用于分離溶液組分的裝置的制造方法
【專利摘要】一種用于分離溶液組分的裝置，該裝置包括：用于接收溶液的孔；連接至該孔用于接收來自該孔的溶液的出口管，其中該出口管具有的直徑比該孔小；以及在該出口管內用于保留來自溶液的一種或多種組分的多孔復合吸附劑，其中該復合吸附劑是呈燒結的固體組合物的形式，該固體組合物至少包含燒結在一起的多孔聚合物顆粒和吸附劑顆粒，該復合吸附劑被推動裝配到該出口管中以便在該出口管內形成緊密配合，并且其中該出口管在其中具有限制物，該限制物的作用是停止該復合吸附劑在該出口管中的行進超過該限制物的位置。該裝置可以是用于液體的濃縮器，例如在LC或LC/MS分析之前。
【專利說明】
用于分離溶液組分的裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及分離液體溶液的組分并且由此純化和/或濃縮該溶液，特別地，但不排 他地，作為用于液相色譜法和/或質譜法的樣品制備的一部分。
【背景技術】
[0002] 液相色譜法(IX)，尤其是當與質譜法(MS)聯(lián)用時，是一種用于分析例如醫(yī)療用藥 和生物樣品的重要技術。肽僅是現(xiàn)今常規(guī)地需要通過LC/MS分析的一種類型的分子。在通過 LC/MS分析之前傳統(tǒng)的樣品制備需要純化和/或濃縮步驟。然而，濃縮步驟可能導致感興趣 的組分的最高達95%的蒸發(fā)損失，例如肽，由于不可逆結合到濃縮容器的壁上。蒸發(fā)和濃縮 步驟因此在生產率方面是一項費時且昂貴的活動。
[0003] 固相萃取(SPE)是在LC之前的用于制備樣品的技術。它包括使用典型地保持在某 種類型的柱或小柱(cartridge)中的吸附劑從典型地含有多種組分的液體溶液中去除一種 或多種化學組分同時保持其他組分在該液體中。以這種方式，可以在分析之前去除不想要 的組分。在一種類型的實施例中，感興趣的組分使用吸附劑被去除并且隨后從該吸附劑被 回收在另一種液體中。可以按這種方式純化和/或濃縮感興趣的組分。在另一種類型的實施 例中，使用吸附劑從液體中去除一種或多種不想要的組分。
[0004]在常規(guī)的SPE中，吸附劑是呈粉末的形式，即松散顆粒。吸附劑顆粒然后保持在兩 個固定的多孔濾芯(frit)之間并且待濃縮的液體流動穿過第一濾芯，緊接著吸附劑顆粒并 且然后第二濾芯。然而，使用松散吸附劑顆粒具有許多缺點。除了要求提供兩個濾芯并與吸 附劑裝配在一起的簡單缺點之外，濾芯的存在增加了占據(jù)的體積，這可能增加色譜分析中 樣品帶的寬度。每當制備SPE柱時，必須測量吸附劑顆粒的量并且該量可能在柱與柱之間略 微變化，連同填裝密度以及其他因素，這可能影響柱與柱之間的分離特性。此外，使用吸附 劑顆粒可能就引起降低的流動阻力和顆粒之間的液體溝流而言影響流動特征。
[0005] GB 2441528披露了共燒結的多孔聚合物，該多孔聚合物包含多孔聚合物基底和固 定在其中的分子特異性粉末。描述了該共燒結的聚合物用作SPE中的濾芯使得不需要單獨 的吸附劑粉末。然而，在那篇文獻中描述的配置不適合用于濃縮如現(xiàn)今分析生物樣品通常 所要求的非常少量的液體樣品。在US 6048457及其繼續(xù)中描述了一種用于分離樣品的殼 體，其中該殼體配備有包括多個吸附顆粒包埋在多孔聚合物基質中的結構。該基質是通過 流延方法在該殼體內形成的并且該基質由此粘附到該殼體上。缺點是所部署的流延溶液的 量和流延的效率可能在一個殼體與另一個殼體之間變化，從而導致殼體之間的分離效率的 變化。類似地，在EP 1533015中披露了聚合物顆粒和吸附珠粒的燒結混合物，該混合物被直 接燒結成液體容器(如移液管）的殼體。然而，類似的缺點也適用于該裝置。
[0006] 在另一種方法中，US 6,723,236描述了具有儲存器、孔和出口噴口的萃取裝置，其 中該孔是錐形的并且含有密封在這些錐形孔壁之間的第一過濾器(濾芯)和第二過濾器，其 中一定量的吸附劑顆粒部分地填充這些過濾器之間的體積以提供該吸附劑與在它之上的 該第一過濾器之間的空隙體積。除了具有如以上描述的與使用松散吸附劑顆粒和單獨的多 孔濾芯相關聯(lián)的問題之外，濾芯和介質兩者傾向于在制造時位置變化和制造后移動。例如， 濾芯的位置由于濾芯和孔的公差的變化可能不同并且介質的位置由于填裝的不一致性可 能不同。此外，錐形孔形狀將不利地影響液體流速的均勻性，因為液體沿著該孔前進。
[0007] 針對此背景，做出了本發(fā)明。

【發(fā)明內容】

[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于分離溶液的組分的裝置，該裝置包含：用 于接收溶液的孔;連接至該孔用于接收來自該孔的溶液的出口管；以及位于該出口管內用 于保留來自溶液的一種或多種組分的多孔復合吸附劑。本發(fā)明優(yōu)選地提供了一種用于分離 溶液的組分的裝置，該裝置包含：用于接收溶液的孔;連接至該孔用于接收來自該孔的溶 液的出口管，其中該出口管具有的直徑比該孔??；以及在該出口管內用于保留來自溶液的 一種或多種組分的多孔復合吸附劑，其中該復合吸附劑是呈燒結的固體組合物的形式，該 固體組合物至少包含燒結在一起的多孔聚合物顆粒和吸附劑顆粒，該復合吸附劑被推動裝 配到該出口管中以便在該出口管內形成緊密配合，并且其中該出口管在其中具有限制物 (restriction)，該限制物的作用是停止該復合吸附劑在該出口管中的行進超過該限制物 的位置。
