Abstract
Ce document décrit un protocole de fabrication pour une extraction en phase solide assistée dipôle (SPE) puce disponible pour l'analyse des métaux traces dans des échantillons d'eau. Un bref aperçu de l'évolution des techniques de SPE à puce est fournie. Elle est suivie par une introduction à des matériaux polymères spécifiques et leur rôle dans SPE. Mettre au point une technique de SPE assistée dipolaire innovant, un atome de chlore (Cl) contenant une fonctionnalité SPE a été implanté dans un poly (méthacrylate de méthyle) (PMMA) à puce. Ici, les techniques d'analyse diverses, y compris l'analyse de l'angle de contact, analyse spectroscopique Raman, et ablation laser-couplage inductif spectrométrie de masse à plasma (LA-ICP-MS) l'analyse ont été utilisées pour valider l'utilité du protocole d'implantation des fragments C-Cl sur le PMMA. Les résultats d'analyse de la structure d'absorption des rayons X proche bord (XANES) L'analyse a également démontré la faisabilité du PMMA contenant Cl utilisé comme milieu d'extraction en raison de la dipole-les interactions ioniques entre les groupements très électronégatifs C-Cl et les ions métalliques chargés positivement.
Introduction
Du point de vue de la gestion de l'environnement et la prévention de la contamination, des traces de métaux qui causent la pollution grave ou des problèmes toxicologiques sont une préoccupation dans le monde entier. Une appropriée sur puce technique échantillon de prétraitement a été largement acceptée comme la clé du succès dans le traitement et l'analyse des échantillons réels via les plates-formes à puce, parce que les espèces chimiques co-existantes inattendues dans des échantillons bruts entravent souvent la détermination précise des analytes présents dans des traces montants . 1 Parmi les techniques disponibles, sur puce extraction en phase solide (SPE) est particulièrement populaire pour les analyses de traces de métal, car cette technique permet le nettoyage de l' échantillon et préconcentration d'analyte à effectuer simultanément est extrêmement utile pour l' isolement des ions métalliques à partir de matrices de sels complexes. 2,3
L'avancement des techniques sur puce SPE utilisée pour la détermination des métaux traces n'a cessé d'évoluer. Dans les premiers jours, til SPE puces ont été préparées en chargeant les résines disponibles dans le commerce dans les microcanaux pour construire les unités SPE riche en résine 7/4. Cette parfois nécessaire l'analyte à dérivatisé pour permettre la transformation des ions métalliques dans les formes de résine conservable. 4 Une autre méthode pour la préparation de dispositifs de SPE à puce est d'utiliser le canal de la puce comme un sorbant SPE pour la collecte des métaux traces après modification de la surface simple. 8 dernières années ont vu une tendance émergente impliquant l'incorporation de nanoparticules magnétiques (MNP) et des produits chimiques spécifiques qui contiennent des groupes fonctionnels capables de retenir efficacement les ions métalliques. Contrairement aux résines commerciales, les MNP sont modifiés avec des composés tels que le γ-mercaptopropyltriméthoxysilane (γ-MPTS) aminobenzyle 9 et l' acide éthylènediaminetétraacétique (ABEDTA) , 10 après quoi ils sont emballés dans des microcanaux à l'aide d'un champ magnétique externe to réaliser l'extraction sélective des ions métalliques.
Bien que des progrès significatifs dans le développement des techniques sur puce SPE a été témoin, les techniques rapportées généralement fonction basée soit sur l'échange d'ions ou la chélation. L'utilisation de techniques telles que celles-ci présente l'inconvénient de nécessiter des procédures opérationnelles inévitables, y compris ceux qui sont associés au conditionnement, lavage ou de régénération, afin de maintenir la performance analytique. Malheureusement, la nécessité de procédures opérationnelles supplémentaires non seulement prolonge le temps requis pour chaque analyse , mais aussi des risques entraînant des valeurs vides élevés et des résultats reproductibles. 11 Par conséquent, une stratégie alternative travaillant pour des techniques sur puce SPE est impératif pour les analyses des métaux traces.
