微流控芯片毛细管电泳—原子荧光在线联用新技术

摘要

微流控芯片毛细管电泳－原子荧光在线联用新技术。本发明是将微流控芯片的通道末端连接导出管，导出管外套接锥形引流管，在引流管与气液分离器的接入玻璃管外套接二级引流管，引流管上各开有一个孔，以接纳传输管，使载气将Chip－CE流出液、修饰液以及还原剂KBH4的混合液从其后面推着进入气液分离器并进入AFS系统得以检测。本发明构思巧妙、接口和流程设计独特、结构简捷紧凑，无死体积。通过接口处通道结构的合理设计及“管套管”式的套管流的流路设计，保证了后续氢化物的有效发生和及时传输，消除了整个体系可能产生的反压对Chip－CE分离的影响。既实现了Chip－CE所需要的稳定电回路，又成功实现了及时有效地将被分析物转化为氢化物在线引入原子荧光检测系统。

说明书

【技术领域】：本发明涉及分析化学仪器的联用技术，特别涉及微流控芯片毛细管电泳和原子荧光光谱法在线联用新技术。

【背景技术】：元素的毒性、生物可给性和迁移性取决于其存在形式，因此作为检测元素特定物种的形态分析更加受到重视。形态分析过程一般包括色谱分离和原子光(质)谱检测。由于生物及环境样品中基体的复杂性和污染物形态的痕量性，因而高效分离技术与高灵敏度的元素选择性检测技术的联用是解决环境和生物样品中痕量元素形态分析的重要途径。发展联用技术的关键是接口技术。

各种色谱技术与原子光/质谱检测技术的联用是目前痕量有毒金属有机化合物形态分析的最常用的手段。近年来，以毛细管电泳为核心技术、以芯片为操作平台的微流控芯片毛细管电泳(Chip-CE)技术迅速崛起，成为一个极为活跃的热点。由于Chip-CE具有分辨率高、分析快速、样品试剂消耗低，污染少、体积小、自动化、集成化程度高等优点，是一种很有吸引力的形态分离技术。Chip-CE和元素选择性检测器联用，不仅选择性好和灵敏度高，而且只需将特定元素的不同形态分开即可。目前，文献报道最多的是电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)作为检测手段用于形态分析。但这些仪器价格昂贵、操作费用高以及对分析人员要求高，因而限制了它们的普及和实际应用。

原子荧光光谱法(AFS)是目前常用的痕量元素检测技术之一，具有价格和操作费用低，能提供与ICP-MS相近的灵敏度，且易于操作等优点。但是，独立的AFS只能测定元素的总量。AFS只有与其他分离技术联用时才能应用于形态分析。作为色谱的在线联用检测器，AFS已广泛应用于形态分析领域。然而，至今尚未见有Chip-CE-AFS联用技术的报道。

将Chip-CE和AFS联用可以成为形态分析强有力的工具。但实现这种联用技术的关键在于接口的合理设计。在接口设计中如何实现Chip-CE分离稳定的电回路；如何及时有效地将被分析物转化为氢化物并在线引入原子荧光检测系统，成为Chip-CE-AFS在线联用新技术的关键问题。

【发明内容】：本发明的目的就是有效地解决现有技术中的上述关键问题，提供一种微流控芯片毛细管电泳—原子荧光在线联用新技术，为元素形态分析建立简便快速、经济可靠的新技术平台。

本发明联用新技术是通过以下步骤完成的：

——a连接：将微流控芯片高压电源的四路输出分别与样品池、样品废液池、缓冲溶液池和修饰液池相连，微流控芯片的分离通道末端的出口段通道连接导出管，导出管外套接一个锥形引流管，锥形引流管的细端朝向气液分离器方向，在离锥形引流管较粗一端开设一个孔，以接纳还原剂KBH₄的传输管，使还原剂从后面、外面将流出的分离液和修饰液的混合液推着前进；导出管与锥形引流管的出口端同时插入气液分离器中下部一水平、带有向上开口的接入玻璃管内，在锥形引流管与接入玻璃管外套接二级引流管，二级引流管上同样开设有一个孔，以接纳Ar气的传输管，使载气Ar将Chip-CE流出液、修饰液以及还原剂KBH₄的混合液从其后面推着进入气液分离器；

