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微型全化学分析芯片分析毒性重金属离子

唐守渊  
【摘要】: 微型全化学分析系统((TAS)是20世纪九十年代初提出的新兴分析化学技术,其核心在于将所有分析化学过程中的各种功能及步骤缩微化和集成化,包括:泵、阀、流动管道、混合反应器、试样分离、检测器、电子控制部分等。(TAS希望把化学分析过程缩微在一几个平方厘米的芯片上,最大的特点就是样品与试剂消耗低、高效、可在线操作等。目前已经实现了毛细管电泳(CE)、液相色谱(LC)等的缩微化,但是由于现在微加工技术的限制,还没有完全实现(TAS的概念,一些部件并没有完全集成上去,很多方面还需进一步的研究证实。 本文首先从(TAS的缩微化理论入手,探讨了流体的微尺度效应,借鉴色谱理论讨论了缩微化的优越性及实用性。以量纲分析和相似性原理对微流体的流动参数进行了分析。分别对压力驱动流体和电渗流驱动流体的分散与混合进行了讨论,在压力驱动流体下,设计的管道存在折叠对微管道中样品与试剂的混合有利;在电渗流驱动下,对称以及深宽比高的微管道最佳。 研究了有机玻璃制作化学微芯片的方法,优化出一条集微管道印刻、微管道密封的技术路线,该方法简单、所需设施简易,适合于大多数普通实验室的制作。在本研究的技术路线下,成功制作了二维及三维的有机玻璃化学微芯片,并且在其上进行的化学发光标准样品测试表明,制作芯片具有较好的性能。同时在其上进行的流体混合试验印证了部分理论分析的结果。 自制巯基棉,对环境中有毒金属Pb2+进行了分离富集,在有机玻璃化学微芯片上,优化Luminol-KMnO4-Pb2+及Luminol-H2O2-Pb2+化学发光反应的条件、芯片流路流体参数的情况下进行了分析测试。对环境水中的有机铅及铅离子分别进行了测试,通过化学反应的转化,间接测定了汽油中的四乙基铅的含量,其结果与原子吸收方法比较,较为满意。本文的研究可以为(TAS进一步对环境中有毒金属的形态进行分析、测定生化样品打下基础。


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