Диссертация (Миниатюризация циклического инжекционного фотометрического и флуориметрического анализа), страница 5

Поэтому обязательным условием является их фильтрация передвыполнением анализов [78].Миниатюризация проточно-порционного анализа (FBA – flow batch analysis).Основным элементом гидравлической схемы метода проточно-порционногоанализа (FBA) является смесительная камера, в которой происходит механическоеперемешивание растворов при помощи вкладыша магнитной мешалки. Согласносхеме,представленнойпоследовательнонарисункевводятсяв19,растворыудерживающуюпробыспиральиреагентовприпомощиперистальтического насоса через многоходовой кран-переключатель.

Далеерастворыперекачиваютсявсмесительнуюкамеру.Послезавершенияперемешивания, раствор аналитической формы перекачивается в детектор [79].Традиционная схема FBA позволяет достичь производительности от 1 до 120анализов в час, в зависимости от автоматизируемой методики.Проточно-порционныйанализотноситсякпроточнымметодамспринудительной конвекцией, в которых происходит полное превращение аналитав аналитическую форму [17].

Основным преимуществом FBA является сохранениечувствительности анализа на уровне статических аналогов за счет отсутствиядисперсии и осуществления детектирования в равновесных условиях.В то же время проточно-порционный анализ имеет следующие ограничения:31 использование магнитной мешалки усложняет конструкцию проточногоанализатора; ограничена возможность варьирования длины оптического пути, которая непревышает 10 мм, при измерении аналитического сигнала, что существеннодля фотометрического детектирования.Рисунок 19.

Схема проточно-порционного анализа: ПН – перистальтическийнасос, V1-V5 – краны-переключатели, СК – смесительная камера с магнитноймешалкой. Воспроизведено из [79] с изменениями.Первый шаг на пути миниатюризации проточно-порционного анализа исовмещения процессов образования аналитической формы и детектирования былсделан авторами [80], которые изготовили смесительную камеру из тефлона совстроеннымикварцевымиокошками,ипоместилиеевстационарныйспектрофлюориметр (Рисунок 20).

Кроме того, авторы включили в схему анализаи on-line концентрирование на колонке С18. Аналитические характеристикиразработанной схемы были продемонстрированы на примере определенияметсульфурон-метила в природной воде. Производительность анализа составила 3анализа в час. Расход реагентов для проведения фотометрической реакциисоставил 900 мкл.32Рисунок20.Схемапроточно-порционногоанализасовстроеннойвспектрофлюориметр смесительной камерой: ПН – перистальтические насосы, V1V6 – краны-переключатели, СК – смесительная камера, Д – детектор.Воспроизведено из [80] с изменениями.Далее была показана возможность миниатюризации проточно-порционногоанализа(FBA)ввидемезофлюидногоустройства.Былоразработаномезофлюидное устройство проточно-порционного анализа для фотометрическогоопределения ионов железа (II) по реакции с орто-фенантролином (Рисунок 21) [81].Максимум в спектре поглощения аналитической формы соответствует длиневолны 510 нм, однако в качестве источника света авторы использовали светодиодс длиной волны 522 нм, детектором служил фототранзистор.

Длина оптическогопути составила 0,6 см. Мезофлюидное устройство было изготовлено при помощитехнологии фотолитографии и литья по полученной форме из уретан-акриловогополимерного материала. Механическое перемешивание растворов в смесительномканале устройства осуществляли при помощи нейлоновой лески, закрепленной намоторе. Производительность анализа – 120 проб в час.

Расход пробы и реагентасоставил порядка 300 мкл на одно определения.33Рисунок 21. Фотография мезофлюидного устройства проточно-порционногоанализа с фотометрическим детектированием. Воспроизведено из [81] сизменениями.Предложено использовать разработанное мезофлюидное устройство длятурбидиметрического и фотометрического анализа для определения дубильныхвеществ в образцах черного и зеленого чая [82]. Турбидиметрический метод былоснован на реакции осаждения ионов меди (II) с дубильными веществами при рН= 4,5.

Фотометрический метод был основан на реакции комплексообразованияионов меди (II) с тартратом железа. Система детектирования была такжеинтегрирована в мезофлюидное устройство, в качестве источника светаиспользовалисветодиод,детекторомслужил–фототранзистор.Дляфотометрического определения использовали светодиод, излучающий свет надлине волны 560 нм, для турбидиметрического – 470 нм. Производительностьтурбидиметрического анализа – 200 проб в час, фотометрического – 300 проб в час.Расход реагентов на одно определения составил 136 мкл.Также разработанное мезофлюидное устройство проточно-порционногоанализа предложено использовать для фотометрического определения фосфатионов в биодизельном топливе по реакции образования молибденовойгетерополикислоты [83].

Объем смесительного канала составлял 100 мкл, длинаоптического пути 0,5 см. Внутрь смесительного канала, напротив системы34детектирования была вставлена стеклянная трубка (внешний диаметр 4 мм,внутренний 2 мм). В качестве источника света использовали светодиод,излучающих свет на длине волны 850 нм, детектором служил фототранзистор.Производительность анализа – 190 проб в час. Расход пробы и реагента составил48 мкл.Созданиемезофлюидныхустройствпроточно-порционногоанализапозволило сократить необходимые объемы пробы и реагентов и повыситьпроизводительность этого вида проточного анализа до значений сопоставимых сПИА и SIA.

