（分析化学专业论文）多通道液滴光化学传感器的研究.pdf

摘要 基于液滴形成的化学分析技术已经被应用到了很多领域 如电化学滴汞电极分 析 表面科学和界面张力现象 光谱检测 分析仪器连用 试剂化学 液膜分离等 等 本论文对基于液滴的光化学传感器进行了如下几个方面的研究 1 研制成功了可以进行同步多通道 多维信号响应的液滴光化学传感装置 扫 于多通道检测模式的引入 使得传感器拥有更宽的线性响应范围和更高的灵敏度 选择性也得到了很大的提高 讨论了双通道液滴传感中 荧光 吸光信号与液滴成 长的关系 对多通道液滴传感器的特点做了总结 十 7 2 同步荧光 吸光双通道液滴传感器对于废水中c r v i 的测定 健续不断地 形成于石英毛细管末端的液滴可以充当反应器及光池 由于3 3 5 5 四甲基联苯胺 二盐酸盐 t m b d 与c r v i 之间的反应使得液滴中t m b d 的荧光 吸光信号发生 变化 而这种变化又与c r v i 的浓度呈一定的比例关系 在光源的激发下 t m b d 发出荧光 分别在入射光的正对位用光电二极管 p d 检测其透射光变化 在垂直 位置用光电倍增管检测其荧光信号的变化 在p h 为3 2 9 的h c l n a o a c 缓冲液中 该传感器对2 1 0 8 一l x l 0 4 m o l l 的铬呈线性响应 绝对质量检测限达1 2 8 8f m o l 而 且由于荧光和吸光双通道测量模式的引入 使得传感器拥有了更好的选择性 可以 直接识别干扰物质的类型 卜l 一一 3 基于可再生微滴的葡萄糖传感器的研究 惰葡萄糖氧化酶 g o d 和辣根过 氧化酶 h r p 同时包埋于聚苯烯酰胺凝胶中 做成酶柱 接在微滴流动注射传感 器的流路中 当待测物质葡萄糖和荧光底物t m b d 溶液流经酶柱时 g o d 催化葡 萄糖氧化为葡萄糖酸的反应 在这个反应中同时产生了h 2 0 2 h 2 0 2 再在h r p 的催 化下将荧光底物成比例地氧化 使其荧光发生猝灭 t m b d 的荧光通过液滴光化学 传感器来监测 测定葡萄糖的线性范围为0 6 0 0 n g m l 检测限为4 n g m l 该传感器 对葡萄糖测定的检测限比大多数文献报道的测量方法 一般是 t m 级别 都要低 大幅度地提高了葡萄糖测定的灵敏度 将其用于果汁及软饮料中葡萄糖的测定 结 果令人满意 一矿7 4 由于d n a 使t m b 的荧光熄灭 使e b 的荧光增强 基于这个现象构建了 t m b e b 双荧光信号体系用t d n a 的测定 融体系对小牛胸腺d n a 在 4 2 1 0 4 1 1 0 3 9 m l 范围内成线性响应 检测限为4 2 x 1 0 7 m l 广 关键词 多通道液滴传感器 仪器研制 c r v i 葡萄糖 c t d n a a b s t r a c t m a n ya n a l y t i c a l m e a s u r e m e n t sa r ef a c i l i t a t e db yd r o pf o r m a t i o nt e c h n o l o g y d r o p b a s e dc h e m i c a la n a l y s i st e c h n i q u e s a st h e ya p p l y t oa q u e o u sa n do r g a n i cs a m p l e s t h a th a v ee v o l v e df r o ma n i n t e g r a t i o n o fan u m b e ro fi n t e r d i s c i p l i n a r y f i e l d s e l e c t r o c h e m i c a l a n a l y s i s w i t ht h e d r o p p i n gm e r c u r ye l e c t r o d e s u r f a c e s c i e n c ea n d i n t e r r a c i a lt e n s i o n p h e n o m e n o n s p e c t r o s c o p i c d e t e c t i o n a n a l y t i c a l i n s t r u m e n t a t i o n h y p h e n a t i o n r e a g e n tc h e m i s t r y l i q u i dm e m b r a n es e p a r a t i o na t e t h ew o r k b a s e do nt h e r e n e w a b l ed r o po p t i c a lc h e m i c a ls e n s o rw a s c a r r i e do u ti nt h ef o l l o w i n gf i e l d s 1 b a s e do nt h e p r e v i o u s e f f o r t so u rg r o u pm a d e al i q u i dd r o p s e n s o rw i t h s y n c