Eser metal analizi için dipol destekli katı faz ekstraksiyon mikroçipinin üretim protokolü sunulmuştur.
Method Article
Eser metal analizi için dipol destekli katı faz ekstraksiyon mikroçipinin üretim protokolü sunulmuştur.
Bu kağıt, su örneklerindeki eser metal analizi için kullanılabilir bir dipol destekli katı faz ekstraksiyon (SPE) mikroçip için bir fabrikasyon protokolü açıklanır. çipli SPE teknikleri evrim kısa bir bakış sağlanır. Bu özel polimerik malzemelerin giriş ve Spe rolleri izlemektedir. Yenilikçi bir dipol destekli SPE tekniğin geliştirilmesi, SPE özelliğe-ihtiva-eden bir klor (Cl), bir poli (metil metakrilat) (PMMA), mikroçip yerleştirildi. Burada, temas açısı analizi, Raman spektroskopik analizi ve lazer ablasyon-indüktif eşleşmiş plazma-kütle spektrometresi dahil olmak üzere çeşitli analitik teknikler (LA-ICP-MS) analizi C-Cl parçalarının implantasyon protokolünün programı doğrulamak için istihdam edildi PMMA. X-ışını soğurma yakın kenar yapısının analiz sonuçları (XANES) analiz, dipol sayesinde bir ekstraksiyon ortamı olarak kullanılmaktadır Cı-içeren PMMA uygulanabilirliğini ortayayüksek oranda elektronegatif Cı-Cı kısmı ve pozitif yüklü metal iyonları ile iyon etkileşimleri.
çevre yönetimi ve kirlilik önleme bakış açılarından, ciddi kirlilik veya toksikolojik problemler dünya çapında bir endişe neden metaller iz. Çiğ örneklerinde beklenmedik birlikte mevcut kimyasal türler genellikle izleri miktarlarda mevcut analitlerin doğru belirlenmesi engel çünkü örnek ön tekniği yaygın, işleme ve çipli platformlar aracılığıyla gerçek örneklerini analiz başarının anahtarı olarak kabul edilmiştir on-chip uygun bir örnek temizleme ve aynı anda yapılacak analit önderiştirme izin bu teknik karmaşık tuz matrislerinden metal iyonlarının izolasyonu için son derece yararlıdır çünkü. mevcut teknikleri arasında 1, on-chip katı faz ekstraksiyon (SPE), eser metal analizleri için özellikle popüler. 2,3
eser metallerin belirlenmesinde kullanılan on-chip SPE teknikleri ilerlemesi sürekli gelişmektedir. ilk günlerinde, to fiş reçineden dolu SPE birimleri oluşturmak için mikro halinde ticari olarak temin edilebilen reçine yükleme hazırlandı SPE. 4-7 Bu arada, reçine retainable formlara metal iyonlarının dönüşümü sağlamak için türetilmiş olan analiti gerektirir. 4, alternatif bir yöntem, çipli SPE cihazların hazırlanması için basit yüzey modifikasyonu sonra eser metallerin toplanması için bir SPE sorbent olarak çip kanalını kullanmaktır. 8 Son yıllarda manyetik nanopartiküller (MNPS) ve özel kimyasalların birleşme içeren yükselen bir eğilim gördük metal iyonlarının etkili bir tutma kapasitesine sahip fonksiyonel grupları içeren. Ticari reçineler aksine, MNPS gibi harici bir manyetik alan T yardımıyla mikro içine paketlenir sonra γ-merkaptopropiltrimetoksisilan (γ-MPTS) 9 ve aminobenzil etilendiamintetraasetik asit (ABEDTA), 10 gibi bileşikler ile modifiyeolan metal iyonlarının seçici ekstraksiyon elde eder.
on-chip SPE tekniklerinin geliştirilmesinde önemli bir ilerleme tanık olmasına rağmen, bildirilen teknikler genellikle iyon değişimi veya şelasyon ya göre çalışmayabilir. Bu gibi tekniklerin kullanılması klima, yıkama ya da rejenerasyon ile ilişkili analitik performansını korumak için dahil olmak üzere, kaçınılmaz çalışma prosedürleri, gerektirmesi gibi sakıncalara sahiptir. Ne yazık ki, ek operasyonel işlemleri için ihtiyaç her analiz için gerekli zamanı uzatır kalmayıp yüksek boş değerler ve 'tekrarı sonuçlar sebep olma riski. 11 Bu nedenle, on-chip SPE teknikleri için strateji çalışan alternatif bir eser metal analizleri için zorunludur.
