CN100378454C

CN100378454C - 动电流动全分析系统

Info

Publication number: CN100378454C
Application number: CNB2005100386775A
Authority: CN
Inventors: 何友昭; 王晓葵; 邓宁; 王蕾; 韩芳
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2005-04-01
Filing date: 2005-04-01
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: CN1841055A

Abstract

本发明动电流动全分析系统，采用电渗泵注入反应单元、富集功能单元、微柱分离检测单元的不同联结组合，与光纤光谱仪、直流高压稳压电源和微电脑组成；用电渗泵和动电作用实施输运和分离分析，由各分析功能单元的电磁切换阀控制流向；石英管电泳和电色谱分离微柱填细石英砂作导热介质并减小电流通道截面；色谱和电色谱分离微柱石英管内用溶胶凝胶法或聚合法合成高比表面积整体柱床，再键合不同色谱固定相；具有样品注入、溶液输运、分析反应、样品富集、在线检测，电渗泵压力驱动、动电作用驱动和动电-压力复合驱动的微柱电泳/色谱/电色谱高效分离功能，泵载流可与移动相兼容；检测灵敏，组合容易，结构简单，携带方便，可用于现场和过程分析。

Description

动电流动全分析系统

技术领域：

本发明属于化学分析仪器技术领域，特别涉及流动分析技术和全分析系统。

背景技术：

自从荷兰《分析化学学报》(Anal.Chim.Acta)75年78卷第145至157页提出流动注射分析技术和90年237卷第329至343页提出顺序注射分析技术以来，流动分析技术已成为常用的溶液处理分析技术。流动分析系统可实施样品注入、溶液输运、分析反应和样品富集等分析功能，并能与各种分析仪器联用检测。但常规流动分析系统无适配的高效分离柱，其蠕动泵的输出压强低且流量脉动，而注射泵需吸液步骤只能间隙或交替驱动且控制难度大，所以至今流动分析系统还不具备对分析样品的高效分离功能；常规流动分析系统以流动分析部件为单元，其分析系统流路的组建较费事。荷兰《传感器和执行器》(Sensors and Actuators，90年B1卷第244至248页)提出了小型化化学分析系统，美国《科学》杂志(Science，93年261卷第895至897页)提出了微芯片化学分析系统，这些微全分析系统具有分离模式多、分析速度快、样品消耗少和运行成本低等特点。但因其采样量极小，所以检测难度大，需进行样品富集，使用相应的配套分析仪器和高灵敏检测器，如毛细管电泳仪、微芯片分析仪和激光诱导荧光法的激光器和光电检测器等；微全分析系统以毛细管、微流器件或微芯片为单元，组建微全分析系统需研制或选用不同的接口装置、混合流路基板或微芯片，故微分析系统在制造和配套上较费事；微分析系统虽然自身体积小、样品试剂消耗少，但其配套仪器和检测器较大，该全分析系统仍属实验室分析仪器，不适宜便携、现场和过程分析工作。

发明内容：

本发明提出一种可进行现场和过程分析的便携式动电流动全分析系统，以克服常规流动分析系统和微全分析系统的上述缺陷。

这种动电流动全分析系统，由光纤光谱仪LF、微电脑MC和直流高压稳压电源HV与动电流动分析单元组合EF构成；所述光纤光谱仪LF的光纤探头安置在动电流动分析单元组合EF中的微柱分离检测单元c的检测流通池LP光窗上，光纤光谱检测信号输送至微电脑MC的USB输入接口；直流高压稳压电源HV向动电流动分析单元组合EF中的电渗泵注入反应单元a的电渗泵P、微柱分离检测单元c的分析物输入接口IF和检测流通池LP的电极E提供大小可调和极性可变换的直流高压，并向各分析单元的电磁切换阀V1-V5提供通断的工作电压；电渗泵P、分析物输入接口IF和检测流通池LP的电极E，以及各电磁切换阀V1-V5的电源线连接接口卡，接口卡与微电脑MC串行口相连；

其特征在于：

所述动电流动分析单元组合EF由电渗泵注入反应单元a、富集功能单元b，以及微柱分离检测单元c三种基本分析单元根据需要进行组合连接构成；

将电渗泵P的输入端4连接至泵载流容器，其输出端连接至溶液储存环HC，再与电磁切换阀V2的公共端连接，该电磁切换阀V2的两个切换端之一作为单元输出端3，另一切换端与电磁切换阀V1的公共端连接，该电磁切换阀V1的两个切换端分别作为样品输入端1和试剂溶液输入端2，储存环HC和电磁切换阀V1和V2固定于单元底座上，构成所述电渗泵注入反应单元a；

将电磁切换阀V3的公共端作为单元输入端5，该切换阀的两个切换端之一与固相萃取微柱EC或编织反应管KT连接，固相萃取微柱EC或编织反应管KT的另一端作单元输出端，该电磁切换阀V3的另一切换端与电磁切换阀V4的公共端连接，该电磁切换阀V4的两个切换端分别作为样品输入端7和试剂溶液输入端8，构成所述富集功能单元b；