h r o n o u sm u l t i d i m e n s i o n a lr e s p o n s es i g n a l s w a sf i r s t l yd e v e l o p e de r e c t e di nt h e a v a i l a b i l i t yo fe x t r a c t i n go p t i c a ls i g n a l si nw i d e a n g l er a n g e w i d e rl i n e a rr e s p o n s er a n g e a n dh i g h e rs e n s i t i v i t yw e r ea c h i e v e dd u et ot h ei n t r o d u c t i o no fm u l t i c h a n n e ld e t e c t i o n m o d e s e l e c t i v i t y o fa n a l y s i sw a sa l s o i m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y i n t h em u l t i c h a n n e l s e n s i n gs y s t e m t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n t h ef l u o r e s c e n c ea n da b s o r b a n c es i g n a la n dt h e f o r m a t i o no ft h ed r o pw a sd i s c u s s e d s o m eu n i q u ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em u l t i c h a n n e l d r o ps e n s o rw e r e a l s oc o n c l u d e di nt h ec h a p t e r 2 s y n c h r o n o u sf l u o r e s c e n c ea n d a b s o r b a n c ed y n a m i cl i q u i dd r o ps e n s o rf o rc r v i d e t e r m i n a t i o na tf e m t o m o l el e v e l an o v e ls y n c h r o n o u sf l u o r i m e t r i ca n da b s o r p t i o m e t r i c t e c h n i q u eb a s e do nd y n a m i cl i q u i dd r o p sc o u p l e dw i t hf l o wi n j e c t i o ni sd e s c r i b e d f o rt h e d e t e r m i n a t i o no fc h r o m i u m v i i na q u e o u ss o l u t i o n s d r o p sf o r m e dc o n t i n u o u s l ya tt h e e n do ft h eq u a r t zc a p i l l a r yt u b es e r v e sa sr e a c t o ra n do p t i c a lc e l l t h er e a c t i o nb e t w e e n c h r o m i u m v 1 a n d3 37 5 5 t e t r a m e t h y l b e n z i d i n ed i c h l o r i d e t m b d r e s u l t s i na s i g n i f i c a n td e c r e a s ei nf l u o r e s c e n c ea n dt r a n s m i t t e dl i g h ti n t e n s i t y p r o p o r t i o n a lt ot h e l o g a r i t h mo ft h ec o n c e n t r a t i o no fc h r o m i u m v i t h et r a n s m i t t e dl i g h ta n df l u o r e s c e n c e e m i s s i o ni sd e t e c t e di nc o u n t e ra n dp e r p e n d i c u l a rp o s i t i o no ft h ee x c i t a t i o n l i g h tb y p h o t o m u l t i p l e rt u b e p m t a n dp h o t o d i o d e p d r e s p e c t i v e l y i nh c l