Возможности термолинзового детектирования в капиллярном электрофорезе тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

003 177019

На правах рукописи

БЕНДРЫШЕВА СВЕТЛАНА НИКОЛАЕВНА

ВОЗМОЖНОСТИ ТЕРМОЛИНЗОВОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ В КАПИЛЛЯРНОМ ЭЛЕКТРОФОРЕЗЕ

02 00 02 — Аналитическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

аМ

Москва - 2007

003177019

Работа выполнена в лаборатории спектральных методов анализа кафедры аналитической химии Химического факультета Московского государственного университета имени М В Ломоносова

Научный руководитель кандидат химических наук, доцент

Проскурнин Михаил Алексеевич

Официальные оппоненты доктор химических наук, профессор

кафедры аналитической химии и химической экологии Саратовского государственного университета им Н Г Чернышевского Штыков Сергей Николаевич

кандидат химических наук, доцент

кафедры лазерной химии Московского государственного

университета им M В Ломоносова

Горбатенко Александр Анатольевич

Ведущая организация Институт геохимии и аналитической химии

им В И Вернадского РАН

Защита состоится 14 ноября 2007 г в 16 ч 15 мин в аудитории 446 химического факультета на заседании Диссертационного совета Д 501 001 88 по химическим наукам в Московском государственном университете им MB Ломоносова по адресу 119991, Москва, Ленинские горы, МГУ, Химический факультет

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета Московского государственного университета им М В Ломоносова

Автореферат разослан 12 октября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат химических наук

■¿¿f^- Торочешникова И И

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Капиллярный электрофорез является перспективным и интенсивно развивающимся методом разделения В настоящее время его применяют для определения широкого круга соединений в различных биологических объектах, промышленной продукции и объектах окружающей среды Капиллярный электрофорез хорошо зарекомендовал себя как высокоэффективный и экспрессный метод разделения, отличающийся малым объемом вводимого образца и расходом реагентов Высокая эффективность разделения обусловлена преимущественно техникой проведения эксперимента использованием капилляров с высоким значением соотношения «площадь поверхности к объему» (с1т =10 100 мкм), электромиграционной природой движения компонентов образца и жидкости в капилляре и детектированием непосредственно в капилляре Условия работы и детектирования в капилляре, а также малый объем зоны определяемого компонента предъявляют дополнительные требования к системе детектирования, в первую очередь, к локальности и чувствительности метода детектирования В настоящее время усовершенствование существующих и разработка новых методов детектирования и подходов к увеличению чувствительности в рамках уже существующих методов занимают важное место среди основных направлений развития капиллярного электрофореза

Скрещенно-лучевая термолинзовая спектрометрия относится к методам молекулярной абсорбционной спектроскопии и благодаря своей высокой чувствительности, локальности и универсальности представляет большой интерес как перспективный метод детектирования в капиллярных электромиграционных методах На настоящий момент существует ряд работ, иллюстрирующих успешное применение детектора данного типа в капиллярных электромиграционных методах для разделения аминокислот, пищевых консервантов, загрязнителей окружающей среды, а также лекарственных препаратов и их метаболитов В подавляющем большинстве эти работы носят исключительно прикладной характер, тогда как важнейшие вопросы применения метода, в первую очередь, оптимальные рабочие параметры скрещенно-лучевого термолинзового детектора, обеспечивающие максимальную чувствительность определения, пока остаются нерешенными Цель работы

Цель работы состояла в разработке подходов к увеличению чувствительности скрещенно-лучевого термолинзового детектирования в капиллярных электромиграционных методах В рамках основной задачи работы планировалось

1 провести оптимизацию геометрических параметров оптической схемы и рабочих параметров спектрометра с учетом условий детектирования в капилляре в режиме реального времени для обеспечения максимальной чувствительности измерений,

2 рассмотреть влияние факторов, сопутствующих электрофоретическому разделению, в первую очередь движения среды (электроосмотический поток) на чувствительность термолинзового детектирования,

3 исследовать влияние состава раствора фонового электролита на чувствительность термолинзового детектирования

Научная новизна работы

1 Выведено выражение, описывающее зависимость величины аппаратного термолинзового сигнала от геометрических параметров оптической схемы спектрометра при регистрации зондирующего излучения в ближней зоне Оно основано на дифракционной модели термолинзового эффекта и учитывает изменение суммарной интенсивности зондирующего излучения в плоскости фотодетектора при изменении геометрических параметров зондирующего луча (расстояние между перетяжкой зондирующего луча и образцом и расстояние между образцом и фотодетектором) Предложенное выражение дает возможность теоретически подобрать параметры зондирующего излучения, соответствующие максимальной чувствительности термолинзового детектирования в капиллярных электромиграционных методах

2 Предложено объяснение зависимости чувствительности термолинзовых измерений от скорости среды в условиях электрофоретического разделения, учитывающее как изменение эффективной теплопроводности среды в условиях потока, так и остаточный нагрев в капилляре в конце цикла образования и диссипации термооптического элемента

3 Показано, что в условиях электрофоретического разделения (наличие электроосмотического потока, формирование и диссипация термооптического элемента в условиях малых объемов жидкости) сила термооптического эффекта в различных водно-органических средах, используемых в качестве растворов фонового электролита в капиллярных электромиграционных методах, несмотря на усложнение условий, не отличается от силы термооптического эффекта, регистрируемого в этих средах в больших объемах и статических условиях

Практическая значимость работы

1 Проведена оптимизация геометрических параметров оптической схемы скрещенно-лучевого термолинзового детектора для капиллярного электрофореза, что позволяет проводить термолинзовое детектирование с высокой чувствительностью (4« = 1 х 10"6) и воспроизводимостью (яг = 0 02-0 03) измерений

2 Рассчитаны профили температуры, формирующиеся при образовании термооптического элемента в воде, ацетонитриле и метаноле при различных частотах прерывания индуцирующего излучения Это позволило оценить размеры термооптического элемента в капилляре и подобрать диапазон частот прерывания индуцирующего излучения, соответствующий условиям детектирования в малом объеме в режиме реального времени и обеспечивающий максимальную чувствительность термолинзового детектирования

3 На основе проведенных расчетов и экспериментов показано, что в случае термолинзового детектирования в капилляре (необходимость жесткой фокусировки индуцирующего луча в капилляре) можно использовать лазеры с многомодовым составом в качестве источников индуцирующего излучения, что позволяет расширить набор рабочих длин волн термолинзового детектора и, следовательно, круг определяемых соединений

4 На основании исследований влияния электроосмотического потока на чувствительность термолинзового детектирования в капилляре определен диапазон скоростей потока, оптимальный для условий электрофоретического разделения (12 - 24 см/мин) Это обеспечивает выигрыш в чувствительности термолинзового детектирования по сравнению со статическими условиями более чем в два раза

5 На примере разделения модельной смеси мононитрофенолов проведено сравнение чувствительности термолинзового и спектрофотометрического детектирования в капиллярном электрофорезе Пределы обнаружения 2-, 3- и 4-нитрофенолов в водном растворе фонового электролита (фосфатный буферный раствор, рН 7 О, гидродинамический ввод пробы) при термолинзовом детектировании составляют 1 * 1СГ6 М, 1 б х 1(Г6 М и 25*10~7М, соответственно Выигрыш в чувствительности по сравнению со спектрофотометрическим детектированием составляет 30 раз

6 Предложены практические рекомендации по увеличению чувствительности термолинзового детектирования, которые включают в себя использование водно-органических растворов фонового электролита вместо водной среды Пределы обнаружения 2-, 3- и 4-нитрофенолов в водном растворе фонового электролита (фосфатный буферный раствор рН 6 5, электрокинетический ввод пробы) составляют 6 5 х Ю-6 М, 6 6 х Ю-6 М и 1 7 х 10"7М, соответственно, а при замене растворителя на водно-ацетонитрильный раствор (3 7 об) их значения снижены в 6 5 раз Данный подход позволяет не только увеличить чувствительность детектирования, но и повысить эффективность электрофоретического разделения

В работе защищаются следующие положения

1 Выражение, описывающее зависимость аппаратного термолинзового сигнала от геометрических параметров оптической схемы спектрометра при регистрации зондирующего излучения в ближней зоне Расчет оптимального размера зондирующего луча в капилляре на основе предложенного выражения и экспериментальные характеристики чувствительности и воспроизводимости термолинзовых измерений для оптимальной геометрии оптической схемы

2 Расчеты тепловых возмущений, индуцированых лазерами с одномодовым и многомодовым составом и теоретическое и экспериментальное обоснование использования многомодовых лазеров при термолинзовом детектировании в капилляре

3 Выбор оптимальных условий термолинзового детектирования на основе расчета размеров термооптических элементов, формирующихся в воде, ацетонитриле и метаноле при различных частотах прерывания индуцирующего излучения и, оптимального размера зондирующего луча

4 Объяснение влияния скорости движения среды на чувствительность термолинзовых измерений, учитывающее как изменение эффективной теплопроводности среды в условиях потока, так и остаточный нагрев в капилляре в конце цикла образования и диссипации термооптического элемента Выбор

диапазона скоростей потока, соответствующего максимальной чувствительности термолинзового детектирования в условиях электрофоретического разделения 5 Результаты исследования влияния параметров растворителей, входящих в состав растворов фоновых электролитов, на метрологические характеристики термолинзового детектирования в капиллярном электрофорезе

Апробация работы

Основные результаты работы представлены на следующих конференциях Международная конференция "ANAKON 2003" (2-5 апреля 2003, Констанц, Германия), 17- Международный симпозиум "17th International Symposium on Microscale Separations and Capillary Electrophoresis" (8-12 февраля 2004, Зальцбург, Австрия), Всероссийский симпозиум «Хроматография и хроматографические приборы» (15-19 марта 2004, Москва, Россия), Всероссийская конференция по аналитической химии «Аналитика России», (27 сентября - 1 октября 2004, Москва, Россия), Международная конференция "ANAKON 2005" (15-18 марта 2005, Регенсбург, Германия)

Работа поддержана Немецким научно-исследовательским обществом (Deutsche Forschungsgemeinschaft)) в рамках гранта PY 6/8-1 «Einsatz eines Nahfeld-Thermische-Linse-Detektors zur empfindlichen Detektion in Verbindung mit kapillarelektroseparativen Methoden unter Berücksichtigung von Matrixeffekten» (2002-2004)

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 158 страницах машинописного текста и включает 26 рисунков, 16 таблиц и список цитируемой литературы из 88 наименований

Основное содержание работы

Теоретическая часть работы состоит из двух глав Первая глава посвящена вопросам детектирования в капиллярном электрофорезе В ней рассмотрены основные типы используемых детекторов, отмечены их основные характеристики чувствительность, универсальность и селективность, круг потенциально детектируемых соединений, а также отмечены детекторы, для которых существуют серийные приборы Наряду с широко распространенными в аналитической практике детекторами (спектрофотометрический, флуориметрический, масс-селективный, кондуктометриче-ский) также рассмотрены недавно предложенные системы детектирования, к которым относится скрещенно-лучевой термолинзовый детектор Этот тип детектора сочетает в себе преимущества спектрофотометрического детектора и в среднем на полтора порядка более чувствителен Термолинзовое детектирование в капиллярных электромиграционных методах успешно использовано при определении аминокислот, пищевых консервантов, загрязнителей окружающей среды и лекарственных препаратов на уровне КГ8 - КГ 7 моль/л Однако, многие методологические вопросы, затрагивающих сочетание двух методов, остаются открытыми и требуют более детального рассмотрения при создании гибридного метода

Во второй главе освещены существующие теоретические модели термолинзового эффекта (параболическая и дифракционная) Они описывают формирование термооптического элемента под действием индуцирующего излучения и изменения параметров зондирующего луча в присутствии термооптического элемента Сравнение двух этих моделей показало, что в отличие от параболической модели, дифракционная модель позволяет в явном виде выразить зависимость измеряемого (аппаратного) термолинзового сигнала не только от концентрации поглощающего соединения и термооптических характеристик среды, но и от геометрических параметров оптической схемы спектрометра Так, аппаратный термолинзовый сигнал $(/) представляет собой относительное изменение интенсивности в центре зондирующего луча

где 1Р{0) — интенсивность излучения в центре луча зондирующего лазера в отсутствие наведенного профиля показателя преломления и /Д/) — интенсивность излучения в центре луча зондирующего лазера после прохождения термооптического элемента в момент времени I с начала его индуцирования Так называемый аналитический термолинзовый сигнала Э, прямо пропорционально зависящий от концентрации определяемого компонента, из описания теплового профиля, индуцированного за счет температуропроводности, определяют как

где е — молярный коэффициент поглощения определяемого соединения, I — длина оптического пути, с — молярная концентрация определяемого соединения, Ре — мощность индуцирующего излучения, а — линейный коэффициент поглощения, Ец — термооптический коэффициент чувствительности термолинзовых измерений, который выражают как Еа = (- МАТ) / (Кр х к) (1/мВт), где (Лп!АТ) — температурный коэффициент

О)

