The fabrication protocol of a dipole-assisted solid phase extraction microchip for the trace metal analysis is presented.
이 논문은 물 시료에서 미량 금속 분석에 사용할 수있는 다이폴 안테나를 이용한 고체상 추출 (SPE) 마이크로 칩에 대한 제조 프로토콜을 설명합니다. 칩 기반 SPE 기술의 발전에 대한 간략한 개요가 제공된다. 이은 특정 고분자 재료에 대한 소개와 SPE에서의 역할옵니다. 혁신적인 다이폴 보조 SPE 기술을 개발하기 위해, SPE 기능을 함유 염소 (CL)은 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA)는 마이크로 칩에 주입 하였다. 여기서 접촉각 분석, 라만 분광 분석, 레이저 어블 레이션 – 유도 결합 플라즈마 질량 분석 등 다양한 분석 기법 (LA-ICP-MS) 분석에 C-CL 부분의 주입 프로토콜의 유용성을 확인하기 위해 사용 된 PMMA. X 선 흡수 모서리 근처 구조의 해석 결과 (XANES) 분석도 dipole- 덕분에 추출 매체로 사용되는 CL 함유 PMMA의 타당성을 입증고도 전성 C-CL 부분과 양으로 하전 된 금속 이온과 이온의 상호 작용.
환경 관리 및 오염 방지의 관점에서, 심각한 오염이나 독성 문제가 전 세계적으로 우려의 원인이 금속을 추적. 원시 샘플에서 예상치 못한 공존 화학 종은 종종 흔적 금액에 존재하는 분석의 정확한 결정을 방해하기 때문에 시료 전처리 기술이 광범위하게, 처리 및 칩 기반 플랫폼을 통해 실제 샘플을 분석하는 성공의 열쇠로 접수 된 온 – 칩 적절한 샘플링 정리 동시에 수행 될 분석 농축 허용이 기술은 복잡 염 매트릭스에서 금속 이온의 분리를위한 매우 유용하기 때문이다. 가능한 방법 중 하나는 온 – 칩 고체 상 추출 (SPE)가 미량 금속 분석 특히 인기가있다. 2,3
미량 금속의 결정에 사용되는 온 – 칩 SPE 기술의 발전은 꾸준히 발전하고있다. 초기에, t그 칩을 수지 충전 SPE 단위를 구성하는 마이크로 채널로 시판되는 수지를 로딩하여 준비 하였다 SPE. 4-7이 때때로 수지 보존 가능한 형태로 금속 이온의 변환을 가능하도록 유도 할 수있는 분석 물이 필요했다. (4) 다른 방법 칩 기반 SPE 장치의 제조를위한 단순 표면 개질 후의 미량 금속의 회수를위한 SPE 흡수제 등의 칩 채널을 활용한다. (8) 최근, 자성 나노 입자 (MNPS) 및 특정 화학 물질의 혼입을 포함 신흥 경향을 보이면서 금속 이온을 효율적으로 보존 할 수있는 관능기를 포함 할 것이다. 상업적 수지는 대조적으로, MNPS는 예들이 외부 자기장 (T)의 도움으로 미세 유로에 충전 된 후에 γ 메르 캅토 프로필 트리 메 톡시 실란 (γ-MPTS) 9 아미노 벤질 에틸렌 디아민 테트라 아세트산 (ABEDTA) 10 화합물 수정O 금속 이온의 선택적 추출을 달성한다.
온칩 SPE 기술의 개발에 상당한 진전이 목격되었지만,보고 된 기술들은 전형적으로 이온 교환 또는 킬레이트 하나에 기초하여 기능한다. 이와 같은 기술의 사용은 컨디셔닝, 세정 또는 재생과 연관된, 분석 성능을 유지하기 위해 포함 불가피 동작 절차를 필요로한다는 단점이있다. 불행히도, 추가적인 동작 절차에 대한 요구는 각각의 분석에 필요한 시간을 늘릴뿐만 아니라, 높은 빈 값과 재생 불가능한 결과를 일으키는 위험. 11 따라서, 온칩 SPE 기술에 대한 전략을 작동 대안 미량 금속 분석을 위해 필수적이다.