n a o a cb u f f e r s o l u t i o n p h3 2 9 t h es e n s o rh a saw i d el i n e a rc a l i b r a t i o nr a n g eo f 2 x 1 0 8 一l x l 0 4 m o l l c h r o m i u m v i w i t ha na b s o l u t em a s sd e t e c t i o nl i m i to f1 2 8 8f m 0 1 t h es e n s o rh a sb e t t e r s e l e c t i v i t ya n dc a nd i s t i n g u i s hd i r e c t l yt h ei n t e r f e r e n c es u b s t a n c e s 3 ac o e n z y m es e n s o rf o rt h ed e t e r m i n a t i o no f g l u c o s eb a s e do nr e n e w a b l el i q u i d d r o p l e t s g l u c o s eo x i d a s e g o d a n d h o r s e r a d i s hp e r o x i d a s ef h r p w e r ei m m o b i l i z e di n t h ep o l y a c r y l a m i d eg e la n da ne n z y m ec o l u m nw a sp r e p a r e dw i t ht h ei m m o b i l i z e dg e l r e n e w a b l e d r o p s e n s o r c o u p l e d w i t ha n e n z y m ec o l u m nw a s d e v e l o p e d f o rt h e d e t e r m i n a t i o no f g l u c o s e w h e nt h er e a g e n ta n d s a m p l ew e r ep u m p e dt h r o u g h t h ee n z y m e c o l u m n t h er e a c t i o no c c u r r e da m o n gg l u c o s e h 2 0 2a n dt m b d r e s u l t e di nas i g n i f i c a n t s i g n a l d e c r e a s ei nt h ef l u o r e s c e n c e i n t e n s i t y o ft m b d t h e q u e n c h i n g e x t e n ti s p r o p o r t i o n a lt ot h ec o n c e n t r a t i o no fg l u c o s e t h es e n s o rs h o w sl i n e a rr e s p o n s ei nar a n g e o f 0 6 0 0 n g m lw i t had e t e c t i o nl i m i to f4 n m 1 w i t hd e t e c t i o nl i m i tl o w e rt h a nm o s to f t h em e t h o d sr e p o s e df o rt h ed e t e c t i o no f g l u c o s e n o t a b l ei m p r o v e m e n tw a so b t a i n e df o r t h es e n s i t i v i t yo f g l u c o s ed e t e r m i n a t i o n t h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h es e n s o ri n c l u d i n ge f f e c t o f f l o w r a t e p h t e m p e r a t u r e l i f e t i m ee t cw e r ed i s c u s s e d 4 a d u a l s i g n a l f l u o r e s c e n t s y s t e m b a s e do nt h er e a c t i o nb e t w e e n 3 3 5 5 t e t r a m e t h y l b e n z i d i n e t m b a n dd n a e t h i d i u mb r o m i d e e b a n dd n ah a s b e e nr e p o r t e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fc t d n a t ot h es a m ea