En 1993, Watts et 12 Chehimi trouvé que les ions métalliques ont une tendance de rétention vers des matériaux polymères, et que la plupart des analytes efficacement retenus sur un chlore (Cl) -containing matériau polymère, le poly (chlorure de vinyle) (PVC) à l'exception des ions sodium. Par conséquent, en 2002, Eboatu et al. 13 ont rapporté plus loin sur la séquestration de certains métaux toxiques à partir de solutions de PVC. Parce que cela indique que Cl contenant des matériaux polymères présentaient des propriétés supérieures pour la substance à analyser pré-concentration et de sel élimination de la matrice, des dispositifs à puce avec le contenant Cl fonctionnalité SPE ont été considérés comme une stratégie attractive pour le développement d'une technique de SPE nouveau sur puce pour la détermination des traces d'ions métalliques. Compte tenu des caractéristiques des matériaux, tels que la facilité de fabrication, chimique désirée / propriétés mécaniques, et la clarté optique, 14,15 cette étude ont profité de poly (méthacrylate de méthyle) (PMMA) pour fabriquer un micro. Ensuite, la fonctionnalité de la SPE contenant Cl a été implanté dans le dispositif fabriqué pour le développement d'une nouvelle technique sur puce SPE pour la détermination des ions de métaux traces. 16
Remarkably, la dépendance du mécanisme d'extraction innovante sur les interactions dipôle-ion entre les très électronégatifs fragments C-Cl dans le canal intérieur et les ions métalliques chargés positivement permet d'éviter des mesures prises au cours des procédures générales de SPE sur puce, conduisant à une réduction considérable de la pollution causée soit par l'utilisation de réactifs en excès ou le travail attribué à des étapes supplémentaires. Le protocole fourni dans cette contribution permettra aux chercheurs d'horizons divers pour fabriquer la SPE puce assistée dipôle-pour leur travail. procédures de caractérisation détaillées pour la puce fabriquée sont décrites aussi bien.
Protocol
Attention! Plusieurs produits chimiques (par exemple, l' acrylamide, le 1,1'-dichloroéthylène) utilisé dans ces procédures sont extrêmement toxiques et cancérigènes. Consultez toutes les fiches de données de sécurité des matériaux pertinents (MSDS) avant utilisation. Suivez les consignes de sécurité appropriées lors de la réalisation des expériences.
Note: Sauf indication contraire, effectuer toutes les procédures à la température ambiante dans une hotte de classe 100 à flux laminaire.
1. Fabrication de la Microchip SPE Dipole assistée
- Préparation de la puce électronique PMMA
Remarque: Le protocole de fabrication de la puce était similaire à celui décrit par ailleurs 8.- Dessinez le motif de réseau de la puce (figure 1 (a)) en utilisant la conception assistée par ordinateur (CAO) selon le protocole du fabricant.
- Monter une feuille de PMMA (350 mm (L) x 20 mm (L) x 2 mm (H)) sur la table de travaille système de micro-usinage laser, puis concentrer la source laser sur la surface de la feuille de PMMA.
- Sélectionnez l'impression dans le logiciel de CAO, puis définir le mode d' alimentation, la vitesse et Pen 45% (4,5 W), 13% (99,06 mm sec -1), et VECT à travers le panneau du système de micro - usinage de commande.
Remarque: Les paramètres tels que puissance, vitesse et mode Pen affectant les caractéristiques du canal ont été étudiées à l' avance. La méthode d'évaluation a été similaire à celle proposée par Yuan et Dasa. 17 Les paramètres sélectionnés dans cette étude ont été utilisées pour usiner un canal approprié pour l' adaptation aux conduits sans fins académiques compliquées. Les gens peuvent choisir une autre condition pour l'usinage au laser en fonction de leur besoin. - Imprimer le motif dessiné, puis usiner la feuille de PMMA par le système de micro - usinage laser selon le protocole du fabricant. La figure 1 (b) , figure 1 (c) affiche la photographie de la section transversale de la plaque usinée.
Attention! Porter des lunettes lors de l' utilisation du système laser pour éviter de graves lésions oculaires dues à l' exposition au rayonnement laser. Un système d'échappement approprié est recommandé en raison de la production de fumées / fumée lors de l'usinage laser. - Percer des trous d'accès au diamètre trois 16/01 pouces pour une entrée d'échantillon, une entrée de tampon et une entrée d' éluant sur la plaque de fond et une sortie pour une confluentes sur la plaque de recouvrement Figure 1 (b).
Attention! Évitez tout contact corporel avec le foret pendant les procédures d'usinage pour éviter les blessures. Le port de gants est interdit lors du forage. - Immerger les plaques usinées dans 1 L de 0,1% (p / v) de dodécylsulfate de sodium (SDS) à une solution dans 1 litre bécher, sous agitation par l'intermédiaire d'un oscillateur à ultrasons pendant 10 min.
