大体积进样提高毛细管电泳法测定酚的灵敏度

李耀龙，杨淑贤，黄婷婷，康琪

（山东师范大学化学化工与材料科学学院，山东济南 250014）

大体积进样提高毛细管电泳法测定酚的灵敏度

李耀龙，杨淑贤，黄婷婷，康琪

（山东师范大学化学化工与材料科学学院，山东济南 250014）

利用大体积进样在线富集技术有效地提高了毛细管电泳法测定酚的灵敏度，可同时测定2-氯苯酚、4-氯-3-甲基苯酚、2，4-二氯苯酚、2，4-二硝基苯酚、4-硝基苯酚、苯酚、五氯苯酚、2，4，6-三氯苯酚，采用大体积进样法使检测这8种酚的灵敏度较压力进样法与电动进样法分别提高了52～86倍和6～17倍，在所用实验条件下，测定这8种酚类的检测下限在0.004～0.02 mg/L.

毛细管电泳；酚；大体积进样

毛细管电泳是近年来发展迅速的一种高效分离和分析技术，它具有分离效率高、消耗样品量少，分析速度快等优点，已在生物化学、药物化学、环境化学、食品化学、毒物学、医学和法医学等领域获得了广泛的应用[1-3].毛细管电泳中所用的细小分离通道（内径25～100 mm）有效地克服了电泳所产生的焦耳热对分离效率的影响，使毛细管的理论塔板数达到106～107/m，也使样品消耗量可低至纳升级，但同时却限制了检测器的灵敏度，尤其是紫外检测器，因吸收光程取决于毛细管的内径，使得紫外检测器的灵敏度偏低，难以满足微量组分分析的要求.为了提高毛细管电泳的检测灵敏度，可配备激光诱导荧光、质谱、电化学等高灵敏的检测器[4-5]，但激光诱导荧光、质谱检测器造价昂贵，而电化学检测器存在电极易污染、重现性较差的不足.不过当样品量充足时，可以对试样中的待测组分进行富集，这样不仅能大幅度提高检测灵敏度，同时也可以降低其他组分的干扰，提高分析方法的可靠性.

可用于毛细管电泳中待测组分富集的方法很多，其中以微萃取富集和在线电场堆积最为常用[6-8].微萃取以富集倍数高、抗干扰能力强见长，而在线电场堆积具有操作简便的优点，根据富集机理可以细分为样品堆集法、pH法、扫集法、等速电泳法等几类[9].酚类对人体具有较高毒性，长期饮用含酚水可引起头昏、出疹、贫血及多种神经系统疾病，本论文选用含酚混合物作为分离体系，采用大体积进样法对待测组分进行在线富集以提高毛细管电泳法检测酚的灵敏度，有利于检测低浓度酚类污染物，具有一定的应用价值.

1 实验部分

电泳实验在所在实验室自行研制的毛细管电泳仪上完成，分离电压由高压电源（天津文东高压电源厂）提供，所用毛细管（内径50 mm）购自河北永年锐沣色谱器件有限公司，分离毛细管总长度62 cm，有效分离长度55 mm，分离电压16 kV，配备紫外检测器（QL-1002，山东师范大学化学化工与材料科学学院），检测波长设为214 nm，由TOP色谱数据工作站（杭州扬诚科技有限公司）进行数据采集分析.

所用试剂均为分析纯，水为二次石英亚沸蒸馏水，苯酚、2-氯苯酚、4-氯-3-甲基苯酚、2，4-二氯苯酚、2，4，6-三氯苯酚、五氯苯酚、4-硝基苯酚、2，4-二硝基苯酚均购于上海化学试剂公司，以这8种酚混合物的水溶液作为试样，电泳缓冲溶液为15 mmol/L Na3PO4+ 15 mmol/L Na2B4O7（pH=9.8），所有溶液在使用前超声脱气，用孔径0.45 mm的尼龙纤维膜过滤.

本文采用压力差、电动、大体积三种进样方式，在压力差进样时，毛细管两端的高度差为12 cm，进样时间5 s，在电动进样中，进样电压为3 kV，进样时间为10 s.图1为大体积进样与富集过程示意图，首先用自行设计的压力注射器将样品溶液充满整个毛细管（a），然后将毛细管插入电泳缓冲液中，在其两端施加3 kV的富集电压，在电渗流（EOF）的推动下，电泳缓冲液自正极进入毛细管中，而样品中的阴离子则在电场的作用下在缓冲液与样品的界面处富集（b），随着富集过程的进行，样品溶液中的溶剂被电渗流推排出毛细管（c），因此流经毛细管的电流逐渐增加，在富集末期，样品区带中的大部分溶剂被排除（d），此时流经毛细管的电流达到设定的数值，立即切换电源极性进行电泳分离（e）.在两次电泳分离实验之间，分别用1 mol/L NaOH、1 mol/L HCl、水、缓冲溶液在压力注射器推动下冲洗毛细管5 min，确保电泳分离的重现性.

图1 毛细管电泳大体积进样在线富集原理示意图

2 结果与讨论

图2 8种酚（100 m g/L）混合物的毛细管电泳色谱图

2.1 毛细管电泳分离检测8种酚

为试验所研制的毛细管电泳仪的分析性能，以含8种酚的混合溶液为试样进行电泳分离与检测，因为酚类物质在紫外区有较强的吸收，故采用紫外吸收检测器测定酚的浓度.以压力差的方式进样，试样中每种酚的浓度均为100 mg/L，所得电泳谱图见图2，由图2可见，在所选试验条件下，8种酚获得了良好的分离，按3倍信噪比推算其检测下限在0.27～1.1 mg/L（参见表1），由此可见，采用压力差进样，虽然简单易行，而且进入毛细管中的样品区带的组成与待测样品相同，即进样过程不存在组分歧视，但受到检测窗口内径的限制，有效吸收光程短，使得检测灵敏度偏低，难以满足低含量酚类污染物检测的要求.尽管有文献报道使用特别设计的异形毛细管（如Z型、矩形、球泡型等）可以有效提高紫外吸收检测器的灵敏度[6]，但因毛细管的脆弱性使得其加工难度很高，而且失去保护层的光学窗口极易损坏，这种技术难以获得实际应用.