1993 yılında, Watt ve Chehimi 12 metal iyonları polimerik malzemelerin doğru bir tutma eğilimi ve analitlerin bu en verimli bir klor (Cl) -containi tutulan bulundung polimerik malzeme, sodyum iyonları dışında, poli (vinil klorür) (PVC). Bu nedenle, 2002 yılında, Eboatu ve ark., 13 ayrıca PVC çözümlerden bazı toksik metal haciz bildirdi. Bu analit zenginlestirme ve tuz matris ortadan kaldırılması için üstün özellikler sergiledi polimerik malzemeler Cl içeren belirtti Çünkü, Cl içeren SPE işlevselliği ile çipli cihazlar tayini için yeni bir on-chip SPE tekniğinin geliştirilmesi için cazip bir strateji kabul edildi metal iyonlarını iz. Bu tür fabrikasyon kolaylığı, istenilen kimyasal / mekanik özellikleri ve optik netlik olarak düşünüldüğünde malzeme özellikleri, 14,15 bu çalışma microdevice imal etmek poli (metil metakrilat) (PMMA) yararlandı. Daha sonra, Cı-içeren SPE işlevi eser metal iyonlarının tespiti için yeni bir çip üzerinde SPE tekniğin geliştirilmesi için imal edilmiş bir cihaza yerleştirildi. 16
Remarkably, kanal iç oldukça elektronegatif C-Cl kısımları ve pozitif yüklü metal iyonları arasındaki dipol-iyon etkileşimleri yenilikçi çıkarma mekanizmasının güven yol açan genel on-chip SPE işlemleri sırasında alınan önlemleri önlemek için mümkün kılar aşırı ayıraç kullanımı ya da ek adımlar ilişkilendirilen eylemi nedeniyle ya kirlenme dramatik bir azalma. Bu katkı sağlanan protokol işleri için dipol-destekli SPE mikroçip imal etmek farklı kökenden gelen araştırmacılar sağlayacaktır. fabrikasyon mikroçip için detaylı karakterizasyonu prosedürleri de tarif edilmiştir.
Dikkat! Bazı kimyasal maddeler (örneğin, akrilamid, 1,1-dikloretan), bu işlemlerde kullanılan akut toksik ve kanserojendir. Kullanmadan önce tüm ilgili malzeme güvenlik bilgi formlarını (MSDS) bakın. deneyler yaparken uygun güvenlik uygulamalarını takip edin.
Not: Aksi belirtilmediği sürece, bir Sınıf 100 laminar akış başlığı içinde, ortam sıcaklığında işlemleri yürütmek.
Dipol-destekli SPE Microchip 1. Fabrikasyon
PMMA Modifikasyon 2. Yüzey Doğrulama
Dipol-destekli SPE Reaksiyonu 3. Karakterizasyonu
Şekil 2, PMMA mikroçip kanal değiştirme işlemleri sırasında ortaya çıkan reaksiyon göstermektedir. Temas açısı analizi, önerilen prosedürler sırasında yüzey değişiklikleri izlemek için kullanılmıştır. Bir LA-ICP-MS sistemi ve dağıtıcı Raman spektrometresi Cı-Cl başarıyla modifikasyonu doğrulamak için kullanılmıştır PMMA alt-tabaka üzerinde oluşumunu kısmının (Şekil 3 (a), (b)). Önerilen dipol destekli SPE reaksiyon XANES analizi (Şekil 4) ile karakterize edilmiştir.

