大體積進(jìn)樣提高毛細(xì)管電泳法測定酚的靈敏度

李耀龍，楊淑賢，黃婷婷，康琪

（山東師范大學(xué)化學(xué)化工與材料科學(xué)學(xué)院，山東濟(jì)南 250014）

大體積進(jìn)樣提高毛細(xì)管電泳法測定酚的靈敏度

李耀龍，楊淑賢，黃婷婷，康琪

（山東師范大學(xué)化學(xué)化工與材料科學(xué)學(xué)院，山東濟(jì)南 250014）

利用大體積進(jìn)樣在線富集技術(shù)有效地提高了毛細(xì)管電泳法測定酚的靈敏度，可同時測定2-氯苯酚、4-氯-3-甲基苯酚、2，4-二氯苯酚、2，4-二硝基苯酚、4-硝基苯酚、苯酚、五氯苯酚、2，4，6-三氯苯酚，采用大體積進(jìn)樣法使檢測這8種酚的靈敏度較壓力進(jìn)樣法與電動進(jìn)樣法分別提高了52～86倍和6～17倍，在所用實驗條件下，測定這8種酚類的檢測下限在0.004～0.02 mg/L.

毛細(xì)管電泳；酚；大體積進(jìn)樣

毛細(xì)管電泳是近年來發(fā)展迅速的一種高效分離和分析技術(shù)，它具有分離效率高、消耗樣品量少，分析速度快等優(yōu)點，已在生物化學(xué)、藥物化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、食品化學(xué)、毒物學(xué)、醫(yī)學(xué)和法醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用[1-3].毛細(xì)管電泳中所用的細(xì)小分離通道（內(nèi)徑25～100 mm）有效地克服了電泳所產(chǎn)生的焦耳熱對分離效率的影響，使毛細(xì)管的理論塔板數(shù)達(dá)到106～107/m，也使樣品消耗量可低至納升級，但同時卻限制了檢測器的靈敏度，尤其是紫外檢測器，因吸收光程取決于毛細(xì)管的內(nèi)徑，使得紫外檢測器的靈敏度偏低，難以滿足微量組分分析的要求.為了提高毛細(xì)管電泳的檢測靈敏度，可配備激光誘導(dǎo)熒光、質(zhì)譜、電化學(xué)等高靈敏的檢測器[4-5]，但激光誘導(dǎo)熒光、質(zhì)譜檢測器造價昂貴，而電化學(xué)檢測器存在電極易污染、重現(xiàn)性較差的不足.不過當(dāng)樣品量充足時，可以對試樣中的待測組分進(jìn)行富集，這樣不僅能大幅度提高檢測靈敏度，同時也可以降低其他組分的干擾，提高分析方法的可靠性.

可用于毛細(xì)管電泳中待測組分富集的方法很多，其中以微萃取富集和在線電場堆積最為常用[6-8].微萃取以富集倍數(shù)高、抗干擾能力強見長，而在線電場堆積具有操作簡便的優(yōu)點，根據(jù)富集機(jī)理可以細(xì)分為樣品堆集法、pH法、掃集法、等速電泳法等幾類[9].酚類對人體具有較高毒性，長期飲用含酚水可引起頭昏、出疹、貧血及多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病，本論文選用含酚混合物作為分離體系，采用大體積進(jìn)樣法對待測組分進(jìn)行在線富集以提高毛細(xì)管電泳法檢測酚的靈敏度，有利于檢測低濃度酚類污染物，具有一定的應(yīng)用價值.

1 實驗部分

電泳實驗在所在實驗室自行研制的毛細(xì)管電泳儀上完成，分離電壓由高壓電源（天津文東高壓電源廠）提供，所用毛細(xì)管（內(nèi)徑50 mm）購自河北永年銳灃色譜器件有限公司，分離毛細(xì)管總長度62 cm，有效分離長度55 mm，分離電壓16 kV，配備紫外檢測器（QL-1002，山東師范大學(xué)化學(xué)化工與材料科學(xué)學(xué)院），檢測波長設(shè)為214 nm，由TOP色譜數(shù)據(jù)工作站（杭州揚誠科技有限公司）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析.

