專利名稱：組合離子膜微電色譜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以陽(yáng)離子交換膜為支撐物并與陰離子交換膜耦合的微電色譜方法，屬色譜分析技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
色譜分析是目前最為活躍的分析化學(xué)分支學(xué)科之一，也是物質(zhì)分離分析的重要手段，在環(huán)境、生物醫(yī)藥、食品、化工及手性分離分析等領(lǐng)域的應(yīng)用日益普遍，也可以說(shuō)，幾乎在所有生產(chǎn)、技術(shù)的領(lǐng)域都會(huì)涉及到色譜及其相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用。
微電色譜(micro-electrochromatography)或毛細(xì)管電色譜(capillaryelectrochromato-graphy，簡(jiǎn)稱CEC)是上世紀(jì)80年代末剛剛興起的一種高效微柱分離技術(shù)，是利用電滲流(EOF)或電滲流結(jié)合壓力流來(lái)推動(dòng)流動(dòng)相的一種液相色譜法。由于它將色譜技術(shù)的高選擇性和毛細(xì)管電泳的微型化結(jié)合起來(lái)，在分離選擇性和柱效方面顯示了甚至比毛細(xì)管膠束電動(dòng)色譜法分離或者微液相色譜法更多的優(yōu)勢(shì)。盡管它的發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，儀器商品化的程度不高，由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，將是一種很有潛力的技術(shù)。
本發(fā)明之前的CEC一般都采用內(nèi)徑為50～200μm的熔融石英毛細(xì)管柱，在毛細(xì)管中填充或在毛細(xì)管內(nèi)壁涂布、鍵合或交聯(lián)了色譜固定相，依靠電滲流推動(dòng)流動(dòng)相，使中性和帶電荷的樣品分子根據(jù)它們?cè)谏V固定相和流動(dòng)相間的吸附、分配平衡常數(shù)的不同和電泳速率的不同而達(dá)到分離分析的一種電分離模式。
CEC具有以下優(yōu)點(diǎn)采用電滲流驅(qū)動(dòng)流動(dòng)相，不存在壓差問題；電滲流驅(qū)動(dòng)的塞狀流形消除了高效液相色譜中拋物線流形的徑向擴(kuò)散對(duì)柱效的影響；電泳和分配機(jī)理同時(shí)作用，適合于離子性和中性化合物的分離分析。
然而，上述CEC也存在明顯的不足之處。
首先，分離柱的制備一直是微電色譜法的關(guān)鍵。毛細(xì)管電色譜中的分離柱的制備需要有專門的技術(shù)，包括拉制法、勻漿法和電填充法，還需要有專門的設(shè)備與裝置。其中，柱塞是毛細(xì)管產(chǎn)生氣泡的主要場(chǎng)所，無(wú)論以何種方式填充，制作柱塞的難度都很大。而且，這樣制作出來(lái)的分離柱性能差異性大，制作成本高，不利于批量生產(chǎn)。
其次，常規(guī)CEC必須使用高壓直流電源，一般為30kV左右，因此必須注意系統(tǒng)的高壓安全防護(hù)問題。必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的電擊安全保護(hù)裝置，既增加了成本，也不利于儀器的小型化。
第三，在如此高的分離電壓下，分離柱內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)高達(dá)150～400V/cm。焦耳熱的影響成為不容忽視的問題，由于所用的石英毛細(xì)管非常脆弱，其外側(cè)難以安裝有效的散熱裝置，這在很大程度上限制了分離條件的選擇。
第四，常規(guī)CEC是依靠電滲流來(lái)推動(dòng)流動(dòng)相的，所以電滲流的控制也相當(dāng)重要。影響電滲的因素很多，包括電場(chǎng)、粘度、介電常數(shù)、電動(dòng)勢(shì)、溫度、溶液組成、pH、管壁及填料的zeta電位等。也就是說(shuō)，電滲流的控制方式很多。因?yàn)槿芤旱慕M成、溫度、pH及管壁與填料的性質(zhì)等都會(huì)影響電滲流，而這些因素在每次實(shí)驗(yàn)中都很難保持一致，使電滲流的穩(wěn)定性成為問題。
