（分析化学专业论文）电动流动分析系统以及毛细管电泳前处理技术的研究.pdf

摘要 摘要 论文研究了毛细管电泳( c e ) 的预富集技术。基于流动分析和双向电堆积 ( b d e s ) 的原理和实验技术，建立了一套依靠电动作用的新型流动分析系统一 电动流动分析系统，探讨了双向电堆积条件及其应用研究。此外，建立了一种 在同一根毛细管上实施萃取溶剂定容、微液滴悬挂、萃取富集、样液注入和毛 细管色谱分析的一体化项空液相微萃取一毛细管电泳联用技术，并将其用于食品 与饮料中防腐剂的分析。 l ，b d e s 单元与c e 联用检测茶叶中的有机酸离子。 采用在线b d e s 与c e 联用测定茶叶中的有机酸离子。用砂芯取代盐桥隔 离缓冲液与电极液，制成集成的双向电堆积装置，并用计算机程序控制实验操 作。考察了改进后的b d e s 单元的流路系统以及在堆积过程中各种因素对堆积 倍数的影响。最优化条件为：电渗泵载流为0 5m m o l l 的六亚甲基四胺，电极 液为o 5m o l lh a b 0 3 ( p h - 8 5 ) ，富集和电泳缓冲液均为o 1m o l lh 3 8 0 3 ( p h = 8 5 ) 。夹子之间的宽度为4 3c m ，3 0 0m l 样品溶液在6 0 0v 电压下堆积3 0m i n 。 咖啡酸和没食子酸的富集倍数分别为2 4 和2 0 ，检出限达到o 2 0 4 1 ag m l 。 2 ，一体化顶空液相微萃取毛细管电泳法测量食品与饮料中的山梨酸和苯甲酸 建立了一种在同一根毛细管上实施萃取溶剂定容、微液滴悬挂、萃取富集、 样液注入和毛细管区带电泳分析的一体化项空液相微萃取一毛细管电泳联用技 术，并将其用于食品与饮料中山梨酸和苯甲酸的分析。直接从毛细管末端用压 力将电泳缓冲溶液推出并形成液滴悬挂在毛细管的进样端；在加入6m l 样品溶 液( 含0 2 5g r a t , n a c l ) 的1 5m l 样品瓶中，以9 0o c 项空萃取3 0i 血；高差 1 0c m 进样2 0s 后，进行毛细管区带电泳分析。山梨酸和苯甲酸的富集倍数分 别为4 0 4 和2 6 6 被，检出限为0 0 1 - 0 0 3m g l ，回收率为8 8 7 - - 1 0 4 6 。该联 用技术可有效富集分析物，消除样品基体干扰，适用于复杂基体样品内山梨酸 和苯甲酸的毛细管电泳分析。 3 ，一体化顶空液相微萃取毛细管电泳联用发展简介 在一体化顶空液相微萃取毛细管电泳联用技术上取得最新进展。使用碱性 溶液作为萃取相已成功运用于自来水中的酚类的分离富集检测。在一体化顶空 液相微萃取胶束电动毛细管色谱在中性物质的分离检测上，我们采用与水相缓 冲溶液互溶的有机溶剂作为萃取相，成功地富集测定了多种药品中的对羟基苯 甲酸酯类防腐剂。 关键词：电动流动分析系统双向电堆积顶空液相微萃取防腐剂 v a e l f f l p a c t a b s t r a c t an o v e lm u l t - f u n c t i o nf l o v va n a l y s i ss y s t e m - e l e c t r o k i n e t i cf l o wa n a l y s i ss y s t e m ( e k f a ) w a sd e v e l o p e df o r s i m u l t a n e o u s s e p a r a t i o na n dp r e c o n c e n t r a t i o n o f h e t e r o g e n e o u si o na n a l y t e sw i t he x t r e m e l yl o wc o n c e n t r a t i o n s me x p e r i m e n t a l t e c h n i q u ea n da n a l y t i c a la p p l i c a t i o no fe k f as y s t e mw a sd i s c u s s e da n dt h ea n a l y t i c a l c o n d i t i o n sw e r eo p t i m i z e d m o r e o v e r , a ni n t e g r a t i v ec o u p l i n gt e c h n i q u eo fh e a d s p a c e l i q u i d - p h a s em i c r o e x t r a c t i o n ( h s l p m e ) a n dc a p i l l a r yz o n ec h r o m a t o g r a p h y ( c z e ) w a sp r o p o s e da n da p p l i e dt ot h ea n a l y s i so fp r e s e r v a t i v e si nf o o ds a m p l ea n ds o f t d r i n k s ( 1 ) d e t e r m i n a t i o no fc a f f e i