Şekil 1. PMMA mikroçip. (A) 'fabrikasyon mikroçip için desen dosyasının anlık. (B) imal mikroçip Düzeni: S, E ve B numunesi, yıkama sıvısı ve buf için giriş portları temsilfer çözeltiler sırasıyla; O çıkışını temsil ediyor. siyah daire her delinmiş erişim deliğini temsil eder. Örnek ve tampon çözeltileri oluşturmak için kullanılan, kanallar, her iki emme kanalı ile 30 ° 'lik bir açı oluşturduğu. birleşik çıkışına numune ve tampon çözeltilerin akım yakınsaması alanına mesafe olarak tanımlanan etkin bir ekstraksiyon kanalının uzunluğu, 94 mm idi. (C) işlenmiş levha enine kesitinin fotoğrafıdır. Referans çoğaltılamaz. 16 Kimya Royal Society of izniyle. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

PMMA mikroçip için kanal değişiklik Şekil 2. Şema. Ek photogrAPHS sırayla elde edilen ürüne karşılık gelen temas açısına göstermektedir. Temas açısı, bir su damlasının bir görüntü kullanılarak belirlenmiştir. Üç tekrarlı ölçümün ortalaması, her durumda rapor iletişim açılarının tespit edilmesi için kullanıldı. Referans çoğaltılamaz. 16 Kimya Royal Society of izniyle. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

PMMA değişiklik Şekil 3. Yüzey doğrulama. (A) Cl için sinyal C-Cl kısımları ile modifiye PMMA ve PMMA hem kesip elde edilir. içerlek her birini elde etmek sinyale karşılık gelen ablasyon konumlarını göstermektedir. (B) yerli Raman spektrumları ve PMMA değiştirdi. Referans çoğaltılamaz. izniyle 16Royal Society of Chemistry. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4. Mn, K-kenar Mn 2 + iyonları ile tedavi PMMA değiştirilmiş ve değiştirilmiş PMMA spektrumları XANES. Modifiye PMMA spektrumları kırmızı çizgi olarak sunuldu. Absorpsiyon spektrumları gösterilen modifiye PMMA yüksek elektronegatif C-Cl kısımları ve Mn 2+ iyonları arasındaki etkileşimler mavi hat olarak sunuldu. Referans çoğaltılamaz. 16 Kimya Royal Society of izniyle. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Bir dipol destekli SPE mikroçip hazırlanması için ayrıntılı prosedürler yukarıda sunuldu. Bu bölümde, PMMA C-Cı kısmı ve eser metal iyonlarının tespiti için bir ekstraksiyon ortamı olarak kullanılmıştır Cı-içeren PMMA, fizibilite implantasyonu ile ilgili değişiklik, protokol yarar vardır adım adım değerlendirildi. Yüzey doğrulama amaçlı, örnek tipi analitik cihazlar ile uyumluluğu temelinde seçildi. Diğer bir deyişle, benzer bir işlem ile hazırlanan deney numuneleri türleri analitik aletlerin gereklerine uygun olarak tespit edilmiştir. Örneğin, bir toz paketleme tipi örnek LA-ICP-MS, Raman spektroskopik kullanıldı oysa bir alt tabaka tipi örneği, temas açısı ölçümü için kullanılan ve XANES analiz eder.
Başlangıçta, kimyasal işlevleri ataşe tarafından uygulanan değişimini izlemek içinTeklif edilen usul ve esnasında PMMA'nın yüzeyine d, her bir aşama gerçekleştirildi tekabül eden elde edilen bir ürün için bir temas açısı analiz (Şekil 2). Şekil 2'de de gösterildiği gibi, temas açısının değişiklikler açık yüzey değişiklikleri modifikasyon işlemleri sırasında meydana gelen, ve daha önce sonuçları rapor ile uyum içinde olan son ürün için ölçülmüştür 80.3 ° ± 0.43 ° 'lik temas açısı göstermiştir. 21
Buna ek olarak, modifiye PMMA C-Cl parçalarının varlığı da LA-ICP-MS analizi ile teyit edilmiştir. Yerel PMMA kesip çıkarılması yoluyla elde edilen sonuçlar ile karşılaştırıldığında, Cl için farklı sinyaller, C-Cl kısımları ile PMMA ablasyon ile beklentiler dahilinde gözlenmiştir (Şekil 3 (a)).
