Диссертация (1150276), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Топологияустройства включала в себя два канала для подачи растворов, смесительный канали канал для сброса. Подачу растворов в каналы микрофлюидного устройстваосуществляли непрерывно при помощи микороперистальтического насоса соскоростью 30 мкл/мин. В непрерывный поток ацетатного буферного раствора(рН=4,0) через кран-переключатель инжектировали 3 мкл раствора пробы,содержащий Fe (III). Образование комплекса Fe (III) с норфлоксациномпроисходило за счет диффузии при перемещении потоков растворов реагента и23буферного раствора с пробой в смесительном канале устройства. В качествеисточника света использовали светодиод (длина волны 430 нм), детектором служилпортативный спектрометр, оптоволоконный кабель которого был интегрирован вмикрофлюидный чип.
Производительность анализа – 45 проб/час. Расход пробысоставил 3 мкл на одно определение.Таким образом, разработано большое количество микрофлюидных устройствс разнообразными топологиями для миниатюризации проточно-инжекционногоанализа. Для изготовления микрофлюидных устройств широкое применениенаходят полимерные, стеклянные и кварцевые материалы. Геометрическиеразмеры каналов (ширина, глубина) в микрофлюидных устройствах ПИА зависятот выбранной технологии изготовления, при этом глубина каналов как правило непревышает 100 мкм.Миниатюризация мультишприцевого проточно-инжекционного анализа.Мультишприцевой проточно-инжекционный анализ подразумевает использованиеотдельного шприцевого насоса и отдельного крана-переключателя для подачикаждого реагента.
В схеме одновременно используются четыре шприца, поршникоторых соединены с одним приводом. Такой мультишприцевой модульсущественно увеличивает частоту пробоотбора. Благодаря использованию четырехтрехходовых кранов, размещенных в верхней части каждого шприца, лишниерастворы возвращаются в резервуары, из которых они отбираются [60]. В этомзаключается его основное отличие от традиционного проточно-инжекционногоанализа, в котором как правило используется один насос и многоходовой кранпереключатель для подачи растворов реагентов. Образование аналитическойформы в мультишприцевом ПИА также происходит за счет диффузии в потоке.Данный вид проточно-инжекционного анализа был предложен авторами научнойгруппы под руководством V.
Cerda [61]. На первом этапе миниатюризациимультишприцевого ПИА было разработано устройство (conduit – «трубопровод»),в смесительном канале которого происходило образование аналитической формы24в потоке, а детектирование осуществляли в проточной кювете спектрометра(Рисунок 14).Рисунок 14. Схема мультишприцевого ПИА с применением мезофлюидногоустройства для определения йодид-ионов в морской воде и лекарственныхпрепаратах по реакции Сандела-Кольтофа: V1-V5 – краны-переключатели, D –детектор.
Воспроизведено из [61] с изменениями.Устройство было изготовлено из трех ПММА пластин размером 85 × 44 × 10мм при помощи фрезерной технологии. Основные элементы топологии: четыреканала для подачи растворов, спиралевидный канал (0,8 × 0,8 мм), в которомпроисходило образование аналитической формы, и канал, соединяющийустройство с проточной кюветой фотометрического детектора. Также в устройствебылапредусмотренациркуляциюводыразработанногосистемапритермостатирования,температуреустройствабыли40°С.котораяАналитическиепродемонстрированыподразумевалавозможностинапримерефотометрического определения йодид-ионов в морской воде и лекарственныхпрепаратах.
В основе фотометрического определения лежала реакция Сандела-25Кольтофа, согласно которой йодид-ионы выступают в роли катализаторов привосстановлениичетырехвалентныхионовцериядотрехвалентных.Производительность 23 анализа в час. Расход пробы составил 190 мкл на одинанализ.На следующем этапе было разработано мезофлюидное устройство длямультишприцевого ПИА, совмещающее процессы образования аналитическойформы в потоке и детектирования на одном устройстве (Рисунок 15) [62].Рисунок 15. Схема мультишприцевого проточно-инжекционного анализа сприменением мезофлюидного устройства для фотометрического определениямолибдена: V1-V6 – краны-переключатели.
Воспроизведено из [62] с изменениями.Оптоволоконные кабели от источника света и спектрометра были закрепленынапротив друг другахарактеристикиу оптическогоразработанногоканала устройства. Аналитическиемезофлюидногоустройствабылипродемонстрированы на примере определения молибдена (VI) в морской воде,сточных водах и лекарственных препаратах. В основе определения лежала26окислительно-восстановительнаяреакциямежду4-амино-3-гидроксинафталинсульфоновой кислотой и пероксидом водорода в присутствиимолибдена (VI), выступающего в роли катализатора. Производительность – 20 пробв час.Для флуориметрического определения йодид-ионов в морской водеизготовлено мезофлюидное устройство мультишприцевого ПИА при помощитехнологии 3D-печати из ПММА (Рисунок 16) [63].Рисунок 16.
Схема мультишприцевого проточно-инжекционного анализа сприменением мезофлюидного устройства, изготовленного при помощи технологии3D-печати: V1, V2 – краны-переключатели. Воспроизведено из [63] с изменениями.Ширина смесительного канала составляла 1,2 мм, длина 52 см. В основеопределения иодид-ионов лежало их каталитическое воздействие на протеканиеокислительно-восстановительной реакции между ионами Ce (IV) и As (III), врезультате которой наблюдается люминесценция ионов Се (III) при возбуждениина длине волны 254 нм, при этом максимум флуоресценции соответствует 365 нм.Применение флуориметрического детектирования при определении йода пореакцииСандела-Кольтофапозволилоизбежатьнеобходимоститермостатирования смесительного канала устройства.
