毛细管电泳电迁移行为模型构建及其与电化学检测联用的应用研究

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毛细管电泳(Capillary Electrophoresis,CE)又叫高效毛细管电泳(High Performance Capillary Electrophoresis,HPCE),是继现代高效液相色谱技术之后,在传统电泳基础上发展起来的一种新型分离技术。毛细管电泳以其无法比拟的高效和快速而受到越来越多科学家的青睐,并成为近年来发展最为迅速,应用领域涉及生物化学、分子生物学、药物化学、分析化学、食品化学、环境化学和医学等诸多领域的分离技术。毛细管电泳可以跟很多检测技术联用,使分离和检测同步完成,顺应和促进了一体化时代的主旋律。本论文在充分总结毛细管电泳的发展历史和研究现状的基础上,从三方面开展工作。第一部分(第一章)为绪论,以大量的文献为重点,以梳理现状,发现问题为目的;第二部分侧重于缓冲体系性质与毛细管内壁荷电性质及毛细管电泳迁移行为的理论模型构建,分三章(第二章、第三章、第四章)介绍,以期为毛细管电泳基本理论做些探索性研究,构建毛细管电泳理论模型。论文从毛细管结构解构入手,以数理推导为基础推导模型,以实验手段验证数理模型的正确性,同时辅以文献数据的印证,证明了理论模型的科学性和普适性;第三部分的重点为毛细管电泳的方法学和应用研究,主要涉及食品和环境两个领域的应用,由第五章、第六章、第七章、第八章组成。论文整体上遵循“文献综述—理论研究—应用研究”的思路。第一章绪论,概述了毛细管电泳的发展历史、仪器装置、基本原理、分析特点、进样方式、分离模式、改性技术、检测技术及发展趋势,重点介绍了毛细管电泳理论发展与现状、精密度技术和毛细管电泳在分析化学中的应用,引用文献150余篇。第二章从毛细管内壁与管内缓冲体系之间化学平衡及由此所形成的电渗流及毛细管电泳的角度,建立了缓冲体系酸度与毛细管内壁荷电性质及电泳迁移行为的理论模型,同时设计了模型验证方案。作为对比,我们进行了文献数据的再整理与应用,结果表明,实验和文献都验证了我们所建的模型,即pH∝log(1/t), pH∝logζ,pH∝logσ,pH∝logμeo。同时,推导了毛细管内壁荷电性质参数及毛细管电泳迁移时间之间的关系:σ∝ζ∝μeo∝1/+第三章在第二章的基础上,进一步构建理论,从毛细管与管内缓冲体系化学平衡及由此形成的电渗流的角度,重点探索构建了缓冲体系中金属离子浓度与毛细管内壁荷电性质及电泳迁移行为的理论模型,同时从实验角度和文献整理角度两方面验证了所构建模型的科学性与普适性。结果表明,pM与Zeta电位及迁移时间倒数的对数呈线性关系。第四章与前二章一脉相承,基于化学平衡和毛细管电泳理论,进一步从毛细管与管内缓冲体系有机添加剂之间基于化学平衡及由此形成的电渗流变化的角度,建立了低浓度下有机添加剂浓度与毛细管内壁荷电性质及电泳迁移行为的理论模型,同时辅以实验验证、文献对比印证所建理论模型。结果表明,pN与Zeta电位等电性质参数及迁移时间倒数的对数呈线性关系。同时分析了高、低浓度有机添加剂对毛细管电泳的不同作用机理。第五章探索了毛细管区带电泳-安培检测方法用于蓝莓酒中活性成份的分离检测。对工作电极电位、缓冲pH值、缓冲液浓度、分离电压和进样时间等因素进行了考察,得到最佳条件。实现了山萘酚、阿魏酸、香草酸、咖啡酸、没食子酸以及原儿茶酸在18分钟内的分离和检测,检测限达(S/N=3)10-8g·ml-1,线形范围达3个数量级,回收率在95.8%-106.7%之间。该方法用于蓝莓酒中的成份分析,得到令人满意的样品分析结果,可推广用于果酒产品的质量控制中。第六章通过毛细管电泳-安培检测方法,利用p-环糊精动态修饰毛细管区带电泳-安培检测法实现了山柰酚、芹菜素、芦丁、槲皮素、木犀草素及阿魏酸的分离与检测,通过优化实验,特别是添加剂类型、浓度等,提高了分离效率和分离度。同时,该方法用于三种市售凉茶样品成份的分析,所得回收率为90.0107.0%,结果令人满意。第七章以毛细管电泳-安培检测(CE-AD)联用对菊花中的黄酮类和葸醌类化合物(大黄素、山柰酚、芹菜素、木犀草素和大黄酸)进行了定性分离和定量测定。以直径300μm的碳圆盘电极为工作电极,检测电位为+0.90V(vs. SCE),19kV的分离高压,在15mmol/L硼砂-30mmol/L磷酸二氢钾(pH9.0)运行缓冲溶液中,17min内五个分析物能够实现基线分离,得到一样品处理简单,无需预言集,检测限低,检测快速等优点的检测技术。第八章探索了毛细管电泳-安培检测联用技术应用于环境检测领域。实现了苯酚、2,4-二氯苯酚、对硝基苯酚、邻、间、对甲酚三种同分异构体的同时分离与检测。实验结果表明,其线性达3个数量级(信噪比为3),检测限达10-7 mol·L-1,比文献报道值更低。同时,把该方法用于两个实际工业污水的酚类污染物的检测,回收率为94.0%-107.0%,结果令人满意。因此,该方法可成为政府及企业环境检测部门的一种快速、准确、低廉、无污染、重现性高的污水监控方法。
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