液體核磁管清洗方法進(jìn)展

唐安娜，任彥叢，鄧小娟，丁國(guó)生,＊

1 南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院，天津 300071

2天津大學(xué)分析測(cè)試中心，天津 300072

作為四大譜(紫外光譜、紅外光譜、質(zhì)譜和核磁共振波譜)技術(shù)之一，核磁共振波譜技術(shù)是有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)分析和鑒定的重要手段。隨著核磁共振波譜技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，它在化學(xué)、藥學(xué)、生物、環(huán)境、醫(yī)學(xué)和材料學(xué)等領(lǐng)域的科研和生產(chǎn)中發(fā)揮了不可或缺的重要作用。近些年來(lái)，液體核磁共振波譜儀在我國(guó)高校、科研機(jī)構(gòu)和大型企業(yè)廣泛使用，與此同時(shí)，形式多樣、操作靈活的液體核磁專(zhuān)用自動(dòng)進(jìn)樣器也得到了進(jìn)一步的普及。這不僅在很大程度上降低了儀器操作過(guò)程中由于誤操作所導(dǎo)致的人為故障，也大大提高了設(shè)備的工作效率；同時(shí)伴隨著操作流程的簡(jiǎn)化，核磁類(lèi)大型儀器的開(kāi)放和共享也得到了進(jìn)一步的促進(jìn)[1,2]。

隨著樣品制備和儀器分析過(guò)程自動(dòng)化程度的提高，測(cè)試(或從業(yè))人員在獲取大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的同時(shí)，也經(jīng)常面臨著這樣一種局面：數(shù)量可觀的待清洗樣品瓶(管)。在多數(shù)情況下，對(duì)樣品瓶(管)進(jìn)行回收再用可在一定程度上降低實(shí)驗(yàn)成本。色譜、質(zhì)譜類(lèi)儀器使用的樣品瓶通常只要求潔凈即可，可通過(guò)浸泡、刷洗、超聲或高溫烘烤等方式進(jìn)行處理后回收再使用；而液體核磁分析過(guò)程中使用的樣品管由于管壁薄、長(zhǎng)度較長(zhǎng)(7-9英寸)，同時(shí)對(duì)同心度和光潔度還有一定的要求，所以不能簡(jiǎn)單地照搬以上的處理方式[3]。在日常工作過(guò)程中，人們通常采用以下幾種方式對(duì)液體核磁樣品管進(jìn)行清洗或處理。

1 用脫脂棉棒(或核磁管刷)進(jìn)行刷洗

這種方法主要是通過(guò)將浸潤(rùn)的棉棒(或?qū)ｉT(mén)的核磁管刷)插入核磁管中來(lái)回摩擦進(jìn)行清洗。目前商品化核磁管刷主要以鐵絲或鋼絲做為骨架，骨架上有許多整齊排列的細(xì)刷絲。刷絲材質(zhì)主要有尼龍、聚酯纖維、豬鬃和羊毛等。在專(zhuān)用的核磁管清洗器出現(xiàn)之前，這也是絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室普遍采用的核磁管清洗方法。由于要逐根刷洗，這種方法比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，只適合于在核磁管較少的情況下使用；另外，金屬骨架硬度較大，核磁管清洗過(guò)程中容易出現(xiàn)由于力度控制不好而把核磁管洞穿的情況；此外，若所用的核磁管刷刷絲材質(zhì)較硬，在刷洗過(guò)程中也不可避免會(huì)對(duì)核磁管內(nèi)壁造成劃傷。

2 使用超聲方式進(jìn)行清洗

在核磁管中放入清洗液，通過(guò)超聲進(jìn)行清洗。當(dāng)核磁管數(shù)量較多時(shí)，也可以把核磁管沒(méi)入清洗液中進(jìn)行超聲清洗。這種方式既可用于少量核磁管的清洗，也可用于大批量核磁管的清洗。然而，由于不同廠家的核磁管材質(zhì)和規(guī)格(如內(nèi)徑、壁厚等)不盡相同，在對(duì)污染程度不同的核磁管進(jìn)行超聲清洗時(shí)，所施加的超聲功率和超聲時(shí)間無(wú)法采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；此外，在超聲清洗過(guò)程中，核磁管破裂的情況也時(shí)有發(fā)生，所以這種清洗方式實(shí)際上并不被許多核磁管生產(chǎn)廠家所推薦。