ca c i da n dg a l l i ca c i di nt e as a m p l e sb yc a p i l l a r y e l e c t r o p h o r e s i sw i t hb i d i r e c t i o n a le l e c t r o s t a c k i n g a na n a l y t i c a lm e t h o dc o m b i n i n gb i d i r e c t i o n a le l e c t r o s t a c k i n gw i t hc a p i l l a r y e l e c t r o p h o r e s i sw a sp r o p o s e dt oa n a l y z eo r g a n i ca c i di o n si nt e as a m p l e s s a l tb r i d g e s w e r er e p l a c e db yp o r o u sc o r e st os e p a r a t er u n n i n gb u f f e ra n de l e c t r o d es o l u t i o n , w h i c hm a d et h eb i d i r e c t i o n a le l e c t r o s t a c k i n gs e t u pi n t e g r a t i v e l y 硼1 ep a r a m e t e r s w e r ei n v e s t i g a t e d , i n c l u d i n ge l e c t r o s t a c k i n gt i m e ，a p p l i e dv o l t a g e ，s a m p l ev o l u m e ，e t c u n d e rt h eo p t i m a lc o n d i t i o n s ，t h ee n r i c h m e n tf a c t o r so fc a f f e i ca c i da n dg a l l i ca c i d w e r e2 4a n d2 0 ，r e s p e c t i v e l y t h el i m i t so fd e t e c t i o nr a n g e df r o m0 2t o0 4 pe g m l ( 2 ) d e t e r m i n a t i o no fb e n z o i ca c i da n ds o r b i ca c i di nf o o ds a m p l ea n ds o f t “1 1 l ( b y i n t e g r a t i v eh e a d s p a c el i q u i d p h a s em i c r o e x l r a c t i o na n dc a p i l l a r yz o n e c h r o m a t o g r a p h y a ni n t e g r a t i v ec o u p l i n gt e c h n i q u eo fh e a d s p a c el i q u i d p h a s em i c r o e x t r a c t i o n ( h s - l p m e ) a n dc a p i l l a r yz o r ec h r o m a t o g r a p h y ( c z e ) w a sp r o p o s e da n da p p l i e dt o t h ea n a l y s i so fb e n z o i ca c i da n ds o r b i ca c i di nf o o da n ds o f td r i n ks a m p l e s ，1 1 圮 a n a l y t i c a lt e c h n i q u ew a sp e r f o r m e dw i t ho n es e p a r a t i o nc a p i l l a r yt of i xt h ea c c e p t o r v o l u m e ，h o l dt h em i c r o e x t r a c t i o nd r o p l e t ，i n j e c tt h ec o n c e n t r a t e da n a l y t e sa n d s e p a r a t et h ea n a l y t e sb yc z e t h eh s l p m ew a sc a r r i e do u t 、 r i t h6m ls a m p l e s o l u t i o nc o n t a i n i n go 2 5g m ln a c li na14 一m ls a m p l ev i e la t9 0 cf o r3 0r a i n a t l a s t ，t h ec o n c e n t