Abstract
وتصف هذه الورقة بروتوكول لتصنيع الرقائق الدقيقة بمساعدة ثنائي القطب استخراج المرحلة الصلبة (SPE) المتاحة للتحليل المعادن النزرة في عينات المياه. وتقدم لمحة موجزة عن تطور تقنيات SPE القائم على رقاقة. ويلي ذلك مقدمة لمواد البوليمرية محددة ودورها في جمعية مهندسي البترول. لتطوير تقنية مبتكرة SPE بمساعدة ثنائي القطب، تم زرعها على الكلور (الكلور) المحتوية على وظيفة SPE إلى بولي (ميتاكريليت الميثيل) (PMMA) رقاقة. هنا، تم توظيف التقنيات التحليلية المختلفة بما في ذلك تحليل زاوية الاتصال، والتحليل الطيفي رامان، والليزر الاجتثاث-بالحث جانب مطياف البلازما الشامل (LA-ICP-MS) التحليل للتحقق من صحة فائدة بروتوكول غرس الأنصاف C-الكلورين على PMMA. النتائج التحليلية للهيكل امتصاص الأشعة السينية قرب الحافة أظهرت (XANES) التحليل أيضا جدوى PMMA الكلور التي تحتوي على استخدامها كوسيط استخراج بحكم dipole-التفاعلات أيون بين كهربية عالية الأنصاف C-Cl و ايونات المعادن موجبة الشحنة.
Introduction
من وجهة نظر إدارة البيئة ومنع التلوث والمعادن النزرة التي تسبب تلوثا خطيرا أو مشاكل السمية هي قلق في جميع أنحاء العالم. ملائم على رقاقة تقنية عينة المعالجة وقد قبلت على نطاق واسع على أنها مفتاح النجاح في معالجة وتحليل عينات الفعلية عبر المنصات المرتكزة إلى شرائح، لأن الأنواع الكيميائية الموجودة المشترك غير متوقعة في عينات الخام غالبا ما تعيق تحديد دقيق في التحاليل الحالية في آثار كميات 1 من بين التقنيات المتاحة، على رقاقة استخراج المرحلة الصلبة (SPE) فهو يحظى بشعبية خاصة لتحليل المعادن النزرة، لأن هذه التقنية تسمح تنظيف عينة وpreconcentration الحليلة التي يتعين القيام بها في وقت واحد مفيد للغاية لعزل أيونات معدنية من المصفوفات الملح معقدة. 2،3
النهوض تقنيات SPE على الرقاقة المستخدمة لتحديد المعادن النزرة قد تتطور باطراد. في الأيام الأولى، رانه SPE تم عن طريق تحميل راتنجات المتاحة تجاريا في و microchannels لبناء وحدات SPE معبأة الراتنج إعداد رقائق 4-7 وهذا يتطلب في بعض الأحيان الحليلة أن derivatized لتمكين التحول من ايونات المعادن في أشكال الراتنج retainable 4 طريقة بديلة لإعداد أجهزة SPE القائم على رقاقة هو الاستفادة من قناة رقاقة باعتبارها الماصة SPE لجمع المعادن النزرة بعد تعديل سطح بسيط. وقد شهدت 8 سنوات الأخيرة اتجاها الناشئة التي تشمل إدماج النانوية المغناطيسية (MNPs) ومواد كيميائية محددة التي تحتوي على المجموعات الوظيفية قادرة على الاحتفاظ الفعال للايونات المعادن. وعلى النقيض من راتنجات التجارية، يتم تعديل MNPs مع مركبات مثل γ-mercaptopropyltrimethoxysilane (γ-MPTS) 9 و aminobenzyl ثنائي أمين الإيثيلين رباعي حمض الخل (ABEDTA) 10 وبعد ذلك كانت معبأة في و microchannels مع المعونة من تي المجال المغناطيسي الخارجيس تحقيق الاستخراج الانتقائي للأيونات المعادن.
وعلى الرغم من شهد تقدما كبيرا في تطوير تقنيات SPE على الرقاقة، وتقنيات ذكرت عادة وظيفة على أساس إما التبادل الأيوني أو عملية إزالة معدن ثقيل. استخدام تقنيات مثل هذه ديه عيب تتطلب الإجراءات التنفيذية التي لا يمكن تجنبها، بما في ذلك تلك التي ترتبط مع تكييف والغسيل، أو تجديد، للحفاظ على الأداء التحليلي. وللأسف، فإن الحاجة إلى إجراءات تشغيلية إضافية لا يمتد الوقت اللازم لكل تحليل المخاطر ولكن أيضا يسبب قيم فارغة عالية والنتائج irreproducible. 11 لذلك، بديلا استراتيجية العمل لتقنيات SPE على رقاقة أمر لا بد منه لتحاليل المعادن النزرة.
