（分析化学专业论文）电动流动分析系统的理论及应用研究.pdf

主里型兰丝查查兰壁主兰堡生三兰： 塑兰 缩写 b d e s ：b i d i r e c t i o r m le l e c t r o s t a c k i n g ( 双向电堆积) b i a ：b e a di n j e c t i o na n a l y s i s ( 粒珠注射分析) b r ( b t ) ：b u f f e rs o l u t i o nc h a n n e l ( 缓冲溶液通道、富集管) c e ： c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ( 毛细管电泳) c e c - c a p i l l a r ye l e c t r o c h r o m a t o g r a p h y ( 毛细管电色谱的) c z e ： c a p i l l a r y z o n ee l e c t r o p h o r e s i s ( 毛细管区带电泳) c g e ： c a p i l l a r y g e le l e c t r o p h o r e s i s ( 毛细管凝胶电泳) c i e ： c a p i l l a r yi o n i ce l e c t r o p h o r e s i s ( 毛细管离子电泳) c i e f ： c a p i l l a r yi s o e l e c t r i cf o c u s i n g ( 毛细管等电聚焦) e k f a ：e l e c t r o k i n e t i c f l o wa n a l y s i s ( 电动流动分析) e o f ：e l e c t r o o s m o t i cf l o w ( 电渗流) e s ： e l e c t r o s t a c k i n g ( 电堆积) f a s i ： f i e l d a m p l i f i e ds a m p l ei n j e c t i o n ( 场放火进样) f i a ：f l o wi n j e c t i o na n a l y s i s ( 流动注射分析) g f a a s ：g r a p h i t ef u r n a c ea t o m i ca b s o r p * i o ns p e c t r o m e t r y ( 秆墨炉原子吸收分光光度法) h p c e ：h i g hp e r f o r m a n c ec a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ( 高效毛细管电泳) h p l c ：h i g hp e r f o r m a n c ec a p i l l a r yl i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( 高效液相色谱) i p u ： i n t e g r a t e dp r e c o n c e n t r a t i o nu n i t ( 集成化的预富集单元) i t p ： i s o t a c h o p h o r e s i s( 等速电泳) l c ：l i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( 液相色谱) l v s s ：l a r g e v o l u m es a m p l es t a c k i n g ( 大体积进样) m c e ：m i c r o - c u l u m ne l e c t r o p h o r e s i s ( 微柱电泳) m c e c ：m i c r o c u l u m n e l e c t r o c h r o m a t o g r a p h y ( 微柱电色谱) m e c c ( m e k c ) ：m i c e l l a re l e c t r o k i n e t i cc a p i l l a r yc h r o m a t o g r a p h y ( 胶束电动毛细管色谱) n u e f ：n o n - u n i f o r me l e c t r i cf i e l d ( 非均匀电场) p r ：p r e - c o n c e n t r a t i o nc h a n n e l ( 预富集通道) r s d ：m l m i v es t a n d a r dd e v i a t i o n ( 相对标准偏差) s b ：s a l tb r i d g e ( 盐桥) s i a ： s e q u e n t i a li n j e c t i o na n a l y s i s ( 顺序注射分析) s p l ： s e p a r a t i o n p r e - c o n c e n t r a t i o nl i n e ( 分离富集柱) s t ： s a m p l et u b e ( 样品管) “t a s ： m i c r ot o t a la n a l y s i ss y s t e m s ( 微全分析系统) t m a a ：t e t r a m e t h y l a m l n o n i u mh y dr o x i d e ，a c e t i ca c i d ( 四甲基氢氧化氦醋酸) 中国科学技术大学博上学位论文 中文摘要 摘要 本论文基于毛细管电泳、毛细管电色谱和流动注射分析的原理和实验技术，建立了一套 依靠电动作用，包括两两瓣海孽_ 采j 甄多种分离分析功能的新l ! 速垫坌堑i 篁卜电动流 动分析系统( e k f a ) ，探讨和优化了e k f a 系统的实验技术并开展了系统的应川研究，提出 了等最双南电荷非均匀场电泳宙集理论模刑升进行了实验验证，应_ l j 1 均匀场电泳富集机理 发展了毛细管区带电泳的进样浓缩技术。