CN111757849B - 微珠及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及能够控制样品的pH的微珠。本发明可以在没有诸如用于控制pH的附加阀门系统的自动化装置等的情况下将样品的pH控制为等于、近似于或接近于目标pH，并由此可以容易地应用于需要pH控制的领域。

Description

微珠及其制造方法
技术领域
本发明涉及能够调节样品的pH的微珠，并且涉及通过使样品通过控制在期望的pH的微珠而可以容易地调节样品的pH的微珠。
背景技术
通常，为了调节pH，将酸或碱溶液加入到样品中，通过pH计或pH试纸传感器测量样品的pH值，并进行优化以达到期望的pH值。
然而，现有技术中的这种一系列工艺不经济，因为它们具有劳动密集和耗时的缺点。此外，常规的自动pH控制系统需要大量的时间和金钱以通过阀门系统使通过连续地加入酸或碱经由电化学系统实时观察样品的pH的过程自动化。
因此，需要可以以简单且经济的方式调节pH的材料和方法。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供微珠，该微珠能够简单且快速地将样品调节至期望的特定pH。
技术方案
为了解决上述问题，本发明提供微珠，该微珠具有通过静电相互作用吸附到微珠表面上的Si-OH基团上的共轭酸和共轭碱。
所述微珠可以用于控制样品的pH值。
根据一个实施方案，所述微珠可以具有选自pH 1至13的特定pH。
根据一个实施方案，所述微珠可以是二氧化硅类玻璃微珠。
根据一个实施方案，所述微珠的平均直径可以为100μm至300μm。
根据另一实施方案，本发明提供一种所述微珠的制造方法，包括以下步骤：
将微珠浸渍在包含共轭酸和共轭碱的缓冲溶液中，以使所述共轭酸和共轭碱组分吸附到微珠上；和
使溶剂挥发来制造具有可控的pH的微珠。
根据一个实施方案，所述使溶剂挥发可以在40℃至70℃的惰性气体气氛中进行。
另外，所述惰性气体可以包括选自氮气、氩气和氦气中的至少一种。
根据本发明的另一实施方案，可以提供一种用于控制样品的pH值的装置，该装置包括所述微珠。
根据本发明的又一实施方案，可以提供一种用于控制样品的pH值的pH调节系统，该pH调节系统包括所述微珠。
本发明的实施方案的其它具体细节包括在下面的详细描述中。
有益效果
根据本发明，可以在没有诸如用于pH调节的附加阀门系统的自动化装置的情况下，以简单且容易的方式将样品控制为期望的pH。因此，可以节省时间和金钱，并且有效地应用于各种领域。
附图说明
图1是示出所述微珠的示意图；
图2是根据本发明的一个实施方案的装置的示意图；
图3是示出结果值的偏差与微珠的pH之间的关系的图。
具体实施方式
由于在本发明中可以进行各种修改和变化，因此，在附图中示出了具体实施方案，并且将在详细说明中详细描述。然而，应当理解的是，本发明不意在局限于具体实施方案，而是包括落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。在本发明的下面描述中，如果确定已知功能的详细描述会使本发明的要点模糊，则将省略该详细描述。
如本文所使用，除非另外说明，否则术语单数“微珠”可以与复数“微珠”互换使用。此外，除非另外说明，否则术语的单数表达可以理解为包括该术语的复数表达，并且术语的复数表达可以理解为包括该术语的单数表达。
除非在本说明书中另外说明，否则使用表述“至”作为包括相应数值的表述。具体地，例如，表述“1至2”表示不仅包括1和2，而且还包括1与2之间的所有数值。
下文中，将更详细地描述根据本发明的实施方案的微珠及其制造方法。
本发明提供一种微珠的制造方法，包括以下步骤：
将微珠浸渍在包含共轭酸和共轭碱的缓冲溶液中，以使所述共轭酸和共轭碱组分吸附到微珠上；和
使溶剂挥发来制造具有可控的pH的微珠。
通过将样品通过如上所述制造的微珠，可以将样品调节至期望的pH。
根据一个实施方案，所述样品可以是中性样品，例如，可以是pH值为6.8至7.9，例如，pH为7的样品。
根据一个实施方案，使溶剂挥发可以在40℃至70℃，例如，50℃的惰性气体气氛中进行。所述惰性气体可以包括，例如，选自氮气、氩气和氦气中的一种或多种，例如，可以使用氮气(N2)。也可以在这种惰性气体吹扫的过程中在减压下使溶剂挥发。
