專利名稱：一種基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于毛細管電泳技術領域，具體涉及一種基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置。
背景技術：
毛細管電泳是是一種以高壓電場為驅動力，以毛細管為分離通道，依據樣品中各組分之間淌度和分配行為上的差異而實現分離分析的高效液相分離方法。自從1981年Joegenson和Luckas首次提出毛細管電泳以來[I]，該技術以其高效、快速、分離度高、靈敏度高、試劑用量少、低耗及集成度高等優點引起了國內外分析和生命科學界有關專家的廣泛關注，在生物醫學研究、食品藥品分析、臨床診斷、環境監測等領域獲得了廣泛的應用[2，3] ο毛細管電泳儀器系統主要包括分離毛細管、高壓直流電源、緩沖溶液池、檢測器、數據記錄和處理單元等，目前毛細管電泳常用的檢測技術有紫外吸收檢測法、激光誘導熒光檢測法、質譜檢測 法和電化學檢測法等。其中電化學檢測具有靈敏度高、耗電少、死體積小、電極及控制儀器小巧易集成等優點，是毛細管電泳理想的檢測技術，近年來得到了越來越廣泛的重視。電化學檢測常用離柱檢測[4]和柱端檢測[5]兩種檢測模式，對于離柱電化學檢測，分離毛細管和檢測毛細管間用多孔接點隔離分離電壓；對于端柱電化學檢測，微盤檢測電極位于毛細管出口處。對于毛細管電泳電化學檢測，分離毛細管和檢測電極間的精確定位是制約其廣泛應用的主要因素[3]。通常采用三維可調微操縱器來使檢測電極與毛細管出口對齊，由于每次手工調節的重現性差，影響毛細管電泳分析的準確度和精密度。三維可調微操縱器體積較大，集成度不高，抗震性能不佳，定位操作復雜、費時，需要專業的操作人員[3]。所以，開發簡便低成本的毛細管電泳檢測電極定位裝置，簡化操作步驟，提高檢測電極的定位重現性和精度對毛細管電泳電化學檢測技術的發展和應用具有重要意義。本發明利用同心準直的毛細管定位管和檢測電極定位管使毛細管和檢測電極對齊，借助內含磁鐵的電極支架和測微頭，通過旋轉測微頭的旋鈕使電極支架帶動檢測電極前后移動，實現毛細管出口和檢測電極頂端間距離的精密調節。本發明具有加工簡便、成本低、高集成度、操作簡便和定位精度高等優點，并可與微流控芯片、毛細管電色譜、流動注射等技術聯用，在環境監測、臨床診斷、食品藥品分析等領域有良好的應用前景。參考文獻Jorgenson, J.ff., Lukacs, K.D., Anal.Chem.1981, 53, 1298 - 1302.[2]Yu, H., Xu, X.Y., Sun, J.Y., You, T.Y., Cent.Eur.J.Chem.2012，10，639-651.[3]Chen, G., Zhu, Y.Z., Wang, Y.F., Xu, X.J., Lu, T., Current Med.Chem.2006，13，2467 - 2485.[4]O’Shea, T.J., Lunte, S.M., Anal.Chem.1993, 65, 948 - 951.[5] Chen, Q.ff., Zhang, L.Y., Chen, G., Anal.Chem.2012，84，171-178.。
發明內容
本發明的目的在于提出一種制作簡單、價格低廉、集成度高，且操作簡便、重現性好的基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置。本發明提出的基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置，其結構如附圖1所示，由內含磁鐵3的電極支架14、檢測電極8、毛細管9、毛細管定位管11、檢測電極定位管13、檢測池12、測微頭17、鋼質螺桿15、安裝套管16和底板22組成；磁鐵3安裝于一面開有圓孔4的電極支架14中；安裝套管16安裝于底板22上，并將測微頭17固定，鋼質螺桿15的外徑與圓孔4的直徑相同，通過磁鐵3的磁力使鋼質螺桿15的頂端附著在圓孔4中并可自由旋轉；在測微頭17和磁鐵3間設有一層25-100微米厚的用于減少摩擦的滌綸薄膜5 ;毛細管定位管11和電極定位管13分別安裝在檢測池12相對的兩側壁上，且兩者同心準直，毛細管9通過硅橡膠片10固定在毛細管定位管11中，檢測電極8通過兩片硅橡膠片7固定在電極支架14上的小孔6中，并通過電極定位管13與毛細管9出口準直；通過調節測微頭17的旋鈕使吸在磁鐵3上的圓柱形鋼質螺桿15帶動安裝有檢測電極8的電極支架14前后移動，以實現毛細管11出口和檢測電極8頂端間距離的高精度調節。