第五，在分離柱中氣泡的產(chǎn)生是常規(guī)CEC和CE方法中經(jīng)常遇到的問題，因?yàn)殡姖B流是以直流電驅(qū)動(dòng)的，在驅(qū)動(dòng)電極上不可避免地發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡進(jìn)入分離柱將會(huì)造成分離柱內(nèi)電流通道電阻的急劇增加甚至斷路，從而使電滲流急劇降低或停止。另外，當(dāng)焦耳熱過(guò)大而且又不能及時(shí)散去時(shí)，會(huì)使載體溶液中的溶解氣體因溫度升高而析出或者使載體溶液本身汽化從而形成氣泡。所以如何消除氣泡一直是CEC研究的一個(gè)難點(diǎn)。
第六，產(chǎn)生理想電滲流的緩沖液的組成有較為嚴(yán)格的限制條件，如pH應(yīng)在2.5～10之間，緩沖液中電解質(zhì)濃度在5～50mmol/L之間等，這樣就限制了分離條件的選擇，例如，需要在pH＜2以下或pH＞10以上才能分離的分析物就無(wú)法得到很好的分離與分析。
總而言之，CEC是一種值得關(guān)注的分離分析技術(shù)，雖然有一些特殊的優(yōu)點(diǎn)，也還存在一些缺陷，而且，它的儀器商品化程度不高，使其發(fā)展受到了極大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有微電色譜方法分離驅(qū)動(dòng)電壓高、散熱困難、穩(wěn)定性差、無(wú)法消除汽泡影響、所用裝置制作成本高以及在電滲流輸出處存在驅(qū)動(dòng)電流IR降的干擾等問題，為此提供本發(fā)明的組合離子膜微電色譜方法，本方法所用分離驅(qū)動(dòng)電壓較低，容易實(shí)現(xiàn)散熱，穩(wěn)定性好，不產(chǎn)生汽泡，電滲流控制方便且原理簡(jiǎn)單，所用裝置制作成本低，并且在液流輸出毛細(xì)管內(nèi)沒有驅(qū)動(dòng)電流IR降的干擾。
為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案其特殊之處是選取通道I，將長(zhǎng)條形陽(yáng)離子交換膜封裝于通道I內(nèi)，陽(yáng)離子交換膜兩端外露于通道I兩端，通道I一端封接液流輸出用毛細(xì)管，陽(yáng)離子交換膜一端位于毛細(xì)管內(nèi)，通道I另一端置于容裝正極電解液的正極池，在正極池內(nèi)插置與驅(qū)動(dòng)電源正極端連接的正極柱；將陰離子交換膜一處與毛細(xì)管通連并與位于毛細(xì)管內(nèi)的陽(yáng)離子交換膜端部接觸，陰離子交換膜另一處置于容裝負(fù)極電解液的負(fù)極池，在負(fù)極池內(nèi)插置與所述驅(qū)動(dòng)電源負(fù)極端連接的負(fù)極柱；在所述的毛細(xì)管上設(shè)置一檢測(cè)器。
本發(fā)明所述的將陰離子交換膜一處與毛細(xì)管通連，另一處置于負(fù)極池是指將陰離子交換膜封裝于通道II內(nèi)，膜的兩端外露于通道II兩端，通道II一端與毛細(xì)管通連，通道II另一端置于負(fù)極池。
所述的將陰離子交換膜一處與毛細(xì)管通連，另一處置于負(fù)極池也可以是指在毛細(xì)管管壁對(duì)應(yīng)陽(yáng)離子交換膜端部處開孔，將陰離子交換膜封貼于開孔處，陰離子交換膜位于毛細(xì)管外壁的部分置于負(fù)極池。
本發(fā)明所述的陽(yáng)離子交換膜可以是全氟磺酸陽(yáng)離子交換膜、全氟羧酸陽(yáng)離子交換膜、偏氟磺酸陽(yáng)離子交換膜、偏氟羧酸陽(yáng)離子交換膜、聚乙烯均相陽(yáng)離子交換膜或涂布聚乙烯均相陽(yáng)離子交換膜。
所述的陰離子交換膜可以是氟碳類陰離子交換膜、聚苯乙烯類陰離子交換膜、聚甲基丙烯酸類陰離子交換膜、聚醚砜類陰離子交換膜或聚冠醚類陰離子交換膜。
本發(fā)明所述的陽(yáng)離子交換膜其長(zhǎng)度為10～200mm，寬度為0.1～10mm；所述的陰離子交換膜其長(zhǎng)度為5～100mm，寬度為0.1～20mm。
本發(fā)明所述的檢測(cè)器可以是紫外檢測(cè)器、熒光檢測(cè)器、激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器、電化學(xué)檢測(cè)器或示差折光檢測(cè)器。
本發(fā)明所述的通道可以是薄壁塑料管，如薄壁聚四氟乙烯管道、薄壁聚乙烯管道，也可以是在芯片、石英玻璃或硼硅玻璃上經(jīng)微加工而成的通道。
微加工一般是指加工對(duì)象為毫米級(jí)以下的部件，用一般的制造技術(shù)難以加工，必須采用特殊的加工方法，如微切削、微鑄造、微EDM、微LBM等。