[0009] 該裝置對于固相萃取是有用的。本發(fā)明在一個方面涉及分離溶液的組分(也稱為 分析物），即將組分彼此分離和/或從溶液的溶劑中分離一種或多種組分。該裝置可用于濃 縮和/或純化溶液的組分。本發(fā)明可用于從溶液中萃取一種或多種組分并且隨后將它們再 溶解或回收在相同的溶液或另一種溶液中用于后續(xù)分析，例如通過LC/MS。本發(fā)明因此可用 于將感興趣的一種或多種分析物濃縮在溶液中。該吸附劑可以保留一種或多種組分使得它 們可以隨后以比它們最初進入裝置更濃縮的狀態(tài)再溶解到溶液(與它們被保留的相同的或 不同的溶液）中。所獲得的純化的和/或濃縮的溶液可用于分析。該裝置因此可以是用于液 體的濃縮器，尤其是用于在LC或LC/MS分析之前制備溶液的濃縮器。從該裝置洗脫出的純化 的或濃縮的溶液，即在穿過吸附劑之后，可以被注射到LC系統(tǒng)，尤其是LC/MS系統(tǒng)中。該溶液 可以是例如生物或生物活性分子或醫(yī)療用藥的溶液。該裝置尤其適合用于處理(濃縮)少量 的溶液，諸如將例如〇. 2至2.0ml (毫升)或1.0至2.0ml的溶液濃縮為例如0.01至0.5ml或更 少(或0.02至0.5ml、或更少）的溶液。該裝置可以將多于0. lml(100μΙ)的溶液濃縮為0. lml 或更少（例如〇.〇5ml或更少）的溶液。因此，該裝置可以適合用于微洗脫樣品（即，它可以是 用于從較多溶液(例如lml或更多)濃縮成較少溶液的微洗脫裝置，其中該較少溶液具有500 μL或更少、優(yōu)選200μ1或更少、更優(yōu)選100μΙ或更少、50μ1或更少、或25μ1或更少、或甚至10μ1 或更少的體積）。
[0010] 本發(fā)明除去了對于蒸發(fā)的需要并且避免了與蒸發(fā)吸附到孔壁上相關聯(lián)的樣品損 失。本發(fā)明因此解決了在藥物和臨床實驗室中濃縮生物樣品用于LC/MS的需要而無需蒸發(fā) 濃縮步驟。因此，通過減少工作流程步驟改進了操作效率并且進而降低操作成本并且提高 了生產率。此外，可以更有效地利用可獲得的樣品溶液。
[0011] 本發(fā)明免除現(xiàn)有技術中對于保持松散吸附劑顆粒的濾芯的需要。本發(fā)明適合用于 濃縮小體積的樣品尤其是生物或藥物來源的樣品。該吸附劑是位于出口管內的多孔復合材 料，該出口管的直徑小于主要溶液孔。相比現(xiàn)有技術的設計，因此需要更少量的復合吸附劑 并且它適合用于濃縮更少體積的溶液和更少量的分析物。此外，憑借該裝置的幾何結構和 其中的復合吸附劑的配置，諸如對應的長徑比，可能存在與吸附劑接觸的溶液的增加的停 留時間，這產生了分離效率和后續(xù)回收率的提高。
[0012] 現(xiàn)將總結本發(fā)明的許多優(yōu)選特征以及附加的優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0013] 該裝置的孔是該裝置的一部分，它充當用于一定量的待處理溶液的儲存器。該溶 液，已經(jīng)在單獨的過程中獲得并且可以是例如生物樣品，可以通過液體遞送裝置(例如移液 管)被分配到該孔中。在使用中，該裝置以孔在出口管之上來安排使得在重力或其他力（如 抽吸)下流體從孔流入出口管。
[0014] 該孔典型地是圓柱形形狀的或具有圓柱形部分。該孔優(yōu)選地具有豎直壁（當出口 管豎直放置時），優(yōu)選地其中該豎直壁具有沿其長度的至少一部分的平行側面(即不像漏斗 或錐形形狀）。該孔可以具有圓形或正方形截面形狀(在橫截面中）。該孔可以具有正方形截 面形狀的一個部分(例如在使用中的一個上部部分)和圓形截面形狀的另一個部分(例如在 使用中的一個下部部分）（如圓柱形或優(yōu)選地圓錐形部分）。該孔可以具有在〇.5ml與5.0ml 之間、或在0.5ml與2.5ml之間、或在0.75ml與2.0ml之間的內部體積。該孔可以具有例如 0.75、1.5或2.0ml的體積。優(yōu)選地，該孔具有至少1.5ml、尤其是至少2ml的體積，從而給予比 現(xiàn)有方法更大的將體積lml的樣品1:1稀釋的能力。
[0015] 該孔將溶液進料至其中定位復合吸附劑的出口管。在一些實施例中，連接到出口 管的該孔的壁(例如底壁)優(yōu)選地被配置成當出口管是豎直的時與水平面成限定的角度以 幫助流體的流出，例如成從1至85度或1至60度的角度，優(yōu)選的是15至60度并且尤其是30至 60度(例如45度），或在其他情況下與水平面成1至15度。這有助于防止從該孔退出的流體流 的渦流并且降低流體在該孔的拐角的聚集。