分析物输入接口IF的输入端作单元输入端9，其微柱端与分离微柱SC一端连接，分离微柱SC另一端接检测流通池LP输入端，电磁切换阀V5的两个切换端分别连接分析物输入接口IF的输出端和检测流通池LP的输出端，该电磁切换阀V5的公共端作单元的输出端10；或将单元底座三通的一端作单元输入端11，三通的另二端12和13分别与检测流通池LP的输入端和电磁切换阀V5的两个切换端之一连接，检测流通池LP的输出端与电磁切换阀V5的另一切换端连接，该切换阀的公共端作单元的输出端10；上述部件连接构成所述微柱分离检测单元c；

所述电渗泵注入反应单元a、富集功能单元b、微柱分离检测单元c分别由各自单元底座固定。

所述的分析单元组合连接，可根据需要采取以下的组合连接方式：

第一种组合连接方式为：将电渗泵注入反应单元a的输出端3与富集功能单元b的输入端5用管道连接，富集功能单元b的输出端6与固相萃取微柱EC或编织反应管KT用管道连接，固相萃取微柱EC或编织反应管KT再与微柱分离检测单元c的输入端9用管道连接；样品溶液和萃取剂由电渗泵注入反应单元a的电渗泵P经电磁切换阀V1吸入至溶液储存环HC，然后该单元的另一电磁切换阀V2切换至单元输出端3，富集功能单元b的电磁切换阀V3接通该单元输入端5和萃取微柱EC或编织反应管KT，微柱分离检测单元c的电磁切换阀V5切换至分析物输入接口IF输出端；泵载流推动溶液储存环HC内的分析溶液进入萃取微柱EC或编织反应管KT，分析物被保留于萃取微柱EC或编织反应管KT内；富集功能单元b的电磁切换阀V3接通电磁切换阀V4，电渗泵P吸入洗脱剂或反萃剂，然后该单元的电磁切换阀V3再接通萃取微柱EC或编织反应管KT，微柱分离检测单元c的电磁切换阀V5切换至检测流通池LP输出端，泵载流推动洗脱剂或反萃剂，将萃取微柱EC或编织反应管KT内的分析物洗脱或反萃富集；并将被富集的分析物推入微柱分离检测单元c的分离微柱SC和检测流通池LP，从而实施样品注入、反应、富集、分离和检测功能。

第二种组合连接方式为：将电渗泵注入反应单元a的输出端3与富集功能单元b的输入端5用管道连接，富集功能单元b的输出端6与固相萃取微柱EC或编织反应管KT用管道连接，固相萃取微柱EC或编织反应管KT再与微柱分离检测单元c的三通输入端11用管道连接，三通的12和13端分别与检测流通池LP的输入端和电磁切换阀V5的两个切换端之一连接；样品溶液和萃取剂由电渗泵注入反应单元a的电渗泵P经电磁切换阀V1吸入至溶液储存环HC，然后该单元的另一电磁切换阀V2切换至单元输出端3，富集功能单元b的电磁切换阀V3接通单元输入端5和萃取微柱EC或编织反应管KT，微柱分离检测单元c的电磁切换阀V5切换至分析物输入接口IF输出端；泵载流推动溶液储存环HC内的分析溶液进入萃取微柱EC或编织反应管KT，分析物被保留于萃取微柱EC或编织反应管KT内；富集功能单元b的电磁切换阀V3接通电磁切换阀V4，电渗泵P经电磁切换阀V4吸入洗脱剂或反萃剂，然后该单元的电磁切换阀V3再接通萃取微柱EC或编织反应管KT，微柱分离检测单元c的电磁切换阀V5切换至检测流通池LP输出端，泵载流推动洗脱剂或反萃剂，将萃取微柱EC或编织反应管KT内的分析物洗脱或反萃富集；并将被富集的分析物推入检测流通池LP，从而实施样品注入、反应、富集和检测功能。

第三种组合连接方式为：将电渗泵注入反应单元a的输出端3与微柱分离检测单元c的输入端9用管道连接；样品和试剂溶液由电渗泵注入反应单元a的电渗泵P经电磁切换阀V1吸入至溶液储存环HC，电磁切换阀V2切换至单元输出端3；微柱分离检测单元c的电磁切换阀V5切换至检测流通池LP输出端，泵载流推动溶液储存环HC内的分析溶液进入分离微柱SC和检测流通池LP，从而实施样品注入、反应、分离和检测功能。

第四种组合连接方式为：将电渗泵注入反应单元a的输出端3与微柱分离检测单元c的三通输入端11用管道连接，三通的12和13端分别与检测流通池LP的输入端和电磁切换阀V5的两个切换端之一连接；样品和试剂溶液由电渗泵注入反应单元a的电渗泵P经电磁切换阀V1吸入至溶液储存环HC，电磁切换阀V2切换至单元输出端3；微柱分离检测单元c的电磁切换阀V5切换至检测流通池LP输出端，泵载流推动溶液储存环HC内的分析溶液进入检测流通池LP，从而实施样品注入、反应和检测功能。