為加速焦耳熱散除，可以在本發(fā)明所述的通道外壁設(shè)散熱器件，如包貼金屬片層和/或金屬散熱片或置于恒溫水浴中。
本發(fā)明所述的驅(qū)動(dòng)電源為直流電源，其電壓為10～1000V。
本發(fā)明中，陽(yáng)離子交換膜封裝于所述通道I內(nèi)，通道I的一端與毛細(xì)管通連，陽(yáng)離子交換膜的一端伸入毛細(xì)管內(nèi)，另一端外露于通道I的另一端，可以是與端口平齊，也可以是伸出端口，在端口處用密封膠將陽(yáng)離子交換膜與端口封合。
陰離子交換膜封裝于所述的通道II內(nèi)，通道II的一端與毛細(xì)管通連，陰離子交換膜的一端伸入毛細(xì)管內(nèi)，與陽(yáng)離子交換膜接觸，另一端則外露于通道II的另一端，在端口處用密封膠將陰離子交換膜與端口封合。
本發(fā)明的附圖和


見下面所示。為了便于對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
現(xiàn)以Nafion117全氟磺酸型陽(yáng)離子交換膜以及NF201聚苯乙烯類陰離子交換膜為例，說(shuō)明本發(fā)明的原理如下Nafion117全氟磺酸型陽(yáng)離子交換膜本身由憎水的本體和親水的離子簇組成，前者主要由聚四氟乙烯骨架構(gòu)成，而親水的離子簇內(nèi)徑為50～60，這些親水的離子簇之間有直徑約為10～20的親水孔道相連接。離子簇及其彼此聯(lián)通的孔道內(nèi)壁的聚四氟乙烯骨架上固定有帶負(fù)電荷的磺酸基(-SO3-)。離子簇內(nèi)包含可以移動(dòng)的、等量的、帶正電荷的陽(yáng)離子以保持整體的電中性，此外，還有不帶電荷的溶劑化溶劑分子及其自由溶劑分子。如果陽(yáng)離子膜是完全酸化的，則離子簇內(nèi)的陽(yáng)離子都是H+，此時(shí)，這些膜又稱作質(zhì)子交換膜(PEM)。
NF201陰離子交換膜也類似，膜本身也由憎水的本體和親水的離子簇構(gòu)成。與陽(yáng)離子交換膜不同的是，親水的離子簇及其通道內(nèi)壁上排列著的是帶正電荷的季胺基團(tuán)，它與本體相連，位置是固定的。為保持電中性，簇內(nèi)還包含了帶等量負(fù)電荷的陰離子及其溶劑化溶劑分子，還有一些自由溶劑分子。當(dāng)陰離子交換膜在堿液中浸透并充分交換以后，所有的陰離子都是OH-。
如下面圖1所示，陽(yáng)離子交換膜1與陰離子交換膜2各自的一端在液流輸出毛細(xì)管7內(nèi)相互接觸。它們的另一端分別插入到正極池5和負(fù)極池6內(nèi)，在正極池5和負(fù)極池6內(nèi)分別插入一根正極柱3和負(fù)極柱4。正極柱3和負(fù)極柱4分別與直流電源(圖中未畫出)的正極端與負(fù)極端相連。
當(dāng)在正極池5內(nèi)加入稀硫酸溶液，在負(fù)極池6內(nèi)加入稀氫氧化鈉溶液，同時(shí)在正極柱3和負(fù)極柱4之間加上一個(gè)直流電壓，在陽(yáng)離子交換膜1和陰離子交換膜2中就產(chǎn)生一個(gè)從正極池流向負(fù)極池的直流電場(chǎng)。對(duì)于陽(yáng)離子交換膜來(lái)說(shuō)，作為載流子的只有氫離子，氫離子在電場(chǎng)作用下將定向地向負(fù)極移動(dòng)，并拖著自身的溶劑化水分子及一些自由水分子一起運(yùn)動(dòng)，形成正極電滲流。同樣的，對(duì)于陰離子交換膜來(lái)說(shuō)，作為載流子的氫氧根離子將拖著自身的溶劑化水分子及一些自由水分子定向地向正極移動(dòng)，從而形成負(fù)極電滲流。當(dāng)正極電滲流與負(fù)極電滲流到達(dá)陰陽(yáng)離子交換膜的接觸處時(shí)，匯合往液流輸出毛細(xì)管中流動(dòng)，同時(shí)H+和OH-中和成水，于是在液流輸出毛細(xì)管中就有液體流出。由于在液流輸出毛細(xì)管中發(fā)生的中和反應(yīng)，而不是在常規(guī)CEC或CE裝置中的電化學(xué)反應(yīng)，所以從根本上排除了產(chǎn)生氣泡的可能性。又由于驅(qū)動(dòng)電流不流過(guò)液流輸出毛細(xì)管，所以液流輸出毛細(xì)管中沒有驅(qū)動(dòng)電流引起的電位梯度，使得在液流輸出毛細(xì)管上安裝在柱檢測(cè)器帶來(lái)了極大的便利，特別是對(duì)于電化學(xué)檢測(cè)器來(lái)說(shuō)，消除了一個(gè)最大的干擾源。
