[发明专利]一种适用于微量样品前处理的离心超滤装置

说明书

技术领域：

本发明涉及离心超滤装置，尤其适用于微量样品前处理的离心超滤装置。

背景技术

样品前处理是分析化学中最重要的过程之一。通常情况下，每个样品前处理所需时间占分析全过程的三分之二，而样品前处理带来的误差占分析结果的三分之一。因此，开发研制先进的样品前处理技术以及样品前处理装置是现代分析技术中的热点和难点。

目前的样品前处理，通常包括有制样和样品分离富集。随着现代分析技术的进步，色谱、光谱、质谱的联用已成为分离富集技术的主要发展方向。与之相对应的是样品前处理体系也随之向微量化方向发展。但现有的分离富集方法，通常需要对处理的样品进行较大量的稀释，而不能对微升单位量的样品进行快速、有效处理。以膜过滤分离技术为例，研究人员为了能够快速、有效地对分析量的样品进行处理，发明了超滤离心管。该超滤离心管是在离心管的端头设置一个回收帽，在回收帽与离心管之间设有超滤膜。在使用时，将待处理的样品放入离心管中，再盖上回收帽。当离心管经离心机反甩后，样品在离心力的作用下，经超滤膜过滤流入回收帽。影响膜过滤体积通量的因素除施加压力、样品粘度、膜面积、厚度、孔径等因素外，还有一个重要的因素就是浓差极化层(即累积在膜表面的不能透过膜的物质)。而克服浓差极化通常所采用的切向流过滤方式，适用于大量样品的制备和工业生产过程中的分离和纯化，而不适用于少量或微量分析样品的制备(生物制药工艺学，中国医药科技出版社，吴梧桐主编)。因此，这种结构的超滤离心管，在离心超滤过程中，容易产生浓差极化现象，而间接导致膜渗流量下降和分离效率降低，仅适用于细胞和大分子的浓缩和制备。为了解决浓差极化的问题，研究人员将超滤膜倾斜一定角度放置，以期改善浓差极化现象，但其效果并不明显。而且在较大离心力的作用下，超滤膜的过滤性还会发生改变，甚至破裂。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种可快速、有效进行微量样品前处理的离心超滤装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明所提供的离心超滤装置，包括有离心管，其设计要点是在离心管中设有与离心管轴心线相平行的中空纤维膜，中空纤维膜的出口端通于离心管外。

本发明所提供的离心超滤装置，将中空纤维膜垂直放入装有待过滤纯化或处理的样品溶液的离心管中，再放入普通离心机中进行离心处理。在离心力的作用下，样品溶液中的小分子物质通过中空纤维膜膜孔进入其内腔，大分子物质则被滤膜阻留，从而达到小分子物质和大分子物质的分离目的。同时平行于超滤膜的离心力可消除了膜面外形成的浓差极化现象，加快了超滤速度，改善了超滤效果。另外，中空纤维膜的管状结构及由外向内的过滤方式，使得其膜的过滤性能不受离心力的影响；过滤液可以方便的取出，也可以方便的制备微升量的样品。

本发明装置是通过以下原理来克服浓差极化现象的：

在离心场中，颗粒在沉降方向上受到离心力(F)，浮力(F₀)及摩擦力(f)三个力的作用F，F₀和f可以表示如下

F＝mω²r                                 (1)

F₀＝-m₀ω²r                              (2)

f＝3πdηv                               (3)

m₀为颗粒所排溶剂的质量，ω为离心机转子的角速度；悬浮液中球形颗粒的直径为d，体积为V，颗粒密度为ρ，质量为m；溶剂密度为ρ₀，溶液粘度系数为η，颗粒中心和离心机转轴中心距离为r，v为溶液中运动颗粒的速度。

在离心力场中，如颗粒以均匀速度运动，则三力之和为            mω²r

                   -m₀ω²r-3πdηv＝0

              ∵V·ρ＝m，m，ρ₀＝m₀

              ∴V(ρ-ρ₀)ω²r＝3πdηv

则颗粒在离心力场中沉降速度为