氧化铝涂层毛细管的制备及应用展望

江明圣

【摘 要】毛细管电泳由于熔融石英毛细管材质的原因使电渗流只能从阳极到阴极单向流动，对有机酸的分离较为困难。借助液相沉积法制备了Al2O3薄膜涂层毛细管柱，考察其在Tri缓冲液中双向电渗流的性质并将其应用于有机酸的毛细管电泳分离。

【关键词】毛细管电泳；液相沉积；氧化铝；双向电渗流

毛细管电泳（CE）以其高效率，高速的特性广泛用于蛋白质，多肽以及阴、阳离子的分离检测，有效促进了现代分析科学的发展。研究发现，除了施加的电压对电渗流 （EOF） 存在着影响外，毛细管柱的内壁性质也决定着电渗流的性质。

1988年Nagayama等[1]首次报道了液相沉积法（LPD）在硅片上制备SiO2的运用，随后Wang等[2]对液相沉积法的原理及应用进行了深入的探讨。文献[3]指出，等硅基材质作为基片时，由于硅羟基的存在可促进Si-O-M键的形成，导致基片与氧化物的结合相当紧密。基于利用Al（NO3）3的水解平衡反应，可在毛细管内壁得到沉积均一致密的Al2O3薄膜涂层。本文借助液相沉积法制备了Al2O3薄膜涂层毛细管柱，探讨其在三羟甲基氨基甲烷（Tris）缓冲液下电渗流的性质和应用。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

毛细管电泳仪使用Capel-105M及色谱工作站Elfarran购自Lumex公司，熔融石英毛细管（50 μm i.d.×375 μm o.d. （总长40cm，有效长度31.5 cm）购自Phoenix公司。

3.5-二硝基苯甲酸，3-硝基邻苯二甲酸，丙酮，氢氧化钠，盐酸，三羟甲基氨基甲烷（Tris），硝酸铝，二甲基亚砜（DMSO）购自国药集团化学试剂有限公司。所用水均为二次蒸馏水且经过Milli-Q （Bedford，MA，USA） 处理。样品和缓冲液在使用前均经过0.45μm微孔滤膜（美瑞泰克科技有限公司）处理。

1.2 Al2O3薄膜涂层毛细管的制备

熔融石英毛细管依次使用H2O 10min，0.5mol/L HCl 1h，H2O 10min，0.5 mol/L NaOH 1h，H2O 10min 冲洗，氮气干燥备用。Al2O3薄膜涂层采用液相沉积法制备。将Al（NO3）3饱和溶液注入处理过的毛细管中，两端封口，室温下静置1h，用空气将多余溶液吹出，置于马弗炉400°C老化7h即得氧化铝薄膜涂层毛细管。

1.3 色谱条件

空白熔融石英毛细管和Al2O3薄膜涂层毛细管有效长度为31.5cm，总长度为40cm。电渗流标记物为丙酮和DMSO。试验之前，空白熔融石英毛细管依次使用H2O 10min，0.5 mol/L HCl 1h，H2O 10min，0.5 mol/L NaOH 1h，H2O 10min 冲洗，用缓冲液冲洗至平衡，Al2O3薄膜涂层毛细管直接用缓冲液冲洗至平衡，两次分析之间用水和缓冲液各冲洗5min至平衡。

实验温度设置为室温25°C。采用紫外检测，波长为254nm。电压-30/30kV。20m mol/L和0.1m mol/L Tris缓冲液为背景电解液（BGE）。采用压力进样50mbar×1s。

2 结果与讨论

2.1 Tris缓冲液中电渗流性质

用Tris缓冲盐为背景电解质（BGE），DMSO为电渗流标记物。研究对比了空白熔融石英毛细管和Al2O3薄膜涂层毛细管内壁pH值（3～10）对电渗流（EOF）的影响。如图1所示，在施加相同电压的情况下，空白毛细管柱和涂层毛细管柱的电渗流方向不同。在空白毛细管柱中始终为阳极到阴极。而涂层毛细管柱在酸性pH值下电渗流开始转向，从阴极到阳极。在pH<7的情况下电渗流的逆转现象，证明在毛细管的内壁成功形成了Al2O3薄膜涂层。

实验表明：可以通过改变电解质溶液的pH值调控Al2O3薄膜涂层表面的净电荷。电渗流（EOF）在高pH值（pH>8）下向阴极的方向移动，随着pH值的降低，Al2O3薄膜涂层表面的净电荷将向零值（等电点）移动并且逆转（pH<7），直接表现为电渗流（EOF）从阴极向阳极的方向运动。

2.2 有机酸的分离

以3.5-二硝基苯甲酸，3-硝基邻苯二甲酸为目标分析物，丙酮作为电渗流标记物，在毛细管区带电泳模式下研究了Al2O3薄膜涂层毛细管实际应用的可行性。如图2所示，改变Tris缓冲液的pH值，得到流出顺序不同的电泳色谱图。pH=8.5时，迁移时间T丙酮 < T3.5-二硝基苯甲酸 < T3-硝基邻苯二甲酸；而pH=3.5时，迁移时间是 T3-硝基邻苯二甲酸 < T3.5-二硝基苯甲酸 < T丙酮。

电泳条件：

2.2.1毛细管长度60/51.5cm，0.1mmol/L Tris （pH8.5），电压30kV，25°C，波长254nm，压力进样50mbar×1s

2.2.2毛细管长度60/51.5cm，20mmol/L Tris （pH3.5），电压-30kV，25°C，波长254nm，压力进样50mbar×1s

实验表明：在缓冲液pH=8.5时，电渗流的方向同电场中离子淌度的方向相反，造成了有机酸的分离困难，峰宽扩大，峰形对称性差，迁移时间长（22min）等问题；而在缓冲液pH=3.5时，由于电渗流的转向，其方向同电场中离子淌度的方向相同，改善了有机酸的色谱峰的峰宽，对称性等问题，同时也缩短了迁移时间（13min），提高了分离效能，见表1。结果表明采用液相沉积法制备的Al2O3 薄膜涂层毛细管具有良好的分离能力，有助于解决有机酸的分离难题。

3 结论

通过液相沉积法制备的Al2O3薄膜涂层毛细管表现出优秀的逆转电渗流性能，以及对目标分析良好的选择性、稳定性和重现性。比对了空白毛细管与Al2O3薄膜涂层毛细管的电渗流表现；并在最优条件下对两种有机酸实现了基线分离。Al2O3薄膜涂层毛细管极大扩展了目标分析化合物的极性范围，对于分析复杂离子样品方面具有较大的潜力。

参考文献：

[1]Nagayama H， Honda H， Kawahara H. A new process for silica coating[J]. J Electrochem Soc，1988， 135：2013-2016.

[2]Wang X P， Yu Y， Hu X F， et al. Preparation of oxide films by liquid phase deposition method [J]. J Functional Materials， 2000， 31（4）：341-343.

[3]Lee M K， Lei B H. Chrarcterization of titanium oxide films prepared by liquid phase deposition using hexafluorotitanic acid [J].J Chromatogr A，2008， 1192： 95-102.