JPH11258208A

JPH11258208A - キャピラリー電気泳動装置

Info

Publication number: JPH11258208A
Application number: JP10082520A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Iwamoto; 恵和岩本
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1998-03-14
Filing date: 1998-03-14
Publication date: 1999-09-24
Anticipated expiration: 2018-03-14
Also published as: JP3730778B2

Abstract

(57)【要約】【課題】キャピラリー電気泳動装置において、緩衝液
のｐＨ変化を、キャピラリー内を移動する試料を対象に
して、インラインでリアルタイムに検出して、印加電圧
の補正制御や緩衝液のライフ管理を行えるようにし、Ｃ
Ｅにて分離された物質を高精度で測定できるようにす
る。【解決手段】キャピラリー電気泳動装置において、キ
ャピラリー６の一部にｐＨ計１１のガラス電極９を組み
込み、キャピラリー電気泳動装置の陰陽両極４，５にわ
たる直流電圧の印加中断時にｐＨの検出を行わせるよう
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キャピラリー電気
泳動法（ＣａｐｉｌｌａｒｙＥｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒ
ｅｓｉｓ、以下、単にＣＥという）によって分離された
物質の測定器を備えて成るキャピラリー電気泳動装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記のキャピラリー電気泳動装置は、そ
れぞれ緩衝液を収容する陽極電極槽と陰極電極槽とにわ
たって、試料導入手段を備えたキャピラリーを連通連結
する一方、キャピラリー内に液体の電気泳動を発生させ
る高電圧の直流電源を陰陽両極にわたって接続し、か
つ、キャピラリー電気泳動法によって分離された物質の
測定器を備えて成るもので、紫外線吸収、赤外吸収、蛍
光、レーザ誘起、蛍光、電気化学、電気伝導度、質量分
析、示差屈折率、円二色性、ラマンなどの測定が行われ
る。

【０００３】上記の測定に際して、陰陽両極にわたって
直流の高電圧を印加して、長時間の電気泳動を行うと、
電極槽内の緩衝液において電気分解が起こり、時間の経
過と共に緩衝液のｐＨが変化する。

【０００４】基本的に試料導入側の緩衝液のｐＨが変化
すると、印加電圧の変化に繋がる不具合があることか
ら、一般には別途ｐＨ計を用意して、電極槽内の緩衝液
のｐＨを定期的に検出し、この検出結果に基づいて印加
電圧を補正したり、或いは、検出結果をライフ管理の基
準にして緩衝液を交換したりしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、別途ｐＨ計を
用意しての検出作業は非常に煩わしく、ｐＨ計の保管面
でも問題があり、かつ、ｐＨの測定対象がキャピラリー
内を移動する試料でないことから、ＣＥにて分離された
物質を高精度で測定し難いのであった。

【０００６】本発明は、かゝる実情に鑑みて成されたも
のであって、その目的は、緩衝液のｐＨ変化を、キャピ
ラリー内を移動する試料を対象にして、インラインでリ
アルタイムに検出できるようにして、上記の不都合を解
消し、ＣＥにて分離された物質を高精度で測定すること
ができるようにする点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、上記したキャピラリー電気泳動装置におい
て、前記キャピラリーの一部にｐＨ計のガラス電極を組
み込み、陰陽両極にわたる直流電圧の印加中断時にｐＨ
の検出を行わせるようにした点に特徴がある（請求項
１）。

【０００８】上記の構成によれば、その都度、別途ｐＨ
計を用意することなく、保管の手間も一切必要としない
で、しかも、キャピラリー内を移動する試料を対象にし
て、緩衝液のｐＨ変化をリアルタイムで検出することが
できるのであって、このｐＨの検出結果を基づいて、印
加電圧の補正制御や緩衝液のライフ管理などを行うこと
が可能となり、かつ、ＣＥにて分離された物質を高精度
で測定することができるのである。

【０００９】上記のガラス電極としては、複数本の微小
キャピラリーを集束し、かつ、リード線に接続された内
極を微小キャピラリー間の隙間に挿通する一方、前記隙
間に内部液を注入して、その両端側を封止したものが好
適である（請求項２）。