r a t e da n a l y t e sw e r ei n j e c t e da t1 0c mh e i g h td i f f e r e n c ef o r2 0sa n d s e p a r a t e db yc z e t h ee n r i c h m e n tf a c t o r so fb e n z o i ca c i da n ds o r b i ca c i di s4 0 4a n d 2 6 6 ，r e s p e c t i v e l y 1 1 l el i m i t so fd e t e c t i o nw e r ef r o m0 0 1t o0 0 3m g l t h ei n t e g r a t i v e c o u p l i n gt e c h n i q u ew a sa b l et oc o n c e n t r a t ea n a l y t e sa n de l i m i n a t e t h em a t r i x i n t e r f e r e n c ee f f e c t i v e l y , a n db eu s e dt od e t e r m i n ea n a l y t e si nc o m p l e xs a m p l e sb yc e ( 3 ) d e v e l o p m e n to fi n t e g r a t i v eh e a d s p a e el i q u i d - p h a s em i c r o e x t r a c t i o na n dc a p i l l a r y c h r o m a t o g r a p h y f o rt h el a t e s td e v e l o p m e n ti nt h ei n t e g r a t i v eh e a d s p a c el i q u i d p h a s e m i c r o e x t r a c t i o na n d c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i si no u rg r o u p u s i n ga na l k a l i n es o l u t i o n a st h ee x t r a c t i o np h a s eh a sb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e dt os e p a r a t ea n dd e t e r m i n et h e p h e n o la n a l y t e si nt a pw a t e r t h e r ea l s oas i g n i f i c a n tp r o g r e s si nt h ed e t e c t i o no ft h e e s t e rp r e s e r v a t i v e si nm e d i c i n es a m p l e sb yt h ei n t e g r a t i v eh e a d s p a c el i q u i d p h a s e m i c r o e x t r a c t i o na n dc a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s k e yw o r d ：e l e c t r o k i n e t i c f l o w a n a l y s i ss y s t e i l l b i d i r e c t i o n a le l e c t r o s t a c k i n g ， i n t e g r a t i v eh e a d s p a c el i q u i d - p h a s em i c r o e x t r a c t i o n ，p r e s e r v a t i v e s 缩写 缩写 b d e s b i d i r e c t i o n a le l e c t r o s t a c k i n g ( 双向电堆积) b i ab e a di n j e c t i o na n a l y s i s ( 粒珠注射分析) c e c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ( 毛细管电泳) c e u v c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i su l t r a v i o l e t ( 毛细管电泳紫外) c f m e c o n t i n u o u s f l o wm i e r o e x t r a c t i o n ( 流动液相微萃取技术) e k f a se l e c t r o k i n e t i cf l o wa n a l y s i ss y