Raman spektrumları daha PMMA C-Cı parçalarının ek doğrulanması için toplanmıştır. Figu gösterildiği gibi3 (b) Re, CCI 2 asimetrik gerilme titreşim ile bağlantılı iki karakteristik tepe noktaları 682 cm-1 ve 718 cm-1 PMMA spektrumunda gözlenen edildi ve Willis ve arkadaşları tarafından rapor edilen sonuçlar şu şekilde oldukça iyi bir anlaşmanın . 22 ve HENDRA ve ark., 23, diğer bir deyişle, PMMA C-Cı parçalarının ek başarılı modifikasyonundan sonra elde edilebilir.
Ayrıca, bu çalışmada önerilen çıkarma mekanizmasını açıklığa kavuşturmak için, XANES analizi kullanılmıştır. Şekil 4'te gösterildiği gibi, yüksek oranda elektronegatif Cı-Cı kısmı ve pozitif yüklü metal iyonları arasındaki etkileşimler, Mn + 2 iyonları ile muamele PMMA tekabül XANES spektrumu baskın soğurma kenarı varlığı ile teyit edilebilir. Böylece, dipol-elektrostatik etkileşimler gerçekten tr on-chip çıkarma uygulanabilir olacaktırace metal analizleri. Tayvan'da iki nehrin toplanan su örneklerinde ayrıntılı analiz sonuçları başka bir yerde tarif edilmiştir. 16
Bildiğimiz kadarıyla, bu eser metal iyonlarının belirlenmesi için yonga üzerinde SPE reaksiyonunda yenilikçi bir çalışma stratejisi kullanan ilk girişimi, ve gelişmiş aygıt diğer on-chip SPE teknikleri ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde dayanıklı olduğunu (yani fazla 160 analitik işleri) çıkarma verimliliği açısından önemli bir bozulma olmadan elde edilebilir. Bu çıkarma mekanizması esas olarak, yüksek oranda elektronegatif Cı-Cı kısmı ve pozitif yüklü metal iyonları ile olan etkileşimleri dayanıyordu çünkü Bununla birlikte, önerilen teknik kadar negatif yüklü türlerin çıkarılması için uygun olmadığı tahmin edilmiştir.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.
Yazarlar, Ulusal Sinkrotron Radyasyon Araştırma Merkezi (NSRRC) (Tayvan) tarafından sağlanan teknik destek için teşekkürlerini iletmek isterler. Yazarlar, Çin Cumhuriyeti Bilim ve Teknoloji Bakanlığı (Tayvan) ve Endüstriyel Teknoloji Araştırma Enstitüsü (Tayvan) tarafından sağlanan mali destek için minnettardır.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| AutoCAD | Autodesk, | N/A | , http://www.autodesk.com/education/free-software/autocad |
| Poli (metil metakrilat) (PMMA) levha | Kun Quan Mühendislik Plastikleri | N/A | , 350 mm (U) x 20 mm (G) x 2 mm (Y). PMMA levhaların cam geçiş sıcaklığı (Tg) 102&ndash arasında değişmektedir; 110 & derece C. PMMA'nın 365 nm'de UV geçirgenliği %91.2'dir. |
| Mikro işleme sistemi | Laser Life | LES-10 | Maksimum lazer gücü: 10 W. Maksimum gravür hızı: 762 mm sn− 1. |
| Yüksek çözünürlüklü optik mikroskop | Ching Hsing Computer-Tech | FS-230 | |
| Güç Görüntü Analiz sistemi (PIA) | Ching Hsing Computer-Tech | PIA V16.1 | |
| Çoklu delme makineleri | N/A | LT-848 | |
| Deiyonize su (D.I.H2O) | Millipore Milli-Q | İntegral 5 Sistemi | |
| Sodyum dodesil sülfat (SDS) | J. T. Baker | 4095-04 | |