所述电渗泵注入反应单元a中的电渗泵P，由置于泵体中部的侧面封闭的多孔玻璃砂芯柱、砂芯柱两端的泵腔、泵腔内的电极腔和电极、电极腔内外的微孔隔离膜构成；所述的多孔玻璃砂芯柱为硼玻璃粉烧结柱，砂芯柱外套硼玻璃管壳，硼玻璃管两端与泵腔连接，砂芯柱长度为4～8cm，直径为6～12mm。

所述微柱分离检测单元c的电泳分离微柱SC采用在1～3mm内径石英管底端安置高聚物或烧结物片状多孔塞，石英管内填满细石英砂，石英砂顶端安置多孔塞构成，该柱两端分别与分析物输入接口IF的微柱端和检测流通池LP的输入端连接，安装于微柱分离检测单元c的底座上。

所述微柱分离检测单元c的色谱分离微柱SC采用在1～3mm内径石英管内用有机硅酸酯水解溶胶凝胶法或有机物单体聚合法合成比表面积大于100m²/g的整体柱床，然后键合色谱固定相构成，该柱两端分别与分析物输入接口IF的微柱端和检测流通池LP的输入端连接，安装于微柱分离检测单元c的底座上。

所述微柱分离检测单元c的电色谱分离微柱SC采用在1～3mm内径石英管内用有机硅酸酯水解溶胶凝胶法或有机物单体聚合法，合成填满细石英砂的比表面积大于100m²/g的整体柱床，然后键合色谱固定相构成，该柱两端分别与分析物输入接口IF的微柱端和检测流通池LP的输入端连接，安装于微柱分离检测单元c的底座上。

本发明所述动电作用是对电泳和电渗作用的总称。

由于本发明采用最大线尺度15cm的分析单元，并根据需要进行不同的分析单元组合连接，与光纤光谱仪、直流高压稳压电源和微电脑配套成便携式仪器设备，从而可实现现场和过程分析。微全分析系统虽然其分析系统体积小，但其配套仪器和检测仪器体积较大，仍属实验室分析设备。

由于本发明采用三种基本的可组合置换的规范化分析单元，使用中将分析单元组合连接即可，所以便于分析工作者组建不同分析功能的流动分析系统，实施多样化的现场和过程分析。而常规流动分析系统需将泵、阀、反应管道和检测器等部件用管路一一连接，组建流动分析系统较费时。微全分析系统需研制接口装置，选用不同的混合流路基板和不同功能的微芯片，其制造和配套较麻烦。

由于本发明采用电渗泵压力驱动，其设备简单、流量稳定无脉动(8小时RSD＜4.0％)、流量范围大(μL/min～mL/min)、工作压强高(1.5MPa)、驱动效率高(1～10mL/(min·mA))和驱动功率低(1～5W)；泵载流可与移动相兼容，所以电渗泵在微柱分离中可连续工作。流动分析系统采用蠕动泵和注射泵等机械泵，蠕动泵压强低且流量脉动，注射泵需吸液操作而间隙或交替驱动，同时注射泵的控制技术复杂，所以不利于常规流动分析系统实施高效分离技术。

由于本发明采用动电作用驱动、电渗泵压力驱动或动电作用-电渗泵压力复合驱动移动相，以及内径1～3mm的三种石英管电泳/色谱/电色谱分离微柱，所以具有多模式高效分离功能，属于全分析技术。常规流动分析系统不具备高效分离功能，仅属于溶液处理分析技术。

由于本发明的色谱和电色谱微柱在1～3mm内径石英管内以有机硅酸酯水解溶胶凝胶法或有机物单体聚合法合成比表面积大于100m²/g的整体柱床，在整体柱床表面键合色谱固定相，所以具有高分离效率。而常规流动分析系统不具备高效分离功能。

由于本发明使用1～3mm内径石英管电泳/色谱/电色谱分离微柱，采样体积可达到μL量级，所以检测灵敏度比微全分析系统提高10²～10³倍，可使用普通光度法检测，所以适合分析样品量充足和低浓度的环境监测和生产流程样品。微全分析系统采用10～100μm毛细管或微通道，采样体积仅为pL～nL量级，检测难度大，需要样品预富集或使用高灵敏检测器，所以微分析系统适合分析样品量少、贵重和高浓度的生物和药物样品。

由于本发明采用了专门的电泳/电色谱石英管分离微柱，电泳和电色谱分离微柱石英管填细石英砂作导热介质并减小电流通道截面，所以降低了电流热效应。微分析系统采用10～100μm毛细管或微通道降低电流热效应。