Однако, следует отметить, что механическое перемешивание вмезофлюидных устройствах было реализовано при помощи лески, закрепленной намоторе, что также, как и использование магнитной мешалки усложняетконструкцию анализатора. Также к недостаткам мезофлюидных устройств FBAможно отнести отсутствие возможности варьирования длины оптического путипри фотометрическом детектировании.Области применения микро- и мезофлюидных устройств проточногоанализа.

Проточные методы, реализованные в виде микро- и мезофлюидыхустройств, находят широкое применение для анализа объектов окружающей среды,биологических объектов и пищевых продуктов (Таблица 2). Развитие проточныхметодов анализа объектов окружающей среды, с одной стороны, направлено наразработку автоматизированных методик анализа off-line, в максимальной степениотвечающих общим принципам «зеленой аналитической химии» [84], а с другойстороны, на разработку автоматизированных систем для анализа on-line,обеспечивающих получение информации в реальном времени [60].

На данныймомент микро- и мезофлюидные устройства находят применение в основном дляанализа off-line, однако их использование для on-line анализа представляетсячрезвычайно перспективным. Небольшие размеры микро- и мезофлюидныхустройств позволяют легко их встраивать в мобильные лаборатории.

Для анализапродуктов питания микро- и мезофлюидные устройства могут быть встроены впроизводственные процессы для осуществления экспрессного отбора проб и их on-35line анализа. Основные аналитические характеристики вышеописанных устройствдля миниатюризации проточных методов анализа и методик определенияразличных аналитов представлены в таблице 2.36Таблица 2. Аналитические характеристики некоторых проточных методик, реализованных при использовании микро- имезофлюидных устройств.АналитОбъектанализаПроточныйметодТипустройстваТехнологияизготовленияРазмерыканалов(ширина ×глубина),мкм6300 × 501Цисдиаминдихлороплатина(II)МочеваякислотаПероксидбензоила2Плазма крови3ПИА4Микрофлюидное5ХимическоетравлениеБиологическиежидкостиМукаПИАМикрофлюидноеЛазернаяфотоабляцияZnСтандартныерастворыПИАМикрофлюидноеХимическоетравление100 × 50β-глюкоцереброзидазаПИАМикрофлюидноеФотолитография, литьепо форме300 × 50ИоныаммонияФибробластыи эпителиальныеклеткиДождевая иречная водаПИАМикрофлюидное600 × 80Ионысвинца (II)СтандартныерастворыПИАМикрофлюидноеФотолитография, литьепо формеФотолитография, литьепо форме-200 × 100ДетектированиеПределобнаруженияЛитература80,001 µМПроизводительностьанализа,проб/час9727ХемилюминесцентноеХемилюминесцентное3 µM-[52]0,4 µM-2 µM-[53]20 µM-[54]Флуориметрическое360 µM-[55]Флуориметрическое5 ppb-[56]РентгенофлуоресцентноеФлуориметрическое10[51]371Ионыжелеза (III)Алкилфенолполиэтоксилаты2ПриродныеводыВода3ПИАФосфатионыПриродныеводыИоныжелеза (III)Йодид-ионыЙодид-ионыПриродныеводыМорская вода,лекарственные препаратыМорская вода,сточные воды,лекарственные препаратыМорская водаФосфатионыСтандартныерастворыСтепеньэтерификации пектинаИонысвинца (II)Ионымолибдена(VI)4МикрофлюидноеМикрофлюидное5ЛазернаяфотоабляцияФотолитография, литьепо формеПИАМикрофлюидноеПИАМикрофлюидноеМезофлюидноеФотолитография, литьепо формеЛазернаяфотоабляцияФрезернаятехнологияМезофлюидноеФрезернаятехнология800 × 800МультишприцевойПИАSIAМезофлюидное3D-печатьМезофлюидноеФрезернаятехнологияСтандартныерастворыSIAМезофлюидноеПриродныеводыSIAМезофлюидноеПИАМультишприцевойПИАМультишприцевойПИА6200 × 507ФотометрическоеФлуориметрическое80,4 µM94010[57]0,6 µМ[58]1500 × 80Фотометрическое0,02 ppm6 (Yтопология)1 проба - 3часа (Ттопология)10-ФотометрическоеФотометрическое1,2 µМ45[60]0,04 µM23[61]Фотометрическое0,01 µM20[62]1200Флуориметрическое2 µM20[63]-Фотометрическое0,1 нM-[65]-Фотометрическое0,057 %15[68]-Элеткрохимическое0,002 µM45[69]1500 × 80800 × 800[59]381Ионыжелеза (II)2Стандартныерастворы3FBA4МезофлюидноеДубильныевеществаЧерный изеленый чаиFBAМезофлюидноеФосфатионыБиодизельноетопливоFBAМезофлюидное5Фотолитография, литьепо формеФотолитография, литьепо форме6-7Фотометрическое8-912010[81]-6,89 мг/л200[82]4,74 мг/л300Фотолитография, литьепо форме-ТурбидиметрическоеФотометрическоеФотометрическое0,014 мг/кг190[83]391.2.Общие подходы к изготовлению миро- и мезофлюидных устройствпроточного анализаНа сегодняшний день для изготовления микро- и мезофлюидных устройств,функционирующих на принципах проточных методов, предложено использоватьразличные материалы, которые условно можно разделить на две основные группы.К первой группе относятся кремний и полимерные материалы, ко второй – кварц истекло [85].Стеклянные и кварцевые материалы обладают устойчивостью к высокимтемпературам, многим органическим растворителям, а также прозрачны в видимойи УФ области спектра.