The fabrication protocol of a dipole-assisted solid phase extraction microchip for the trace metal analysis is presented.
本文介绍了可用于水样中痕量金属分析偶极辅助固相萃取(SPE)微芯片的制造协议。提供的基于芯片的SPE技术演进的简要概述。这之后是介绍特定的聚合物材料以及它们在SPE作用。开发一个创新的偶极辅助SPE技术中,含SPE功能的氯(Cl)溶液注入到聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)的微芯片。这里,不同的分析技术,包括接触角分析,拉曼光谱分析中,以及激光烧蚀电感耦合等离子体 – 质谱(LA-ICP-MS)的分析被雇用来验证对的C- Cl残基的植入协议的效用PMMA。的X射线吸收近边结构的分析结果(XANES)分析还凭借偶极的证实用作萃取介质中的含氯-PMMA的可行性高电负性的C-Cl残基和带正电的金属离子之间的离子相互作用。
从环境管理和污染防治的观点,微量金属污染严重或毒性问题是一个世界性的问题。芯片样品前处理技术已被广泛接受为重点,以处理和分析通过基于芯片的平台实际样品的成功,因为原料样品中意外并存的化学物质往往妨碍痕迹量存在分析物的准确测定一个适当的1在现有的技术中,芯片上的固相萃取(SPE)是特别受欢迎的痕量金属分析,因为该技术允许样品净化,也可以同时进行分析物富集是用于从复杂的盐基质金属离子的隔离非常有用的。 2,3
片上SPE技术用于痕量元素测定的进步一直在稳步发展。在创业初期,T他SPE通过加载市售的树脂进入微通道构造树脂填充的SPE单元制备芯片。4-7这偶尔需要的分析物进行衍生,以使金属离子转变成树脂保持性形式4的另一种方法用于基于芯片的SPE装置的制备是利用芯片信道作为SPE吸附剂微量金属的简单表面改性后的收集。8最近几年,涉及磁性纳米颗粒(的MNP)和特定化学物质的掺入一种新兴趋势包含能够金属离子的有效保留的官能团。在对比的商业树脂,所述的MNP被修改以如后它们被包装到微通道与外部磁场的t借助于γ巯基(γ-MPTS)9和氨基苄乙二胺四乙酸(ABEDTA)10化合物Ø实现金属离子的选择性提取。
虽然在芯片上SPE技术的发展显著的进步已经见证,报道的技术通常功能的基础上无论是离子交换或螯合作用。使用的技术,如这些具有需要不可避免操作程序,包括那些有空调,洗衣机,或再生相关联,以保持所述分析性能的缺点。不幸的是,需要额外的操作程序,不仅扩展了对每个分析所需要的时间,而且造成的风险高空白值和复制的结果。11因此,对于芯片SPE技术合作战略的选择是当务之急痕量金属分析。
1993年,瓦特和Chehimi 12发现,金属离子具有朝向聚合材料滞留倾向,多数分析物有效地保留在氯(Cl)的-containi纳克聚合物材料,聚(氯乙烯)(PVC),除了钠离子。因此,在2002年,Eboatu 等 13还对一些有毒金属从PVC的解决方案封存的报道。因为这表明含CL-的表现分析物富集和盐基体消除优异性能的聚合物材料,用CL-含SPE功能的基于芯片的装置被认为是一种新型的芯片固相萃取技术的发展,为确定一个有吸引力的战略的微量金属离子。考虑材料的特性,如易于制造的,希望的化学/机械特性,并且光学透明度,14,15这项研究了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的优点来制造微型装置。然后,将含有氯-SPE的功能植入用于痕量金属离子的测定的新颖的片SPE技术的发展所制造的装置。16
– [Remarkably,关于在信道内的高度电负性的C-Cl残基和带正电的金属离子之间的偶极子 – 离子相互作用的创新提取机构的依赖,使得有可能避免在一般芯片上的SPE程序所采取的措施,从而导致任污染显着减少因使用过量的试剂或归因于额外的步骤的劳力。在这方面的贡献提供的协议将使来自不同背景的研究人员制造了他们的工作偶极辅助SPE微芯片。对于所制造的微芯片详细的表征程序被描述为良好。
为偶极辅助SPE微芯片的制备的详细程序上面作了介绍。在本节中,修改协议的关于在PMMA的C-Cl残基和含氯-PMMA,将其用作用于痕量金属离子的测定提取介质的可行性的植入的效用,是评估一步一步的。对于表面验证目的,样品类型是其与分析仪器的兼容性的基础上选择的。换句话说,该类型通过类似的方法制备的测试样品在根据分析仪器的要求进行了测定。例如,使用一个衬底型样品的接触角的测定,而被用于对LA-ICP-MS,拉曼分光的粉末包装型样品,和XANES分析。
最初,以监测由所述化学官能武官发生变化所提出的程序期间d,来聚甲基丙烯酸甲酯的表面上,对应于每个步骤进行所得产物的接触角分析( 图2)。如显示在图2中,接触角的变化清楚地表明,在修改的程序发生表面的变化,而 测定该最终产物是在协议与先前报告的结果为80.3°±0.43°的接触角。21
此外,关于改性的PMMA的C-Cl残基的存在通过LA-ICP-MS分析也证实。与由烧蚀天然PMMA获得的结果相比,被烧蚀具有C-Cl残基改性聚甲基丙烯酸甲酯expectably观察氯不同信号( 图3的(a))。
拉曼光谱收集用于进一步验证的C-Cl残基,以聚甲基丙烯酸甲酯的附件。如图Figu再如图3(b),682 -1和718 -1中的改性的PMMA的光谱中观察到与四氯化碳2不对称伸缩振动有关的两个特征峰,并与由Willis 等人报道的结果,在合理的良好的一致性22和亨德拉等人 23换言之,该C-Cl残基,以聚甲基丙烯酸甲酯的附件可以成功地修改后实现的。
此外,为了澄清这项研究提出了萃取机理,被采用的XANES分析。如在图4所示,高度电负性的C-Cl残基和带正电的金属离子之间的相互作用可以由主导吸收边缘在对应于与锰2+离子处理的改性的PMMA的XANES光谱的存在来确认。因此,偶极 – 静电相互作用将确实应用到TR片上提取王牌金属分析。在台湾从两江收集的水样品的详细分析结果已在其他地方描述。16
据我们所知,这是利用一种创新的工作战略的痕量金属离子的测定芯片上SPE反应的第一次尝试,并与其他芯片SPE技术相比,开发的设备是显著耐用( 即 160多个作品的分析可以不显著恶化的提取效率方面实现)。然而,因为这样的取出机构主要依赖于高度电负性的C-Cl残基和带正电的金属离子之间的相互作用,所提出的技术预计是不适于带负电荷的物质的提取为止。
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 | |
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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 |
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2,2-Azobisisobutyronitrile (AIBN, C8H12N4) | Showa Chemical | 0159-2130 | |
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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. |