1993 년 12 와트 Chehimi 금속 이온이 고분자 물질을 향해 유지하는 경향이 있고, 분석의 가장 효율적 클로로 (CL)에 보유 -containi 것으로NG 중합체 물질 나트륨 이온을 제외한, 폴리 염화 비닐 (PVC). 따라서, 2002 년, Eboatu 등. (13) 또한 PVC로 솔루션의 일부 독성 금속의 격리 보도했다. 이 분석 농축 염화칼슘 행렬 제거를위한 우수한 특성을 나타내 고분자 재료 CL을 포함하는 것을 지시하기 때문에, CL 함유 SPE 기능을 가진 칩 – 기반 장치가 판정하기위한 신규 온칩 SPE 기술의 개발을위한 매력적인 전략 여겨졌다 금속 이온을 추적. 이러한 가공의 용이성, 원하는 화학적 / 기계적 특성 및 광학적 투명도와 같은 고려 재료 특징은, 14, 15이 연구는 마이크로 디바이스를 제조하기 위해 폴리 (메틸 메타 크릴 레이트) (PMMA)를 이용했다. 그리고, CL 함유 SPE 기능 미량 금속 이온을 판정하기위한 신규 온칩 SPE 기술의 개발을 위해 제작 된 소자에 주입 하였다. 16
아르 자형emarkably, 채널 내부의 높은 전기 음성 C-CL 부분과 양으로 하전 된 금속 이온의 쌍극자 – 이온 상호 작용에 대한 혁신적인 추출기구의 의존도로 이어지는 일반적인 온칩 SPE 절차 동안 취해진 조치를 회피하는 것을 가능하게 과량의 시약의 사용 또는 추가의 단계에 의한 노동에 의한 오염 하나의 극적인 감소. 이 기여에서 제공하는 프로토콜은 자신의 작품에 대한 다이폴 안테나를 이용한 SPE 마이크로 칩을 제조하는 다양한 배경을 가진 연구자를 가능하게 할 것이다. 제작 된 마이크로 칩에 대한 자세한 특성화 절차도 설명되어 있습니다.
다이폴 보조 SPE 마이크로 칩의 제조를위한 상세한 절차는 상기 제시되었다. 이 섹션에서는, PMMA의 C-CL 잔기 및 미량의 금속 이온을 결정하는 추출 매질로서 사용 된 CL 함유 PMMA의 타당성의 주입에 관한 변형 프로토콜의 유틸리티이다 단계별 평가. 표면 확인 목적으로, 샘플 타입은 분석 기기와의 호환성에 기초하여 선택되었다. 즉, 유사한 과정을 통해 제조 된 시료의 종류는 분석 기기의 요구에 따라 결정 하였다. 예를 들어, 파우더 패킹 형 샘플은 LA-ICP-MS, 라만 분광에 사용 된 반면, 기판 형태의 샘플에서는, 접촉각의 측정을 위해 사용하고, XANES 분석.
우선, 화학 작용기에 의해 무관 후의 변화를 모니터링제안 된 절차 중에 PMMA 표면에 D, 각 단계가 수행 된 결과에 대응하는 제품에 대한 접촉각 분석 (도 2). 도 2에 표시된 바와 같이, 접촉각의 변화가 명확히 표면 변화는 변형 과정에서 발생 이전 결과를보고와 일치 하였다 최종 산물 측정 하였다 80.3 ° ± 0.43 °의 접촉각 것으로 나타났다. 21
또한, 변성 PMMA의 C-CL 잔기의 존재는 LA-ICP-MS 분석을 통해 확인 하였다. 네이티브 PMMA를 절제에 의해 얻어진 결과와 비교하면, CL에 대해서는 다른 신호는 C-CL 부분에 변성 PMMA를 절제하여 expectably 관찰되었다 (도 3 (a)).
라만 스펙트럼은 더 PMMA에 C-CL 부분의 첨부 파일을 검증 수집 하였다. Figu에 도시 된 바와 같이3 (b)에 재의 사염화탄소 2 비대칭 신축 진동과 관련된 두 개의 특성 피크가 682cm -1 718cm -1 수정 된 PMMA의 스펙트럼에서 관찰 하였다 윌리스 등에 의해보고 된 결과에 있다는 점에서 합리적으로 잘 일치 . 22, 헨드라 외. (23) 즉, PMMA에 C-CL 잔기의 부착이 성공적으로 변형 후에 달성 될 수있다.
더욱이, 본 연구에서 제안 된 인출기구를 명확히 상기 XANES 분석을 사용 하였다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 고도 전성 C-CL 부분과 양으로 하전 된 금속 이온 사이의 상호 작용에 의해, Mn 2+ 이온 처리 한 변성 PMMA에 대응 한 XANES 스펙트럼에서 지배적 흡수 에지의 존재를 확인할 수 있었다. 따라서, 쌍극 정전기 상호 작용을 실제로 TR위한 온칩 추출에인가 될에이스 금속은 분석한다. 대만에서 두 하천에서 수집 물 샘플에 대한 자세한 분석 결과는 다른 곳에서 설명 하였다. (16)
우리가 알고있는 한,이 미량 금속 이온의 결정을위한 온 – 칩 SPE 반응에 획기적인 작업 전략을 활용하려는 첫 번째 시도하고, 현상 장치가 다른 온 칩 SPE 기술과 비교하여 현저하게 내구성이라고 (즉, 160 개 이상의 분석 작품)의 추출 효율의 관점에서 현저한 저하없이 달성 될 수있다. 이러한 취출기구는 주로 높은 전성 C-CL 부분과 양으로 하전 된 금속 이온 사이의 상호 작용에 의존하고 있기 때문에 그러나, 제안 된 기술은 지금까지 음전하 종의 추출에 부적당 할 것으로 예상되었다.