في عام 1993، وجدت واتس وChehimi 12 أن الأيونات المعدنية لديهم ميل نحو الاحتفاظ المواد البوليمرية، وأن معظم التحاليل الاحتفاظ بكفاءة على كلورو (الكلور) -containiنانوغرام المواد البوليمرية، وبولي كلوريد الفينيل (PVC) فيما عدا أيونات الصوديوم. لذلك، في عام 2002، Eboatu وآخرون. 13 ذكر كذلك على امتصاص بعض المعادن السامة من الحلول البلاستيكية. لأن هذا إلى أن الكلور التي تحتوي على المواد البوليمرية عرضت خصائص متفوقة لpreconcentration تحليلها والملح القضاء مصفوفة، واعتبرت الأجهزة المستندة إلى رقاقة مع تحتوي على الكلورين، وظائف SPE استراتيجية جذابة لتطوير تقنية SPE الرواية على رقاقة لتحديد من تتبع ايونات المعادن. وبالنظر إلى المزايا المادية، مثل سهولة التصنيع والمواد الكيميائية المطلوبة / الخواص الميكانيكية، والوضوح البصري، اتخذت 14،15 هذه الدراسة الاستفادة من بولي (ميتاكريليت الميثيل) (PMMA) لافتعال microdevice. ثم، كان مزروع وظائف SPE الكلور التي تحتوي على في الجهاز ملفقة لتطوير رواية تقنية SPE على رقاقة لتحديد أيونات المعادن النزرة 16
Remarkably، واعتماد آلية استخراج مبتكرة على التفاعلات ثنائي القطب أيون بين كهربية عالية الأنصاف C-الكلورين في القناة الداخلية وايونات المعادن موجبة يجعل من الممكن تجنب التدابير المتخذة خلال الإجراءات SPE العامة على الرقاقة، مما يؤدي إلى انخفاض هائل من أي تلوث الناجم عن استخدام المواد الكيميائية الزائدة أو العمل منسوبة إلى خطوات إضافية. والبروتوكول المقدمة في هذه المساهمة تمكين الباحثين من خلفيات متنوعة لافتعال رقاقة SPE بمساعدة ثنائي القطب لعملهم. ووصف الإجراءات توصيف مفصل للرقاقة ملفقة أيضا.
Protocol
الحذر! عدة المواد الكيميائية (مثل مادة الأكريلاميد، 1،1'-dichloroethene) المستخدمة في هذه الإجراءات وشديدة السمية ومسرطنة. التشاور مع جميع بيانات سلامة المواد ذات الصلة (MSDS) قبل استخدامها. اتباع ممارسات السلامة المناسبة عند تنفيذ التجارب.
ملاحظة: ما لم ينص على خلاف ذلك، تنفيذ كافة الإجراءات في درجة حرارة الغرفة في فئة 100 غطاء تدفق الصفحي.
1. تصنيع من رقاقة SPE بمساعدة ثنائي القطب،
- إعداد رقاقة PMMA
ملاحظة: كان بروتوكول تصنيع رقاقة مماثلة لتلك التي وصفت في أماكن أخرى 8.- رسم نمط شبكة من الشريحة (الشكل 1 (أ)) باستخدام التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) والبرمجيات وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة.
- جبل ورقة PMMA (350 ملم (طول) × 20 ملم (W) × 2 ملم (H)) على طاولة العمل للنظام متناهي الصغر الليزر ومن ثم التركيز على مصدر الليزر على سطح ورقة PMMA.
- حدد طباعة في برنامج CAD ثم قم بتعيين وضع الطاقة والسرعة، والقلم إلى 45٪ (4.5 W) و 13٪ (99.06 ملم ثانية -1)، وVECT من خلال لوحة التحكم للنظام متناهي الصغر.
وقد تم التحقيق معلمات مثل القوة والسرعة ووضع القلم التأثير على ميزات قناة مقدما: مذكرة. وكان طريقة تقييم مماثلة لتلك التي اقترحها يوان وداسا 17 المعلمات المختارة في هذه الدراسة استخدمت لآلة قناة مناسبة لالتأقلم مع القنوات دون أغراض الأكاديمية المعقدة. يمكن للناس أن تختار شرط آخر لتصنيع ليزر وفقا لحاجتهم. - طباعة نمط رسمها ومن ثم آلة ورقة PMMA من قبل النظام متناهي الصغر الليزر وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة. الشكل 1 (ب) الشكل 1 (ج) يعرض صورة من المقطع العرضي لوحة تشكيله.
الحذر! ارتداء نظارات واقية عند استخدام نظام الليزر لتجنب الأضرار التي تصيب العين شديدة بسبب التعرض لأشعة الليزر. ينصح نظام العادم المناسب لإنتاج الدخان / الدخان خلال تشكيل ليزر. - حفر ثلاثة 16/01 بوصة ثقوب الوصول قطر لمدخل العينة، مدخل العازلة، ومدخل شاطف في أسفل لوحة واحدة لمنفذ متموجة على لوحة الغلاف الشكل 1 (ب).
الحذر! تجنب ملامسة الجسم مع مثقاب خلال إجراءات تشكيل لمنع الإصابة الجسدية. ارتداء قفازات محظور عند الحفر. - تزج لوحات تشكيله في 1 لتر من 0.1٪ (ث / ت) حل دوديسيل كبريتات الصوديوم (SDS) في 1-L الكأس مع الإثارة عبر المذبذب بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقيقة.