[0016] 該裝置具有與該孔流體連通的出口管。該出口管優(yōu)選地具有更小的直徑并且尤其 是比該孔更小的體積（即，內徑和內部體積）。該出口管的內徑典型地是該孔的直徑的大約 一半或小于一半。在該孔和/或出口管具有多于一個直徑值時，它是該出口管的平均直徑， 優(yōu)選地小于該孔的平均直徑。在該孔和/或出口管不是圓形的時，它是所考慮的出口管和/ 或孔的最寬點處的直徑或寬度。該出口管典型地是圓柱形形狀的。優(yōu)選地，該出口管是狹長 的并且在該裝置的縱軸方向上是基本上直的。在使用中，該裝置被設計為具有處于豎直取 向的出口管來使用，即具有縱軸豎直的出口管，由此該孔位于該出口管上方使得溶液從該 孔流向該出口管。優(yōu)選地，該出口管具有圓形橫截面。優(yōu)選地，該出口管具有沿其長度的至 少一部分，在一些實施例中沿其長度的至少一個主要部分，以及在一些實施例中基本上沿 其長度的基本上恒定的內徑（即不是漸縮的）。優(yōu)選地，該出口管的最窄直徑的直徑是該出 口管的最寬直徑的直徑的至少60%、更優(yōu)選至少70%并且最優(yōu)選至少80%。該復合吸附劑 優(yōu)選位于此恒定內徑部分中。由于出口管的恒定內徑，溶液的液體流速是均勻的，尤其是通 過吸附劑。通過在狹窄的出口管內提供復合吸附劑，與在孔中提供吸附劑相比，被吸附劑占 據(jù)的體積降低，這增強了分離效率，尤其是對于少量的樣品（如對于許多生物樣品的情況） 以及還有當被分離的組分再溶解到溶液中時的洗脫效率。
[0017] 該出口管的內壁優(yōu)選地在其中具有限制物，該限制物的作用是停止該復合吸附劑 在該出口管中的行進超過該限制物的位置。該限制物可以具有不同的形式，如出口管的內 部階梯或內徑減小或者進入出口管的內部體積的一個或多個突起。
[0018] 復合吸附劑優(yōu)選地抵靠出口管的內壁緊密地配合但允許在組裝過程中將吸附劑 推動裝配進入出口管。復合吸附劑優(yōu)選緊密地配合，這樣使得沒有顯著量的液體溶液可以 圍繞吸附劑的邊緣流動，即吸附劑的邊緣與出口管的相鄰內壁之間。溶液因此有效地流過 吸附劑，這增加了分離效率。位于出口管內的吸附劑的重量優(yōu)選地是不大于l〇mg(毫克），更 優(yōu)選地不大于5mg，例如它可以是在1與1 Omg之間，例如2mg、5mg或1 Omg。優(yōu)選地，復合吸附劑 不是與出口管的出口鄰接定位，而是在復合吸附劑與出口管的出口之間存在一段出口管。 與其中定位復合吸附劑的出口管的長度相比，這可以是一段具有減小的內徑的出口管。
[0019] 該出□管的長徑比（長度(L)/內徑⑶）優(yōu)選地是在2與10之間（更優(yōu)選地在2與8之 間、還更優(yōu)選地在2與6之間、并且最優(yōu)選地在3與5之間），尤其是約4。在出口管的內徑具有 多于一個值時，從平均直徑計算長徑比。出口管的內徑(D)(在內徑具有多于一個值時的平 均直徑)優(yōu)選地是在1 ·〇與3.0mm之間、優(yōu)選地在地1 ·0與2.5mm之間、尤其是在1 ·0與2.0mm之 間。出口管的長度(L)優(yōu)選地是至少6mm，更優(yōu)選地至少8mm。已經(jīng)穿過吸附劑的溶液或液體 從出口管的出口出現(xiàn)，該出口被配置為使得溶液或液體典型地作為液滴離開。出口管優(yōu)選 地經(jīng)定尺寸且定形狀用于在其出口處的優(yōu)化的液滴形成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，例如，可以形成具有最 小飛濺的液滴。出口管的出口優(yōu)選地在其內表面上是擴口式的（f lared )，即向外開口，以提 供集中于液滴尺寸。出口管的出口還應當優(yōu)選地被設計成減少流體在管的外部向上蠕動返 回。出口管在其出口處(在其內壁與外壁之間）具有邊緣。對于圓形截面管，該邊緣將同樣是 圓形的。優(yōu)選地，該邊緣的寬度應當是至少0.1、或至少0.2、或至少0.3、或至少0.4、或至少 0.5mm。此外，出口管在其出口端處的外表面優(yōu)選地是與水平面成角度（當出口管是豎直的 時），優(yōu)選成5至85度(尤其是15至85度、45至85度、60至85度、以及75至85度）。
[0020] 術語吸附劑在此指的是具有從液體中吸附或吸收組分的能力的材料。本發(fā)明中使 用的吸附劑是復合吸附劑并且是固定固體組合物(不是松散的或粉狀的）。該復合吸附劑由 此除去了對于提供兩個單獨的過濾器或濾芯以保持松散吸附劑顆粒的需要。的確，附加的 過濾器(濾芯)優(yōu)選地不存在于出口管中以保持復合吸附劑。
[0021] 優(yōu)選地，該復合吸附劑是燒結的復合材料，其中兩種或更多種材料(優(yōu)選作為粉 末)已經(jīng)被燒結在一起。該復合吸附劑因此是機械上穩(wěn)固的。其燒結形式與在現(xiàn)有技術中找 到的松散粉狀吸附劑形式形成對比。最優(yōu)選地，將兩種或材料混合在一起并且向該混合物 施加壓力，例如通過壓片機，以形成復合材料，該復合材料然后經(jīng)受熱處理(例如通過穿過 在100°c-200°c之間的烘箱）以燒結該復合材料。該復合吸附劑因此可以形成為固體塞或小 片。燒結在一起的這兩種或更多種材料中的至少一種是吸附劑。在該復合吸附劑中可以包 括一種、兩種或更多種吸附劑材料。一種材料優(yōu)選地是多孔聚合物并且另一種材料優(yōu)選地 是吸附劑。該燒結的復合材料因此可以至少包含燒結在一起的多孔聚合物顆粒和吸附劑顆 粒。其中適合的復合吸附劑是在GB 2441528(Porvair)和EP1533015(艾本德(Eppendorf)) 中描述的那些燒結吸附劑組合物。用于復合吸附劑的優(yōu)選的多孔聚合物的實例是聚乙烯 (優(yōu)選HDPE)或聚丙烯(例如HDPP)(優(yōu)選聚乙烯）。用于復合吸附劑的優(yōu)選吸附劑的實例是聚 (苯乙烯/二乙烯基苯）（PS/DVB)、官能化的PS/DVB、二氧化硅、聚合物包覆的二氧化硅、碳、 甲基丙烯酸酯聚合物、PTFE、以及聚丙烯，其中在這些之中官能化的PS/DVB是更優(yōu)選的?？?體上，吸附劑應當是多孔的或如果不是本體多孔的話至少表面多孔的。