在陽(yáng)離子交換膜中由氫離子遷移并帶動(dòng)水分子向負(fù)極移動(dòng)引起的正極電滲流單位時(shí)間內(nèi)的體積流量為v1=iF×n1V×60(μL/min)----(1)]]>式中，i-流過(guò)陽(yáng)離子交換膜的驅(qū)動(dòng)電流，mA；F-法拉第常數(shù)，96485；n1-陽(yáng)離子的溶劑化數(shù)，當(dāng)溶劑為水時(shí)，氫離子的水化數(shù)約為4；V-溶劑分子的克分子體積，mL/mol，當(dāng)溶劑為水時(shí)，V＝18mL/mol。
而在陰離子交換膜中由氫氧根離子遷移并帶動(dòng)水分子向正極移動(dòng)引起的負(fù)極電滲流單位時(shí)間內(nèi)的體積流量為v2=iF×n2V×60(μL/min)----(2)]]>式中，除了n2是陰離子膜中陰離子的溶劑化數(shù)之外，其他符號(hào)意義與上式相同。
結(jié)果，單位時(shí)間內(nèi)總的電滲體積流量為v=iF×(n1+n2+1)V×60(μL/min)----(3)]]>式中，溶劑化數(shù)加1是因?yàn)橐粋€(gè)H+和一個(gè)OH-中和以后生成了一分子的水。
當(dāng)陰陽(yáng)離子交換膜達(dá)到平衡狀態(tài)后，H+和OH-所帶的溶劑化數(shù)n1和n2是固定的，因此，式(3)可以變換為v＝Ki(μL/min)(4)
式中K=n1+n2+1F×60,]]>為一定值。
從式(4)可以看出，電滲流的流量與通過(guò)的電流成正比，而與其他因素?zé)o關(guān)，控制電流即可控制電滲流流量，在相當(dāng)寬的試驗(yàn)條件下沒有其他復(fù)雜的干擾因素。這給分離條件的選擇帶來(lái)極大的方便，也便于批量生產(chǎn)。
根據(jù)式(4)，可以估算出3mA的電流，大約可以實(shí)現(xiàn)0.3μL/min的流速。通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流，可以實(shí)現(xiàn)0.01～3μL/min的流速。
由于陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜的離子導(dǎo)電性較好，用較低的驅(qū)動(dòng)電壓就可以實(shí)現(xiàn)mA級(jí)的電流，避免了使用高電壓帶來(lái)的安全問題，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電壓一般為10～1000V，優(yōu)選的是50～200V。
如果在正極池內(nèi)的稀硫酸溶液中加入堿金屬陽(yáng)離子，如Na+，那么通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的正極電滲流中除了含有H+外，還含有Na+，負(fù)極電解液為NaOH水溶液，通過(guò)陰離子交換膜的負(fù)極電滲流中所含的OH-就不能被正極電滲流中的H+完全中和，結(jié)果，從液流輸出毛細(xì)管中流出的液體中就含有游離的NaOH，因而呈堿性，正極池內(nèi)溶液中的Na+含量越高，通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的正極電滲流中的Na+含量也越高，流出液的堿性越強(qiáng)。
同樣，如果在負(fù)極池內(nèi)的稀氫氧化鈉溶液中加入鹵素陰離子，如Cl-，那么通過(guò)陰離子交換膜的負(fù)極電滲流中除了含有OH-外，還有Cl-，而正極池內(nèi)的溶液仍是稀硫酸水溶液，通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的正極電滲流中的H+不能被負(fù)極電滲流中的OH-完全中和，從液流輸出毛細(xì)管中的流出液就含有HCl，因而呈酸性，負(fù)極池內(nèi)溶液中的Cl-含量越高，通過(guò)陰離子交換膜的負(fù)極電滲流中的Cl-含量也越高，流出液的酸性越強(qiáng)。
如果維持負(fù)極池內(nèi)溶液為NaOH水溶液，同時(shí)從低到高連續(xù)地調(diào)節(jié)正極池內(nèi)溶液中的Na+/H+含量比，那么流出液的堿性將持續(xù)增強(qiáng)；相反，如果維持正極池內(nèi)溶液為硫酸水溶液，同時(shí)從低到高連續(xù)地調(diào)節(jié)負(fù)極電解池中的Cl-/OH-含量，則流出液的酸性將持續(xù)增強(qiáng)。