3 使用專(zhuān)用的核磁管清洗器

3.1 常規(guī)核磁管清洗器

為保證清洗的效果，同時(shí)盡量縮短人工干預(yù)的時(shí)間，各種專(zhuān)用的核磁管清洗器不斷出現(xiàn)且部分已實(shí)現(xiàn)商品化。有的實(shí)驗(yàn)室則就地取材，“DIY”手工制作了滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室需求的核磁管清洗裝置，也取得了不錯(cuò)的效果[3-5]。

目前，市售的核磁管清洗器大多為玻璃材質(zhì)。其中以單核磁管清洗裝置(圖1)最為常見(jiàn)。使用時(shí)可將清洗器放在磨口錐形瓶上，然后將待清洗的核磁管倒扣在中間的毛細(xì)玻璃管(1)上，核磁管帽則蓋在核磁管底部并將其卡在清洗器口，以起到密封系統(tǒng)和固定核磁管的作用。在左側(cè)小咀處(2)抽真空，核磁管內(nèi)形成負(fù)壓，右側(cè)儲(chǔ)液管內(nèi)(3)的清洗液則會(huì)通過(guò)毛細(xì)玻璃管射入核磁管內(nèi)對(duì)其進(jìn)行清洗。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出的多核磁管清洗裝置(圖2)，可同時(shí)清洗多達(dá)5根核磁管[6]。

圖1 商品化單核磁管清洗裝置[6]

圖2 商品化多核磁管清洗裝置[6]

上述裝置為全玻璃材質(zhì)，制作難度較大，在使用過(guò)程中也容易出現(xiàn)碎裂的情況(尤其是毛細(xì)玻璃管部分)。為解決這一問(wèn)題，Landrie等[7]設(shè)計(jì)制作了一套更簡(jiǎn)易的清洗裝置(圖3)：在氯丁橡膠塞子(1)上鉆兩個(gè)孔，左側(cè)為小孔(1/16英寸鉆頭)，右側(cè)為大孔(3/16英寸鉆頭)。聚丙烯注射器(2)的不銹鋼針首先穿過(guò)塞子上的小孔，然后通過(guò)位于右側(cè)大孔的注射器針筒(1 mL)，在橡膠塞上方伸出約6.5英寸，上方倒置待清洗的核磁管(3)。該裝置通常與 500 mL的抽濾瓶(接真空泵或抽氣裝置)搭配使用。當(dāng)需要清洗多個(gè)核磁管時(shí)，可直接將已清洗過(guò)的核磁管從右側(cè)注射器的塑料凸緣上取下，此時(shí)系統(tǒng)真空被打破，清洗過(guò)程中止；當(dāng)換上另外一根核磁管后，系統(tǒng)真空恢復(fù)，清洗過(guò)程又自行開(kāi)始。為了避免人工頻繁在左側(cè)的注射器內(nèi)補(bǔ)加清洗液，也可用管線將大體積的清洗液儲(chǔ)罐直接連接不銹鋼針，從而實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)清洗。

圖3 簡(jiǎn)易核磁管清洗裝置[7]

美國(guó)核磁譜儀耗材生產(chǎn)商Wilmad-LabGlass公司設(shè)計(jì)推出的多管負(fù)壓清洗器(圖4)，也可一次清洗多達(dá) 5根核磁管[8]。在使用時(shí)，先將核磁管倒置插在不銹鋼清洗管(1)上，然后向 PTFE(Poly(tetrafluoroethylene))清洗液杯(2)內(nèi)倒入清洗液，核磁管開(kāi)口端要沒(méi)入清洗液內(nèi)，這樣在真空(抽氣)系統(tǒng)工作時(shí)，核磁管內(nèi)部和抽濾瓶所組成的系統(tǒng)壓力便開(kāi)始小于外部氣壓(負(fù)壓)，清洗液杯內(nèi)的清洗液便會(huì)在外界大氣壓的作用下上流至核磁管內(nèi)，然后通過(guò)清洗管流入接口(3)連接的真空抽濾瓶?jī)?nèi)。待清洗液杯內(nèi)的清洗液耗盡后，空氣隨之進(jìn)入核磁管內(nèi)部對(duì)其進(jìn)行氣流干燥。由于該裝置市場(chǎng)售價(jià)較高，所以也有實(shí)驗(yàn)室依據(jù)相同的原理自制了類(lèi)似的負(fù)壓清洗裝置，用于日常工作中核磁管的清洗。

圖4 Wilmad-LabGlass多管負(fù)壓清洗裝置[8]