所用試劑均為分析純，水為二次石英亞沸蒸餾水，苯酚、2-氯苯酚、4-氯-3-甲基苯酚、2，4-二氯苯酚、2，4，6-三氯苯酚、五氯苯酚、4-硝基苯酚、2，4-二硝基苯酚均購于上?；瘜W(xué)試劑公司，以這8種酚混合物的水溶液作為試樣，電泳緩沖溶液為15 mmol/L Na3PO4+ 15 mmol/L Na2B4O7（pH=9.8），所有溶液在使用前超聲脫氣，用孔徑0.45 mm的尼龍纖維膜過濾.

本文采用壓力差、電動、大體積三種進(jìn)樣方式，在壓力差進(jìn)樣時，毛細(xì)管兩端的高度差為12 cm，進(jìn)樣時間5 s，在電動進(jìn)樣中，進(jìn)樣電壓為3 kV，進(jìn)樣時間為10 s.圖1為大體積進(jìn)樣與富集過程示意圖，首先用自行設(shè)計的壓力注射器將樣品溶液充滿整個毛細(xì)管（a），然后將毛細(xì)管插入電泳緩沖液中，在其兩端施加3 kV的富集電壓，在電滲流（EOF）的推動下，電泳緩沖液自正極進(jìn)入毛細(xì)管中，而樣品中的陰離子則在電場的作用下在緩沖液與樣品的界面處富集（b），隨著富集過程的進(jìn)行，樣品溶液中的溶劑被電滲流推排出毛細(xì)管（c），因此流經(jīng)毛細(xì)管的電流逐漸增加，在富集末期，樣品區(qū)帶中的大部分溶劑被排除（d），此時流經(jīng)毛細(xì)管的電流達(dá)到設(shè)定的數(shù)值，立即切換電源極性進(jìn)行電泳分離（e）.在兩次電泳分離實驗之間，分別用1 mol/L NaOH、1 mol/L HCl、水、緩沖溶液在壓力注射器推動下沖洗毛細(xì)管5 min，確保電泳分離的重現(xiàn)性.

圖1 毛細(xì)管電泳大體積進(jìn)樣在線富集原理示意圖

2 結(jié)果與討論

圖2 8種酚（100 m g/L）混合物的毛細(xì)管電泳色譜圖

2.1 毛細(xì)管電泳分離檢測8種酚

為試驗所研制的毛細(xì)管電泳儀的分析性能，以含8種酚的混合溶液為試樣進(jìn)行電泳分離與檢測，因為酚類物質(zhì)在紫外區(qū)有較強的吸收，故采用紫外吸收檢測器測定酚的濃度.以壓力差的方式進(jìn)樣，試樣中每種酚的濃度均為100 mg/L，所得電泳譜圖見圖2，由圖2可見，在所選試驗條件下，8種酚獲得了良好的分離，按3倍信噪比推算其檢測下限在0.27～1.1 mg/L（參見表1），由此可見，采用壓力差進(jìn)樣，雖然簡單易行，而且進(jìn)入毛細(xì)管中的樣品區(qū)帶的組成與待測樣品相同，即進(jìn)樣過程不存在組分歧視，但受到檢測窗口內(nèi)徑的限制，有效吸收光程短，使得檢測靈敏度偏低，難以滿足低含量酚類污染物檢測的要求.盡管有文獻(xiàn)報道使用特別設(shè)計的異形毛細(xì)管（如Z型、矩形、球泡型等）可以有效提高紫外吸收檢測器的靈敏度[6]，但因毛細(xì)管的脆弱性使得其加工難度很高，而且失去保護(hù)層的光學(xué)窗口極易損壞，這種技術(shù)難以獲得實際應(yīng)用.