此外，进t ? te k f a 系统电渗泵的驱动性能改进 并进行了微柱电泳电色谱的初步研究r 作。 1 、e k f a 系统的建立与痕量分析应用。建立了一种综合分析化学系统点k f a 系统，其主 ，、要功能是，利川电泳分离富集和电渗驱动，与常规检测器联j _ ，对超低浓度的不同阴阳离子 进行同时分离富集和检测。( ”与离子选择叱极检测法结合，对纯净水中的n o r 进行富集 和检测。( 2 ) 对e k f a 系统的实用性加以改进，使系统结构更加简单，操作更方便，分离富 集性能得到提高，与石墨炉原子吸收法联_ 【1 = | ，对矿泉水中c r ( v i ) 和p b ( i i ) 的进行了同 时分离富集和测定。( 3 ) 研制成便携式e k f a 系统，由一个双向电堆积柱、单个自制电渗泵 和几个电磁阀组成，电渗泵的性能得到改进，系统揲作由计算机自动控制，并成功地应用于 低矿化水中c r ( v i ) 和c d ( i i ) 的同时分离富集雨i 测定。该e k f a 系统与微芯片系统一样， 均是依靠电动作用来完成分析功能，但e k f a 系统具有检出限低、重现性好、可以方便地与 多种商业化检测器联用、工作电压低和使用寿命长等优点。同时，和经典的流动注射分析 ( f i a ) 系统相比，e k f a 系统设备简单、无机械驱动、液流无脉动、易自动化和分析功能 多样等。 2 、e k f a 系统的电堆积机理研究。根据e k f a 系统的样品溶液中电场强度的分布测定 结果，揭示了一种规则的非均匀电场( f l o n u n i f o r me l e c t r i cf i e l d ，n u e f ) 分布，由此建立了 等量异性双点电荷理论模型，来模拟样品溶液中的n u e f 。在b d e s 过程中，样品中分析离 子在n u e f 作用下，向相反电极方向迁移并在相应的富集区内堆积富集。通过计算机的数 学模拟计算，得到了电堆积区域以及富集倍数的数值解，考察了它们的变化规律。为了进一 步验证n u e f 电堆积理论，把理论预测与e k f a 系统的实验结果相对照，两者能够较好吻 合。该理论模型的建立，进一步扩展和完善了电堆积现象的理论研究，使其不再仅仅局限于 毛细管电泳技术中，同时为电堆积现象在更广泛领域中的应用提供了理论依据。 3 、n u e f 电堆积机理应用于毛细管电泳的预浓缩进样。作为n u e f 电堆积机理的 实验验证和应用之一，建立了一种非均匀场( n u e f ) 电泳预富集与场放大进样( f a s i ) 相 结合的新型毛细管电泳采样技术。首先在样品溶液中加上预富集电压，利用样品溶液中产生 的非均匀电场，使分析离子富集于毛细管进样端区域：之后，采用f a s i ，使富集在上述区 域的分析离子进一步富集于毛细管内。以样品中的酱萘洛尔和美托洛尔的富集和分离为例， 富集倍数达到了单纯毛细管场放大进样法的15 倍( 普萘洛尔) 和11 倍( 美托洛尔) 。在保证 基线分离前提下，延长预富集时间，富集倍数可提高至2 0 倍以上( 对普萘洛尔) ，相对于普 通的电动进样，总富集倍数可达6 + 1 0 3 倍以上。该采样技术在f a s i 的基础上，进一步提高 了富集倍数，改进了毛细管电泳分析的灵敏度。 4 、多孔砂芯电渗泵性能改进。用于e k f a 系统的液流传输的多孔砂芯电渗泵的研制， 源于单根毛细管电渗泵，但是，多孔砂芯电渗泵具有低工作电压、流量较大和输出压强较高 2 中国科学技术大学博士学位论文 中文摘要 等适合常规分析实验要求的特点。与流动注射分析中常用的蠕动泵相比，该泵低能耗、压强 适中、没有脉动、流量调节范围大、流向可逆、结构简单和流量稳定。我们通过改进电渗介 质，对电渗泵的性能改进做了深入的研究。选用0 5 m m 二乙醇胺为载流添加剂，电渗泵效 率和流量稳定性都得到提高，泵的效率可达1 8 7m l ( r a i n m a ) ，5 0 0 v 。而且电渗流量更容 易达到稳定，尤其是在泵启动初期或电极极性改变时，所需达到稳定的时间大大缩短，只需 要1 分钟就可以达到稳定流量并保持稳定工作2 小时以上。电渗泵的研制和应用，为目前以 蠕动泵为主要驱动手段的f i a 系统，补充了一种有效和稳定的驱动手段。 5 、电泳，电色谱微柱的合成。在毛细管电色谱中的合成整体柱的溶胶一凝胶法基础上， 进一步改进和优化合成条件和过程，成功合成出适合于微柱技术的大尺寸的整体柱，并对 整体柱的性能进行测试，包括电流和多孔率。通过考察合成条件，包括反应物的量、聚合 温度和时间等因素，找到了最佳合感i 渺，使其具有较小的电流和多孔率，提高了合成成 功率，以保证最佳的分离分析效果。 主旦翌兰垫查查兰竖主兰垡堡苎一壅垫曼 i n v e s t i g a t i o n o f t h e o r ya n da p p l i c a t i o n o f e l e c t r o k i n e t i cf l o wa n a l y s i s ( e k f a ) s y s t e m a b s t r a c t an o v e im u l t i f u n c t i o n a lf l o wa n a l y s i ss y s t e m - - - e l e c t r o k i n e t i cf l o wa n a l y s i s ( e k f a ) s y s t e m ， b a s e do nt h ee l e c t r o k i n e t i ce f f e c t s ，s u c ha se l e c t r o p h o r e s i sa n de l e c t r o o s m o s i s ，w a sd e v e l o p e df o r s i m u l t a n e o