动电流动全分析系统是一种动电输运和分离分析结合的流动全分析系统，具有现场样品注入、溶液输运、分析反应、样品富集、高效分离和光度检测的全部分析功能；该全分析系统由动电流动分析单元组合连接构成，采用电渗泵输运和电泳/色谱/电色谱微柱分离；由微电脑控制电渗泵、微柱分离以及分析单元的电磁切换阀，控制软件为可视程序；此外动电流动全分析系统具有分析功能多、分离效率高、运行成本低、检测灵敏、组合便利、仪器简单和携带方便等特点，是一种便携式的适合现场和过程分析的全分析系统，又可称为便携式分析实验室。

附图说明：

图1是动电流动全分析系统及其附属设备的示意图，其中EF为分析单元组合，LF为光纤光谱仪，HV为直流高压稳压电源，MC为微电脑。

图2是动电流动全分析系统的三种基本分析单元以及注入、反应、富集、分离和检测实例示意图；

图3是动电流动全分析系统的注入、反应、富集和检测实例示意图；

图4是动电流动全分析系统的注入、反应、分离和检测实例示意图；

图5是动电流动全分析系统的注入、反应和检测实例示意图。

具体实施方式举例：

以下说明本发明专利的四个实施实例。

实施例1：

动电流动全分析系统由三种基本分析单元组合EF连接构成，包括电渗泵注入反应单元(见图2的a)、富集功能单元(见图2的b)，以及微柱分离检测单元(见图2的c)。在图2中，虚线框部分a、b和c分别给出了三种分析单元的分析流路示意图。

电渗泵注入反应单元a由一台电渗泵P、一个溶液储存环HC和二个电磁切换阀V1和V2组成，见图2的a部分。其分析功能包括样品和试剂溶液注入，储存环HC内反应并暂存，以及反应溶液输运至下级分析单元。电渗泵P由置于泵体中部的侧面封闭的多孔玻璃砂芯柱、砂芯柱两端的泵腔、泵腔内的电极腔和电极、电极腔内外的微孔隔离膜构成。所述的多孔玻璃砂芯柱为硼玻璃粉烧结柱，砂芯柱外壳为硼玻璃管，管两端与泵腔连接。

本实施例中的电渗泵P是由原专利ZL 97212126.9中的电渗泵改进制成，将电渗泵的砂芯柱长度增长为4～8cm，砂芯柱的直径缩小为6～12mm，砂芯柱外加硼玻璃管套。

原电渗泵是一种低输出压强(≤0.15MPa)、高输出流量(10mL/min)和低工作电压(≤500V)的输液泵，其砂芯柱长度和直径分别为1.3cm和35mm。由于本发明的电渗泵P用于驱动微柱电泳/色谱/电色谱移动相，其输出压强应达到1.0MPa，流量范围应为0.2～1.0mL/min。由于电渗作用具有迭加性，砂芯柱长度大于4cm且工作电压高于2500V时，输出压强才能达到1.0MPa。为满足电渗泵最大输出压强的工作条件，砂芯柱外壳采用硼玻璃管。本实例的直流高压稳压电源输出电压范围是20～5000V，电渗泵的砂芯柱长度为4～8cm时，电渗泵最大输出压强在1.0～1.5MPa范围。电渗泵流量与砂芯柱的有效截面积成正比，但大砂芯截面积也使电渗泵的工作电流增大。在电渗泵P工作电压较高时，应限制泵工作电流及其热效应，在满足移动相流量要求的前提下，砂芯柱的直径应小于12mm。本实例的砂芯柱的直径为6～12mm，电渗泵最大流量在0.6～1.5mL/min范围。电渗泵芯柱可采用化学处理法再生使用，再生处理步骤如下：用经0.45μm滤膜抽滤过的0.1mol/L碳酸钠、水、0.5mol/L盐酸、水、0.1mol/L氢氧化钠、水和泵载流溶液顺序抽洗(详细介绍见Talanta，2000年51卷第667至675页)。该分析单元的工作过程如下：当切换阀V2切换至切换阀V1时，电渗泵P通过切换阀V1的1和2端吸入样品和试剂溶液，在储存环HC内反应；接着切换阀V2切换至单元输出端3，电渗泵P推动反应溶液至下级分析单元，4端连接泵载流容器。电渗泵注入反应单元a中的一种中压强电渗泵实例参数如下：

