顺序注射-阀上实验室-微型化分子光谱分析系统研究及应用

摘要

基于微顺序注射的阀上实验室将流动分析系统的集成化、微型化、自动化程度提高到一个新的水平，已成为分析检测及样品预处理的理想前端。
　　 为建立多功能微型光谱分析系统，我们设计加工了一种新型的阀上实验室单元。阀主体内只包含中心通道和进样通道，在其侧面附加一个可拆卸的Z型流通池(内径1mm,检测体积为24μl)，这样的几何构型具有如下特点：(1)能够进行各种精确的液流操控，同时可拆卸流通池允许更方便地进行各种柱前/柱后衍生反应，有利于复杂反应体系的在线完成；(2)在易于加工的条件下，最大程度地增加了通道路径的变形性，有利于多个试剂试样区带在单线路通道内的高效混合及充分反应；(3)Z型池共有四个端口，三条通道。在中心通道两端各连接一光导纤维，可实现分子吸收检测；Z型池中三条通道的共平面性为光电倍增管PMT提供了与其光窗面积相匹配的发光检测面积，可直接将PMT的光窗贴近Z型池进行化学发光检测；电极也可以从Z型池的四个端口任意接入三条通道内，以执行电化学及电化学发光检测。上述结构特点，决定了该新型阀上实验室单元与微顺序注射技术和各种检测手段的高度相容性，从而为发展和完善阀上实验室联用技术提供了必要的硬件保证。
　　 围绕着上述阀上实验室单元，我们开展了以下几方面工作：
　　 一、建立了基于微顺序注射-阀上实验室的现场铬形态分析系统。利用所设计单元与分子吸收光谱检测手段高度相容的特点以及优良的液-固操控性能，用二苯胺卡巴肼显色法，通过光纤传导由便携式分光光度计在线检测了原始样品中Cr(Ⅵ)及Cr(Ⅲ)氧化后总铬的含量，一个固定化NaBiO3微柱结合于阀单元内首次实现了Cr(Ⅲ)的高效非均相定量氧化。系统整体尺寸为30cm×20cm×20cm，总重量约2kg，其小型化、便携式的特点为突发性的铬环境污染事件提供了方便、快捷、准确的现场分析手段。
　　 二、建立了微顺序注射-阀上实验室-固相氧化器-化学发光一体化分析系统，证实了NaBiO3微柱是不稳定氧化试剂初生态Br2在线生成的有效手段，并首次发现了能量转移化学发光反应体系在阀上实验室系统内独特的时间分辨效应。在所建立的系统内，利用Br2-四环素-H2O2能量转移化学发光体系，对牛奶中四环素残留进行了测定，结果表明该系统的性能指标如试剂消耗、稳定性、灵敏度等均优于流动注射分析系统；在该系统内，利用多区带流体在单线路通道内特殊的区带重叠和混合模式，结合能量转移化学发光多历程反应特点，通过Z型池位置的合理安排和试剂/试样区带恰当的进样排序，空白信号和测量信号可以出现在不同的时间段，由此提出了时间分辨化学发光新方法，并对环境中潜在的有害污染物联氨进行了定量测定，结果发现利用该方法可以使测定灵敏度相比流动注射化学发光提高至少一个数量级，从而揭示了该系统与流动注射化学发光系统性能差异的内在原因。
　　 三、建立了微顺序注射-阀上实验室-电化学发光分析系统，并将电化学发光研究对象扩展至碱土金属配合物。通过系统内分子吸收光谱、电流-电压曲线、电化学发光-电压曲线以及电化学发光光谱测定，结合荧光光谱，首次阐释了碱土金属-钙黄绿素配合物在碱性条件下基于能量转移的电化学发光机理。在此基础上，利用连续流动进样模式对血清样品中Ca2+水平进行了电化学发光测定。结果表明，所建立的系统在Ca2+的定量分析方面表现良好，有望成为Ca2+相关生命科学研究中的实时、在线监测手段。
　　 综上所述，本论文建立了新型顺序注射-阀上实验室-分子光谱分析系统，发展和完善了微顺序注射-阀上实验室与分子吸收、化学发光、电化学、电化学发光等检测手段的联用，并验证了所建立系统在现场形态分析、食品安全检验、环境监测、生化分析以及化学反应性质和机理研究方面广泛的适用性，为多功能、便携式分析仪器的研制提供了新的途径。

目录

文摘

英文文摘

第1章 顺序注射-阀上实验室：相关理论与方法

1.1 流动注射分析技术的发展

1.1.1 流动注射分析

1.1.2 顺序注射分析

1.1.3 微顺序注射-阀上实验室

1.2 微顺序注射-阀上实验室理论基础

1.2.1 通道内液流的分子行为-扩散与分散

1.2.2 通道尺寸与几何构型

1.2.3 通道内的携出效应

1.2.4 通道内的区带重叠

1.3 微顺序注射-阀上实验室方法技术

1.3.1 样品预处理方法

1.3.2 操作技术

1.4 微顺序注射-阀上实验室与各种分离检测技术的联用

1.5 本论文工作选题思路及研究目标

参考文献

第2章 便携式顺序注射-固相氧化器-阀上实验室-铬形态分析系统

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂

2.2.2 铋酸钠的固定化及微型氧化反应器的制备

2.2.3 便携式铬形态分析仪

2.2.4 实验步骤

2.3 结果与讨论

2.3.1 阀单元构造

2.3.2 微反应器的寿命及效能评价

2.3.3 微反应器效能的影响因素及参数优化

2.3.4 显色反应的影响因素及参数优化

2.3.5 共存物质的影响

2.3.6 方法的分析性能

2.3.7 分析应用

2.4 结论

参考文献

第3章 阀上实验室-固相氧化器-化学发光系统及应用

3.1 引言

3.2 阀上实验室-固相氧化器-化学发光系统构建及四环素测定

3.2.1 实验部分

3.2.2 结果与讨论

3.3 阀上实验室系统内的时间分辨化学发光行为及联氨测定

3.3.1 实验部分

3.3.2 结果与讨论

3.4 结论

参考文献

第4章 阀上实验室电致化学发光系统研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 试剂

4.2.2 仪器

4.2.3 微顺序注射-阀上实验室-电化学发光分析系统

4.2.4 实验步骤

4.3 结果与讨论

4.3.1 电解池构型及特点

4.3.2 电化学发光行为研究

4.3.3 电化学发光机理探讨

4.3.4 配位比和KOH浓度对电化学发光性质的影响

4.3.5 连续流动模式定量测定Ca2+参数优化

4.3.6 共存物质的影响

4.3.7 方法的分析性能

4.3.8 样品测定

4.4 结论

参考文献