[0022] 優(yōu)選地，該復合吸附劑是預形成的，例如如以上所述，并且被推動進入該裝置的出 口管并且如此不是具有必然引起的問題的直接流延或燒結到裝置內（即不是"原位"燒結）。 這使得吸附劑復合塞能夠在單獨的方法中形成，具有橫跨多個塞的均勻的尺寸和特性，這 改善了裝置之間性能的再現(xiàn)性。
[0023] 該復合吸附劑的長徑比（長度(L)/外徑(0D))優(yōu)選地是約0.5或更大，優(yōu)選地約1或 更大，例如在0.5與10之間（或在1與10之間）、更優(yōu)選地在0.5與8之間（或在1與8之間）、還更 優(yōu)選地在0.5與6之間（或在1與6之間）。
[0024] 優(yōu)選地，該吸附劑是合理設計的吸附劑，其中萃取特性(萃取效率)是對特定分析 物或分析物組有選擇性。優(yōu)選地，該吸附劑具有對特定分析物或分析物組(例如特定化學類 別的分析物)的高富集能力。特定分析物或分析物組的實例包括類固醇、激素、阿片制劑、環(huán) 境污染物以及食品添加劑。
[0025] 復合吸附劑可以被制造為具有均勻的分離特性。以這種方式，裝配有根據(jù)本發(fā)明 的復合吸附劑的每個裝置將具有均勻的分離特性，不像采用分配量的松散吸附劑進入分離 柱的現(xiàn)有技術裝置。此外，在該裝置中不需要濾芯并且因此是優(yōu)選地不存在的。
[0026] 典型地，該復合吸附劑被制造為固體塞，優(yōu)選具有限定的尺寸和形狀，其配合在出 口管中，尤其是緊密配合。因為出口管典型地是圓柱形的，在此類實施例中，該復合吸附劑 的固體塞令人希望地具有圓柱形的形狀。該固體塞的重量優(yōu)選地是不大于l〇mg，例如它可 以是在1與1 〇mg之間，例如2mg、5mg或1 Omg。該固體塞的寬度優(yōu)選地是2至3mm。該固體塞的高 度(長度)優(yōu)選地是2至6mm。
[0027] 該溶液可以是需要分離它的組分或它們的純化或濃縮的多種不同溶液類型之一。 該溶液可以是水性的或非水性的。該裝置適合與不同的溶液基質，例如血漿、或尿液一起使 用。需要分離和/或濃縮的溶液的一種或多種組分可以包括屬于以下類型中的一種或多種 的一種或多種化學組分:小有機分子、大分子、醫(yī)療用藥、肽、治療性肽、蛋白質、生物分子、 生物大分子、DNA、RNA等。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的多種裝置可以用在多孔板，例如標準96-孔洗脫板中。此種板可以與 機器人系統(tǒng)(例如Tecan和TomTec機器人)一起使用。
【附圖說明】
[0029] 圖1A-1D示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例，其中該吸附劑床具有不同 的床重量和位置；
[0030] 圖2A-2B示意性地示出了包括優(yōu)選的出口管設計的根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一個實 施例的一部分；
[0031] 圖3A示意性地示出了基于固相萃取(SPE)小柱設計的根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一個 實施例。
[0032]圖3B示意性地示出了類似于圖3A中示出的SPE小柱設計的另一種設計模型。
[0033]圖3C示意性地示出了類似于圖3B中示出的SPE小柱的另一種設計。
[0034]圖3D示出了具有復合吸附劑塞在適當位置的圖3D實施例。
[0035]圖3E示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一個實施例。
[0036] 圖3F示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的又另一個實施例。
[0037] 圖4示意性地示出了用于接收根據(jù)本發(fā)明的裝置的96-孔板的平面圖。
[0038]圖5A示意性地示出了圖4的板的長側的側視圖并且圖5B示意性地示出了該板的短 側的側視圖。
[0039] 圖6示出了使用根據(jù)本發(fā)明的裝置和對比裝置兩種分析物普魯卡因酰胺和阿米替 林的微洗脫實驗結果。
[0040] 本發(fā)明實施例的描述
[0041] 為了能夠進一步理解本發(fā)明，但在不限制其范圍的情況下，現(xiàn)在參考附圖描述本 發(fā)明的不同示例性實施例。
[0042] 參見圖1A-1D，示意性地示出了一種裝置，該裝置被用作生物流體和其他流體的濃 縮器，尤其是用于在LC和LC/MS分析之前濃縮此種流體。該裝置作為一個整體可以被視為小 柱，其在一些實施例中可以是一次性的（即單次使用）。裝置1包括具有限定尺寸和形狀的孔 2,該孔充當用于接收待濃縮的溶液，例如像血液或尿液的儲存器。該孔在一端(在使用中上 端)具有開放入口 4，經(jīng)由該開放入口溶液可以進入該孔，例如通過移液管或其他注射器。此 類溶液注射可以是自動化的，例如使用機器人系統(tǒng)。該孔具有基本上圓柱形的形狀(圓形截 面)并且具有限定的內部體積，優(yōu)選至少1.5ml，例如2ml。該孔可以具有任何所希望的長度 (高度），取決于所需的內部體積。任選地，注射器活塞可被放置在該孔內以迫使溶液從該孔 通過吸附劑。以另外的方式，重力或抽吸可以從該孔進料溶液通過吸附劑。
