氧化鋁涂層毛細管的制備及應用展望

江明圣

【摘 要】毛細管電泳由于熔融石英毛細管材質的原因使電滲流只能從陽極到陰極單向流動，對有機酸的分離較為困難。借助液相沉積法制備了Al2O3薄膜涂層毛細管柱，考察其在Tri緩沖液中雙向電滲流的性質并將其應用于有機酸的毛細管電泳分離。

【關鍵詞】毛細管電泳；液相沉積；氧化鋁；雙向電滲流

毛細管電泳（CE）以其高效率，高速的特性廣泛用于蛋白質，多肽以及陰、陽離子的分離檢測，有效促進了現代分析科學的發展。研究發現，除了施加的電壓對電滲流 （EOF） 存在著影響外，毛細管柱的內壁性質也決定著電滲流的性質。

1988年Nagayama等[1]首次報道了液相沉積法（LPD）在硅片上制備SiO2的運用，隨后Wang等[2]對液相沉積法的原理及應用進行了深入的探討。文獻[3]指出，等硅基材質作為基片時，由于硅羥基的存在可促進Si-O-M鍵的形成，導致基片與氧化物的結合相當緊密?；诶肁l（NO3）3的水解平衡反應，可在毛細管內壁得到沉積均一致密的Al2O3薄膜涂層。本文借助液相沉積法制備了Al2O3薄膜涂層毛細管柱，探討其在三羥甲基氨基甲烷（Tris）緩沖液下電滲流的性質和應用。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

毛細管電泳儀使用Capel-105M及色譜工作站Elfarran購自Lumex公司，熔融石英毛細管（50 μm i.d.×375 μm o.d. （總長40cm，有效長度31.5 cm）購自Phoenix公司。

3.5-二硝基苯甲酸，3-硝基鄰苯二甲酸，丙酮，氫氧化鈉，鹽酸，三羥甲基氨基甲烷（Tris），硝酸鋁，二甲基亞砜（DMSO）購自國藥集團化學試劑有限公司。所用水均為二次蒸餾水且經過Milli-Q （Bedford，MA，USA） 處理。樣品和緩沖液在使用前均經過0.45μm微孔濾膜（美瑞泰克科技有限公司）處理。

1.2 Al2O3薄膜涂層毛細管的制備

熔融石英毛細管依次使用H2O 10min，0.5mol/L HCl 1h，H2O 10min，0.5 mol/L NaOH 1h，H2O 10min 沖洗，氮氣干燥備用。Al2O3薄膜涂層采用液相沉積法制備。將Al（NO3）3飽和溶液注入處理過的毛細管中，兩端封口，室溫下靜置1h，用空氣將多余溶液吹出，置于馬弗爐400°C老化7h即得氧化鋁薄膜涂層毛細管。

1.3 色譜條件

空白熔融石英毛細管和Al2O3薄膜涂層毛細管有效長度為31.5cm，總長度為40cm。電滲流標記物為丙酮和DMSO。試驗之前，空白熔融石英毛細管依次使用H2O 10min，0.5 mol/L HCl 1h，H2O 10min，0.5 mol/L NaOH 1h，H2O 10min 沖洗，用緩沖液沖洗至平衡，Al2O3薄膜涂層毛細管直接用緩沖液沖洗至平衡，兩次分析之間用水和緩沖液各沖洗5min至平衡。

實驗溫度設置為室溫25°C。采用紫外檢測，波長為254nm。電壓-30/30kV。20m mol/L和0.1m mol/L Tris緩沖液為背景電解液（BGE）。采用壓力進樣50mbar×1s。

2 結果與討論

2.1 Tris緩沖液中電滲流性質

用Tris緩沖鹽為背景電解質（BGE），DMSO為電滲流標記物。研究對比了空白熔融石英毛細管和Al2O3薄膜涂層毛細管內壁pH值（3～10）對電滲流（EOF）的影響。如圖1所示，在施加相同電壓的情況下，空白毛細管柱和涂層毛細管柱的電滲流方向不同。在空白毛細管柱中始終為陽極到陰極。而涂層毛細管柱在酸性pH值下電滲流開始轉向，從陰極到陽極。在pH<7的情況下電滲流的逆轉現象，證明在毛細管的內壁成功形成了Al2O3薄膜涂層。

實驗表明：可以通過改變電解質溶液的pH值調控Al2O3薄膜涂層表面的凈電荷。電滲流（EOF）在高pH值（pH>8）下向陰極的方向移動，隨著pH值的降低，Al2O3薄膜涂層表面的凈電荷將向零值（等電點）移動并且逆轉（pH<7），直接表現為電滲流（EOF）從陰極向陽極的方向運動。

2.2 有機酸的分離

以3.5-二硝基苯甲酸，3-硝基鄰苯二甲酸為目標分析物，丙酮作為電滲流標記物，在毛細管區帶電泳模式下研究了Al2O3薄膜涂層毛細管實際應用的可行性。如圖2所示，改變Tris緩沖液的pH值，得到流出順序不同的電泳色譜圖。pH=8.5時，遷移時間T丙酮 < T3.5-二硝基苯甲酸 < T3-硝基鄰苯二甲酸；而pH=3.5時，遷移時間是 T3-硝基鄰苯二甲酸 < T3.5-二硝基苯甲酸 < T丙酮。

電泳條件：

2.2.1毛細管長度60/51.5cm，0.1mmol/L Tris （pH8.5），電壓30kV，25°C，波長254nm，壓力進樣50mbar×1s

2.2.2毛細管長度60/51.5cm，20mmol/L Tris （pH3.5），電壓-30kV，25°C，波長254nm，壓力進樣50mbar×1s

實驗表明：在緩沖液pH=8.5時，電滲流的方向同電場中離子淌度的方向相反，造成了有機酸的分離困難，峰寬擴大，峰形對稱性差，遷移時間長（22min）等問題；而在緩沖液pH=3.5時，由于電滲流的轉向，其方向同電場中離子淌度的方向相同，改善了有機酸的色譜峰的峰寬，對稱性等問題，同時也縮短了遷移時間（13min），提高了分離效能，見表1。結果表明采用液相沉積法制備的Al2O3 薄膜涂層毛細管具有良好的分離能力，有助于解決有機酸的分離難題。

3 結論

通過液相沉積法制備的Al2O3薄膜涂層毛細管表現出優秀的逆轉電滲流性能，以及對目標分析良好的選擇性、穩定性和重現性。比對了空白毛細管與Al2O3薄膜涂層毛細管的電滲流表現；并在最優條件下對兩種有機酸實現了基線分離。Al2O3薄膜涂層毛細管極大擴展了目標分析化合物的極性范圍，對于分析復雜離子樣品方面具有較大的潛力。

參考文獻：

[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.