【００１０】即ち、微小キャピラリーの複数本を集束さ
せて、その集束キャピラリーによって、接液面積が極め
て広い電極応答部を形成するのであって、これによって
電極応答部のインピーダンスを大幅に低下させ得ること
から、高入力絶縁回路が不要となり、しかも、微小キャ
ピラリー自体が非常に薄膜であることから、応答性も飛
躍的に高くなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態を
図面に基づいて説明する。図１はキャピラリー電気泳動
装置（ＣＥ装置）の構成を概略的に示すもので、図中の
１，２は、それぞれ緩衝液Ａを収容する電極槽で、それ
ぞれの緩衝液Ａには、高電圧の直流電源３に接続された
陽極４と陰極５とが浸漬され、陽極電極槽１に収容の緩
衝液Ａには正の電位が、かつ、陰極電極槽２に収容の緩
衝液Ａには負の電位が、印加されるようになっている。

【００１２】６は両電極槽１，２にわたって連通連結さ
れたキャピラリーで、例えば内径が約１００μｍで長さ
が約１００ｃｍの石英ガラス製であり、陽極電極槽１に
近い側に試料液Ｌの導入手段７を備えている。８はキャ
ピラリー電気泳動法によって分離された物質の例えば紫
外線の測定器で、試料導入手段７よりも下流側に設けら
れている。

【００１３】上記構成のＣＥ装置によれば、直流電源３
を例えば３０ｋＶで１００μＡまでの電流の強さで駆動
すると、陽極電極槽１内の緩衝液Ａがキャピラリー６内
に流れ込んで、陰極電極槽２側に移動する（いわゆる電
気泳動の現象）。

【００１４】この状態で試料導入手段７を動作させて、
試料液Ｌをキャピラリー６内に適宜のタイミングで注入
すると、図１において拡大部分Ｘに示すように、緩衝液
Ａと試料液Ｌとが互いに区画状態で存在する試料Ｓにな
って、キャピラリー６内を移動し、所定のＣＥ分離を受
けて、図１において拡大部分Ｙに示すように分離され、
この分離された試料Ｓは、紫外線測定器８を経て陰極電
極槽２に導かれるのであり、この間に、分離された試料
Ｓの紫外線測定が行われるのである。

【００１５】尚、図１に示した構成は、電気浸透流を利
用するものであるが、陰イオンの移動を利用する場合に
は、印加する電位を逆にする場合がある（例えば、「ぶ
んせき」１９９８年１月号、第４９頁、図４参照）。

【００１６】上記構成のＣＥ装置において、図２にも示
すように、試料導入手段７と測定器８との間のキャピラ
リー６に、ガラス電極９と比較電極１０とによるフロー
スルータイプのｐＨ計１１を組み込んで、電気泳動を停
止する間に、即ち、陰陽両極１，２にわたる直流電圧の
印加中断時に、キャピラリー６内を移動する試料を対象
にして、インラインでリアルタイムに緩衝液ＡのｐＨ検
出を行わせるようにしている。

【００１７】具体的には、直流電圧の印加をパルス方式
にして、所定の物質測定をパルス的に行う間に、又は、
所定の物質測定を１バッチ毎に行う間に、試料液Ｌを含
む緩衝液ＡのｐＨ検出を行わせるようにしているのであ
る。

【００１８】このｐＨの検出結果に基づいて、陰陽両極
１，２に印加させる電圧の補正制御を行い、又は及び、
検出結果を緩衝液Ａのライフ予測の基準にして緩衝液Ａ
を交換し、或いは、ｐＨ値をほゞ一定にするように緩衝
液Ａを補給することで、測定器８による物質の測定が高
精度で達成されるのであり、かつ、そのｐＨ検出をイン
ラインで行わせるので、別途ｐＨ計を用意したりｐＨ計
を保管したりする手間が一切不要になる。

【００１９】上記のガラス電極９は、図３に示すよう
に、複数本の微小キャピラリー１２を集束し、かつ、リ
ード線１３に接続されたガラス電極内極（Ａｇ／ＡｇＣ
ｌ）１４を、微小キャピラリー１２，１２間の隙間ａに
挿通する一方、前記隙間ａに内部液（ＫＣｌ）１５を注
入して、その隙間ａの両端側を封止して成り、キャピラ
リー６の途中に液密状に介装させている。

【００２０】具体的には、図４に示すように、酸可溶性
のガラス管（例えば１ｍｏｌ／Ｌ程度のＨＣｌやＨＮＯ
₃によって可溶なホウケイ酸系ガラス）にＳｉＯ₂−Ｌ
ｉ₂Ｏ系ガラスによる複数本（数十本〜数百本）のキャ
ピラリー素材管１７を挿通させて、素材管１７が１０〜
１００μｍ程度の貫通孔ｂを有する薄膜（１０μｍ程
度）の微小キャピラリー１２となるように、６５０〜７
００℃の温度下で引き延ばし加工（リ・ドロー加工）
し、これを所定長さにダイシングする。