- استبدال حل SDS ثالماء منزوع الأيونات إيث وتستنهض الهمم عبر المذبذب بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقيقة.
- استبدال المتبقي DI H 2 O مع واحدة جديدة ومن ثم تزج لوحات تشكيله في 1 لتر من DI H 2 O مع الإثارة عبر المذبذب بالموجات فوق الصوتية لمدة 10 دقيقة. بعد ذلك، تجف كل لوحة تنظيفها مع تيار لطيف من النيتروجين لمدة 2 دقيقة.
- محاذاة اثنين من لوحات تشكيله بالعين المجردة ثم ساندويتش الصفيحتين بين لوحين من الزجاج باستخدام مقاطع الموثق.
- السندات الصفيحتين تحت ضغط في درجة حرارة 105 مئوية لمدة 30 دقيقة.
- تبريد شطيرة إلى درجة حرارة الغرفة ثم قم بإزالة مقاطع الموثق ولوحات الزجاج.
- إدراج 16/01 بوصة الخارجي بولي قطر (etheretherketone) أنابيب (نظرة خاطفة) في الثقوب الوصول ومن ثم تأمين قنوات مع مادة لاصقة على أساس الايبوكسي اثنين من المكونات.
- يجف لاصقة على درجة حرارة الغرفة لمدة 12 ساعة.
- تعديل القناة الداخلية للرقاقة PMMA
ملاحظة: فيما يلي يشير جزئيا إلى الإجراءات المنشورة مع تعديلات طفيفة 8،18،19- تقديم محلول مشبع هيدروكسيد الصوديوم (هيدروكسيد الصوديوم) بمعدل تدفق 100 دقيقة ميكرولتر - 1 عن طريق مضخة تحوي في رقاقة لمدة 12 ساعة (72 مل مجموعه تسليمها الحجم).
- إزالة الحل المتبقي ثم شطف الداخل قناة مع DI H 2 O بمعدل تدفق 100 دقيقة ميكرولتر - 1 عن طريق مضخة تحوي لمدة 30 دقيقة (3 مجموع مل تسليمها الحجم).
- إزالة DI المتبقية H 2 O ثم تسليم 0.5٪ (ت / ت) وحامض النيتريك (HNO 3) حل في رقاقة بمعدل تدفق 100 دقيقة ميكرولتر - 1 عن طريق مضخة تحوي لمدة 30 دقيقة (3 مجموع مل تسليمها حجم ).
- إزالة الحل المتبقي ثم تسليم 50٪ (ث / ت) حل الأكريلاميد في رقاقة في الظلام بمعدل تدفق 100 دقيقة ميكرولتر - 1 الخامسالجيش العراقي مضخة تحوي على 8 ساعات (48 مجموع مل تسليمها الحجم).
- إزالة الحل المتبقي ثم شطف الداخل قناة مع DI H 2 O بمعدل تدفق 100 دقيقة ميكرولتر - 1 عن طريق مضخة تحوي لمدة 30 دقيقة (3 مجموع مل تسليمها الحجم).
- ضخ الهواء إلى إزالة المتبقي DI H 2 O مع مضخة تحوي ثم تغطية رقاقة مع الضوئية الرئيسية المدمج في المنزل مما يتيح للمنطقة المطلوب من قناة استخراج أن تتعرض للضوء.
ملاحظة: وقدم الضوئية الرئيسية المدمج في بيت ورقة سوداء (114 ملم (طول) × 22 ملم (W)) التي تحتوي على نافذة مفتوحة (94 ملم (طول) × 2 مم (W)) السماح للمنطقة المطلوب القناة استخراج أن تتعرض للضوء. - إعداد الكلور المحتوية على SPE تشكيل الحل
- تدفق خرطوشة SPE إزالة المانع مع الإيثانول بمبلغ لا يقل عن ثلاثة خرطوشة مجلدات.
- تدفق خرطوشة مع 1،1'-dichloroetheneتصل إلى ثلاثة على الأقل خرطوشة مجلدات قبل استخدامها.
- تمرير 1 مل من 1،1'-dichloroethene من خلال خرطوشة المعالجة وثم جمع الكسر في قارورة العينة (20 مل) ملفوفة في رقائق الألومنيوم.
- إضافة 491 ميكرولتر 1،1'-dichloroethene في محلول يحتوي على 12 ملغ 2،2'-azobisisobutyronitrile (AIBN)، 3.18 مل ايثانول، و 1.65 مل hexanes في زجاجة 100 مل.
- ملء قناة رقاقة مع الكلور التي تحتوي على حل تشكيل جمعية مهندسي البترول (حوالي 200 ميكرولتر) عن طريق الحقن حقنة ثم فضح رقاقة للأشعة فوق البنفسجية (UV 365) التشعيع مع الطول الموجي الانبعاثات الحد الأقصى من 365 نانومتر لمدة 10 دقيقة (شدة الضوء ~ 2.65 ميغاواط سم -2).