| Ultrason osilatörü | Elma | Transsonik Dijital | |
| Cam levha | N/A | N/A | 160 mm (U) x 35 mm (G) x 2 mm (Y); kırılgan |
| Bağlayıcı klips | SDI | 0234T-1 | http://stationery.sdi.com.tw/product_detail.php?Key=322&cID=55&uID=6 |
| Hassas fırın | Yeong Shin | DK-45 | |
| Poli (etereterketon) (PEEK) tüp | VICI | JR-T-6002 (0,5 mm kimlik); JR-T-6001 (0,25 mm iç çap) | |
| Polimer boru ve nbsp; kesici | Upchurch Scientific | A-327 | |
| İki bileşenli epoksi bazlı yapıştırıcı | Richwang | N/A | Cildi tahriş eder. Ana bileşenler bir epoksi reçine ve bir sertleştiricidir. |
| Peristaltik pompa | Gilson | Minipuls 3 | |
| Peristaltik tüp | Gilson | F117934 | |
| Sodyum hidroksit (NaOH) | Sigma– Aldrich | 30620 | |
| Nitrik asit (HNO3< / sub>) | JT Baker | 959834 | |
| Akrilamid (prop-2-enamid, C < sub > 3 < / sub >H < > 5 < / sub > NO) | Sigma– Aldrich | A8887 | Akut toksik ve kanserojen |
| Ev yapımı fotoğraf maskesi | N/A | N/A | Şirket içi yerleşik fotoğraf maskesi, açık bir pencere (114 mm (U) & kez; 2 mm (W)) içeren siyah bir kağıttan yapılmıştır (94 mm (U) & kez; 2 mm (W)) istenen bölgeye izin verir |
| 1,1-Dikloroetilen | Sigma– Aldrich | 163032 | Akut toksik ve kanserojen |
| Kartuş | Dikma | ProElut AL-B | |
| 2,2-Azobisizobutironitril (AIBN, C8H12N4) | Showa Chemical | 0159-2130 | |
| Etanol | Sigma– Aldrich | 32221 | |
| Hekzanlar (C6< / sub>H14< / sub>) | Millinckrodt Chemical | 5189-08 | |
| Ev içi ışınlama sistemi | Mükemmel Aydınlatma (UV-A lambası) | N/A | UV-A lambalı opak bir kutu (40 W, 365 nm'de maksimum emisyon) |
| Cam şişe | Yeong Shin | 132300019 | Kırılgan |
| Alüminyum folyo | Elmas | Yok Vidalı | |
| kapaklı konik borular | labcon | 3181-345-008 (50 mL); 3131-345-008 (15 mL) | |
| Sallanan çalkalayıcı | TKS | RS-01 | |
| Temas açısı ölçer | İlk On Angstrom | FTA 125 | |
| PMMA boncuk | Bilimsel Polimer Ürünler | 037A | |
| Harç ve havaneli, akik | Yeong Shin | 139000004 | Kırılgan |
| Doku kültürü plakası | AdvanGene Yaşam Bilimleri Plastik Gereçler | AGC-CP-24S-50EA | 24 kuyulu, işlenmemiş, sterilize |
| edilmiş Hidrolik pres | Panchum | Press-200 | |
| Lazer ablasyon | Yeni Dalga Araştırması | NWR193 | |
| Endüktif olarak eşleştirilmiş plazma-kütle spektrometresi | Agilent Technologies | Agilent 7500a | |
| Cam şişe | DURAN | 21801245 (100 mL); 21801365 (250 mL) | |
| Dağıtıcı Raman spektrometresi | Thermo Fisher Bilimsel | Nicolet Almega XR | |
| Manganez nitrat tetrahidrat (Mn (< altı > 3 < / alt >) < alt > 2< / alt > ve kez; 4H2O) | Sigma– Aldrich | 63547 | |
| Maleik asit disodyum tuzu hidrat (C4< / sub>H4< / sub>Na2< sub>O5< / sub>) | Sigma– Aldrich | M9009 | |
| Kenar yapısına yakın X-ışını absorpsiyonu (XANES) | N/A | N/A | MN K-edge XANES analizleri, Tayvan'daki Ulusal Sinkrotron Radyasyon Araştırma Merkezi'nin (NSRRC) 07A ve 17C1 ışın hatlarında gerçekleştirildi. |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission