專利名稱：微流控芯片毛細(xì)管電泳—原子熒光在線聯(lián)用新技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分析化學(xué)儀器的聯(lián)用技術(shù)，特別涉及微流控芯片毛細(xì)管電泳和原子熒光光譜法在線聯(lián)用新技術(shù)。
背景技術(shù)：
元素的毒性、生物可給性和遷移性取決于其存在形式，因此作為檢測(cè)元素特定物種的形態(tài)分析更加受到重視。形態(tài)分析過程一般包括色譜分離和原子光(質(zhì))譜檢測(cè)。由于生物及環(huán)境樣品中基體的復(fù)雜性和污染物形態(tài)的痕量性，因而高效分離技術(shù)與高靈敏度的元素選擇性檢測(cè)技術(shù)的聯(lián)用是解決環(huán)境和生物樣品中痕量元素形態(tài)分析的重要途徑。發(fā)展聯(lián)用技術(shù)的關(guān)鍵是接口技術(shù)。
各種色譜技術(shù)與原子光/質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)的聯(lián)用是目前痕量有毒金屬有機(jī)化合物形態(tài)分析的最常用的手段。近年來，以毛細(xì)管電泳為核心技術(shù)、以芯片為操作平臺(tái)的微流控芯片毛細(xì)管電泳(Chip-CE)技術(shù)迅速崛起，成為一個(gè)極為活躍的熱點(diǎn)。由于Chip-CE具有分辨率高、分析快速、樣品試劑消耗低，污染少、體積小、自動(dòng)化、集成化程度高等優(yōu)點(diǎn)，是一種很有吸引力的形態(tài)分離技術(shù)。Chip-CE和元素選擇性檢測(cè)器聯(lián)用，不僅選擇性好和靈敏度高，而且只需將特定元素的不同形態(tài)分開即可。目前，文獻(xiàn)報(bào)道最多的是電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)和電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)作為檢測(cè)手段用于形態(tài)分析。但這些儀器價(jià)格昂貴、操作費(fèi)用高以及對(duì)分析人員要求高，因而限制了它們的普及和實(shí)際應(yīng)用。
原子熒光光譜法(AFS)是目前常用的痕量元素檢測(cè)技術(shù)之一，具有價(jià)格和操作費(fèi)用低，能提供與ICP-MS相近的靈敏度，且易于操作等優(yōu)點(diǎn)。但是，獨(dú)立的AFS只能測(cè)定元素的總量。AFS只有與其他分離技術(shù)聯(lián)用時(shí)才能應(yīng)用于形態(tài)分析。作為色譜的在線聯(lián)用檢測(cè)器，AFS已廣泛應(yīng)用于形態(tài)分析領(lǐng)域。然而，至今尚未見有Chip-CE-AFS聯(lián)用技術(shù)的報(bào)道。
將Chip-CE和AFS聯(lián)用可以成為形態(tài)分析強(qiáng)有力的工具。但實(shí)現(xiàn)這種聯(lián)用技術(shù)的關(guān)鍵在于接口的合理設(shè)計(jì)。在接口設(shè)計(jì)中如何實(shí)現(xiàn)Chip-CE分離穩(wěn)定的電回路；如何及時(shí)有效地將被分析物轉(zhuǎn)化為氫化物并在線引入原子熒光檢測(cè)系統(tǒng)，成為Chip-CE-AFS在線聯(lián)用新技術(shù)的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是有效地解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述關(guān)鍵問題，提供一種微流控芯片毛細(xì)管電泳—原子熒光在線聯(lián)用新技術(shù)，為元素形態(tài)分析建立簡便快速、經(jīng)濟(jì)可靠的新技術(shù)平臺(tái)。
本發(fā)明聯(lián)用新技術(shù)是通過以下步驟完成的——a連接將微流控芯片高壓電源的四路輸出分別與樣品池、樣品廢液池、緩沖溶液池和修飾液池相連，微流控芯片的分離通道末端的出口段通道連接導(dǎo)出管，導(dǎo)出管外套接一個(gè)錐形引流管，錐形引流管的細(xì)端朝向氣液分離器方向，在離錐形引流管較粗一端開設(shè)一個(gè)孔，以接納還原劑KBH4的傳輸管，使還原劑從后面、外面將流出的分離液和修飾液的混合液推著前進(jìn)；導(dǎo)出管與錐形引流管的出口端同時(shí)插入氣液分離器中下部一水平、帶有向上開口的接入玻璃管內(nèi)，在錐形引流管與接入玻璃管外套接二級(jí)引流管，二級(jí)引流管上同樣開設(shè)有一個(gè)孔，以接納Ar氣的傳輸管，使載氣Ar將Chip-CE流出液、修飾液以及還原劑KBH4的混合液從其后面推著進(jìn)入氣液分離器；——b進(jìn)樣進(jìn)樣時(shí)在樣品池、緩沖溶液池加高壓、樣品廢液池接地，修飾液池懸?。