الحذر! ينصح نظام العادم المناسب، بسبب إنتاج الأوزون خلال أشعة فوق البنفسجية. - استبدال الحل المتبقي مع الكلور التي تحتوي على SPE حل تشكيل جديد (حوالي 200 ميكرولتر) عن طريق حقنة إنجيction ثم فضح رقاقة للأشعة فوق البنفسجية 365 التشعيع لمدة 10 دقيقة مرة أخرى (شدة الضوء ~ 2.65 ميغاواط سم -2).
- كرر الخطوة 1.2.9 18 مرة.
- اغسل داخل القناة مع الإيثانول في معدل التدفق من 100 دقيقة ميكرولتر - 1 عن طريق مضخة تحوي لمدة 30 دقيقة (3 مجموع مل تسليمها الحجم). بعد إزالة الحل المتبقية مع مضخة تحوي، تخزين رقاقة ملفقة في كيس انغلق لاستخدامها لاحقا.
2. التأكيد سطح PMMA تعديل
- الاتصال تحليل زاوية
- قطع ورقة PMMA (350 ملم (طول) × 20 ملم (W) × 2 ملم (H)) إلى ركائز PMMA (50 ملم (طول) × 20 ملم (W) × 2 ملم (H)) من قبل النظام متناهي الصغر ليزر .
- تزج ركائز PMMA في 40 مل المشبعة محلول هيدروكسيد الصوديوم في أنبوب مخروطي 50 مل ثم تحريض على المخاليط الناجمة عنها عبر شاكر هزاز لمدة 12 ساعة.
- إزالة الحل المتبقي ثم شطف Pركائز MMA مع 40 مل DI H 2 O.
- تزج ركائز PMMA في 40 مل DI H 2 O ثم تحريض على المخاليط الناجمة عنها عبر شاكر هزاز لمدة 30 دقيقة.
- إزالة المتبقي DI H 2 O. تزج ركائز PMMA في 40 مل من 0.5٪ (ت / ت) HNO 3 الحل ومن ثم تحريض على المخاليط الناجمة عنها عبر شاكر هزاز لمدة 30 دقيقة.
- إزالة الحل المتبقية. تزج ركائز PMMA في 40 مل من 50٪ (ث / ت) حل الأكريلاميد ومن ثم تحريض على المخاليط الناجمة عنها عبر شاكر هزاز في الظلام لمدة 8 ساعات.
- إزالة الحل المتبقي ثم شطف ركائز PMMA مع 40 مل DI H 2 O.
- تزج ركائز PMMA في 40 مل من DI H 2 O ثم تحريض على المخاليط الناجمة عنها عبر شاكر هزاز لمدة 30 دقيقة.
- إزالة المتبقي DI H 2 O ثم تجف كل طبقة سفلية PMMA مع تيار لطيف من النيتروجين لمدة 2 دقيقة.
- إعدادالبنود المحتوية على SPE تشكيل الحل
- تدفق خرطوشة SPE إزالة المانع مع الإيثانول بمبلغ لا يقل عن ثلاثة خرطوشة مجلدات.
- تدفق خرطوشة مع 1،1'-dichloroethene بمبلغ لا يقل عن ثلاثة خرطوشة مجلدات قبل استخدامها.
- تمرير 6 مل من 1،1'-dichloroethene من خلال خرطوشة المعالجة وثم جمع الكسر في قارورة العينة (20 مل) ملفوفة في رقائق الألومنيوم.
- إضافة 4.91 مل 1،1'-dichloroethene في محلول يحتوي على 120 ملغ AIBN، 31.8 مل ايثانول، و 16.5 مل hexanes في زجاجة 100 مل.
- تطبيق 2 مل من محلول الكلورين تشكيل SPE التي تحتوي على أسطح من ركائز PMMA ثم فضح ركائز للأشعة فوق البنفسجية 365 التشعيع لمدة 10 دقيقة (شدة الضوء ~ 2.65 ميغاواط سم -2).
الحذر! ينصح نظام العادم المناسب، بسبب إنتاج الأوزون خلال أشعة فوق البنفسجية. - استبدال المحاليل المتبقيةنشوئها مع 2 مل من جديد الكلور التي تحتوي على حل تشكيل SPE ثم يعرض ركائز للأشعة فوق البنفسجية 365 التشعيع لمدة 10 دقيقة مرة أخرى (شدة الضوء ~ 2.65 ميغاواط سم -2).
- كرر الخطوة 2.1.12 18 مرة.
- إزالة الحل المتبقي ثم شطف ركائز PMMA مع 40 مل ايثانول في أنبوب مخروطي 50 مل.
- إزالة الحل المتبقي ثم شطف ركائز PMMA مع 40 مل DI H 2 O.
- إزالة المتبقي DI H 2 O ثم تجف كل طبقة سفلية PMMA مع تيار لطيف من النيتروجين لمدة 2 دقيقة.
- قطرة 5 ميكرولتر DI H 2 O على ركائز PMMA وتحديد زاوية الاتصال عن طريق المتر زاوية الاتصال وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة.
ملاحظة: استخدام متوسط ثلاثة القياسات المتكررة لتحديد زوايا الاتصال التي أعلن عنها في كل حالة.
- تذرية الليزر (LA) إلى جانب -Inductively البلازما الطيف الكتلي (ICP-MS) تحليل </ قوي>
- طحن 8 غرام من حبات PMMA إلى مساحيق PMMA عبر هاون ومدقة.