u ss e p a r a t i o na n dp r e - c o n c e n t r a t i o no fh e t e r o g e n e o u sa n a l y t i c a li o n sw i t he x t r e m e l y 1 0 wc o n c e n t r a t i o n t h ee x p e r i m e n t a lt e c h n i q u eo fe k f as y s t e mw a sd i s c u s s e da n do p t i m i z e d ，a n d as y s t e m i ci n v e s t i g a t i o ni na p p l i c a t i o no ft h i ss y s t e mw a sc a r r i e do u t at h e o r e t i c a lm o d e lo fa p a i r o f - c h a r g e sw a se s t a b l i s h e dt os i m u l a t et h ep r e - c o n c e n t r a t i o np r o c e s si n t h ee k f as y s t e m ， d e m o n s t r a t i n gi ti san o n u n i f o r me l e c t r i cf i e l d ( _ n u e f ) e l e c t r o s t a c k i n go u e ，a n dt h er e s u l t sw e r e i ng o o da g r e e m e n tw i t he x p e r i m e n t a ls t u d i e s t h en u e fe l e c t r o s t a c k i n gt e c h n i q u e ，c o m b i n e d w i t h s a m p l ei n j e c t i o nt e c h n i q u e ，w a se x t e n d e d t ot h ea p p l i c a t i o no fc a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s m o r e o v e r , t h ee x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o nt oi m p r o v et h ep r o p e r t i e so f e l e c t r o o s m o t i cp u m pw h i c h w a su s e di ne k f as y s t e mf o rd r i v i n gs o l u t i o n s a n dt h ei n i t i a l s t u d y o fm i c r o - c o l u m n e l e c t r o d h o r e s i s e l e c t r o c h r o m a t o g r a p h yw e r ea l s op r e s e n t e d 1 d e s i g na n d c o n s t r u c t i o no fe k f a s y s t e m ，a n di t sa p p l i c a t i o n si nt r a c ea n n l y s i s b a s e d o nt h ee l e c t r o p h o r e t i cs e p a r a t i o n p r e ，c o n c e n t r a t i o na n de l e c t r o o s m o t i cd r i v i n g ，a ni n t e g r a t e d a n a l y t i c a ls y s t e m ，e k f as y s t e m ，w a sd e s i g n e d a n dc o n s t r u c t e d c o m b i n e dw i t h g e n e r a l c o m m e r c i a ld e t e c t o r s t h es y s t e mc a nc a r r yo u tt h es i m u l t a n e o u ss e p a r a t i o na n dp r e - c o n c e n t r a t i o n o fd i f r e r e n ta n a l y t i c a li o n sw i t he x t r e m e l yl o wc o n c e n t r a t i o n ( 1 1c o m b i n e dw i t hi o u i cs e l e c t i v e e l e c t r o d ed e t e c t i o n ，e k f as y s t e mw a sa p p l i e dt ot h ep r e t c o n c e n t r a t i o na n dd e t e r m i n a t i o no f n 0 1 i n p u r e w a t e rs u c c e s s f u l l y ( 2 ) i no r d e rt o i m p r o v i n gt h ep r a c t i c a b i l i t y o ft h e s y s t e m ，i t s c o n f i g u r a t i o na n da n a l y t i c a lp r o c e d u r ew a ss i