如果同時(shí)在正極池內(nèi)酸性溶液中加入Na+，在負(fù)極池內(nèi)堿性溶液中加入Cl-，并控制兩者適當(dāng)?shù)谋壤?，使通過(guò)陽(yáng)離子交換膜的正極電滲流中的H+正好與通過(guò)陰離子交換膜的負(fù)極電滲流中的OH-完全中和，正極電滲流中的Na+也正好與負(fù)極電滲流中的Cl-結(jié)合成NaCl，液流輸出毛細(xì)管中的流出液相中將含有一定濃度的NaCl，即具有一定的離子強(qiáng)度。如果從低到高連續(xù)地，同時(shí)按比例調(diào)節(jié)正極池內(nèi)溶液中的Na+和負(fù)極池內(nèi)溶液中的Cl-濃度，就可以在液流輸出毛細(xì)管中得到離子強(qiáng)度從低到高連續(xù)變化的流出液。
如果將有機(jī)極性小分子溶解在酸性溶液中作為樣品溶液，它們或者與酸性溶液中的質(zhì)子結(jié)合成為陽(yáng)離子，或者與水分子同時(shí)成為H+離子的溶劑化分子中的一部分。當(dāng)將這種溶液加入到正極池內(nèi)時(shí)，在電場(chǎng)作用下，有機(jī)極性小分子將隨著H+的遷移而進(jìn)入陽(yáng)離子交換膜中，并向負(fù)極移動(dòng)?？刂七M(jìn)樣時(shí)間，使樣品集中在陽(yáng)離子交換膜下端的極窄的區(qū)帶內(nèi)，隨后，將正極池內(nèi)的樣品溶液更換成純稀硫酸水溶液。如下面圖2所示，陽(yáng)離子交換膜下端的樣品帶將在離子膜的親水簇及其通道中由高電位區(qū)向低電位區(qū)遷移，這些質(zhì)子化的陽(yáng)離子中，或者由于不同的有機(jī)小分子和水分子與H+構(gòu)成的溶劑化離子的荷質(zhì)比不同，或者由于它們與分布在管壁上的負(fù)電荷作用不同，甚至體積排斥效應(yīng)的不同，不同的有機(jī)極性小分子在陽(yáng)離子交換膜中的遷移速率不同。在分離過(guò)程中，進(jìn)入陽(yáng)離子交換膜的H+總是充分水化的，它們對(duì)有機(jī)極性小分子的分離提供了不斷地的“淋洗”作用，使有機(jī)小分子在親水簇及其通道中的電遷移及淋洗過(guò)程中逐漸分離，只要陽(yáng)離子交換膜有足夠的長(zhǎng)度，足夠的驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)和足夠的分離時(shí)間，就可以將混合的有機(jī)極性小分子彼此分離，并與電滲流一起按一定的順序從液流毛細(xì)管中流出。如果在液流毛細(xì)管上安裝了在柱檢測(cè)器，就可以得到這些有機(jī)極性小分子的電色譜譜圖。
陽(yáng)離子交換膜的長(zhǎng)度一般取10～200mm，優(yōu)選的為20～150mm，更為優(yōu)選的為40～100mm。
與陽(yáng)離子交換膜耦合的陰離子交換膜只是為了提供OH-使驅(qū)動(dòng)電流不會(huì)通過(guò)液流輸出毛細(xì)管，其長(zhǎng)度與安裝形式并沒有嚴(yán)格的限制。陰離子交換膜可以和陽(yáng)離子交換膜一樣封裝于通道II內(nèi)，也可以直接貼覆在毛細(xì)管下部的開口上。
適用于本發(fā)明的在柱檢測(cè)器包括紫外檢測(cè)器、熒光檢測(cè)器、激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器、電化學(xué)檢測(cè)器、示差折光檢測(cè)器，其中優(yōu)選的是紫外檢測(cè)器和電化學(xué)檢測(cè)器。
本發(fā)明由于采用陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜，其離子導(dǎo)電性較好，故用較低的驅(qū)動(dòng)電壓就可以實(shí)現(xiàn)mA級(jí)的電流，避免了使用高電壓帶來(lái)的安全問題，且簡(jiǎn)化了裝置設(shè)計(jì)；再就是本發(fā)明采用陰、陽(yáng)離子交換膜在液流輸出處相互接觸，實(shí)現(xiàn)耦合，驅(qū)動(dòng)電極不存在于輸出液流相中，輸出液流相中發(fā)生的是中和反應(yīng)而不是電化學(xué)反應(yīng)，從而從根本上排除了產(chǎn)生汽泡的可能性，并且由于驅(qū)動(dòng)電流不流過(guò)液流輸出毛細(xì)管，此毛細(xì)管內(nèi)不存在驅(qū)動(dòng)電流引起的電位梯度，這對(duì)在柱檢測(cè)器的安裝帶來(lái)極大便利，特別是對(duì)于電化學(xué)檢測(cè)器來(lái)說(shuō)，消除了一個(gè)最大的干擾源，這些都使本發(fā)明的分析穩(wěn)定性、可靠性得以極大提高；根據(jù)上述本發(fā)明相關(guān)原理，控制電流即可控制電滲流流量，這樣，在相當(dāng)寬的試驗(yàn)條件下不存在其他復(fù)雜的干擾因素，給分離條件的選擇帶來(lái)極大方便，也便于相應(yīng)裝置的批量生產(chǎn)；本發(fā)明還容易在所述通道外壁設(shè)置散熱裝置，散除焦耳熱，如在通道外壁安裝金屬片或金屬散熱片，也可以將通道外壁直接置于恒溫的水浴中。