- Remplacer la solution SDS wl'eau déminéralisée i et agiter par un oscillateur à ultrasons pendant 10 min.
- Remplacer le résidu DI H 2 O avec une douce, puis immerger les plaques usinées dans 1 L de DI H 2 O sous agitation au moyen d' un oscillateur à ultrasons pendant 10 min. Ensuite, sécher chaque plaque nettoyée avec un léger courant d'azote pendant 2 min.
- Alignez les deux plaques usinées à l'œil nu, puis en sandwich les deux plaques entre deux plaques de verre en utilisant des clips de liant.
- Lier les deux plaques en compression à 105 ° C pendant 30 min.
- Refroidir le sandwich à la température ambiante, puis retirer les clips de liant et des planches de verre.
- Insérer 16/01 pouces poly diamètre extérieur (étheréthercétone) (PEEK) des tubes dans les trous d'accès, puis fixer les conduits avec un adhésif à base d'époxy à deux composants.
- Sécher l'adhésif à température ambiante pendant 12 heures.
- Modification de l'Intérieur Canal du Microchip PMMA
Note:. Ce qui suit se réfère partiellement aux procédures publiées avec de légères modifications 8,18,19- Fournir une solution d' hydroxyde de sodium saturée (NaOH) à un débit de 100 ul min - 1 par l' intermédiaire d' une pompe péristaltique dans la puce électronique pendant 12 heures (72 ml au total du volume de livraison).
- Retirer la solution résiduelle, puis rincez à l'intérieur du canal avec DI H 2 O à un débit de 100 pl min - 1 via une pompe péristaltique pendant 30 min (3 ml de volume total livré).
- Retirez la DI résiduelle H 2 O puis livrer un (v / v) d' acide 0,5% nitrique (HNO 3) solution dans la puce à un débit de 100 min pi de débit - 1 via une pompe péristaltique pendant 30 min (3 ml de volume total livré ).
- Éliminer la solution résiduelle et ensuite délivrer un 50% (p / v) de solution d'acrylamide dans la puce électronique dans l'obscurité , à un débit de 100 ul min - 1 via pompe péristaltique pendant 8 heures (48 ml de volume total livré).
- Retirer la solution résiduelle, puis rincez à l'intérieur du canal avec DI H 2 O à un débit de 100 pl min - 1 via une pompe péristaltique pendant 30 min (3 ml de volume total livré).
- Pomper l' air pour enlever la DI résiduelle H 2 O avec une pompe péristaltique, puis couvrir la puce avec un photomasque en interne construit permettant la région désirée du canal d'extraction d'être exposés à la lumière.
Remarque: Le photomasque en interne construite a été faite d'un papier noir (114 mm (L) x 22 mm (W)) qui contenait une fenêtre ouverte (94 mm (L) x 2 mm (W)) permettant la région désirée du canal d'extraction afin d'être exposée à la lumière. - Préparation du contenant Cl SPE Formation Solution
- Rincer la cartouche SPE de retrait de l'inhibiteur avec de l'éthanol à hauteur d'au moins trois cartouches volumes.
- Rincer la cartouche avec le 1,1'-dichloroethenereprésentant au moins trois cartouches volumes avant utilisation.
- Passez 1 ml de 1,1'-dichloroethene à travers la cartouche traitée puis recueillir la fraction dans un flacon d'échantillon (20 ml) enveloppé dans une feuille d'aluminium.
- Ajouter 491 pi de 1,1'-dichloroéthylène dans la solution contenant 12 mg de 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN), 3,18 ml d'éthanol et 1,65 ml d'hexane dans 100 ml bouteille en verre.
- Remplir le canal de la puce avec la solution contenant Cl formation de SPE (environ 200 pi) par injection de la seringue, puis d' exposer la puce électronique aux rayons ultraviolets (UV 365) , une irradiation avec une longueur d' onde maximale d'émission de 365 nm pendant 10 min (intensité lumineuse ~ 2,65 mW cm -2).
Attention! Un système d'échappement approprié est recommandé, en raison de la production d'ozone pendant l' irradiation UV. - Remplacer la solution résiduelle avec une solution fraîche contenant Cl SPE formation (environ 200 pi) par seringue Injection puis exposer la puce aux UV 365 irradiation pendant 10 minutes à nouveau (intensité lumineuse ~ 2,65 mW cm -2).