9 = 2 ЗОЗЯ0Ре/с = 2 ЗОЗЯ0Яа/,

(2)

показателя преломления, Хр — длина волны зондирующего излучения, к — коэффициент теплопроводности среды

При регистрации зондирующего излучения в дальней зоне при малых значениях оптической плотности связь аппаратного термолинзового сигнала с геометрическими параметрами оптической схемы и аналитическим термолинзовым сигналом в имеет вид

tHO = В9 = 2 303ВЕоРА = ElhA, (3)

где Eth = ВЕоР (1/мВт) — суммарный фактор увеличения чувствительности термолинзового детектирования по сравнению со спектрофотометрическим детектированием, а В — безразмерный геометрический параметр, рассчитываемый как

В = I arctg (2«Z^/{[(1 + 2mf + Z^ ] (tc / 2t) +1 + 2m + Z^}) (4)

Здесь t — время облучения образца индуцирующим излучением, 1С = aie2/4DT — характеристическое время развития термолинзы, сое — радиус луча индуцирующего лазера, DT — коэффициент температуропроводности среды Коэффициент т рассчитывают как

т = {щр1це)2, (5)

где (Dip и (Die — радиусы лучей зондирующего и индуцирующего лазеров в образце, соответственно Коэффициент Z^рассчитывают как

где zi — расстояние между образцом и перетяжкой зондирующего луча, zi — расстояние между образцом и фотодетектором, zcp = Т№У,р1Хр — конфокальное расстояние зондирующего луча, где (Я\р — радиус зондирующего луча в перетяжке

Таким образом, дифракционная модель предоставляет более полную информацию о параметрах термолинзового спектрометра (детектора), которые необходимо оптимизировать в соответствии с условиями детектирования в капиллярном электрофорезе, и именно эта модель выбрана в качестве теоретической основы оптимизации геометрических параметров оптической схемы и рабочих параметров термолинзового детектора

Кроме того, во второй главе отмечены факторы, сопутствующие электрофоретическому разделению, и способные влиять на формирование термооптического элемента и распространение зондирующего излучения в образце К ним в первую очередь относятся условия детектирования в капилляре малого размера и цилиндрической формы, влияние состава раствора фонового электролита и скорости электроосмотического потока на чувствительность термолинзового детектирования Существующие данные свидетельствуют, что при термолинзовом детектировании в капилляре размером 50- 100 мкм и цилиндрической формы наилучшие метрологические характеристики (предел обнаружения и относительное стандартное отклонение) достигаются при регистрации зондирующего излучения в ближней зоне (краевые эффекты, вызванные вкладом стенок капилляра, оказываются вне фотодетектора) Сделан вывод, что поскольку существующая дифракционная модель соответствует случаю

регистрации зондирующего излучения в дальней зоне, ее необходимо расширить и на случай регистрации в ближней зоне

При формировании термооптического элемента в условиях бесконечного объема, поток вносит вклад в процесс теплопереноса и увеличивает эффективную теплопроводность среды За счет этого время формирования и диссипации термооптического элемента, а также (для случая непрерывного режима возбуждения) амплитуда термолинзового сигнала падают Под действием потока термооптический элемент перемещается по потоку из зоны первоначального формирования и смещается относительно зондирующего луча, причем при больших значениях скорости потока возможно размывание и разрушение пространственного распределение показателя преломления в образце В результате, термолинзовые измерения, проводимые в движущейся среде, характеризуются более низкой чувствительностью по сравнению с аналогичными измерениями в статических условиях Однако при реализации термолинзового детектирования (непрерывный режим работы индуцирующего лазера) в капилляре отмечают не падение, а рост термолинзового сигнала при переходе от статических условий к динамическим, причины же такого поведения пока остаются не полностью выясненными и требуют дальнейшего изучения

Обобщая существующую информацию о влиянии компонентов, входящих в состав раствора фонового электролита (электролиты, ПАВ, водно-органические смеси и органические растворители) и определяющих эффективность электрофоретического разделения, можно сделать вывод, что их присутствие, в целом положительно сказывается на чувствительности термолинзовых измерений Кроме того, их можно использовать самостоятельно (без необходимости улучшения эффективности разделения, однако контролируя изменения, связанные с их появлением в растворе) для повышения чувствительности термолинзового детектирования В данном случае наиболее рационально использовать органические и водно-органические растворы фонового электролита, так как они обеспечивают максимальный рост чувствительности

Таким образом, из обобщения существующих данных вытекают следующие задачи (1) оптимизация геометрических параметров оптической схемы и рабочих параметров термолинзового детектора для достижения максимальной чувствительности, используя в качестве теоретической основы выражение зависимости термолинзового сигнала от параметров эксперимента, полученное в рамках дифракционной теории, расширенное на случай детектирования зондирующего излучения в ближней зоне, 2) изучение влияние скорости электроосмотического потока на чувствительность термолинзового детектирования, 3) на примере водно-ацетонитрильных и водно-метанольных растворов фонового электролита изучение влияния растворителя на чувствительность термолинзового детектирования Основные результаты работы и их обсуждение представлены в главах 3-7

В третьей главе перечислены реагенты и аппаратура, используемые в работе, а также описана техника эксперимента В работе использовали скрещенно-лучевой термолинзовый детектор с регистрацией сигнала в ближней зоне для капиллярного электрофореза (ТЛС-1) Он представляет собой интегрированное устройство с размерами 182 мм X 135 мм х 181 мм (без юстировочных винтов), включающее в себя все основные

элементы, необходимые для формирования, регистрации и обработки термолинзового сигнала Исключение составляют индуцирующий лазер (гелий-кадмиевый лазер (IK-3552R-G Kimmon Electronic Со , Ltd , Япония) с Хе = 325 0 нм (многомодовый режим, TEMnm), который располагают рядом с модулем детектора, и зондирующий лазер (лазерный диод (Toshiba TOLD 1050, Schaeffer & Kirchhoff, Германия) с - 681 9 нм (TEMnm)), луч которого подводят по световоду, соединенному с модулем детектора Параметры конфигурации детектора TJIC-1 приведены в табл 1 Управление процессами измерения и обработки сигнала осуществляют с помощью встроенного в детектор микроконтроллера, ключевым узлом которого является синхронный усилитель (временная константа 0 1с) Регистрацию термолинзового сигнала, а также внешнюю настройку детектора осуществляют с помощью специального программного обеспечения

Для сравнительных экспериментов использовали двухлазерный параллельно-лучевой термолинзовый спектрометр с детектированием в дальней зоне (TJIC—2) Параметры конфигурации детектора ТЛС-2 приведены в табл 1 В TJIC- 2 термолинзу индуцируют в спектрофотометрической кювете излучением аргонового ионного лазера Innova 90-6 (Coherent, США) с X,, = 514 5 нм (ТЕМоо-мода) и зондируют с помощью гелий-неонового лазера SP-106-1 (Spectra Physics, США) с Хр = 632 8 нм (ТЕМоо-мода) Синхронизацию процесса измерения осуществляют через компьютер при помощи специально разработанного программного обеспечения

Таблица 1 Экспериментальные параметры конфигурации термолинзовых спектрометров для детектирования в капиллярном электрофорезе (ТЛС-1) и статических измерений в кювете (ТЛС-2)

Параметр ТЛС-1 ТЛС-2

Индуцирующий Длина волны К (нм) 325 0 514 5

лазер Радиус перетяжки луча о>ое (мкм) 3 88 ± 0 05 55 ± 0 5

Конфокальное расстояние г„ (мм) 0 146 18 5

Фокусное расстояние фокусирующей 25 300

линзы^ (мм)

Мощность излучения в образце Ре (мВт) 50 360

Зондирующий Длина волны Хр (нм) 681 9 632 8

лазер Радиус перетяжки луча, (йор (мкм) 70 + 02 25 0 ± 0 2

размер луча в образце 2(Л\Р (мкм) 75 0 + 0 5 109 0 ± 0 5

Конфокальное расстояние г,р (мм) 0 23 3 1

Фокусное расстояние фокусирующей 20/20* 185

линзы ^ (мм)

Мощность лазера в образце Р„ (мВт) 3 4

Параметры Внутренний диаметр капилляра или 0 075 10 0

оптической длина оптического пути в кювете (мм)

схемы установки Расстояние между образцом и 25 50 ± 0 05 1200 ± 1

фотодетектором, 2г (мм)

т (ур-ние (5)) 92 5 20

£лИур-ние (6)) 5 53 3 1

Диаметр диафрагмы зондирующего луча, 02 1

2К (мм)

Частота прерывателя, ф (Гц) 40-95 2

* оптическая схема TJIC-l включает две фокусирующие линзы

Для электрофоретического разделения использовали прибор SpectraPhoresis 100 (ThermoQuest, Германия), совместимый как с детектором TJIC-1, так и со стандартным спектрофотометрическим детектором Linear UVIS 200 (Spectra Physics, США). Эксперименты проводили в кварцевых капиллярах (Polymicro Technologies LLC (Phoenix, AZ, США)) с внутренним диаметром 75 мкм и внешним диаметром 360 мкм. Для спектрофотометрических измерений использовали фотометр Philips PU 8720 UV/VIS (Philips, Голландия). Измерения проводили в кварцевых кюветах с длиной оптического пути 1 см. Для измерения значения pH среды использовали рН-метр inoLab pH Level 1 (Германия).

В работе использовали неорганические и органические реагенты квалификации х.ч. и ч.д.а., в качестве растворителей использовали бидистиллированную деионизованную воду (установка очистки воды Milli-Q plus 185 (Millipore, Бедфорд, США); омическое сопротивление не ниже 18.2 МОм), органические растворители квалификации «для градиентной ВЭЖХ». В главе 3 также приведены условия проведения различных экспериментов (методики).

В четвертой главе приведены уравнения, используемые в главах 5-7 для расчета профилей температуры, формирующихся за счет термооптического эффекта, и суммарного роста температуры в образце, а также уравнения для расчета оптимальных геометрических параметров оптической схемы термолинзового спектрометра (размера диафрагмы фотодетектора R, расстояния между перетяжкой зондирующего луча и образцом z\, размера зондирующего луча в образце C0ip, рис. 1). Кроме того, здесь представлены уравнения, используемые при оценке влияния состава раствора фонового электролита на чувствительность термолинзового детектирования и общие характеристики сигналов при спектрофотометрическом и термолинзовом детектировании, рассчитываемые при обработке результатов экспериментов.

Рис. 1. Основные параметры зондирующего луча при скрещено-луче-вом термолинзовом детектировании в капилляре.

Поскольку для оптимизации геометрических параметров

оптической схемы

термолинзового детектора для капиллярного электрофореза следует использовать уравнение, описывающее зависимость аппаратного термолинзового сигнала от геометрических параметров оптической схемы спектрометра при регистрации зондирующего излучения в ближней зоне, и которое отсутствует в литературе, в четвертой главе представлен вывод данного уравнения.

В случае регистрации излучения зондирующего луча в ближней зоне следует учесть тот факт, что при изменении положения перетяжки зондирующего луча изменяется и

суммарная интенсивность зондирующего излучения, попадающего на фотодетектор с диафрагмой постоянного диаметра R. В результате, нами предложен модифицированный вариант ур-ния (3), учитывающий этот факт, где вместо параметра В (ур-ние (4)) следует использовать модифицированный параметр В':

В' = ЙХ1.009425 erf{lRzcpj\(m^i + 2z,z2 +z22))*. (7)

При выборе оптимальных геометрических параметров зондирующего луча в термолинзовом детекторе для капиллярного электрофореза использовано ур-ние (7).

Термооптический элемент и его характеристики

Оценка тепловых и геометрических характеристик формирующегося термооптического элемента является первым этапом, необходимым для выбора оптимальных условий работы термолинзового детектора. Поэтому в пятой главе рассмотрены характеристики термооптического элемента, формирующегося в образце под действием индуцирующего излучения. К первичным характеристикам термооптического элемента относят максимальный рост температуры в образце за счет термооптического эффекта после достижения теплового равновесия ДТтах(г = 0, ф), амплитуду колебания температуры в течение одного цикла после достижения теплового равновесия &Ts,ead{г = 0, ф) (рис. 2), радиус термооптического элемента rTL и его объем VTL. Значения этих характеристик для наиболее часто используемых в капиллярном электрофорезе растворителей (вода, ацетонитрил, метанол), рассчитанные на основе описания индуцированного теплового профиля за счет температуропроводности приведены в табл. 2 и 3.

Рис. 2. Схема роста температуры и достижения термического равновесия в термолинзовых измерениях для статических условий (1) и некоторой ненулевой скорости потока (2).

Расчет максимального роста температуры в образце за счет термооптического эффекта после достижения теплового равновесия ДТтах(г = 0, ф) и амплитуды колебания температуры в течение одного цикла после достижения теплового равновесия ДТцеаА.г = 0, ф) показал, что при значениях линейного коэффициента поглощения а, соответствующих середине линейного динамического диапазона термолинзового спектрометра, рост температуры, генерируемый за счет термолинзового эффекта, не превышает нескольких Кельвинов, и нагрев образца в общем случае не повлечет за собой побочных химических процессов и снижения эффективности разделения.