圖1是表示本發(fā)明電滲流量產(chǎn)生原理示意圖；圖2是表示本發(fā)明分離過(guò)程示意圖；圖3是本發(fā)明中的電色譜分離柱一實(shí)施方式的示意圖；圖4是本發(fā)明的電色譜分離分析系統(tǒng)示意圖；圖5是本發(fā)明中的電色譜分離柱另一實(shí)施方式的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明得到的多巴胺與腎上腺素的電色譜圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明得到的混合氨基酸分離的電色譜圖。
具體實(shí)施例方式
一、建制一實(shí)施例的電色譜分離柱如圖3所示，將一根50mm長(zhǎng)、0.5mm寬的陽(yáng)離子交換膜1與20mm長(zhǎng)、1mm寬的陰離子交換膜2插入一根薄壁聚四氟乙烯管8中，也可以用薄壁聚乙烯管或其他薄壁塑料管代替。薄壁聚四氟乙烯管8在陽(yáng)離子交換膜1和陰離子交換膜2接觸的地方開個(gè)孔，將陽(yáng)離子交換膜1和陰離子交換膜2露出管外，套入液流輸出毛細(xì)管7內(nèi)，在陽(yáng)離子交換膜1和陰離子交換膜2接觸處與四周的聚四氟乙烯毛細(xì)管壁及液流輸出毛細(xì)管壁之間用環(huán)氧樹脂或其他膠密封，但露出膜的端面。在陽(yáng)離子交換膜1的另一端膜與毛細(xì)管壁之間也用膠密封，但露出陽(yáng)離子交換膜1的端面，此端面與聚四氟乙烯管口齊平。陰離子交換膜2的另一端的四周同樣用膠密封，可以將陰離子交換膜2伸出管口外10mm。將密封好陽(yáng)離子交換膜1和陰離子交換膜2的薄壁聚四氟乙烯管8連同液流輸出毛細(xì)管7一起置于一個(gè)金屬支架10上，上面再用一塊金屬板9壓緊，它們除了固定作用外，還用于散熱，可以將分離過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱及時(shí)有效地散去，從而可以用較大的電流。聚四氟乙烯管8密封了陽(yáng)離子交換膜1的一端插入到正極池5中，密封了陰離子膜2的另一端插入到負(fù)極池6中。正極池5和負(fù)極池6中分別插有正極柱3和負(fù)極柱4。正極柱3和負(fù)極柱4分別接到直流電源的正極端和負(fù)極端(圖中未畫出)。在正極池5中加入稀硫酸溶液，在負(fù)極池6中加入稀氫氧化鈉溶液，并在正極柱3和負(fù)極柱4之間施加一定的恒定電壓，進(jìn)行分離柱的初始清洗，這樣運(yùn)行一段時(shí)間，直到電流穩(wěn)定后，陽(yáng)離子交換膜與陰離子交換膜都已達(dá)到平衡狀態(tài)，可用于隨后的實(shí)驗(yàn)。
二、建制另一實(shí)施例的色譜分離柱如圖5所示，將一根70mm長(zhǎng)、1mm寬的陽(yáng)離子交換膜1插入一根薄壁聚四氟乙烯管8中，也可以用薄壁聚乙烯管或其他薄壁塑料管代替。在聚四氟乙烯管的兩端分別用膠密封，陽(yáng)離子交換膜則外露，其中的一端與端口齊平，另一端則外露一定的長(zhǎng)度。將端口齊平的一端插入到正極池5中，正極池5中插有正極柱3。將聚四氟乙烯管8的另一端插入一根毛細(xì)管7中，該毛細(xì)管的下部設(shè)一開口，將伸在外面的陽(yáng)離子交換膜穿過(guò)這個(gè)開口，同時(shí)將一片陰離子交換膜2’緊緊地貼覆在這個(gè)開口上，四周注意密封以防漏液，開口一側(cè)的陰離子交換膜即與陽(yáng)離子交換膜接觸。將陰離子交換膜的外側(cè)置于一負(fù)極池6’內(nèi)，負(fù)極池6’中插有負(fù)極柱4’。在聚四氟乙烯管8的外側(cè)分別壓上金屬塊9和金屬塊10，一方面作為整個(gè)分離柱的支撐，另一方面作為散熱器件，將電滲過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱有效地散除。在正極池5內(nèi)加入稀硫酸溶液，在負(fù)極池6’內(nèi)加入稀氫氧化鈉溶液，將正極柱3和負(fù)極柱4’分別接到直流電源的正極端和負(fù)極端(圖中未畫出)。開啟直流電源并恒定在一定的電壓下，對(duì)分離柱進(jìn)行初始清洗，運(yùn)行一段時(shí)間，直到電流穩(wěn)定后，陽(yáng)離子交換膜與陰離子交換膜都已達(dá)到平衡狀態(tài)，可用于隨后的實(shí)驗(yàn)。
