專利名稱：動電流動全分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)分析儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及流動分析技術(shù)和全分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自從荷蘭《分析化學(xué)學(xué)報》(Anal.Chim.Acta)75年78卷第145至157頁提出流動注射分析技術(shù)和90年237卷第329至343頁提出順序注射分析技術(shù)以來，流動分析技術(shù)已成為常用的溶液處理分析技術(shù)。流動分析系統(tǒng)可實施樣品注入、溶液輸運、分析反應(yīng)和樣品富集等分析功能，并能與各種分析儀器聯(lián)用檢測。但常規(guī)流動分析系統(tǒng)無適配的高效分離柱，其蠕動泵的輸出壓強低且流量脈動，而注射泵需吸液步驟只能間隙或交替驅(qū)動且控制難度大，所以至今流動分析系統(tǒng)還不具備對分析樣品的高效分離功能；常規(guī)流動分析系統(tǒng)以流動分析部件為單元，其分析系統(tǒng)流路的組建較費事。荷蘭《傳感器和執(zhí)行器》(Sensors and Actuators，90年B1卷第244至248頁)提出了小型化化學(xué)分析系統(tǒng)，美國《科學(xué)》雜志(Science，93年261卷第895至897頁)提出了微芯片化學(xué)分析系統(tǒng)，這些微全分析系統(tǒng)具有分離模式多、分析速度快、樣品消耗少和運行成本低等特點。但因其采樣量極小，所以檢測難度大，需進行樣品富集，使用相應(yīng)的配套分析儀器和高靈敏檢測器，如毛細管電泳儀、微芯片分析儀和激光誘導(dǎo)熒光法的激光器和光電檢測器等；微全分析系統(tǒng)以毛細管、微流器件或微芯片為單元，組建微全分析系統(tǒng)需研制或選用不同的接口裝置、混合流路基板或微芯片，故微分析系統(tǒng)在制造和配套上較費事；微分析系統(tǒng)雖然自身體積小、樣品試劑消耗少，但其配套儀器和檢測器較大，該全分析系統(tǒng)仍屬實驗室分析儀器，不適宜便攜、現(xiàn)場和過程分析工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種可進行現(xiàn)場和過程分析的便攜式動電流動全分析系統(tǒng)，以克服常規(guī)流動分析系統(tǒng)和微全分析系統(tǒng)的上述缺陷。
這種動電流動全分析系統(tǒng)，由光纖光譜儀LF、微電腦MC和直流高壓穩(wěn)壓電源HV與動電流動分析單元組合EF構(gòu)成；所述光纖光譜儀LF的光纖探頭安置在動電流動分析單元組合EF中的微柱分離檢測單元c的檢測流通池LP光窗上，光纖光譜檢測信號輸送至微電腦MC的USB輸入接口；直流高壓穩(wěn)壓電源HV向動電流動分析單元組合EF中的電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P、微柱分離檢測單元c的分析物輸入接口IF和檢測流通池LP的電極E提供大小可調(diào)和極性可變換的直流高壓，并向各分析單元的電磁切換閥V1-V5提供通斷的工作電壓；電滲泵P、分析物輸入接口IF和檢測流通池LP的電極E，以及各電磁切換閥V1-V5的電源線連接接口卡，接口卡與微電腦MC串行口相連；其特征在于所述動電流動分析單元組合EF由電滲泵注入反應(yīng)單元a、富集功能單元b，以及微柱分離檢測單元c三種基本分析單元根據(jù)需要進行組合連接構(gòu)成；
將電滲泵P的輸入端4連接至泵載流容器，其輸出端連接至溶液儲存環(huán)HC，再與電磁切換閥V2的公共端連接，該電磁切換閥V2的兩個切換端之一作為單元輸出端3，另一切換端與電磁切換閥V1的公共端連接，該電磁切換閥V1的兩個切換端分別作為樣品輸入端1和試劑溶液輸入端2，儲存環(huán)HC和電磁切換閥V1和V2固定于單元底座上，構(gòu)成所述電滲泵注入反應(yīng)單元a；將電磁切換閥V3的公共端作為單元輸入端5，該切換閥的兩個切換端之一與固相萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT連接，固相萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT的另一端作單元輸出端，該電磁切換閥V3的另一切換端與電磁切換閥V4的公共端連接，該電磁切換閥V4的兩個切換端分別作為樣品輸入端7和試劑溶液輸入端8，構(gòu)成所述富集功能單元b；分析物輸入接口IF的輸入端作單元輸入端9，其微柱端與分離微柱SC一端連接，分離微柱SC另一端接檢測流通池LP輸入端，電磁切換閥V5的兩個切換端分別連接分析物輸入接口IF的輸出端和檢測流通池LP的輸出端，該電磁切換閥V5的公共端作單元的輸出端10；或?qū)卧鬃ǖ囊欢俗鲉卧斎攵?1，三通的另二端12和13分別與檢測流通池LP的輸入端和電磁切換閥V5的兩個切換端之一連接，檢測流通池LP的輸出端與電磁切換閥V5的另一切換端連接，該切換閥的公共端作單元的輸出端10；上述部件連接構(gòu)成所述微柱分離檢測單元c；所述電滲泵注入反應(yīng)單元a、富集功能單元b、微柱分離檢測單元c分別由各自單元底座固定。