——b进样：进样时在样品池、缓冲溶液池加高压、样品废液池接地，修饰液池悬浮；

——c分离：分离时在缓冲溶液池、样品池和样品废液池分别加高压，修饰液池接地，在电渗流的作用下实现被分析物的分离；修饰液池同时完成修饰液稀HCl的加入；

——d检测：分离出的被分析物经分离通道末端出口段通道进入导出管，导出管在锥形引流管作用下，使还原剂从后面、外面将流出的分离液和修饰液的混合液推着前进；在锥形引流管与接入玻璃管外套接的二级引流管使载气Ar将Chip-CE流出液、修饰液以及还原剂KBH₄的混合液从其后面推着进入气液分离器，待检测的气态氢化物从气液分离器上部出口进入AFS系统得以检测，而废液从废液管流出。

微流控芯片上的修饰液池通道设计为弧形或四分之一圆，以保证流体顺畅的沿着圆弧的路径流向气液分离器方向。

本发明的优点及效果：1、构思巧妙、接口和流程的设计独特、结构简捷紧凑，无死体积。该联用技术通过接口处通道结构的合理设计以及“管套管”式的套管流的流路设计，保证了后续氢化物的有效发生和及时传输，消除了整个体系可能产生的反压对Chip-CE分离的影响。本发明既实现了Chip-CE所需要的稳定电回路，又成功实现了及时有效地将被分析物转化为氢化物在线引入原子荧光检测系统。2、该联用新技术集分辨率高、分析快速、样品试剂消耗低，污染少、体积小、自动化，集成化程度高的Chip-CE和价格和操作费用低，能提供与ICP-MS相近的灵敏度，且易于操作的高灵敏度元素选择性检测器AFS的优点于一体，创新性强。3、该联用技术为环境中重要元素(如砷、汞、硒)的形态分析建立了简便快速、经济可靠的新技术平台，为形态分析提供了一种强有力的工具，从而扩大了迅速崛起的分离技术Chip-CE的应用范围。

【附图说明】：

图1、微流控芯片毛细管电泳—原子荧光在线联用新技术流程示意图。

【具体实施方式】：

本发明Chip-CE-AFS在线联用新技术，是通过Chip-CE将被分析物分离开来，经接口转化为相应的氢化物，并在线引入AFS检测系统进行检测。

具体实施过程为：将微流控芯片a高压电源的四路输出分别与样品池1、样品废液池2、缓冲溶液池3和修饰液池4相连，进样时在样品池1、缓冲溶液池3加高压、样品废液池2接地，修饰液池4悬浮；分离时在缓冲溶液池3、样品池1和样品废液池2分别加高压，修饰液池4接地，在电渗流的作用下实现被分析物的分离。修饰液池4同时完成修饰液稀HCl的加入。修饰液稀HCl的作用是一方面及时传输Chip-CE流出液并维持电泳电回路，另一方面还作为后续氢化物发生的介质，使Chip-CE和AFS的联用从理论变为现实。能否真正实现Chip-CE流出液及时有效的传输，维持电泳电回路，是本发明要解决的难点。修饰液引入的目的就是将Chip-CE流出液及时有效的传输，维持电泳电回路等，但是修饰液的引入不能对分离通道6产生反压。本发明采取了两条有效措施：一是将修饰液通道7设计为半径2.5毫米圆的四分之一(或弧形)，这样的结构能保证流体非常顺畅的沿着圆的路径流动；二是将修饰液通道7和通道8刻蚀为上宽900微米、下宽200微米、深350微米的通道，而进样通道5和分离通道6上宽为118微米、下宽40微米、深39微米，这样的比例足以保证修饰液及时有效地将分离液传输而不过度稀释Chip-CE流出液。为保证后续氢化物的有效发生和及时传输，而避免因还原剂KBH₄的泵入和氢化物发生过程产生大量的气体导致的反压对Chip-CE分离的影响，本发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毫米手工扩大以接纳内径0.5毫米的聚四氟乙烯管9，并用环氧树脂胶将其固定。截取1000微升圆锥形塑料移液枪头b尖端25毫米，在离较粗一端6毫米处用不锈钢针头刺一个孔，以接纳还原剂KBH₄的传输管10，用环氧树脂胶将其固定。将管9插入移液枪头b内至两出口近乎平齐。两者用经硅胶密封垫密封。取内径为5毫米的胶管c，用不锈钢针头刺一个孔，接纳Ar气的传输管11，并用环氧树脂胶将其固定。胶管c一端与移液枪头b相连，另一端与气液分离器d中下部一水平、带有向上开口的接入玻璃管12相连，且移液枪头b的尖端插入玻璃管12内部。显然，还原剂KBH₄是从后面、外面将管9中流出的分离液和修饰液的混合液推着前进的，而作为气体传输的载气Ar也是将Chip-CE流出液、修饰液以及还原剂KBH₄的混合液从其后面推着继续前进的，这样的设计避免了反压的产生。待检测的气态氢化物从气液分离器d上部出口13进入AFS系统得以检测而废液从废液管14流出。