s t e m ( 电动流动全分析系统) e m ie l e c t r om e m b r a n ei s o l a t i o n ( 电膜萃取技术) e o fe l e c t r o o s m o s i sf l o w ( 电渗流) e s e l e e t r o s t a c k i n g ( 电堆积富集) f a s i f i e l d - a m p l i f i e ds a m p l ei n j c c t i o n ( 场放大进样) f i a f l o wi n j e c t i o na n a l y s i s ( 流动注射分析) g c g a sc h r o m a t o g r a p h y ( 气相色谱) g c e c dg a s c h r o m a t o g r a p h ye l e c t r o nc a p t u r ed e t e c t o r ( 气相色谱电子俘获检测) h p l c h i g i lp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( 高效液相色谱) h p l c f l d h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h yf l a m ei o n i z a t i o n ( 高效液相色谱火 焰离子化检测) h s s d m e h e a d s p a c es i n g l ed r o pm i c r o e x t r a c f i o n ( 项空液相微萃取) h s s m eh e a ds p a c es o l v e n tm i c r o e x t r a c t i o n ( 项空溶剂微萃取) i - i f l p m e h o l l o wf i b e rl i q u i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o n ( 中空纤维液相微萃取) l p m e l i q u i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o n ( 液相微萃取) l l e l i q u i dl i q u i de x t r a c t i o n ( 液液微萃取) l p m e - c e l i q u i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o nc a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ( 液相微摹取毛细管 电泳) l l l p m e l i q u i d l i q u i d - l i q u i dp h a s em i c c r e x t r a c t i o n ( 液一液一液三相微萃取) m a l d i f t - m sm a t r i x a s s i s t e dl a s e ri o n i z a t i o nf o u r i e rt r a n s f o r mm a s ss p e c t r o s c o p e ( 基质辅助激光离子化傅立叶变换质谱) p t f e p o l y t e t r a f l u o r o e t h e n e ( 聚四氟乙烯) s d m e s i n g l ed r o pm i c r o e x t r a c t i o n ( 悬滴液相微萃取) s f e s u p e r e r i t i c a lf l u i de x t r a c t i o n ( 超临界流体萃取) s i a s e q u e n t i a li n j e c t i o na n a l y s i s ( 顺序注射分析法) s p es o l i dp h a s ee x t r a c t i o n ( 固相萃取) s p m es o l i dp h a s em i c r o e x t r a e t i o n ( 固相微萃取) s l m s u p p o r t e dl i q u i dm e m b r a n e s ( 支撑液膜) s p r s u r f a c ep l a s m o nr e s o l l a f i c ( 表面等离子共振) s c f a s e g m e n t e dc o n t i n u o u sf l o wa n a l y s i s ( 间隔式连续流动分析) i 、， 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的 成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或 撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作 了明确的说明。 