微流控芯片--液液萃取

2005
PedersenBjergaard和 Rasmussen ， 提出了加电中 空纤维膜萃取 理论，克服了 传统方法的耗 时问题。
Cantwell——微滴-液相 微萃取法(MD-LPME ) 优点：避免了SPME 使用 中存在的残留量的问题， 有机接收相溶液的变换提 高了方法的选择性。 缺点：精确的人工操作； 对基质复杂的样品要过滤 ；准确度和灵敏度较差； 液滴在萃取过程中会损失 甚至掉落
使用双流系统，实现了样品溶液和接收相连续不断地注入芯片，提高提取率； 样品溶液可以直接充满微量注射泵注入到芯片，也可以在微量注射泵和芯片之间加一 个20微升的六通阀定量环，连接到六通阀的微量注射泵中充满着载液10mMNaOH。
Optimized conditions for the LPME-chip
背景
第一次实现了中空 纤维液相微萃取/支 撑液膜进入微流控 分析芯片 。 但此系统的静态性 质，限制了提取的 效率。
EME-chip的提出
Microfluid and Nanofluid
2010年，《On-chip electro membrane extraction》一文 ，首次提出了EME—chip的概念，实现了电解膜萃取过程在 芯片上完成。 重要特点：芯片内的分析物扩散距离较短，因此提效率高。
LPME-chip：乙酸十二酯固定在多孔聚丙烯薄膜的孔内 EME-chip：2-（正辛氧基）硝基苯（NPOE）固定在多孔聚丙烯薄膜的孔内
条件：
LPME-chip：以经过支撑液膜的ＰＨ值的变化为驱动力； EME-chip：以电势（15v）为驱动力。
提取结果：
除了潘生丁，LPME-chip其他样品的提取率较EME-chip低； 两个系统对基本模型分析物的提取率都较高。 都可以实现在线分析。
优势：
LPME-chip 相对简单的装置（没有电极和电源）； 可以长时间操作（由于没有使用电压，所以没有电解带来的PH 值的改变） 少量样品高度富集。
EME-chip 较快的萃取动力； 因为电势容易改变大小和方向，所以以电势为驱动力更灵活； 由于以电势为驱动力的支撑液膜容易有记忆效应，因此有利于 应用。
度富集具有很大的发展潜力。
四、Comparison of performance（性能
比较）of LPME-chipa and EME-chipb
% Extraction efficiency（提取率） (% RSD, n = 3)
Pethidine Amitriptyline Methadone Haloperidol Loperamide （潘生丁） （阿米替林） （美沙酮） （氟哌啶醇） （洛哌丁胺） LPME-chip EME-chip 91（3） 61（6） 52（6） 80（2） 69（3） 87（3） 75（2） 87（5） 72（4） 76（5）
b
Sample：3 μl/min of 10mM HCl containing the five drugs each at 10μg/ml；acceptor： 1μl/min of 10mM HCl；extraction time：7 min； voltage（电压）：15 V.
两种芯片对比
支撑液膜：
影响提取率的主要因素的探究： 电压大小（15V）； 样品流动速率小于3.0ul/min； 萃取时间（60min）
EME-chip的改进
Anal. Chem,2011
《On-Chip Electro Membrane Extraction with OnlineUltraviolet and Mass Spectrometric Detection》
High enrichment under stop-flow condition 受体相停流条件下的高度富集能力
结论和方案
结论：提取时，关闭受体 相的微量注射泵；
方案：为了确保受体相流 动完全关闭，在LPME-chip 和微量注射泵之间安装一 个可旋转的阀门，以阻塞 受体相流动通道。提取完 成时，重新开启微量注射 泵，受体相以3 μl/min 转 LPME-chip对于少量样品的高 移到检测器中（UV）
微流控芯片和液液微萃取
HFLPME
EME -chip
LPME -chip
中空纤维 ——液相 微萃取
电解膜微 萃取 ——芯片
液相微 萃取 ——芯 片
HFLPME
1996
一、HF-LPME（中空纤维——液相微萃取 ）
发展趋势
1999
Pedersen- B jergaard——中 空纤维-液相微萃 取（HF -LPME )， 克服了ＭＤ－Ｌ ＰＭＥ存在的问 题。
二、EME-chip（电解膜萃取——芯片）
A。 C。Acta（2010）： Implementation of droplet-membrane-droplet liquid-phase microextraction under stagnant conditions for lab-on-a-chip applications
将多孔纤 维浸入有 机溶剂使 纤维孔充 满，形有 机溶剂固 定相