本發明中，用于制作檢測電極定位裝置的磁鐵3可為釹鐵硼磁鐵、鐵氧體磁鐵或磁鋼等，是長方體塊，尺寸為15-25 mm X 8-15 mm X 1-3 mm。根據磁鐵3的尺寸，將0.5-2_厚的有機玻璃板或者聚苯乙烯板通過數控激光切割機切割成小片，通過氯仿等有機溶劑粘合可得電極支架14，其外部尺寸為30-40 mm X 17-30 mm X 4-6 mm，內部空間尺寸為25-35 mm X 15-25 mm X 1-3 _，內部空間長度和寬度與磁鐵3的長度和厚度一致，電極支架14底部 填充用有機玻璃片或者聚苯乙烯片確定磁鐵3的位置。本發明中，電極支架14的頂部用于安裝檢測電極的兩個小孔6為方孔，其尺寸為:
1.5-3.5 mm X 4-6 mm，借助兩片娃橡膠片 7( 1.5-3.5 mm X 1.5-2.5 mm X 6-8 mm),將檢測電極安裝在支架14上；電極支架14的一面中部的圓孔4直徑為6 mm,圓孔中心距離底板22底部為10-20 mm。本發明中，測微頭17有市售，精度為0.01 mm，其螺桿的行程為0-25 mm，通過一個圓筒形的有機玻璃片或者聚苯乙烯套管16 (內徑13 mm,外徑18 mm,長18 mm),固定在底板22上，圓筒形套管16兩側有粘合在底板22上的兩個有機玻璃或者聚苯乙烯墊片18 (3mm X 3 mm X 18 mm),增加圓筒形套管16在底板上的粘合強度和穩定性。底板22為透明的有機玻璃或者聚苯乙烯板(15-25 mm X 40-60 mm X 3-7 mm)。檢測池12及其支架采用厚度為1-3 mm的透明有機玻璃片或者聚苯乙烯片粘合而成，檢測池12的內部尺寸為15-30 mm X 10-20 mm X 10-20 mm，通過機械鉆孔和粘合的工藝將毛細管定位管11、檢測電極定位管13、參比電極19、輔助電極20、接地電極21安裝在檢測池12中，毛細管定位管
I1、檢測電極定位管13位于檢測池12的上部區域，參比電極19、輔助電極20、接地電極21位于檢測池12的中部區域，其位置參見圖1所示。本發明中，毛細管定位管11的內徑0.35-0.6 mm,外徑0.6-1 mm,長10-20 mm,檢測電極定位管13的內徑0.35-0.6 mm,外徑0.6-1 mm,長10-20 mm,毛細管定位管11和檢測電極定位管13的內徑比插入其中的毛細管9和檢測電極8的外徑高出20-50 μ m，均采用不銹鋼毛細管制作，安裝前，先將毛細管(內徑10-320 μπι，外徑320-450 μ m)插入兩個管子，然后將毛細管定位管11和檢測電極定位管13分別插入檢測池12的向對的兩側壁的孔中，用透明環氧樹脂粘合，固化后可使兩個定位管同心準直。其中輔助電極20和接地電極21全部使用鉬絲(直徑100-500 μ m)，參比電極19為銀/氯化銀電極。本發明中，檢測電極的制作方法為:如附圖2所示，將銅絲24 (直徑100-200 μ m,長10-20 cm)—頭插入一根熔融石英毛細管23(內徑50-320 μ m，外徑320-450，長3-6 cm)中，銅絲24在管內的一端離毛細管末端約4 mm，毛細管23另一端通過熱熔膠25與銅絲固定。將環氧樹脂與固化劑調勻后與導電材料如石墨粉按質量比1:1混合并調勻，將毛細管末端垂直插入該混合物，直至混合物與管內的銅絲24接觸，于50-70 °C烘箱中加熱40-80分鐘后，末端電極填充材料26用金相砂紙磨成圓盤得電極端面，即制成檢測電極21。將全部部件按照附圖1安裝到位即得基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置。基于本發明的毛細管電泳電化學檢測電極8的定位方法:將毛細管9插入毛細管定位管11中，并在檢測池內露出約1-3 _，通過檢測池外的硅橡膠固定片10使毛細管9固定，然后，調節測微頭17使檢測電極8插入電極定位管13，直至其頂端與毛細管9出口接觸，然后旋轉測微頭17的旋鈕，使鋼質螺桿15帶動檢測電極8回縮10-100 μ m，實現基于毛細管電泳電化學檢測電極的高精度定位。本發明結構簡單、加工簡便、成本低、集成度高、操作簡便、定位精度和定位重現性高，毛細管9和檢測電極8間的準直定位無需使用結構復雜且穩定性差的三維操縱儀。本發明中采用了一體化設計，檢測池12和檢測電極支架14均固定在底板14上，底座的震動和位置的移動不會造成對準后的毛細管出口與檢測電極8間相對位置的改變，增強了整個系統的穩定性和重現性。本發明在環境監測、生物醫學分析、食品分析等領域有良好的應用前景。