作者签名：三池、 签字日期：塑! 里丝! ! 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学 拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构 送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 哩么开口保密( 年) 作者签名：塑鳖导师签名： 签字日期：签字日期：丝z 笙兰么2 第一章综述 第一章综述 1 1 电动流动全分析系统 1 1 1 引言 自从1 9 7 5 年r u z i c k a 与h a n s e n 提出流动注射分析( f l o wi n j e c t i o na n a l y s i s ， f i a ) 的概念【l 】以来，它引发了化学实验室操作技术的一次根本变革。开拓了分 析化学的一个全新领域。该技术大大提高了分析速度，使每小时测定上百个试样 成为可能，同时也促进了系统的微型化，降低了对试剂的消耗量。分析操作也从 简单的自动进样检测发展到包括溶剂萃取、固相萃取、吸附沉淀、气液分离、 渗析等在内的试样多种前处理技术自动化【2 】。流动分析技术已经成为溶液分析 的重要手段之一。 课题组通过几年对电动流动分析的理论和实验的研究，结合电磁阀多通道切 换分析、多孔砂芯电渗泵，将电动分析系统的分析功能模块化。我们用电渗泵取 代传统的蠕动泵和注射泵，使得整个系统大为简化，功能也得到进一步的完善， 成为一种适合现场和实时环境样品分析的便携式全分析系统，即电动流动全分析 系统( e l e c t r o k i n e t i cf l o wt o t a la n a l y s i ss y s t e m ，e f t a s ) 。 1 1 2 电动流动全分析系统的原理 电动流动全分析系统是基于电动作用的模块化分析系统。它将电动作用与 f i a 相结合，采用常规f i a 尺寸的输运管道，该分析系统的重现性和准确性好、 适用范围宽、检测灵敏度高、自动化程度高、与分析仪器联用方便，且工作电压 低、操作安全、使用寿命长。电动流动全分析系统采用多孔砂芯电渗泵作为流动 分析系统的输液泵，能在较低电压下获得稳定的流量和较大的输出压强，可以满 足常规分析实验的要求。 1 1 3 电动流动全分析系统的技术基础 1 1 3 1 流动注射分析技术 上个世纪7 0 年代，为了克服间隔式连续流动分析( s e g m e n t e dc o n t i n u o u sf l o w a n a l y s i s ，s c f a ) 的局限性，r u z i c k a 与h a n s e n 提出来流动注射分析技术。他们 在继承连续流动观念的同时，彻底摒弃了s c f a 要求在流动中必须实现物理平衡 ( 完全混合) 与化学平衡( 完全反应) 的观念，去除了管道中起间隔作用的气泡， 提出了在非平衡( 不完全混合，不完全反应) 条件下实现高重现性的定量分析技 术。 1 流动注射分析的基本原理和特点 第一章综述 f i a 是下述3 条原理的组合；样品定量注入，样品带受控分散，分析物可重 现性检测。因此，不同于其它的仪器分析方法，f i a 的各种反应是样品在试剂分 散中发生的，样品带的浓度梯度在分散过程中形成。【3 】 f 认的主要特点如下： ( 1 ) 适用广泛：f i a 可以与多种分析仪器联用，如紫外可见分光光度计、毛细管电 泳分析仪、离子选择电极等。它既可以完成简单的进样操作，又可进行一些 复杂的溶液操作，并且是一种比较理想的自动监测与过程分析手段。 ( 2 ) 高效率：一般分析速度可达到每小时1 0 0 3 0 0 样品。 ( 3 ) 低消耗和高精度：和传统的操作对比，它是一种微量分析技术；一般测定精 度可达0 5 一1 r s d 。 ( 4 ) 设备低廉且简单：简单f i a 设备的体积较小，价格也相当低廉。 2 流动注射分析系统的组成 基本的的f i a 系统一般由载流驱动器、进样阀、反应器、检测器组成。 载流驱动器是f i a 的核心部分，相当于整个系统的心脏，其作用是将试剂 和样品等溶液输送到分析系统中。f i a 对载流驱动器要求很高，要求流速具有短 期和长期重现性、无脉动、且易控制，要求驱动器多通道、生产成本低和运行消 耗小等特点。目前较为常见的是蠕动泵( p e r i s t a l t i cp u m p ) 、柱塞泵( p i s t o np u m p ) 和注射泵( s y r i n g ep u m p ) 。 ( 1 ) 柱塞泵 在流速的控制上，柱塞泵比蠕动泵有着很大的优势。柱塞泵的长期和短期流速都 很稳定。这使得在流速精度要求较高的场合( 如在线分离富集和梯度技术等) ， 使用柱塞泵更适合。不仅如此，柱塞泵能克服液体流动过程中产生的阻力而不影 响流速的稳定性、抗有机溶剂的能力也比较强。唯一不足的是柱塞泵的可利用通 道较少，一般柱塞泵为单通道。柱塞泵在与装有气动雾化器的检测器( 如原子光 谱) 联用时，不能与吸取溶液的入口直接配合。 ( 2 ) 蠕动泵 蠕动泵是f i a 系统2 0 年来最常用的载流输运装置，也是在f i a 系统中应用 最广泛的。