所述的分析單元組合連接，可根據(jù)需要采取以下的組合連接方式第一種組合連接方式為將電滲泵注入反應(yīng)單元a的輸出端3與富集功能單元b的輸入端5用管道連接，富集功能單元b的輸出端6與固相萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT用管道連接，固相萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT再與微柱分離檢測單元c的輸入端9用管道連接；樣品溶液和萃取劑由電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P經(jīng)電磁切換閥V1吸入至溶液儲存環(huán)HC，然后該單元的另一電磁切換閥V2切換至單元輸出端3，富集功能單元b的電磁切換閥V3接通該單元輸入端5和萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT，微柱分離檢測單元c的電磁切換閥V5切換至分析物輸入接口IF輸出端；泵載流推動溶液儲存環(huán)HC內(nèi)的分析溶液進入萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT，分析物被保留于萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT內(nèi)；富集功能單元b的電磁切換閥V3接通電磁切換閥V4，電滲泵P吸入洗脫劑或反萃劑，然后該單元的電磁切換閥V3再接通萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT，微柱分離檢測單元c的電磁切換閥V5切換至檢測流通池LP輸出端，泵載流推動洗脫劑或反萃劑，將萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT內(nèi)的分析物洗脫或反萃富集；并將被富集的分析物推入微柱分離檢測單元c的分離微柱SC和檢測流通池LP，從而實施樣品注入、反應(yīng)、富集、分離和檢測功能。
第二種組合連接方式為將電滲泵注入反應(yīng)單元a的輸出端3與富集功能單元b的輸入端5用管道連接，富集功能單元b的輸出端6與固相萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT用管道連接，固相萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT再與微柱分離檢測單元c的三通輸入端11用管道連接，三通的12和13端分別與檢測流通池LP的輸入端和電磁切換閥V5的兩個切換端之一連接；樣品溶液和萃取劑由電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P經(jīng)電磁切換閥V1吸入至溶液儲存環(huán)HC，然后該單元的另一電磁切換閥V2切換至單元輸出端3，富集功能單元b的電磁切換閥V3接通單元輸入端5和萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT，微柱分離檢測單元c的電磁切換閥V5切換至分析物輸入接口IF輸出端；泵載流推動溶液儲存環(huán)HC內(nèi)的分析溶液進入萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT，分析物被保留于萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT內(nèi)；富集功能單元b的電磁切換閥V3接通電磁切換閥V4，電滲泵P經(jīng)電磁切換閥V4吸入洗脫劑或反萃劑，然后該單元的電磁切換閥V3再接通萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT，微柱分離檢測單元c的電磁切換閥V5切換至檢測流通池LP輸出端，泵載流推動洗脫劑或反萃劑，將萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT內(nèi)的分析物洗脫或反萃富集；并將被富集的分析物推入檢測流通池LP，從而實施樣品注入、反應(yīng)、富集和檢測功能。
第三種組合連接方式為將電滲泵注入反應(yīng)單元a的輸出端3與微柱分離檢測單元c的輸入端9用管道連接；樣品和試劑溶液由電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P經(jīng)電磁切換閥V1吸入至溶液儲存環(huán)HC，電磁切換閥V2切換至單元輸出端3；微柱分離檢測單元c的電磁切換閥V5切換至檢測流通池LP輸出端，泵載流推動溶液儲存環(huán)HC內(nèi)的分析溶液進入分離微柱SC和檢測流通池LP，從而實施樣品注入、反應(yīng)、分離和檢測功能。
