分析技术的发展

从几个侧面看分析技术的发展
    分析化学实验技术的发展是随着科学技术的进
步和新材料的不断出现而发展的本文仅从几个侧
面看分析技术的发展。主要淡下面三个问题1)从
电泳—毛细管电泳—电渗流泵—微全分析
(FJAS) ; (2)新型氟塑料材料与波If技术;(3)高分
子膜技术的某些新应用
1从电泳一毛细管电泳一电渗流泵发展到
微全分析
    1906年俄国科学家茨维特首先提出色谱的概
念，"Chromatography"，原意是“颜色”和“一书写”的意
思。早期的色谱都是有颜色的，谱带展开以后，将柱
芯从玻璃管中推出，像切香肠一样切开，再进行化
验。色谱技术经过近百年的发展，从有色到无色，从
柱色谱、纸色谱到薄层色谱。从筛析排阻色谱到离
子交换色谱、1952年诞生气相色谱法，20世纪6(?
年代末出现高效液相色谱法(HPLC，是由半自动蛋
白质分析仪演变而来)作为HPI￡的一个分支，1975
年出现离子色谱仪(IC)_色谱的实质是创造一种条
件使分析物的各个组分一道作有序的运动、传质、分
离和测定的过程。现在色谱法已经成为分析化学领
域中的一个大家族。回顾这段历史是因为电泳也是
色谱家族的一员。传统的电泳是在溶液薄层的两端
加上电压，使带电粒子按电荷的符号和大小产生迁
移并进行分离技术)已应用于人的血浆中白蛋白、
多种球蛋白和纤维蛋白的分离。人们也希望扩大电
泳的分离能力，比方说把电泳的距离加长一些，电压
加大一些，但是受到限制。由于生热使无序运动增
加，不能提高分离效率。
，，，毛细管电泳(CE )
    直到20世纪90年代，毛细管电泳技术的出现，
才解决了在高压下溶液生热的问题。这主要靠管径
大大缩小来实现的。毛细管电泳所用的管道内径通
常为0.0/mm。管道细到这种程度，就不怕施加几千
伏乃至万余伏的高服这样就可使几十个组分一次
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分开。这是(:E的一大进步，当然也还有些实际问
题没能完全解决。在湿化学流动分析法中，连续流
动分析所用的管道内径5mm，而流动注射分析所用
的管道内径0.5mm，管道越细越有利层流的实现，越
有利于有序运动。与CE相伴而生的是电渗流技
术。毛细管电泳的输液动力就是靠电渗流现象。用
于FIA的电渗析泵的示意图(见图1)II
下高压源卜一
                图!11八电渗析泵示意图
        I.溶剂杯2.电渗柱(通常内径70um长40c"m )
        V.注人阀D.检测器(流速约S00mlJmin)
1.2电渗流泵
    将电渗流泵用于F‘;IA的有美国Texas大学的
P. K. Dasgupt。教授和刘绍荣’博士。中国科技大学何
友昭等z用多孔芯柱电渗流泵，实现每分钟微升级到
毫升级的流量。缺点是不间断工作时间只能持续儿
个小时，输出压强只有零点几个兆帕。电渗流泵用于
微流控芯片的输液则是更好的组合方式之一。
1.3微流控芯片3
    20世纪90年代初出现的分析化学模块微型化
的一种形式。1, 1A集成微管道的典型尺寸是70 x 45
x lumen;微流控芯片的面积通常为儿个平方厘米，
厚度为Smm，大小像一片骨牌似的。微流控芯片以
微机电加工技术为依托，如光刻工艺和湿法刻蚀技
术、膜塑法、软刻蚀和热压法等。以微管道网络为结
构特征。以生命科学的课题为目前的主要应用对
象。如已经实现的用微液控芯片结合CE的DNA测
序，蛋白质构象变化以及tllR扩增等。
1.4微全分析系统4 (miniaturized Total Analysis
Systems, pTAS )
f讲座
    是分析仪器微型化和集成化的目标。主要是由
如下三部分组成1)微型输液系统，如电渗流泵，以
及利用气压、重力和离心力等输液驱动手段。(2)微
流控分析芯片，1991年5就已经实现了微芯片f_-的
CE和FIA。在一段时间里曾以CE为核心，现已扩