不同于上述裝置的負(fù)壓清洗方式，易小輝[5]采用射流(加壓高速?lài)娚?工作原理，開(kāi)發(fā)了一套正壓清洗裝置(圖5)。先將待清洗核磁管(1)插入洗滌瓶(2)內(nèi)，通過(guò)加壓試劑瓶(3)加壓，使清洗液通過(guò)導(dǎo)管高速?lài)娚淙牒舜殴軆?nèi)，將核磁管不停地做上下、左右旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可使其內(nèi)部得到充分、全面清洗。由于采用了手工加壓的方式，該套裝置無(wú)需與真空泵配套使用，因此可在一定程度上降低成本。

圖5 正壓核磁管清洗器結(jié)構(gòu)示意圖[5]

3.2 高通量核磁管清洗器

基于片段的核磁共振篩選(Fragment-based nuclear magnetic resonance screening)技術(shù)由于具有覆蓋范圍廣、篩選效率高、無(wú)需對(duì)靶標(biāo)蛋白和小分子進(jìn)行標(biāo)記等優(yōu)點(diǎn)，近20年間在生物和制藥工業(yè)逐步得到廣泛的使用。由于商業(yè)化片段庫(kù)中的化合物數(shù)目一般為數(shù)百至數(shù)千個(gè)，試驗(yàn)過(guò)程中很快會(huì)產(chǎn)生數(shù)以百計(jì)待清洗的核磁管，所以發(fā)展高通量核磁管快速清洗方法具有現(xiàn)實(shí)意義。Zhang等[9]自行設(shè)計(jì)和搭建的一套高通量核磁管清洗裝置(圖6)，可在一小時(shí)內(nèi)完成180根核磁管的清洗。該清洗裝置由以下主要部件組成：特殊設(shè)計(jì)的玻璃閥組件(1)、LabConco真空瓶(2)、瓶蓋(3)、轉(zhuǎn)接頭(4)和真空抽濾瓶(5)。

圖6 實(shí)驗(yàn)室自制高通量核磁管清洗裝置示意圖(A)和局部實(shí)物圖(B) [9]

在使用時(shí)，先將多根待清洗核磁管倒置于LabConco真空瓶(內(nèi)部加入適量清洗液)中，然后蓋上瓶蓋，在瓶蓋上連接玻璃閥組件，一個(gè)柔性連接的玻璃管從左側(cè)閥門(mén)延伸到真空瓶的底部。將玻璃閥組件中左側(cè)的閥門(mén)關(guān)閉，通過(guò)調(diào)節(jié)右側(cè)T型閥門(mén)的位置(狀態(tài))，可將清洗液壓入(閥接通大氣)和推出(閥接通真空)核磁管。多次重復(fù)這一操作，可實(shí)現(xiàn)核磁管的高效洗滌。當(dāng)洗滌完成后，打開(kāi)左側(cè)的閥門(mén)(閥接通真空)，同時(shí)將右側(cè)T型閥接通大氣，可將清洗液通過(guò)玻璃管從LabConco真空瓶移至抽濾瓶中。

為降低制作成本，Ngugen[10]使用實(shí)驗(yàn)室常用的真空干燥器、燒杯和真空泵，搭建了一套簡(jiǎn)單易用的高通量核磁管清洗裝置(圖7)。首先將核磁管倒置于燒杯中(內(nèi)部加入適量清洗液)，然后將燒杯內(nèi)置于真空干燥器中，連接好真空泵。通過(guò)控制真空干燥器上的閥門(mén)位置，可調(diào)控核磁管內(nèi)外的壓差，使清洗液反復(fù)進(jìn)出核磁管以對(duì)其進(jìn)行洗滌。該裝置清洗核磁管的數(shù)量取決于真空干燥器和燒杯的尺寸，使用者可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的具體情況進(jìn)行靈活調(diào)整。該裝置的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所用的材料均是實(shí)驗(yàn)室常用的實(shí)驗(yàn)器材，沒(méi)有需要加工制作的部件，因而更易推廣。

圖7 使用燒杯(A)和玻璃真空干燥器(B)自制高通量核磁管清洗裝置[10]

4 結(jié)語(yǔ)

使用專(zhuān)用的核磁管清洗裝置，可在降低人工勞作的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)核磁管的快速清洗。在設(shè)計(jì)或選擇核磁管清洗裝置時(shí)，應(yīng)考慮的因素主要有：成本(價(jià)格)、清洗量、耐用性、操作方便性和清洗液耗量。此外，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣也是一個(gè)重要的方面，如核磁管使用后要盡快清洗，否則由于溶劑揮發(fā)而導(dǎo)致樣品在核磁管內(nèi)沉積，此時(shí)在清洗前很可能需要用鉻酸洗液(或濃酸)浸泡等步驟，如此則無(wú)疑會(huì)增加清洗的難度和時(shí)間。