晶片型固相萃取技術開發及其在微量元素分析上的應用

Development of On-Chip Solid-Phase Extraction Technique for the Determination of Trace Elements

施宗廷(Tsung-Ting Shih)

指導教授 ： 孫毓璋

國立清華大學/原子科學院/生醫工程與環境科學系/博士(2011年)

摘要

近來，微量元素的重要性已相繼被證實，無論是從生物醫學研究或是環境科學的角度視之，均有越來越多的證據指出，微量元素在其中扮演了極為關鍵的角色。回顧過去微量分析工作中，儘管分析儀器在分析化學家持續努力下屢屢推陳出新，然而就在儀器測定能力大獲提昇的同時，欲準確測定待測物濃度極低且基質成份複雜的樣品仍舊十分棘手，即便是素來為人們所稱道的感應耦合電漿質譜儀亦無法自外於其中；因此，在將樣品導入後端儀器測定之前，妥適進行樣品前處理步驟被認為是解決此一困境所需採取的必然措施。
綜觀現今樣品前處理技術，固相萃取技術又因效能優異且操作容易而頗受青睞，但諸如操作費時、高分析空白值等缺點仍舊限制了其應用空間。為了滿足微量元素分析測定時對前處理方法的需求，本研究即嘗試利用市售常見壓克力材料─聚甲基丙烯酸甲酯為晶片基材，運用雷射加工技術對其進行加工製成晶片型固相萃取裝置。同時，配合二位向電子致動閥與電子閥序列控制介面連結固相萃取晶片與感應耦合電漿質譜儀，實現自動化連線分析系統的建立；且為確實滿足不同應用領域對微量元素分析的需求，研究已分別建立兩套各具功能性的連線分析系統。
首先，針對現今生物醫學對活體動物內微量元素動態變化監測的需求，研究初期將先行發展出一單流道式固相萃取晶片連線分析系統，並於之後嘗試結合微透析取樣技術，以其進行模擬樣品中微量元素變化之連續動態監測，藉此評估研究所開發之連線分析系統未來實際應用於活體動物內微量元素動態變化監測之潛力。根據實驗結果顯示，本研究所開發之連線分析系統確實可以快速且準確的測定微透析樣品 (15 uL) 中之微量金屬元素，初步亦證實其應具有長時間連續測定活體動物體內微量元素動態變化之能力。
此外，為實現環境監測工作對高通量分析方法的需求，研究則是藉由圓形環狀平行多流道設計輔助，配合於晶片混合室內置入一鐵氟龍小球，藉以改善高操作流速下溶液混合效率不佳的問題。根據實驗結果顯示，此一高通量連線分析系統不僅已將分析通量提升至每小時12次，同時亦仍保有相當理想的萃取效率。經實際用於天然水樣的分析後，初步業已證實本研究所開發之連線分析系統未來確實具有應用於環境監測工作上之潛力。

關鍵字

微量元素 ； 聚甲基丙烯酸甲酯 ； 雷射加工技術 ； 晶片型固相萃取裝置 ； 感應耦合電漿質譜儀 ； 微透析取樣技術 ； 高通量

並列摘要

無資料

並列關鍵字

trace elements ； chip-based solid-phase extraction (SPE) device ； poly(methyl methacrylate) (PMMA) ； CO2-laser engraving technique ； inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) ； microdialysis (MD) ； high-throughput

參考文獻

[1] Mertz, W. Science 1981, 213, 1332–1338.

[2] Haraguchi, H. J. At. Spectrom. 2004, 19, 5–14.

[5] Goldhaber, S. Regul. Toxicol. Pharm. 2003, 38, 232–242.

[6] Algeo, T.J.; Maynard, J.B. Chem. Geol. 2004, 206, 289–318.

[8] Tripathi, R.; Raghunath, R.; Krishnamoorthy, T. Sci. Total Environ. 1997, 208, 149–159.