第四種組合連接方式為將電滲泵注入反應(yīng)單元a的輸出端3與微柱分離檢測單元c的三通輸入端11用管道連接，三通的12和13端分別與檢測流通池LP的輸入端和電磁切換閥V5的兩個切換端之一連接；樣品和試劑溶液由電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P經(jīng)電磁切換閥V1吸入至溶液儲存環(huán)HC，電磁切換閥V2切換至單元輸出端3；微柱分離檢測單元c的電磁切換閥V5切換至檢測流通池LP輸出端，泵載流推動溶液儲存環(huán)HC內(nèi)的分析溶液進入檢測流通池LP，從而實施樣品注入、反應(yīng)和檢測功能。
所述電滲泵注入反應(yīng)單元a中的電滲泵P，由置于泵體中部的側(cè)面封閉的多孔玻璃砂芯柱、砂芯柱兩端的泵腔、泵腔內(nèi)的電極腔和電極、電極腔內(nèi)外的微孔隔離膜構(gòu)成；所述的多孔玻璃砂芯柱為硼玻璃粉燒結(jié)柱，砂芯柱外套硼玻璃管殼，硼玻璃管兩端與泵腔連接，砂芯柱長度為4～8cm，直徑為6～12mm。
所述微柱分離檢測單元c的電泳分離微柱SC采用在1～3mm內(nèi)徑石英管底端安置高聚物或燒結(jié)物片狀多孔塞，石英管內(nèi)填滿細石英砂，石英砂頂端安置多孔塞構(gòu)成，該柱兩端分別與分析物輸入接口IF的微柱端和檢測流通池LP的輸入端連接，安裝于微柱分離檢測單元c的底座上。
所述微柱分離檢測單元c的色譜分離微柱SC采用在1～3mm內(nèi)徑石英管內(nèi)用有機硅酸酯水解溶膠凝膠法或有機物單體聚合法合成比表面積大于100m2/g的整體柱床，然后鍵合色譜固定相構(gòu)成，該柱兩端分別與分析物輸入接口IF的微柱端和檢測流通池LP的輸入端連接，安裝于微柱分離檢測單元c的底座上。
所述微柱分離檢測單元c的電色譜分離微柱SC采用在1～3mm內(nèi)徑石英管內(nèi)用有機硅酸酯水解溶膠凝膠法或有機物單體聚合法，合成填滿細石英砂的比表面積大于100m2/g的整體柱床，然后鍵合色譜固定相構(gòu)成，該柱兩端分別與分析物輸入接口IF的微柱端和檢測流通池LP的輸入端連接，安裝于微柱分離檢測單元c的底座上。
本發(fā)明所述動電作用是對電泳和電滲作用的總稱。
由于本發(fā)明采用最大線尺度15cm的分析單元，并根據(jù)需要進行不同的分析單元組合連接，與光纖光譜儀、直流高壓穩(wěn)壓電源和微電腦配套成便攜式儀器設(shè)備，從而可實現(xiàn)現(xiàn)場和過程分析。微全分析系統(tǒng)雖然其分析系統(tǒng)體積小，但其配套儀器和檢測儀器體積較大，仍屬實驗室分析設(shè)備。
由于本發(fā)明采用三種基本的可組合置換的規(guī)范化分析單元，使用中將分析單元組合連接即可，所以便于分析工作者組建不同分析功能的流動分析系統(tǒng)，實施多樣化的現(xiàn)場和過程分析。而常規(guī)流動分析系統(tǒng)需將泵、閥、反應(yīng)管道和檢測器等部件用管路一一連接，組建流動分析系統(tǒng)較費時。微全分析系統(tǒng)需研制接口裝置，選用不同的混合流路基板和不同功能的微芯片，其制造和配套較麻煩。
由于本發(fā)明采用電滲泵壓力驅(qū)動，其設(shè)備簡單、流量穩(wěn)定無脈動(8小時RSD＜4.0％)、流量范圍大(μL/min～mL/min)、工作壓強高(1.5MPa)、驅(qū)動效率高(1～10mL/(min·mA))和驅(qū)動功率低(1～5W)；泵載流可與移動相兼容，所以電滲泵在微柱分離中可連續(xù)工作。流動分析系統(tǒng)采用蠕動泵和注射泵等機械泵，蠕動泵壓強低且流量脈動，注射泵需吸液操作而間隙或交替驅(qū)動，同時注射泵的控制技術(shù)復(fù)雜，所以不利于常規(guī)流動分析系統(tǒng)實施高效分離技術(shù)。
由于本發(fā)明采用動電作用驅(qū)動、電滲泵壓力驅(qū)動或動電作用-電滲泵壓力復(fù)合驅(qū)動移動相，以及內(nèi)徑1～3mm的三種石英管電泳/色譜/電色譜分離微柱，所以具有多模式高效分離功能，屬于全分析技術(shù)。常規(guī)流動分析系統(tǒng)不具備高效分離功能，僅屬于溶液處理分析技術(shù)。
由于本發(fā)明的色譜和電色譜微柱在1～3mm內(nèi)徑石英管內(nèi)以有機硅酸酯水解溶膠凝膠法或有機物單體聚合法合成比表面積大于100m2/g的整體柱床，在整體柱床表面鍵合色譜固定相，所以具有高分離效率。而常規(guī)流動分析系統(tǒng)不具備高效分離功能。
由于本發(fā)明使用1～3mm內(nèi)徑石英管電泳/色譜/電色譜分離微柱，采樣體積可達到μL量級，所以檢測靈敏度比微全分析系統(tǒng)提高102～103倍，可使用普通光度法檢測，所以適合分析樣品量充足和低濃度的環(huán)境監(jiān)測和生產(chǎn)流程樣品。微全分析系統(tǒng)采用10～100μm毛細管或微通道，采樣體積僅為pL～nL量級，檢測難度大，需要樣品預(yù)富集或使用高靈敏檢測器，所以微分析系統(tǒng)適合分析樣品量少、貴重和高濃度的生物和藥物樣品。
由于本發(fā)明采用了專門的電泳/電色譜石英管分離微柱，電泳和電色譜分離微柱石英管填細石英砂作導(dǎo)熱介質(zhì)并減小電流通道截面，所以降低了電流熱效應(yīng)。微分析系統(tǒng)采用10～100μm毛細管或微通道降低電流熱效應(yīng)。