[0043] 孔2具有出口管6,該出口管從該孔的與該孔的入口相對的端部懸垂并且與該孔的 內部體積流體連通。如圖所示，該孔的從其懸垂該出口管的端部在使用中是下端。該孔由此 將溶液進料至其中定位復合吸附劑8的出口管。該孔的連接到出口管的壁或底部10被配置 為當出口管是豎直放置時與水平面成限定的角度12。該角度是與水平面成從1至15度。因 此，該孔的連接到出口管的壁或底部10具有扁圓錐形構型。用于構建該裝置的材料優(yōu)選地 具有低可萃取含量以允許制備樣品用于LCMS而沒有污染，例如由聚烯烴例如像聚丙烯制 成。
[0044] 出口管6是直側面的和基本上圓柱形的形狀（圓形截面）。然而該出口管的直徑顯 著小于該孔的直徑并且該出口管具有比該孔更小的內部體積。在這個實施例中，該出口管 的內部直徑d是2.5_。該孔和出口管具有中心軸線（即縱軸）14。在使用中，該裝置被設計為 具有處于豎直取向的出口管來使用，即具有縱軸豎直，由此該孔位于該出口管上方使得溶 液從該孔流向該出口管。示出的出口管具有沿其長度基本上恒定的內徑（即不是漸縮的）。 復合吸附劑位于出口管的內徑中。由于出口管的恒定內徑，溶液的液體流速是均勻的，尤其 是通過吸附劑。通過在狹窄的出口管內提供復合吸附劑，與在孔中提供吸附劑相比，被吸附 劑占據(jù)的體積降低，這增強了分離效率以及還有當被分離的組分再溶解到溶液中時的洗脫 效率。該出口管具有出口 16,溶液在穿過吸附劑之后經(jīng)由該出口離開。因此，經(jīng)由出口 16洗 脫通過吸附劑濃縮的組分。
[0045] 位于出口管內的吸附劑8是多孔的以允許通過從該孔流動的溶液。該吸附劑是呈 固定固體塞（即不是松散的或粉狀的）形式的復合吸附劑。該復合吸附劑由此不要求通過單 獨的濾芯保持在其位置。該復合吸附劑優(yōu)選地是燒結的復合材料，包含已經(jīng)燒結在一起的 兩種或更多種材料(例如微粒材料）以形成固體塞。燒結在一起的這兩種或更多種材料中的 至少一種是吸附劑。一種材料優(yōu)選地是多孔聚合物并且另一種材料優(yōu)選地是吸附劑。該燒 結的復合材料因此可以包含燒結在一起的多孔聚合物顆粒和吸附劑顆粒。優(yōu)選地，復合吸 附劑8具有對特定分析物或分析物組有選擇性的保留或萃取特性。優(yōu)選地，該吸附劑具有對 特定分析物或分析物組(例如特定化學類別的分析物)的高富集能力。該吸附劑的化學性質 以及因此其選擇性保留特性是基于應用的需要進行選擇。類似地，該吸附劑的孔隙率是基 于應用的需要進行選擇。
[0046] 復合吸附劑8的寬度是使得它抵靠出口管的內壁緊密配合，但允許在組裝過程中 將吸附劑推動裝配進入出口管，使得沒有顯著量的溶液可以圍繞吸附劑的邊緣流動，即在 吸附劑的邊緣與出口管的相鄰內壁之間。溶液因此有效地流過吸附劑，而不是圍繞它，這 增加了分離效率。位于出口管內的吸附劑的重量優(yōu)選地是不大于l〇mg，例如它可以是在1與 1 〇mg之間，例如2mg、5mg或1 Omg。吸附劑的重量可以基于應用的需要(例如預期的裝載量)進 行選擇。圖1A至1D示出了在出口管中具有不同的吸附劑尺寸（即吸附劑塞的長度(h))以及 因此吸附劑重量和/或吸附劑的位置的裝置的不同實施例。圖1A示出了位于出口管中較高 位置的短吸附劑塞(低重量）。圖1B示出了位于出口管中較低位置(更靠近出口）的短吸附劑 塞。圖1C示出了位于出口管中較高位置的中等尺寸的吸附劑塞。圖1D示出了延伸出口管長 度的大部分的長吸附劑塞，例如為了增加的保留能力和/或以更高的裝載量使用。典型地， 復合吸附劑的長度(h)是不大于10mm并且通常可以是不大于5mm。典型地，出口管在吸附劑 下方延伸長度s。長度s的實例是在2與10mm之間，優(yōu)選4至8mm，例如4mm、6mm或8mm。
[0047] 參見圖2A - 2B，示意性地示出了包括出口管6的優(yōu)選設計的根據(jù)本發(fā)明的裝置的 一部分。詳細示出了鄰近出口管的出口 16的出口管的端部。出口管再次在其上部部分(最接 近孔)具有2.5mm的內徑。這是出口管的較寬的內徑部分。在出口管的此較寬部分下方是具 有較窄的內徑η的部分18。減小的內徑部分提供了唇緣或邊緣20，該唇緣或邊緣是圍繞出口 管的內表面0.2mm厚并且位于距離出口管的出口 16大約4mm。該管的較窄的直徑部分僅比較 寬的直徑部分略窄使得溶液流速在這些部分之間不會受到不利影響。在這個實施例中具有 0.2mm的邊緣厚度的情況下，較窄的直徑部分18僅比較寬的直徑部分小0.4mm(圖并非按比 例繪制）。優(yōu)選地，該較窄的直徑部分的直徑是該較寬部分的直徑的至少60%、更優(yōu)選至少 70%并且最優(yōu)選至少80%。減小的直徑部分的目的是提供邊緣20,復合吸附劑塞8可以抵靠 該邊緣定位并且由此保持在出口管中。換言之，該管的窄直徑部分的內徑是小于吸附劑塞 的外徑使得吸附劑抵靠該管的窄直徑部分的邊緣20停止。在圖2A中示出了離開出口管（即 在組裝之前）的吸附劑塞，從而使能夠實現(xiàn)邊緣20的清晰視圖。在圖2B中，吸附劑塞以其插 入出口管抵靠邊緣20的操作位置示出。在圖2A - 2B中示出的設計還展現(xiàn)了另一個優(yōu)選特 征，呈朝向出口 16向外擴口的出口管的端部的內表面22的形式。該管的這種擴口式端部有 助于減少液滴在出口處在管的外部蠕動上升并且因此改進液滴形成。