- Répétez l'étape 1.2.9 18 fois.
- Rincez l'intérieur du canal avec de l' éthanol à raison de 100 min pi de débit - 1 via une pompe péristaltique pendant 30 min (3 ml de volume total livré). Après avoir enlevé la solution résiduelle avec pompe péristaltique, stocker la puce fabriquée dans un sac à fermeture à glissière pour l'utilisation ultérieure.
2. Vérification de PMMA Modification de surface
- Contactez - Analyse Angle
- Découper une feuille de PMMA (350 mm (L) x 20 mm (L) x 2 mm (H)) dans des substrats en PMMA (50 mm (L) x 20 mm (L) x 2 mm (H)) par le système de micro-usinage au laser .
- Immerger les substrats PMMA dans 40 ml de solution saturée de NaOH dans un tube conique de 50 ml, puis agiter les mélanges obtenus par un agitateur à bascule pendant 12 heures.
- Retirer la solution résiduelle, puis rincer le PSubstrats MMA avec 40 ml DI H 2 O.
- Immerger les substrats PMMA dans 40 ml DI H 2 O puis agiter les mélanges obtenus par un agitateur à bascule pendant 30 min.
- Retirer le résidu DI H 2 O. Immerger les substrats PMMA dans un 40 ml de 0,5% (v / v) HNO 3 solution, puis agiter les mélanges obtenus par un agitateur à bascule pendant 30 min.
- Retirer la solution résiduelle. Immerger les substrats PMMA dans 40 ml de 50% (p / v) d'acrylamide, puis agiter les mélanges obtenus par un agitateur à bascule dans l'obscurité pendant 8 heures.
- Retirer la solution résiduelle, puis rincer les substrats en PMMA avec 40 ml DI H 2 O.
- Immerger les substrats PMMA dans 40 ml de DI H 2 O puis agiter les mélanges obtenus par un agitateur à bascule pendant 30 min.
- Retirer le résidu DI H 2 O puis sécher chaque substrat de PMMA avec un léger courant d'azote pendant 2 min.
- Préparation de laCl contenant du SPE Formation Solution
- Rincer la cartouche SPE de retrait de l'inhibiteur avec de l'éthanol à hauteur d'au moins trois cartouches volumes.
- Rincer la cartouche avec le 1,1'-dichloroethene représentant au moins trois cartouches volumes avant utilisation.
- Passez 6 ml de 1,1'-dichloroethene à travers la cartouche traitée puis recueillir la fraction dans un flacon d'échantillon (20 ml) enveloppé dans une feuille d'aluminium.
- Ajouter 4,91 ml de 1,1'-dichloroéthylène dans la solution contenant 120 mg d'AIBN, 31,8 ml d'éthanol et 16,5 ml d'hexane dans 100 ml bouteille en verre.
- Appliquer 2 ml de la solution contenant Cl formation de SPE sur les surfaces des substrats en PMMA et ensuite exposer les substrats aux UV irradiation 365 pendant 10 min (intensité lumineuse ~ 2,65 mW cm -2).
Attention! Un système d'échappement approprié est recommandé, en raison de la production d'ozone pendant l' irradiation UV. - Remplacez la solu résiduelletion avec 2 ml de frais Cl contenant une solution de formation SPE et ensuite exposer les substrats aux UV 365 irradiation pendant 10 minutes à nouveau (intensité lumineuse ~ 2,65 mW cm -2).
- Répétez l'étape 2.1.12 18 fois.
- Retirer la solution résiduelle, puis rincer les substrats de PMMA avec 40 ml d'éthanol dans un tube conique de 50 ml.
- Retirer la solution résiduelle, puis rincer les substrats en PMMA avec 40 ml DI H 2 O.
- Retirer le résidu DI H 2 O puis sécher chaque substrat de PMMA avec un léger courant d'azote pendant 2 min.
- Déposer 5 ul DI H 2 O sur les substrats en PMMA et déterminer l'angle de contact par un dispositif de mesure d'angle de contact selon le protocole du fabricant.
Remarque: Utilisez la moyenne des trois mesures répétées pour déterminer les angles de contact rapportés dans chaque cas.
- Laser Ablation (LA) -Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (ICP-MS) Analyse </ Strong>
- Broyer 8 g de billes de PMMA en poudres PMMA par un mortier et un pilon.
- Immerger les poudres de PMMA dans 40 ml de solution saturée de NaOH dans un tube conique de 50 ml, puis agiter les mélanges obtenus par un agitateur à bascule pendant 12 heures.
- Retirer la solution résiduelle par une pipette numérique avec des pointes de 5 ml, puis rincer les poudres de PMMA avec 40 ml DI H 2 O.
- Immerger les poudres de PMMA dans 40 ml DI H 2 O puis agiter les mélanges obtenus par un agitateur à bascule pendant 30 min.
- Retirer le résidu DI H 2 O. Immerger les poudres de PMMA dans 40 ml de 0,5% (v / v) HNO 3 solution, puis agiter les mélanges obtenus par un agitateur à bascule pendant 30 min.
- Retirer la solution résiduelle. Immerger les poudres de PMMA dans 40 ml de 50% (p / v) d'acrylamide, puis agiter les mélanges obtenus par un agitateur à bascule dans l'obscurité pendant 8 heures.
- Retirer la solution résiduelle, puis rincer les poudres de PMMA with 40 ml de DI H 2 O.
- Immerger les poudres de PMMA dans 40 ml de DI H 2 O puis agiter les mélanges obtenus par un agitateur à bascule pendant 30 min.
- Retirer le résidu DI H 2 O, puis cuire les poudres de PMMA à 60 ° C pendant 8 heures.
- Préparation du contenant Cl SPE Formation Solution
- Rincer la cartouche SPE de retrait de l'inhibiteur avec de l'éthanol à hauteur d'au moins trois cartouches volumes.
- Rincer la cartouche avec le 1,1'-dichloroethene représentant au moins trois cartouches volumes avant utilisation.
- Passez 16 ml 1,1'-dichloroéthylène à travers la cartouche traitée puis recueillir la fraction dans un flacon d'échantillon (20 ml) enveloppé dans une feuille d'aluminium.
- Ajouter 14,73 ml de 1,1'-dichloroéthylène dans la solution contenant 360 mg d'AIBN, 95,4 ml d'éthanol et 49,5 ml d'hexane dans un flacon en verre de 250 ml.
- Mélanger les poudres PMMA avec 6 ml d'une solution contenant Cl formation d'une SPEtube conique de 50 ml de transfert, et également 1 ml du mélange provenant du tube conique dans six puits d'une plaque de culture tissulaire à 24 puits.
- Couvrir la plaque de culture tissulaire avec un conseil PMMA puis exposer la plaque de culture de tissus aux UV 365 irradiation pendant 10 min (intensité lumineuse ~ 2,65 mW cm -2).
Attention! Un système d'échappement approprié est recommandé, en raison de la production d'ozone pendant l' irradiation UV. - Remplacer la solution résiduelle avec 1 ml de frais Cl contenant une solution de formation SPE de chaque puits, puis exposer la plaque de culture de tissus aux UV 365 irradiation pendant 10 minutes à nouveau (intensité lumineuse ~ 2,65 mW cm -2).
- Répétez l'étape 2.2.13 18 fois.
- Retirer la solution résiduelle, puis rincer les poudres de PMMA dans chaque puits avec 1 ml d'éthanol.
- Retirer la solution résiduelle, puis rincer les poudres de PMMA dans chaque puits avec 1 ml DI H 2 O.
- Retirer le résidu DI H <sub> 2 O, puis cuire les poudres de PMMA à 60 ° C pendant 8 heures.
- Compresser les poudres séchées (1 g) à une pastille par l'intermédiaire d'une machine de presse hydraulique, puis de mesurer le signal de Cl par un système LA-ICP-MS.
Remarque: Le signal Cl m / z 35 a été sélectionné comme un indicateur pour les fragments C-Cl implantés.
Un laser à 193 nm a été utilisée comme source d'ablation. L'énergie, Fluence, Spot Taille et taux de répétition ont été fixés à 75%, 8,85 J cm -2, 100 um, et 5 Hz. Au moins 7 mesures répétées pour chaque résultat ont été nécessaires. Les procédures analytiques LA-ICP-MS se réfèrent à des procédures publiées ailleurs. 20
- Analyse Raman spectroscopique
- Effectuer le protocole de l'étape 2.2.1 à l'étape 2.2.17.