Таблица 2 Значения максимального нагрева образца за счет термолинзового эффекта после достижения теплового равновесия ДТтах(г = 0, ф) (рис 2) и амплитуды колебания температуры в образце за один цикл после достижения теплового равновесия ДТ„еаАг = 0, ф) (рис 2) в воде, ацетонитриле и метаноле при некоторых значениях линейного коэффициента поглощения образца а (для ТЛС-1 индуцирующее излучение Ре = 50 мВт, со», = 39 мкм и ф = 40 Гц)

ДГт„(г = 0, ф), К

Среда а = 2 » КГ*, а = 4 х Ю"2, а = 2, а = 2 х 10", а = 4 х Ю"2, а = 2,

1/см 1/см 1/см 1/см 1/см 1/см

Вода 9 х ю" 0 19 91 1 X ю" 0 03 1 33

ACN 2 8 х КГ3 06 27 8 4 х 10" 0 09 42

МеОН 2 6 х 1(Г' 0 52 25 8 4 х Ю" 0 08 40

Таблица 3 Рассчитанные значения диаметра термооптического элемента с]п и его объема Уп в воде, ацетонитриле и метаноле при а = 0 7 1/см, частотах прерывания индуцирующего излучения 40, 70 и 95 Гц, и индуцирующем излучении Ре = 50 мВт, (0о„ = 39 мкм Указанные диапазоны обусловлены погрешностью расчетов

Среда ф = 40 Гц ф = 70 Гц ф = 95 Гц

£/ть±абс иогр , мкм Кт[±абс погр, пл с!п,±абс погр , мкм Кт1+абс погр, пл г/п±абс погр , мкм Кт1±абс погр, пл

Вода АСК МеОН 90 ±10 80 ±8 80 ±8 200 ± 20 180 ± 20 170 + 20 70 ±7 70 ±7 60 + 6 160 ±20 140 ± 20 140 ±20 60 ±6 60 ±6 60 ±6 140 + 20 130 + 20 120 ±20

Для условий термолинзового детектирования в капилляре (размер образца мал, жесткая фокусировка индуцирующего излучения, время облучения образца л х 100?с) рассмотрена возможность использования излучения с негауссовым распределением мощности в луче как индуцирующего излучения Проведенные расчеты показали, что в случае жесткой фокусировки индуцирующего луча в капилляре профили роста температуры, формирующиеся при использовании индуцирующего луча с гауссовым (ТЕМоо-мода) и негауссовым (ТЕМпт-мода) распределением интенсивности в луче, отличаются незначимо (рис 3) В результате, оправдано использование лазеров с многомодовым составом в качестве источников индуцирующего излучения, что позволяет расширить набор рабочих длин волн термолинзового детектора и, следовательно, круг определяемых соединений

Рис 3 Профили роста температуры, , ,„-<формирующиеся в образце воды

(а = 2х10~4 1/см) при его облучении ,,„-<индуцирующим лазерным излучением

с гауссовым распределением интенсив-41(Г.ности в луче (ТЕМоо-мода, сплошная

линия) и с многомодовым распределе-21о-,нием интенсивности в луче (ТЕМпт-мо-

да, пунктирная линия) Параметры индуцирующего луча Шое = 3 9 мкм, Ре = 50 мВт, ф = 40 Гц

Оптимизаиия параметров термолинзового спектрометра

В шестой главе с позиции максимальной чувствительности термолинзового детектирования проведена оптимизация геометрических параметров оптической схемы термолинзового детектора и режима его работы с учетом специфических условий детектирования в капилляре в условиях потока. Рассмотрен общий подход к выбору параметров зондирующего луча: его размера в образце (0\р, размера диафрагмы фотодетектора й, расстояния между его перетяжкой и образцом г\ и между образцом и диафрагмой фотодетектора гг (рис.1). С использованием предложенного в главе 4 выражения зависимости аппаратного термолинзового сигнала от геометрических параметров оптической схемы (ур-ния (3) и (7)) рассчитаны расстояние между перетяжкой зондирующего луча и образцом г] и соответствующий этому расстоянию размер зондирующего луча в образце С01Р, при котором термолинзовый сигнал максимален. Для подтверждения правильности предложенного уравнения измерена зависимость амплитуды термолинзового сигнала от расстояния между перетяжкой зондирующего луча и образцом (рис. 4). Полученная экспериментальная зависимость достаточно хорошо описывается с помощью предложенного уравнения, тогда как исходные уравнения (3)-(4) (регистрация в дальней зоне), дают завышенные значения сигнала.

Рис. 4. Зависимость термолинзового сигнала от расстояния между капилляром и перетяжкой луча зондирующего лазера Пунктирная линия соответствует теоретическим расчетам по ур-ни-ям (3)—(4) (регистрация в дальней зоне), сплошная линия — по ур-ниям (3)-(7) (ближняя зона), точки — экспериментальные данные', водный раствор ализаринового желтого 8х10~5М в буферном растворе (рН 7.0), 12.5 мМ №2НРО„ + 12.5 мМ МаН2Р04, Хе = 325 нм, Ре= 50 мВт, ф = 40 Гц.

Используя рассчитанные в главе 5 значения диаметров термооптического элемента, формирующегося под действием индуцирующего излучения в воде, ацетонитриле и метаноле (табл. 3), найден диапазон частот прерывания индуцирующего излучения, обеспечивающий максимальную чувствительность термолинзовых измерений, который составляет 40-95 Гц. Нижняя граница этого диапазона соответствует случаю, когда размер термооптического элемента равен или незначительно превышает диаметр капилляра, и дальнейшее снижение частоты прерывания нецелесообразно, так как не приводит к росту чувствительности из-за отвода тепла через стенки капилляра (рис. 5). Верхняя граница диапазона частот соответствует случаю, когда потеря чувствительности термолинзовых измерений вследствие сокращения продолжительности цикла «нагрев -охлаждение» составляет около 50% от максимального, в результате дальнейшее увеличение частоты нецелесообразно из-за этой потери чувствительности (рис. 5).

Рис. 5. Зависимость величины термолинзового сигнала в водной среде, нормированного на его значение при ф = 60 Гц, 1>(<р)/-д(б0 Гц), от частоты прерывания индуцирующего излучения ф. Сплошная линия — рассчитанные значения термолинзового сигнала (ур-ние (3)), штрихпунктирная линия — экспериментальные значения (водный раствор, а = 0.7 1/см, Юое = 3.9 мкм, к = 325 нм, Ре = 50 мВт).

Влияние скорости потока на чувствительность термолинзовых измерений

При исследовании влияния потока, расчеты и экспериментальные данные подтверждают существование остаточного нагрева i\Tc„0i(r, t) в конце полуцикла охлаждения (рис. 2). В условиях потока значения роста температуры в фазе нагрева ATheair, t) и роста температуры в фазе охлаждения ATcooi(r, t) уменьшаются из-за увеличения эффективной теплопроводности kef и смещения нагретой зоны в ходе формирования и диссипации термооптического элемента. Наличие второго фактора очевидно. Увеличение же эффективной теплопроводности kef иллюстрируют зависимости термолинзового сигнала от времени при различных скоростях потока, представленные на рис. 6. Так, при скорости потока 9 см/мин время достижения равновесного сигнала сокращается практически в 5 раз по сравнению со статическими условиями, что свидетельствует об уменьшении характеристического времени развития термолинзы tc и росте эффективной теплопроводности kef также в 5 раз. Оба фактора действуют совместно. В результате, амплитуда колебания температуры, наблюдаемая за Л/-ый цикл, АТщ/^г, t) = A Theair, t) -&Tcooi(r, t) (рис. 2) может как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от результирующего влияния обоих факторов на каждый из членов разности.

Рис. 6. Зависимость термолинзового сигнала ализаринового желтого от времени (1) в статических условиях и при скоростях потока (2) 3, (3) б, (4) 7.5, (5) 9 см/мин; (выбросы не удалены). Условия: общая длина капилляра 71.6 см, эффективная длина капилляра 41.3 см, Я = 325 нм, мощность излучения индуцирующего лазера 50 мВт, частота прерывателя 70 Гц.

70000 65000 60000 55000 50000 45000

0 20 40 60

100 120 140

С

На рис. 7 представлены экспериментальные зависимости амплитуды термолинзового сигнала от скорости электроосмотического потока при некоторых значениях частоты прерывания индуцирующего излучения (исследуемый диапазон рабочих значений скорости потока определяется техническими возможностями источника высокого напряжения, составом раствора фонового электролита и маркой капилляра и является типичным для капиллярного электрофореза). Они представляют собой кривые с максимумом, где можно выделить область роста значения термолинзового сигнала (область Г), область максимума (область II') и область падения термолинзового сигнала (область III'). В области Г падение величины роста температуры в фазе нагрева АТ1,еа,(г, I) меньше падения величины остаточного роста температуры в фазе охлаждения ДГсооД>, /), так что результирующее значение изменения температуры АТл^ф-, /) растет, и, следовательно, растет термолинзовый сигнал д(у) (рис. 2, пунктирная линия 2). Малое падение величины роста температуры в фазе нагрева А7лм((г, £) в данной области в некоторой степени связано с тем, что собственная теплопроводность среды достаточно велика из-за влияния стенок капилляра, теплопроводность которых в несколько раз выше теплопроводности раствора фонового электролита, так что относительное изменение эффективной теплопроводности мало. В результате, при детектировании в капилляре при малых значениях скорости потока наблюдается рост термолинзового сигнала по сравнению со статическими условиями. Поведение термолинзового сигнала в области ИГ аналогично поведению в случае бесконечного объема, то есть сигнал линейно зависит от скорости потока. Таким образом, в области высоких значений скорости электроосмотического потока характер зависимости термолинзового сигнала -д(у) определяется смещением из области детектирования и размыванием термооптического элемента. Для подтверждения этого предположения построены теоретические кривые (рис. 7, пунктирные линии). В области ИГ экспериментальные данные хорошо совпадают с рассчитанными значениями. Очевидно, что область максимума 1Г является переходной, где выигрыш за счет снижения величины остаточного роста температуры в фазе охлаждения ЛХ^ДУ, Г) компенсируется падением величины роста температуры в фазе нагрева АТнеа&г, О-

110000

о

5

10

15

-О-40 Гц -¿>-70 Гц -о-90 Ги

20

V, СМ/МИН

25

Рис. 7. Зависимость термолинзового сигнала от скорости потока при разных значениях частоты прерывания индуцирующего излучения. Экспериментальные данные не сглажены. Раствор ализаринового желтого 8х10~5М в 12.5 мМ Ыа2НР04 + 12.5 мМ №Н2РО<, (рН 7), общая длина капилляра 71.6 см, эффективная длина капилляра 41.3 см, X = 325 нм, мощность излучения индуцирующего лазера 50 мВт.

Для оценки влияния скорости потока на чувствительность термолинзовых измерений рассмотрены зависимости шума базовой линии от скорости потока. В исследуемом диапазоне значений скорости потока (0 - 24 см/мин) величина относительного стандартного отклонения сигнала базовой линии (раствора фонового электролита) меняется незначимо. Следовательно, возникающий под действием электрического поля электроосмотичсский поток характеризуется высокой стабильностью и вклад потока в увеличение шума базовой линии минимален.

В результате, диапазон оптимальных значений скорости потока соответствует области максимума П' (рис. 7). Если рассмотреть диапазон рабочих значений скорости потока (0 - 24 см/мин), то падение термолинзового сигнала при максимальной скорости поток а относительно максимальной величины составляет не более 35%, то есть работа при максимальной скорости потока приемлема, если главной задачей является повышение экспрессное™ электрофоретического разделения. Таким образом, диапазон рабочих значений скоростей электроосмотического потока 12-24 см/мин является оптимальным для термолинзового детектирования в капиллярном электрофорезе, обеспечивая высокую чувствительность и воспроизводимость определения. В этом диапазоне амплитуда термолинзового сигнала возрастает в 1.5 - 2 раза по сравнению со статическими условиями в зависимости от частоты прерывания индуцирующего излучения.

Сравнение возможностей термолиизового детектора и спектрофотометрического УФ-детектора на примере модельной смеси нитрофенолов

После оптимизации рабочих условий и геометрических параметров оптической схемы термолинзового детектора для капиллярного электрофореза проведено сравнение его аналитических возможностей со спектрофотометрическим детектором на примере разделения модельной смеси 2-, 3- и 4-нитрофенолов. Тестовые электрофореграммы разделения нитрофенолов в идентичных электрофоретических условиях при термолинзовом и спектрофотометрическом детектировании приведены на рис. 8.

ь

60000

1

А

0,015 0,010

'.С.

