微流控芯片--液液萃取

1、微流控芯片和液液微萃取微流控芯片和液液微萃取电解膜微电解膜微萃取萃取芯片芯片中空纤维中空纤维液相液相微萃取微萃取液相微液相微萃取萃取芯芯片片HF-LPMEEME-chipLPME-chip HF-LPMECantwell微滴-液相微萃取法(MD-LPME )优点：优点：避免了SPME 使用中存在的残留量的问题残留量的问题，有机接收相溶液的变换提高了方法的选择性方法的选择性。缺点：缺点：精确的人工操作；对基质复杂的样品要过滤；准确度和灵敏度较差；准确度和灵敏度较差；液滴在萃取过程中会损失甚至掉落发展趋势发展趋势Pedersen- B jergaard中中空纤维空纤维- -液相微萃液相微萃取取（H

2、F -LPME )，克服了存在的问题。Pedersen-Bjergaard和Rasmussen ，提出了加电中加电中空纤维膜萃取空纤维膜萃取理论，克服了传统方法的耗耗时时问题。19961999 2005一、一、HF-LPME（中空纤维（中空纤维液相微萃取液相微萃取）HF-LPME（中空纤维液相微萃取）纤维膜：一般为多孔聚丙烯纤维膜HF-LPME装置（两相萃取装置（两相萃取）HF-LPME原理（三相萃取）原理（三相萃取）液液两相微萃取：富集系数取决于分配系数接受水将多孔纤将多孔纤维浸入维浸入有有机溶剂使机溶剂使纤维孔充纤维孔充满满，形有，形有机溶剂固机溶剂固定相定相再将适量再将适量有机溶剂有机溶

3、剂注入纤维注入纤维空腔空腔，形，形成有机溶成有机溶剂剂接收相接收相将纤维放进样将纤维放进样品溶液中，充品溶液中，充分搅拌，样品分搅拌，样品中的分析物经中的分析物经纤维孔内的有纤维孔内的有机相进入纤维机相进入纤维腔内的接收相腔内的接收相受体溶液可直接受体溶液可直接用用气象色谱检测气象色谱检测，如用，如用和分和分析，则需将析，则需将溶剂溶剂蒸发，再溶于适蒸发，再溶于适当的水当的水液液三相微萃取：富集系数取决于分配系数水有机接收有机区别：区别：仅限于离子化的酸碱样品；受体相对分析物的吸附性要大于样品溶液，萃取后的受体溶液可直接用于或分析过程过程影响影响因素因素2萃取时的搅萃取时的搅拌速度拌速度1有机

4、接收相有机接收相4萃取时间萃取时间3PH值值5中空纤维膜中空纤维膜的材料的材料6样品盐浓度样品盐浓度4原理和应用原理和应用Pedersen-Bjergaard和和Rasmussen 原理：原理：短时间内（短时间内（5min5min），碱性药物在），碱性药物在电压的作用下穿过薄电压的作用下穿过薄的有机液膜，进入接的有机液膜，进入接收相。收相。 应用：应用：碱性药物、酸性碱性药物、酸性药物、肽类和氯酚类物药物、肽类和氯酚类物质；质；BasheerBasheer等人，采用等人，采用加电中空纤维膜萃取技加电中空纤维膜萃取技术，从羊水、血清、口术，从羊水、血清、口红和尿样中萃取了红和尿样中萃取了PbPb

5、+ +背景第一次实现了中空第一次实现了中空纤维液相微萃取纤维液相微萃取/ /支支撑液膜进入微流控撑液膜进入微流控分析芯片分析芯片 。但此系统的静态性但此系统的静态性质，限制了提取的质，限制了提取的效率。效率。二、EME-chip（电解膜萃取芯片）A。 C。Acta（2010）：）： Implementation of droplet-membrane-droplet liquid-phase microextraction under stagnant conditions for lab-on-a-chip applications 提取过程：提取过程： 样品溶液进入芯片上通道 目标分析物被

6、作为带电粒子提取 接收相被进入支撑液膜背面的通道内。 目标分析物 经过芯片内的支撑液膜进入接收器(7ul) 毛细管电泳离线分析目标物2010年，年，On-chip electro membrane extraction一文一文，首次提出了，首次提出了EMEchip的概念，实现了电解膜萃取过程在的概念，实现了电解膜萃取过程在芯片上完成。芯片上完成。重要特点：重要特点：芯片内的分析物扩散距离较短，因此提效率高。Schematic illustration(示意图示意图)Microfluid and NanofluidEME-chip的提出EME-chip的制备A picture of the cr

7、oss-section of the bonded deviceEMEchip装置的横截面照片装置的横截面照片电源装置：用细小的铂丝（外径为0.076mm）连接在样品通道的出口和接收容器上；样品进入：EME-chip上，样品通道的进口处连接一个聚四氟乙烯的管子，将样品溶液用注射泵送入到样品通道；萃取通道：萃取通道：PMMAPMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）。聚甲基丙烯酸甲酯）。平板上两孔：样品和接收相的进、出样口。多孔聚丙烯薄膜：25um，孔隙率为55% 。 支撑液膜有机溶剂：NPOE（2-(正辛氧基)硝基苯），使得样品通道和接收容器分离。 影响提取率的主要因素的探究：影响提取率的主要因素的探究：电