圖1為本發明的設計示意圖。其中，(A-C)為含磁鐵3的電極支架14的正視圖(A)、側視圖(B)和斜視圖(C); (D)為夾于兩片硅橡膠片7間的檢測電極8 ; (E)為安裝有檢測電極8的電極支架14的斜視圖；(F)為基于磁鐵3和測微頭17的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置斜視圖。圖2為本發明中檢測電極的制作過程示意圖。圖3為使用本發明檢測對苯二胺(a)、間氨基酚(b)和間苯二酚(C)(濃度均為0.5毫摩爾/升)的標準混合溶液的毛細管電泳圖譜。圖4為本發明用于對苯二胺(a)、間氨基酚(b)和間苯二酚(C)(濃度均為0.5毫摩爾/升)標準混合溶液的毛細管電泳電化學檢測獲得的峰電流和定位次數的關系曲線。圖5為使用本發明檢測染發劑中對對苯二胺(a)、間氨基酚(b)和間苯二酚(C)的毛細管電泳圖譜。圖中標號:1為檢測電極固定孔，2為有機玻璃支架，3為磁鐵，4為定位圓孔，5為滌綸薄膜，6為檢測電極安裝孔，7為電極固定用硅橡膠片，8為檢測電極，9為毛細管，10為毛細管固定用硅橡膠片，11為毛細管定位管，12為檢測池，13為檢測電極定位管，14為含磁鐵的檢測電極支架，15為鋼質螺桿，16為有機玻璃套管，17為有機玻璃墊片，18為檢測電極引導管，19為銀/氯化銀參比電極，20為輔助電極，21為接地電極，22為有機玻璃底板，23為石英毛細管，24為銅絲,25為熱熔膠,26為電極填充材料。
具體實施例方式下面通過實施例和附圖進一步描述本發明:
(I)含磁鐵的電極支架14的加工
用于制作檢測電極定位裝置的磁鐵3可為釹鐵硼磁鐵,尺寸為20 mm X 10 mm X 2_。根據磁鐵3的尺寸，將I _厚的有機玻璃板通過數控激光切割機切割成小片，通過氯仿等有機溶劑粘合可得電極支架14，其外部尺寸為32 mm X 24 mm X 4 _，內部空間尺寸為25 mm X 20 mm X 2 mm，要求內部空間長度和寬度與磁鐵3的長度和厚度一直，電極支架底部填充兩片I mm厚有機玻璃片確定磁鐵3的底邊離底板的高度為7 mm。電極支架14的頂部加工了兩個方孔(2 mm X 4 mm),借助兩片娃橡膠片7 (2 mm X 2 mm X 7mm)，將檢測電極8安裝在支架14上。支架14的一面中部加工一個直徑為6 mm的圓孔4，圓孔中心距離底板22底部約12 mm。( 2)檢測電極8的制作
如附圖2所不,將銅絲24 (直徑150 μπι,長15 cm) 一頭插入一根熔融石英毛細管23(內徑250 μ m，外徑370，長4 cm)中，銅絲24在管內的一端離毛細管末端約4 mm，毛細管另一端用熱熔膠25與銅絲24固定。將環氧樹脂與固化劑調勻后與導電材料如石墨粉按質量比1:1混合并調勻，將毛細管末端垂直插入該混合物，直至混合物與管內的銅絲接觸，于60 °C烘箱中加熱60分鐘后，末端電極填充材料26用金相砂紙將電極頭磨成圓盤，即制成檢測電極21。(3)基于磁鐵 毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置的加工和裝配