Jj

ML

0 100 200 300 ' ' ^а) о ЮО 200 300 сб)

Рис.8.Разделение З-нитрофемола (/), 2-нитрофенола (2) и 4-нитрофенола (3) при (а) термолинзовом детектировании (каждый по 2 х 1СГМ) и (б) спектрофотометрическом детектировании (каждый по 8 х 1(Г5М, Х= 325 нм). Водный раствор фонового электролита 12.5 мМ Na2HP04+ 12.5 мМ NaH2P04 (рН 7.0), 20 кВ, гидродинамический ввод пробы 1 с (200 мбар), d,„ = 75 мкм, ¿„, = 71.6 см, Leff= 41.3 см. Детектирование при Хе = 325 нм, Ре = 50 мВт, ф = 40 Гц.

На основании полученных данных рассчитаны пределы обнаружения 2-, 3- и 4-нитрофенолов при термолинзовом и спектрофотометрическом детектировании (табл 4) Выигрыш в чувствительности при переходе к термолинзовому детектированию составляет 30 раз и превышает теоретически ожидаемое значение (18 2) в 15 раза, при этом линейный динамический диапазон составляет три порядка Дополнительное увеличение чувствительности связано с тем, что в области малых оптических плотностей воспроизводимость термолинзовых измерений выше спектрофотометрических В результате, снижение предела обнаружения происходит не только благодаря увеличению коэффициента чувствительности, но и из-за снижения шума базовой линии

Таблица 4 Пределы обнаружения (х 107М) 2-, 3- и 4-нитрофенолов при термолинзовом (ТЛС) и спектрофотометрическом (СФ) детектировании, а также значения теоретического Е,,, (ур-ние (3)) и экспериментального Еехр = стт с<^стш Тл факторов чувствительности термолинзового детектирования Условия разделения аналогичны перечисленным в рис 8

Соединение ТЛС детектор СФ детектор Е,к

2-нитрофенол 10 300 30 0 182

3-нитрофенол 16 500 31 3 182

4-нитрофенол 25 80 32 0 182

Использование водно-органических сред для термолинзового детектирования в капиллярном электрофорезе

Седьмая глава посвящена исследованию влияния состава раствора фонового электролита на чувствительность термолинзового детектирования Принимая во внимание тот факт, что состав раствора фонового электролита в первую очередь определяет условия электрофоретического разделения, целесообразно изучить особенности термолинзового детектирования на примере водно-метанольных и водно—ацетонитрильньтх растворов фонового электролита В качестве основных критериев, характеризующих исследуемый водно-органический раствор, выбраны следующие параметры (1) увеличение термооптического коэффициента чувствительности термолинзовых измерений в данном растворителе относительно водной среды, характеризующее изменение сигнала

Р = (8)

где Ещ и Е„а — термооптические коэффициенты чувствительности термолинзовых измерений в водном и водно-органическом растворах, соответственно

(2) Отношение значений относительного стандартного отклонения сигнала раствора фонового электролита в данном растворителе и в водной среде

= (9)

(3) Суммарное (результирующее) увеличение чувствительности термолинзовых измерений в данном растворителе относительно водной среды БЕ = КЕБ/ОТ, отражающее общее увеличение чувствительности, соответственно

Исследование проведено в два этапа Сначала выполнены «ступенчатые измерения» (капилляр сначала заполняли раствором фонового электролита, вход капилляра помещали в сосуд с модельным раствором и прикладывали рабочее напряжение, в результате регистрировали термолинзовые сигналы раствора фонового электролита и модельного

раствора Итос1, время миграции поглощающего соединения /,„,,,) В этом случае минимизируются сопутствующие смене растворителя процессы (изменение вязкости, условий диссоциации силанольных групп на стенках капилляра, степени диссоциации анализируемых соединений и преобразование их сольватной оболочки), вносящие вклад в результирующее значение термолинзового сигнала, и, следовательно, создаются условия наиболее близкие к измерениям в кювете, что позволяет отметить общие закономерности Затем рассмотрено «электрофоретическое разделение» (регистрация электрофореграммы) модельной смеси веществ, дающее возможность оценить результирующее увеличение чувствительности для электрофоретического измерения с термолинзовым детектированием

Экспериментальные значения увеличения термооптического коэффициента чувствительности термолинзовых измерений в данном растворителе относительно водной среды ЯЕР,/ = й„1Х/л}ад, полученные в режиме «ступенчатые измерения», для выбранных модельных систем (табл 5), а также экспериментальные значения, полученные в кювете КЕЬ'се//, и в результате теоретических расчетов ЯЕЕ,/, приведены на рис 9 Из полученных данных можно сделать следующие заключения

• Значения параметра ЮУ7« для различных поглощающих соединений и растворов фонового электролита при фиксированном содержании органического растворителя в растворе отличаются незначимо друг от друга, то есть рост амплитуды термолинзового сигнала, как и ожидалось, обусловлен присутствием в растворе органического растворителя

• Несмотря на то, что амплитуда термолинзового сигнала зависит от скорости движения среды в капилляре, значение параметра ЯЕРл (отношение сигналов) не зависит от скорости потока (1А, 8 9 см/мин, НА, 15 2 см/мин, 1М, 6 4 см/мин, и ИМ, 6 6 см/мин),

• Значения параметра ЯЕР, полученные в капилляре ЛЕЕ,, (ТЛС-1), в кювете ЯЕ^// (ТЛС-2) и в результате теоретических расчетов ЯЕР,/,, находятся в хорошем соответствии друг с другом (рис 9)

Таким образом, теоретический подход (расчет параметра ПЕР,л) эффективен для оценки ожидаемого роста амплитуды термолинзового сигнала в случае термолинзового детектирования в капиллярном электрофорезе вне зависимости от скорости электроосмотического потока и используемого фонового электролита

Таблица 5 Модельные системы, исследованные в ходе «ступенчатых измерений»

Обозначение Поглощающее Фоновый электролит Органический Диапазон,

соединение растворитель %об

1А 3-нитрофенол 7 5 мМ №Н2Р04 + 2 5 мМ №2НР04, АСЫ 0-70

1М рН 6 5 МеОН 0-50

ПА Ализариновый 10 мМ (С2Н,),Ы + 9 6 мМ СНзСООН АСЫ 0-100

ИМ желтый рН 9 3 МеОН 0-60

Рис. 9. Значения параметра REF для водно-метанольных (а) и водно-ацетонитрильных (б) растворов, полученные в капилляре REF., (серии 1 и 2) (ур-ние (8)), в кювете REF„« (серия 3) (ур-ние (8)), и рассчитанные значения REF,A (ур-ние (8), сплошная линия).

В случае увеличения доли органического растворителя в растворе фонового электролита наблюдается рост не только амплитуды термолинзового сигнала, но и шума базовой линии (табл. 6). Видно, что значение относительного стандартного отклонения сигнала водно-органического раствора фонового электролита зг,тХ больше аналогичной величины для водного раствора при этом зг,ты принимает максимальные значения при средних значениях объемной доли органического растворителя в растворе (40 - 60% об.). Значения параметра № зависят не только от природы и объемной доли органического растворителя в растворе фонового электролита, но также и от его природы (табл. 6). Так, шум базовой линии при использовании фосфатного буферного раствора ниже величины, наблюдаемой при использовании буферного раствора триэтиламин - уксусная кислота с той же объемной долей органического растворителя.

Таблица 6. Значения параметра № (ур-ние (9)), полученные для исследуемых модельных систем (состав приведен в табл. 5) при различном содержании ацетонитрила и метанола (п — 10*, Р = 0.95)

Орг. растворитель, % об. IA IIA IM I1M

0 1 1 1 1

10 1.010.1 - 1.0 + 0.1 -

20 1.1 ±0.1 1.3 ±0.3 1.2 ± 0.1 1.3 ±0.2

30 1.1 ±0.1 - 1.3 + 0.2 -

40 1.2 ± 0.2 1.6 + 0.3 1.3 + 0.2 1.9 + 0.3

50 1.3 ±0.2 - 1.4 ±0.2 -

60 1.3 + 0.2 1.7 + 0.4 - 1.6 ±0.2

70 1.3 ±0.2 - - -

80 - 1.1 ±0.2 - -

100 - 1.2 ±0.3 - -

* Статистическая обработка двух выборок (п = 5), полученных в результате экспериментов, проводимых в разные дни, показала (Р- и г-критерии), что их можно объединить в единую выборку с п =10.

Измерения в режиме «электрофоретическое разделение» проводили на примере разделения модельной смеси мононитрофенолов в водно-ацетонитрильном фосфатном буферном растворе. Электрофореграммы разделения модельной смеси в растворах фонового электролита с содержанием ацетонитрила 0, 40 и 70% об. приведены на рис. 10 (на рис. 10, в представлены все 3 электрофореграммы в одном масштабе).

Так как задача исследования заключалась в изучении модельных растворов фонового электролита с точки зрения чувствительности термолинзового детектирования, параметры разделения модельной смеси подробно не рассматривали. Тем не менее, эффективность разделения в водных и водно-ацетонитрильных растворах существенно не отличается (220000 - 240000 теоретических тарелок на метр в зависимости от компонента), а разрешение пиков 2- и 4-нитрофенолов даже возрастает от Я, = 1.08 в водном растворе до й5> 1.5 в растворах, содержащих 30-70% об. АСЫ (для других пар пиков Яу> 1.5 как в водном, так и в водно-ацетонитрильных растворах). Следовательно, в случае выбранной модельной смеси мононитрофенолов использование водно-ацетонитрильных смесей не только допустимо (не ухудшает характеристик разделения), но и предпочтительно (увеличивает разрешение пиков).

эсосю 20000 1СОСЮ

40000 20000

I

и

:б)

''С в)

Рис. 10.Электрофореграммы разделения смеси (/) 3-нитрофенола, (2) 2-нитрофенола и (3) 4-нитрофенола (2x10"5 М каждый) в а) водном, б) 40%-ном об. ACN и в) 0, 40, 70%-ных об. АСЫ (наложение 3-х электрофореграмм) растворах фонового электролита 2.5 мМ ЫагНРО,| + 7.5 мМ ЫаН2Р04 (рН 6.5), 30 кВ, ввод пробы при 5 кВ, время вода 5 с при 0% об. АСЫ, 7.7 с при 40% об. АСЫ и 12.3 с при 70% об. АСЫ (количество вводимых компонентов в долях концентрации введенной при 0% АСЫ: 3-нитрофенол 1; 2-нитрофенол: 0.99 при 40% об. АСЫ, 1.02 при 70% об. АСЫ; 4-нитрофенол: 0.95 при 40% об. АСЫ, 0.97 при 70% об. АСЫ), ¿4, = 75 мкм, £,„ = 71.6 см, £^=41.3 см, А = 325 нм, ф = 95 Гц.

Численные значения параметра увеличения термооптического коэффициента чувствительности термолинзовых измерений в растворах фонового электролита с различным содержанием ацетонитрила (0 - 70% об ACN, рис 11, a) REFpt, для 2-, 3- и 4-мононитрофенолов рассчитывали как

REF t =S ¡S , (10)

рк corr mix I corr aq ' V*"/

где Scon- - Spea)J\iegtmjtm,g — исправленное значение площади пика, Sp,.at — площадь пика, \ieff — среднее значение эффективной электрофоретической подвижности иона, рассчитанное из всех повторяющихся измерений в данном растворе фонового электролита (л = 10), tmj — продолжительность ввода пробы, tm,s — время миграции иона) Экспериментальные значения параметра REF^t в целом близки к теоретическим значениям, однако для растворов фонового электролита с содержанием ацетонитрила 30 -70% об экспериментальные величины несколько выше теоретически рассчитанных Наблюдаемое отклонение вызвано тем, что скорость движения жидкости в капилляре влияет на амплитуду термолинзового сигнала Так, значения скорости электроосмотического потока, генерируемые в выбранных условиях разделения, лежат в диапазоне от 8 9 см/мин (70% об ACN) до 218 см/мин (водный раствор) Из экспериментальной зависимости амплитуды термолинзового сигнала от скорости электроосмотического потока (рис 7, 0-24 см/мин) видно, что при скоростях электроосмотического потока 8 9-21 8 см/мин амплитуда термолинзового сигнала сначала растет, затем проходит через продолжительный максимум и затем начинает падать Следовательно, можно ожидать, что для промежуточных значений доли ацетонитрила в растворе фонового электролита значения параметра REF,* будут выше теоретических из-за дополнительного вклада движения среды в величину термолинзового сигнала Для проверки этого предположения проведены эксперименты при постоянной скорости электроосмотического потока (рис 11,6) Значения параметра REFp/t, рассчитанные из этих данных, значительно лучше коррелируют с теоретическими расчетами Таким образом, теоретический подход (расчет параметра REF,/,, ур-ние (8)) эффективен для оценки ожидаемого роста амплитуды термолинзового сигнала в случае термолинзового детектирования в капиллярном электрофорезе также и в режиме «электрофоретическое разделение»

Одной из основных характеристик чувствительности методики является предел обнаружения компонента с„,„, поэтому суммарное (результирующее) увеличение чувствительности термолинзового детектирования при переходе от водного раствора фонового электролита к водно-ацетонитрильному оценивали как

SE „=си,/см„ (11)

ю ЯЕРрк

8

6

4

2

0 -.-.-.-1-.-1-1 0 -1-'-1-'-'-'-1

О 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 =0 60 70

АСМ % об. ч АСЧ. % об-

а) б)

Рис. 11. Значения параметра ЯЕРрк (ур-ние (10)) для водно-ацетонитрильных растворов фонового электролита (2.5 мМ Ыа2НР04 + 7.5 мМ ЫаН2Р04, рН 6.5) для 2-, 3- и 4-нитрофенолов. Рабочее напряжение (а) 30 кВ (переменная скорость) и (б) варьируют так, что скорость электроосмотического потока постоянна (V = 8.9 см/мин), ввод пробы при 5 кВ, время ввода пробы 5-12.Зс (количество вводимой пробы постоянно), (¡,„ = 75 мкм, ¿,„, = 71.6 см, ¿^ = 41.Зсм, X = 325 нм, ф = 95 Гц. Сплошная линия соответствует рассчитанным значениям ЯЕР,,,.