它有若干通道提供确定流量的液流，其流量由泵管内径和泵转速进行 调节。但是该泵流动的长期稳定性较差，泵管的耐磨性、抗有机溶剂和强酸强碱 的能力有限。而脉动则是蠕动泵最主要的缺点。 ( 3 ) 注射泵 上世纪末，r u z i c k a 等提出并设计了正旋流注射泵【4 ，5 】，在一些应用中替代 蠕动泵，取得较好的效果。近来，微机化步进电机驱动注射泵【6 ，7 1 9 有商品。 但是注射泵设计制造精细繁杂且成本高。注射泵和柱塞泵一样有着很好的流速稳 2 第一章综述 定性，能输送高度重现无脉动的液流：抗酸碱和有机溶剂的能力强；流动系统的 阻力对其流速影响非常小。但是可利用的通道也很少，受注射管数的制约，机动 灵活性很差；另外需要有吸入载流的步骤，会降低分析频率。可与带有气动雾化 器的检测器联用，但是流速的重现性也可能降低。 3 流动分析技术的模式 目前流动分析技术有以下四种模式： ( 1 ) 流动注射分析( f l o wi n j e c t i o na n a l y s i s ，f i a ) 其组成部分如上述的4 部分构成，包括单道流路、多道流路和多泵流路等。 已广泛应用于水质中亚硝酸根的分析测试分析以及一些固体样品分析和医药分 析等。 ( 2 ) 顺序注射分析( s e q u e n t i a li n j e c t i o na n a l y s i s ，s i a ) 它由注射泵和多位顺序阀组成，采用单道流路，更适合流动分析的推广普及， 而且容易实现分析流路的集成化和微型化。s i a 与f i a 相比，试样和试剂的消耗 量更少，适于试剂较贵和样品来源受到限制的分析场合，同时也减少了试剂的排 放污染。另外，s i a 系统可用单标准或者多标准自动校正，实现自动分析。已广 泛应用于质谱分析( m s ) ，如i c p m s ，电喷射m s ；荧光显微镜分析法：流动 血细胞记数：荧光分析；电化学分析等。 ( 3 ) 粒珠注射分析( b e a di n j e c t i o na n a l y s i s ，b i a ) 作为另一种自动化操作的流动分析系统，b i a 是基于微珠选择性捕获生物分 子时的紫外可见红外光谱的测定。与表面等离子共振( s u r f a c ep l a s m o n r e s o n a n e a 暑， s p r ) 相比，b i a 具有快速、低耗、不需要固体表面再生等优点，常用于生物交 感研究。由于它能够在较宽的光谱范围内同时实时监测标记物和非标记物，并具 有较高的灵敏度，在生物传感器领域也具有很大的应用潜力。 ( 4 ) 阀注射分析，又称阀上实验室( 1 a b o n - v a l v e ) 流动分析 应用于微流动分析和顺序注射分析等。l a b 0 1 1 v a l v e 是集成化于一个顺序阀 上的多功能溶液处理系统，高精密度的注射泵用于溶液的传输。可以在该系统内 自动操作多种溶液处理技术，与多种检测仪器联用，如紫外可见分光光度计、 荧光法、化学和生物发光等，是流动分析系统缩微化的代表。样品稀释、溶剂加 入、反应速度测定、数据采集和处理等由f i a l a b 软件完成。 4 流动注射联用技术 ( 1 ) 流动注射毛细管电泳联用 本质上，基本的f i a c e 联用体系由三部分组成：f i a 部分，c e 部分和专门 设计的联用接口。f i a 部分提供准确的进样、有效的前处理；而c e 部分可以提 供高效、快速的多组分离。f i 部分根据样品预处理的需求不同可以采用不同的 3 第一章综述 设计，c e 部分则有不同的分离模式和不同的检测器可供选择，所以当f i a 与c e 联用时，可以有更多的分析模式和更广泛的应用范围1 8 1 4 。 ( 2 ) 流动注射一原子光谱法 流动注射技术在原子光谱分析中的应用是从火焰原子吸收光谱( a t o m i c a b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r y , a a s ) 开始的。f i a 一从s 的优越性表现在：通过在线稀释 和预浓集可使测定范围宽达六个数量级；通过在线基体分离、基体改进或动力学 分辨可极大的提高测定选择性；f i a 雾化技术可使抗粘度变化及抗高盐分干扰的 能力增强；试样和试剂消耗大幅度降低，一般节省试剂和试样9 0 9 6 以上；由于在 惰性材料制成的封闭体系中进行试样在线处理，污染的可能性显著减少，提高了 超痕量分析的可靠性。 ( 3 ) 流动注射一化学发光分析 由于化学发光( c h e m i l u m i n e s c e n c e ，c l ) 一般比较短暂且随时间变化大，使 用间歇式手工操作时很难取得良好的分析精度。f i a 系统却非常适用这类反应， 克服了化学发光反应由于速度快且发光强度随时间改变的问题。并且化学发光反 应难以控制的问题，在流动注射条件下也得到很好的改善。 ( 4 ) 流动注射电化学分析 f i a 电化学方法b s 与传统电化学分析的本质区别在于被检测介质的流动性 和检测时的非平衡态。f i a 中的电化学检测按原理基本分为两大类：一是基于电 极反应中的电荷转移来检测；另一类是测量液体的电化学性质。 