. Известен также лазерный рефрактометрический детектор для микроколоночной хроматографии и капиллярного электрофореза 1, содержащий оптически связанные лазер, кварцевый капилляр-кювету, регистрирующий фотодиод. Проточной кюветой служит сам капилляр устройства, через который проходит луч лазера, преломляясь на границе кварц - анализируемая жидкость. Чувствительность детектирования напрямую связана с геометрией прохождения луча и внутреннего диаметра капилляра формулой 2 2 где- угол преломления лазерного луча на выходе капилляра, - расстояние от центра капилляра до оптической оси, - внутренний диаметр капилляра и - показатель преломления жидкости внутри капилляра( , 59,24, 1987). Описанная конструкция детектора характеризуется невысокой чувствительностью, вследствии нестабильности мощности лазерного излучения. Рассмотренные конструкции детекторов не позволяют работать с высокой чувствительностью и высокой разрешающей способностью одновременно в микроколоночной хроматографии и капиллярном электрофорезе. В связи с этим, при смене метода аналитического разделения исследуемых веществ, происходит потеря чувствительности или разрешающей способности детектирования. В основу изобретения положена задача создать рефрактометрический детектор для микроколоночной хроматографии и капиллярного электрофореза имеющим такую оптическую схему и конструкцию кюветы детектора, которые позволили бы проводить высокочувствительное детектирование анализируемых веществ без снижения разрешающей способности методов. Эта задача решается тем, что в рефрактометрическом детекторе для микроколоночной хроматографии и капиллярного электрофореза, содержащем оптически связанные источник света, телескопическую систему линз, проточную кювету и регистрирующий фотоприемник, согласно изобретению, в качестве источника света содержит светодиод с длиной волны излучения 650 нм и диаметром излучающей площадки 5 - 30 мкм, в качестве регистрирующего фотоприемника - двухплощадочный фотодиод, при этом проточная кювета выполнена в виде прямоугольного параллепипеда с двумя сквозными каналами треугольного поперечного сечения с 2 3855 1 симетричным расположением сторон и детектируемым объемом меньшим или равным объему веществ,принятых для микроколоночной хроматографии и капиллярного электрофореза. Рефактометрический детектор для микроколоночной хроматографии и капиллярного электрофореза, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, позволяет проводить высокочувствительное детектирование без снижения разрешающей способности методов микроколоночной хроматографии и капиллярного электрофореза, обеспечиваемые за счет конструкции кюветы в сочетании с использованием светодиода имеющим оптимальный размер излучающей площадки. Система регистрации основана на использовании двухплощадочного фотодиода, который обеспечивает увеличение отношения сигнал-шум. В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного примера его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых согласно изобретению фиг. 1 изображает оптическую схему рефрактометрического детектора для микроколоночной хроматографии и капиллярного электрофореза фиг. 2 то же, что и на фиг. 1, при этом детектор в изометрии. Изображенный на фиг. 1, 2 рефрактометрический детектор для микроколоночной хроматографии и капиллярного электрофореза содержит оптически связанные и последовательно расположенные светодиод 1,телескопическую систему линз 2, поворотное зеркало 3, проточную кювету 4, балансирующее зеркало 5,двухплощадочный фотодиод 6. Светодиод 1 базируется на стандартном германиевом кристалле с излучающей площадкой диаметром 5 - 30 мкм. Телескопическая система линз состоит из трех линз 2, 2, 2 положительной, нейтральной и положительной соответственно. Поворотное зеркало 3 представляет собой 100 алюминиевое зеркало, установленное под углом 45. Проточная кювета 4 выполнена в виде прямоугольного параллепипеда с двумя внутренними сквозными каналами 4, 4 треугольного поперечного сечения с симметричным расположением сторон. Балансирующее зеркало 5 такое же, как и зеркало 3 с возможностью механического перемещения вдоль центральной оптической оси детектора. Двухплощадочный фотодиод 6 выполнен на одном кремневом кристалле. Детектор работает следующим образом. Разделенные компоненты анализируемой смеси веществ из выхода хроматографической колонки либо из кварцевого капилляра (электрофоретическое разделение) поступают в сквозной канал 4, имеющий значительно меньший внутренний объем в сравнении с каналом 4, который заполнен буферной жидкостью использующейся в хроматографии или капиллярном электрофорезе. Свет светодиода 1 фокусируется системой линз 2 с помощью поворотного зеркала 3 в центр сквозного канала 4. Затем, испытав преломление на некоторый угол, зависящий от коэффициента преломления вещества в канале, свет проходит второй канал 4, с частичной компенсацией угла преломления света в первом канале. В случае идентичности жидкости в обоих каналах компенсация достигает 100 . Балансировка нулевого сигнала на двухплощадочном фотодиоде 6,проводится посредством зеркала 5. В момент прохождения разделенных компонентов анализируемой смеси веществ, происходит разбалансировка сигнала пропорционально коэффициенту преломления или концентрации анализируемого вещества. Изготовлен опытный образец рефрактометрического детектора для микроколоночной хроматографии и капиллярного электрофореза, согласно изобретению. Проточная кювета прямоугольной формы была изготовлена из оптического стекла К-8. Наружные размеры кюветы 3 х 10 х 12 мм, первый внутренний канал имеет объем 200 нл, второй - 1500 нл. Светодиод 1 имеет диаметр излучающей площадки -30 мкм. Фокусное расстояние системы линз 2 до центра внутреннего канала 4 - 80 мм. Размеры каждой фоточувствительной площадки фотодиода - 5 х 5 мм, расстояние между площадками 50 мкм. Таким образом, детектируемый объем детектора удовлетворяет условию (1), принятом в жидкостной хроматографии и капиллярном электрофорезе. При этих условиях с микроколонкой 0,5 х 160 мм была получена пороговая чувствительность детектирования сахаров 20 нГ в хроматографическом пике. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 3