n a l y t e t h es y s t e me x h i b i t s t w of l u o r e s c e n c es i g n a l s o n ei st h ef l u o r e s c e n c eq u e n c h i n go f t m b a n dt h eo t h e ri st h e e n h a n c e m e n to fe bf l u o r e s c e n c e t h es y s t e ms h o w sg o o dr e s p o n s ea n dh i g hc r e d i b i l i t y t h el i n e a rd e t e c t i o nr a n g eo f t h ec a l i b r a t i o nc u r v ei s4 2 x 1 0 6 l x l o g m l t h ed e t e c t i o n l i m i ti s4 2 x 1 0 g m lo f c a l f t h y m u sd n a 第一章绪论 1 1 引言 随着人类步入2 1 世纪 各种新技术 新材料和前沿科学的发展以及社会生产 发展的需要 使得分析科学面临着许多新的课题和挑战 2 l 世纪是生命和信息科 学的世纪 是建立可持续发展的世纪 分析科学的发展方向是高灵敏度 达原子 级 分子级水平 高选择性 复杂体系 快速 自动 简便 经济 分析仪器 自动化 数字化和计算机化并向高智能化 信息化纵深发展 各类分析方法 如 气相 液相和光谱技术等 和仪器联用是分析化学发展的另一个热点 然而用这 些先进仪器进行的仍然是离线分析检测 其所报的结果大多数都是静态的非直接 的现场数据 不能实时地直接准确地反映生产和生命环境中的情景实况 以控制 生产 生态和生物过程 目前迫切要求在生命 环境和生产的动态过程中能够实 时反映实情 以便随时采取措施来提高效率 降低成本 改善产品质量 保障环 境安全 改善人口与健康 提高其素质 减少疾病 延长寿命等 因此 运用先 进的科学技术发展新的分析原理并研究建立实用有效的原位 i ns i t u 在体 i n v i v o 实时 r e a lt i m e 在线 o nl i n e 和高灵敏度 高选择性的新型动态分析 检测方法和无损探测方法以及多元参数的监控方法 已是势在必行 f l 传感器技术是信息技术的三大基础之一 是当今世界发展最迅速的高新技术 化学传感器可实时地将化学信息转化为可识别的光 电信号 从而实现在线监控 从发展的角度来看 信息技术 生物工程 纳米技术以及环保 都对生物 化学 成分的测试提出了相当高的要求 而快速简便的分析仪器将成为这些领域工作者 的必备工具 但是 传统的分析方法一般是由分离科学和检测技术组成 体积相 应比较庞大 价格也非常昂贵 不易普及应用 而传感器技术则把分离和检测过 程合为一体 用分子识别的方法取代化学分离 用敏感膜代替昂贵的检测器 因 此 以传感器为一次仪表组成的分析仪器具有低投入 高产出的特点 与传统的 分析仪器相比 建立在传感器基础上的新型分析仪器容易小型化 微型化 智能 化 但造价只有常规大型分析仪器的十分之一左右或更少 而功能却可以与之媲 美 甚至更好 随着微电子技术和计算机技术的发展 国外智能化 成套化的化 学传感器为基础的分析仪器迅速形成规模产业 成为一个新的具有长远经济和社 会效益的新兴产业 显示了旺盛的发展势头 我国化学传感器的研究与国际水平 有一定的距离 集成化 智能化和大型化化学传感器分析仪器的研制 开发和生 产尚处于初级阶段 而我国在化学传感器的关键部分一化学量转化为电量的敏感 材料的研究和开发上具有雄厚的实力 其中一些化学传感器的性能指标处于国际 领先水平 光化学传感器实验室在高性能化学传感器及仪器仪表的开发方面取得 了一系列具有国际先进水平的研究成果 形成了一系列拥有自己自主知识产权的 化学传感分析仪 如光纤模式滤光多维化学传感分析仪 表面等离子体子共振化 学与生物传感分析仪 亚微米光纤生物传感器 毛细管微滴分析仪以及大型变压 器自动监测仪等五大系列的传感分析仪 毛细管微滴分析仪是一种与流动注射分析相结合的光化学传感分析仪 这种 装置具有光池自动更新 无光窗污染 检测灵敏度高的优点 而且具有自聚焦功 和多角度光信号传输模式 可实现多角度多种光学信号的同时采集 使得测量的 精度明显提高 该传感器具有微滴连续形成再生的优点而且重现性好 从而可直 接用于实现单细胞 组织血浆及人体体液等复杂生物样品中血红素 氨基酸 蛋 白质 d n a 和生物酶的定量测定以及n 0 2 s 0 2 h 2 s h 2 0 2 c 1 2 和n h 3 等气体 样品的检测 1 2 基于液滴形成技术的分析检测 液滴虽然是自然界一种常见的现象 然而一旦把它独一无二的特性如可重复 性 可更新性 体积一定以及无容积器壁等单独或是与其他技术结合起来应用于 科学领域 就能产生一些新颖而独特的分析装置和应用 早在一个多世纪以前 t a t e 3 1 和r a y l e i g h 4 l 就注意到了应用单个液滴可以使得物理和化学测定更为容 易 及至k u e e r a 5 1 运用滴汞电极对极化汞表面张力的研究引起了h e y r o