[发明专利]具有集成芯的色谱仪器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年6月26日提交的美国临时申请No.61/220,713的优先权，该临时申请的全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明总地涉及色谱仪。更具体地讲，本发明涉及降低由柱外谱带扩展所引起的扩散的仪器和方法。

背景技术

高效液相色谱(HPLC)和超高效液相色谱(UHPLC)仪器是用于对样品中的化合物进行分离、鉴别和/或定量的工具。传统的HPLC仪器采用由不锈钢管构造的分析柱。典型的柱由内孔直径为4.7mm，长度范围为大约5cm至大约25cm的管形成。

特定仪器提供的光谱分辨率受诸多因素影响。一个此类因素是样品组分在组分流经仪器时的谱带扩展。谱带扩展引起的分辨率损失可源于多种效应，例如体积效应、时间事件(采样速率)和溶剂梯度滞后体积。要实现最佳分离效率，流动相的适当流速至关重要。

在HPLC仪器中，通常使用注射器将样品以离散的流体塞注射到流动的流动相中。当流体塞从柱往和/或返流动时，流体塞谱带的扩散可能会降低色谱系统的最终效能。例如，在采用填充有5μm直径粒子的4.7mm柱管、流速为1-2mL/min的流动相的色谱系统中，通常使用外径为1/16英寸且内径为约0.010英寸的连接管来管接(plumb)各HPLC部件(例如，泵、注射器、柱和检测器)之间的连接。由于这样的流速和管尺寸，可较为容易地将孔口细部加工到符合可在管接口处提供可接受的最小谱带增宽的公差要求。

一些仪器被构造为容纳较小的样品容积或降低流动相溶剂消耗；此类构造可能需要减小柱内径(ID)。因此，目前常用几个等级的色谱仪；其典型定义如表1中所示。

表1

微管径级HPLC通常通过类似于用于分析级HPLC的仪器来实施，但其中存在微小的变化。通常认为除了需要在制造配件时要在较小程度上多加注意外，微管径级HPLC还需要类似于分析级HPLC的操作熟练程度。

相比之下，毛细管级和纳米级HPLC需要HPLC部件相对于分析级HPLC而言具有相对显著的改变。使用标准开环往复HPLC泵(诸如常见于分析级和微管径级HPLC系统中的那些泵)产生小于约50μL/min的稳定的流动相流速相对较为困难。

对于毛细管级色谱仪，可用不锈钢管进行部件互连，然而内径必须通常小于0.005英寸(小于约125μm)。在制造配件端部时通常需要注意避免形成即便是微量的死体积。

对于纳米级色谱仪，通常需要内径为约25-50μm的管来互连仪器的部件(例如将泵连接至分离柱)。因为在这些尺寸中通常不能使用不锈钢管，所以通常采用聚酰亚胺涂覆的熔凝硅胶管。尽管熔凝硅胶管具有优异的尺寸公差且非常清洁，并且无反应性内壁，但其易碎且难以操作。此外，应将互连孔口加工到满足防止出现甚至纳升的未吹扫的死体积的精确公差要求。

虽然用微管径级HPLC代替分析级HPLC的主要动机是希望降低溶剂消耗，但转向毛细管级和纳米级色谱仪除了(在例如使用小于约10μL/min的流速时)进一步降低溶剂消耗外，还可使质谱仪的检测灵敏度得以改善。此外，就涉及少量可用样品的应用(例如新生儿血液筛查)通常所需的灵敏检测而言，毛细管级或纳米级系统往往是唯一的选择。

虽然毛细管级和纳米级色谱仪具有各种优点，但HPLC用户趋于采用微管径级和分析级色谱系统。如上所述，这些系统通常提供良好的可靠性和相对的易用性。相比之下，在操作毛细管级或纳米级色谱系统的同时保持良好的色谱效能需要在管接系统(例如，使用管连接泵、注射器、柱和检测器)时多加注意。

发明内容

一些实施方案源于这样的认识：一些UHPLC仪器由于各种常见的LC管件相关部件、检测相关部件和/或用于连接各部件的管件所导致的柱外谱带增宽而未实现其全部的分辨率潜力。另外，一些实施例部分源于这样的认识：通过使流体处理部件部分集成以及将柱的入口和/或出口与部分集成部件直接连接可显著减小使用管式柱的超高压色谱仪器中的体积谱带扩展。例如，集成于图案化基底中的注射器阀可直接连接至分离柱的入口，以减小或消除与连接管和/或两个与连接管相连的连接件相关的谱带扩展。