- تزج مساحيق PMMA في 40 مل المشبعة محلول هيدروكسيد الصوديوم في أنبوب مخروطي 50 مل ثم تحريض على المخاليط الناجمة عنها عبر شاكر هزاز لمدة 12 ساعة.
- إزالة الحل المتبقي من ماصة الرقمية مع نصائح 5 مل ثم شطف مساحيق PMMA مع 40 مل DI H 2 O.
- تزج مساحيق PMMA في 40 مل DI H 2 O ثم تحريض على المخاليط الناجمة عنها عبر شاكر هزاز لمدة 30 دقيقة.
- إزالة المتبقي DI H 2 O. تزج مساحيق PMMA في 40 مل من 0.5٪ (ت / ت) HNO 3 الحل ومن ثم تحريض على المخاليط الناجمة عنها عبر شاكر هزاز لمدة 30 دقيقة.
- إزالة الحل المتبقية. تزج مساحيق PMMA في 40 مل من 50٪ (ث / ت) حل الأكريلاميد ومن ثم تحريض على المخاليط الناجمة عنها عبر شاكر هزاز في الظلام لمدة 8 ساعات.
- إزالة الحل المتبقي ثم شطف مساحيق PMMA خفة دمح 40 مل من DI H 2 O.
- تزج مساحيق PMMA في 40 مل من DI H 2 O ثم تحريض على المخاليط الناجمة عنها عبر شاكر هزاز لمدة 30 دقيقة.
- إزالة المتبقي DI H 2 O ثم تخبز مساحيق PMMA عند 60 درجة مئوية لمدة 8 ساعات.
- إعداد الكلور المحتوية على SPE تشكيل الحل
- تدفق خرطوشة SPE إزالة المانع مع الإيثانول بمبلغ لا يقل عن ثلاثة خرطوشة مجلدات.
- تدفق خرطوشة مع 1،1'-dichloroethene بمبلغ لا يقل عن ثلاثة خرطوشة مجلدات قبل استخدامها.
- تمرير 16 مل 1،1'-dichloroethene من خلال خرطوشة المعالجة وثم جمع الكسر في قارورة العينة (20 مل) ملفوفة في رقائق الألومنيوم.
- إضافة 14.73 مل 1،1'-dichloroethene في محلول يحتوي على 360 ملغ AIBN، 95.4 مل ايثانول، و 49.5 مل hexanes في زجاجة 250 مل.
- خلط مساحيق PMMA مع 6 مل من الكلور التي تحتوي على حل تشكيل جمعية مهندسي البترول فيأنبوب مخروطي 50 مل نقل، وعلى قدم المساواة 1 مل من مزيج من أنبوب مخروطي الشكل إلى ستة آبار لوحة زراعة الأنسجة 24-جيدا.
- تغطية لوحة زراعة الأنسجة مع لوحة PMMA ثم يعرض لوحة زراعة الأنسجة للأشعة فوق البنفسجية 365 التشعيع لمدة 10 دقيقة (شدة الضوء ~ 2.65 ميغاواط سم -2).
الحذر! ينصح نظام العادم المناسب، بسبب إنتاج الأوزون خلال أشعة فوق البنفسجية. - استبدال حل المتبقية مع 1 مل من جديد الكلور التي تحتوي على حل تشكيل SPE من كل جانب ثم يعرض لوحة زراعة الأنسجة للأشعة فوق البنفسجية 365 التشعيع لمدة 10 دقيقة مرة أخرى (شدة الضوء ~ 2.65 ميغاواط سم -2).
- كرر الخطوة 2.2.13 18 مرة.
- إزالة الحل المتبقي ثم شطف مساحيق PMMA في كل جيدا مع 1 مل ايثانول.
- إزالة الحل المتبقي ثم شطف مساحيق PMMA في كل جيدا مع 1 مل DI H 2 O.
- إزالة المتبقي DI H <فرعية> 2 O ثم تخبز مساحيق PMMA عند 60 درجة مئوية لمدة 8 ساعات.
- ضغط المساحيق المجففة (1 غرام) إلى بيليه عن طريق آلة الصحافة الهيدروليكية وثم قياس إشارة لالكلور عن طريق نظام LA-ICP-MS.
ملاحظة: إشارة لالكلور عند م تم اختيار / ض 35 كمؤشر لالأنصاف C-كلور زرعها.
تم استخدام الليزر 193 نانومتر كمصدر الاجتثاث. تم تعيين الطاقة، فلوينس، بقعة الحجم، ومعدل الرسوب إلى 75٪، 8.85 J سم -2، و 100 ميكرون، و 5 هرتز. هناك حاجة لا يقل عن 7 القياسات المتكررة لكل نتيجة. الإجراءات التحليلية LA-ICP-MS تشير إلى الإجراءات تنشر من قبل. 20
- تحليل رامان الطيفي
- أداء البروتوكول من الخطوة 2.2.1 إلى الخطوة 2.2.17.
- ضغط المساحيق المجففة (1 غرام) إلى بيليه عن طريق آلة الضغط الهيدروليكي ومن ثم اتخاذ أطياف بواسطة مطياف رامان.
