高效毛细管电泳电导法分离检测水中阳离子

关键词毛细管电泳阳离子检测标准加入法
1引言
钾、钙、钠、镁是人体中重要的无机阳离子，其中钾和钠可以调节人体内细胞的渗透压和体液的酸碱平衡，与神经调节有密切关联[1,2]。钙是骨骼发育的基本原料，在人体内调节酶的活性，参与神经、肌肉的活动和神经递质的释放[3]。镁在人体内作为酶的激活剂，促进骨的形成以及具有调节神经肌肉的兴奋性的作用[4]。饮用水中这些离子含量的高低会对人体产生一定的影响，因此，用简单、准确的方法测定这些离子的含量具有十分实际的意义。
（4）测量：用标准加入法吸取100μL K+离子标准液于进样瓶中，按（2）和（3）的操作步骤，记录K+的电泳峰高；重复步骤（4），分别重新取样与依次加入其他离子标准溶液记录4种离子的峰高。
3结论和讨论
3.1结论
将原水样的毛细管电泳谱图与加入某种离子单一标准溶液后的毛细管电泳谱图进行对比，在4个峰中出现明显增大的峰对应的加入离子的峰。由此可判断从左到右的4个峰对应的离子分别是K+、Na+、Ca2+、Mg2+。
电渗流减少将使样品在毛细管中停留时间变长，有利于组分分离，提高分析效率。
3.2.2四乙烯五胺起何作用，本实验为何没有水峰出现
石英毛细管中电渗流方向为从正极指向负极，与阴离子的电泳方向相反，会导致阴离子迁移时间较长或者不能被检测，因此需要加入阴离子表面活性剂四乙烯五胺来抑制电渗流。
水的迁移方向与电渗流方向相同，与阴离子迁移方向相反。当出现水峰时说明电渗流已到达检测器。而在本实验中，阳离子的迁移速率比电渗流快，检测器先检测到4种离子的峰，此时，电泳停止，因此检测不到水峰。
图1中大逸仙泉水样的HPCE-C4D谱图
图2添加K+单一标准溶液后的HPCE-C4D谱图
图3添加Ca2+单一标准溶液后的HPCE-C4D谱图
图4添加Na+单一标准溶液后的HPCE-C4D谱图
图5添加Mg2+单一标准溶液后的HPCE-C4D谱图
样品中4种离子的迁移时间和峰高如下：
表1 4种离子的迁移时间和峰高
K+离子
Na+离子
Ca2+离子
Mg2+
1.0-4.0 mg·L-1
0.15ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0.45 mg·L-1
2.0-7.52 mg·L-1
0.15-1.45 mg·L-1
参考文献
[1]刘庆液,范燕燕,李庭盛,梁爱慧,蒋治良:核算适配体纳米金共振散射光谱检测血清中的钾离子.光谱学与光谱分析,2010,11:3115-3117
目前，定量检测无机阳离子的方法主要有离子色谱法[5]、核磁共振检测法[6]和毛细管电导法。本实验采用毛细管电泳电导法分离检测中大逸仙泉矿泉水中钾钙钠镁四种阳离子的含量，该方法具有灵敏度高、操作简单的特点，且离子之间不存在互相干扰，提高实验效率和准确性。
2材料和方法
2.1试剂
0.1 mol•L-1Tris溶液；0.1 mol•L-1酒石酸溶液；
离子
c/mol·L-1
m/mg·L-1
逸仙泉含量/ mg·L-1
K+
2.05×10-5
24.0
1.0-4.0
Na+
0.94×10-5
6.48
2.0-7.52
Ca2+
2.73×10-5
19.6
0.51-18.90
Mg2+
0.40×10-5
4.8
0.15-0.45
由结果中可以看出，K+离子和Mg2+离子浓度相对理论值要高，可能在溶液转移过程中有污染，且仪器灵敏度较高，会受到外界条件的干扰，造成比较大的误差。
3.2讨论
3.2.1电渗流的方向和大小如何调控，它对分析结果有何影响
电渗流方向的调控方法有两种，一是通过毛细管改性如表面键合阳离子基团，二是加电渗流反转剂如在内充液中加入大量的阳离子表面活性剂，使石英毛细管壁带正电荷，溶液表面带负电荷，电渗流流向阳极。
电渗流大小的调控可以通过改变工作电压、毛细管表面材料特性、电泳运行液pH值、毛细管内温度和加入阳离子表面活性剂来实现。
离子
迁移时间/min
样品峰高/h
加单标后峰高/h
K+
2：34
256
288
Ca2+
3：33
128
227
Na+
4：15
249
326
Mg2+
4：57
140
152
将数据代入公式
计算出离子浓度c1，再代入 中，分别算得四种离子的含量，结果如下：
表2 中大逸仙泉中K+、Na+、Ca2+、Mg2+的 HPCE–C4D分离检测结果
2.3实验步骤
2.3.1准备