m p l i f i e d ，a n di t sp e r f o r m a n c ef o rs e p a r a t i o na n d p r e c o n c e n t r a t i o nw a sa d v a n c e d t h ei m p r o v e ds y s t e m ，c o m b i n e dw i t hg r a p h i t ef u m a c ea t o m i c a b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r y ，w a sa p p l i e d i nt h es i m u l t a n e o u s s e p a r a t i o n ，p r e - c o n c e n t r a t i o na n d d e t e r m i n a t i o no fc r ( v i ) a n dp b ( i i ) j nm i n e r a lw a t e r f 3 ) t h en e w l yi m p r o v e de k f a s y s t e m c o n s t r u c t e db yab i d i r e c t i o n a le l e c t r o s t a c k i n gc o l u m n ，a ne l e c t r o o s m o t i cp u m pw i t hi m p r o v e d p r o p e r t i e sa n ds e v e r a ls o l e n o i dv a l v e s w a sa u t o m a t i c a l l yc o n t r o l l e db ya c o m p u t e r , a n di t s p r e - c o n c e n t r a t i o ne f f i c i e n c yw a si m p r o v e de f f e c t i v e l yb yt h ep o t a b l ea n ds i m p l i f i e ds y s t e m ，c r ( v i ) a n dc d ( 1 1 ) i nl o w m i n e r a lw a t e rw a ss e p a r a t e d p r e - c o n c e n t r a t e da n dd e t e r m i n e d s i m u l t a n e o u s l y a l t h o u g hc a r r y i n g o u t a n a l y t i c a l f u n c t i o n sb a s e do nt h ee l e c t r o k i n e t i ce f f o c t s1 i k et h e m i c r o c h i pa n a l y t i c a ls y s t e m t h ee k f as y s t e mh a ss h o w na d v a n t a g e s o fl o wd e t e c t i o nl i m i t 、g o o d r e p r o d u c i b i l i t y 、c o n v e n i e n t c o m b i n a t i o nw i t hd i f i e r e n tc o m m e r c i a ld e t e c t o r s 、m o d e r a t ew o r k i n g v o l t a g ea n dl o n gw o r k - l o n g e v i t y o nt h eo t h e rh a n d ，c o m p a r e dt oc o n v e n t i o n a lf i as y s t e m ，t h e e k f as y s t e mc a n c a l t yo u t m u l t i f o l da n a l y t i c a jf u n c t i o n sa n db ea u t o m a t i z e de a s i e rw i t h s i m p l i f i e de q u i p m e n t sa n dn o n - p u l s e df l o wr a t e 2 t h e o r e t i e a i s t u d yo f n o u - u n i f o r m f i e l de l e e t r o s t a c k i n go f t h ee k e a s y s t e m a c c o r d i n gt o t h em e a s u r e m e n to fn o n - u n i f o r i l l e l e c t r o - p o t e n t i a i d i s t r i b u t i o ni nam o d e ls y s t e m at h r e e d i m e u s i o n a lp h y s i c a lm o d e lo fap a i r - o f - c h a r g e sw a se s t a b l i s h e df o rn o n u n i f o r me l e c t r i cf i e l d ( n u f e ) e l e c t r o s t a c k i n g t h em o d e lw a ss i m u l a t e dm a t h e m a t i c a l l yw i t h ap a i ro fe q u a la n d o p p o s i t ec h a r g e sp l a c e dj nl o wc o n d u c t i v i t ys a m p l es o l u t i o na n ds e p a r a t e df r o me a c ho t h e ri na d i s t a n c e a n a l 州c a ii o r si nt h ee l e c t r i cf i e l dm i g r a t et o w a r dt h eo p p o s i t ep o l a r i t yd i r e c t i o n sa n d 4 、 ! 