v s k y 的关 注 才导致了电化学中对滴汞电极里程碑式的研究 6 将基于液滴的化学分析技 术用于水相和有机样品 已经在很多领域得到了发展 如滴汞电极电化学分析 表面科学和界面张力现象 光谱检测 分析仪器联用 试剂化学 液膜分离等等 液滴能很快的形成 重现性好 它们有趣的界面现象可以用于发展新的分析 技术 增强许多分析技术的性能 下面将逐一进行讨论 1 2 1 液滴作为检测器件 用液滴作为检测器件的检测模式有两种 一种是消极模式 待测组分和液滴 之间没有明显的相互作用 另一种是积极模式 待测物以一定的方式与液滴作用 如气液界面富集和表面张力测定过程中的表面活性物质等 液滴在各种光谱检测方法中可以充当无光窗光池 它可以消除在常规的光谱 检测中 样品装在或是流过玻璃 石英以及其它物质时所产生的背景光 降低噪 声 提高检测限 y o u n g 和w h i t e 首先进行了这方面的研究 8 9 1 1 9 7 7 年d i e b o l d 和z a r e 利用激光诱导荧光技术实现了液滴中p g 以下黄曲霉素的测定l l o l m a h o n e y 和h i e f t j e 报道了在6 n l 的微滴中进行罗丹明6 g 荧光分子的定量检测 r a m s e y 及其合作者在应用单个微滴进行荧光测定包括单分子测定上作了很多细致的工作 0 2 1 6 他们还设计了仪器来实时检测1 m 水滴中的单分子的荧光 1 7 l i u 和 d a s g u p t a 1 描述了光池的一些分析应用 通过光纤收集液滴发出的光来进行吸光 浊度 比浊度以及荧光测定 将近红外 n i r 激光拉曼光谱技术 激光双光 子离子化技术 以及干涉量测激光成像技术 2 应用在微滴检测中 可以获得更高 的灵敏度和选择性 对于积极检测模式来说 表面张力现象和以液滴形成作为样品传输的化学仪 器一直是与液滴相关的化学量测的重要组成部分 测定表面张力的技术 2 2 j 多半是 在一定的流速下 将液体不断地输送到毛细管的端部形成液滴 直到液滴本身的 重力克服表面张力而掉落 表面张力大的液体形成的液滴要比表面张力小的液滴 更快地从毛细管分离而掉落 实际上 基于这些技术来测定表面张力可以更好地 了解液 液界面的界面张力以及液 气界面的表面张力 从而将这些技术结合到分 析仪器中 c r o n a n t 2 3 l 和d i e b o l d 2 4 1 首先报道了将基于液滴的检测器分别与其它的分析仪 器即液相色谱洗脱和电极对结合起来 选择性地测定表面活性物质 h o o l 和 s c h u r c h a r d t 2 2 6 l 设计了一种仪器 采用液滴容积法来测定液 液界面张力 将毛细 管浸在一种液体中 第二种不相溶的液体以恒定的流速在毛细管的端部形成液滴 通过光传感器对形成的液滴进行记数 就可能计算出这两种液体间的界面张力 m c m i l l a n 和他的合作者们发展了一种光纤液滴分析仪 f i b e r d r o pa n a l y z e r 可以 进行包括粘度 表面张力 吸光以及折射系数等不同类型的检测 2 7 3 1j 由于检测 器检测的是不断长大的液滴内部表面反射出来的光 因而信号与样品液的表面张 力 粘度 和折射系数有关 近来m c m i l l a n 等又报道了一种将液滴体积和电容传 感器结合起来的电容液滴张力计 l 通过检测成长液滴的电容变化 该张力计能 够检测到的液滴的体积精确度达2 1 l i m a 等人 3 3 i 将动态表面张力检测器与流动 注射分析 f i a 和高效液相色谱 h p l c 结合起来 通过光学测定液滴从毛细 管末端掉落的速度来测定表面张力 待测物浓度和待测物表面活性的关系 将这 种动态表面张力检测器的设计改进成可以测定液滴的半径 进而得出其体积 这 4 种设计比基于时间设计的检测下限降低了三倍 1 也有报道利用动态表面张力检 测器基于测量液滴在毛细管末端形成和分离所产生的压力来获取液体样品的多维 动态表面张力性质 这种基于压力测定的改进 可以促进该检测器与f i a 和h p l c 的结合使用 1 l 2 2 探测与液滴有关的化学和物理现象 对于液滴和气溶胶粒子中的蒸发和化学过程的理解 在工业和大气过程以及 发展新型分析仪器等方面引起了很大的关注 通过不同的液滴形成技术 人们可 以控制各种气溶胶粒子体系的形成 了解这些过程的动力学以及对微滴中的化合 物进行鉴别 w i n t e r 和m e l t o n 1 报道了一种用激光诱导荧光来测定微滴内部循环过程的 诊断技术 由压电粒子发生器产生的癸烷液滴 直径为3 0 0 5 0 0 9 i n 被引入到暗 室中 h e n e 激光器激发液滴所产生的荧光由一个二维的c c d 检测器检测 液滴 中含有待测物质萘时 液滴表面吸收的氧气可以使萘的荧光发生猝灭 将含有激 光染料的单个液滴注射到液体喷雾的中心 通过激光发射谱图可以估计微滴的直 径 由同一个液滴所得的连续谱图则可以检测微滴的蒸发速度 l 还可以通过测 定硫醇类染料的动力学聚合常数来测定在单个微滴中光化学反应的瞬时速率0 8 i g r i d i n 等 3 9 将微滴和激光多光子离子化快速电导技术 m p i f c 结合起来 应用 于测定多环芳烃 p a h s 的溶解度和表面吸收 