微流控芯片——等離子體質(zhì)譜的聯(lián)用研究.pdf

1、微流控分析芯片具有分析效率高、試樣消耗少、易于微型化和便攜化等特點(diǎn)，是當(dāng)前化學(xué)和生物的研究熱點(diǎn)。等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)具有靈敏度高、線性范圍寬（7～9個(gè)數(shù)量級(jí)）、多元素同時(shí)測(cè)定、譜線簡(jiǎn)單和背景低等特點(diǎn)，是金屬元素分析的最佳方法之一。兩者的聯(lián)用集合了各自的優(yōu)點(diǎn)，可解決微量樣品的金屬總量與形態(tài)分析。實(shí)現(xiàn)兩者的聯(lián)用，首先要解決它們的接口，即將芯片的納流水平樣品高效傳輸?shù)降入x子體，這需要通過(guò)一個(gè)在微納水平高效工作的微量霧化器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2、>　　 本文第一章綜述了影響氣動(dòng)霧化器霧化效率的因素、用于等離子體光譜的微量霧化器和微型霧化室、毛細(xì)管電泳和ICP-MS的聯(lián)用接口、短柱毛細(xì)管電泳及微流控芯片電泳與ICP-MS的聯(lián)用等幾方面。
　　 第二章研制了一種簡(jiǎn)單的可拆卸式的毛細(xì)管微流量霧化器，它由霧化器器體、拉尖毛細(xì)管和聚四氟乙烯材質(zhì)的霧化器適配器組裝而成。該毛細(xì)管微流量霧化器噴嘴處的氣體出口孔徑、溶液毛細(xì)管的內(nèi)徑和壁厚分別為200、30和5μm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:毛細(xì)管

3、微流量霧化器在較低樣品提升量時(shí)的分析性能可達(dá)到或超過(guò)常規(guī)同心霧化器(820μL/min)和微液滴霧化器(200μL/min)的水平。拉尖的溶液毛細(xì)管能比較重現(xiàn)地由商品熔融石英毛細(xì)管(外徑370μm，內(nèi)徑250μm)采用火焰加熱兩步拉制法制作而成，并具有自吸流量低、霧化效率高等特點(diǎn)，非常適合微流控芯片與等離子體質(zhì)譜的聯(lián)用體系。其可拆卸式的結(jié)構(gòu)使得堵塞或損壞進(jìn)樣毛細(xì)管的更換十分方便。
　　 第三章設(shè)計(jì)了多采樣體積的亞微升試樣引入系統(tǒng)

4、，由微流控芯片、八通閥、注射泵和蠕動(dòng)泵組成，并用于ICP-MS直接測(cè)定黃酒中的金屬元素。研究了直接引入的亞微升黃酒體積對(duì)等離子體穩(wěn)定性和信號(hào)強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明:引入0.8μL的100g/L葡萄糖的20％乙醇溶液時(shí)，離子提取接口上無(wú)碳沉積現(xiàn)象;繼續(xù)減小引入量至0.4μL，配制于純水和三種黃酒基體的標(biāo)準(zhǔn)溶液的信號(hào)強(qiáng)度無(wú)明顯差異。這說(shuō)明少量的黃酒基體對(duì)測(cè)定無(wú)顯著干擾。而ICP-MS的信號(hào)強(qiáng)度與進(jìn)樣體積正相關(guān)，在此基礎(chǔ)上我們選擇進(jìn)樣體積為0.

5、4μL，將該亞微升進(jìn)樣系統(tǒng)用于黃酒的直接分析，并采用純水標(biāo)準(zhǔn)溶液外標(biāo)校準(zhǔn)。大大節(jié)省了樣品預(yù)處理和分析需要的時(shí)間。Cd和Pb的檢出限分別為19.8和10.4ng/L，分析通量可達(dá)45次/時(shí)。用本法測(cè)定了10個(gè)黃酒中的Cd和Pb，與采用微波消解處理—等離子體質(zhì)譜常規(guī)進(jìn)樣系統(tǒng)測(cè)定的結(jié)果無(wú)明顯差異。
　　 第四章在芯片上采用電動(dòng)流結(jié)合靜壓力流實(shí)現(xiàn)了納升級(jí)試樣引入ICP-MS。樣品池中的樣品在靜壓力作用下自動(dòng)流經(jīng)交叉口P1并流到樣品回收池

6、，樣品池和緩沖液池之間施加高壓電場(chǎng)，樣品在電動(dòng)力作用下穿過(guò)計(jì)量通道前端的多孔塞C1進(jìn)入計(jì)量通道，關(guān)閉高壓電場(chǎng)，注射泵將計(jì)量通道的樣品塞注入霧化器形成氣溶膠引入等離子體質(zhì)譜檢測(cè)。在計(jì)量通道和緩沖液池前端各自光聚合了一段多孔塞C1和C2，可阻止壓力流的通過(guò)而允許電動(dòng)遷移發(fā)生。控制高壓施加時(shí)間可以控制樣品塞的長(zhǎng)度，最小可實(shí)現(xiàn)0.18nL試樣的引入。該納升進(jìn)樣系統(tǒng)具有試樣消耗低、精密度好、進(jìn)樣死體積和死時(shí)間小(0.38nL和0.42s)等優(yōu)點(diǎn)，

7、已成功用于順鉑治療的癌癥病人血清中的鉑含量測(cè)定。一次測(cè)定的試樣消耗為1.8nL，樣品通量為112h-1，檢出限為64ng/L。該法測(cè)定血清中的Pt含量為8.4±0.3μg/L，與采用ICP-MS常規(guī)進(jìn)樣系統(tǒng)測(cè)定的結(jié)果(8.5±0.3μg/L)一致。
　　 第五章提出了一種芯片電泳和ICP-MS的無(wú)自吸的聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，在微通道中光聚合的多孔塞可消除ICP-MS氣動(dòng)霧化器在分離通道中產(chǎn)生的層流，保證補(bǔ)充液流向霧化器，實(shí)現(xiàn)了真正意義的芯片