里壁兰垫查叁堂竖兰= 兰垡迨苎 茎塞塑蔓 a r es t a c k e da tt h ec o r r e s p o n d i n gc o n c e n t r a t i o nb o u n d a r i e s t h et h e o r e t i c a le x p r e s s i o n o ft h e e l e c t r o s t a c k i n gr e g i o na n dp r e c o n c e n t r a t i o nf a c t o rw e r eo b t a i n e da n d t h e i rn u m e r i c a lv a l u e sw e r e c a l c u t a t e db yac o m p u t e r a st h et h e o r e t i c a ld a t aw a sc o i n c i d e n tw i t ht h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，t h e m o d e lc a nr e f l e c tt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so ft h en o n u n i f o r mf i e l de l e c t r o s t a c k i n gc o r r e c t l y t h e p r o p o u n d e dn u e fm o d e l e x t e n d e da n di m p r o v e dt h et h e o r e t i c a ls t u d i e so fe l e c t r o s t a c k i n g c o n c e n t r a t i o n i tp r o v i d e dat h e o r e t i c a lb a s i sf o ra p p l i c a t i o n so fn u e fj nm o r ee x t e n s i v ef i e l d s ， e x c e p tf o ri nc a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i st e c h n i q u e 3 a p p l i c a t i o n o fn u e fe l e c t r o s t a e k i n g t e c h n i q u e i n s a m p l ep r e - c o n e e n t r a t i o n a n d i n j e c t i o no fc a p i l l a r y z o n ee l e e t r o p h o r e s i s ( c z e ) a so n eo f t h ee x p e r i m e n t a lc o n f i r m m i o n sa n d a p p l i c a t i o n s o fn u e fe l e c t r o s t a c k i n gt h e o r y , an e ws a m p l ei n j e c t i o nt e c h n i q u eo fc z ew a s d e v e l o p e d ，c o m b i n i n gt h ef i e l d a m p l i f i e ds a m p l ei n j e c t i o n ( f a s i ) w i t h ap r e c o n c e n t r a t i o no f n u e f e l e c t r o s t a c k i n g w i t ha na d d i t i o n a lp r e - c o n c e n t r a t i o nv o l t a g ea p p l i e dt ot h es a m p l es o l u t i o n an o l l u n i f o r me l e c t r i cf i e l dw a sg e n e r a t e d ，w i t hw h i c ha n a l y t i c a lc a t i o n so ra n i o n sw e r e p r e c o n c e n t r a t e d a r o u n dt h e i n j e c t i o n e n do ft h e c a p i l l a r y a t i e r t h e p r e - c o n c e n t r a t i o n ，t h e a n a l y t i c a l i o n sw e r ei n j e c t e di n t oc a p i l l a r ya n d s t a c k e da tt h eb o u n d a r yb e t w e e ns a m p l ea n db u 行e r s o l u t i o ni n s i d e c a p i l l a