1 1 3 2 多通道切换分析系统 1 ) 多通道切换的定义 通道切换( c o m m u t a t i o n ) 的定义是：一种状态向另一种状态的过渡，交换、 互换和代替的行为。这个概念体现在实物装置上面就是通道切换器件，就是通常 使用的切换阀。多通道切换( m u l t i c o m m u t a t i o n ) 分析系统就是由一系列独立的的 切换阀组成的、具有若干个可独立控制进口和出口的流动分析系统。 2 ) 电磁阀多通道切换分析系统 电磁阀多通道切换系统是目前应用最广泛的多通道切换分析系统。电磁阀是 一种时间依赖装置，具有双稳态的通道切换器，其状态的改变可由计算机控制。 我们可根据系统的分析功能选择电磁阀的设置和数目，通过通道切换器件的组合 和控制软件的编写，实现不同的流动分析功能。此流动分析系统在应用中具有简 便、灵活、宽适应面、易控制等优点。 1 1 3 3 电渗泵输液系统 4 第一章综述 1 ) 电渗现象 1 9 7 4 年p r e t o d u s 等把高压直流电场施加在填充柱两端替代压力泵驱动色谱 流动相 1 6 】。j o r g e n s o n 和l u k a c s 将此原理应用于毛细管，即毛细管电色谱 ( c a p i l l a r ye l e c t r o c h r o m a t o g r a p h y ，c e c ) 【1 7 。p r e t o r i u s 等的电驱动色谱思想开 辟了填充毛细管电渗泵研究的先河，电渗现象的研究越来越得到重视，出现了一 些具有实际应用价值的研究成果。 2 ) 多孔砂芯电渗泵的工作原理 本课题组以电渗理论和实验数据为依据发明了一种多孔玻璃芯电渗泵 1 1 8 2 5 。这种泵中的多孔砂芯是由硼玻璃粉高温烧结而成，在碱性至微酸性的溶 液中，表面硅羟基( s i o h ) 电离成s i o 一，使得表面带上负电荷，溶液中形成表 面双电层。当工作电压加在电渗泵上时，芯柱表面溶液产生e o f ，e o f 的方向 由溶剂化反离子的迁移方向决定。该泵流量大、流量稳、无脉动、泵效高、易控 制、结构简单、驱动电压和输出压强适中。 1 1 4 电动流动全分析系统的应用和特点 电动流动分析系统与f i a 相比有以下特点： ( 1 ) 设备简单； ( 2 ) 无机械驱动； ( 3 ) 液流无脉动； ( 4 ) 易于自动化； ( 5 ) 分析功能多。 将电动流动全分析系统与酶抑制法结合，用于池塘水和蔬菜当中有机磷类农 药残留的在线检测 2 5 。 课题组还建立了一种电动多通道切换离子对固相萃取系统，用于地表水中痕 量烷基苯磺酸盐阴离子表面活性剂的富集和测定 2 6 。 采用电动流动分析系统的顺序注射分析法测定了自来水中亚硝酸根的含量。 利用电渗泵和电磁三通阀代替了顺序注射分析中的注射泵和顺序阀 2 3 ，2 7 。 1 2 电动作用一电泳和电渗 1 2 1 电泳 早在十九世纪中叶电泳( e l e c t r o p h r e s i s ) 现象就被报道【2 8 】，之后 k o h l r a u s c h 2 9 导出了离子移动的理论公式，描述了区带电泳、等速电泳和移动 界面电泳在内的电泳基本理论。 第一章综述 电泳是电介质中带电粒子在外加电场作用下向电荷相反电极方向，以不同淌 度迁移的现象。 电泳迁移速率v | e p = ue p e ( 1 1 ) 球形离子淌度 u 咭 ( 1 2 ) 其中q 是离子的电荷电量，l 是溶液粘度系数，r 是离子表观液态动力学半 径。 由此看出，电泳速度不仅与荷电粒子的外加电场以及介质特性有关，还与粒 子的有效电荷、粒子的大小和形状有关。有效电荷、形状和大小的差异造成粒子 迁移速度的不同，这也是电泳分离的基础。 1 2 2 电渗 电渗是指液体在外电场的作用下，相对于带电的管壁移动的现象。这是广义 上的说法，但是电渗的产生与表面双电层有关。 1 2 2 1 电渗流 若固体表面带一种电荷，则因静电引力和极化力使其周围液体形成吸附层和 扩散层，在固液表面形成双电层。当液体两端施加压力时，由于扩散层内含溶剂 化反离子的定向运动，就会发生液体相对于固体表面的移动，产生电渗流 ( e l e c t r o s m o t i cf l o w ，e o f ) 。 电渗流的方向取决于扩散层中反离子的迁移方向。一般情况下，石英毛细管 内壁表面带负电，电渗流方向为由阳极到阴极。 v e o = pe o e ( 1 3 ) 由公式看出e o f 的大小由电渗淌度uo o 和电场强度e 决定。 电渗淌度ue 0 与电泳介质和双电层的z e t a 电势有关： e 0 = ( o 毛 ( 1 4 ) 亏=( 艄e ) ( 1 5 ) 、， o ， 其中o ：真空介电常数；：电泳介质相对介电常数；亏：双电层z e t a 电势；e ： 毛细管内壁扩散层单位面积的表面电荷密度；6 ：扩散层厚度。 一般情况下，在c e 中电渗流的速度是一般离子电泳速度的5 7 倍。所以正 负离子以及中性分子可以在电渗流的作用下一起朝一个方向迁移。由于电荷的不 同以及粒子自身的原因，每种粒子的迁移速度会有所差异，但这也为粒子的分离 提供了有利条件。