2.2 在线富集提高毛细管电泳的检测灵敏度

富集是提高分析方法灵敏度的有效途径之一，毛细管电泳与其他富集方法如萃取等联用可以大幅度地提高其检测灵敏度，另外，选用合适的进样方式也能改善其检测性能.当样品的电导率远小于电泳缓冲液的电导率时，采用电动进样方式可以提高离子组分的检测灵敏度，这是因为在毛细管进样端附近存在很高的电场，使溶液中阴离子或阳离子优先电迁移进入毛细管，即存在场堆积放大效应，由表1可见，采用电动进样所得检测下限较压力进样方式明显降低，灵敏度增加4.7～13倍，不同酚的增加倍数不同是因为它们的阴离子在电场作用下的迁移速率有差异.因为基于场堆积放大效应的增敏效果最终受到样品与缓冲液电导率差异的限制，检测灵敏度难以进一步提高.

要使更多的待测物进入毛细管而又不至引起样品超载导致严重的色谱峰展宽，基于在线富集的大体积进样方式是个不错的选择，其富集原理如图1所示.首先，用样品溶液部分或全部充满毛细管，即大体积进样，然后在毛细管两端施加一定的电压，在电场作用下，阴离子向正极方向迁移，而样品中的溶液则在电渗流的推动下从负极排出，当样品的电导率远小于缓冲溶液的电导率时，在缓冲溶液与样品区带的界面存在很高的电场，因此阴离子在该界面富集，随着样品区带中溶剂的不断被推排出毛细管，毛细管中溶液的总电阻逐渐下降，因此电流不断上升，当电流达到充填纯缓冲溶液时电流的90%～95%时，终止此富集过程，否则有可能将富集了待测离子的样品区带也推出毛细管造成样品的损失甚至使富集步骤失败.富集过程终止后需立即切换电源极性，以尽量减小因样品区带扩散导致的峰展宽.由表1所示的实验结果来看，采用大体积进样后所得检测下限更低，测定8种酚类的检测下限在0.004～0.02 mg/L.相比压力进样，灵敏度增加了52～86倍，此值较电动进样法也提高了6～17倍.

2.3 进样方式的适用性

在所实验的三种进样方法中，压力差进样方法简单易行，重现性良好，因为它不存在歧视效应，可以适用于不同组成的样品中所有组分，是目前毛细管电泳中最为常用的进样方法.实验结果表明，电动进样和大体积进样都存在歧视效应，仅在低电导率样品时有增敏作用，其进样重现性不及压力差方式，且受溶液中其他离子浓度的影响较大，不适合含有高浓度盐样品中微量组分的测定，其中，大体积进样还涉及富集终点判断与电源极性切换，增加了操作步骤.就提高毛细管电泳的检测灵敏度而言，联用独立的富集方法如微萃取等，所建分析方法的适应性更强，若将微萃取法与毛细管的在线富集技术相结合，可以进一步提高分析方法的灵敏度[10]，同时也可改进其适应性，但需巧妙设计毛细管电泳装置，以提高其可操作性.

表1 压力进样、电动进样、大体积进样法测定酚类化合物的灵敏度比较

3 结论

本文建立了一种基于毛细管电泳分离同时测定多种酚类物质的分析方法，适用于低盐样品中酚类物质的检测，比较了压力差进样、电动进样、大体积进样三种进样方式对检测灵敏度的影响.结果表明，电动进样和大体积进样均能大幅度提高检测酚的灵敏度，相比于压力差进样，电动进样和大体积进样分别提高灵敏度4.7～13倍和52～86倍，采用大体积进样测定8种酚的检测下限在0.004～0.02 mg/L，具有一定的实用价值.

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Enhancement Sensitivity for Phenols Determination by Capillary Electrophoresis with Large Volume Sample Preconcentration

LIYao-long,YANG Shu-xian,HUANG Ting-ting,KANG Qi
(School of Chemistry,Chemical Engineering and Material Science,Shandong Normal University,Jinan 250014,China)

The sensitivity for phenols determination by capillary electrophoresis was enhanced by an on-line large volume sample preconcentration technique.Simultaneous determination of phenol,2-chlorophenol,4-chlo⁃ro-3-methylphenol,2,4-dichlorophenol,2,4-dinitrophenol,4-nitrophenol,pentachlorophenol and 2,4,6-tri⁃chlorophenol with UV detection was reported.It was shown that the sensitivity for the eight phenols determina⁃tion with large volume sample injection was enhanced by factors of 52-86 and 6-17 in comparison with that in hydrostatical and electrokinetic sample injection approaches,respectively.Under the experimental conditions used,the detection limit for the eight phenols is in the range of 0.004-0.02 mg/L.

capillary electrophoresis;phenols;large volume sample injection

O657

A

1008-2794（2012）08-0040-04

2012-07-16

国家自然科学基金项目“压电石英晶体低阻抗非接触式离子检测系统的研究”（20975062）

李耀龙（1986—），男，内蒙古包头市人，山东师范大学2010级分析化学专业研究生.

康琪（1965—），女，陕西韩城人，教授，硕士生导师，研究方向：环境分析化学，E-mail：qikang@sdu.edu.cn.