8、压大小（15V）；样品流动速率小于3.0ul/min；萃取时间（60min）On-Chip Electro Membrane Extraction with OnlineUltraviolet and Mass Spectrometric Detection检测方法：实现了电解膜萃取芯片在线紫外或者质谱分析Anal. Chem,2011EME-chip的改进影响萃取率因素的探究：电压（15v）；样品的流动速率3.0ul/min；萃取时间（7min）；接收相的流动速率1.0ul/ml；支撑液膜的有机溶剂（NPOE）；载液（基质电解质）Analytica Chimica Acta，2012 Liq

9、uid-phase microextraction in a microfluidic-chip High enrichment and sample clean-up from small sample volumes based on three-phase extraction中，首次提出了LPME-chip。 （液相微萃取基于三相萃取的高效富集和少量样本处理）三、三、LPMELPME-chip（液相微萃取（液相微萃取芯片）芯片） Schematic illustration (示意图)Photo of LPME-chip使用双流系统，实现了样品溶液和接收相连续不断地注入芯片连续不断地注

10、入芯片，提高提取率；样品溶液可以直接充满微量注射泵注入到芯片，也可以在微量注射泵和芯片之间加一个20微升的六通阀定量环，连接到六通阀的微量注射泵中充满着载液10mMNaOH。经过支撑液膜的驱动力：调整PH；支撑液膜：.的乙酸十二酯乙酸十二酯固定在多孔聚丙烯薄膜的孔内检测方法：实现了在线紫外或者质谱分析以及毛细管电泳的离线分析； 最佳条件（液最佳条件（液相微萃取相微萃取芯片芯片）Optimized conditions for the LPME-chip % Extraction efficiency（提取率）（提取率） (% RSD, n = 3)Pethidine （潘生丁）Amitript

11、yline （阿米替林）Methadone （美沙酮）Haloperidol （氟哌啶醇）Loperamide（洛哌丁胺）LPME-chip 91（3）52（6）69（3）75（2）72（4）结果：结果：分配系数不同，提取率有差异；但整体较高，潘生丁几乎达到极限提取率可靠性：可靠性：线性相关系数R20.9994；（0.5,0.7,0.9,1.2,2.5,5.0,10 g /ml）准确度：准确度：4次重复试验（1，5g /ml) 的相对标准偏差：RSD6.0%LPME-chip最大的优势：少量样品的高度富集High enrichment under stop-flow conditionHigh

12、 enrichment under stop-flow condition受体相停流条件下的高度富集能力受体相停流条件下的高度富集能力结论和方案 结论：结论：提取时，关闭受体相的微量注射泵； 方案：方案：为了确保受体相流动完全关闭，在LPME-chip和微量注射泵之间安装一个可旋转的阀门，以阻塞受体相流动通道。提取完成时，重新开启微量注射泵，受体相以3 l/min 转移到检测器中（UV）LPME-chip对于少量样品的高对于少量样品的高度富集具有很大的发展潜力。度富集具有很大的发展潜力。四、Comparison of performance（性能比较）of LPME-chipa and EME

13、-chipba aSampleSample：3 3l/min of 10mM l/min of 10mM NaOHNaOH containing the five drugs each at 10 containing the five drugs each at 10g g /ml;/ml; acceptor acceptor：1 1 l/min of 10mM l/min of 10mM HClHCl；extraction time:extraction time:：7 min.7 min. Extraction efficiencie Extraction efficiencies(s(

14、提取率) were determined by off-chip CE were determined by off-chip CE separationsseparations（芯片外毛细管电泳离线分析）b b SampleSample：3 3 l/min of 10mM l/min of 10mM HClHCl containing the five drugs each at containing the five drugs each at 1010g/mlg/ml；acceptoracceptor： 1 1l/min of 10mM l/min of 10mM HClHCl；extr

15、action timeextraction time：7 min7 min；voltagevoltage（电压）：（电压）：15 V. 15 V. Extraction efficiencies were determined by off-chip CE separations.Extraction efficiencies were determined by off-chip CE separations. % Extraction efficiency（提取率）（提取率） (% RSD, n = 3)Pethidine （潘生丁）Amitriptyline （阿米替林）Methadon

16、e （美沙酮）Haloperidol （氟哌啶醇）Loperamide（洛哌丁胺）LPME-chip 91（3）52（6）69（3）75（2）72（4） EME-chip61（6）80（2）87（3）87（5）76（5）两种芯片对比两种芯片对比条件：LPME-chipLPME-chip：以经过支撑液膜的值值的变化为驱动力； EME-chipEME-chip：以电势电势（15v）为驱动力。提取结果：u除了潘生丁，LPME-chip其他样品的提取率较EME-chip低；u两个系统对基本模型分析物的提取率都较高。u都可以实现在线分析。支撑液膜：LPME-chipLPME-chip：乙酸十二酯：乙酸十二酯固定在多孔聚丙烯薄