СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ОКНА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ В МОНОЛИТНОЙ КВАРЦЕВОЙ КАПИЛЛЯРНОЙ КОЛОНКЕ
METHOD OF MAKING OPTICAL DETECTION WINDOW IN MONOLITHIC FUSED SILICA COLUMN

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).