三、建制色譜系統(tǒng)如圖4所示，在分離柱11的液流輸出毛細(xì)管7上安裝一個(gè)在柱檢測(cè)器13，該在柱檢測(cè)器可以是紫外檢測(cè)器，也可以是電化學(xué)檢測(cè)器，在本實(shí)驗(yàn)中采用的是電化學(xué)檢測(cè)器。通過(guò)檢測(cè)器后的液體最后收集在廢液池14中。檢測(cè)器13與一個(gè)數(shù)據(jù)記錄/處理儀16相連，檢測(cè)器13所取得的信號(hào)能夠在數(shù)據(jù)記錄/處理儀16中實(shí)時(shí)處理并顯示或打印。分離柱11的正極柱3和負(fù)極柱4分別與直流電源12的正極端和負(fù)極端相連。為了保證數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性，必須對(duì)分離柱11的溫度加以控制，因此在分離柱的金屬支架10和/或金屬板9上安裝一個(gè)微型溫控儀15，由于金屬支架10和金屬板9與薄壁聚四氟乙烯管8緊密接觸，從而與陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜也緊緊接觸，因此散熱條件良好，通過(guò)控制分離柱的金屬支架10和/或金屬板9的溫度，可以控制陽(yáng)離子交換膜和陰離子交換膜溫度保持穩(wěn)定。本實(shí)施例在室溫條件下運(yùn)行。
上述電色譜系統(tǒng)也可以用一個(gè)人計(jì)算機(jī)控制，由計(jì)算機(jī)控制直流電源的驅(qū)動(dòng)電壓，分離柱的溫度、在柱檢測(cè)器的檢測(cè)及數(shù)據(jù)采集與處理，最后顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上或者用打印機(jī)打印出圖譜，也可以將圖譜保存在計(jì)算機(jī)內(nèi)。
四、多巴胺與腎上腺素的分離分析將多巴胺、腎上腺素與硫酸配成濃度分別為0.3mmol/L、0.5mmol/L和0.1mol/L的混合溶液作為樣品液，以0.1mol/L的硫酸溶液為淋洗液。在分離柱的正極池中加入樣品液，負(fù)極池加入0.5mol/L的氫氧化鈉溶液，在正極與負(fù)極之間加上100V的直流電壓，此時(shí)產(chǎn)生大約1.8mA的電流，加樣5s后，將正極池內(nèi)的樣品液用0.1mol/L的硫酸溶液代替，在相同的條件下進(jìn)行淋洗。
安裝在毛細(xì)管上的電化學(xué)檢測(cè)器采用電化學(xué)多脈沖電流檢測(cè)方法，監(jiān)視從液流輸出毛細(xì)管中流過(guò)的液體成分。圖6所示的是用這種方法所得到的電色譜譜圖，其中峰a是多巴胺，峰b是腎上腺素，圖中可見，這兩種物質(zhì)可以得到很好的分離。
五、混合氨基酸的分離分析將甘氨酸、天冬氨酸和賴氨酸配制成濃度分別為0.1mmol/L、0.3mmol/L和0.3mmol/L的混合溶液，調(diào)整pH值為3.8±0.2，以此作為樣品液，以0.1mol/L硫酸溶液為淋洗液。分離柱溫度控制在21±1℃。將樣品液加入到分離柱的正極池中，負(fù)極池加入0.5mol/L的氫氧化鈉溶液，在正極與負(fù)極之間加上90V的直流電壓，加樣10s后，將正極池內(nèi)的樣品液用0.1mol/L的硫酸溶液代替，在相同的條件下進(jìn)行淋洗。
采用脈沖電化學(xué)檢測(cè)方法，監(jiān)視從液流輸出毛細(xì)管中流過(guò)的液體成分。圖7所示的是用這種方法所得到的電色譜譜圖，其中峰a是賴氨酸、峰b是天冬氨酸及峰c為甘氨酸。
權(quán)利要求