Пределы обнаружения мононитрофенолов и параметры ЭЕр* для растворов фонового электролита с различным содержанием ацетонитрила в растворе представлены в табл. 7. Выигрыш в чувствительности при термолинзовом детектировании для водно-ацетонитрильного раствора (70% об. АСЫ) относительно водного раствора фонового электролита составляет 6.5 раз, что является хорошей иллюстрацией предложенного подхода. Таким образом, использование водно-ацетонитрильных растворов фонового электролита вместо водных является эффективным способом повышения чувствительности термолинзового детектирования, так как несмотря на сопутствующий рост шума базовой линии, снижение пределов обнаружения составляет более чем полпорядка (70% об. АСЫ).

Таблица 7. Пределы обнаружения мононитрофенолов (*107М) и суммарное увеличение чувствительности термолинзовых измерений 8Е;,4 (ур-ние (11)) в растворах фонового электролита с различным содержанием ацетонитрила в растворе. Экспериментальные условия: 7.5 мМ ЫаН2Р04 + 2.5 мМ Ыа2НР04 (рН 6.5), скорость потока 8.9 см/мин, ввод пробы при 5 кВ, время ввода 5-12.3 с (количество вводимых компонентов пробы постоянно), = 75 мкм, ¿„„ = 71.6 см, ¿^=41.3 см, А. = 325 нм, ф= 95 Гц , п = 5, Р = 0.95

Ацетонитрил, % об. 2-нитрофенол 3-нитрофенол 4-нитрофенол

С„;„, М С,„/,,, М 8Ер1 с„„„, М

0 65 1 66 1 17 1

10 52 1.3 45 1.5 12 1.4

20 65 1 45 1 13 1.3

30 35 1.9 27 2.4 8 2.1

40 19 3.3 17 3.8 5 3.4

50 16 4.0 17 3.8 4 4.3

60 12 5.4 14 4.7 3.5 4.9

70 10 6.5 10 6.6 2.7 6.3

о 2-нитрофенол ♦ 3-нитрофенол о 4-нитрофенол — расчет

ю

о 2-нитрофенол ♦ 3-нитрофеноп ■4 4-нитрофенол -^расчет

Выводы

1 Предложено выражение, описывающее зависимость аппаратного сигнала от геометрических параметров оптической схемы термолинзового спектрометра (расстояния между перетяжкой зондирующего луча и центром капилляра, расстояния между капилляром и диафрагмой фотодетектора, конфокального расстояния зондирующего луча, размера диафрагмы фотодетектора, соотношения радиусов зондирующего и индуцирующего лучей в образце) при регистрации зондирующего излучения в ближней зоне и хорошо согласующееся с экспериментальными результатами для компактного прототипа термолинзового детектора для капиллярного электрофореза Это выражение дает возможность теоретически подобрать параметры зондирующего излучения, соответствующие максимальной чувствительности скрещенно-лучевого термолинзового детектирования в капиллярах

2 Рассчитаны характеристики термооптических элементов, формирующихся в воде, метаноле и ацетонитриле при использовании индуцирующего излучения с мощностью 50 мВт, размером луча, соответствующем измерениям в капилляре и частотой его прерывания 10 - 200 Гц Полученные значения максимального роста температуры в образце за счет термооптического эффекта и амплитуды термооптически индуцированных колебаний температуры после достижения теплового равновесия свидетельствуют, что при значениях линейного коэффициента поглощения до 0 5 см-1 рост температуры за счет термолинзового эффекта не превышает нескольких Кельвинов, и нагрев образца в общем случае не влечет за собой побочных химических процессов и снижения эффективности электрофоретического разделения На основе этих расчетов выбран диапазон частот прерывания индуцирующего излучения 40 - 95 Гц, обеспечивающий максимальную чувствительность термолинзового детектирования в малом объеме в режиме реального времени

3 Оптимизация геометрических параметров оптической схемы скрещенно-лучевого термолинзового детектора для капиллярного электрофореза позволила достичь пределов обнаружения модельных соединений (2-, 3- и 4-нитрофенолы) в водном растворе фонового электролита (фосфатный буферный раствор, рН 7 0, гидродинамический ввод пробы) 1 х 104M, 1 6 * 10-6 М и 2 5 х 10~7 М, соответственно Выигрыш в чувствительности по сравнению со спектрофотометрическим детектированием в аналогичных условиях разделения составляет 30 раз

4 Показано, что в случае термолинзового детектирования в капилляре необходимость жесткой фокусировки лучей (до Юмкм) позволяет использовать лазеры с мультимодовым составом в качестве источников индуцирующего излучения без потери точности измерений, что обеспечивает широкий набор рабочих длин волн термолинзового детектора и, следовательно, расширяет круг определяемых соединений

5 Предложено объяснение зависимости чувствительности термолинзовых измерений от скорости среды в условиях электрофоретического разделения, учитывающее как изменение эффективной теплопроводности среды в условиях потока, так и остаточный нагрев в капилляре в конце цикла образования и диссипации термооптического элемента На основе проведенных исследований определен диапазон скоростей потока, оптимальный для условий электрофоретического разделения (12 - 24 см/мин) Это обеспечивает выигрыш в чувствительности термолинзового детектирования по сравнению со статическими условиями более чем в два раза

6 Показано, что в условиях электрофоретического разделения (наличие электроосмотического потока и формирование и диссипация термооптического элемента в условиях малого объема) изменение силы термооптического эффекта в средах, используемых в качестве растворов фонового электролита в капиллярных электромиграционных методах, несмотря на усложнение условий, не отличается от изменения силы термооптического эффекта, регистрируемого в больших объемах и статических условиях, при этом экспериментальные результаты хорошо согласуются с теоретическими расчетами Это обеспечивает широкий выбор сред для термооптического детектирования в электромиграционных методах разделения, особенно в гибридных методах

7 Предложены практические рекомендации по увеличению чувствительности термолинзового определения и эффективности электрофоретического разделения, которые включают использование водно-органических растворов фонового электролита вместо водной среды Пределы обнаружения 2-, 3- и 4-нитрофенолов в водном растворе фонового электролита (фосфатный буферный раствор pH 6 5, электрокинетический ввод пробы) составляют 6 5 х Ю-6 М, 6 6 х КГ6 М и 1 7 х 10" 7 М, соответственно, а при замене растворителя на водно-ацетонитрильный раствор (3 7 об) их значения снижены в 6 5 раз

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах-

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ в виде статей и тезисов докладов

Статьи

1 Бендрышева С Н Оптимизация инструментальных параметров термолинзового детектирования в капиллярном электрофорезе / С Н Бендрышева, Н Ю Рагозина, Д А Недосекин, М А Проскурнин, У Пюэль // Вестн Моек Ун-та Сер 2 Химия - 2005 -Т 46, № 6 - С 411-417

2 Proskumin М A Optimization of instrumental parameters of a near-field thermal-lens detector for capillary electrophoresis / M A Proskumin, S N Bendrysheva, N Ragozma, S Heissler, W Faubel, U Pyell//Appl Spectrosc -2005 -V 59, N 12 -P 1470-1479

3 Bendrysheva S N Sensitivity improvement in capillary electrophoresis using organo-aqueous separation buffers and thermal lens detection /SN Bendrysheva, M A Proskurmn, U Pyell, W Faubel//Anal Bioanal Chem -2006 -V 385 -P 1492-1503

Тезисы докладов

4 Bendrysheva S N Optimization of instrumental parameters of a near-field thermal-lens detector for capillary electrophoresis / S N Bendiysheva, S Heissler, W Faubel, U Pyell, M A Proskurnin // "ANAKON 2003", 2-5 Apnl, 2003, Konstanz, Germany, Kurzreferate -S 75

5 Bendrysheva S Sensitive detection in small volumes by near-field thermal lens detection an alternative to LIF-detection for solutes with low fluorescence quantum yield / S Bendiysheva, W Faubel, S Heissler, MA Proskumm, U Pyell, N Y Ragozma//17th International Symposium on Microscale Separations and Capillary Electrophoresis, February 8 - 12, 2004, Salzburg, Austria, Final Program & Book of Abstracts - P 44-45

6 Proskurnin M A Photothermal detection strategies in HPLC and HPCE / M A Proskurnin, AV Pirogov, SN Bendrysheva, OA Shpigun// 17thInternational Symposium on Microscale Separations and Capillary Electrophoresis, February 8 - 12, 2004, Salzburg, Austria, Final Program & Book of Abstracts - P 154—155

7 Bendrysheva S N Optimization of instrumental parameters of a near-field thermal-lens detector for capillary electrophoresis / S N Bendrysheva, N Y Ragozina, S Heissler, W Faubel, U Pyell, MA Proskumm//17th International Symposium on Microscale Separations and Capillary Electrophoresis, February 8-12, 2004, Salzburg, Austria, Final Program & Book of Abstracts - P 157

8 Bendrysheva S N The influence of the running buffer composition on the sensitivity of the thermal lens detection for capillary electrophoresis / S N Bendiysheva, W Faubel, U Pyell, MA Proskurnin// 17th International Symposium on Microscale Separations and Capillary Electrophoresis, February 8 - 12, 2004, Salzburg, Austria, Final Program & Book of Abstracts -P 157-158

9 Проскурнин M А Фотометрическое детектирование в ВЭЖХ и капиллярном электрофорезе / М А Проскурнин, С Н Бендрышева, А В Пирогов, О А Шпигун // Всероссийский симпозиум «Хроматография и хроматографические приборы», 15-19 марта 2004, Москва, Тезисы докладов, С 176

10 Бендрышева С Н Оптимизация параметров термолинзового детектора для капиллярного электрофореза / С Н Бендрышева, Н Ю Рагозина, В Фаубель, У Пюэль, М А Проскурнин // Всероссийская конференция по аналитической химии "Аналитика России", 27 09 - 01 10 2004, Москва, Россия, Тезисы докладов, С 283-284

11 Бендрышева С Н Влияние состава буферного раствора на чувствительность термолинзового детектирования в капиллярном электрофорезе / С Н Бендрышева, В Фаубель, У Пюэль, М А Проскурнин // Всероссийская конференция по аналитической химии "Аналитика России", 27 09 - 01 10 2004, Москва, Россия, Тезисы докладов, С 284-285

12 Bendrysheva S N The specific features of the coupling of the capillary electrophoresis with thermal lens detector / S N Bendrysheva, W Faubel, S Heissler, D A Nedosekm, M A Proskumm, U Pyell, N Y Ragozina // "ANAKON 2005", 15-18 Marz, 2005, Regensburg, Germany, Kurzreferate - S 78

Бендрышева Светлана Николаевна Возможности термолинзового детектирования в капиллярном электрофорезе Автореф дисс на соискание учёной степени кандидата хим наук Подписано в печать 10 октября 2007 г Заказ № 447 Формат 60*90/16 Уел печ л 1 Тираж 100 экз Копировальный центр ООО "Цифровичок" Москва, 101000, Большой Чудов пер д 5 (495) 797-75-76, (495) 778-22-20, http //www efr ru/

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1, Детектирование в капиллярном электрофорезе (обзор литературы).

1.1 Спектрофотометрический детектор.

1.2 Лазерно-флуориметрический детектор.

1.3 Масс-селективный детектор.

1.4 Электрохимические методы детектирования.

1.5 Другие методы детектирования.

1.6 Скрещенно-лучевой термолинзовый детектор.

Актуальность темы

Капиллярный электрофорез является перспективным и интенсивно развивающимся методом разделения. В настоящее время его применяют для определения широкого круга соединений в различных биологических объектах, промышленной продукции и объектах окружающей среды. Капиллярный электрофорез хорошо зарекомендовал себя как высокоэффективный и экспрессный метод разделения, отличающийся малым объемом вводимого образца и расходом реагентов. Высокая эффективность разделения обусловлена преимущественно техникой проведения эксперимента: использованием капилляров с высоким значением соотношения «площадь поверхности к объему» (din =10 -н 100 мкм), электромиграционной природой движения компонентов образца и жидкости в капилляре и детектированием непосредственно в капилляре. Условия работы и детектирования в капилляре, а также малый объем зоны определяемого компонента предъявляют дополнительные требования к системе детектирования, в первую очередь, к локальности и чувствительности метода детектирования. В настоящее время усовершенствование существующих и разработка новых методов детектирования и подходов к увеличению чувствительности в рамках уже существующих методов занимают важное место среди основных направлений развития капиллярного электрофореза.