[0048] 可替代地，代替減小的內徑部分和其相關聯(lián)的邊緣，可以使用另一種定位復合吸 附劑的手段，如在出口管的內表面上的縱向位置處的一個或多個突起或突出部，這些突起 或突出部的作用是停止吸附劑塞在出口管中的縱向行進超過該縱向位置。
[0049] 本發(fā)明還能夠以類似于常規(guī)固相萃取(SPC)小柱的小柱的形式應用在某些實施例 中，如圖3A中示意性示出的。參見圖3A，具有以毫米(mm)計的尺寸，示出了根據(jù)本發(fā)明的小 柱設計的一個實施例的一部分，其被適配為用于洗脫少量的分析物，其中殼體32提供了用 于接收待處理的溶液的孔。殼體32是具有圓形截面的圓柱形形狀（內徑5.60mm)。該殼體具 有與水平面成角度的底壁42(朝向殼體的中心向下傾斜)并且連接到8mm長出口管36并且與 其流體連通，該出口管具有內部直徑為2.25mm的第一（上部）部分。典型地使用不長于約10 或12mm的出口管。出口管的第二(下部)部分48具有僅1.6mm的更窄的內徑。由出口管的較窄 的內徑部分48所提供的上部唇緣或邊緣用來定位復合吸附劑塞38并且防止它被推動從出 口管向下太遠。復合吸附劑塞38是長度(高度)4mm并且是2.2mm寬，使得它緊緊配合在出口 管的上部(較寬的）部分內但通過出口管的下部(較窄的）部分48停止。最后，出口管36在其 出口端具有向外擴口的內表面52以促進適當?shù)囊旱涡纬?，其中該擴口式表面與水平面形成 18度的角度。在其他實施例中，這個角度可以更大，例如25度、30度、60度或75度。優(yōu)選的是 與水平面形成15至75度的角度的擴口式表面。
[0050] 圖3B示出了類似于圖3A中示出的SPE小柱的設計的一種設計的實體模型，其中相 似的部分由相似的參考號表不。圖3B中未不出插入的吸附劑塞。圖3B也不出了圈出的小柱 的部分(在出口管附近）的特寫細節(jié)。在這個實施例中，出口管在其出口端處的外表面與水 平面成角度，例如如所示與水平面呈80度。出口管在其出口端處的外表面的其他角度，例如 60或75度，也是可能的。在15與85度之間的角度是優(yōu)選的，其中45至85度更優(yōu)選。這可以幫 助減少液體在出口管的外部蠕動上升。出口管36在這種情況下再次具有內徑為2.25mm的 第一(上部)部分但該出口管的第二(下部)部分48在這種情況下具有2.00mm的內徑，非常類 似于該上部部分的直徑。該出口管的下部、較窄部分48在這種情況下是3.6mm長。
[0051] 圖3C示出了類似于圖3B中示出的設計的另一個實施例。然而，在這種情況下，出口 管36在其出口端具有的其向外擴口的內表面52與水平面形成75度的更大角度。擴口式內表 面52的其他角度，例如60度，也是可能的。此外，該擴口式部分在這種情況下具有超過1.0mm 的更長的長度（1.12mm的實際長度），允許更大集中于液滴形成。圖3D示出了具有復合吸附 劑塞38(4mm長度(高度)和2.2mm寬）的圖3C實施例，該吸附劑塞被安裝在出口管的上部(較 寬)部分內并且通過出口管的下部(較窄)部分48的邊緣停止。
[0052]圖3E示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的還另一個實施例。所有測量值指的是以mm計的內 部尺寸。該實施例包括上部孔部分62,該上部孔部分具有正方形截面(在平面或橫截面中） 并且具有7.5mm的寬度A和的35mm的高度1。該孔部分的底部具有彎曲拐角60以減少流體在 孔的拐角的聚集。第一錐形或圓錐形部分64將該孔部分的底部連接到出口管的上部部分 66。錐形部分64的頂端的直徑C是5.0mm并且該錐形部分的底端的直徑D是2.8mm。第一錐形 部分64具有5.0mm的長度3。該出口管的上部部分66具有圓形截面并且是直的并且在其頂端 具有直徑D以及在其底端具有直徑E，二者都是2.8mm。該出口管的上部部分66具有3.4mm的 長度4。第二錐形或圓錐形部分68將該出口管的上部部分66接合到該出口管的下部部分70 (也具有圓形截面）。第二錐形部分68的頂端的直徑E是2.8mm并且該第二錐形部分的底端的 直徑F是1.2mm。第二錐形部分68具有2.0mm的長度5。該出口管的下部部分70是直的并且在 其頂端具有直徑F以及在其底端具有直徑G，二者都是1.2_。該出口管的下部部分70的長度 6是4.8mm。復合吸附劑塞(未不出）配合在該出口管的上部部分66內部。這些部分62、64、66、 68和70與它們對應的相鄰部分流體連通，使得具有要求濃縮和/或純化的組分的溶液可以 最初被接收在孔62中以流過該裝置，流過上部部分66內的復合吸附劑塞(未示出）并且流 出出口管70。