2.2 在線富集提高毛細(xì)管電泳的檢測靈敏度

富集是提高分析方法靈敏度的有效途徑之一，毛細(xì)管電泳與其他富集方法如萃取等聯(lián)用可以大幅度地提高其檢測靈敏度，另外，選用合適的進(jìn)樣方式也能改善其檢測性能.當(dāng)樣品的電導(dǎo)率遠(yuǎn)小于電泳緩沖液的電導(dǎo)率時，采用電動進(jìn)樣方式可以提高離子組分的檢測靈敏度，這是因為在毛細(xì)管進(jìn)樣端附近存在很高的電場，使溶液中陰離子或陽離子優(yōu)先電遷移進(jìn)入毛細(xì)管，即存在場堆積放大效應(yīng)，由表1可見，采用電動進(jìn)樣所得檢測下限較壓力進(jìn)樣方式明顯降低，靈敏度增加4.7～13倍，不同酚的增加倍數(shù)不同是因為它們的陰離子在電場作用下的遷移速率有差異.因為基于場堆積放大效應(yīng)的增敏效果最終受到樣品與緩沖液電導(dǎo)率差異的限制，檢測靈敏度難以進(jìn)一步提高.

要使更多的待測物進(jìn)入毛細(xì)管而又不至引起樣品超載導(dǎo)致嚴(yán)重的色譜峰展寬，基于在線富集的大體積進(jìn)樣方式是個不錯的選擇，其富集原理如圖1所示.首先，用樣品溶液部分或全部充滿毛細(xì)管，即大體積進(jìn)樣，然后在毛細(xì)管兩端施加一定的電壓，在電場作用下，陰離子向正極方向遷移，而樣品中的溶液則在電滲流的推動下從負(fù)極排出，當(dāng)樣品的電導(dǎo)率遠(yuǎn)小于緩沖溶液的電導(dǎo)率時，在緩沖溶液與樣品區(qū)帶的界面存在很高的電場，因此陰離子在該界面富集，隨著樣品區(qū)帶中溶劑的不斷被推排出毛細(xì)管，毛細(xì)管中溶液的總電阻逐漸下降，因此電流不斷上升，當(dāng)電流達(dá)到充填純緩沖溶液時電流的90%～95%時，終止此富集過程，否則有可能將富集了待測離子的樣品區(qū)帶也推出毛細(xì)管造成樣品的損失甚至使富集步驟失敗.富集過程終止后需立即切換電源極性，以盡量減小因樣品區(qū)帶擴(kuò)散導(dǎo)致的峰展寬.由表1所示的實驗結(jié)果來看，采用大體積進(jìn)樣后所得檢測下限更低，測定8種酚類的檢測下限在0.004～0.02 mg/L.相比壓力進(jìn)樣，靈敏度增加了52～86倍，此值較電動進(jìn)樣法也提高了6～17倍.

2.3 進(jìn)樣方式的適用性

在所實驗的三種進(jìn)樣方法中，壓力差進(jìn)樣方法簡單易行，重現(xiàn)性良好，因為它不存在歧視效應(yīng)，可以適用于不同組成的樣品中所有組分，是目前毛細(xì)管電泳中最為常用的進(jìn)樣方法.實驗結(jié)果表明，電動進(jìn)樣和大體積進(jìn)樣都存在歧視效應(yīng)，僅在低電導(dǎo)率樣品時有增敏作用，其進(jìn)樣重現(xiàn)性不及壓力差方式，且受溶液中其他離子濃度的影響較大，不適合含有高濃度鹽樣品中微量組分的測定，其中，大體積進(jìn)樣還涉及富集終點判斷與電源極性切換，增加了操作步驟.就提高毛細(xì)管電泳的檢測靈敏度而言，聯(lián)用獨立的富集方法如微萃取等，所建分析方法的適應(yīng)性更強，若將微萃取法與毛細(xì)管的在線富集技術(shù)相結(jié)合，可以進(jìn)一步提高分析方法的靈敏度[10]，同時也可改進(jìn)其適應(yīng)性，但需巧妙設(shè)計毛細(xì)管電泳裝置，以提高其可操作性.