ملاحظة: استخدام خط ليزر 780 نانومتر مع أقصى قدر من السلطة ليزر 100 ميغاواط كمصدر photoexcitation. استخدام المنطقة من الطيف رامان تتراوح 550-900 سم -1 للتحقيق في مرفق من الأنصاف C-الكلورين إلى PMMA.
3. توصيف رد الفعل SPE بمساعدة ثنائي القطب،
- أداء البروتوكول من الخطوة 2.2.1 إلى الخطوة 2.2.17.
- تزج 0.5 غرام مساحيق PMMA في 5 مل من 20٪ (ث / ت) tetrahydrate نترات المنغنيز (المنغنيز (NO 3) 2 4H 2 O) حل وثم خلط بالتساوي على خليط من الناتج مع 5 مل من 40 ملي حل العازلة ماليات.
- ضبط درجة الحموضة من خليط مما أدى إلى 8 باستخدام محض HNO 3 الحل ومن ثم تحريض على خليط عبر شاكر هزاز لمدة 1 ساعة.
- إزالة الحل المتبقي ثم تخبز مساحيق PMMA عند 60 درجة مئوية لمدة 8 ساعات. تخزين المساحيق في أنبوب مخروطي 15 مل ملفوفة في رقائق الألومنيوم لabsor الأشعة السينيةption قرب الحافة هيكل (XANES) التحليل.
ملاحظة: المنغنيز K-حافة XANES جمعت أطياف باستخدام 07A و17C1 beamlines المركز الوطني السنكروترون الإشعاع البحوث (NSRRC، هسينشو، تايوان). تم تشغيل حلقة تخزين الإلكترون مع الطاقة من 1.5 جيف وتيار 100-200 مللي أمبير. تم استخدام سي (111) مستوحد اللون الكريستال مزدوج لتوفير الحزم الفوتون monochromatized للغاية مع الطاقة من 1-15 كيلو وحل السلطة (E / ΔE) تصل إلى 5،000.The طاقة الفوتون كانت محسوبة وفقا للمعايير المنغنيز باستخدام المنغنيز المعروف K- حافة نقطة انعطاف امتصاص في 6539،0 فولت. والمنغنيز K-حافة XANES الأطياف في المنطقة بين 6530 و 6570 فولت استخدمت للتحقيق في التفاعلات ثنائي القطب-أيون لتوصيف رد فعل SPE المقترحة.
Representative Results
الشكل 2 يصور رد فعل الذي يحدث أثناء إجراءات قناة تعديل رقاقة PMMA. تم استخدام تحليل الاتصال زاوية لرصد التغيرات السطحية خلال الإجراءات المقترحة. كانوا يعملون نظام LA-ICP-MS ومطياف رامان التشتت للتحقق من تعديل الناجح لC-الكلورين الأنصاف تشكيل على الركيزة PMMA (الشكل 3 (أ) و (ب)). اتسمت بمساعدة ثنائي القطب رد فعل SPE التي اقترحها تحليل XANES (الشكل 4).
الشكل 1. رقاقة PMMA (أ) لقطة من الملف نمط للرقاقة ملفقة. (ب) تصميم رقاقة ملفقة: S، E، B وتمثل الموانئ مقدمة للعينة، شاطف، وBUFحلول فر، على التوالي؛ O يمثل مخرج. تمثل الدائرة السوداء الحفرة الوصول حفر لكل منها. القنوات المستخدمة لإدخال حلول عينة وعازلة على حد سواء شكل زاوية 30 درجة مع قناة الاستخراج. ويبلغ طول القناة استخراج فعالة، الذي يعرف بأنه المسافة من نقطة التقاء للتدفقات الحلول عينة وعازلة للمخرج متموجة، كان 94 مم. (ج) صورة من المقطع العرضي لوحة تشكيله. مستنسخة من المرجع. 16 بإذن من الجمعية الملكية للكيمياء. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2. مخطط التعديل قناة لرقاقة PMMA، وتصوير أقحمعرض aphs زاوية الاتصال المقابلة للمنتج مما أدى إلى التسلسل. تم تحديد زاوية الاتصال باستخدام صورة لقطرة الماء. وقد استخدم متوسط ثلاثة القياسات المتكررة لتحديد زوايا الاتصال التي أعلن عنها في كل حالة. مستنسخة من المرجع. 16 بإذن من الجمعية الملكية للكيمياء. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم التحقق 3. سطح تعديل PMMA (أ) إشارة لالكلورين التي حصلت عليها ablating كل من PMMA وPMMA تعديل مع الأنصاف C-الكلورين. يظهر أقحم مواقف الاجتثاث المقابلة لكل إشارة الحصول على. (ب) أطياف رامان من مواليد وتعديل PMMA. مستنسخة من المرجع. 16 بإذن منالجمعية الملكية للكيمياء. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4. المنغنيز K-حافة XANES أطياف PMMA تعديل PMMA وتعديلها تعامل مع المنغنيز 2+ الأيونات. وقدم أطياف PMMA تعديل كخط أحمر. وقدم التفاعلات بين الأنصاف C-كلور كهربية عالية من PMMA المعدلة وأيونات المنغنيز 2+ أظهرت أطياف الامتصاص كما الخط الأزرق. مستنسخة من المرجع. 16 بإذن من الجمعية الملكية للكيمياء. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
Discussion
وعرضت الإجراءات التفصيلية لإعداد SPE رقاقة بمساعدة ثنائي القطب أعلاه. في هذا القسم، وفائدة بروتوكول تعديل فيما يتعلق غرس الأنصاف C-الكلورين على PMMA وجدوى PMMA الكلور التي تحتوي على، والذي تم استخدامه كوسيط استخراج لتحديد أيونات المعادن النزرة، هي تقييم خطوة بخطوة. لغرض التحقق من السطح، وقد تم اختيار نوع العينة على أساس مدى توافقه مع الأجهزة التحليلية. وبعبارة أخرى، تم تحديد أنواع من عينات الاختبار أعدت من خلال عملية مماثلة وفقا لمتطلبات الأدوات التحليلية. على سبيل المثال، تم استخدام عينة الركيزة من نوع لقياس زاوية الاتصال، في حين تم استخدام عينة مسحوق التعبئة من نوع لالطيفية LA-ICP-MS، رامان، وتحليل XANES.