展到其它实验技术，如液液萃取和无膜扩散等。(3)
监测技术，从分光度法、荧光法、电化学、质朴、原子
光谱和化学发光等。检测器的微型化尚有很多工作
要做。有人说FIA的发展会走向[tTAS，是历史发展
的必然。因此，人们寄厚望于微全分析技术。_且看
实践的检验吧。目前来看，液体输送、检测和实际样
品的预处理和进样三大难题至今尚未真正解决。
    回顾从电泳到毛细管电泳，再到电渗流技术，微芯
片技术，再到微全分析系统的发展里程，我想决定因素
之一就是细径管，离开了细径管这一切都是不可能的。
表1几种溶剂的折射率
折射率
聚四氟乙烯(PEFE)
聚四氟乙烯六氟乙烯的共聚物(FEP)
聚四氟乙烯与多氟丙基乙烯醚共聚物(PEA)
Teflon R AF 1600
TeflonR AF 2400
水
乙醇
C(aL(四氯化碳)
苯
1.41
1.35
1.31
1.29
1.333
1.36
1.中607
1.5012
2新型氟塑料材料与波导技术
    波导并不是一项新技术，几十年前就有了、)分
析化学家所感兴趣的是液芯光纤的波导功能。在分
光光度检测中，如将液芯光纤用作流通池的光通道。
由于光在光纤中的多次折射，这就大大增加了光程。
从而大大提高分析的灵敏度。那些需要用10几厘
米长光程比色皿的地方，不需要了，要更长的光程也
不困难。随之而来的是灵敏度的大大提高。本来测
不出来的分析物可以测出来了，这就是波导技术带
来的好处。
    制作波导管所用的材料必须具备一个共同的条
件，就是光波在液芯中传导时，能够在液芯与管壁的
界面上发生折射。已知有如下几种1)玻璃管或石
英管管壁涂复有适当折射率的材料;(2)裸玻璃或石
英管外壁与空气的界面与内部的总折射率有差别而
实现光传输;(3)管内或外用低折射率的高分子聚合
物涂复;(4)塑料管。
    过去不容易找到合用的波导管材料，所以也没
有得到广泛应用。已知波导技术可用在微波和红外
区，在可见光区用于吸光度测量也已成功。只是对
荧光和Raman光有较大的损失，例如在玻璃管外涂
银，管内充满水时就是这样
    最近研究表明，基于总内界面折射的波导，荧光
和Raman光的损失能明显地降低，由250dB/m降至
1dB/mo
    新型氟塑料管材，为波导技术提供了极好的条
件。从下面的几种氟塑料和几种溶剂的折射率就可
以看出采用波导技术的可能性(见表1)
    经常接触到的膜有如下几种:(I)离子交换膜，又分
为均相膜和非均相膜。主要用途:电渗析，离子色谱法使
用的化学抑制器中的隔膜，电渗流中采用的隔离膜，膜的
作用是能导电，但不让溶液对流。(2)微孔滤膜，主要用
于固一液分离，滤除固体杂质。微孔透气膜，主要用于1)
气一液分离，如FIA中的气体扩散法和氢化物发生法。
2)有机相一水相分离，如FIA在线萃取中所用的相分离
膜〔3)渗透膜、超滤膜、分子门膜与反渗透膜( R.0)。渗
透膜，如玻璃纸、牛皮纸等，主要用于大分子与小分子和
离子的分离，除去分析物中的基体。
    超滤膜或空芯纤维，截留大分子量的物质，比如
m > 6000。分子门膜是聚碳酸酉旨制作的，其孔径是按分子
大小刻蚀的。反渗透膜(R.0)，是一种只让水分子通过
而下让离子通过的一种膜，离子的截留率可以达到95%
一99.7%〕截留率除与膜的品质有关之外，就是与去离
子产出水与截留废水之比的控制有关。一般控制在3:7
或4:6范围内，这样去离子的效果比较好。这种去离子
水就是大家饮用的纯净水。反渗透膜在超纯水器中有重
要作用，可以大大延长使用寿命。
    超纯水器的生产流程如下:自来水、机械过滤~活
性碳过滤~反渗透争紫外光消解净多级混床离子交换柱
(或连接FIX)~超纯水(18MQ)
    反渗透加上电渗析再加上离子交换，将这些技术结
合起来，将是生产超纯水的更科学、更合理和有更长使用
寿命的新方案。
                    参考文献
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