- Compresser les poudres séchées (1 g) à une pastille par l'intermédiaire d'une machine de presse hydraulique, puis prendre les spectres par un spectromètre Raman.
Remarque: Utilisez une ligne laser de 780 nm avec une puissance laser maximale de 100 mW comme source de photoexcitation. Utiliser la région du spectre Raman allant de 550 à 900 cm -1 pour étudier la fixation des fragments C-Cl dans le PMMA.
3. Caractérisation de la réaction SPE Dipole assistée
- Effectuer le protocole de l'étape 2.2.1 à l'étape 2.2.17.
- Immerger 0,5 g de poudre de PMMA dans 5 ml de 20% (p / v) de tétrahydrate de nitrate de manganèse (Mn NO 3) 2 4H 2 O () solution et ensuite également mélanger les mélanges ainsi obtenus avec une solution tampon maléate de 5 ml de 40 mM.
- Ajuster le pH des mélanges résultants à 8 en utilisant une solution pure de HNO3 puis agiter les mélanges au moyen d' un secoueur oscillant pendant 1 h.
- Retirer la solution résiduelle, puis cuire les poudres de PMMA à 60 ° C pendant 8 heures. Stocker les poudres dans un tube conique de 15 ml enveloppé dans une feuille d'aluminium pour la Absor X-rayption la structure quasi-bord (XANES) analyse.
Note: Le K-bord Mn XANES spectres ont été collectés en utilisant 07A et 17C1 beamlines du Synchrotron Centre national de recherche sur les rayonnements (NSRRC, Hsinchu, Taiwan). L'anneau de stockage d'électrons a été opéré avec une énergie de 1,5 GeV et un courant de 100-200 mA. Un Si (111) à double monochromateur à cristal a été utilisé pour fournir hautement monochromatique faisceaux de photons avec une énergie de 1 à 15 keV et un pouvoir de résolution (E / AE) jusqu'à 5,000.The énergie des photons a été calibré par rapport aux normes de Mn en utilisant le Mn connu K- bord point d'inflexion d'absorption à 6539,0 eV. Le K-bord Mn XANES spectres dans la région entre 6530 et 6570 eV ont été utilisées pour étudier les interactions dipôle-ion pour la caractérisation de la réaction de SPE proposé.
Representative Results
La figure 2 représente la réaction qui se produit pendant les procédures de modification du canal de la puce électronique du PMMA. l'analyse de l'angle de contact a été utilisé pour surveiller les changements de surface pendant les procédures proposées. Un système LA-ICP-MS et d' un spectromètre de Raman dispersif ont été utilisées pour vérifier la modification réussie du groupe C-Cl fragments formation sur le substrat de PMMA (figure 3 (a), (b)). La réaction de SPE proposée assistée dipôle a été caractérisée par l'analyse des XANES (figure 4).
Figure 1. La puce PMMA. (A) L'instantané du fichier de modèle pour la puce fabriquée. (B) la mise en page de la puce fabriquée: S, E et B représentent les orifices d'introduction de l'échantillon, éluant, bufsolutions fer, respectivement; O représente la sortie. Le cercle noir représente le trou d'accès foré pour chacun. Les voies utilisées pour l'introduction de solutions d'échantillon et de tampon forment à la fois un angle de 30 ° avec le canal d'extraction. La longueur du canal d'extraction effectif, qui a été définie comme étant la distance entre le point des débits des solutions d'échantillon et de tampon à la sortie de la convergence confluentes, était de 94 mm. (C) La photographie de la section transversale de la plaque usinée. Reproduit de Réf. 16 l'autorisation de la Royal Society of Chemistry. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 2. Schéma de la modification de canal pour la puce PMMA. Le photogr encartAPHS montrent l'angle de contact correspondant au produit obtenu dans l'ordre. L'angle de contact a été déterminée en utilisant une image d'une goutte d'eau. La moyenne des trois mesures répétées a été utilisée pour déterminer les angles de contact rapportés dans chaque cas. Reproduit de Réf. 16 l'autorisation de la Royal Society of Chemistry. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 3. Vérification de la surface de PMMA modification. (A) Signal pour Cl obtenu par ablation à la fois le PMMA et le PMMA modifié avec les fragments C-Cl. L'encart montre les positions d'ablation correspondant à chaque signal d'obtention. (B) les spectres Raman des natifs et modifiés PMMA. Reproduit de Réf. 16 l'autorisation deLa Royal Society of Chemistry. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 4. Mn K-bord XANES spectres de PMMA modifié PMMA et modifié traité avec Mn 2+. Les spectres de PMMA modifié a été présenté comme ligne rouge. Les interactions entre les très électronégatifs fragments C-Cl de PMMA modifié et les ions Mn 2+ représentés les spectres d'absorption a été présenté comme ligne bleue. Reproduit de Réf. 16 l'autorisation de la Royal Society of Chemistry. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Discussion
Les procédures détaillées pour la préparation d'une SPE puce assistée dipôle-ont été présentés ci-dessus. Dans cette section, l'utilité du protocole de modification en ce qui concerne l'implantation des fragments C-Cl sur le PMMA et la faisabilité du PMMA contenant Cl, qui a été utilisé comme agent d'extraction pour la détermination des ions de métaux traces, sont une évaluation étape par étape. Aux fins de vérification de surface, le type d'échantillon a été sélectionnée sur la base de sa compatibilité avec l'instrumentation d'analyse. En d'autres termes, les types d'échantillons d'essai préparés par un procédé similaire ont été déterminées conformément aux exigences des instruments analytiques. Par exemple, un échantillon de type de substrat a été utilisé pour la mesure de l'angle de contact, alors qu'un échantillon d'emballage de type poudre a été utilisée pour la spectroscopique LA-ICP-MS, Raman et XANES analyse.
Dans un premier temps, de contrôler le changement subi par les fonctionnalités chimiques attachéd à la surface du PMMA pendant les procédures proposées, une analyse d'angle de contact du produit obtenu correspondant à chaque étape a été réalisée (figure 2). Comme le montre la figure 2, les variations de l'angle de contact a clairement indiqué que les changements de surface se sont produites au cours des procédures de modification, et l'angle de contact de 80,3 ° ± 0,43 ° qui a été mesuré pour le produit final était en accord avec résultats précédemment rapportés. 21
En outre, l'existence des fragments C-Cl sur le PMAM modifié a également été confirmé par l'analyse LA-ICP-MS. Par comparaison avec les résultats obtenus par ablation du PMMA natif, des signaux distincts pour Cl ont été observés expectably par ablation du PMAM modifié avec les fragments C-Cl (figure 3 (a)).
Les spectres de Raman ont été recueillis pour la validation en outre l'attachement des fragments C-Cl dans le PMMA. Comme on le voit dans Figure 3 (b), deux pics caractéristiques associées à la CCl 2 vibration d' élongation asymétrique ont été observées à 682 cm -1 et 718 cm -1 dans le spectre du PMAM modifié et que , en bon accord avec les résultats rapportés par Willis et al . 22 et Hendra et al. 23 En d' autres termes, la fixation des fragments C-Cl du PMMA peut être réalisée avec succès après modification.
De plus, pour clarifier le mécanisme d'extraction proposé dans cette étude, l'analyse des XANES a été employée. Comme cela est indiqué sur la figure 4, les interactions entre les groupements fortement électronégatifs C-Cl et les ions métalliques chargés positivement peuvent être confirmées par la présence de l'arête d'absorption dominante dans le spectre XANES correspondant au PMAM modifié traité par ions Mn 2+. Ainsi, les interactions dipôle électrostatique seraient effectivement appliquées à l'extraction sur puce pour tranalyse ace métal. Les résultats analytiques détaillés pour les échantillons d'eau prélevés dans deux rivières à Taïwan ont été décrits ailleurs. 16