泵芯柱径 8.7mm 泵芯长度 45mm

工作电压 20-5000V 最大压强 1.1MPa

最大电流 0.80mA 电流RSD ＜1.3％

工作流量 1.0μL/min-1.5mL/min 流量RSD ＜3.8％

驱动效率 2.6mL/(min·mA) 最大功率 4W

富集功能单元b由一个固相萃取微柱EC，一个编织反应管KT、二个电磁切换阀V3和V4组成，见图2的b部分。其富集功能包括固相萃取、离子交换、亲和层析和溶剂反萃等。实施固相萃取时，富集功能单元6端连接固相萃取微柱EC，切换阀V3切换至富集功能单元6端，电渗泵注入反应单元a的电渗泵P将样品溶液推入固相萃取微柱EC吸附；当切换阀V3切换至切换阀V4时，电渗泵P通过富集功能单元7端吸入洗脱液；最后切换阀V3再切换至富集功能单元6端，电渗泵P将吸入的洗脱液推进固相萃取微柱EC，将分析物洗脱富集，并向下级单元输运被富集的分析溶液。将固相萃取微柱更换为离子交换微柱或亲和层析微柱，可实施后两种富集功能。实施溶剂反萃富集时，富集功能单元6端连接编织反应管KT，切换阀V3切换至切换阀V4，电渗泵注入反应单元a的电渗泵P通过富集功能单元7端吸入有机溶剂；切换阀V3切换至富集功能单元6端，电渗泵P将有机溶剂推入编织反应管KT，在管内壁形成溶剂膜；切换阀V3切换至富集功能单元6端，电渗泵注入反应单元的电渗泵P将配合物推入编织反应管KT，配合物被分配到溶剂膜的有机相内；然后切换阀V3切换至切换阀V4，电渗泵P通过富集功能单元8端吸入反萃剂；切换阀V3再切换至富集功能单元6端，电渗泵P将反萃剂推入编织反应管KT，分析物被反萃富集，并向下级输运被富集的分析溶液。不需要富集的分析流程，可跨越本单元，直接输运至微柱分离检测单元c的分析物输入接口IF输入端9或三通输入端11。

微柱分离检测单元c由一个分析物输入接口IF、三种分离微柱SC、一个检测流通池LP和一个电磁切换阀V5组成，见图2的c部分。其分析功能包括微柱电泳、色谱和电色谱三种高效分离模式，以及紫外可见吸收检测。根据分析需要可更换三种不同的石英管分离微柱SC，SC两端分别与分析物输入接口IF的微柱端和检测流通池LP输入端连接。实施分离时，分析物溶液引入微柱分离检测单元c分析物输入接口IF的输入端9；当切换阀V5切换至检测流通池LP输出端时，可实施微柱分离和检测，分离物在检测流通池LP的吸收信号用光纤光谱仪LF检测并输入微电脑MC；当切换阀V5切换至分析物输入接口IF的输出端时，可进行流路清洗。若分析物不需分离直接检测时，分析溶液引入微柱分离检测单元c三通的11端，三通的12和13端分别连接检测流同吃LP的输入端和电磁切换阀的输入端和电磁切换阀V5的切换端；当切换阀V5切换至检测流通池LP的输出端时，分析溶液直接经三通输入检测流通池LP；切换阀的公共端10为分析废液排出端。

所述的注入、反应、富集、分离和检测分析系统由电渗泵注入反应单元a、富集功能单元b，以及微柱分离检测单元c组合连接，其流路见图2。电渗泵注入反应单元a的电渗泵P为上述中压强电渗泵；富集功能单元b的固相萃取微柱EC长2cm，内径2mm，内填60-80目的732阳离子树脂；电泳分离微柱由内径1～3mm的石英管底端安置高聚物或烧结物片状多孔塞，向石英管内填满细石英砂，石英管的石英砂顶端再安置多孔塞制成。分析过程如下：将电渗泵注入反应单元a的输出端3与富集功能单元b的输入5端用管道连接，将富集功能单元b的6端连接至固相萃取微柱EC，EC另一端连接至微柱分离检测单元c的输入端9；切换阀V2切换至切换阀V1，切换阀V3接通输入端5和固相萃取微柱EC，切换阀V5切换至分析物输入接口IF的输出端；电渗泵P通过切换阀V1吸入0.5mL含pH 2.8，10mmol/L磷酸缓冲液的苯丙氨酸、色氨酸和组氨酸分析溶液至溶液储存环HC；切换阀V2切换至单元输出端3，电渗泵P推动泵载流pH 11，5mmol/L磷酸缓冲液将溶液储存环HC内的分析溶液推入固相萃取微柱EC，使氨基酸吸附；然后切换阀V3切换至切换阀V4，电渗泵P通过切换阀V4的7端定时吸入5μL 2.0mol/L氨水洗脱液；切换阀V3再切换回萃取微柱EC，切换阀V5切换至检测流动池LP输出端，将分析物输入接口IF和检测流通池LP的电极池电极E与电泳仪电源接通(200V/cm)，此时在电渗泵P压力和动电作用复合驱动下将洗脱的分析溶液输入电泳分离微柱SC，进行电泳分离，分离区带流经检测流通池LP，检测波长为220nm；三种氨基酸的分离度大于1.2，富集倍数约55倍。而流动分析系统不具备高效分离功能。