[0053]圖3F示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置的又另一個實施例。該裝置具有包括壁的 孔，該孔具有上部(在使用中）部分102和下部部分104?？咨喜坎糠?02具有正方形橫截面并 且下部部分104具有圓形橫截面。該下部部分還是錐形的使得它具有錐形形狀(朝向出口管 變窄）。該孔(上部和下部部分）的總體積是大于2ml以容納例如l-2ml的樣品溶液。
[0054] 復合吸附劑106被推動裝配到出口管108的頂部，該頂部連接到孔下部部分104的 底部以從該孔接收溶液。該復合吸附劑包含結合在一起(通過壓制和燒結）的聚合物粉末和 PTFE粉末以形成2mg固體，將該固體填裝到該裝置中。在推動裝配吸附劑之后，在正常使用 過程中在該裝置中沒有發(fā)生復合吸附劑的移動。它是借助于在制造過程中緊密控制產品尺 寸固持在適當位置。應當注意沒有使用濾芯來將吸附劑固持在適當位置。其中定位吸附劑 106的出口管的部分的內徑是基本上恒定的，從而提供均勻的流體流速。該出口管具有充當 吸附劑的止動件的呈內部階梯114形式的內徑的減小。該出口管的減小的內徑部分116從階 梯114延伸到該管的出口 118，洗脫液從該出口流出該裝置。該出口管的減小的內徑部分116 也具有基本上恒定的內徑，從而提供均勻的流體流速。
[0055]圖3F中示出的設計還具有(在使用中）從孔部分104的底部向下懸垂的裙部或翼部 110的特征。裙部110由此圍繞該出口管的上部部分，特別是該出口管的其中定位復合吸附 劑的部分，在之間具有間隙112。此裙部允許該裝置的外部尺寸在該出口管的位置處具有足 夠的直徑例如以配合現(xiàn)有標準尺寸孔板的尺寸。該裙部允許具有此外部尺寸同時使用一種 模制方法，該模制方法被設計為提供遍及整個裝置的均勻的塑料壁厚。該裝置通常由聚合 物(如聚丙烯)模制。在沒有該裙部的情況下，在那時將需要該裝置的更厚的壁，這更難以模 制，所以解決方案是在那時通過具有模具在該裝置中提供裙部，該模具具有在壁中產生'間 隙' 112的'環(huán)狀物'，并且因此所有壁部分具有基本上相同的厚度。
[0056] 該裝置可用于從基質溶液中萃取并且由此濃縮一種或多種化合物。該裝置允許， 例如，將l_2ml的基質裝載到該孔中并且隨后以〈100μΙ或<25μ1的較少的溶液體積洗脫，由 此允許檢測靈敏度的顯著增加(例如通過LC/MS)。
[0057] 該裝置因此提供了在樣品回收中靈敏度的改進，因為它使用位于較窄出口管內的 小體積(重量)復合材料這樣使得該樣品由此以更小體積被保留，這因此允許最小化釋放它 的溶劑的體積。因此可以獲得更濃縮的樣品，給出更高靈敏度的檢測。
[0058] 該裝置與現(xiàn)有的微洗脫形式不同，微洗脫形式由放置在2個球形濾芯之間的吸附 劑材料構成，由此產生在回收率的再現(xiàn)性方面的顯著誤差，因為在放置吸附劑和濾芯材料 時存在寬的公差。
[0059] 填裝到如所述的裝置中的根據(jù)本發(fā)明的復合吸附劑提供了最小化這些問題的形 式并且作為結果提供了在低洗脫體積(尤其是<1〇〇μ1)下改進的回收率再現(xiàn)性并且還允許 與放置在2個球形濾芯之間的吸附劑材料相比在<10μ1下實現(xiàn)更高的回收率。
[0060] 本發(fā)明適用于用在多孔板，例如標準96-孔洗脫板中。此種板可以與機器人系統(tǒng) (例如Tecan和TomTec機器人)一起使用。參見圖4,以平面圖示意性地示出了板70中的96孔 72(8X12)陣列，這些孔可以各自接收根據(jù)本發(fā)明的濃縮裝置之一。在圖5A中示出了該板的 長側（12孔)的示意性側視圖，其中示出根據(jù)本發(fā)明的裝置1被定位在這些孔72中。在該板上 的深部引導件76限定該裝置的出口管6從該板的底部伸出多遠以及因此它們延伸多遠進入 接收容器(未示出）以減小流體上的正壓應變。每個裝置1可以洗脫到它自己的接收容器中。 圖5B中示出了該板的短側(8孔)的示意性側視圖。
[0061] 可以看出在實施例中本發(fā)明提供了直接輸出用于LC或LC/MS的可注射樣品的裝 置。它通過在吸附劑復合塞(多孔的、具有限定的吸附能力（即表面積/質量比））上的富集或 濃縮實現(xiàn)這一點并且不具有將經(jīng)典地用來保持吸附劑的單獨的濾芯或篩網(wǎng)安排。該塞具有 小尺寸并且以這樣一種方式被容納在裝置中，即在較窄的出口管內，以允許濃縮少量的溶 液。該裝置經(jīng)定尺寸且定形狀以優(yōu)化具有小的溶液量的液滴形成并且減少溶液沿該裝置的 出口外側的蠕動返回。
[0062] 在圖6和下表1中示出了來自使用如圖3F中描繪的裝置的結果的實例，其中a表示 本發(fā)明（普魯卡因酰胺），b表示本發(fā)明（阿米替林），c表示對比（普魯卡因酰胺），d表示對比 (阿米替林）。將100μΙ溶液，該溶液是0.1 %甲酸在水中含有包括普魯卡因酰胺和阿米替林 的分析物，引入該孔中并且隨后使用在甲醇中5%氫氧化銨以100μ1、50μ1、25μ1和10μ1的體 積從該吸附劑洗脫出分析物。使用對比裝置(沃特世(Wat erS)MCX微洗脫孔產品）進行相同 的程序。表1和圖6示出了如通過LC/MS檢測確定的分析物的％回收率（％ REC)?？梢钥闯龈?據(jù)本發(fā)明的裝置展現(xiàn)出顯著改進的對于微洗脫的回收性能。
[0063] 表 1
[0064]
[0065] 將理解復合吸附劑也可以通過將它裝配到移液管的尖端來充當分離裝置或裝配 到離心管中作為另一種應用來采用。