根据一个实施方案，对溶剂没有特别地限制，只要它是根据共轭酸和共轭碱的类型而良好地溶解各个物质的物质即可，例如，可以包括蒸馏水、去离子水等。
根据一个实施方案，所述缓冲溶液可以具有选自pH 1至13的特定pH，并且根据各个缓冲溶液，所述微珠可以被控制为具有选自pH 1至13的特定pH。具体地，可以将微珠浸渍在具有选自pH 1至13的特定pH的缓冲溶液中，以使微珠具有与缓冲溶液的pH相同或相似或接近的pH。
根据一个实施方案，所述微珠可以包括，例如，二氧化硅类微珠，具体地，例如，二氧化硅类玻璃微珠。所述微珠在制造工艺的过程中可以具有很好地涂覆在表面上的盐，并且可以在表面上具有OH基团，使得当样品通过微珠时，涂覆在微珠表面上的盐可以洗脱到样品中。即，通过静电相互作用，缓冲溶液中包含的共轭酸和共轭碱被吸附到微珠表面的Si-OH基团上，使得当样品通过微珠时，共轭酸和共轭碱可以被洗脱。由此，本发明中使用的微珠可以在缓冲溶液中充当载体，并且可以没有特别限制地使用，只要缓冲溶液中的所有组分被良好地吸附即可。在微珠具有多孔结构的情况下，由于其大的表面积，它可以有利于调节更大体积的样品的pH。此外，对微珠的平均直径没有特别地限制，并且可以是，例如，100μm至300μm，例如，150μm至210μm。如上所述，具有可控的pH的微珠的示意图示于图1中。
根据一个实施方案，对于各个期望的pH浓度，缓冲溶液可以通过使用表1中示出的共轭酸和共轭碱化合物试剂来制备。
[表1]
盐酸/氯化钾
甘氨酸/盐酸
邻苯二甲酸氢钾/盐酸
柠檬酸/柠檬酸钠
乙酸钠/乙酸
邻苯二甲酸氢钾/氢氧化钠
邻苯二甲酸氢二钠/正磷酸二氢钠
邻苯二甲酸氢二钾/正磷酸二氢钾
正磷酸二氢钾/氢氧化钠
巴比妥钠/盐酸
三(羟甲基)氨基甲烷/盐酸
四硼酸钠/盐酸
甘氨酸/氢氧化钠
碳酸钠/碳酸氢钠
四硼酸钠/氢氧化钠
碳酸氢钠/氢氧化钠
正磷酸氢钠/氢氧化钠
氯化钾/氢氧化钠
更具体地，可以根据下面方程式1的Henderson-Hasselbach方程式，通过调节共轭碱与共轭酸的比例来制备具有期望的pH的缓冲溶液：
[方程式1]
Figure BDA0002642351720000051
Figure BDA0002642351720000052
Figure BDA0002642351720000053
其中，Ka是酸离解常数，[HA]是酸的浓度，[A-]是共轭碱的浓度，[H+]是氢离子的浓度。
换言之，可以通过弱酸/强酸、酸/碱、酸/共轭碱、弱碱/强碱或盐/碱的试剂组合来制备具有pH大于0且pH小于14或pH 1至pH 13的缓冲溶液。通常，可以利用酸/碱试剂组合及其相应的组成比来制备具有不同pH值的缓冲液。然而，例如，弱酸/强酸试剂组合可以主要用于制备pH 2至pH 4的酸性缓冲溶液，弱碱/强碱试剂组合可以主要用于制备pH 9至pH 11的碱性缓冲溶液。
另外，pH缓冲溶液中的所有组分可以被吸附到微珠上。此时，微珠的pH可以根据各个pH缓冲溶液中除了溶剂组分之外的物质的所有组分的组成比来确定，例如，根据表1中的化合物的组成比确定。当样品通过如上所述制造的微珠时，吸附在微珠上的盐被洗脱以改变样品的pH，从而控制样品具有期望的pH。
例如，在表1中，在邻苯二甲酸氢钾/盐酸的情况下，邻苯二甲酸氢钾用作弱酸，盐酸用作强酸。来自邻苯二甲酸氢钾和共轭碱的氢离子浓度根据加入的强酸、盐酸的量来确定，从而调节pH。
根据本发明的另一实施方案，可以通过提供包括上述微珠的装置来更简单且经济地调节样品的pH。包含根据本发明的微珠的装置可以具有：入口10，通过其注入样品；通道20，通过其调节注入的样品的pH；和出口30，通过其排出具有被调节后的pH的样品。其作为一个实例在图2中示出。此外，例如，可以设置多个如图2中所示的装置，并且每个装置可以填充有具有不同pH的微珠，从而提供能够并联地控制样品的pH的装置。具体地，例如，可以将样品注入到一个整合的注入部分，注入的样品可以分别同时通过多个通道，并且通过包括在各个通道中的pH可控的微珠而调节至期望的pH，并且可以通过各个出口排出。这种装置更有效，因为样品的pH可以同时调节以节省时间和精力。
另外，根据另一实施方案，可以提供一种应用上述原理的pH调节系统。