Au meilleur de notre connaissance, ceci est la première tentative d'utiliser une stratégie de travail innovante en réaction sur puce SPE pour la détermination des ions de métaux traces, et que le dispositif mis au point a été significativement durable par rapport aux autres techniques de SPE sur-puce (c. , plus de 160 œuvres analytiques pourraient être atteints sans détérioration significative en termes de l'efficacité de l'extraction). Néanmoins, parce que tel mécanisme d'extraction a été principalement fondé sur les interactions entre les très électronégatifs fragments C-Cl et les ions métalliques chargés positivement, était prévu que la technique proposée est inadaptée pour l'extraction des espèces chargées négativement à ce jour.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AutoCAD | Autodesk | N/A | http://www.autodesk.com/education/free-software/autocad |
| Poly(methyl methacrylate) (PMMA) sheet | Kun Quan Engineering Plastics | N/A | 350 mm (L) x 20 mm (W) x 2 mm (H). The glass transition temperature (Tg) of PMMA sheets is ranged from 102–110 °C. The UV transmittance of the PMMA at 365 nm is 91.2%. |
| Micromachining system | Laser Life | LES-10 | Maximum laser power: 10 W. Maximium engraving speed: 762 mm sec−1. |
| High-resolution optical microscope | Ching Hsing Computer-Tech | FS-230 | |
| Power Image Analysis system (PIA) | Ching Hsing Computer-Tech | PIA V16.1 | |
| Multi drilling machines | N/A | LT-848 | |
| Deionized water (D. I. H2O) | Millipore | Milli-Q Integral 5 System | |
| Sodium dodecyl sulfate (SDS) | J. T. Baker | 4095-04 | |
| Ultrasound oscillator | Elma | Transsonic Digital | |
| Glass board | N/A | N/A | 160 mm (L) x 35 mm (W) x 2 mm (H); fragile |
| Binder clip | SDI | 0234T-1 | http://stationery.sdi.com.tw/product_detail.php?Key=322&cID=55&uID=6 |
| Precision oven | Yeong Shin | DK-45 | |
| Poly(etheretherketone) (PEEK) tube | VICI | JR-T-6002 (0.5 mm i.d.); JR-T-6001 (0.25 mm i.d.) | |
| Polymer tubing cutter | Upchurch Scientific | A-327 | |
| Two-component epoxy-based adhesive | Richwang | N/A | Skin irritative. The major components are an epoxy resin and a hardener. |
| Peristaltic pump | Gilson | Minipuls 3 | |
| Peristaltic tube | Gilson | F117934 | |
| Sodium hydroxide (NaOH) | Sigma–Aldrich | 30620 | |
| Nitric acid (HNO3) | J. T. Baker | 959834 | |
| Acrylamide (prop-2-enamide, C3H5NO) | Sigma–Aldrich | A8887 | Acutely toxic and carcinogenic |
| In-house-built photomask | N/A | N/A | The in-house-built photomask was made of a black paper (114 mm (L) × 22 mm (W)) that contained an open window (94 mm (L) × 2 mm (W)) allowing the desired region |
| 1,1-Dichloroethylene | Sigma–Aldrich | 163032 | Acutely toxic and carcinogenic |
| Cartridge | Dikma | ProElut AL-B | |
| 2,2-Azobisisobutyronitrile (AIBN, C8H12N4) | Showa Chemical | 0159-2130 | |
| Ethanol | Sigma–Aldrich | 32221 | |
| Hexanes (C6H14) | Millinckrodt Chemical | 5189-08 | |
| In-house-built irradiation system | Great Lighting (UV-A lamp) | N/A | An opaque box with an UV-A lamp (40 W, maximum emission at 365 nm) |
| Glass vial | Yeong Shin | 132300019 | Fragile |
| Aluminum foil | Diamond | N/A | |
| Conical tubes with screw caps | labcon | 3181-345-008 (50 mL); 3131-345-008 (15 mL) | |
| Rocking shaker | TKS | RS-01 | |
| Contact angle meter | First Ten Angstroms | FTA 125 | |
| PMMA bead | Scientific Polymer Products | 037A | |
| Mortar and pestle, agate | Yeong Shin | 139000004 | Fragile |
| Tissue culture plate | AdvanGene Life Science Plasticware | AGC-CP-24S-50EA | 24-Well, non-treated, sterilized |
| Hydraulic press | Panchum | Press-200 | |
| Laser ablation | New Wave Research | NWR193 | |
| Inductively coupled plasma-mass spectrometer | Agilent Technologies | Agilent 7500a | |
| Glass bottle | DURAN | 21801245 (100 mL); 21801365 (250 mL) | |
| Dispersive Raman spectrometer | Thermo Fisher Scientific | Nicolet Almega XR | |
| Manganese nitrate tetrahydrate (Mn(NO3)2×4H2O) | Sigma–Aldrich | 63547 | |
| Maleic acid disodium salt hydrate (C4H4Na2O5) | Sigma–Aldrich | M9009 | |
| X-ray absorption near edge structure (XANES) | N/A | N/A | The Mn K-edge XANES analyses were conducted at 07A and 17C1 beamlines of the National Synchrotron Radiation Research Center (NSRRC) in Taiwan. |
References
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