【００２１】次に、図５（Ａ）に示すように、ダイシン
グされた電極素材Ａのガラス管１６両端部を除く範囲
を、耐酸性の熱収縮チューブ１８でマスキングし、１ｍ
ｏｌ／Ｌ程度のＨＣｌやＨＮＯ₃の酸を用いてガラス管
１６の両端部１６ａを溶解して、キャピラリー３の両端
側を露出させる。

【００２２】次いで同図（Ｂ）に示すように、露出させ
た微小キャピラリー１２の一端側を樹脂１９によってモ
ールドする。この樹脂１９のモールドにあっては、微小
キャピラリー１２の貫通孔ｂの断面積に比較して、キャ
ピラリー１２，１２間の隙間ａの断面積が極めて小さい
ことから、毛管現象によってモールド樹脂１９は、微小
キャピラリー１２の貫通孔ｂよりも深く隙間ａに入り込
むことになるのである。

【００２３】そして、この樹脂モールドした電極素材Ａ
を、同図（Ｃ）に示すように、真空ケース２０内に持ち
込み、かつ、微小キャピラリー１２の他端側を、例えば
ゲル状（単なる液状であってもよい。）の内部液１５に
真空下で浸漬させ、ここで真空を解除して、キャピラリ
ー１２，１２間の隙間ａに内部液１５を注入（キャピラ
リー１２内に注入されても一向に構わず、後の工程で排
除される。）する。

【００２４】次に、同図（Ｄ）に示すように、微小キャ
ピラリー１２の他端側からキャピラリー１２，１２間の
隙間ａに、リード線１３が接続された内極１４を挿通
し、かつ、リード線１３をガラス管１６の端部で外方に
折り曲げて、このリード線１３を液密保持させるよう
に、微小キャピラリー１２の他端側を樹脂１９によって
モールドする。

【００２５】この樹脂１９のモールドに際しては、樹脂
１９が微小キャピラリー１２，１２間の隙間ａに入り込
んで、内部液１５を注入した隙間ａの両端側が樹脂１９
で封止されるようにすることが肝要であり、従って、内
部液１５が隙間ａに目一杯、注入されている時は、これ
を排除し、モールド樹脂１９が、微小キャピラリー１２
の貫通孔ｂよりも深く隙間ａに入り込むようにするので
ある。

【００２６】次に、同図（Ｅ）に示すように、樹脂１９
による隙間ａ両端側の封止だけを残して、微小キャピラ
リー１２の両端側のみの封止をなくすように、即ち、微
小キャピラリー１２の貫通孔ｂによる流路のみを形成す
るように、微小キャピラリー１２の両端側でモールド樹
脂１９と微小キャピラリー１２とを切除（切除部分を仮
想線ｊで示している。）して、貫通孔ｂ内の内部液１５
を排除するのであり、以上をもって、隙間ａに注入され
た内部液１５が密封状態で互いに連通し、かつ、この内
部液１５に内極１４が浸漬されたフロースルータイプの
ガラス電極９を構成しているのである。

【００２７】上記の構成におけるガラス電極９では、微
小キャピラリー１２の貫通孔ｂによる流路壁面が電極応
答部を形成するのであって、この微小キャピラリー１２
の複数本を集束させたことで、それの接液面積が格段に
広くなることから、電極応答部のインピーダンスを大幅
に低下させることが可能となり、しかも、キャピラリー
自体は非常に薄膜であることから、応答性も飛躍的に高
くなる。

【００２８】尚、上記のガラス電極９の成形手順におい
て、隙間ａの一端側を樹脂１９でモールドして、上記の
ｃに相当する部分を切除し、次いで、内部液１５を注入
して内極１４を隙間ａに挿入し、この後、微小キャピラ
リー１２の他端側を樹脂１９でモールドして、このモー
ルド樹脂１９とキャピラリー１２とを、上記のｃに相当
する部分で切除するようにしてもよい。

【００２９】また、隙間ａの一端側をモールドする際
に、その隙間ａに内極１４を挿通させるようにしてもよ
いのであって、ガラス電極９の成形手順に制約を受ける
ことはないのである。

