CN108088822A - 一种黄曲霉毒素和磺胺类药物的芯片式光衍生化器 - Google Patents
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Abstract
本发明一种黄曲霉毒素和磺胺类药物的芯片式光衍生化器,采用中心波长在280‑380nm之间的紫外发光二极管(LED)作为激发光源,采用高透明的石英、透紫外玻璃、PDMS或全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)作为芯片基板,在芯片基板上制作出宽度10~500微米、深度10~260微米、长度5‑500毫米的矩形或梯形槽路作为衍生反应池,槽路呈直线形或梳状或正弦波形状排列,衍生池容积为5nL‑75μL,仅为传统衍生化器池体积的1/13到十万分之一。本发明的芯片式光衍生化器使黄曲霉毒素B1的荧光强度提高6.5倍,适用于芯片毛细管电泳、芯片微流控分析、毛细管液相色谱、微柱液相色谱、超高压液相色谱和常规液相色谱的柱后光衍生和微型流动注射分析/小型流动注射分析。
Description
技术领域
本发明专利涉及微流控化学分析、毛细管高效液相色谱(μ-HPLC)、微流动注射分析(μ-FIA)的光学检测领域,更具体地说,涉及一种用于黄曲霉毒素和磺胺类药物的光衍生化器。
背景技术
光衍生化器广泛用于高效液相色谱(HPLC)-荧光检测法定量检测黄曲霉毒素和磺胺类药物,如国家标准GB/T 18979-2003和GB/T 23212-2008,以及2015年中国药典将光衍生化器添加至黄曲霉毒素测定法一章中,用来辅助测定药材、饮片和制剂中的痕量黄曲霉毒素。随着时代的发展、科技的进步,国家标准和欧盟检测标准对各类物质中黄曲霉毒素的限量值逐渐降低,分析检测的难度不断提高,检测下限已经低于常规荧光检测器的水平,必须依靠衍生化或分子标记技术来提高检测灵敏度。近十几年来发展并深入人心的绿色化学概念和技术,目标是从根本上解决环境污染和实验室人员健康安全的问题。相应地,在分析化学领域,发展试剂用量比现有设备降低90%甚至99%的分析设备和技术是目前的发展方向。微流控分析技术也因此应运而生。
但是,微流量的分析仪器要求检测器的池体积也必须是微小的,如芯片微流控分析和微流动注射分析要求检测池体积在2.5nL~70nL,毛细管高效液相色谱要求检测池体积在20nL~500nL,微柱液相色谱要求检测池体积在0.5μL~2μL。从分析检测上讲,衍生化器的池体积是越小越好;但是池体积越小,光辐射的量越低,衍生反应时间越短,会导致衍生效率降低。目前在常规分析中是用牺牲色谱柱分离效率和允许色谱峰展宽来换取高的衍生效率,例如采用衍生池体积1mL的光衍生化器为池体积仅12μL的荧光检测器配套,衍生池体积是检测器池体积的83倍!但是到了超高压液相色谱(UPLC),对柱外死体积的要求很高,就不能使用如此大池体积的衍生化器和检测器,这两者之和不能超过10μL。目前,池体积为几个微升而衍生化效率高的光衍生化器还未见报道。对于微流控分析和毛细管液相色谱,柱后衍生化器的池体积只能是≤检测池体积,否则会影响分离效率。
但是,至今所用的黄曲霉毒素光衍生化器,不论是科研用的(范海东,王玲锋,赵冬吉“自制光化学衍生反应器-高效液相色谱法测定大豆油中黄曲霉毒素B1”,理化检验-化学分册,2013,49,999-1001)还是商品化的(http://www.josvok.com/product_show.php?id=57)(http://www.18show.cn/zt410303/Product_10226818.html),其衍生化池都是采用高透明的FEP(全氟乙烯丙烯共聚物)管编织的,池体积为100~1000μL,光源都是采用波长为254nm低压汞灯,寿命为2000~3000小时。对于芯片毛细管电泳、芯片微流控分析、微型流动注射分析、毛细管液相色谱、微柱液相色谱、超高压液相色谱的柱后光衍生,目前还未见纳升至微升级池体积的光衍生化器的报道。
发明内容
针对上述问题,为了改进现有技术的不足,基于对光化学衍生反应机理的进一步深入研究,本发明提出采用中心波长为280~380nm的紫外LED光源代替传统的低压汞灯作为激发光源;采用芯片上直线形或方波状或正弦波形状排列的光衍生反应通道代替传统的网状编织结构的衍生反应管,反应通道为宽度10~500μm、深度10~260μm、长度5-500mm的矩形或梯形槽路,衍生池体积仅为5nL-75μL;经实验证明,采用本发明的7.5μL池体积光衍生化器,可以使黄曲霉毒素G1的荧光强度提高7倍,使黄曲霉毒素B1的荧光强度提高6倍,与传统1000μL池体积光衍生化器效率相近。
本发明的技术方案是:
一种黄曲霉毒素和磺胺类药物的芯片式光衍生化器,由紫外LED光源、芯片衍生反应通道、芯片基板、反光板、LED基板和散热片组成,其特征在于:
一只或二只以上沿直线排布的紫外LED光源位于芯片衍生反应通道的上方作为光衍生反应的激发光源;一只或二只以上的紫外LED光源焊接在LED基板的下表面;紫外LED光源位于衍生反应管的上方,LED基板的下表面与芯片衍生反应通道长方形区域所在平面平行;一只或二只以上沿直线排布的紫外LED光源所处直线与长方形区域内的芯片衍生反应通道平行、且紫外LED光源所处直线于长方形区域所在平面投影通过芯片衍生反应通道长方形区域的中心;紫外LED光源与芯片衍生反应通道之间设有一定距离;
芯片衍生反应通道设于芯片基板上,为矩形或梯形槽路,呈直线形、方波状或正玄波形状排列;芯片基板的材质为高透明的石英、透紫外玻璃、PDMS或FEP(全氟乙烯丙烯共聚物);
反光板是一上表面为平面的结构,反光板位于芯片衍生反应通道的下方,反光板上表面与芯片衍生反应通道长方形区域所处平面平行,且反光板与芯片衍生反应通道之间设有一定距离;散热片紧贴于LED基板上表面用于紫外LED光源的散热。
所述紫外LED光源的中心波长在280-380nm之间,发散角60-140°;所述紫外LED光源与芯片衍生反应通道之间设有一定距离是指它们之间留有间隙,使紫外LED光源均匀地照射在芯片衍生反应通道上;紫外LED光源与芯片衍生反应通道的距离为0.1-7毫米。
所述芯片衍生反应通道的宽10-500微米、深10-260微米、长5-500毫米、内容积5纳升-75微升;反光板与芯片衍生反应通道之间设有一定距离是指它们之间留有间隙,用来提高反光效率;芯片衍生反应通道与反光板之间距离0.1-7毫米。
所述反光板的材质为抛光不锈钢板或抛光铝板,反光板同时兼散热功能。
所述LED基板和散热片的材质为导热良好的金属材料,如铝或铜,且LED基板和散热片紧密贴合,利于散热。
一只或二只以上的紫外LED光源焊接在LED基板上且焊接后具有同一高度,即紫外LED光源下端处于同一水平面上。
与现有技术相比,本发明的光化学衍生器具有如下优点:
1.传统光衍生化器采用编织型衍生化反应管,池体积在100~1000μL之间,不能应用于微流控分析和毛细管液相色谱分析中的柱后衍生化;而本发明采用细内径的直线形或梳状或正弦波形状排列的衍生化反应管,反应池体积仅5nL-75μL,不仅池体积与微流控分析***匹配,而且大幅度提高了光衍生化效率、并降低了成本;
2.传统的光衍生化器采用254nm汞灯紫外光源,而本发明采用280-380nm中心波长的LED紫外光源,依然得到很高的衍生化效率。对于中心波长355到380nm波长的LED,其寿命在20000小时以上,紫外LED光源总功耗仅1-3W,无论是寿命、稳定性、功耗、体积乃至成本指标,紫外LED光源都远远优于传统的低压汞灯。
3.芯片式光衍生化器的衍生池体积仅5nL-75μL,使芯片级微流控分析以及毛细管液相色谱分析的柱后衍生得以实现。本发明的光衍生化器适用于芯片毛细管电泳、芯片微流控分析、毛细管液相色谱、微柱液相色谱、超高压液相色谱和常规液相色谱的柱后光衍生和微型流动注射分析/小型流动注射分析,提高检测灵敏度。
4、芯片光化学衍生器池体积非常小、光衍生效率高、成本低、体积小巧、有效提高了检测黄曲霉毒素和磺胺类药物的检测灵敏度,实用性非常强。
附图说明
图1(a)和图1(b)为芯片式光衍生化器的两个视图,其中:(a)为垂直方向剖面图,(b)为芯片衍生反应通道的俯视图。图中:1-紫外LED光源,2-芯片衍生反应通道,3-芯片基板,4-反光板,5-LED基板,和6-散热片。
图2为实施例1的检测谱图。
具体实施方式
一种黄曲霉毒素和磺胺类药物的芯片式光衍生化器,由紫外LED光源1、芯片衍生反应通道2、芯片基板3、反光板4、LED基板5和散热片6组成,其特征在于:
一只或二只以上沿直线排布的紫外LED光源1位于芯片衍生反应通道2的上方作为光衍生反应的激发光源;一只或二只以上的紫外LED光源1焊接在LED基板5的下表面;紫外LED光源1位于衍生反应管2的上方,LED基板5的下表面与芯片衍生反应通道2长方形区域所在平面平行;一只或二只以上沿直线排布的紫外LED光源1所处直线与长方形区域内的芯片衍生反应通道2平行、且紫外LED光源1所处直线于长方形区域所在平面投影通过芯片衍生反应通道2长方形区域的中心;紫外LED光源1与芯片衍生反应通道2之间设有一定距离;
芯片衍生反应通道2设于芯片基板3上,为矩形或梯形槽路,呈直线形、方波状或正玄波形状排列;芯片基板3的材质为高透明的石英、透紫外玻璃、PDMS或FEP(全氟乙烯丙烯共聚物);
反光板4是一上表面为平面的结构,反光板4位于芯片衍生反应通道2的下方,反光板4上表面与芯片衍生反应通道2长方形区域所处平面平行,且反光板4与芯片衍生反应通道2之间设有一定距离;散热片6紧贴于LED基板5上表面用于紫外LED光源的散热。
紫外LED光源1的中心波长在280-380nm之间,发散角60-140°;紫外LED光源1与芯片衍生反应通道2之间设有一定距离是指它们之间留有间隙,使紫外LED光源1均匀地照射在芯片衍生反应通道2上;紫外LED光源1与芯片衍生反应通道2的距离为0.1-7毫米。
芯片衍生反应通道2的宽10-500微米、深10-260微米、长5-500毫米、内容积5纳升-75微升;反光板4与芯片衍生反应通道2之间设有一定距离是指它们之间留有间隙,用来提高反光效率;芯片衍生反应通道2与反光板4之间距离0.1-7毫米。
反光板4的材质为抛光不锈钢板或抛光铝板,反光板同时兼散热功能。
LED基板5和散热片6的材质为导热良好的金属材料,如铝或铜,且LED基板5和散热片6紧密贴合,利于散热。
一只或二只以上的紫外LED光源1焊接在LED基板5上且焊接后具有同一高度,即紫外LED光源1下端处于同一水平面上。
实施例1
一种超高效液相色谱(UPLC)柱后光衍生化器,激发光源为2只大功率中心波长365nm紫外LED,发散角120°,额定电流500mA;紫外LED光源与芯片衍生反应通道的距离3mm;芯片基板材质为高透明的石英玻璃,其上设有梳状排列的芯片衍生反应通道,通道为宽150μm、深度200μm、长度250mm的矩形槽路,衍生池体积7.5μL;芯片衍生反应通道与反光板距离3mm;反光板为不锈钢抛光板;LED基板和散热片的材质为金属铝。将该芯片式光衍生化器与Waters e2475FLD型荧光检测器(2μL池体积)联接评价其性能。液相色谱条件为:色谱柱:C18柱,100mm×2.1mm×1.7μm;流动相A甲醇:流动相B纯水=45:55;流动相流速:0.3mL/min;进样:10μL 0.6ppb黄曲霉毒素混标。
实验结果:
图2为检测谱图:(1)直接进样,色谱分离后无衍生,用Waters e2475FLD检测,对黄曲霉毒素B1检测下限为0.14ppb;(2)使用本发明芯片式光衍生化器,串联在色谱柱出口与检测器入口之间,对黄曲霉毒素B1检测灵敏度提高6.5倍,检测限为0.02ppb。
实施例2
如实施例1所述的芯片式光衍生化器,将其和Waters e2475FLD款荧光检测器联用分析检测4种磺胺类药物。激发波长230nm,发射波长400nm。
实验结果:进样5ppb磺胺嘧啶(SDZ),未联接衍生化器时Waters e2475FLD未检出;联接本发明芯片式光衍生化器后,5ppb磺胺嘧啶(SDZ)可检出,检测信噪比15。
依据本发明实施例的设计思想对实施例的具体实施方式及应用范围进行修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的。本发明将不会被限制于本文所示的实施例,而是要符合与本文所公开的一般原理和新颖特点相一致的最宽的范围。凡依据本发明设计思想所做的任何无创造性劳动的改变都在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种黄曲霉毒素和磺胺类药物的芯片式光衍生化器,由紫外LED光源(1)、芯片衍生反应通道(2)、芯片基板(3)、反光板(4)、LED基板(5)和散热片(6)组成,其特征在于:
一只或二只以上沿直线排布的紫外LED光源(1)位于芯片衍生反应通道(2)的上方作为光衍生反应的激发光源;一只或二只以上的紫外LED光源(1)焊接在LED基板(5)的下表面;紫外LED光源(1)位于衍生反应管(2)的上方,LED基板(5)的下表面与芯片衍生反应通道(2)长方形区域所在平面平行;一只或二只以上沿直线排布的紫外LED光源(1)所处直线与长方形区域内的芯片衍生反应通道(2)平行、且紫外LED光源(1)所处直线于长方形区域所在平面投影通过芯片衍生反应通道(2)长方形区域的中心;紫外LED光源(1)与芯片衍生反应通道(2)之间设有一定距离;
芯片衍生反应通道(2)设于芯片基板(3)上,其为矩形或梯形槽路(凹槽),呈直线形、方波状或正弦波形状排列;芯片基板(3)的材质为高透明的石英、透紫外玻璃、PDMS或FEP(全氟乙烯丙烯共聚物);
反光板(4)是一上表面为平面的结构,反光板(4)位于芯片衍生反应通道(2)的下方,反光板(4)上表面与芯片衍生反应通道(2)长方形区域所处平面平行,且反光板(4)与芯片衍生反应通道(2)之间设有一定距离;散热片(6)紧贴于LED基板(5)上表面用于紫外LED光源的散热。
2.根据权利要求1所述的芯片式光衍生化器,其特征在于:所述紫外LED光源(1)的中心波长在280-380nm之间,发散角60-140°;所述紫外LED光源(1)与芯片衍生反应通道(2)之间设有一定距离是指它们之间留有间隙,使紫外LED光源(1)均匀地照射在芯片衍生反应通道(2)上;紫外LED光源(1)与芯片衍生反应通道(2)的距离为0.1-7毫米。
3.根据权利要求1所述的芯片式光衍生化器,其特征在于:所述芯片衍生反应通道(2)的宽10-500微米、深10-260微米、长5-500毫米、内容积5纳升-75微升;反光板(4)与芯片衍生反应通道(2)之间设有一定距离是指它们之间留有间隙,用来提高反光效率;芯片衍生反应通道(2)与反光板(4)之间距离0.1-7毫米。
4.根据权利要求1所述的芯片式光衍生化器,其特征在于:所述反光板(4)的材质为抛光不锈钢板或抛光铝板,反光板同时兼散热功能。
5.根据权利要求1所述的芯片式光衍生化器,其特征在于:所述LED基板(5)和散热片(6)的材质为导热良好的金属材料,如铝或铜,且LED基板(5)和散热片(6)紧密贴合,利于散热。
6.根据权利要求1所述的芯片式光衍生化器,其特征在于:一只或二只以上的紫外LED光源(1)焊接在LED基板(5)上且焊接后具有同一高度,即紫外LED光源(1)下端处于同一水平面上。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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