Скрещенно-лучевая термолинзовая спектрометрия относится к методам молекулярной абсорбционной спектроскопии и благодаря своей высокой чувствительности, локальности и универсальности представляет большой интерес как перспективный метод детектирования в капиллярных электромиграционных методах. На настоящий момент существует ряд работ, иллюстрирующих успешное применение детектора данного типа в капиллярных электромиграционных методах для разделения аминокислот, пищевых консервантов, загрязнителей окружающей среды, а также лекарственных препаратов и их метаболитов. В подавляющем большинстве эти работы носят исключительно прикладной характер, тогда как важнейшие вопросы применения метода, в первую очередь, оптимальные рабочие параметры скрещенно-лучевого термолинзового детектора, обеспечивающие максимальную чувствительность определения, пока остаются нерешенными.

Цель работы

Цель работы состояла в разработке подходов к увеличению чувствительности скрещенно-лучевого термолинзового детектирования в капиллярных электромиграционных методах. В рамках основной задачи работы планировалось:

1. провести оптимизацию геометрических параметров оптической схемы и рабочих параметров спектрометра с учетом условий детектирования в капилляре в режиме реального времени для обеспечения максимальной чувствительности измерений;

2. рассмотреть влияние факторов, сопутствующих электрофоретическому разделению, в первую очередь движения среды (электроосмотический поток) на чувствительность термолинзового детектирования;

3. исследовать влияние состава раствора фонового электролита на чувствительность термолинзового детектирования.

Научная новизна работы

1. Выведено выражение, описывающее зависимость величины аппаратного термолинзового сигнала от геометрических параметров оптической схемы спектрометра при регистрации зондирующего излучения в ближней зоне. Оно основано на дифракционной модели термолинзового эффекта и учитывает изменение суммарной интенсивности зондирующего излучения в плоскости фотодетектора при изменении геометрических параметров зондирующего луча (расстояние между перетяжкой зондирующего луча и образцом и расстояние между образцом и фотодетектором). Предложенное выражение дает возможность теоретически подобрать параметры зондирующего излучения, соответствующие максимальной чувствительности термолинзового детектирования в капиллярных электромиграционных методах.

2. Предложено объяснение зависимости чувствительности термолинзовых измерений от скорости среды в условиях электрофоретического разделения, учитывающее как изменение эффективной теплопроводности среды в условиях потока, так и остаточный нагрев в капилляре в конце цикла образования и диссипации термооптического элемента.

3. Показано, что в условиях электрофоретического разделения (наличие электроосмотического потока, формирование и диссипация термооптического элемента в условиях малых объемов жидкости) сила термооптического эффекта в различных водно-органических средах, используемых в качестве растворов фонового электролита в капиллярных электромиграционных методах, несмотря на усложнение условий, не отличается от силы термооптического эффекта, регистрируемого в этих средах в больших объемах и статических условиях.

Практическая значимость работы

1. Проведена оптимизация геометрических параметров оптической схемы скрещенно-лучевого термолинзового детектора для капиллярного электрофореза, что позволяет проводить термолиызовое детектирование с высокой чувствительностью (Лт;>,= 1 х Ю-6) и воспроизводимостью (5г = 0.020.03) измерений.

2. Рассчитаны профили температуры, формирующиеся при образовании термооптического элемента в воде, ацетонитриле и метаноле при различных частотах прерывания индуцирующего излучения. Это позволило оценить размеры термооптического элемента в капилляре и подобрать диапазон частот прерывания индуцирующего излучения, соответствующий условиям детектирования в малом объеме в режиме реального времени и обеспечивающий максимальную чувствительность термолинзового детектирования.

3. На основе проведенных расчетов и экспериментов показано, что в случае термолинзового детектирования в капилляре (необходимость жесткой фокусировки индуцирующего луча в капилляре) можно использовать лазеры с многомодовым составом в качестве источников индуцирующего излучения, что позволяет расширить набор рабочих длин волн термолинзового детектора и, следовательно, круг определяемых соединений.

4. На основании исследований влияния электроосмотического потока на чувствительность термолинзового детектирования в капилляре определен диапазон скоростей потока, оптимальный для условий электрофоретического разделения (12-24 см/мин). Это обеспечивает выигрыш в чувствительности термолинзового детектирования по сравнению со статическими условиями более чем в два раза.

5. На примере разделения модельной смеси мононитрофенолов проведено сравнение чувствительности термолинзового и спектрофотометрического детектирования в капиллярном электрофорезе. Пределы обнаружения 2-, 3- и 4-нитрофенолов в водном растворе фонового электролита (фосфатный буферный раствор, рН 7.0, гидродинамический ввод пробы) при термолинзовом детектировании составляют 1х10~бМ, 1.6х10~бМ и 2.5хЮ~7М, соответственно. Выигрыш в чувствительности по сравнению со спектрофотометрическим детектированием составляет 30 раз.

6. Предложены практические рекомендации по увеличению чувствительности термолинзового детектирования, которые включают в себя использование водно-органических растворов фонового электролита вместо водной среды. Пределы обнаружения 2-, 3- и 4-нитрофенолов в водном растворе фонового электролита (фосфатный буферный раствор рН 6.5, электрокинетический ввод пробы) составляют 6.5 х Ю^М, 6.6 х Ю^М и 1.7 * 10"7М, соответственно, а при замене растворителя на водно-ацетонитрильный раствор (3 :7 об.) их значения снижены в 6.5 раз. Данный подход позволяет не только увеличить чувствительность детектирования, но и повысить эффективность электрофоретического разделения.

В работе защищаются следующие положения:

1. Выражение, описывающее зависимость аппаратного термолинзового сигнала от геометрических параметров оптической схемы спектрометра при регистрации зондирующего излучения в ближней зоне. Расчет оптимального размера зондирующего луча в капилляре на основе предложенного выражения и экспериментальные характеристики чувствительности и воспроизводимости термолинзовых измерений для оптимальной геометрии оптической схемы.

2. Расчеты тепловых возмущений, индуцированых лазерами с одномодовым и многомодовым составом и теоретическое и экспериментальное обоснование использования многомодовых лазеров при термолинзовом детектировании в капилляре.

3. Выбор оптимальных условий термолинзового детектирования на основе расчета размеров термооптических элементов, формирующихся в воде, ацетонитриле и метаноле при различных частотах прерывания индуцирующего излучения и, оптимального размера зондирующего луча.

4. Объяснение влияния скорости движения среды на чувствительность термолинзовых измерений, учитывающее как изменение эффективной теплопроводности среды в условиях потока, так и остаточный нагрев в капилляре в конце цикла образования и диссипации термооптического элемента. Выбор диапазона скоростей потока, соответствующего максимальной чувствительности термолинзового детектирования в условиях электрофоретического разделения.

5. Результаты исследования влияния параметров растворителей, входящих в состав растворов фоновых электролитов, на метрологические характеристики термолинзового детектирования в капиллярном электрофорезе.

Апробация работы

Основные результаты работы представлены на следующих конференциях: Международная конференция "ANAKON 2003" (2-5 апреля 2003, Констанц, Германия); 17ш Международный симпозиум "17th International Symposium on Microscale Separations and Capillary Electrophoresis" (8-12 февраля 2004, Зальцбург, Австрия); Всероссийский симпозиум «Хроматография и хроматографические приборы» (15-19 марта 2004, Москва, Россия); Всероссийская конференция по аналитической химии «Аналитика России», (27 сентября - 1 октября 2004, Москва, Россия); Международная конференция "ANAKON 2005" (15-18 марта 2005, Регенсбург, Германия).

Работа поддержана Немецким научно-исследовательским обществом (Deutsche Forschungsgemeinschaft)) в рамках гранта PY 6/8-1 «Einsatz eines Nahfeld-Thermische-Linse-Detektors zur empfindlichen Detektion in Verbindung mit kapillarelektroseparativen Methoden unter Beruecksichtigung von Matrixeffekten» (2002-2004).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ в виде статей и тезисов докладов. Статьи:

1. Бендрышева С.Н. Оптимизация инструментальных параметров термолинзового детектирования в капиллярном электрофорезе / С.Н. Бендрышева, Н.Ю. Рагозина, Д.А. Недосекин, М.А. Проскурнин, У. Пюэль // Вестн. Моск. Унта. Сер. 2. Химия. - 2005. - Т. 46, № 6. - С. 411-417.

2. Proskurnin М.А. Optimization of instrumental parameters of a near-field thermal-lens detector for capillary electrophoresis / M.A. Proskurnin, S.N. Bendrysheva, N. Ragozina, S. Heissler, W. Faubel, U. Pyell // Appl. Spectrosc. - 2005. - V. 59, N. 12.-P. 1470-1479.

3. Bendrysheva S.N. Sensitivity improvement in capillary electrophoresis using organo-aqueous separation buffers and thermal lens detection / S.N. Bendrysheva, M.A. Proskurnin, U. Pyell, W. Faubel // Anal. Bioanal. Chem. - 2006. - V. 385. - P. 1492-1503.

Тезисы докладов:

1. Bendrysheva S.N. Optimization of instrumental parameters of a near-field thermal-lens detector for capillary electrophoresis / S.N. Bendrysheva, S. Heissler, W. Faubel, и и. Pyell, М.А. Proskumin // "ANAKON 2003", 2.-5. April, 2003, Konstanz, Germany Kurzreferate. - P.(S.) 75.

2. Bendrysheva S. Sensitive detection in small volumes by near-field thermal lens detection: an alternative to LIF-detection for solutes with low fluorescence quantum yield / S. Bendrysheva, W. Faubel, S. Heissler, M.A. Proskumin, U. Pyell, N.Y. Ragozina// 17th International Symposium on Microscale Separations and Capillary Electrophoresis, February 8-12, 2004, Salzburg, Austria, Final Program & Book of Abstracts - P. 44-45.

3. Proskumin M.A. Photothermal detection strategies in HPLC and НРСЕ/ M.A. Proskumin, A.V. Pirogov, S.N. Bendrysheva, O.A. Shpigun// 17th International Symposium on Microscale Separations and Capillary Electrophoresis, February 8-12, 2004, Salzburg, Austria, Final Program & Book of Abstracts - P. 154-155.

4. Bendrysheva S.N. Optimization of instmmental parameters of a near-field thermal-lens detector for capillary electrophoresis / S.N. Bendrysheva, N.Y. Ragozina, S. Heissler, W. Faubel, U. Pyell, M.A. Proskumin// 17th International Symposium on Microscale Separations and Capillary Electrophoresis, February 8-12, 2004, Salzburg, Austria, Final Program & Book of Abstracts - P. 157.

5. Bendrysheva S.N. The influence of the running buffer composition on the sensitivity of the thermal lens detection for capillary electrophoresis / S.N. Bendrysheva, W. Faubel, U. Pyell, M.A. Proskumin// 17th International Symposium on Microscale Separations and Capillary Electrophoresis, February 8-12, 2004, Salzburg, Austria, Final Program & Book of Abstracts - P. 157-158.

6. Проскурнин M.A. Фотометрическое детектирование в ВЭЖХ и капиллярном электрофорезе / М.А. Проскурнин, С.Н. Бендрышева, А.В. Пирогов, О.А. Шпигун // Всероссийский симпозиум «Хроматография и хроматографические приборы», 15-19 марта 2004, Москва, Тезисы докладов, С. 176.

7. Бендрышева С.Н. Оптимизация параметров термолинзового детектора для капиллярного электрофореза / С.Н. Бендрышева, Н.Ю. Рагозина, В. Фаубель, У. Пюэль, М.А. Проскурнин // Всероссийская конференция по аналитической химии "Аналитика России", 27.09-01.10 2004, Москва, Россия, Тезисы докладов, С. 283-284.

8. Бендрышева С.Н. Влияние состава буферного раствора на чувствительность термолинзового детектирования в капиллярном электрофорезе / С.Н. Бендрышева, В. Фаубель, У. Пюэль, М.А. Проскурнин / / Всероссийская конференция по аналитической химии "Аналитика России", 27.09-01.10 2004, Москва, Россия, Тезисы докладов, С. 284-285. 9. Bendrysheva S.N. The specific features of the coupling of the capillary electrophoresis with thermal lens detector / S.N. Bendrysheva, W. Faubel, S. Heissler, D.A. Nedosekin, M.A. Proskurnin, U. Pyell, N.Y. Ragozina // "ANAKON 2005", 15.18. Maerz, 2005, Regensburg, Germany, Kurzreferate. - P.(S.) 78.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 158 страницах машинописного текста и включает 26 рисунков, 16 таблиц и список цитируемой литературы из 88 наименований.