l o i t l 大小的水滴和含有p a h s 的 正己烷液滴相接触 正己烷挥发 p a h s 留在水滴的表面上 然后用m p i f c 进行 扫描 测定成长液滴的表面张力正成为研究界面动力学和表面活性物质质量传输的 一个有用的分析工具 比如模拟硫酸盐气溶胶中云层微滴的核化过程 1 测定表 面活性剂和p c d 之间的络合常数 4 l j 等 测定在整个液滴成长过程中 液 液界面 5 张力与时间的关系也是一个让人感兴趣的研究方向 4 2 4 4 对于成长液滴界面中的 待测物质质量传输动力学也进行了很多的研究 4 5 4 7 1 2 3 微流控样品处理 仪器联用 应用基于液滴的界面来进行样品处理和仪器联用是一个广阔的研究领域 根 据需要 液体的体积可以在亚p l 到m 1 之间 经过适当的设计基于液滴的进样技 术在化学分析和仪器方面拥有许多优点 如耗费体积小 重现性好 样品处理量 大 检测限低以及选择性好等 4 8 5 1 发展液滴毛细管电泳 c e 进样技术是很有意义的 它提供了一种样品体积 可以重复的进样方法弦 1 f r e i t a g 及其合作者报道了一种c e 液滴进样器 1 1 3p l 的单个样品液滴可以被连续的进样吲 l i u 和d a s g u p t a 5 3 报道了新型的无须移动 实验仪器部件或进行电压调节的c e 进样系统 在一个倾斜的平面上 缓冲液沿 着平面流动 用于分离的毛细管与平面相连 样品滴落在毛细管的入口处 迅速 被缓冲液带入毛细管进行分离 该法重现性好 易于实现自动进样 最近 n i l s s o n 等人报道了一种样品富集进样技术 将单个的样品微滴置于超声波中 溶剂蒸发 使得待测物在余下的溶剂中富集 将体积 6 5 p 1 变小后的液滴注入c e 进行分 析 5 4 1 将液滴样品引入电导耦合等离子体 i c p 是仪器联用中一个重要的方面 也有很多关于这方面的研究 5 5 5 7 对于生物分析领域来说 基于液滴的样品传输 技术与基体辅助的激光解吸附 离子化 m a l d i 技术相结合 在色谱分离和时 间飞行质谱 t o f m s 之间提供了一个非常有效的界面 5 8 6 0 1 如用压电移液管 将n l 级的溶剂基体和d n a 放到蚀刻过的石英芯片小孔中 然后迅速用m a l d i t o fm s 进行分析 可以得到大量丰富的d n a 研究方面的信息 还有很多文 献报道了液滴界面在其它的分析仪器中的应用 6 1 6 4 6 1 2 4 液滴分析仪 传感器 微萃取 预富集 微流控处理和检测 l i u 和d a s g u p t a 1 j e a n n o t 和c a n t w e l l l 6 6 首先将微滴的概念引入到了样品制 各 分析前的样品处理和预富集 l i u 和d a s g u p t a 提出了液滴中的液滴的构型 将l 3 l 的有机相液滴悬在一个比较大的水相液滴中 水相液滴中的待测物质不 断地进入有机相中并显色 将外面的水相液滴洗去 就可以用发光二极管来进行 吸光检测 j e a n n o t 和c a n t w e l l 则是将8 l 的有机溶剂液滴与搅拌情况下的水溶 液萃取 然后用气相色谱 g c 进行分析 h e 和l e e 6 7 1 也进行了类似的研究 将微滴萃取和g c 结合起来 能获得比静态萃取更短的时间以及更高的富集因子 j e e n n o t 和c a n t w e l l 6 8 将液滴技术作为分类的工具 通过将牛血清白蛋白溶液中 未键合的黄体酮萃取到1 i 的正辛烷中 用气相色谱来定量测定黄体酮 由于液 滴和水的体积比很小 萃取过程不会干扰溶液中的平衡 因而可以精确地测定平 衡键合常数 最近 m a 和c a n t w e l l 6 9 将在t e l f o n 环中形成的3 0 p l 的正辛烷液膜置于 1 6 0 m lp h 为1 3 的样品水相中 接收相是1 0 0 或是0 5 0 p l p h 为2 1 的水相微 滴 当搅拌样品液时 样品被萃取进入有机膜相 同时被随之萃取到微滴中 因 为组分在p h 值较高时为中性 而在p h 较低时则发生质子化作用 萃取了一定时 间后 微滴被吸入注射器 然后直接注入h p l c 进行定量 在1 5 分钟的萃取时 间内 i 0 0 p l 的接收微滴对甲基苯丙胺 甲苯丁胺和咳喘宁的富集因子为5 0 0 对2 苯乙胺的为1 6 0 当微滴的体积为0 5 0 p l 时 富集因子加倍 d a s g u p t a 等人进行了很多有关可更新气体取样器方面的研究 7 0 7 4 液滴不断 的形成 气相中的待测物扩散到液滴中 然后通过荧光和吸光来进行测定 g r i d i n 等人 7 5 1 和k a d o s h 等人 甚至利用微滴来测定燃烧的副产品 气溶胶 l 一3 本研究小组关于液滴传感技术的研究 7 其实早在几年前 光化学传感器实验室就开始进行了有关液滴传感技术方面 的研究 罗侃 7 7 首先开展了这项工作 她从液滴光池的传感机理入手 通过对液 滴的透镜属性及成长周期的受力状况进行分析 从理论上肯定了自制液滴传感头 设计思路的可行性 进而研制出了基于修饰毛细管的传感核心部分一液滴头 另 外 在传感装置的研制与组装中 主要解决了光的耦合与信号收集这一关键问题 