专利名称：微流控芯片毛细管电泳-石墨炉原子吸收在线联用接口装置的制作方法
微流控芯片毛细管电泳-石墨炉原子吸收在线联用接口装
技术领域：
本发明属于分析化学仪器的联用技术领域，特别涉及微流控芯片毛细管电泳和石
墨炉原子吸收光谱法在线联用新技术。
背景技术：
痕(微)量元素的化学形态信息在环境科学、生物医学、食品科学、营养学、微量元 素医学以及商品中有毒元素限量的新标准等研究领域中起着非常重要的作用。形态分析过 程一般包括色谱分离和原子光(质)谱检测。由于生物及环境样品中基体的复杂性和污染 物形态的痕量性，因而高效分离技术与高灵敏度的元素选择性检测技术的联用是解决环境 和生物样品中痕量元素形态分析的重要途径。 高效分离技术(如色谱和毛细管电泳等)与高灵敏元素检测的原子光(质)谱联 用仍然是目前痕量形态分析的最常用的手段。近年来，以毛细管电泳为核心技术、以芯片为 操作平台的微流控芯片毛细管电泳(Chip-CE)技术迅速崛起，成为一个极为活跃的热点。 由于Chip-CE具有分辨率高、分析快速、样品试剂消耗低，污染少、体积小、自动化、集成化 程度高等优点，是一种很有吸引力的形态分离技术。Chip-CE和元素选择性检测器联用，不 仅选择性好和灵敏度高，而且只需将特定元素的不同形态分开即可。目前，文献报道最多的 是电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)作为检 测手段用于形态分析。但这些仪器价格昂贵、操作费用高以及对分析人员要求高，因而限制 了它们的普及和实际应用。 石墨炉原子吸收光谱法(ETAAS)是目前最常用的痕量元素检测技术之一，具有灵 敏度高，能在线处理样品，价格和操作费用比较低，且易于被分析人员掌握等优点。独立的 ETAAS只能测定元素的总量，所以ETAAS只有与其他分离技术联用时才能应用于形态分析。 然而，石墨管对样品容量的限制性(小于50微升)和石墨炉的"非流通性"是将ETAAS与 色谱分离技术在线联用的主要障碍所在。 将Chip-CE和ETAAS联用可以成为形态分析和痕量元素(形态)与生物活性分子 的相互作用的强有力的工具。但实现这种联用技术的关键在于接口的合理设计。在接口设 计中如何实现Chip-CE分离稳定的电回路；如何使Chip-CE分离物顺利导出分离通道，并 在无需外加热源的情况下实现高效率雾化；导电液有效地将样品导入石墨管，流速尽可能 小，以适应石墨管对样品容量的限制；如何防止热喷雾管尾端因过热导致阴极补充液汽化 而产生的气阻现象；对原子化器特别是石墨管进行改进，以适应连续热喷雾进样的需求，成 为Chip-CE-ETAAS在线联用新技术的关键问题。
发明内容
本发明的目的是有效地解决微流控芯片毛细管电泳与石墨炉原子吸收联用技术 中存在的上述关键问题，提供一种微流控芯片毛细管电泳-石墨炉原子吸收在线联用接口装置，以发展微流控芯片毛细管电泳与石墨炉原子吸收在线联用新技术，为元素形态分析 建立简便快速、经济可靠的新技术平台。 本发明提供的微流控芯片毛细管电泳-石墨炉原子吸收在线联用接口装置(简称 Chip-CE-ETAAS在线联用接口装置)，是将被Chip-CE分离开来的分析物经联用接口装置在 线引入ETAAS检测系统进行检测。 所述的在线联用接口装置包括与微流控芯片分离通道出口连接的外接毛细管，外
接毛细管另一端插入热喷雾管中，热喷雾管的前端设置有一个修饰液入口 ，热喷雾管外套