实施例2：

所述的注入、反应、富集和检测分析系统由电渗泵注入反应单元a、富集功能单元b，以及微柱分离检测单元c组成，其流路见图3。本实例采用的电渗泵P与实例1相同，采用的固相萃取微柱EC尺寸与实例1相同，内填60～100目羧酸型阳离子交换树脂，用于富集阳离子药物普萘洛尔和美托洛尔。分析过程如下：将电渗泵注入反应单元a的输出端3与富集功能单元b的输入5端连接，将富集功能单元b的6端连接固相萃取微柱EC，EC输出端连接微柱分离检测单元c底座三通的11端，三通的12和13端分别连接检测流通池LP的输入端和切换阀V5的二个切换端之一；切换阀V2切换至切换阀V1，电渗泵注入反应单元a的电渗泵P通过切换阀V1吸入1.0mL样品溶液至溶液储存环HC；切换阀V2切换至输出端3，切换阀V3切换至富集功能单元b的6端，电渗泵P推动分析溶液至固相萃取微柱EC，分析物被吸附于固相萃取微柱EC上；然后切换阀V3切换至切换阀V4，电渗泵P通过切换阀V4的7端吸入10μL 2.0mol/LNH₄Cl洗脱液；切换阀V3再次切换至富集功能单元b的6端，切换阀V5切换至检测流通池LP的输出端，电渗泵P将洗脱液推入固相萃取微柱EC，洗脱的分析物被输送至微柱分离检测单元c三通的输入端11，流经检测流通池LP，检测波长为210nm，方法的富集倍数达76倍。

实施例3：

所述的注入、反应、分离和检测分析系统由电渗泵注入反应单元a和微柱分离检测单元c组合连接，其流路见图4。本实例采用电渗泵P压力和动电作用复合驱动分析溶液和移动相，实现微柱电色谱分离。由于高比表面积整体柱的多孔率高(50～60％)和反压低(0.1～0.4MPa)，电渗泵P提供的压强可满足电色谱微柱的分离要求。石英管电色谱分离微柱SC的内径为1～3mm，柱长为10cm，采用正硅酸四乙酯-盐酸-聚乙二醇溶胶凝胶法和填细石英砂合成整体柱床，在电色谱分离微柱内键合C₈固定相，比表面积为200～360m²/g。本实例采用反相电色谱法分离了苯酚、苯和萘，流动相为含pH 8.0，6mmol/LTris-HCl的45％(v/v)乙腈水溶液。由于本系统采用电色谱分离技术，其定性分析使用色谱的相对保留时间法。我们曾采用硅酸钾-氢氧化钾-甲酰胺溶胶凝胶法和填细石英砂合成电色谱整体柱，该整体柱的比表面积仅18m²/g，未能实现分析物的基线分离(分析化学，2003年31卷第698至701页)。本发明中微柱分离检测单元的一种电色谱微柱尺寸和分离参数如下：

分离柱径 2.2 mmi.d 分离柱长 10cm

分离效率 5×10⁴ N/m 分离度 2.4

分离场强 200 V/cm 工作电流 200μA

电渗流量 9.3×10^-12 m²/(V·s) 比表面积 (200～360)m²/g

多孔率 51 ％

分析过程如下：将电渗泵注入反应单元a的输出端3与微柱分离检测单元c的输入端9连接；当切换阀V2切换至切换阀V1时，电渗泵注入反应单元a的电渗泵P通过切换阀V1定时吸入10μL分析溶液；然后切换阀V2切换至输出端3，切换阀V5切换至检测流通池LP输出端，同时分析物输入接口IF和检测流通池LP电极池的电极E与电泳仪电源接通(200V/cm)，此时在电渗泵P压力和动电作用复合驱动下分析溶液输入电色谱分离微柱SC，进行电色谱分离，分离区带流经检测流通池LP，检测波长为254nm。本实例中苯酚和苯的浓度检出限分别为0.07和0.26mg/L，分离效率为5×10⁴N/m，分离度为2.4。而采用微分析系统的毛细管区带电泳在210nm苯酚的浓度检出限为1.86mg/L。分离完成后，切换阀V5切换至分析物输入接口IF的输出端，电渗泵P以载流-移动相清洗流路并排出分析物输入接口IF电极池内的电极反应气体。

实施例4：

所述的注入、反应和检测分析系统由电渗泵注入反应单元a以及微柱分离检测单元c组合连接，其流路见图5。分析过程如下：将电渗泵注入反应单元a的输出端3与微柱分离检测单元c的三通输入端11连接，三通12和13端分别连接检测流通池LP的输入端和电磁切换阀V5的二个切换端之一；当切换阀V2切换至切换阀V1时，电渗泵P通过切换阀V1的输入端2和输入端1交替定时吸入10μL含0.5mol/L磷酸的25mmol/L 4-氨基苯磺酰胺和2mmol/L N-(1-萘基)-乙二胺二盐酸盐溶液、10μL分析溶液和10μL前述试剂溶液至溶液储存环HC，发生显色反应；然后切换阀V2切换至输出端3，切换阀V5切换至检测流通池LP输出端，电渗泵P将溶液储存环HC内的显色溶液经微柱分离检测单元c的三通输运至检测流通池LP，检测波长为540nm。该方法用于检测水样中的亚硝酸根，检出限为1μg/L。