動電流動全分析系統(tǒng)是一種動電輸運和分離分析結(jié)合的流動全分析系統(tǒng)，具有現(xiàn)場樣品注入、溶液輸運、分析反應(yīng)、樣品富集、高效分離和光度檢測的全部分析功能；該全分析系統(tǒng)由動電流動分析單元組合連接構(gòu)成，采用電滲泵輸運和電泳/色譜/電色譜微柱分離；由微電腦控制電滲泵、微柱分離以及分析單元的電磁切換閥，控制軟件為可視程序；此外動電流動全分析系統(tǒng)具有分析功能多、分離效率高、運行成本低、檢測靈敏、組合便利、儀器簡單和攜帶方便等特點，是一種便攜式的適合現(xiàn)場和過程分析的全分析系統(tǒng)，又可稱為便攜式分析實驗室。


圖1是動電流動全分析系統(tǒng)及其附屬設(shè)備的示意圖，其中EF為分析單元組合，LF為光纖光譜儀，HV為直流高壓穩(wěn)壓電源，MC為微電腦。
圖2是動電流動全分析系統(tǒng)的三種基本分析單元以及注入、反應(yīng)、富集、分離和檢測實例示意圖；圖3是動電流動全分析系統(tǒng)的注入、反應(yīng)、富集和檢測實例示意圖；圖4是動電流動全分析系統(tǒng)的注入、反應(yīng)、分離和檢測實例示意圖；圖5是動電流動全分析系統(tǒng)的注入、反應(yīng)和檢測實例示意圖。
具體實施例方式
舉例以下說明本發(fā)明專利的四個實施實例。
實施例1動電流動全分析系統(tǒng)由三種基本分析單元組合EF連接構(gòu)成，包括電滲泵注入反應(yīng)單元(見圖2的a)、富集功能單元(見圖2的b)，以及微柱分離檢測單元(見圖2的c)。在圖2中，虛線框部分a、b和c分別給出了三種分析單元的分析流路示意圖。
電滲泵注入反應(yīng)單元a由一臺電滲泵P、一個溶液儲存環(huán)HC和二個電磁切換閥V1和V2組成，見圖2的a部分。其分析功能包括樣品和試劑溶液注入，儲存環(huán)HC內(nèi)反應(yīng)并暫存，以及反應(yīng)溶液輸運至下級分析單元。電滲泵P由置于泵體中部的側(cè)面封閉的多孔玻璃砂芯柱、砂芯柱兩端的泵腔、泵腔內(nèi)的電極腔和電極、電極腔內(nèi)外的微孔隔離膜構(gòu)成。所述的多孔玻璃砂芯柱為硼玻璃粉燒結(jié)柱，砂芯柱外殼為硼玻璃管，管兩端與泵腔連接。
本實施例中的電滲泵P是由原專利ZL 97212126.9中的電滲泵改進制成，將電滲泵的砂芯柱長度增長為4～8cm，砂芯柱的直徑縮小為6～12mm，砂芯柱外加硼玻璃管套。
原電滲泵是一種低輸出壓強(≤0.15MPa)、高輸出流量(10mL/min)和低工作電壓(≤500V)的輸液泵，其砂芯柱長度和直徑分別為1.3cm和35mm。由于本發(fā)明的電滲泵P用于驅(qū)動微柱電泳/色譜/電色譜移動相，其輸出壓強應(yīng)達到1.0MPa，流量范圍應(yīng)為0.2～1.0mL/min。由于電滲作用具有迭加性，砂芯柱長度大于4cm且工作電壓高于2500V時，輸出壓強才能達到1.0MPa。為滿足電滲泵最大輸出壓強的工作條件，砂芯柱外殼采用硼玻璃管。本實例的直流高壓穩(wěn)壓電源輸出電壓范圍是20～5000V，電滲泵的砂芯柱長度為4～8cm時，電滲泵最大輸出壓強在1.0～1.5MPa范圍。電滲泵流量與砂芯柱的有效截面積成正比，但大砂芯截面積也使電滲泵的工作電流增大。在電滲泵P工作電壓較高時，應(yīng)限制泵工作電流及其熱效應(yīng)，在滿足移動相流量要求的前提下，砂芯柱的直徑應(yīng)小于12mm。本實例的砂芯柱的直徑為6～12mm，電滲泵最大流量在0.6～1.5mL/min范圍。電滲泵芯柱可采用化學(xué)處理法再生使用，再生處理步驟如下用經(jīng)0.45μm濾膜抽濾過的0.1mol/L碳酸鈉、水、0.5mol/L鹽酸、水、0.1mol/L氫氧化鈉、水和泵載流溶液順序抽洗(詳細介紹見Talanta，2000年51卷第667至675頁)。該分析單元的工作過程如下當(dāng)切換閥V2切換至切換閥V1時，電滲泵P通過切換閥V1的1和2端吸入樣品和試劑溶液，在儲存環(huán)HC內(nèi)反應(yīng)；接著切換閥V2切換至單元輸出端3，電滲泵P推動反應(yīng)溶液至下級分析單元，4端連接泵載流容器。電滲泵注入反應(yīng)單元a中的一種中壓強電滲泵實例參數(shù)如下泵芯柱徑8.7mm 泵芯長度45mm工作電壓20-5000V 最大壓強1.1MPa最大電流0.80mA 電流RSD ＜1.3％工作流量1.0μL/min-1.5mL/min 流量RSD ＜3.8％驅(qū)動效率2.6mL/(min·mA)最大功率4W富集功能單元b由一個固相萃取微柱EC，一個編織反應(yīng)管KT、二個電磁切換閥V3和V4組成，見圖2的b部分。其富集功能包括固相萃取、離子交換、親和層析和溶劑反萃等。實施固相萃取時，富集功能單元6端連接固相萃取微柱EC，切換閥V3切換至富集功能單元6端，電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P將樣品溶液推入固相萃取微柱EC吸附；當(dāng)切換閥V3切換至切換閥V4時，電滲泵P通過富集功能單元7端吸入洗脫液；最后切換閥V3再切換至富集功能單元6端，電滲泵P將吸入的洗脫液推進固相萃取微柱EC，將分析物洗脫富集，并向下級單元輸運被富集的分析溶液。將固相萃取微柱更換為離子交換微柱或親和層析微柱，可實施后兩種富集功能。