并通过加工 安装一系列的传感配件 如暗箱 光纤固定调节架 检测器避光安 装套等来保证自制传感装置具有较高的信噪比 成功地研制出了基于液滴光池的 吸收信号及荧光信号检测的两类传感装置 进行了一些简单荧光 吸收信号反应 体系的研究 如将辣根过氧化酶 h r p 催化显色反应体系t m b d h 2 0 2 引入液 滴传感器研究 通过检测t m b d 的吸收信号的变化来测定h 2 0 2 基于t m b d 荧光熄灭来测定f e 等 均获得了满意的结果 杨荣华在罗侃工作的基础上将液 滴传感器的应用进一步扩大 构建了基于荧光熄灭的液滴传感体系来测定溶液中 的d n a t 7 探讨了d n a 与小分子染料的相互作用 测定了环境废水中的二或三 硝基酚 和h f 这些工作都已发表在a n a l y s t 等核心刊物上 本论文就是在以上工作的基础上继续深入 首次将多角度光信号传输模式引 入液滴传感 致力于将液滴传感装置发展成可以进行多通道同步信号响应的传感 器 响应简便 迅速 能获得较高的灵敏度和更好的选择性 进而实现多组分的 同时测定 1 4 本文的主要研究工作 1 4 1 多通道液滴传感装置的研究 利用液滴可以在宽广的角度范围内提取光学信号 在本研究小组原有研究的 基础上 首次研制了可以进行同步多通道 多维信号响应的液滴光化学传感装置 由于多通道检测模式的引入 使得传感器拥有更宽的线性响应范围和更高的灵敏 r 度 选择性也得到了很大的提高 对于传感装置的研制及其组装 如光源 暗箱 多通道信号采集程序等进行了讨论 1 4 2 研究体系 a 同步荧光 吸光双通道液滴传感器对c r v i 的测定 在入射光的对位和 垂直位置分别检测液滴的荧光和吸光的变化 该法选择性好 可以定性识别干扰 的类型 灵敏度高 由于微滴的体积约为2 0 p l 基于空白值三倍标准偏差的质量 检测限可以达到f m 水平 一般说来 由于内滤效应的存在 人们很少同时测定 荧光和吸光信号 为了避免内滤效应 荧光一般是在吸收较小的情况下进行的 在正常的荧光测定条件下 吸光值很小难以测定 如果在正常的吸收条件下检测 因为内滤效应的存在 荧光强度和荧光物质浓度间的关系将会变得非常复杂 而 且吸收一般是针对较高浓度的待测物质的 这样也就失去了荧光检测灵敏度较高 的主要优势 液滴检测可以克服上述不利因素 因为在一个液滴测量周期过程中 随着液 滴的不断长大 光程也在不断地变长 在测量的早期阶段 光程很短 吸收也小 荧光强度可以随着荧光物质浓度的变化而成直接比例的变化 不会有内滤效应的 影响 在测量的后期阶段 液滴长大 光程足够长 此时可以进行吸光检测 这 从第二章的图7 可以看出来 在液滴后期吸光占主要地位 如果采取在液滴长至 一半大时进行荧光检测 将会获得更高的灵敏度 该法的另一个重要的优点是可 以用荧光通道检测低浓度的物质 而高浓度的物质则可以采用吸光通道来进行测 定 如此一来 检测将能涵盖较宽的浓度范围 b 基于可再生微滴的葡萄糖传感器研究 将葡萄糖氧化酶 g o d 和辣根过 氧化酶 h r p 同时包埋于聚苯烯酰胺凝胶中 做成酶柱 接在微滴流动注射传 感器的流路中 当待测物质葡萄糖和荧光底物3 37 5 5 四甲基联苯胺二盐酸盐 9 t m b d 溶液流经酶柱时 g o d 催化氧气将葡萄糖氧化为葡萄糖酸 在这个反 应中同时也产生了h 2 0 2 h 2 0 2 再在h r p 的催化下将荧光底物氧化使其荧光猝灭 t m b d 的荧光通过微滴光化学传感器来监测 该传感器对葡萄糖的线性范围范围 为0 6 0 0 n g m l 检测限为4 n g m l 将其用于果汁及软饮料中葡萄糖的测定 结果 令人满意 c t m b e b d n a 双荧光信号体系 由于d n a 使e b 的荧光增强 却使t m b 的荧光熄灭 基于这个原理 我们构建了一个检测c td n a 的双荧光信号体系 通过检测t m b 荧光猝灭的和e b 荧光的增强 可以测定水溶液中d n a 的含量 1 4 3 应用前景 液滴传感器的研究工作在国内属前沿研究领域 实现其产业化 将大大提高 我国传感器的整体水平 为促进我国仪表行业的发展做出较大的贡献 这种与流 动注射相结合的液滴传感器具有光池自动更新 无光窗光池 检测灵敏度高 自 动化程度高 稳定性强 重现性好且实用的优点 而且具有自聚焦功能以提高灵 敏度 实现了毛细管微滴的连续 稳定形成 为研究光学小分子化合物与生物大 分子物质之间的相互作用提供了简便 易行的工具 毛细管微滴光学分析仪具有 再生简单以及重现性好的优点 可直接用于诸多生物样品及化学样品的定量测定 其应用涉及生命科学 临床医学及环境监测等领域 可广泛应用于石油化工 医 药制造行业的产品控制部门以及环保测试部门等 市场情景非常广阔 参考文献 1 汪尔康 2 l 世纪的分析化学 p 1 2 2 t t a t e p h i l o s m a g s c i 18 6 4 2 7 1 7 6 3 l r a y k e i g h p h i l o s m a g js c i 1 8 9 9 4 8 3 2 1 1 0 4 b k u c e r a a n np h y s i k d r u d e 1 9 0 3 11 5 2 9 5 j h e y r o v s k