装有载气管，载气管的前端设置有一个载气入口 ，载气管外活动套装循环水冷却套，循环水
冷却套上设有冷却水入口和冷却水出口，循环水冷却套后端的载气管外固定安装有一段空
心石墨锥，热喷雾管尾端的热喷雾嘴水平插入石墨管的进样孔前方固定的空心石墨帽内；
其中所述的热喷雾管、载气管和循环水冷却套为金属导电体并与微流控芯片电源的阴极连
接，形成了芯片电泳分离的稳定电回路。 所述的石墨管的两侧各开有一个排气口 。 本发明的优点和积极效果 1、构思巧妙、接口和流程的设计独特、结构简捷紧凑，无死体积。该联用技术通过 接口处"管套管"式的套管流的流路设计，保证了分离形态物种的及时传输。本发明既实现 了 Chip-CE所需要的稳定电回路，又成功实现了及时有效地将被分析物在线引入石墨炉原 子吸收检测系统。 2、该联用接口装置集分辨率高、分析快速、样品试剂消耗低，污染少、体积小、自动 化，集成化程度高的Chip-CE和价格、操作费用低，能提供与ICP-MS相近的灵敏度，且易于 操作的高灵敏度元素选择性检测器ETAAS的优点于一体，创新性强。 3、该联用技术为形态分析提供了一种强有力的工具，为生物和环境中重要元素 (如汞、镉、锌)与生物分子的相互作用研究建立了简便快速、经济可靠的新技术平台，从而 扩大了迅速崛起的分离技术Chip-CE的应用范围。
图1是微流控芯片毛细管电泳-石墨炉原子吸收在线联用接口装置示意图。
1.芯片样品液储液池；2.芯片样品废液池；3.芯片缓冲液储液池；4.芯片分离 通道出口 ；5.外接毛细管；6.不锈钢热喷雾管；7.修饰液入口 ；8.载气入口 ；9.不锈钢载 气管；IO.冷却水入口 ；11.冷却水出口 ；12.不锈钢冷却套；13.空心石墨锥；14.空心石墨 帽；15.石墨管；16.扩大的进样孔；17.石墨管排气口。
具体实施方式
实施例1 : 如图l所示，本发明在线联用接口装置包括微流控芯片，芯片分离通道出口 4打 一小孔，与外接毛细管5连接，并用胶粘合牢固。外接毛细管5的另一端插入热喷雾管6中， 热喷雾管的前端设置有一个修饰液入口 7，热喷雾管外套装有载气管9，载气管的前端设置 有一个载气入口 8，载气管外活动套装循环水冷却套12，循环水冷却套上设有冷却水入口 IO和冷却水出口 11。
循环水冷却套后端的载气管外固定安装有一段空心石墨锥13，热喷雾管尾端的热 喷雾嘴水平插入石墨管15的进样孔16(进行扩大改装)前方固定的空心石墨帽14内；其 中所述的热喷雾管、载气管和循环水冷却套为金属导电体(本例选用不锈钢)并与微流控 芯片电源的阴极连接，形成了芯片电泳分离的稳定电回路。石墨管的两侧等距各开有一个 排气口 17。 本发明在线联用接口装置的工作过程 1.将微流控芯片高压电源的四路输出分别与样品池1、样品废液池2、缓冲溶液池 3和循环水冷却套外壁相连，进样时在样品池1、缓冲溶液池3加高压、样品废液池2接地， 分离时在缓冲溶液池3、样品池1和样品废液池2分别加高压，在电渗流的作用下实现被分 析物的分离。 2.能否真正实现Chip-CE流出液及时有效地传输，维持电泳电回路，是本发明要
解决的难点。修饰液引入的目的就是将Chip-CE流出液及时有效的传输，维持电泳电回路
等，为保证被分离形态物种的及时传输，本发明采取的携载措施是形成"管套管"的套管流。
Chip-CE流出液经外接毛细管5插入不锈钢热喷雾管6中，热喷雾管外套有载气管9，载气