實施溶劑反萃富集時，富集功能單元6端連接編織反應(yīng)管KT，切換閥V3切換至切換閥V4，電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P通過富集功能單元7端吸入有機溶劑；切換閥V3切換至富集功能單元6端，電滲泵P將有機溶劑推入編織反應(yīng)管KT，在管內(nèi)壁形成溶劑膜；切換閥V3切換至富集功能單元6端，電滲泵注入反應(yīng)單元的電滲泵P將配合物推入編織反應(yīng)管KT，配合物被分配到溶劑膜的有機相內(nèi)；然后切換閥V3切換至切換閥V4，電滲泵P通過富集功能單元8端吸入反萃劑；切換閥V3再切換至富集功能單元6端，電滲泵P將反萃劑推入編織反應(yīng)管KT，分析物被反萃富集，并向下級輸運被富集的分析溶液。不需要富集的分析流程，可跨越本單元，直接輸運至微柱分離檢測單元c的分析物輸入接口IF輸入端9或三通輸入端11。
微柱分離檢測單元c由一個分析物輸入接口IF、三種分離微柱SC、一個檢測流通池LP和一個電磁切換閥V5組成，見圖2的c部分。其分析功能包括微柱電泳、色譜和電色譜三種高效分離模式，以及紫外可見吸收檢測。根據(jù)分析需要可更換三種不同的石英管分離微柱SC，SC兩端分別與分析物輸入接口IF的微柱端和檢測流通池LP輸入端連接。實施分離時，分析物溶液引入微柱分離檢測單元c分析物輸入接口IF的輸入端9；當(dāng)切換閥V5切換至檢測流通池LP輸出端時，可實施微柱分離和檢測，分離物在檢測流通池LP的吸收信號用光纖光譜儀LF檢測并輸入微電腦MC；當(dāng)切換閥V5切換至分析物輸入接口IF的輸出端時，可進行流路清洗。若分析物不需分離直接檢測時，分析溶液引入微柱分離檢測單元c三通的11端，三通的12和13端分別連接檢測流同吃LP的輸入端和電磁切換閥的輸入端和電磁切換閥V5的切換端；當(dāng)切換閥V5切換至檢測流通池LP的輸出端時，分析溶液直接經(jīng)三通輸入檢測流通池LP；切換閥的公共端10為分析廢液排出端。
所述的注入、反應(yīng)、富集、分離和檢測分析系統(tǒng)由電滲泵注入反應(yīng)單元a、富集功能單元b，以及微柱分離檢測單元c組合連接，其流路見圖2。電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P為上述中壓強電滲泵；富集功能單元b的固相萃取微柱EC長2cm，內(nèi)徑2mm，內(nèi)填60-80目的732陽離子樹脂；電泳分離微柱由內(nèi)徑1～3mm的石英管底端安置高聚物或燒結(jié)物片狀多孔塞，向石英管內(nèi)填滿細石英砂，石英管的石英砂頂端再安置多孔塞制成。分析過程如下將電滲泵注入反應(yīng)單元a的輸出端3與富集功能單元b的輸入5端用管道連接，將富集功能單元b的6端連接至固相萃取微柱EC，EC另一端連接至微柱分離檢測單元c的輸入端9；切換閥V2切換至切換閥V1，切換閥V3接通輸入端5和固相萃取微柱EC，切換閥V5切換至分析物輸入接口IF的輸出端；電滲泵P通過切換閥V1吸入0.5mL含pH 2.8，10mmol/L磷酸緩沖液的苯丙氨酸、色氨酸和組氨酸分析溶液至溶液儲存環(huán)HC；切換閥V2切換至單元輸出端3，電滲泵P推動泵載流pH 11，5mmol/L磷酸緩沖液將溶液儲存環(huán)HC內(nèi)的分析溶液推入固相萃取微柱EC，使氨基酸吸附；然后切換閥V3切換至切換閥V4，電滲泵P通過切換閥V4的7端定時吸入5μL 2.0mol/L氨水洗脫液；切換閥V3再切換回萃取微柱EC，切換閥V5切換至檢測流動池LP輸出端，將分析物輸入接口IF和檢測流通池LP的電極池電極E與電泳儀電源接通(200V/cm)，此時在電滲泵P壓力和動電作用復(fù)合驅(qū)動下將洗脫的分析溶液輸入電泳分離微柱SC，進行電泳分離，分離區(qū)帶流經(jīng)檢測流通池LP，檢測波長為220nm；三種氨基酸的分離度大于1.2，富集倍數(shù)約55倍。而流動分析系統(tǒng)不具備高效分離功能。
實施例2所述的注入、反應(yīng)、富集和檢測分析系統(tǒng)由電滲泵注入反應(yīng)單元a、富集功能單元b，以及微柱分離檢測單元c組成，其流路見圖3。本實例采用的電滲泵P與實例1相同，采用的固相萃取微柱EC尺寸與實例1相同，內(nèi)填60～100目羧酸型陽離子交換樹脂，用于富集陽離子藥物普萘洛爾和美托洛爾。分析過程如下將電滲泵注入反應(yīng)單元a的輸出端3與富集功能單元b的輸入5端連接，將富集功能單元b的6端連接固相萃取微柱EC，EC輸出端連接微柱分離檢測單元c底座三通的11端，三通的12和13端分別連接檢測流通池LP的輸入端和切換閥V5的二個切換端之一；切換閥V2切換至切換閥V1，電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P通過切換閥V1吸入1.0mL樣品溶液至溶液儲存環(huán)HC；切換閥V2切換至輸出端3，切換閥V3切換至富集功能單元b的6端，電滲泵P推動分析溶液至固相萃取微柱EC，分析物被吸附于固相萃取微柱EC上；然后切換閥V3切換至切換閥V4，電滲泵P通過切換閥V4的7端吸入10μL 2.0mol/L NH4Cl洗脫液；切換閥V3再次切換至富集功能單元b的6端，切換閥V5切換至檢測流通池LP的輸出端，電滲泵P將洗脫液推入固相萃取微柱EC，洗脫的分析物被輸送至微柱分離檢測單元c三通的輸入端11，流經(jīng)檢測流通池LP，檢測波長為210nm，方法的富集倍數(shù)達76倍。