（1）将电导检测池的工作点击、辅助电极和高压地电极与电泳平台上的接线端准确联接。依次打开计算机，检测器（电导检测，“输出调节”旋钮处于最小位置<左旋到底>）和高压电源（“进样/分离”按钮须处于“进样”位置）的电源。检测器预热1-min。双击Windows桌面上的“CES2003”图标，待出现“毛细管电泳数据工作站CES2003”界面后，点击工具栏中的“设置”图标，在弹出的对话框中对参数作如下设置：
[5]杨春霞,李彩虹,赵银宝:离子色谱法测定土壤中无机阴阳离子含量.理化分析-化学分册,2012,48:1199-1202
[6]刘栋,黄荣清,肖炳坤,骆传环,陈兴娟,乔娟:生物细胞内游离阳离子的核磁共振检测.科学技术与工程,2004,11:948-953
2.3.2测量
（1）样品：吸取3.00 mL样品于一个清洁干燥的进样瓶中，静置待用。
（2）进样：取下储液瓶，换成盛有样品的进样瓶，采用电动进样方式，按照设定的进样参数（进样电压9.1kV，时间为5 s）进样。进样结束后，取下进样瓶，换回储液瓶。
（3）分离：将高压电源的“分离/进样”按钮按向“分离”位置。点击工具栏中的“启动”图标，开始记录电泳谱图。7min后，点击工具栏中的“停止”图标，停止记录。随后将高压电源的“分离/进样”按钮按向“进样”位置，结束电泳测定。点击工具栏中的“峰高”图标，将给出电泳峰的“迁移时间”和“峰高”等数据。点击“保存”图标可将电泳图谱保存在指定的目录下。记录迁移时间。
[2]田利,李敬业,史庆琳,鲁礼勋,黄善峰:高纯水中痕量钠离子检测技术的研究.热力发电,2003,32(2):58-59
[3]郭静,薄咏梅,张东才:钙离子信号与细胞凋亡.生物物理学报,2005,21(1):1-28
[4]贺欣:镁在心肌缺血再灌注损伤中的作用.中国医师进修杂志:2006,29(7):74-77
速率
增益
补偿
5
25
（省缺值）
点击“确认”，设置完毕，准备进行样品测试工作。
（2）在储液瓶和检测池中各加入约2/3体积的电泳运行液。毛细管柱一次用0.1mol·L-1NaOH溶液、超纯水和运行液各冲洗约2min。毛细管柱的一端插入储液瓶中，另一端插入检测池的不锈钢引导针中并与检测电极保持接触。将高压电源的“分离/进样”按钮按向“分离”位置，这时可观察到显示高压的数码表上显示电压值-15kV（如不是，需用“分离电压”旋钮调节到该电压值），同时显示电泳电流的数码表上显示电流值2.0A左右。点击“毛细管电泳数据工作站”工具栏中的“背景”图标，背景测试完毕后弹出一个结果框显示当前的背景值，按“确认”键后该值自动作为“参数设置”中的“补偿”值，进行背景扣除。点击工具栏中的“启动”图标，这时记录开始，可观察到屏幕上显示出基线。待基线稳定后（一般需要20min），将“分离/进样”按钮按向“进样”位置，准备进样测试。
3.2.4本实验的定量分析为何要采用标准加入法
标准加入法可以准确对待测阳离子进行定性和定量的分析，通过观察电泳峰的峰高变化就可以判断出对应的阳离子种类，快速简单。记录加入单个标准离子溶液，根据电泳峰的峰高就可以很快计算出阳离子的含量，且结果较为准确。
3.2.5产品质量标准规定饮用纯净水中K+、Na+、Ca2+、Mg2+离子的允许量是多少
1.0×10-4mol·L-1K+、Na+、Ca2+、Mg2+单一标准溶液；
1.0×10-4mol·L-1K+、Na+、Ca2+、Mg2+混合标准溶液；
样品溶液：中大逸仙泉瓶装纯净水（稀释30倍）。
2.2仪器
CES2003毛细管电泳仪、熔融石英毛细管（50cm×50μm）、超声波清洗器、微量移液器、聚乙烯塑料瓶。
高效毛细管电泳/电导法分离检测水中阳离子
摘要本实验采用高效毛细管电泳/电导法，以0.1mol·L-1Tris溶液和0.1mol·L-1酒石酸溶液为电泳运行液，运用标准加入法，对中大逸仙泉瓶装矿泉水中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+四种离子进行直接分离和检测。最后测得K+、Na+、Ca2+、Mg2+四种离子浓度分别为24.0mg·L-1、6.48mg·L-1、4.8mg·L-1和19.6mg·L-1，其中K+和Mg2+含量相对理论值偏高。
3.2.3毛细管电泳的进样方法还有哪些，它们各有何特点
（1）流体力学进样法：特点：进样端加气压、出口端抽真空、虹吸法进样，进样量小；
（2）扩散进样：特点：消除淌度不同的组分进样量不同，定量性好，速度较慢；
（3）电渗流进样：特点：带不同电荷的组分进样量不同，精密度差且线性范围窄，操作简单；
（4）注射器进样：特点：容易控制，重现度高，对注射器要求比较高。