氧化鋁涂層毛細管的制備及應用展望

江明圣

【摘 要】毛細管電泳由于熔融石英毛細管材質(zhì)的原因使電滲流只能從陽極到陰極單向流動，對有機酸的分離較為困難。借助液相沉積法制備了Al2O3薄膜涂層毛細管柱，考察其在Tri緩沖液中雙向電滲流的性質(zhì)并將其應用于有機酸的毛細管電泳分離。

【關鍵詞】毛細管電泳；液相沉積；氧化鋁；雙向電滲流

毛細管電泳（CE）以其高效率，高速的特性廣泛用于蛋白質(zhì)，多肽以及陰、陽離子的分離檢測，有效促進了現(xiàn)代分析科學的發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，除了施加的電壓對電滲流 （EOF） 存在著影響外，毛細管柱的內(nèi)壁性質(zhì)也決定著電滲流的性質(zhì)。

1988年Nagayama等[1]首次報道了液相沉積法（LPD）在硅片上制備SiO2的運用，隨后Wang等[2]對液相沉積法的原理及應用進行了深入的探討。文獻[3]指出，等硅基材質(zhì)作為基片時，由于硅羥基的存在可促進Si-O-M鍵的形成，導致基片與氧化物的結(jié)合相當緊密。基于利用Al（NO3）3的水解平衡反應，可在毛細管內(nèi)壁得到沉積均一致密的Al2O3薄膜涂層。本文借助液相沉積法制備了Al2O3薄膜涂層毛細管柱，探討其在三羥甲基氨基甲烷（Tris）緩沖液下電滲流的性質(zhì)和應用。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

毛細管電泳儀使用Capel-105M及色譜工作站Elfarran購自Lumex公司，熔融石英毛細管（50 μm i.d.×375 μm o.d. （總長40cm，有效長度31.5 cm）購自Phoenix公司。

3.5-二硝基苯甲酸，3-硝基鄰苯二甲酸，丙酮，氫氧化鈉，鹽酸，三羥甲基氨基甲烷（Tris），硝酸鋁，二甲基亞砜（DMSO）購自國藥集團化學試劑有限公司。所用水均為二次蒸餾水且經(jīng)過Milli-Q （Bedford，MA，USA） 處理。樣品和緩沖液在使用前均經(jīng)過0.45μm微孔濾膜（美瑞泰克科技有限公司）處理。

1.2 Al2O3薄膜涂層毛細管的制備

熔融石英毛細管依次使用H2O 10min，0.5mol/L HCl 1h，H2O 10min，0.5 mol/L NaOH 1h，H2O 10min 沖洗，氮氣干燥備用。Al2O3薄膜涂層采用液相沉積法制備。將Al（NO3）3飽和溶液注入處理過的毛細管中，兩端封口，室溫下靜置1h，用空氣將多余溶液吹出，置于馬弗爐400°C老化7h即得氧化鋁薄膜涂層毛細管。

1.3 色譜條件

空白熔融石英毛細管和Al2O3薄膜涂層毛細管有效長度為31.5cm，總長度為40cm。電滲流標記物為丙酮和DMSO。試驗之前，空白熔融石英毛細管依次使用H2O 10min，0.5 mol/L HCl 1h，H2O 10min，0.5 mol/L NaOH 1h，H2O 10min 沖洗，用緩沖液沖洗至平衡，Al2O3薄膜涂層毛細管直接用緩沖液沖洗至平衡，兩次分析之間用水和緩沖液各沖洗5min至平衡。

實驗溫度設置為室溫25°C。采用紫外檢測，波長為254nm。電壓-30/30kV。20m mol/L和0.1m mol/L Tris緩沖液為背景電解液（BGE）。采用壓力進樣50mbar×1s。

2 結(jié)果與討論

2.1 Tris緩沖液中電滲流性質(zhì)

用Tris緩沖鹽為背景電解質(zhì)（BGE），DMSO為電滲流標記物。研究對比了空白熔融石英毛細管和Al2O3薄膜涂層毛細管內(nèi)壁pH值（3～10）對電滲流（EOF）的影響。如圖1所示，在施加相同電壓的情況下，空白毛細管柱和涂層毛細管柱的電滲流方向不同。在空白毛細管柱中始終為陽極到陰極。而涂層毛細管柱在酸性pH值下電滲流開始轉(zhuǎn)向，從陰極到陽極。在pH<7的情況下電滲流的逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，證明在毛細管的內(nèi)壁成功形成了Al2O3薄膜涂層。

實驗表明：可以通過改變電解質(zhì)溶液的pH值調(diào)控Al2O3薄膜涂層表面的凈電荷。電滲流（EOF）在高pH值（pH>8）下向陰極的方向移動，隨著pH值的降低，Al2O3薄膜涂層表面的凈電荷將向零值（等電點）移動并且逆轉(zhuǎn)（pH<7），直接表現(xiàn)為電滲流（EOF）從陰極向陽極的方向運動。

2.2 有機酸的分離

以3.5-二硝基苯甲酸，3-硝基鄰苯二甲酸為目標分析物，丙酮作為電滲流標記物，在毛細管區(qū)帶電泳模式下研究了Al2O3薄膜涂層毛細管實際應用的可行性。如圖2所示，改變Tris緩沖液的pH值，得到流出順序不同的電泳色譜圖。pH=8.5時，遷移時間T丙酮 < T3.5-二硝基苯甲酸 < T3-硝基鄰苯二甲酸；而pH=3.5時，遷移時間是 T3-硝基鄰苯二甲酸 < T3.5-二硝基苯甲酸 < T丙酮。

電泳條件：

2.2.1毛細管長度60/51.5cm，0.1mmol/L Tris （pH8.5），電壓30kV，25°C，波長254nm，壓力進樣50mbar×1s

2.2.2毛細管長度60/51.5cm，20mmol/L Tris （pH3.5），電壓-30kV，25°C，波長254nm，壓力進樣50mbar×1s

實驗表明：在緩沖液pH=8.5時，電滲流的方向同電場中離子淌度的方向相反，造成了有機酸的分離困難，峰寬擴大，峰形對稱性差，遷移時間長（22min）等問題；而在緩沖液pH=3.5時，由于電滲流的轉(zhuǎn)向，其方向同電場中離子淌度的方向相同，改善了有機酸的色譜峰的峰寬，對稱性等問題，同時也縮短了遷移時間（13min），提高了分離效能，見表1。結(jié)果表明采用液相沉積法制備的Al2O3 薄膜涂層毛細管具有良好的分離能力，有助于解決有機酸的分離難題。

3 結(jié)論

通過液相沉積法制備的Al2O3薄膜涂層毛細管表現(xiàn)出優(yōu)秀的逆轉(zhuǎn)電滲流性能，以及對目標分析良好的選擇性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。比對了空白毛細管與Al2O3薄膜涂層毛細管的電滲流表現(xiàn)；并在最優(yōu)條件下對兩種有機酸實現(xiàn)了基線分離。Al2O3薄膜涂層毛細管極大擴展了目標分析化合物的極性范圍，對于分析復雜離子樣品方面具有較大的潛力。

參考文獻：

[1]Nagayama H， Honda H， Kawahara H. A new process for silica coating[J]. J Electrochem Soc，1988， 135：2013-2016.

[2]Wang X P， Yu Y， Hu X F， et al. Preparation of oxide films by liquid phase deposition method [J]. J Functional Materials， 2000， 31（4）：341-343.

[3]Lee M K， Lei B H. Chrarcterization of titanium oxide films prepared by liquid phase deposition using hexafluorotitanic acid [J].J Chromatogr A，2008， 1192： 95-102.