實施例3所述的注入、反應(yīng)、分離和檢測分析系統(tǒng)由電滲泵注入反應(yīng)單元a和微柱分離檢測單元c組合連接，其流路見圖4。本實例采用電滲泵P壓力和動電作用復(fù)合驅(qū)動分析溶液和移動相，實現(xiàn)微柱電色譜分離。由于高比表面積整體柱的多孔率高(50～60％)和反壓低(0.1～0.4MPa)，電滲泵P提供的壓強可滿足電色譜微柱的分離要求。石英管電色譜分離微柱SC的內(nèi)徑為1～3mm，柱長為10cm，采用正硅酸四乙酯-鹽酸-聚乙二醇溶膠凝膠法和填細石英砂合成整體柱床，在電色譜分離微柱內(nèi)鍵合C8固定相，比表面積為200～360m2/g。本實例采用反相電色譜法分離了苯酚、苯和萘，流動相為含pH8.0，6mmol/LTris-HCl的45％(v/v)乙腈水溶液。由于本系統(tǒng)采用電色譜分離技術(shù)，其定性分析使用色譜的相對保留時間法。我們曾采用硅酸鉀-氫氧化鉀-甲酰胺溶膠凝膠法和填細石英砂合成電色譜整體柱，該整體柱的比表面積僅18m2/g，未能實現(xiàn)分析物的基線分離(分析化學(xué)，2003年31卷第698至701頁)。本發(fā)明中微柱分離檢測單元的一種電色譜微柱尺寸和分離參數(shù)如下分離柱徑2.2 mmi.d分離柱長10 cm分離效率5×104N/m 分離度 2.4分離場強200 V/cm 工作電流200μA電滲流量9.3×10-12m2/(V·s) 比表面積(200～360) m2/g多孔率 51 ％分析過程如下將電滲泵注入反應(yīng)單元a的輸出端3與微柱分離檢測單元c的輸入端9連接；當(dāng)切換閥V2切換至切換閥V1時，電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P通過切換閥V1定時吸入10μL分析溶液；然后切換閥V2切換至輸出端3，切換閥V5切換至檢測流通池LP輸出端，同時分析物輸入接口IF和檢測流通池LP電極池的電極E與電泳儀電源接通(200V/cm)，此時在電滲泵P壓力和動電作用復(fù)合驅(qū)動下分析溶液輸入電色譜分離微柱SC，進行電色譜分離，分離區(qū)帶流經(jīng)檢測流通池LP，檢測波長為254nm。本實例中苯酚和苯的濃度檢出限分別為0.07和0.26mg/L，分離效率為5×104N/m，分離度為2.4。而采用微分析系統(tǒng)的毛細管區(qū)帶電泳在210nm苯酚的濃度檢出限為1.86mg/L。分離完成后，切換閥V5切換至分析物輸入接口IF的輸出端，電滲泵P以載流-移動相清洗流路并排出分析物輸入接口IF電極池內(nèi)的電極反應(yīng)氣體。
實施例4所述的注入、反應(yīng)和檢測分析系統(tǒng)由電滲泵注入反應(yīng)單元a以及微柱分離檢測單元c組合連接，其流路見圖5。分析過程如下將電滲泵注入反應(yīng)單元a的輸出端3與微柱分離檢測單元c的三通輸入端11連接，三通12和13端分別連接檢測流通池LP的輸入端和電磁切換閥V5的二個切換端之一；當(dāng)切換閥V2切換至切換閥V1時，電滲泵P通過切換閥V1的輸入端2和輸入端1交替定時吸入10μL含0.5mol/L磷酸的25mmol/L 4-氨基苯磺酰胺和2mmol/L N-(1-萘基)-乙二胺二鹽酸鹽溶液、10μL分析溶液和10μL前述試劑溶液至溶液儲存環(huán)HC，發(fā)生顯色反應(yīng)；然后切換閥V2切換至輸出端3，切換閥V5切換至檢測流通池LP輸出端，電滲泵P將溶液儲存環(huán)HC內(nèi)的顯色溶液經(jīng)微柱分離檢測單元c的三通輸運至檢測流通池LP，檢測波長為540nm。該方法用于檢測水樣中的亞硝酸根，檢出限為1μg/L。
權(quán)利要求
1.一種這種動電流動全分析系統(tǒng)，由光纖光譜儀LF、微電腦MC和直流高壓穩(wěn)壓電源HV與動電流動分析單元組合EF構(gòu)成；所述光纖光譜儀LF的光纖探頭安置在動電流動分析單元組合EF中的微柱分離檢測單元c的檢測流通池LP光窗上，光纖光譜檢測信號輸送至微電腦MC的USB輸入接口；直流高壓穩(wěn)壓電源HV向動電流動分析單元組合EF中的電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P、微柱分離檢測單元c的分析物輸入接口IF和檢測流通池LP的電極E提供大小可調(diào)和極性可變換的直流高壓，并向各分析單元的電磁切換閥V1-V5提供通斷的工作電壓；電滲泵P、分析物輸入接口IF和檢測流通池LP的電極E，以及各電磁切換閥V1-V5的電源線連接接口卡，接口卡與微電腦MC串行口相連；其特征在于所述動電流動分析單元組合EF由電滲泵注入反應(yīng)單元a、富集功能單元b，以及微柱分離檢測單元c三種基本分析單元根據(jù)需要進行組合連接構(gòu)成；將電滲泵P的輸入端4連接至泵載流容器，其輸出端連接至溶液儲存環(huán)HC，再與電磁切換閥V2的公共端連接，該電磁切換閥V2的兩個切換端之一作為單元輸出端3，另一切換端與電磁切換閥V1的公共端連接，該電磁切換閥V