1.組合離子膜微電色譜方法，其特征是選取通道I，將長(zhǎng)條形陽(yáng)離子交換膜(1)封裝于通道I內(nèi)，陽(yáng)離子交換膜(1)兩端外露于通道I兩端，通道I一端封接液流輸出用毛細(xì)管(7)，陽(yáng)離子交換膜(1)一端位于毛細(xì)管(7)內(nèi)，通道I另一端置于容裝正極電解液的正極池(5)，在正極池內(nèi)插置與驅(qū)動(dòng)電源正極端連接的正極柱(3)；將陰離子交換膜一處與毛細(xì)管(7)通連并與位于毛細(xì)管內(nèi)的陽(yáng)離子交換膜(1)端部接觸，陰離子交換膜另一處置于容裝負(fù)極電解液的負(fù)極池，在負(fù)極池內(nèi)插置與所述驅(qū)動(dòng)電源負(fù)極端連接的負(fù)極柱；在所述的毛細(xì)管(7)上設(shè)置一檢測(cè)器(13)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的將陰離子交換膜一處與毛細(xì)管通連，另一處置于負(fù)極池是指將陰離子交換膜(2)封裝于通道II內(nèi)，膜的兩端外露于通道II兩端，通道II一端與毛細(xì)管(7)通連，通道II另一端置于負(fù)極池(6)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的將陰離子交換膜一處與毛細(xì)管通連，另一處置于負(fù)極池是指在毛細(xì)管(7)管壁對(duì)應(yīng)陽(yáng)離子交換膜(1)端部處開孔，將陰離子交換膜(2’)封貼于開孔處，陰離子交換膜(2’)位于毛細(xì)管(7)外壁的部分置于負(fù)極池(6’)。
4.權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征是所述的陽(yáng)離子交換膜是全氟磺酸陽(yáng)離子交換膜、全氟羧酸陽(yáng)離子交換膜、偏氟磺酸陽(yáng)離子交換膜、偏氟羧酸陽(yáng)離子交換膜、聚乙烯均相陽(yáng)離子交換膜或涂布聚乙烯均相陽(yáng)離子交換膜。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征是所述的陰離子交換膜是氟碳類陰離子交換膜、聚苯乙烯類陰離子交換膜、聚甲基丙烯酸類陰離子交換膜、聚醚砜類陰離子交換膜或聚冠醚類陰離子交換膜。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征是所述的陽(yáng)離子交換膜的長(zhǎng)度為10～200mm，寬度為0.1～10mm；所述的陰離子交換膜的長(zhǎng)度為5～100mm，寬度為0.1～20mm。
7.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征是所述的檢測(cè)器是紫外檢測(cè)器、熒光檢測(cè)器、激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器、電化學(xué)檢測(cè)器或示差折光檢測(cè)器。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的通道是薄壁塑料管道或在芯片、石英玻璃、硼硅玻璃上經(jīng)微加工而成的通道。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在所述的通道外壁設(shè)有散熱器件。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的驅(qū)動(dòng)電源的電壓為10～1000V。
全文摘要
驅(qū)動(dòng)電壓低，無(wú)汽泡產(chǎn)生，穩(wěn)定性好，控制方便，成本低的組合離子膜微電色譜方法，在于選取通道I，將長(zhǎng)條形陽(yáng)離子交換膜(1)封裝于通道I內(nèi)，陽(yáng)離子交換膜(1)兩端外露于通道I兩端，通道I一端封接液流輸出用毛細(xì)管(7)，陽(yáng)離子交換膜(1)一端位于毛細(xì)管(7)內(nèi)，通道I另一端置于容裝正極電解液的正極池(5)，在正極池內(nèi)插置與驅(qū)動(dòng)電源正極端連接的正極柱(3)；將陰離子交換膜一處與毛細(xì)管(7)通連并與位于毛細(xì)管內(nèi)的陽(yáng)離子交換膜(1)端部接觸，陰離子交換膜另一處置于容裝負(fù)極電解液的負(fù)極池，在負(fù)極池內(nèi)插置與所述驅(qū)動(dòng)電源負(fù)極端連接的負(fù)極柱；在毛細(xì)管(7)上設(shè)置一檢測(cè)器(13)。本發(fā)明可用作液相微量分析。
文檔編號(hào)G01N30/62GK1752748SQ20041006655
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2004年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者吳秉亮, 莫一平, 劉美星, 呂培發(fā) 申請(qǐng)人:杭州生源醫(yī)療保健技術(shù)開發(fā)有限公司