如附圖1所示，本發明由內含磁鐵3的電極支架14、硅橡膠片7、檢測電極8、毛細管9、毛細管定位管11、檢測電極定位管13、檢測池12、測微頭17、安裝套16和底板22等組成，磁鐵3裝于一面開有圓孔4的電極支架14中。通過固定在底板22上的安裝套16可將測微頭17固定，鋼質螺桿15的外徑與圓孔4的直徑相同，通過磁鐵3的磁力使螺桿15的頂端附著在圓孔4中并可自由旋轉，在測微頭17和磁鐵3間有一層50微米厚的滌綸薄膜5以減少摩擦。毛細管定位管11和電極定位管13分別安裝在檢測池12相對的兩側壁上，要求同心準直，毛細管9通過硅橡膠固定片10固定在毛細管定位管11中，檢測電極8通過兩片硅橡膠片7固定在電極支架14上的小孔中，并通過電極定位管13與毛細管9出口準直。通過調節測微頭17的旋鈕使吸在磁鐵3上的圓柱形鋼質螺桿15帶動安裝有檢測電極8的電極支架14前后移動，從而實現毛細管11出口和檢測電極8頂端間距離的高精度調節。本發明中市售測微頭17精度為0.01 mm，其螺桿的行程為0-25 mm，通過一個圓筒形的有機玻璃片套管16 (內徑13 mm，外徑18 mm，長18 mm)，固定在底板22上，圓筒形套管16兩側有粘合在底板22上的連個有機玻璃墊片18 (3 mm X 3 mm X 18 mm)，增加圓筒形套管16在底板上的粘合強度和穩定性。底板22為透明的有機玻璃板(20 mm X 50mm X 5 _)。檢測池12及其支架采用厚度為2 mm的透明有機玻璃片粘合而成，檢測池12的內部尺寸為20 mm X 15 mm X 15 mm,通過機械鉆孔和粘合的工藝將毛細管定位管11、檢測電極定位管13、參比電極19、輔助電極20、接地電極21按照附圖1所示安裝在相應位置。毛細管定位管11 (內徑0.4 1111]1,外徑0.7 mm,長15 mm)和檢測電極定位管13 (內徑0.4 1111]1,外徑0.7 mm,長15 mm)的內徑比插入其中的毛細管9和檢測電極8的外徑高約30μ m,均采用不銹鋼毛細管。安裝前,先將毛細管(內徑25 μ m,外徑370 μ m)插入兩個管子，然后將毛細管定位管11和檢測電極定位管13分別插入檢測池12的向對的兩側壁的孔中，用透明環氧樹脂粘合，固化后可使兩個定位管同心準直。其中輔助電極20和接地電極21均為鉬絲(直徑250 μ m)，參比電極19為銀/氯化銀電極。(4)基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置的操作及其應用
將毛細管9插入毛細管定位管11中，并在檢測池內露出約2 _，通過檢測池外的硅橡膠固定片10使毛細管9固定，然后，調節測微頭17使檢測電極8插入電極定位管13，直至其頂端與毛細管9出口接觸，然后旋轉測微頭17的旋鈕，使鋼質螺桿15帶動檢測電極8回縮50 μ m，實現基于毛細管電泳電化學檢測電極的高精度定位。為了測試本發明的性能，將其與高壓直流電源和電化學檢測器組裝成毛細管電泳電化學檢測系統，用于0.5毫摩爾/升的對苯二胺(a)、間氨基酚(b)和間苯二酚(C)標準混合溶液的的毛細管電泳分離分析，獲得電泳圖譜見附圖3，三個組分可在11分鐘內完全分離，結果令人滿意。測試條件為:分離和進樣電壓為9 kV，進樣時間為5 S，緩沖溶液為50mM硼酸鹽緩沖液(pH 9。2)，檢測電極為直徑250 μ m石墨-環氧樹脂復合材料圓盤電極，檢測電位為+0.8 V (相對于銀/氯化銀參比電極)。附圖4為使用本發明檢測0.5毫摩爾/升的對苯二胺、間氨基酚和間苯二酚標準混合溶液的峰電流和定位次數的關系曲線，15次定位測得的對苯二胺、間氨基酚和間苯二酚峰電流的相對標準偏差分別為4.2 %、4.4%和3.5%，表明本發明的定位重現性良好。為進一步驗證本發明的實用性，研制的基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置還被用于染發劑中對苯二胺、間氨基酚和間苯二酚的檢測(附圖5)，測得某品牌染發劑中對苯二胺、間氨 基酚和間苯二酚的含量分別為24.49，2.836和1.741 mg/g，符合國家標準。
權利要求
1.一種基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置，其特征在于由內含磁鐵(3)的電極支架(14)、檢測電極(8)、毛細管(9)、毛細管定位管(11)、檢測電極定位管(13)、檢測池(12)、安裝套管(16)、測微頭(17)、鋼質螺桿(15)、安裝套管(16)和底板(22)組成；磁鐵(3)安裝于一面開有圓孔(4)的電極支架(14)中；安裝套管(16)安裝于底板(22)上，并將測微頭(17)固定，鋼質螺桿(15)的外徑與圓孔(4)的直徑相同，通過磁鐵(3)的磁力使鋼質螺桿(15)的頂端附著在圓孔(4)中并可自由旋轉；在測微頭(17)和磁鐵(3)間設有一層25-100微米厚的用于減少摩擦的滌綸薄膜(5);毛細管定位管(11)和電極定位管(13)分別安裝在檢測池(12)相對的兩側壁上，且兩者同心準直，毛細管(9)通過硅橡膠片(10)固定在毛細管定位管(11)中，檢測電極(8通過兩片硅橡膠片7固定在電極支架(14上的小孔(6)中，并通過電極定位管(13)與毛細管(9)出口準直；通過調節測微頭(17)的旋鈕使吸在磁鐵(3)上的圓柱形鋼質螺桿(15)帶動安裝有檢測電極(8)的電極支架(14)前后移動，以實現毛細管(II)出口和檢測電極(8)頂端間距離的高精度調節。