弧猚分離分離時(shí)在緩沖溶液池、樣品池和樣品廢液池分別加高壓，修飾液池接地，在電滲流的作用下實(shí)現(xiàn)被分析物的分離；修飾液池同時(shí)完成修飾液稀HCl的加入；——d檢測(cè)分離出的被分析物經(jīng)分離通道末端出口段通道進(jìn)入導(dǎo)出管，導(dǎo)出管在錐形引流管作用下，使還原劑從后面、外面將流出的分離液和修飾液的混合液推著前進(jìn)；在錐形引流管與接入玻璃管外套接的二級(jí)引流管使載氣Ar將Chip-CE流出液、修飾液以及還原劑KBH4的混合液從其后面推著進(jìn)入氣液分離器，待檢測(cè)的氣態(tài)氫化物從氣液分離器上部出口進(jìn)入AFS系統(tǒng)得以檢測(cè)，而廢液從廢液管流出。
微流控芯片上的修飾液池通道設(shè)計(jì)為弧形或四分之一圓，以保證流體順暢的沿著圓弧的路徑流向氣液分離器方向。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果1、構(gòu)思巧妙、接口和流程的設(shè)計(jì)獨(dú)特、結(jié)構(gòu)簡捷緊湊，無死體積。該聯(lián)用技術(shù)通過接口處通道結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)以及“管套管”式的套管流的流路設(shè)計(jì)，保證了后續(xù)氫化物的有效發(fā)生和及時(shí)傳輸，消除了整個(gè)體系可能產(chǎn)生的反壓對(duì)Chip-CE分離的影響。本發(fā)明既實(shí)現(xiàn)了Chip-CE所需要的穩(wěn)定電回路，又成功實(shí)現(xiàn)了及時(shí)有效地將被分析物轉(zhuǎn)化為氫化物在線引入原子熒光檢測(cè)系統(tǒng)。2、該聯(lián)用新技術(shù)集分辨率高、分析快速、樣品試劑消耗低，污染少、體積小、自動(dòng)化，集成化程度高的Chip-CE和價(jià)格和操作費(fèi)用低，能提供與ICP-MS相近的靈敏度，且易于操作的高靈敏度元素選擇性檢測(cè)器AFS的優(yōu)點(diǎn)于一體，創(chuàng)新性強(qiáng)。3、該聯(lián)用技術(shù)為環(huán)境中重要元素(如砷、汞、硒)的形態(tài)分析建立了簡便快速、經(jīng)濟(jì)可靠的新技術(shù)平臺(tái)，為形態(tài)分析提供了一種強(qiáng)有力的工具，從而擴(kuò)大了迅速崛起的分離技術(shù)Chip-CE的應(yīng)用范圍。

圖1、微流控芯片毛細(xì)管電泳—原子熒光在線聯(lián)用新技術(shù)流程示意圖。
具體實(shí)施方式本發(fā)明Chip-CE-AFS在線聯(lián)用新技術(shù)，是通過Chip-CE將被分析物分離開來，經(jīng)接口轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氫化物，并在線引入AFS檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。
具體實(shí)施過程為將微流控芯片a高壓電源的四路輸出分別與樣品池1、樣品廢液池2、緩沖溶液池3和修飾液池4相連，進(jìn)樣時(shí)在樣品池1、緩沖溶液池3加高壓、樣品廢液池2接地，修飾液池4懸??；分離時(shí)在緩沖溶液池3、樣品池1和樣品廢液池2分別加高壓，修飾液池4接地，在電滲流的作用下實(shí)現(xiàn)被分析物的分離。修飾液池4同時(shí)完成修飾液稀HCl的加入。修飾液稀HCl的作用是一方面及時(shí)傳輸Chip-CE流出液并維持電泳電回路，另一方面還作為后續(xù)氫化物發(fā)生的介質(zhì)，使Chip-CE和AFS的聯(lián)用從理論變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。能否真正實(shí)現(xiàn)Chip-CE流出液及時(shí)有效的傳輸，維持電泳電回路，是本發(fā)明要解決的難點(diǎn)。修飾液引入的目的就是將Chip-CE流出液及時(shí)有效的傳輸，維持電泳電回路等，但是修飾液的引入不能對(duì)分離通道6產(chǎn)生反壓。本發(fā)明采取了兩條有效措施一是將修飾液通道7設(shè)計(jì)為半徑2.5毫米圓的四分之一(或弧形)，這樣的結(jié)構(gòu)能保證流體非常順暢的沿著圓的路徑流動(dòng)；二是將修飾液通道7和通道8刻蝕為上寬900微米、下寬200微米、深350微米的通道，而進(jìn)樣通道5和分離通道6上寬為118微米、下寬40微米、深39微米，這樣的比例足以保證修飾液及時(shí)有效地將分離液傳輸而不過度稀釋Chip-CE流出液。