Claims

1.一种这种动电流动全分析系统，由光纤光谱仪(LF)、微电脑(MC)和直流高压稳压电源(HV)与动电流动分析单元组合(EF)构成；所述光纤光谱仪(LF)的光纤探头安置在动电流动分析单元组合(EF)中的微柱分离检测单元(c)的检测流通池(LP)光窗上，光纤光谱检测信号输送至微电脑(MC)的USB输入接口；直流高压稳压电源(HV)向动电流动分析单元组合(EF)中的电渗泵注入反应单元(a)的电渗泵(P)、微柱分离检测单元(c)的分析物输入接口(IF)和检测流通池(LP)的电极(E)提供大小可调和极性可变换的直流高压，并向各分析单元的电磁切换阀(V1-V5)提供通断的工作电压；电渗泵(P)、分析物输入接口(IF)和检测流通池(LP)的电极(E)，以及各电磁切换阀(V1-V5)的电源线连接接口卡，接口卡与微电脑(MC)串行口相连；

其特征在于：

所述动电流动分析单元组合(EF)由电渗泵注入反应单元(a)、富集功能单元(b)，以及微柱分离检测单元(c)三种基本分析单元根据需要进行组合连接构成；

将电渗泵(P)的输入端(4)连接至泵载流容器，其输出端连接至溶液储存环(HC)，再与第二电磁切换阀(V2)的公共端连接，该第二电磁切换阀(V2)的两个切换端之一作为单元输出端(3)，另一切换端与第一电磁切换阀(V1)的公共端连接，该第一电磁切换阀(V1)的两个切换端分别作为样品输入端(1)和试剂溶液输入端(2)，储存环(HC)和第一、第二电磁切换阀(V1和V2)固定于单元底座上，构成所述电渗泵注入反应单元(a)；

将第三电磁切换阀(V3)的公共端作为单元输入端(5)，该切换阀的两个切换端之一与固相萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)连接，固相萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)的另一端作单元输出端，该第三电磁切换阀(V3)的另一切换端与第四电磁切换阀(V4)的公共端连接，该第四电磁切换阀(V4)的两个切换端分别作为样品输入端(7)和试剂溶液输入端(8)，构成所述富集功能单元(b)；

分析物输入接口(IF)的输入端作单元输入端(9)，其微柱端与分离微柱(SC)一端连接，分离微柱(SC)另一端接检测流通池(LP)输入端，第五电磁切换阀(V5)的两个切换端分别连接分析物输入接口(IF)的输出端和检测流通池(LP)的输出端，该第五电磁切换阀(V5)的公共端作单元的输出端(10)；或将单元底座三通的一端作单元输入端(11)，三通的另二端(12和13)分别与检测流通池(LP)的输入端和第五电磁切换阀(V5)的两个切换端之一连接，检测流通池(LP)的输出端与第五电磁切换阀(V5)的另一切换端连接，该切换阀的公共端作单元的输出端(10)；上述部件连接构成所述微柱分离检测单元(c)；

所述电渗泵注入反应单元(a)、富集功能单元(b)、微柱分离检测单元(c)分别由各自单元底座固定。

2.如权利要求1所述的动电流动全分析系统，特征在于当实施样品注入、反应、富集、分离和检测功能时，所述的分析功能单元采取的组合连接方式为：将电渗泵注入反应单元(a)的输出端(3)与富集功能单元(b)的输入端(5)用管道连接，富集功能单元(b)的输出端(6)与固相萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)用管道连接，固相萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)再与微柱分离检测单元(c)的输入端(9)用管道连接；样品溶液和萃取剂由电渗泵注入反应单元(a)的电渗泵(P)经第一电磁切换阀(V1)吸入至溶液储存环(HC)，然后该单元的第二电磁切换阀(V2)切换至单元输出端(3)，富集功能单元(b)的第三电磁切换阀(V3)接通该单元输入端(5)和萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)，微柱分离检测单元(c)的第五电磁切换阀(V5)切换至分析物输入接口(IF)输出端；泵载流推动溶液储存环(HC)内的分析溶液进入萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)，分析物被保留于萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)内；富集功能单元(b)的第三电磁切换阀(V3)接通第四电磁切换阀(V4)，电渗泵(P)吸入洗脱剂或反萃剂，然后该单元的第三电磁切换阀(V3)再接通萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)，微柱分离检测单元(c)的第五电磁切换阀(V5)切换至检测流通池(LP)输出端，泵载流推动洗脱剂或反萃剂，将萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)内的分析物洗脱或反萃富集；并将被富集的分析物推入微柱分离检测单元(c)的分离微柱(SC)和检测流通池(LP)。