r y w i t hf a s i t e c h n i q u e a sa n a n a l y t i c a le x a m p l e p r o p r a n o l 0 1 h y d r o c h l o r i d e ( p l q ) a n dm e t o p r o l o lt a r t r a t e ( m t li nl o w - c o n d u c t i v i t yb u f f e ro rw a t e rs o l u t i o n s w e r ep r e c o n c e n t r a t e dw i t ht h ep r o p o s e ds a m p l ei n t r o d u c t i o nm e t h o da n ds e p a r a t e db yc z e c o m p a r e dt ot h a to fs i n g l ef a s i t h er e l a t i v ec o n c e n t r a t i o nf a c t o rw a si n c r e a s e da b o u tl5 f o l df o r p ha n d11 f o l df o rm t r e s p e c t i v e l y ；a n dc o m p a r e dt ot h a to ft h ec o n v e n t i o n a le l e c t r o k i n e t i c s a m p l ei n j e c t i o n ，t h ea c t u a ic o n c e n t r a t i o nf a c t o r so f a b o u t 6 0 0 0 f o l df o rp ha n d4 4 0 0 f o l df o rm t r e s p e c t i v e l y ，w e r eo b t a i n e dt h ep r o p o s e ds a m p l ei n j e c t i o nt e c h n i q u ei n c r e a s e dt h ec o n c e n t r a t i o n f a c t o r si nc o n t r a s tt ot h ec o n v e n t i o n a lf a s i a n di m p r o v e dt h ea n a l y t i c a ls e n s i t i v i t yo fc z e 4 i m p r o v e m e n t so ft h ep r o p e r t i e so fp o r o u sc o r ee l e c t r o o s m o t i ep u m p ap o r o u sc o r e e l e c t r o o s m o t i c p u m p ，b a s e d o nt h e c a p i l l a r y e l e c t r o o s m o t i c p u m p ，w a s c o n s t r u c t e da n d d e v e l o p e df o re k f as y s t e m c o m p a r e dt o t h ec a p i l l a r ye l e c t r o o s m o t i cp u m p ，t h ep o r o u sc o r e e l e c t r o o s m o t i cp u m pp o s s e s s e ss e v e r a la d v a n t a g e ss u i t a b l et og e n e r a l l ya n a l y t i c a le x p e r i m e n t s ， s u c ha sl o ww o r k v o l t a g e ，l a r g ef l o wr a t e ，h i g hf l o wp r e s s u r e ，e t cf u r t h e r m o r e ，t h ep o r o u sc o r e e l e c t r o o s m o t i cp u m ph a ss h o w na d v a n t a g e so fn o n - p u l s e df l o wr a t e ，l a r g ef l o wr a n g e ，c o n v e r t i b l e f l o wd i r e c t i o n ，m o d e r a t ef l o wp r e s s u r ea n ds i m p l ee q u i p m e n ti nc o n t r a s tt oap e r i s t a l t i cp u m p b y i m p r o v i n g t h ep u m p sc a r r i e r , t h ep u m p sp r o p e r t i e sw e r ei n v e s t i g a t e di nd e t a i l d i e t h a n o l a m i n e w a ss e l e c t e da st h ep u m p l sc a r r i e ra d d i c t i v ef o ri t s h i g hp u m pe f f i c i e n c y ( 1 8 7m lr a i n “m a ， 5 0 0 v ) a n ds t a b l ef l o wr a t e ，e s p e c i a l l yd u r i n gi t ss t a r t i n gp e r i o d f o re x a m p