1的兩個切換端分別作為樣品輸入端1和試劑溶液輸入端2，儲存環(huán)HC和電磁切換閥V1和V2固定于單元底座上，構(gòu)成所述電滲泵注入反應(yīng)單元a；將電磁切換閥V3的公共端作為單元輸入端5，該切換閥的兩個切換端之一與固相萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT連接，固相萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT的另一端作單元輸出端，該電磁切換閥V3的另一切換端與電磁切換閥V4的公共端連接，該電磁切換閥V4的兩個切換端分別作為樣品輸入端7和試劑溶液輸入端8，構(gòu)成所述富集功能單元b；分析物輸入接口IF的輸入端作單元輸入端9，其微柱端與分離微柱SC一端連接，分離微柱SC另一端接檢測流通池LP輸入端，電磁切換閥V5的兩個切換端分別連接分析物輸入接口IF的輸出端和檢測流通池LP的輸出端，該電磁切換閥V5的公共端作單元的輸出端10；或?qū)卧鬃ǖ囊欢俗鲉卧斎攵?1，三通的另二端12和13分別與檢測流通池LP的輸入端和電磁切換閥V5的兩個切換端之一連接，檢測流通池LP的輸出端與電磁切換閥V5的另一切換端連接，該切換閥的公共端作單元的輸出端10；上述部件連接構(gòu)成所述微柱分離檢測單元c；所述電滲泵注入反應(yīng)單元a、富集功能單元b、微柱分離檢測單元c分別由各自單元底座固定。
2.如權(quán)利要求1所述的動電流動全分析系統(tǒng)，特征在于當(dāng)實施樣品注入、反應(yīng)、富集、分離和檢測功能時，所述的分析功能單元采取的組合連接方式為將電滲泵注入反應(yīng)單元a的輸出端3與富集功能單元b的輸入端5用管道連接，富集功能單元b的輸出端6與固相萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT用管道連接，固相萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT再與微柱分離檢測單元c的輸入端9用管道連接；樣品溶液和萃取劑由電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P經(jīng)電磁切換閥V1吸入至溶液儲存環(huán)HC，然后該單元的另一電磁切換閥V2切換至單元輸出端3，富集功能單元b的電磁切換閥V3接通該單元輸入端5和萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT，微柱分離檢測單元c的電磁切換閥V5切換至分析物輸入接口IF輸出端；泵載流推動溶液儲存環(huán)HC內(nèi)的分析溶液進入萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT，分析物被保留于萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT內(nèi)；富集功能單元b的電磁切換閥V3接通電磁切換閥V4，電滲泵P吸入洗脫劑或反萃劑，然后該單元的電磁切換閥V3再接通萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT，微柱分離檢測單元c的電磁切換閥V5切換至檢測流通池LP輸出端，泵載流推動洗脫劑或反萃劑，將萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT內(nèi)的分析物洗脫或反萃富集；并將被富集的分析物推入微柱分離檢測單元c的分離微柱SC和檢測流通池LP。
3.如權(quán)利要求1所述的動電流動全分析系統(tǒng)，特征在于當(dāng)實施樣品注入、反應(yīng)、富集和檢測功能時，所述的分析功能單元采取的組合連接方式為將電滲泵注入反應(yīng)單元a的輸出端3與富集功能單元b的輸入端5用管道連接，富集功能單元b的輸出端6與固相萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT用管道連接，固相萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT再與微柱分離檢測單元c的三通輸入端11用管道連接，三通的12和13端分別與檢測流通池LP的輸入端和電磁切換閥V5的兩個切換端之一連接；樣品溶液和萃取劑由電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P經(jīng)電磁切換閥V1吸入至溶液儲存環(huán)HC，然后該單元的另一電磁切換閥V2切換至單元輸出端3，富集功能單元b的電磁切換閥V3接通單元輸入端5和萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT，微柱分離檢測單元c的電磁切換閥V5切換至分析物輸入接口IF輸出端；泵載流推動溶液儲存環(huán)HC內(nèi)的分析溶液進入萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT，分析物被保留于萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT內(nèi)；富集功能單元b的電磁切換閥V3接通電磁切換閥V4，電滲泵P經(jīng)電磁切換閥V4吸入洗脫劑或反萃劑，然后該單元的電磁切換閥V3再接通萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT，微柱分離檢測單元c的電磁切換閥V5切換至檢測流通池LP輸出端，泵載流推動洗脫劑或反萃劑，將萃取微柱EC或編織反應(yīng)管KT內(nèi)的分析物洗脫或反萃富集；并將被富集的分析物推入檢測流通池LP。