y p h i l o s m a g s c i 19 2 3 4 5 3 0 3 6 k e m i l l e r r e s y n o v e c t a l a n t a 2 0 0 0 5 19 2 1 9 3 3 7 j p y o u n g j c w h i t e a n a l c h e m 1 9 5 9 3 1 1 8 9 2 8 j p y o u n g j c w h i t e a n a l c h e m 1 9 6 0 3 2 1 6 5 8 9 g j d i e b o l d r n z a r e s c i e n c e 1 9 7 7 1 9 6 1 4 3 9 1 0 p p m a h o n e y g m h i e 岗e a p p l s p e c t r o s c 1 9 9 4 4 8 9 5 6 11 m d b a r n e s wb w h i t t e n e ta 1 c h e m e h y s 1 9 9 2 9 7 7 4 8 2 1 2 m d b a r n e s k c n g wb w h i u e n j m r a m s e y a n a l c h e m 1 9 9 3 6 5 2 3 6 0 1 3 m d b a r n e s wb w h i r e n j m r a m s e y a n a l c h e m 1 9 9 5 6 7 4 1 8 a 1 4 wb w h i n e n s a r n o l d j m r a m s e y b v b r o n k a n a l c h e m 1 9 9 1 6 3 1 0 2 7 1 5 k c n g wb w h i t t e n s a m o l d j m r a m s e y a n a l c h e m 1 9 9 2 6 4 2 9 1 4 1 6 c yk u n g m d b a r n e s n l e r m e r e ta 1 a p p l o p t 1 9 9 9 3 8 1 4 8 1 1 7 h l i u p k d a s g u p t a a n a lc h e m 1 9 9 5 6 7 4 2 2 1 1 8 h l i u pk d a s g u p t a a n a lc h i m a c t a 1 9 9 6 3 2 6 1 3 1 9 to g a w a s s u m i t ti n o u e a n a l s c i 1 9 9 6 1 2 4 5 5 2 0 a r g l o v e r s m s k i p o n r d b o y l e a p p l o p t 1 9 9 5 3 4 8 4 0 9 2 1 r m i l l e r pj o o s v b f a i n e r m a n 4 巩c o l l o i d i n t e r f a c es c i 1 9 9 4 4 9 l 5 9 2 2 c l c r o n a n u s p a t e n t1 9 8 7 46 4 65 6 2 2 3 g j d i e b o l d u s p a t e n t1 9 8 7 46 5 05 8 2 2 4 k h o o l b s c h u c h a r d t m e a ss c i t e c h n 0 1 1 9 9 2 34 5 1 2 5 k h 0 0 1 u s p a t e n t1 9 9 6 52 6 91 7 6 2 6 n d m c m i l l a n fj m f o r t u n e e ta 1 r e v s c i i n s f r u m 1 9 9 2 6 3 3 4 3 1 2 7 n d m c m i l l a n fe f e e n e y m j pp o w e r e ta 1 i n s t rs c i t e c h n 0 1 1 9 9 4 2 2 3 7 5 2 8 n d m c m i l l a n e o m o n g a i n e ta 1 o p t e n g 1 9 9 4 3 3 3 8 7 1 2 9 n d m c m i l l a n v l a w l o gj n o l a n e ta 1 c o l l o i d ss u r f a 1 9 9 8 1 4 3 4 2 1 3 0 n d m e m i l l a n m b a k e r e ta 1 p r o c s p i e i n t s o ce n g 1 9 9 p 2 8 0 3 1 c h w a n g a t a u g o u s t i j m a s o n n d m c m i l l a n m e a ss c i t e c h n 0 1 1 9 9 9 1 0 3 2 l r l i m ai i i d r d u n p h y r e s y n o v e c a n a l c h e m 1 9 9 4 6 6 1 2 0 9 3 3 l hr l i m a