下文中，将详细描述本发明的实施例，以使本领域技术人员可以容易地实施本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应理解为局限于本文中阐述的实施例。
制备实施例：制备缓冲溶液
如下面表2中所示制备pH 1至13的缓冲溶液。
[表2]
pH 描述
1 50ml(0.2M KCI)+134mL(0.2M HCI)
2 100mL(0.1M KH2PO4)+99.0mL(0.1M HCI)
3 100mL(0.1M KH2PO4)+44.6mL(0.1M HCI)
4 100mL(0.1M KH2PO4)+0.2mL(0.1M HCI)
5 100mL(0.1M KH2PO4)+4.5mL(0.1M NaOH)
6 100mL(0.1M KH2PO4)+11.2mL(0.1MNaOH)
7 100mL(0.1M KH2PO4)+58.2mL(0.1M NaOH)
8 100mL(0.1M KH2PO4)+93.4mL(0.1M NaOH)
9 100mL(0.025M Na2B4O7.10H2O)+9.2mL(0.1M HCI)
10 100mL(0.025M Na2B4O7.10H2O)+36.6mL(0.1M NaOH)
11 100mL(0.05M NaHCO3)+45.4mL(0.1M NaOH)
12 100mL(0.05M Na2HPO4)+53.8mL(0.1M NaOH)
13 50mL(0.2M KCl)+132mL(0.2M NaOH)
实施例和比较例
为了制造pH可控的微珠，将200mg的二氧化硅类玻璃微珠(平均粒度为150μm至210μm)在5mL的根据上面制备实施例的各个缓冲溶液中培养。之后，在氮气(N2)气氛下使溶剂组分挥发，制造具有各个pH浓度的微珠。改变使溶剂组分挥发的温度来制造根据实施例和比较例的微珠。具体地，在室温下制造根据比较例1的微珠，在50℃下制造根据实施例1的微珠，在90℃下制造根据比较例2的微珠。
实验例
通过使用pH为4、6、9和10的样品作为参照标准溶液来校准pH测量仪器(S220SevenComactTM pH/Ion(METTLER TOLEDO))的pH之后，测量样品的pH。将2mL的样品通过各个pH可控的微珠之后，测量样品的pH。结果示于表3中。
[表3]
Figure BDA0002642351720000071
根据表3的结果示于图3中。如表3和图3中所示，可以看出，使用各个微珠的结果根据制造过程中的温度的变化而不同。具体地，可以看出，当使用根据实施例1的微珠时，样品的pH偏差最小，而当使用根据比较例1和比较例2的微珠时，偏差显著增加。
尽管已经参照本发明的具体实施例具体示出并描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，这些具体描述仅是优选实施例，并且本发明的范围不限于此。因此，本发明的范围意在由所附权利要求书及其等同物限定。

Claims (9)

1.微珠，该微珠具有通过静电相互作用吸附到微珠表面上的Si-OH基团上的共轭酸和共轭碱，
其中，所述微珠用于控制样品的pH值。
2.根据权利要求1所述的微珠，其中，所述微珠具有选自pH 1至13的特定pH。
3.根据权利要求1所述的微珠，其中，所述微珠是二氧化硅类玻璃微珠。
4.根据权利要求1所述的微珠，其中，所述微珠的平均直径为100μm至300μm。
5.一种权利要求1所述的微珠的制造方法，包括以下步骤：
将微珠浸渍在包含共轭酸和共轭碱的缓冲溶液中，以使所述共轭酸和共轭碱组分吸附到微珠上；和
使溶剂挥发来制造具有可控的pH的微珠。
6.根据权利要求5所述的微珠的制造方法，其中，所述使溶剂挥发在40℃至70℃的惰性气体气氛中进行。
7.根据权利要求6所述的微珠的制造方法，其中，所述惰性气体包括选自氮气、氩气和氦气中的至少一种。
8.一种用于控制样品的pH值的装置，该装置包括权利要求1所述的微珠。
9.一种用于控制样品的pH值的pH调节系统，该pH调节系统包括权利要求1所述的微珠。
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