《Talanta》：Sustainable downscaled chemical and pharmaceutical analysis employing micro-liter solution handling and renewable natural materials with image processing: Acid-base titration
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Sutasinee Apichai|Kajonkrai Thajee|Chalermpong Saenjum|Kanokwan Kiwfo|Siripat Suteerapataranon|Kate Grudpan泰国清迈大学生物多样性基础经济与社会分析科学技术创新研究中心（I-
Sutasinee Apichai|Kajonkrai Thajee|Chalermpong Saenjum|Kanokwan Kiwfo|Siripat Suteerapataranon|Kate Grudpan
泰国清迈大学生物多样性基础经济与社会分析科学技术创新研究中心（I-ANALY-S-T_B.BES-CMU），清迈50200
摘要
本文开发了可持续的、小型化的方法，这些方法结合了微升量级的溶液处理技术并利用了可再生天然材料。提出了两种简单且成本效益高的实验装置，以酸碱滴定作为概念验证模型。其中一种装置使用蠕动泵输送滴定剂，并结合微孔板反应器；另一种装置则采用微吸管尖端作为反应器，属于非流动系统。第一种装置用于真实滴定，而第二种装置用于伪滴定。两种装置均使用了吸附了指示剂的蒸煮糯米饭（GS）。通过图像处理技术，可以监测指示剂在糯米饭上的颜色变化，从而确定真实滴定的终点，并为伪滴定提供校准曲线。这些方法可用于分析物浓度的测定。结果表明，吸附了指示剂的糯米饭至少可重复使用五次滴定循环，这一结论得到了分析性能评估以及原材料处理、吸附和滴定过程中物理化学特性扫描电子显微镜（SEM）观察的支持。概念验证表明，该方法适用于商业食品（醋和植物油）和药品（药物和补充剂）样品，且在95%的置信水平下与传统滴定方法相比没有显著差异。所提出的方法还从绿色性和可持续性角度进行了评估（使用AGREE、BAGI和NQS指数）。
引言
基于流动的系统已被引入用于自动化化学分析，实现了对流体传输的精确控制、可重复的反应以及高分析通量[1]、[2]。流动分析起源于分段流动分析（SFA）[3]，该方法通过空气分段来控制分散；随后发展为流动注射分析（FIA）[4]、[5]和顺序注射分析（SIA）[7]。这些技术通过可编程泵和阀门减少了试剂消耗并提高了分析灵活性。进一步的小型化发展催生了泵驱动的微流控系统，其特征是微尺度流动控制和系统集成，例如实验室在阀门上（LOV）[8]、[9]、实验室在芯片上（LOC）[10] [11]。最近的研究重点在于降低能耗，从而出现了无需外部能源输入的微流控概念，例如实验室在纸上（lab-on-paper）[12]、实验室在面条上（lab-on-noodle）[13]和实验室在芯片上（lab-on-chip）[14]平台，这些平台依赖于毛细作用、表面力等相关现象。这一演变代表了分析应用中液体处理方式的范式转变，同时也体现了向可持续性的概念转变，表现为试剂消耗、能源需求和系统复杂性的降低，从而支持绿色和白色分析化学[15]、[16]。
基于流动的系统在推动滴定方法的小型化方面发挥了关键作用[17]。早期的微滴定策略采用校准曲线方法（称为伪滴定），通过低成本流动注射分析[18]、活塞泵和蠕动泵驱动的单段流动分析[19]以及顺序注射分析[20]、[21]来实现。后续的发展引入了与微滴定室耦合的注射泵（称为批量流动分析）[22]。滴定的微型化从使用微批次室发展到实验室在阀门上（LOV）系统，该系统通过顺序注射单段流来测定酸度[9]，随后又发展到实验室在芯片上（LOC）平台[11]和先进的实验室在阀门上（LAV）系统[23]。最近，通过基于微孔板的点测试[24]和基于纸张的微酸碱滴定[25]、[26]、[27]技术，绿色滴定策略得到了进一步发展。总体而言，这一演变体现了从依赖仪器的设计向更简单、更环保、更具包容性的滴定方法的系统性转变。