l e ，w i t ho 5m m d i e t h a n o l a m i n ea st h ep u m p c a r r i e r , o n l y 1m i n u t ew a sr e q u i r e dt om a k ei t sf l o wr a t es t a b l ea f t e r s w i t c h i n g o nt h e p u m pp o w e rs u p p l y t h e d e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o n o fp o r o u sc o r e e l e c t r o o s m o l i cp u m pp r o v i d e dau s e f u la n ds t a b l ed r i v i n gm e a n sf o rf i as y s t e m ，i nw h i c ht h e p e r i s t a l t i cp u m p i su s e dm o s t l ya tp r e s e n t 5 s y n t h e s i z a t i o n o f e l e e t r o p h o r e s i se i e c t r o c h r o m a t o g r a p h y m i c r o r c o l u m n a l a r g e d i m e n s i o n a lm o n o l i t h i cc o l u m nw a ss y n t h e s i z e d b yi m p r o v i n ga n do p t i m i z i n gt h es y n t h e t i c a l c o n d i t i o n sa n dp r o c e d u r eo ft h es o l g e l t e c h n i q u ei nc a p i l l a r ye i e c t r o c h r o m a t o g r a p hy a n di t s p r o p e r t i e s ，i n c l u d i n gw o r k c u r r e n ta n dp o r o s i t y , w e r et e s t e d t h es y n t h e t i c a lc o n d i t i o n s s u c h1 3 5 t h er a t i oo fr e a c t a n t sa n dt h et e m p e r a t u r ea n dt i m eo f p o l y c o n c e n t r a t i o n ，w e r ei n v e s t i g a t e di no r d e r t od e c r e a s et h ew o r k - c u r r e n ta n dp o r o s i t y , a n di n c r e a s et h ee l i g i b l er a t ei ns y n t h e s i z a t i o n 中国科学技术大学博士学位论文 第一章引言 第一章引言 近年来，利用电动作用( 包括电泳和电渗) ，作为分析、分离、制备和表征的手段，已 发展成为分析化学的一个重要分支，住分析化学、环境化学、生物化学和生物医学等领域 中，得到了j l 泛的应用。 我”j 建立的电动流动分析系统( e k f a ) ，就是依靠也动作_ l j 来完成多种分离分析功能的 新型流动分析系统。系统的建立基于毛细管电泳、毛细管电色谱和流动注射分析的原理录l 实验技术，是电动作用与流动注射分析技术的结合。系统的烈向电堆积功能源于毛细管电 泳的电堆积富集，此外还可以完成包括进样、化学反应、电泳和电色谱分离、富集、稀释 和检测等多种分析功能。该系统与流动注射分析系统和微芯片分析系统类似，均是一种现 代的综合分析化学系统。 本章将重点介绍电泳和电渗两种电动作川和电堆积寓集现象，以及微芯片系统和流动注 射分析技术的研究应用。 1 1 电泳技术的发展历史 电泳( e l e c t r o p h o r e s i s ) 是电介质中带电粒子在外加电场作用下向电荷相反方向以不同淌 度迁移的现象。利t 【 j 这种现象对化学或生物化学组分进行分离分析的技术称之为电泳技术。 早在十九世纪中叶，w i e d e m a n 【1 2 】和b u f f 【3 】就研究并报道了电泳现象。之后，在 l o d g e 4 】和w h e t h a m 5 - 6 】的实验基础上，k o h l r a u s c h 7 】导出了离子移动的理论公式，描 述了包括区带电泳、等速电泳和移动界面电泳在内的电泳基本理论。 电泳作为一种工具的出现已有近百年的历史，但将电泳发展成为分离技术应归功于 t i s e i u s 的出色工作【8 - 9 1 。1 9 3 7 年，他在u - 型管电泳的基础上发展了具有里程碑意义的置换 电泳装置，提出了置换电泳，其装置如图1 1 所示。之后，他成功地将人血清中的蛋白质分 离为5 个主要成分。由于这项工作成为蛋白质研究的基础，t i s e i u s 本人荣获了1 9 4 8 年诺贝 尔化学奖。 由于电泳过程中产生的焦耳热会引起溶液对流，限制了分辨率的提高，故在5 0 年代之 后，相继发展出了多种支持物电泳，如纸电泳、琼脂糖凝胶电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳，并 被广泛用于生化研究和临床检验 i o 】。 1 9 6 7 年h j e r t e n 【11 】最先提出在直径为3m m 的细管中应用高电场强度作自由溶液的区 带电泳( c a p i l l a r yz o n ee l e c t r