管外是循环水冷却套12，冷却套后固定有一段空心石墨锥，石墨管的进样孔前方固定一只
空心石墨帽，热喷雾管尾端平行地插入水平固定于石墨管进样孔前的石墨帽内。 3.不锈钢热喷雾管尾端的喷雾嘴探入固定于进样孔前的石墨帽。不锈钢热喷雾嘴
内的修饰液携带着微流控芯片电泳分离出的物种在高温下汽化，以热喷雾的方式连续、平
稳、匀速地导入吸收池，经高温原子化的蒸气在石墨管内被检测。 4.石墨管原进样孔两侧等距离地开两个小排气孔，使连续导入石墨管的蒸气均匀 从排气孔排出。 5.通过气体流量计调节，从石墨炉电源载气进气口分支出的氩气，进入阴极导电 液池，以微升级恒定流速推动阴极导电液流过热喷雾管6和外接毛细管5的间隙。
6.通过另外一路气体流量计调节，流经载气管9与热喷雾管6间通道的氩气，从热 喷雾嘴与石墨帽间的间隙进入石墨管，利于原子化蒸气在石墨管内均匀扩散。为降低热喷 雾喷管尾端温度，防止热喷雾管尾端因过热导致阴极补充液汽化而产生的气阻现象，不锈 钢载气管外装有冷却套，循环水来自于石墨炉主冷却水循环系统，冷却套通过滑道调节位 置，以促进Chip-CE流出物被平稳地携出并热喷雾。导电性修饰液借助气压作用从外接毛 细管外壁与不锈钢热喷雾管内壁之间的间隙导入不锈钢热喷雾管内。插入空心石墨帽14 中的不锈钢喷雾嘴内的修饰液，携带着Chip-CE分离出的待测物种，在高温下汽化，以热喷 雾的方式连续、平稳、匀速地导入石墨管，实现了直接、完全进样，经高温原子化的蒸气在持 续恒温加热的石墨管内被检测，获得分析物的吸收信号。这样即可以同时获得某种元素不 同物种的含量。此接口同时达到了微流控芯片毛细管电泳(Chip-CE)分离和石墨炉原子吸 收光谱法检测的要求。
权利要求
一种微流控芯片毛细管电泳-石墨炉原子吸收在线联用接口装置，其特征在于所述的在线联用接口装置包括与微流控芯片分离通道出口连接的外接毛细管，外接毛细管另一端插入热喷雾管中，热喷雾管的前端设置有一个修饰液入口，热喷雾管外套装有载气管，载气管的前端设置有一个载气入口，载气管外套装循环水冷却套，循环水冷却套上设有冷却水入口和冷却水出口，循环水冷却套后端的载气管外固定安装有一段空心石墨锥，热喷雾管尾端的热喷雾嘴水平插入石墨管的进样孔前方固定的空心石墨帽内；其中所述的热喷雾管、载气管和循环水冷却套为金属导电体并与微流控芯片电源的阴极连接，形成了芯片电泳分离的稳定电回路。
2. 根据权利要求1所述的在线联用接口装置，其特征在于所述的石墨管的两侧各开有一个排气口。
全文摘要
一种微流控芯片毛细管电泳-石墨炉原子吸收在线联用接口装置。所述的接口装置包括与微流控芯片分离通道出口连接的外接毛细管，其另一端插入热喷雾管中，热喷雾管外依次套装有载气管和循环水冷却套，热喷雾管的喷雾嘴水平插入石墨管进样孔前方固定的空心石墨帽内；所述的热喷雾管、载气管和循环水冷却套为金属导电体并与微流控芯片电源的阴极连接，形成了芯片电泳分离的稳定电回路。本发明通过接口处“管套管”式的套管流的流路设计，在高温下汽化，分离出的待测物种以热喷雾的方式连续、平稳、匀速地导入石墨管，保证了分离形态物种的及时传输。此接口同时达到了微流控芯片毛细管电泳分离和石墨炉原子吸收光谱法检测的要求。
文档编号G01N21/31GK101793864SQ20101013262
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者严秀平, 李妍, 江焱 申请人:南开大学