【００３０】更に、酸可溶性のガラス管１６に複数本の
キャピラリー素材管１７を挿通させて、引き延ばし加工
（リ・ドロー加工）し、これを所定長さにダイシングし
て、電極素材Ａとしているが、所定の形状に形成された
微小キャピラリー１２の複数本を、熱収縮チューブで集
束してダイシングし、この熱収縮チューブの両端側を切
除して、これを電極素材Ａとしてもよく、或いは、チュ
ーブ両端側を切除することなく、このチューブの一端側
に切れ目を形成して、内極１４に接続のリード線１３
を、この切れ目を通して外方に折り曲げるようにしても
よいのである。

【００３１】また、所定の形状に形成された所定長さの
微小キャピラリー１２の複数本を、熱収縮チューブで集
束してダイシングしてもよいのであり、この際、熱収縮
チューブの端部を微小キャピラリー１２の端部から少し
控えさせるようにすれば、チューブ両端側の切除や切れ
目の加工などを不要にして、内極１４に接続のリード線
１３を外方に折り曲げることができる。

【００３２】図２に戻って、比較電極１０は、例えば次
のように構成されている。即ち、ＣＥ装置の石英製キャ
ピラリー６を利用して、このキャピラリー６に液絡部ｄ
を形成する一方、液絡部ｄを囲って環状の空間を形成す
るように、ガラス製の比較電極ボデイ２１を前記キャピ
ラリー６に密着保持させ、かつ、この比較電極ボデイ２
１内に、比較電極内部液２２と、リード線２３を導出さ
せる状態で比較電極内極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）２４とを設
けて成る。

【００３３】この比較電極１０と上記のガラス電極９と
によって、所謂フロースルータイプのｐＨ計が構成され
るのであるが、フロースルータイプに構成された複合電
極によるｐＨ計をキャピラリー６の途中に介装して、ｐ
Ｈ検出を行うようにしてもよいのであり、また、比較電
極１０については、これをキャピラリー６に組み込むこ
となく、陽極電極槽１または陰極電極槽２の緩衝液Ａに
浸すようにしてもよいのである。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、別途ｐＨ計を用意することなく、保管の手
間も一切必要としないで、しかも、キャピラリー内を移
動する試料を対象にして、緩衝液のｐＨ変化をリアルタ
イムで検出することができ、従って、このｐＨの検出結
果を基づいて、印加電圧の補正制御や緩衝液のライフ管
理などを行うことが可能となり、かつ、ＣＥにて分離さ
れた物質を高精度で測定することができるのである。

【００３５】特に請求項２記載の発明によれば、低イン
ピーダンスで高入力絶縁回路が不要なガラス電極を、応
答性の高いものにして提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フロースルータイプのｐＨ計を組み込んだＣＥ
装置の概略構成図である。

【図２】模式的に示したフロースルータイプのｐＨ計の
断面図である。

【図３】電極の横断面図である。

【図４】一部を取り出して拡大図示したリ・ドロー加工
による電極素材の成形説明図である。

【図５】（Ａ）〜（Ｅ）はガラス電極の一成形手順を示
し、（Ａ）はガラス管の両端部を溶解した電極素材の断
面図、（Ｂ）は樹脂によるキャピラリー一端側のモール
ド断面図、（Ｃ）は真空引きによる内部液の注入説明
図、（Ｄ）は樹脂によるキャピラリー他端側のモールド
断面図、（Ｅ）はモールド部分の切除説明図である。

【符号の説明】

１…陽極電極槽、２…陰極電極槽、３…直流電源、４…
陽極、５…陰極、６…キャピラリー、７…試料導入手
段、８…測定器、９…ガラス電極、１０…比較電極、１
１…ｐＨ計、１２…微小キャピラリー、１３…リード
線、１４…内極、１５…内部液、ａ…隙間。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ緩衝液を収容する陽極電極槽と
陰極電極槽とにわたって、試料導入手段を備えたキャピ
ラリーを連通連結する一方、キャピラリー内に液体の電
気泳動を発生させる高電圧の直流電源を陰陽両極にわた
って接続し、かつ、キャピラリー電気泳動法によって分
離された物質の測定器を備えて成るキャピラリー電気泳
動装置において、前記キャピラリーの一部にｐＨ計のガ
ラス電極を組み込み、陰陽両極にわたる直流電圧の印加
中断時にｐＨ検出を行わせることを特徴とするキャピラ
リー電気泳動装置。
【請求項２】前記ガラス電極が、複数本の微小キャピ
ラリーを集束し、かつ、リード線に接続された内極を微
小キャピラリー間の隙間に挿通する一方、前記隙間に内
部液を注入して、その両端側を封止して成る請求項１記
載のキャピラリー電気泳動装置。