随着这些发展，数字图像处理已成为重要工具。它替代了传统光学检测器，简化了仪器配置并促进了现场应用。已使用了多种检测器，包括数字显微镜[11]和网络摄像头。在基于数字图像（DIB）的滴定方法中，通过在每个滴定步骤捕获离散图像来获取数据，并计算颜色值以监测整个滴定过程中的变化[28]、[29]。相比之下，基于数字视频的滴定（DMB-AT）通过连续录制滴定过程来实现自动化数据采集[30]、[31]、[32]。录制的视频被分解成连续帧，每帧的颜色信息被实时分析以跟踪滴定过程中的变化。最近，智能手机也被用作替代检测器，以提高简便性和便携性[24]、[26]、[27]。
这标志着向绿色和白色分析化学的重要进展，越来越强调用天然和可再生材料替代合成成分。越来越多地探索了来自生物来源的分析试剂（而非合成化学品[33]、[34]、[35]、[36]），以及基于生物的分析平台[13]、[37]。例如，提出了使用可重复使用的固体吸附指示剂进行批量滴定的方法，通过将指示剂固定在固体支持物（如阴离子交换树脂（Dowex 11和Dowex 1X8-200）、高岭土）上来实现重复使用[37]，从而减少化学品的使用。
尽管已经为各种类型的滴定开发了小型化方法，但酸碱滴定及其关键特性在表S1中进行了总结。
本文介绍的小型化方法代表了向可持续分析化学的转变，这种方法依赖于简单的微升级溶液处理技术以及可再生天然材料与图像处理的结合。作为易于获取的天然材料，特别是在泰国，稻米被选为本研究的重点，并用作滴定的指示剂支持材料。酸碱滴定被用作初始模型，以证明使用易于获取的组件开发出的简单且成本效益高的分析系统的可行性，从而支持资源有限环境下的分析应用。
章节摘录
化学品
所有使用的化学品均为分析级。醋酸和氢氧化钠来自默克公司（德国达姆施塔特）。溴百里酚蓝来自Sigma-Aldrich公司（瑞士布克斯）。乙醇和盐酸来自RCI Labscan（泰国曼谷）。酚酞来自新西兰奥克兰的QR?C。氢氧化钠溶液是在去离子水中制备的。指示剂（溴百里酚蓝（BTB）和酚酞（PP）是在乙醇中制备的。
醋和
稻米特性
通常，饮食中的稻米（Oryza sativa L.）指的是普通稻米和糯稻米（粘性稻米），这两种稻米在本地很容易获得。本研究选择了Jasmine品种（Khao Dawk Mali 105；KDML105）和Kiaow Ngoo品种（Kiaw Ngoo 8974）的稻米进行实验。前者通常被称为普通稻米，后者则被称为糯稻米。普通稻米与糯稻米的主要区别在于其化学成分。
结论
所提出的方法具有微升级操作的优点，使用了易于获取的组件和天然材料，简化了操作流程，减少了样品和试剂的消耗，降低了操作废弃物，并促进了在资源有限条件下的可持续分析中对可再生天然资源的利用。酸碱滴定被选为初始模型研究。两种简单且成本效益高的酸碱滴定装置分别是基于流动的装置和
CRediT作者贡献声明
Kanokwan Kiwfo：撰写——初稿、方法论、正式分析。Chalermpong Saenjum：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、资源获取、方法论、资金申请。Kajonkrai Thajee：验证、方法论、实验研究、正式分析。Sutasinee Apichai：撰写——初稿、验证、方法论、实验研究、正式分析。Kate Grudpan：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、资源获取、方法论、资金申请，
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
感谢清迈大学通过“Proactive Researcher”项目对S. Apichai（合同编号761/2567）和K. Kiwfo（合同编号565/2567）的支持，以及生物多样性基础经济与社会分析科学技术创新研究中心（I-ANALY-S-T_B.BES-CMU）和多学科研究所（MDRI）的支持。