[0066] 上文描述的實施例僅僅是根據(jù)本發(fā)明的裝置的實例。應理解可以對示出的實施例 進行不同的修改同時仍然落入本發(fā)明的范圍內。
[0067] 如在此(包括在權利要求書中）所用，除非上下文另外指示，否則在此術語的單數(shù) 形式應理解為包括復數(shù)形式，反之亦然。例如，除非上下文另外說明，單數(shù)引用如"一個(a)" 或"一個(an)"表示"一個或多個"。
[0068] 貫穿本說明書的描述和權利要求書，詞語"包括"、"包含"、"具有"和"含有"以及這 些詞的變形，例如"包括著"和"包括了"等，意味著"包括但不限于"，并且并非旨在(并且并 不)排除其他成分。
[0069] 應了解，可以對本發(fā)明的上述實施例作出變化，但這些變化仍落在本發(fā)明的范圍 內。除非另外說明，否則本說明書中所披露的每個特征可以被用于相同、等效或類似目的的 替代性特征替換。因此，除非另外說明，否則所披露的每個特征僅是一個通用系列的等效或 類似特征的一個實例。
[0070] 在此提供的任何和所有實例或示例性語言（"舉例來說"、"如"、"舉例而言"、"例 如"以及類似語言）的使用僅旨在更好地說明本發(fā)明并且不表明對本發(fā)明的范圍的限制，除 非另外要求。本說明書中的語言不應被解釋為表示任何未提出權利要求的元素對于本發(fā)明 的實施是必不可少的。
[0071] 本說明書中描述的任何步驟可以按照任何順序來進行或同時進行，除非另有說明 或上下文要求。
[0072] 本說明書中披露的所有特征可以以任意組合形式進行組合，除了這類特征和/或 步驟中的至少一些相互推斥的組合形式。具體而言，本發(fā)明的優(yōu)選特征適用于本發(fā)明的所 有方面并且可以以任何組合方式使用。同樣，非本質的組合形式中描述的特征可以單獨使 用(不進行組合）。
【主權項】
1. 一種用于分離溶液組分的裝置，該裝置包括：用于接收溶液的孔;連接至該孔用于接 收來自該孔的溶液的出口管，其中該出口管具有的直徑比該孔??；以及在該出口管內用于 保留來自溶液的一種或多種組分的多孔復合吸附劑，其中該復合吸附劑是呈燒結的固體組 合物的形式，該固體組合物至少包含燒結在一起的多孔聚合物顆粒和吸附劑顆粒，該復合 吸附劑被推動裝配到該出口管中以便在該出口管內形成緊密配合，并且其中該出口管在其 中具有限制物，該限制物的作用是停止該復合吸附劑在該出口管中的行進超過該限制物的 位置。2. 如權利要求1所述的裝置，其中該孔是圓柱形形狀的。3. 如權利要求1或2所述的裝置，其中該孔具有連接至該出口管的底部并且該底部被配 置成是彎曲的或當該出口管是垂直的時與水平面成從1至85度的限定角度。4. 如權利要求1或2所述的裝置，其中該出口管是圓柱形形狀的。5. 如權利要求1或2所述的裝置，其中該出口管具有沿其長度的至少一部分基本上恒定 的內徑。6. 如權利要求5所述的裝置，其中該復合吸附劑位于該基本上恒定的內徑區(qū)段中。7. 如權利要求1或2所述的裝置，其中該出口管的長度是至少8mm。8. 如權利要求1或2所述的裝置，其中該出口管具有多于一個直徑值并且該出口管的最 窄直徑是該出口管的最寬直徑的至少60%。9. 如權利要求1或2所述的裝置，其中該限制物是呈該出口管的內部階梯或內徑減少的 形式或者呈進入該出口管的內部體積的一個或多個突起的形式。10. 如權利要求9所述的裝置，其中該限制物是呈該出口管的內部階梯或內徑減小的形 式，該形式是通過包含以下各項的出口管提供的：最接近該孔的該復合吸附劑被推動裝配 到其中的較寬直徑部分和連接到該較寬窄部分的較窄直徑部分，該較窄直徑部分的作用是 停止該復合吸附劑進入該較窄直徑部分的行進。11. 如權利要求10所述的裝置，其中該出口管的較寬部分具有沿其長度基本上恒定的 內徑。12. 如權利要求10或11所述的裝置，其中該出口管的較窄直徑部分是該出口管的較寬 直徑部分的至少60 %。13. 如權利要求1或2所述的裝置，其中該出口管的長度內徑比是在2與10之間。14. 如權利要求1或2所述的裝置，其中該復合吸附劑的長度外徑比是在0.5與10之間、 或在1與10之間、或在0.5與8之間、或在1與8之間、或在0.5與6之間、或在1與6之間。15. 如權利要求1或2所述的裝置，其中濾芯不存在于該出口管中以將該復合吸附劑保 持在其中。16. 如權利要求1或2所述的裝置，其中該復合吸附劑具有不超過10mg或不超過5mg的重 量。17. 如權利要求1或2所述的裝置，其中該復合吸附劑具有對特定分析物或分析物組有 選擇性的萃取特性。18. 如權利要求1或2所述的裝置，其中該出口管的出口在其內表面上是擴口式的。19. 如權利要求1或2所述的裝置，其中該出口管在其出口端處的外表面與水平面成60 至85度的角度。20. 如權利要求1或2所述的裝置，其中該裝置用于在多孔板中使用。21. 如權利要求1或2所述的裝置，其中該裝置用于濃縮溶液來注射到LC或LC/MS系統(tǒng) 中。
【文檔編號】B01L3/00GK205413065SQ201490000677
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年5月1日
【發(fā)明人】H·里奇, K·梅多斯
【申請人】賽默電子制造有限公司