في البداية، لمراقبة التغيير التي يمر بها الملحق ظائف الكيميائيةد على سطح PMMA خلال الإجراءات المقترحة، تحليل زاوية الاتصال للمنتج مما أدى الموافق أجريت كل خطوة من (الشكل 2). كما هو معروض في الشكل 2، أشار الاختلافات في زاوية الاتصال بشكل واضح أن التغييرات السطحية وقعت خلال إجراءات التعديل، وزاوية الاتصال من 80.3 ° ± 0.43 ° أن تم قياس للمنتج النهائي كان في اتفاق مع ذكر سابقا النتائج. 21
وبالإضافة إلى ذلك، تم تأكيد وجود الأنصاف C-الكلورين على PMMA المعدلة أيضا عن طريق تحليل LA-ICP-MS. مقارنة مع النتائج التي حصل عليها ablating وPMMA الأصلي، لوحظت اشارات مميزة لالكلورين expectably التي كتبها ablating وPMMA تعديل مع الأنصاف C-الكلورين (الشكل 3 (أ)).
تم جمع أطياف رامان لمزيد من التحقق من صحة مرفق من الأنصاف C-الكلورين إلى PMMA. كما هو مبين في فيقوإعادة 3 (ب)، لوحظ قمتين المميزة المرتبطة جنة علم المناخ 2 غير المتماثلة الاهتزاز تمتد على 682 سم -1 و 718 سم -1 في الطيف من PMMA تعديل وهذا الاتفاق بحسن معقول مع النتائج المعلنة من قبل ويليس وآخرون 22 وهيندرا وآخرون. 23 وبعبارة أخرى، فإن مرفق من الأنصاف C-الكلورين إلى PMMA يمكن أن يتحقق بنجاح بعد التعديل.
وعلاوة على ذلك، لتوضيح آلية استخراج المقترحة في هذه الدراسة، كان يعمل على تحليل XANES. كما هو مبين في الشكل (4)، يمكن تأكيد التفاعلات بين كهربية عالية الأنصاف C-Cl و ايونات المعادن موجبة الشحنة من خلال وجود حافة امتصاص المهيمنة في الطيف XANES المقابلة لPMMA تعديل تعامل مع المنغنيز 2+ الأيونات. وهكذا، فإن التفاعلات ثنائي القطب الكهربائي سيتم بالفعل تطبيقها على على رقاقة لاستخراج طن تبريديحلل الآس المعادن. وقد وصفت نتائج تحليلية مفصلة لعينات المياه التي تم جمعها من نهرين في تايوان في أماكن أخرى. 16
إلى علمنا، وهذا هو أول محاولة للاستفادة من استراتيجية العمل المبتكرة في رد فعل SPE على رقاقة لتحديد أيونات المعادن النزرة، وأن الجهاز المتقدمة كان دائم بشكل ملحوظ مقارنة مع غيرها من التقنيات SPE رقاقة على (أي ، ويمكن تحقيق أكثر من 160 الأعمال التحليلية دون تدهور كبير من حيث كفاءة الاستخراج). على الرغم من ذلك، لأن آلية استخراج هذا وقد اعتمدت بشكل رئيسي على التفاعلات بين كهربية عالية الأنصاف C-Cl و ايونات المعادن موجبة الشحنة، وكان من المتوقع أن تكون غير ملائمة لاستخراج الأنواع سالبة الشحنة حتى الآن التقنية المقترحة.
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
- De Mello, A. J., Beard, N. Dealing with 'real' samples: sample pre-treatment in microfluidic systems. Lab Chip. 3 (1), 11-19 (2003).
- Lichtenberg, J., de Rooij, N. F., Verpoorte, E. Sample pretreatment on microfabricated devices. Talanta. 56 (2), 233-266 (2002).
- Song, S., Singh, A. K. On-chip sample preconcentration for integrated microfluidic analysis. Anal. Bioanal. Chem. 384 (1), 41-43 (2006).