為保證后續(xù)氫化物的有效發(fā)生和及時(shí)傳輸，而避免因還原劑KBH4的泵入和氫化物發(fā)生過程產(chǎn)生大量的氣體導(dǎo)致的反壓對(duì)Chip-CE分離的影響，本發(fā)明采取的有效措施是形成“管套管”的套管流。通道8出口末端4毫米手工擴(kuò)大以接納內(nèi)徑0.5毫米的聚四氟乙烯管9，并用環(huán)氧樹脂膠將其固定。截取1000微升圓錐形塑料移液槍頭b尖端25毫米，在離較粗一端6毫米處用不銹鋼針頭刺一個(gè)孔，以接納還原劑KBH4的傳輸管10，用環(huán)氧樹脂膠將其固定。將管9插入移液槍頭b內(nèi)至兩出口近乎平齊。兩者用經(jīng)硅膠密封墊密封。取內(nèi)徑為5毫米的膠管c，用不銹鋼針頭刺一個(gè)孔，接納Ar氣的傳輸管11，并用環(huán)氧樹脂膠將其固定。膠管c一端與移液槍頭b相連，另一端與氣液分離器d中下部一水平、帶有向上開口的接入玻璃管12相連，且移液槍頭b的尖端插入玻璃管12內(nèi)部。顯然，還原劑KBH4是從后面、外面將管9中流出的分離液和修飾液的混合液推著前進(jìn)的，而作為氣體傳輸?shù)妮d氣Ar也是將Chip-CE流出液、修飾液以及還原劑KBH4的混合液從其后面推著繼續(xù)前進(jìn)的，這樣的設(shè)計(jì)避免了反壓的產(chǎn)生。待檢測(cè)的氣態(tài)氫化物從氣液分離器d上部出口13進(jìn)入AFS系統(tǒng)得以檢測(cè)而廢液從廢液管14流出。
權(quán)利要求
1.一種微流控芯片毛細(xì)管電泳-原子熒光在線聯(lián)用新技術(shù)，其特征是該技術(shù)是通過以下步驟完成的——a連接將微流控芯片高壓電源的四路輸出分別與樣品池、樣品廢液池、緩沖溶液池和修飾液池相連，微流控芯片的分離通道末端的出口段通道連接導(dǎo)出管，導(dǎo)出管外套接一個(gè)錐形引流管，錐形引流管的細(xì)端朝向氣液分離器方向，在離錐形引流管較粗一端開設(shè)一個(gè)孔，以接納還原劑KBH4的傳輸管，使還原劑從后面、外面將流出的分離液和修飾液的混合液推著前進(jìn)；導(dǎo)出管與錐形引流管的出口端同時(shí)插入氣液分離器中下部一水平、帶有向上開口的接入玻璃管內(nèi)，在錐形引流管與接入玻璃管外套接二級(jí)引流管，二級(jí)引流管上同樣開設(shè)有一個(gè)孔，以接納Ar氣的傳輸管，使載氣Ar將Chip-CE流出液、修飾液以及還原劑KBH4的混合液從其后面推著進(jìn)入氣液分離器；——b進(jìn)樣進(jìn)樣時(shí)在樣品池、緩沖溶液池加高壓、樣品廢液池接地，修飾液池懸浮；——c分離分離時(shí)在緩沖溶液池、樣品池和樣品廢液池分別加高壓，修飾液池接地，在電滲流的作用下實(shí)現(xiàn)被分析物的分離；修飾液池同時(shí)完成修飾液稀HCl的加入；——d檢測(cè)分離出的被分析物經(jīng)分離通道末端出口段通道進(jìn)入導(dǎo)出管，導(dǎo)出管在錐形引流管作用下，使還原劑從后面、外面將流出的分離液和修飾液的混合液推著前進(jìn)；在錐形引流管與接入玻璃管外套接的二級(jí)引流管使載氣Ar將Chip-CE流出液、修飾液以及還原劑KBH4的混合液從其后面推著進(jìn)入氣液分離器，待檢測(cè)的氣態(tài)氫化物從氣液分離器上部出口進(jìn)入AFS系統(tǒng)得以檢測(cè)，而廢液從廢液管流出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片毛細(xì)管電泳-原子熒光在線聯(lián)用新技術(shù)，其特征是微流控芯片上的修飾液池通道設(shè)計(jì)為弧形或四分之一圓，以保證流體順暢的沿著圓弧的路徑流向氣液分離器方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微流控芯片毛細(xì)管電泳-原子熒光在線聯(lián)用新技術(shù)，其特征是將修飾液通道和出口段通道8刻蝕為上寬900微米、下寬200微米、深350微米的通道，而進(jìn)樣通道和分離通道上寬為118微米、下寬40微米、深39微米，以保證修飾液及時(shí)有效地將分離液傳輸而不過度稀釋Chip-CE流出液。
全文摘要
微流控芯片毛細(xì)管電泳－原子熒光在線聯(lián)用新技術(shù)。本發(fā)明是將微流控芯片的通道末端連接導(dǎo)出管，導(dǎo)出管外套接錐形引流管，在引流管與氣液分離器的接入玻璃管外套接二級(jí)引流管，引流管上各開有一個(gè)孔，以接納傳輸管，使載氣將Chip－CE流出液、修飾液以及還原劑KBH
文檔編號(hào)G01N27/447GK1584581SQ20041001946
公開日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月3日
發(fā)明者李峰, 王冬冬, 嚴(yán)秀平 申請(qǐng)人:南開大學(xué)