3.如权利要求1所述的动电流动全分析系统，特征在于当实施样品注入、反应、富集和检测功能时，所述的分析功能单元采取的组合连接方式为：将电渗泵注入反应单元(a)的输出端(3)与富集功能单元(b)的输入端(5)用管道连接，富集功能单元(b)的输出端(6)与固相萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)用管道连接，固相萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)再与微柱分离检测单元(c)的三通输入端(11)用管道连接，三通的(12和13)两端分别与检测流通池(LP)的输入端和第五电磁切换阀(V5)的两个切换端之一连接；样品溶液和萃取剂由电渗泵注入反应单元(a)的电渗泵(P)经第一电磁切换阀(V1)吸入至溶液储存环(HC)，然后该单元的第二电磁切换阀(V2)切换至单元输出端(3)，富集功能单元(b)的第三电磁切换阀(V3)接通单元输入端(5)和萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)，微柱分离检测单元(c)的第五电磁切换阀(V5)切换至分析物输入接口(IF)输出端；泵载流推动溶液储存环(HC)内的分析溶液进入萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)，分析物被保留于萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)内；富集功能单元(b)的第三电磁切换阀(V3)接通第四电磁切换阀(V4)，电渗泵(P)经第四电磁切换阀(V4)吸入洗脱剂或反萃剂，然后该单元的第三电磁切换阀(V3)再接通萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)，微柱分离检测单元(c)的第五电磁切换阀(V5)切换至检测流通池(LP)输出端，泵载流推动洗脱剂或反萃剂，将萃取微柱(EC)或编织反应管(KT)内的分析物洗脱或反萃富集；并将被富集的分析物推入检测流通池(LP)。

4.如权利要求1所述的动电流动全分析系统，特征在于当实施样品注入、反应、分离和检测功能时，所述的分析功能单元采取的组合连接方式为：将电渗泵注入反应单元(a)的输出端(3)与微柱分离检测单元(c)的输入端(9)用管道连接；样品和试剂溶液由电渗泵注入反应单元(a)的电渗泵(P)经第一电磁切换阀(V1)吸入至溶液储存环(HC)，第二电磁切换阀(V2)切换至单元输出端(3)；微柱分离检测单元(c)的第五电磁切换阀(V5)切换至检测流通池(LP)输出端，泵载流推动溶液储存环(HC)内的分析溶液进入分离微柱(SC)和检测流通池(LP)。

5.如权利要求1所述的动电流动全分析系统，特征在于当实施样品注入、反应和检测功能时，所述的分析功能单元采取的组合连接方式为：将电渗泵注入反应单元(a)的输出端(3)与微柱分离检测单元(c)的三通输入端(11)用管道连接，三通的(12和13)两端分别与检测流通池(LP)的输入端和第五电磁切换阀(V5)的两个切换端之一连接；样品和试剂溶液由电渗泵注入反应单元(a)的电渗泵(P)经第一电磁切换阀(V1)吸入至溶液储存环(HC)，第二电磁切换阀(V2)切换至单元输出端(3)；微柱分离检测单元(c)的第五电磁切换阀(V5)切换至检测流通池(LP)输出端，泵载流推动溶液储存环(HC)内的分析溶液进入检测流通池(LP)。

6.如权利要求1所述的动电流动全分析系统，特征在于所述电渗泵注入反应单元(a)中的电渗泵(P)，由置于泵体中部的侧面封闭的多孔玻璃砂芯柱、砂芯柱两端的泵腔、泵腔内的电极腔和电极、电极腔内外的微孔隔离膜构成；所述的多孔玻璃砂芯柱为硼玻璃粉烧结柱，砂芯柱外套硼玻璃管壳，硼玻璃管两端与泵腔连接，砂芯柱长度为4～8cm，直径为6～12mm。

7.如权利要求1所述的动电流动全分析系统，特征在于所述微柱分离检测单元(c)的电泳分离微柱(SC)采用在1～3mm内径石英管底端安置高聚物或烧结物片状多孔塞，石英管内填满细石英砂，石英砂顶端安置多孔塞构成，该柱两端分别与分析物输入接口(IF)的微柱端和检测流通池(LP)的输入端连接，安装于微柱分离检测单元(c)的底座上。

8.如权利要求1所述的动电流动全分析系统，特征在于所述微柱分离检测单元(c)的色谱分离微柱(SC)采用在1～3mm内径石英管内用有机硅酸酯水解溶胶凝胶法或有机物单体聚合法合成比表面积大于100m²/g的整体柱床，然后键合色谱固定相构成，该柱两端分别与分析物输入接口(IF)的微柱端和检测流通池(LP)的输入端连接，安装于微柱分离检测单元(c)的底座上。

9.如权利要求1所述的动电流动全分析系统，特征在于所述微柱分离检测单元(c)的电色谱分离微柱(SC)采用在1～3mm内径石英管内用有机硅酸酯水解溶胶凝胶法或有机物单体聚合法，合成填满细石英砂的比表面积大于100m²/g的整体柱床，然后键合色谱固定相构成，该柱两端分别与分析物输入接口(IF)的微柱端和检测流通池(LP)的输入端连接，安装于微柱分离检测单元(c)的底座上。