因此，有效的控制电渗流，可以影响c e 的分离效率、选择性 6 第一$ 缘述 以及分离度 13 电堆积富集 屯堆积富集( e l e e t r o s t a c k i n g ，e s ) 是一种提高c b 浓度检测灵敏度的简单有 效的在柱样品浓缩技术，它可通过流体动力学进样或者电动进样来实现。 3 0 一5 1 131 富集原理 将样品溶解在水或者低浓度的背景电解质中，并注入分离毛细管。施加一定 的电压后，样品区带中电场强度将会高于充满缓冲溶液部分的电场强度。因为电 场强度的不一样，根据公式( 11 ) ，样品离子在两种区带中的迁移速率将会不一 样。样品离子迁移到样品溶液区和缓冲溶液区的界面时，分析物离子的电泳迁移 速度就会突然降低，在界面形成一个窄的区带，也就是电堆积富集。 理论上，样品离子的富集率正比于样品溶液和缓冲溶液的电阻率之比。b u r g i 等 3 6 1 在前面写过】详细探讨了富集机理，根据迁移离子数守恒公式( 16 ) ，将样 品离子的富集描述为缓冲溶液和样品溶液的浓度之比。 c t v 日i = c 2v c ( 16 ) 但是，这样的定律只适用于电堆积发生在均一的毛细管中。在内径极细且相 对较长的毛细管内，在高工作电压的作用下，样品区和缓冲溶液区的电场分布可 阻简单的用线性欧姆定律来描述。 本课题组推导出了更完整的电堆积理论公式 5 2 1 c i v i = c 2 v 2 ( 17 ) c i v e 口i a i = c 2 v 。m a 2 ( 18 ) 署= 舞篡“9 ) c ：样品浓度：a ：迁移截面积；v 迁移体积。 在c e 中，根据a l = a 2 所以： 里= 坚哩( 11 0)c1 p e p 2 e 2 离子在样品区和缓冲溶液区迁移示意图如下： 匿固 l - i = 一二_ 一一堡璺量酉豳 样品区一一缓冲溶 直区 图11 离子在样品匿缓冲溶液区迁移示意圉 7 第一章综述 1 ，2 分别代表样品区和缓冲溶液区 1 3 2 富集技术的发展 自从c e 中e s 的现象被报道以后 5 3 1 ，分析工作也已经证明e s 可以提高 c e 的检测灵敏度达1 0 1 0 0 0 倍，这大大拓宽了c e 的应用范围，特别是在痕量 分析中的应用 3 2 5 1 1 。同时，e s 在电动色谱、非水c e 以及微芯片c e 中也取得 了一定的成果 5 4 5 9 。不仅如此，e s 在生物科学以及环境科学中的应用 5 5 ，6 0 】 也证明了e s 的广阔实际应用前景。 柱端e s 又称场放大进样( f i e l d a m p l i f i e ds a m p l ei n j e c t i o n ，f a s i ) ，由 m i k k e r 4 5 提出。它采用电迁移进样，将低浓度的样品溶液注入充满高浓度缓冲 溶液的毛细管。在电迁移进样时，进样端的电场强度远远大于毛细管内的电场强 度，由此产生样品离子的预富集【4 6 4 7 】。 1 4 液液液微萃取 1 4 1 液相微萃取的发展 液液萃取作为分析过程中的常规样品前处理技术，数十年来被广泛用于去除 样品基体干扰，提取和富集样品中分析物等。由于操作过程冗长，富集倍数低， 且需消耗大量有机溶剂，其并不符合绿色分析化学发展的要求。2 0 世纪9 0 年代以 来，分析化学领域不断涌现新型微型化的样品前处理技术。1 9 9 5 年l i u 和d a s g u p t a 在液液萃取和固相微萃取技术的基础上首次提出了一种微型化的液相萃取技术 悬滴液相萃取分析系统( d r o p l e t - b a s e da n a l y s i ss y s t e m ) 6 1 。该分析系统中采用了 体积为微升量级的有机溶剂作为萃取接受相。与传统的液液萃取技术相比，液相 微萃取技术具有以下特点： ( 1 ) 有机溶剂消耗小，污染排放少 ( 2 ) 微型化的样品前处理技术。萃取效率高，富集倍数大。 ( 3 ) 该样品前处理技术集采样、提取和富集过程于一体。 ( 4 ) 该样品前处理技术的操作模式多。 1 4 2 液相微萃取的模式 1 4 2 1 悬滴液相微萃取( s d ) 液相微萃取的最初模式是悬滴液相微萃取。1 9 9 6 年l i u 和d a s g u p t a 【2 8 报道了 一种液流内悬滴的分析系统( ad r o p - i n - d r o ps y s t e m ) 来萃取十二烷基硫酸钠。1 3 灿的有机相浸入一个流动的样品溶液内进行萃取富集。j e a n n o t 和c a n t w e l l 【6 2 】 报道了另一种称之为溶剂微萃取( s o l v e n tm i c r o e x t r a c t i o n ) 的方法：8 “l 的正辛醇 8 第一$ 综述 在聚四氟乙烯( p t m e ) 棒末端形成悬滴后浸入搅拌的样品溶液中进行萃取富集 用微量注射器来收集悬滴注入g c 进行分离检测。如下图1 2 所示。 c - j 躅1 2 d r o p - i n d r o ps y s m m 年萃取头的示意图【6 1 】 普 眵 图1 3 溶剂微萃取装置的侧面示意图1 6 2 这种萃取模式的缺点是萃取富集和进样需要各自的步骤完成。1 9 9 7 年 j e a n