表1 壓力進(jìn)樣、電動進(jìn)樣、大體積進(jìn)樣法測定酚類化合物的靈敏度比較

3 結(jié)論

本文建立了一種基于毛細(xì)管電泳分離同時測定多種酚類物質(zhì)的分析方法，適用于低鹽樣品中酚類物質(zhì)的檢測，比較了壓力差進(jìn)樣、電動進(jìn)樣、大體積進(jìn)樣三種進(jìn)樣方式對檢測靈敏度的影響.結(jié)果表明，電動進(jìn)樣和大體積進(jìn)樣均能大幅度提高檢測酚的靈敏度，相比于壓力差進(jìn)樣，電動進(jìn)樣和大體積進(jìn)樣分別提高靈敏度4.7～13倍和52～86倍，采用大體積進(jìn)樣測定8種酚的檢測下限在0.004～0.02 mg/L，具有一定的實用價值.

[1]Anastos N,BarnettNW,Lewis SW.Capillary electrophoresis for forensic drug analysis:A review[J].Talanta,2005,67:269-279.

[2]劉長付，陳媛梅.高效毛細(xì)管電泳的進(jìn)展[J].廣州化工，2011，39（17）：15-17.

[3]Zhu Z F,Lu JJ,Liu SR.Protein separation by capillary gelelectrophoresis:A review[J].Anal Chim Acta,2012,709:21-31.

[4]陳義.毛細(xì)管電泳技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[5]Opekar F,Stulik K.Some important combinationsof detection techniques for electrophoresis in capillariesand on chipswith empha?sis on electrochemical principles[J].Electrophoresis,2011,32:795-810.

[6]謝海洋.毛細(xì)管電泳綠色樣品預(yù)富集技術(shù)的研究[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2010.

[7]MaláZ,Gebauer P,Bo?k P.Contemporary sample stacking in analyticalelectrophoresis[J].Electrophoresis,2011,32:116-126.

[8]Breadmore M C,Dawod M,Quirino JP.Recent advances in enhancing the sensitivity of electrophoresis and electrochromatography in capillariesandmicrochips[J].Electrophoresis,2011,32:127-148.

[9]燕娜，陳興國.毛細(xì)管電泳在線富集技術(shù)研究新進(jìn)展[J].巖礦測試，2009，28（4）：351-360.

[10]Othman ZA,Dawod M,Kim J,etal.Single-dropmicroextraction asa powerfulpretreatment tool for capillary electrophoresis:A re?view[J].Anal Chim Acta,2012,739:14-24.

Enhancement Sensitivity for Phenols Determination by Capillary Electrophoresis with Large Volume Sample Preconcentration

LIYao-long,YANG Shu-xian,HUANG Ting-ting,KANG Qi
(School of Chemistry,Chemical Engineering and Material Science,Shandong Normal University,Jinan 250014,China)

The sensitivity for phenols determination by capillary electrophoresis was enhanced by an on-line large volume sample preconcentration technique.Simultaneous determination of phenol,2-chlorophenol,4-chlo?ro-3-methylphenol,2,4-dichlorophenol,2,4-dinitrophenol,4-nitrophenol,pentachlorophenol and 2,4,6-tri?chlorophenol with UV detection was reported.It was shown that the sensitivity for the eight phenols determina?tion with large volume sample injection was enhanced by factors of 52-86 and 6-17 in comparison with that in hydrostatical and electrokinetic sample injection approaches,respectively.Under the experimental conditions used,the detection limit for the eight phenols is in the range of 0.004-0.02 mg/L.

capillary electrophoresis;phenols;large volume sample injection

O657

A

1008-2794（2012）08-0040-04

2012-07-16

國家自然科學(xué)基金項目“壓電石英晶體低阻抗非接觸式離子檢測系統(tǒng)的研究”（20975062）

李耀龍（1986—），男，內(nèi)蒙古包頭市人，山東師范大學(xué)2010級分析化學(xué)專業(yè)研究生.

康琪（1965—），女，陜西韓城人，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：環(huán)境分析化學(xué)，E-mail：qikang@sdu.edu.cn.