Производительность – 20проб в час. Расход пробы составил 50 мкл.27Схемы мультишприцевого ПИА с мезофлюидными устройствами уступаютпо производительности микрофлюидным устройствам ПИА. Однако, следуетотметить, что в мезофлюидных устройствах мультишприцевого ПИА реализованасистема термостатирования каналов устройства, что позволяет автоматизироватькинетически замедленные при комнатной температуре реакции.Миниатюризация последовательного инжекционного анализа. В качестверешения, направленного на преодоление недостатка ПИА, связанного снеобходимостью компоновки индивидуальных гидравлических схем отдельно подкаждую методику анализа им предложен последовательный инжекционный анализ– SIA (sequential injection analysis) [64]. В SIA существенный прогресс вунификации гидравлических схем достигнут за счет того, что вместо «сети»трубок, характерных для гидравлических схем ПИА, используется однажидкостная линия, по которой с помощью реверсивного насоса движется потокраствора попеременно в двух противоположных направлениях (Рисунок 17) [50].Рисунок 17.
Схема последовательного инжекционного анализа.В миниатюризированном исполнении последовательный инжекционныйанализ реализован в виде системы «Lab-on-valve» (LOV – «лаборатория на кране»)на мезофлюидной платформе (Рисунок 18) [48]. Диаметр каналов в системе LOVна мезофлюидной платформе лежит в диапазоне от 0,5 до 2 мм. Мезофлюиднаяплатформа изготавливается, как правило, при помощи фрезерной технологии из28твердых полимерных материалов (поливинилхлорид, полиэфиримид и др.) иобладает следующими геометрическими параметрами: диаметр 5 см, толщина 1 см.Рисунок 18. Схема и фотография системы «Lab-on-valve» на мезофлюиднойплатформе. Воспроизведено из [48] с изменениями.Мезофлюиднаяплатформавключаетвсебямногоходовойкран-переключатель, через который при помощи шприцевого насоса в каналымезофлюидной платформы подаются растворы пробы и реагентов.
Детектированиетакже осуществляется в канале платформы, куда интегрированы источник света идетектор. Так, для фотометрического и флуориметрического детектирования с двухсторон оптического канала закрепляют оптоволоконные кабели детектора иисточникасвета[65-67].Возможностимезофлюиднойплатформысфотометрическим детектированием были продемонстрированы на примереопределенияфосфат-ионовпореакцииобразованиямолибденовойгетерополикислоты [65]. Согласно разработанной методике, при помощишприцевого насоса в удерживающую спираль последовательно подавали 4 мклпробы, 10 мкл молибденового реагента и 15 мкл аскорбиновой кислоты.
Далеесмешанный раствор направляли в канал для детектирования (длина оптического29пути 7 мм) на мезофлюидной платформе и измеряли оптическую плотность.Измерение проводили в режиме остановленного потока в течение 30 секунд.M. Naghshineh et al.
[68] предложили методику определения степениэтерификации пектина на мезофлюидной платформе LOV с фотометрическимдетектирование (длина оптического пути 10 мм). Оптический кабель источникасвета и детектора закреплялись на мезофлюидной платформе. В основеопределения степени этерификации пектина лежала реакция взаимодействия сбромтимоловым синим в щелочной среде. Предел обнаружения составил 0,057 %,производительность анализа – 15 проб в час.БыларазработанасистемаLOVнамезофлюиднойплатформесвольтамперометрическим детектированием для определения содержания ионовсвинца (II) в природных водах [69]. В канал платформы, который служилэлектрохимическойячейкой,помещалимикроэлектроды,приэтомваналитическом цикле предусматривался этап восстановления поверхностирабочего электрода. В качестве рабочего электрода использовали изготовленныйавторами углеродный электрод, покрытый тонким слоем ртути, электродомсравнения служил хлорсеребряный электрод, в качестве вспомогательногоиспользовали платиновый электрод.
Производительность – 45 проб в час. Расходраствора пробы оставил 400 мкл на одно определение.Преимущества системы LOV на мезофлюидной платформе заключаются вследующем: конструкцияпроточнойсистемыпредставляетсобойкоммерческидоступный анализатор. При этом объемы проб и реагентов, скорости потоковможно изменять при помощи прилагаемого компьютерного обеспечения; система LOV на мезофлюидной платформе может быть использована вкачестве блока для пробоподготовки [70] и совмещена с атомноабсорбционным спектрометром [71, 72], масс-спектрометром [73, 74],капиллярным электрофорезом [75, 76] и др. Совмещение системы LOV такжебыло реализовано с мультишприцевой системой ПИА [77];30 полная автоматизация и возможность работы с малыми объемами пробделает эту систему привлекательной для биологического и иммуноанализа; небольшие объемы пробы и реагентов (обычно до 50 мкл), а, следовательно,малые количества отходов способствуют разработке методик в рамкахконцепции «Зеленая химия»;Недостатками системы LOV на мезофлюидной платформе являютсяотносительно высокая стоимость анализатора и возможность загрязнениямикроканалов крана взвесями и коллоидными субстанциями из растворов пробы иреагентов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