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to convey their gratitude for the technical support provided by National Synchrotron Radiation Research Center (NSRRC) (Taiwan). The authors are grateful for the financial support provided by the Ministry of Science and Technology of the Republic of China (Taiwan) and the Industrial Technology Research Institute (Taiwan).
AutoCAD | Autodesk | N/A | http://www.autodesk.com/education/free-software/autocad |
Poly(methyl methacrylate) (PMMA) sheet | Kun Quan Engineering Plastics | N/A | 350 mm (L) x 20 mm (W) x 2 mm (H). The glass transition temperature (Tg) of PMMA sheets is ranged from 102–110 °C. The UV transmittance of the PMMA at 365 nm is 91.2%. |
Micromachining system | Laser Life | LES-10 | Maximum laser power: 10 W. Maximium engraving speed: 762 mm s−1. |
High-resolution optical microscope | Ching Hsing Computer-Tech | FS-230 | |
Power Image Analysis system (PIA) | Ching Hsing Computer-Tech | PIA V16.1 | |
Multi drilling machines | N/A | LT-848 | |
Deionized water (D. I. H2O) | Millipore | Milli-Q Integral 5 System | |
Sodium dodecyl sulfate (SDS) | J. T. Baker | 4095-04 | |
Ultrasound oscillator | Elma | Transsonic Digital | |
Glass board | N/A | N/A | 160 mm (L) x 35 mm (W) x 2 mm (H); fragile |
Binder clip | SDI | 0234T-1 | http://stationery.sdi.com.tw/product_detail.php?Key=322&cID=55&uID=6 |
Precision oven | Yeong Shin | DK-45 | |
Poly(etheretherketone) (PEEK) tube | VICI | JR-T-6002 (0.5 mm i.d.); JR-T-6001 (0.25 mm i.d.) | |
Polymer tubing cutter | Upchurch Scientific | A-327 | |
Two-component epoxy-based adhesive | Richwang | N/A | Skin irritative. The major components are an epoxy resin and a hardener. |
Peristaltic pump | Gilson | Minipuls 3 | |
Peristaltic tube | Gilson | F117934 | |
Sodium hydroxide (NaOH) | Sigma–Aldrich | 30620 | |
Nitric acid (HNO3) | J. T. Baker | 959834 | |
Acrylamide (prop-2-enamide, C3H5NO) | Sigma–Aldrich | A8887 | Acutely toxic and carcinogenic |
In-house-built photomask | N/A | N/A | The in-house-built photomask was made of a black paper (114 mm (L) × 22 mm (W)) that contained an open window (94 mm (L) × 2 mm (W)) allowing the desired region |
1,1-Dichloroethylene | Sigma–Aldrich | 163032 | Acutely toxic and carcinogenic |
Cartridge | Dikma | ProElut AL-B | |
2,2-Azobisisobutyronitrile (AIBN, C8H12N4) | Showa Chemical | 0159-2130 | |
Ethanol | Sigma–Aldrich | 32221 | |
Hexanes (C6H14) | Millinckrodt Chemical | 5189-08 | |
In-house-built irradiation system | Great Lighting (UV-A lamp) | N/A | An opaque box with an UV-A lamp (40 W, maximum emission at 365 nm) |
Glass vial | Yeong Shin | 132300019 | Fragile |
Aluminum foil | Diamond | N/A | |
Conical tubes with screw caps | labcon | 3181-345-008 (50 mL); 3131-345-008 (15 mL) | |
Rocking shaker | TKS | RS-01 | |
Contact angle meter | First Ten Angstroms | FTA 125 | |
PMMA bead | Scientific Polymer Products | 037A | |
Mortar and pestle, agate | Yeong Shin | 139000004 | Fragile |
Tissue culture plate | AdvanGene Life Science Plasticware | AGC-CP-24S-50EA | 24-Well, non-treated, sterilized |
Hydraulic press | Panchum | Press-200 | |
Laser ablation | New Wave Research | NWR193 | |
Inductively coupled plasma-mass spectrometer | Agilent Technologies | Agilent 7500a | |
Glass bottle | DURAN | 21801245 (100 mL); 21801365 (250 mL) | |
Dispersive Raman spectrometer | Thermo Fisher Scientific | Nicolet Almega XR | |
Manganese nitrate tetrahydrate (Mn(NO3)2×4H2O) | Sigma–Aldrich | 63547 | |
Maleic acid disodium salt hydrate (C4H4Na2O5) | Sigma–Aldrich | M9009 | |
X-ray absorption near edge structure (XANES) | N/A | N/A | The Mn K-edge XANES analyses were conducted at 07A and 17C1 beamlines of the National Synchrotron Radiation Research Center (NSRRC) in Taiwan. |