再将适量 有机溶剂 注入纤维 空腔，形 成有机溶 剂接收相
将纤维放进样 品溶液中，充 分搅拌，样品 中的分析物经 纤维孔内的有 机相进入纤维 腔内的接收相
液液三相微萃取：富集系数取决于分配系数Ｋ水／有机Ｋ接收／有机
区别：仅限于离子化的酸碱样品；受体相对分析物的吸附性要大于样品溶液，萃取后的 受体溶液可直接用于ＲＦ－ＨＰＬＣ或ＣＥ分析
Schematic illustration (示意图)
Analytica Chimica Acta，2012
Photo of LPME-chip
经过支撑液膜的驱动力： 调整PH； 支撑液膜：０.２ｕｌ的 乙酸十二酯固定在多孔聚 丙烯薄膜的孔内 检测方法：实现了在线紫 外或者质谱分析以及毛细 管电泳的离线分析；
结果：分配系数不同，提取率有差异；但整体较高，潘生丁几乎达到极限提取率 可靠性：线性相关系数R2>0.9994；（0.5,0.7,0.9,1.2,2.5,5.0,10 μ g /ml） 准确度：4次重复试验（1，5μ g /ml) 的相对标准偏差：RSD<6.0%
LPME-chip最大的优势：少量样品的高度富集
Baidu Nhomakorabea
aSample：3μ
l/min of 10mM NaOH containing the five drugs each at 10 μg
/ml; acceptor：1 μl/min of 10mM HCl；extraction time:：7 min. Extraction efficiencies(提取率) were determined by off-chip CE separations （芯片外毛细管电泳离线分析）
看 观 谢
谢
HF-LPME的影响因素
1
3
有机接收相
影响
2
PH值
因素
4 4 萃取时间
萃取时的搅 拌速度
6 5
样品盐浓度
中空纤维膜 的材料
加电中空纤维膜萃取理论
Pedersen-Bjergaard和Rasmussen
原理和应用
原理：短时间内（ 5min），碱性药物在 电压的作用下穿过薄 的有机液膜，进入接 收相。 应用：碱性药物、酸性 药物、肽类和氯酚类物 质；Basheer等人，采用 加电中空纤维膜萃取技 术，从羊水、血清、口 红和尿样中萃取了Pb２+
HF-LPME（中空纤维——液相微萃取） 纤维膜：一般为多孔聚丙烯纤维膜
HF-LPME装置（两相萃取 ）
HF-LPME原理（三相萃取）
液液两相微萃取：富集系数取决于分配系数Ｋ接受／水 过 程
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 受体溶液可直接 用气象色谱检测 ，如用ＲＦ－Ｈ ＰＬＣ和ＣＥ分 析，则需将溶剂 蒸发，再溶于适 当的水
检测方法：实现了电解膜萃取——芯片在线紫外或者质谱分析
影响萃取率因素的探究：电压（15v）；样品的流动速率3.0ul/min；萃取时间（7min）； 接收相的流动速率1.0ul/ml；支撑液膜的有机溶剂（NPOE）；载液（基质电解质）
三、LPME-chip（液相微萃取——芯片）
《Liquid-phase microextraction in a microfluidic-chip – High enrichment and sample clean-up from small sample volumes based on three-phase extraction》中，首次提出了LPME-chip。 （液相微萃取——基于三相萃取的高效富集和少量样本处理）
提取过程： 样品溶液进入芯片上通 道 目标分析物被作为带电 粒子提取 接收相被进入支撑液膜 背面的通道内。 目标分析物 经过芯片内 的支撑液膜进入接收器 (7ul)
Schematic illustration(示意图)
毛细管电泳离线分析目 标物
EME-chip的制备
A picture of the cross-section of the bonded device
EME—chip装置的横截面照片
萃取通道：PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）。 平板上两孔：样品和接收相的进、出样口 。 多孔聚丙烯薄膜：25um，孔隙率为55% 。 支撑液膜有机溶剂：NPOE（2-(正辛氧基) 硝基苯），使得样品通道和接收容器分离。 电源装置：用细小的铂丝（外径为 0.076mm）连接在样品通道的出口和接收容 器上； 样品进入：EME-chip上，样品通道的进口 处连接一个聚四氟乙烯的管子，将样品溶液 用注射泵送入到样品通道；
•
最佳条件（液相微萃取—芯片 ）
% Extraction efficiency（提取率） (% RSD, n = 3) Pethidine Amitriptyline Methadone Haloperidol Loperamide （潘生丁） （阿米替林） （美沙酮） （氟哌啶醇） （洛哌丁胺） LPME-chip 91（3） 52（6） 69（3） 75（2） 72（4）