2.根據權利要求1所述的基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置，其特征在于所述的毛細管(9)插入在毛細管定位管(11)中，在檢測池(12)內露出1-3毫米，調節測微頭(17)使檢測電極(8)的頂端與毛細管(9)出口接觸，然后旋轉測微頭(17)的旋鈕，使鋼質螺桿(15)帶動檢測電極(8)回縮10-100微米，實現檢測電極的高精度定位。
3.根據權利要求1所述的基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置，其特征在于所述磁鐵(3)為釹鐵硼磁鐵、鐵氧體磁鐵或磁鋼，是長方體塊，尺寸為15-25 mmX 8-15mm X 1-3 mm。
4.根據權利要求3所述的基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置，其特征在于所述的電極支架(14)，其外部尺寸為30-40 mm X 17-30 mm X 4-6 mm，內部空間尺寸為25-35 mm X 15-25 mm X 1-3 mm，內部空間長度和寬度與磁鐵(3)的長度和厚度一致，電極支架(14)底部填充用有機玻璃片或者聚苯乙烯片確定磁鐵(3)的位置。
5.根據權利要求3所·述的基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置，其特征在于所述的電極支架(14)頂部用于安裝檢測電極的兩個小孔(6)為方孔，其尺寸為:1.5-3.5mm X 4-6 mm;電極支架(14)的一面中部的圓孔(4)直徑為6 mm,圓孔中心距離底板(22)底部為10-20 mm。
6.根據權利要求3所述的基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置，其特征在于所述的檢測池(12)的內部尺寸為15-30 mm X 10-20 mm X 10-20 _。
7.根據權利要求6所述的基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置，其特征在于所述的毛細管定位管(11)的內徑為0.35-0.6 mm,外徑為0.6-1 mm,長為10-20 mm,檢測電極定位管(13)的內徑為0.35-0.6 mm,外徑為0.6-1 mm,長為10-20 mm ;毛細管定位管(11)、檢測電極定位管(13 )的內徑比插入其中的毛細管(9 )和檢測電極(8 )的外徑高出20-50 μ m ;毛細管(9)的內徑為10-320 μ m，外徑為320-450 μ m。
全文摘要
本發明屬毛細管電泳技術領域，具體為一種基于磁鐵的毛細管電泳電化學檢測電極定位裝置。該裝置由內含磁鐵的電極支架、檢測電極、毛細管、檢測池、毛細管定位管、電極定位管、螺桿、測微頭等組成。測微頭通過安裝套管固定在底板上，其螺桿的外徑與電極支架上圓孔的直徑相同，通過磁鐵使螺桿的頂端附著在圓孔中并可自由旋轉；毛細管定位管和電極定位管分別安裝在檢測池的兩側壁上并同心準直，毛細管固定在定位管中，檢測電極安裝在電極支架上的小孔中，插入定位管后與毛細管準直，通過旋轉測微頭的旋鈕使電極支架帶動檢測電極前后移動，實現毛細管出口和檢測電極間距離的精密調節。
文檔編號G01N27/30GK103245708SQ20131015005
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月26日 優先權日2013年4月26日
發明者陳剛, 干志彬, 張魯雁 申請人:復旦大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