ВЫВОДЫ

1. Предложено выражение, описывающее зависимость аппаратного сигнала от геометрических параметров оптической схемы термолинзового спектрометра (расстояния между перетяжкой зондирующего луча и центром капилляра, расстояния между капилляром и диафрагмой фотодетектора, конфокального расстояния зондирующего луча, размера диафрагмы фотодетектора, соотношения радиусов зондирующего и индуцирующего лучей в образце) при регистрации зондирующего излучения в ближней зоне и хорошо согласующееся с экспериментальными результатами для компактного прототипа термолинзового детектора для капиллярного электрофореза. Это выражение дает возможность теоретически подобрать параметры зондирующего излучения, соответствующие максимальной чувствительности скрещенно-лучевого термолинзового детектирования в капиллярах.

2. Рассчитаны характеристики термооптических элементов, формирующихся в воде, метаноле и ацетонитриле при использовании индуцирующего излучения с мощностью 50 мВт, размером луча, соответствующем измерениям в капилляре и частотой его прерывания 10-200 Гц. Полученные значения максимального роста температуры в образце за счет термооптического эффекта и амплитуды термооптически индуцированных колебаний температуры после достижения теплового равновесия свидетельствуют, что при значениях линейного коэффициента поглощения до 0.5 см-1 рост температуры за счет термолинзового эффекта не превышает нескольких Кельвинов, и нагрев образца в общем случае не влечет за собой побочных химических процессов и снижения эффективности электрофоретического разделения. На основе этих расчетов выбран диапазон частот прерывания индуцирующего излучения 40 - 95 Гц, обеспечивающий максимальную чувствительность термолинзового детектирования в малом объеме в режиме реального времени.

3. Оптимизация геометрических параметров оптической схемы скрещенно-лучевого термолинзового детектора для капиллярного электрофореза позволила достичь пределов обнаружения модельных соединений (2-, 3- и 4-нитрофенолы) в водном растворе фонового электролита (фосфатный буферный раствор, рН 7.0, гидродинамический ввод пробы) lxlO^M, 1.6х10~бМ и 2.5х10~7М, соответственно. Выигрыш в чувствительности по сравнению со спектрофотометрическим детектированием в аналогичных условиях разделения составляет 30 раз.

4. Показано, что в случае термолинзового детектирования в капилляре необходимость жесткой фокусировки лучей (до 10 мкм) позволяет использовать лазеры с многомодовым составом в качестве источников индуцирующего излучения без потери точности измерений, что обеспечивает широкий набор рабочих длин волн термолинзового детектора и, следовательно, расширяет круг определяемых соединений.

5. Предложено объяснение зависимости чувствительности термолинзовых измерений от скорости среды в условиях электрофоретического разделения, учитывающее как изменение эффективной теплопроводности среды в условиях потока, так и остаточный нагрев в капилляре в конце цикла образования и диссипации термооптического элемента. На основе проведенных исследований определен диапазон скоростей потока, оптимальный для условий электрофоретического разделения (12-24 см/мин). Это обеспечивает выигрыш в чувствительности термолинзового детектирования по сравнению со статическими условиями более чем в два раза.

6. Показано, что в условиях электрофоретического разделения (наличие электроосмотического потока и формирование и диссипация термооптического элемента в условиях малого объема) изменение силы термооптического эффекта в средах, используемых в качестве растворов фонового электролита в капиллярных электромиграционных методах, несмотря на усложнение условий, не отличается от изменения силы термооптического эффекта, регистрируемого в больших объемах и статических условиях, при этом экспериментальные результаты хорошо согласуются с теоретическими расчетами. Это обеспечивает широкий выбор сред для термооптического детектирования в электромиграционных методах разделения, особенно в гибридных методах.

7. Предложены практические рекомендации по увеличению чувствительности термолинзового определения и эффективности электрофоретического разделения, которые включают использование водно-органических растворов фонового электролита вместо водной среды. Пределы обнаружения 2-, 3- и 4-нитрофенолов в водном растворе фонового электролита (фосфатный буферный раствор рН 6.5, электрокинетический ввод пробы) составляют 6.5х10~6М, 6.6 х Ю~6 М и 1.7 х Ю~7 М, соответственно, а при замене растворителя на водно-ацетонитрильный раствор (3 : 7 об.) их значения снижены в 6.5 раз.

БЛАГОДАРНОСТИ

В заключении автор выражает свою искреннюю и глубокую благодарность: доценту, к.х.н. Е.К. Ивановой — преподавателю, открывшему путь в аналитическую химию; профессору У. Пюэль (Университет г. Марбург, Германия) за предоставление возможности выпонения научной работы в Германии, активное участие при планировании экспериментов и обсуждении полученных результатов; инженеру М. Меншу (Научный Центр Карлсруэ, Германия) за создание прототипа скрещенно-лучевого термолинзового детектора и программного обеспечения для работы с ним;

У. Рамус и Р. Крелаус (Университет г. Кассель, Германия), М.Ю. Кононцу, Д.А. Недосекину, В.В. Кузнецовой за постоянную поддержку и помощь; моему школьному учителю химии Н.А. Рябову; моим родителям за неистребимую веру в своего ребенка; мужу за огромное терпение и поддержку.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования задачи и цели, поставленные в начале работы, в целом, выполнены. Изучены особенности сочетания скрещенно-лучевой термолинзовой спектрометрии и капиллярного электрофореза. В ходе работы проведена оптимизация геометрических параметров оптической схемы спектрометра и его рабочих параметров с учетом условий детектирования в капилляре в режиме реального времени, а также исследованы зависимости чувствительности скрещенно-лучевого термолинзового детектирования от скорости электроосмотического потока и от растворителя, входящего в состав раствора фонового электролита. В итоге, это позволило разработать подходы к увеличению чувствительности термолинзового детектирования в капиллярном электрофорезе.

Выбор оптимальных параметров скрещенно-лучевого термолинзового детектора осуществлен исходя из теоретических расчетов тепловых и геометрических параметров формирующегося термооптического элемента и геометрических параметров оптической схемы термолинзового спектрометра, с дальнейшей их экспериментальной проверкой. Для расчета оптимальных геометрических параметров оптической схемы предложено выражение, описывающее зависимость от них аппаратного сигнала при регистрации зондирующего излучения в ближней зоне, полученное на основе дифракционной модели термолинзового эффекта. Расчет тепловых и геометрических параметров термооптического элемента показал, что при детектировании в капилляре в качестве индуцирующего излучения можно использовать излучение с многомодовым составом, что обеспечивает широкий набор рабочих длин волн термолинзового детектора и, следовательно, расширяет круг определяемых соединений.

Изучено влияние скорости электроосмотического потока на чувствительность термолинзового детектирования. На основе полученных экспериментальных результатов и обобщения существующих данных по влиянию движения среды на величину термолинзового сигнала предложено объяснение зависимости термолинзового сигнала, регистрируемого в условиях электрофоретического разделения, от скорости электроосмотического потока. Это позволило определить диапазон скоростей потока, оптимальный для условий электрофоретического разделения (12 - 24 см/мин), при этом обеспечивается выигрыш в чувствительности термолинзового детектирования по сравнению со статическими условиями.

На примере водно-ацетонитрильных и водно-метанольных смесей исследовано влияния состава раствора фонового электролита на чувствительность термолинзового детектирования. Проведенные эксперименты показали, что увеличение термооптического коэффициента чувствительности термолинзовых измерений в водно-органическом растворе относительно водной среды не зависит от скорости электроосмотического потока, природы поглощающего соединения и фонового электролита. Рост амплитуды термолинзового сигнала обусловлен присутствием в растворе органического растворителя, то есть изменением термооптических свойств раствора, и его можно рассчитать на основе тепловой модели термолинзового эффекта. В целом, несмотря на рост шума базовой линии, использование водно-органических и органических растворов фонового электролита позволяет в несколько раз повысить чувствительность термолинзового детектирования.

Таким образом, проделанная работа является необходимым этапом при развитии методологии скрещенно-лучевого термолинзового детектирования в капиллярных электромиграционных методах. Дальнейшее ее развитие, на наш взгляд, связано в первую очередь с расширением и более детальным изучением предложенных в ней подходов увеличения чувствительности детектирования, в первую очередь, влияния на нее состава раствора фонового электролита. Так, представляется интересным рассмотреть более широкий круг органических растворителей, например, формамид и его метилпроизводные, диметилсульфоксид, этанол и их смеси, используемых в неводном капиллярном электрофорезе и обладающих большой силой термолинзового эффекта. Кроме того, целесообразно распространить предложенный подход и на другие электромиграционные методы. Так, в случае мицеллярной электрокинетической хроматографии интересно рассмотреть влияние псевдостационарной фазы, присутствующей в растворе фонового электролита, на чувствительность термолинзового детектирования.

В дальнейшем представляется важным использовать найденные закономерности при электрофоретическом анализе реальных систем, что позволит дополнительно уточнить аналитические параметры более полно использовать термолинзовый детектор в аналитической химии.

1. Li S.F.Y. Capillary Electrophoresis: Principles, Practice and Applications. Journal of Chromatography Library V.52 Amsterdam: Elsevier, 1992 - P. 55-151.

2. Beck W., Shmitt Т., Engelhardt H. Capillary Electrophoresis: Methods and Potentials. -Heidelberg: Springer, 1996-225 pp.

3. Khaledi M.G. (Ed.) High-Performance Capillary Electrophoresis: Theory, Techniques and Applications. New York: Wiley, 1998. 1047 pp.

4. Camilleri P. (Ed.) Capillary electrophoresis, theory and practice. 2nd edition. Boca Raton (FL, USA): CRC press, 1998 - P. 23-76, 552pp.

5. Marina M.L., Rios A., Valcarcel M. Analysis and Detection by Capillary Electrophoresis. Amsterdam: Elsevier, 2005 - 796 pp.

6. Simonet B.M. Enhancing sensitivity in capillary electrophoresis / B.M. Simonet, A. Rios, M. Valcarcel // Trends in Anal. Chem. 2003. - V. 22, N. 10. - P. 605-614.

7. Swinney K. A review of CE detection methodologies / K. Swinney, D. Bornhop // Crit. Rev. Anal. Chem. 2000. - V. 30, N. 1. - P. 1-30.

8. Swinney K. Detection in capillary electrophoresis / K. Swinney, D. Bornhop // Electrophoresis 2000. - V. 21, N. 7. - P. 1239-1250.

9. Johnson M.E. Fundamentals and practice for ultrasensitive laser-induced fluorescence detection in microanalytical systems / M.E. Johnson, J.P. Landers // Electrophoresis -2004. -V. 25, N. 21-22. P. 3513-3527.

10. Li T. Laser-induced fluorescence detection in microcolumn separation / T. Li, R.T. Kennedy // Trends in Anal. Chem. 1998. - V. 17, N. 8-9. - P. 484-491.

11. MacTaylor C.E. Critical review of recent developments in fluorescence detection for capillary electrophoresis / C.E. MacTaylor, A.G. Ewing//Electrophoresis 1997. -V. 18, N. 12-13.-P. 2279-2290.

12. Zhang X. Capillary electrophoresis with wavelength-resolved laser-induced fluorescence detection. / X. Zhang, J.N. Stuart, J.V. Sweedler // Anal. Bioanal. Chem. 2002. - V. 373, N. 3. - P. 332-343.

13. Moini M. Capillary electrophoresis mass spectrometry and its application to the analysis of biological mixtures/М. Moini// Anal. Bioanal. Chem. 2002. - V. 373, N. 6.-P. 2436-2441.

14. Timerbaev A.R. Prospects for detection and sensitivity enhancement of inorganic ions in capillary electrophoresis / A.R. Timerbaev, W. Buchberger // J. Chromatogr. A -1999.-V. 834,N. 1-2.-P. 117-132.

15. Michalke B. Hyphenation of capillary electrophoresis to inductively coupled plasma mass spectrometry as an element-specific detection method for metal speciation/ B. Michalke, P. Schramel//J. Chromatogr. A 1996.-V. 750,N. 1-2.-P. 51-62.

16. Guij't R.M. Conductivity detection for conventional and miniaturized capillary elecrophoresis systems / R.M. Guij't, C.J. Evenhuis, M. Маска, P.R. Haddad // Electrophoresis 2004. - V. 25, N. 23-24. - P. 4032-4057.

17. Baldwin R.P. Recent advances in electrochemical detection in capillary electrophoresis / R.P. Baldwin//Electrophoresis 2000. - V. 21, N. 18. - P. 40174028.

18. Zemann A.J. Capacitively coupled contactless conductivity detection in capillary electrophoresis / A.J. Zemann // Electrophoresis 2003. - V. 24, N. 12-13. - P. 21252137.

19. Tanyanyiwa J. Conductimetric and potentiometric detection in conventional and microchip capillary electrophoresis / J. Tanyanyiwa, S. Leuthardt, P.S. Hauser// Electrophoresis 2002. - V. 23, N. 21. - P. 3659-3666.

20. Liu Y.-M. Ultrasensitive chemiluminescence detection in capillary electrophoresis / Y.-M. Liu, J.-K. Cheng // J. Chromatogr. A 2002. - V. 959, N. 1-2. - P. 1-13.