4.如權(quán)利要求1所述的動電流動全分析系統(tǒng)，特征在于當(dāng)實施樣品注入、反應(yīng)、分離和檢測功能時，所述的分析功能單元采取的組合連接方式為將電滲泵注入反應(yīng)單元a的輸出端3與微柱分離檢測單元c的輸入端9用管道連接；樣品和試劑溶液由電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P經(jīng)電磁切換閥V1吸入至溶液儲存環(huán)HC，電磁切換閥V2切換至單元輸出端3；微柱分離檢測單元c的電磁切換閥V5切換至檢測流通池LP輸出端，泵載流推動溶液儲存環(huán)HC內(nèi)的分析溶液進入分離微柱SC和檢測流通池LP。
5.如權(quán)利要求1所述的動電流動全分析系統(tǒng)，特征在于當(dāng)實施樣品注入、反應(yīng)和檢測功能時，所述的分析功能單元采取的組合連接方式為將電滲泵注入反應(yīng)單元a的輸出端3與微柱分離檢測單元c的三通輸入端11用管道連接，三通的12和13端分別與檢測流通池LP的輸入端和電磁切換閥V5的兩個切換端之一連接；樣品和試劑溶液由電滲泵注入反應(yīng)單元a的電滲泵P經(jīng)電磁切換閥V1吸入至溶液儲存環(huán)HC，電磁切換閥V2切換至單元輸出端3；微柱分離檢測單元c的電磁切換閥V5切換至檢測流通池LP輸出端，泵載流推動溶液儲存環(huán)HC內(nèi)的分析溶液進入檢測流通池LP。
6.如權(quán)利要求1所述的動電流動全分析系統(tǒng)，特征在于所述電滲泵注入反應(yīng)單元a中的電滲泵P，由置于泵體中部的側(cè)面封閉的多孔玻璃砂芯柱、砂芯柱兩端的泵腔、泵腔內(nèi)的電極腔和電極、電極腔內(nèi)外的微孔隔離膜構(gòu)成；所述的多孔玻璃砂芯柱為硼玻璃粉燒結(jié)柱，砂芯柱外套硼玻璃管殼，硼玻璃管兩端與泵腔連接，砂芯柱長度為4～8cm，直徑為6～12mm。
7.如權(quán)利要求1所述的動電流動全分析系統(tǒng)，特征在于所述微柱分離檢測單元c的電泳分離微柱SC采用在1～3mm內(nèi)徑石英管底端安置高聚物或燒結(jié)物片狀多孔塞，石英管內(nèi)填滿細石英砂，石英砂頂端安置多孔塞構(gòu)成，該柱兩端分別與分析物輸入接口IF的微柱端和檢測流通池LP的輸入端連接，安裝于微柱分離檢測單元c的底座上。
8.如權(quán)利要求1所述的動電流動全分析系統(tǒng)，特征在于所述微柱分離檢測單元c的色譜分離微柱SC采用在1～3mm內(nèi)徑石英管內(nèi)用有機硅酸酯水解溶膠凝膠法或有機物單體聚合法合成比表面積大于100m2/g的整體柱床，然后鍵合色譜固定相構(gòu)成，該柱兩端分別與分析物輸入接口IF的微柱端和檢測流通池LP的輸入端連接，安裝于微柱分離檢測單元c的底座上。
9.如權(quán)利要求1所述的動電流動全分析系統(tǒng)，特征在于所述微柱分離檢測單元c的電色譜分離微柱SC采用在1～3mm內(nèi)徑石英管內(nèi)用有機硅酸酯水解溶膠凝膠法或有機物單體聚合法，合成填滿細石英砂的比表面積大于100m2/g的整體柱床，然后鍵合色譜固定相構(gòu)成，該柱兩端分別與分析物輸入接口IF的微柱端和檢測流通池LP的輸入端連接，安裝于微柱分離檢測單元c的底座上。
全文摘要
本發(fā)明動電流動全分析系統(tǒng)，采用電滲泵注入反應(yīng)單元、富集功能單元、微柱分離檢測單元的不同聯(lián)結(jié)組合，與光纖光譜儀、直流高壓穩(wěn)壓電源和微電腦組成；用電滲泵和動電作用實施輸運和分離分析，由各分析功能單元的電磁切換閥控制流向；石英管電泳和電色譜分離微柱填細石英砂作導(dǎo)熱介質(zhì)并減小電流通道截面；色譜和電色譜分離微柱石英管內(nèi)用溶膠凝膠法或聚合法合成高比表面積整體柱床，再鍵合不同色譜固定相；具有樣品注入、溶液輸運、分析反應(yīng)、樣品富集、在線檢測，電滲泵壓力驅(qū)動、動電作用驅(qū)動和動電－壓力復(fù)合驅(qū)動的微柱電泳/色譜/電色譜高效分離功能，泵載流可與移動相兼容；檢測靈敏，組合容易，結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便，可用于現(xiàn)場和過程分析。
文檔編號G01N27/416GK1841055SQ20051003867
公開日2006年10月4日 申請日期2005年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者何友昭, 王曉葵, 鄧寧, 王蕾, 韓芳 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)