- Lafleur, J. P., Salin, E. D. Pre-concentration of trace metals on centrifugal microfluidic discs with direct determination by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. J. Anal. At. Spectrom. 24 (11), 1511-1516 (2009).
- Xue, S., Liu, Y., Li, H. -F., Uchiyama, K., Lin, J. -M. A microscale solid-phase extraction poly(dimethylsiloxane) chip for enrichment and fluorescent detection of metal ions. Talanta. 116, 1005-1009 (2013).
- Khoai, D. V., Kitano, A., Yamamoto, T., Ukita, Y., Takamura, Y. Development of high sensitive liquid electrode plasma-Atomic emission spectrometry (LEP-AES) integrated with solid phase pre-concentration. Microelectron. Eng. 111, 343-347 (2013).
- Khoai, D. V., Yamamoto, T., Ukita, Y., Takamura, Y. On-chip solid phase extraction-liquid electrode plasma atomic emission spectrometry for detection of trace lead. Jpn. J. Appl. Phys. 53 (5S1), 1-5 (2014).
- Shih, T. -T., Chen, W. -Y., Sun, Y. -C. Open-channel chip-based solid-phase extraction combined with inductively coupled plasma-mass spectrometry for online determination of trace elements in volume-limited saline samples. J. Chromatogr. A. 1218 (16), 2342-2348 (2011).
- Chen, B., et al. Magnetic solid phase microextraction on a microchip combined with electrothermal vaporization-inductively coupled plasma mass spectrometry for determination of Cd, Hg and Pb in cells. J. Anal. At. Spectrom. 25 (12), 1931-1938 (2010).
- Kim, Y. H., Kim, G. Y., Lim, H. B. Micro Pre-concentration and Separation of Metal Ions Using Microchip Column Packed with Magnetic Particles Immobilized by Aminobenzyl Ethylenediaminetetraacetic Acid. Bull. Korean Chem. Soc. 31 (4), 905-909 (2010).
- Strabburg, S., Wollenweber, D., Wunsch, G. Contamination caused by ion-exchange resin!? Consequences for ultra-trace analysis. Fresenius J. Anal. Chem. 360 (7-8), 792-794 (1998).
- Watts, J. F., Chehimi, M. M. X-ray Photoelectron Spectroscopy Investigations of Acid-Base Interactions in Adhesion. J. Adhes. 41 (1-4), 81-91 (1993).
- Eboatu, A. N., Diete-Spiff, S. T., Ezenweke, L. O., Omalu, F. The Use of Polymers as Sequestering Agents for Toxic Metal Ions. J. Appl. Polym. Sci. 85 (13), 2781-2786 (2002).
- Fiorini, G. S., Chiu, D. T. Disposable microfluidic devices: fabrication, function, and application. Biotechniques. 38 (3), 429-446 (2005).
- Shadpour, H., Musyimi, H., Chen, J., Soper, S. A. Physiochemical properties of various polymer substrates and their effects on microchip electrophoresis performance. J. Chromatogr. A. 1111 (2), 238-251 (2006).
- Shih, T. -T., et al. A dipole-assisted solid-phase extraction microchip combined with inductively coupled plasma-mass spectrometry for online determination of trace heavy metals in natural water. Analyst. 140 (2), 600-608 (2015).
- Yuan, D., Das, S. Experimental and theoretical analysis of direct-write laser micromachining of polymethyl methacrylate by CO2 laser ablation. J. Appl. Phys. 101 (2), 1-6 (2007).
- Xie, S., Svec, F., Frechet, J. M. J. Preparation of Porous Hydrophilic Monoliths: Effect of the Polymerization Conditions on the Porous Properties of Poly(acrylamide-co-N,N'-methylenebisacrylamide) Monolithic Rods. J. Polym. Sci. Pol. Chem. 35 (6), 1013-1021 (1997).
- Ericson, C., Liao, J. -L., Nakazato, K., Hjerten, S. Preparation of continuous beds for electrochromatography and reversed-phase liquid chromatography of low-molecular-mass compounds. J. Chromatogr. A. 767 (1-2), 33-41 (1997).
- Shih, T. -T., Lin, C. -H., Hsu, I. -H., Chen, J. -Y., Sun, Y. -C. Development of a Titanium Dioxide-Coated Microfluidic-Based Photocatalyst-Assisted Reduction Device to Couple High-Performance Liquid Chromatography with Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry for Determination of Inorganic Selenium Species. Anal. Chem. 85 (21), 10091-10098 (2013).
- Carre, A. Polar interactions at liquid/polymer interfaces. J. Adhes. Sci. Technol. 21 (10), 961-981 (2007).
- Willis, H. A., Zichy, V. J. I., Hendra, P. J. The Laser-Raman and Infra-red Spectra of Poly(Methyl Methacrylate). Polymer. 10, 737-746 (1969).
- Hendra, P. J., Mwkenzie, J. R., Holliday, P. The laser-Raman spectrum of polyvinylidene chloride. Spectroc. Acta Pt. A-Molec. Biomolec. Spectr. 25 (8), 1349-1354 (1969).