21. Dijkstra R.J. Raman spectroscopy as a detection method for liquid-separation techniques / R.J. Dijkstra, F. Ariese, C.Gooijer, U.A.Th. Brinkman // Trends Anal. Chem. 2005. -V. 24, N. 24. - P. 304-318.

22. Bornhop D.J. Simultaneous laser-based refractive index and absorbance determination within micrometer diameter capillary tubes/D.J. Bornhop, N.J. Dovichi//Anal. Chem. 1987. - V. 59, N. 13. - P. 1632-1636.

23. Yu M. Attomole amino acid determination by capillary-zone electrophoresis with thermooptical absorbance detection/М. Yu, N.J. Dovichi//Anal. Chem. 1989. -V. 61, N. 1.-P. 37-40.

24. Yu M. Attomole amino acid analysis: capillary-zone electrophoresis with laser-based thermo-optical detection /М. Yu, N.J. Dovichi//Appl. Spectrosc. 1989. - V. 43, N. 2.-P. 196-201.

25. Waldron K.C. Sub-femtomole determination of phenylthiohydantoin-amino acids: capillary electrophoresis and thermooptical detection / K.C. Waldron, N.J. Dovichi // Anal. Chem. 1992. - V. 64, N. 13. - P. 1396-1399.

26. Waldron K.C. Investigation of a pulsed-laser thermo-optical absorbance detector for the determination of food preservatives separated by capillary electrophoresis/K.C. Waldron, J. Li// J. Chromatogr. В 1996. - V. 683, N. 1 -P. 47-54.

27. Qi M. Capillary electrochromatography with thermo-optical absorbance detection for the analysis of phenylthiohydantoin-amino acids /М. Qi, X.-F. Li, C. Stathakis, N.J. Dovichi // J. Chromatogr. A 1999. - V. 853, N. 1+2. - P. 131-140.

28. Ren H. Capillary electrophoretic separation of polynuclear aromatic hydrocarbons using sodium cholate in mixed aqueous-organic buffers /Н. Ren, X.-F. Li, M. Qi, C. Stathakis, N.J. Dovichi // J. Chromatogr. A 1998. - V. 817, N. 1+2. - P. 307-311.

29. Li X.-F. Non-aqueous capillary electrophoresis of tamoxifen and its acid hydrolysis products / X.-F. Li, S.J. Carter, N.J. Dovichi // J. Chromatogr. A 2000. - V. 895, N. 1+2.-P. 81-85.

30. Seidel B.S. Thermal lens detector system for capillary electrophoresis / B.S. Seidel, W. Faubel, H.J. Ache // J. Biomed. Optics 1997. - V. 2, N. 3. - P. 326-331.

31. Seidel B.S. Determination of iron in real samples by high performance capillary electrophoresis in combination with thermal lensing/B.S. Seidel, W. Faubel// Fresenius' J.Anal.Chem. 1998. - V. 360, N.7-8. - P. 795-797.

32. Seidel B.S. Fiber optic modified thermal lens detector system for the determination of amino acids / B.S. Seidel, W. Faubel // J. Chromatogr. A 1998. - V. 817, N. 1+2. -P. 223-226.

33. Chartier A. Comparison of coaxial-beam and crossed-beam CW-laser thermal lens spectrometries for the analysis of small volume samples / A. Chartier, J. Georges // Anal. Meth. Instrument. 1993. - V. 1, N. 4. - P. 223-228.

34. Dovichi N.J. Thermo-optical spectroscopy for trace microchemical analysis // Prog. Analyt. Spectrosc. 1988. - V. 11, N. 1-P. 179-207.

35. Shen J. A model for cw laser induced mode-mismatched dual-beam thermal lens spectrometry / J. Shen, R.D. Lowe, R.D. Snook // Chemical Physics. 1992. - V. 165, N. 2-3-P. 385-396.

36. Bialkowski S.E. Photothermal Spectroscopy Methods for Chemical Analysis. New York: Wiley, 1996. 586 pp.

37. Sheldon S.J. Laser-induced thermal lens effect: a new theoretical model / S.J. Sheldon, L.V. Knight, J.M. Thome // Appl. Opt. 1982. - V. 21, N. 9. - P. 1663-1669.

38. Proskumin M.A. Optimisation of the optical scheme of a dual-beam thermal lens spectrometer using expert estimation / M.A. Proskumin, V.V. Kuznetsova//Anal. Chim. Acta. -2000.-V. 418,N. 1-P. 101-111.

39. Проскурнин M.A. Сравнение возможностей термолинзового детектирования в капиллярах и микрофлюидных чипах / М.А. Проскурнин, А.В. Пирогов, М.Н. Сляднев, А.Г. Борзенко, Ю.А. Золотов // Журн. аналит. химии. 2004. -Т. 59,№9.-С. 923-928.

40. Berthoud Т. Beam geometry optimization in dual-beam thermal lensing spectrometry / T. Berthoud, N. Delorme, P. Mauchien//Anal. Chem. 1985. - V. 57, N. 7. -P.1216-1219.

41. Dovichi N.J. Theory for laser-induced photothermal refraction / N.J. Dovichi, T.G. Nolan, W.A. Weimer // Anal. Chem. 1984. -V. 56, N 9. - P. 1700-1704.

42. Weimer W.A. Simple model for the time dependence of the periodically excited crossed-beam thermal lens / W.A. Weimer, N.J. Dovichi//J. Appl. Phys. 1986. -V. 59, N l.-P. 225-230.

43. Ghaleb K.A. Investigation of the optimum optical design for pulsed-laser crossed-beam thermal lens spectrometry in infinite and finite samples / K.A. Ghaleb, J. Georges // Spectrochim. Acta A 2004. - V. 60, N 4. - P. 863-872.

44. Ghaleb K.A. Signal optimisation in cw-laser crossed-beam photothermal spectrometry: influence of the chopping frequency, sample size and flow rate / K.A. Ghaleb, J. Georges//Spectrochim. Acta A 2005. - V. 61, N 13-14. -P. 2849-2855.

45. Shen J. A radial finite model of thermal lens spectrometry and the influence of sample radius upon the validity of the radial infinite model/ J. Shen, R.D. Snook//J. Appl. Phys. 1993. - V. 73, N 10. - P. 5286-5288.

46. Maystre F. Laser beam probing in capillary tubes / F. Maystre, A.E. Bruno // Anal. Chem. 1992. - V. 64, N 22. - P. 2885-2887.

47. Seidel B.S. Miniaturized photothermal sensors as analytical tools for detection of very small volumes in chemical process control / B.S. Seidel, W. Faubel // Opt. Eng. -1997. V. 36, N. 2. - P. 469^172.

48. Dovichi N.J. Thermal lens calorimetry for flowing samples / N.J. Dovichi, J.M. Harris // Anal. Chem. 1981. - V. 53, N 4. - P. 689-692.

49. Weimer W.A. Time-resolved thermal lens measurements in flowing samples / W.A. Weimer, N.J. Dovichi // Anal. Chem. 1985. - V. 57, N13. -P. 2436-2441.

50. Nickolaisen S.L. Pulsed laser thermal lens spectrophotometry for flowing liquid detection / S.L. Nickolaisen, S.E. Bialkowski//Anal. Chem. 1986. - V. 58, N 1. -P. 215-220.

51. Weimer W.A. Optimization of photothermal refraction for flowing liquid samples / W.A. Weimer, N.J. Dovichi // Appl. Spectrosc. 1985. -V. 39, N. 6. -P.1009-1013.

52. Weimer W.A. Time-resolved crossed-beam thermal lens measurement as a nonintrusive probe of flow velocity / W.A. Weimer, N.J. Dovichi // Appl. Opt. 1985. -V. 24, N. 17.-P. 2981-2986.

53. Vyas R. Photothermal lensing spectroscopy in a flowing medium: theory / R. Vyas, R. Gupta // Appl. Opt. 1988. - V. 27, N. 22. - P. 4701-4711.

54. Смирнова А.П. Исследование экстракции в статических и динамических условиях макро и микросистем при помощи термооптической спектроскопии. Автореферат дисс. канд. хим. наук. М.: МГУ. 2007

55. Riekkola M.-L. Selectivity in capillary electrophoresis in the presense of micelles, chiral selectors and non aqueous media / M.-L. Riekkola, S.K. Wiedmer, I.E. Valko, H. Siren // J. Chromatogr. A 1997. - V. 792, N. 1-2. - P. 13-35.

56. Porras S.P. Are the asserted advantages of organic solvents in capillary electrophoresis real? A critical discussion / S.P. Porras, E. Kenndler//Electrophoresis 2005. -V. 26,N. 17.-P. 3203-3220.

57. Franko M. Thermal lens effect in electrolyte and surfactant media / M. Franko, C.D Tran // J. Phys. Chem. 1991. - V. 95, N. 17. - P. 6688-6696.

58. Царьков Д.С. Влияние электролитов на чувствительность термолинзовых измерений в водных средах / Д.С. Царьков, А.А. Жирков, М.А. Проскурнин // Вестн. Моск. Ун-та, Сер. 2. Химия. 2007. - Т. 48, № 4. - С. 257-264.

59. Tran C.D. Micellar induced simultaneous enhancement of fluorescence and thermal lensing / C.D Tran, T.A. Van Fleet // Anal. Chem. 1988. - V. 60, N 22. - P. 24782482.

60. Georges J. Investigation of micellar effect in thermal lens spectrometry / J. Georges, J.M. Mermet//Appl. Spectrosc. 1990. -V. 44, N. l.-P. 122-127.

61. Georges J. Influence of the Soret effect on the analytical signal in cw-laser thermal lens spectrometry of micellar solutions / J. Georges, T. Paris // Anal. Chim. Acta. -1999. -V. 386, N. 3. P. 287-296.

62. Arnaud N. Thermal lens spectrometry in aqueous solution of Brij 35: investigation of micelle effect on the time-resolved and steady-state signals / N. Arnaud, J. Georges // Spectrochim. Acta A. 2001. -V. 57, N. 5. - P. 1085-1092.

63. Arnaud N. On the analytical use of the Soret-enhanced thermal lens signal in aqueous solutions/N. Arnaud, J. Georges//Anal. Chim. Acta. 2001. -V. 445, N. 2. -P. 239-244.

64. Proskurnin M.A. The use of Triton X-100 in thermal lensing of aqueous solutions / M.A. Proskurnin, V.B. Ivleva, N.Yu. Ragozina, E.K. Ivanova//Anal. Sci. -2000. -V. 16,N. 4.-P. 397-401.

65. Dovichi N.J. Laser induced thermal lens effect for calorimetric trace analysis / N.J. Dovichi, J.M. Harris // Anal. Chem. 1979. - V. 51, N6. - P. 728-731.

66. Tran C.D. Simultaneous enhancement of fluorescence and thermal lensing by reversed micelles / C.D Tran // Anal. Chem. 1988. - V. 60, N 2. - P. 182-185.

67. Abroskin A.G. Thermal lens spectrometry in trace metal analysis / A.G. Abroskin, T.V. Belyaeva, V.A. Filichkina, E.K. Ivanova, M.A. Proscurnin, V.M. Savostina, Yu.A. Barbalat//Analyst.- 1992.-V. 117, N 12.-P. 1957-1962.

68. Arnaud N. Cw-laser thermal lens spectrometry in binary mixtures of water and organic solvents: composition dependence of the steady-state and time-resolved signal / N. Arnaud, J. Georges // Spectrochim. Acta A. 2004. -V. 60, N. 8-9. -P. 1817-1823.

69. Kozar Logar J. The effects of eluent mixing on TLS detection in gradient elution HPLC / J. Kozar Logar, M. Sikovec, A. Malej, M. Franko // Anal. Bioanal. Chem. -2002. V. 374, N. 2. - P. 323-328.

70. Kozar Logar J. The effects of eluent's optothermal parameters on TLS detect6ion in gradient HPLC/J. Kozar Logar, M. Franko//Rev. Sci. Instrum. 2003. - V. 74, N. 1.-P. 300-302.

71. Mensch M. Thermische Linse Detektorkopf fur die Kapillarelektrophorese. Version 2. Dokumentation zur Entwicklungsarbeit. Karlsruhe: FZKIFIA, 2002, 14 s.

72. Проскурнин M.A. Двухлазерный термолинзовый спектрометр для проточного анализа / М.А. Проскурнин, А.Г. Аброскин, Д.Ю. Радушкевич // Журн. аналит. химии.-1999.-Т. 54,№ 1.с. 101-108.

73. Ахманов С.А. Никитин С.Ю. Физическая оптика. Москва: Издательство Московского университета, издательство «Наука», 2004, 656 с.

74. Проскурнин М.А. Оптимизация параметров оптической схемы в двухлазерной термолинзовой спектрометрии / М.А. Проскурнин, А.Г. Аброскин // Журн. аналит. химии. 1999. - Т. 54, № 5. - С. 46(М68.

75. Филиппов Л.П. Исследование теплопроводности жидкости. Москва: Издательство Московского университета, 1970, 239 с.

76. Hirschfelder J.O., Curtiss C.F., Bird R.B. Molecular theory of gases and liquids. -New York: Wiley 1954 348 pp.