Новости химической науки > Миниатюрные устройства для анализа сложных смесей

Цель, которая должна быть достигнута при разработке миниатюризированных систем лабораторного анализа, очень проста – вводим образец и сразу получаем ответ. Однако исследователи, собирающиеся применить микрокапиллярные устройства для анализа сложных систем, содержащих твердые частицы или другие примеси, часто сталкиваются с тем, что сложнее всего подготовить образец для анализа.

С помощью нового метода были успешно проанализированы: (b) молоко, (c) грязь и (d) и угольная зольная пыль. (Рисунок из Analytical Chemistry, 2009, DOI: 10.1021/ac902075c)

Подготовка образца для анализа с помощью миниатюризированных систем может быть трудоемким и дорогим процессом, проводиться в течение длительного времени с привлечением сложных методов лабораторного анализа, для реализации которых могут потребоваться высококвалифицированные специалисты. Все эти обстоятельства существенно понижают выгоду от использования микрокапиллярных устройств для рутинных анализов.

Принципиальная схема микрокапиллярной системы анализа GEMBE. (Рисунок из Analytical Chemistry, 2009, DOI: 10.1021/ac902075c)

Элизабет Стрыхальски (Elizabeth Strychalski) и Дэвид Росс (David Ross) из Национального института стандартов и технологий США (NIST) решили проблему подготовки аналитических образцов, разработав новый простой способ анализа сложных смесей, как, например, молоко, сыворотка крови или сильно загрязненная вода. Исследователи модифицировали ранее разработанную в NIST методику. Новый способ анализа получил название « электрофорез с градиентным элюированием подвижной границы» [gradient elution moving boundary electrophoresis (GEMBE)].

Метод GEMBE основывается на сочетании электрофореза с течением жидкости по микрокапилляру под действием изменяющегося давления. В методе электрофореза электрическое поле используется для того, чтобы ускорить движение анализируемой смеси по микрокапилляру, разделяя смесь на отдельные компоненты, которые в зависимости от величины заряда, массы и формы могут двигаться с различной скоростью. От образцов сложных смесей зачастую сложно добиться четкого разделения, так как некоторые из веществ, входящих в состав смесей (например, жировые глобулы в молоке или белки в сыворотке крови) могут загрязнять микрокапилляры, препятствуя точному определению какого-либо компонента из анализируемого образца.

Новая методика предлагает справиться с проблемой загрязнения за счет прокачки через микрокапиллярную систему буферного раствора при контролируемом давлении. Направление прокачки буфера противоположно направлению электрофореза. Прокачка буферного раствора в противоположном направлении выполняет функцию «жидкостных ворот» между системой подачи образца и микрокапиллярами.

Постепенное понижение давления встречного потока способствует своевременному «открыванию ворот». Целевой компонент смеси определяется в том случае, когда давление противотока значительно уменьшается, при этом движение искомого компонента в электрофоретическом поле становится достаточным для того, чтобы переместиться в канал для его определения.

Таким образом, различные компоненты сложной смеси попадают в канал с разной скоростью, причем эта скорость зависит от особенностей их электрофоретической восприимчивости. Такой подход не дает загрязнениям попасть в каналы микрокапиллярной системы тем компонентам анализируемого образца, которые могли бы исказить результаты анализа целевого компонента.

Возможности разработанной исследователями из NIST системы были протестированы в ходе анализа молока, грязи, угольной зольной пыли, сыворотки крови и измельченных листьев. Во всех случаях исследователям без сложных и трудоемких операций по подготовке образца к анализу, удалось точно и с хорошей воспроизводимостью определить содержание таких компонентов, содержащихся в изучаемых смесях как калий, кальций, натрий, магний, литий и меланин.

Исследователи полагают, что система GEMBE сможет найти применение во многих областях, включая мониторинг питьевой воды или продуктов на содержание загрязнений, определение концентрации удобрений в почве и биомедицискую диагностику.

Источник: Analytical Chemistry, 2009, DOI: 10.1021/ac902075c

метки статьи: #аналитическая химия, #нанотехнологии, #физическая химия