2LabsToGo-Eco便携式开源分析平台的湿度控制：提升食品增稠剂甲基糖苷谱分析重现性的关键研究

《Analytica Chimica Acta》：Humidity control for the 2LabsToGo-Eco

本研究针对便携式开源分析系统2LabsToGo-Eco在环境湿度波动下分离重现性差的问题，开发了一种新型湿度控制装置。通过集成温湿度传感器和风扇控制，实现了20%-80%相对湿度的精确调控，显著提高了食品增稠剂甲基糖苷谱分析的重复性(RSD 4.3%)和重现性(平均hRF偏差2.6%)，为跨气候区分析数据可比性提供了技术保障。

　　

在分析化学领域，实验室环境的精确控制一直是保证实验结果重现性的关键因素。特别是对于高效薄层色谱（HPTLC）这类开放式分析系统，环境相对湿度（rH）的波动会显著影响色谱分离效果。当研究人员试图将实验室分析技术"去中心化"，开发出可便携使用的开源分析系统2LabsToGo-Eco时，湿度控制问题变得尤为突出。这个集成了样品应用、展开、衍生化和检测等多功能的一体化迷你分析平台，虽然实现了高度的去物质化和资源低消耗，但其在非气候控制的多样化环境中的使用，却面临着分离重现性的严峻挑战。

传统的HPTLC分析依赖于实验室恒定的温湿度环境，而便携式2LabsToGo-Eco的设计初衷正是在野外、资源有限地区等非标准实验室环境中发挥作用。环境湿度的变化会直接影响硅胶吸附剂的层活性，改变分析物与固定相的相互作用，从而导致化合物阻滞、峰形锐度和分离度的不一致。这一问题在分析对湿度敏感的物质时尤为明显，如食品增稠剂经过甲醇解后生成的甲基糖苷（包括糖醛酸甲酯）的分离分析。

为了解决这一技术瓶颈，Justus Liebig University Giessen的Gertrud Morlock教授团队在《Analytica Chimica Acta》上发表了他们的最新研究成果。研究人员开发了一种低成本、易安装的湿度控制装置，成功将其集成到2LabsToGo-Eco系统中，并通过对湿度敏感的食品增稠剂甲基糖苷谱分析，验证了该系统的性能。

研究团队采用开源硬件设计理念，通过3D打印制造了湿度控制装置的外壳和前面板扩展部件。核心技术创新包括：重新布置温湿度（DHT）传感器的位置使其更接近板架，集成强力风扇实现空气循环，以及设计可拆卸抽屉容纳干燥剂或加湿剂。在软件层面，他们在2LabsToGo-Eco系统中新增了"湿度控制"标签页，并通过Marlink固件中的自定义G代码（M1100用于干燥，M1200用于加湿）实现自动控制。系统会持续监测内部相对湿度，并自动启停风扇以保证设定值的稳定，过度约为2%。

在方法学验证方面，研究人员选择了已知对湿度影响敏感的食品增稠剂（果胶、黄原胶、黄芪胶和瓜尔胶）甲基糖苷分析作为模型体系。样品经过甲醇解处理后，通过2LabsToGo-Eco系统进行点样、展开和衍生化，最后使用集成的背光照明板架进行图像采集。对比实验显示，在20%相对湿度控制下获得的色谱谱带明显比60%环境湿度下的谱带更锐利，特别是半乳糖等主要单体的分离效果得到显著改善。

研究结果表明，湿度控制系统能够在不到7分钟内将2LabsToGo-Eco内部的相对湿度调节至设定值（20%-80%范围内）。对果胶中果糖（hR_F≈87）和黄原胶中岩藻糖（hR_F≈55）的重复性分析显示，两者的相对标准偏差（RSD）均为4.3%。重现性实验进一步证明，在不同平板、不同日期、不同操作者和不同设备条件下，黄芪胶中鼠李糖（hR_F≈59）的定量分析重现性为3.3%，10种甲基糖苷的hR_F值平均偏差仅为2.6%。

与传统的ADC 2（自动展开室2）湿度控制系统相比，2LabsToGo-Eco的湿度控制表现出明显优势：可实现20%-80%范围内的无级调节，而不受饱和盐溶液的限制；操作维护更简便，化学试剂消耗更少；稳定时间更短，特别是在提高湿度时（从46%至70%，2LabsToGo-Eco需3.2分钟，ADC 2需4.5分钟）。此外，该湿度控制装置的附加材料成本仅为44欧元，大幅降低了设备总成本。

在检测性能方面，研究团队对比了2LabsToGo-Eco与商用TLC Visualizer 2的图像记录效果。结果显示，无论是透射模式、反射模式还是透反射结合模式，2LabsToGo-Eco集成的背光照明板架和先进图像处理工具都能达到与商用设备相当甚至更好的检测效果，其中透射模式下的分析物区带与板背景的对比度最佳。

3.6. 湿度控制的重要性

湿度控制对HPTLC分析的重要性不容忽视。作为开放式系统，HPTLC的正常相层对环境湿度特别敏感。湿度波动会影响硅胶固定相的物理化学表面特性，进而改变化合物的阻滞行为、区带锐度和分离度。通过控制相对湿度，研究人员可以系统研究板活性对分离的影响，优化展开参数。对于2LabsToGo-Eco这种旨在多种环境中使用的便携式设备而言，湿度控制确保了在不同时间、地理和气候条件下分析结果的可比性，这对全球分布的分析实验室尤其重要。

4. 结论

研究表明，集成湿度控制功能的2LabsToGo-Eco系统能够为复杂样品的分离提供重复性好、重现性高的分析条件。特别是在食品增稠剂甲基糖苷谱分析中表现出的优异性能，证明了该系统在湿度敏感分析方法中的实用价值。与现状相比，2LabsToGo-Eco不仅分离性能相当，图像记录效果也毫不逊色。其高度的去物质化、可选的太阳能板操作以及低材料资源消耗，使其成为可持续分析的典范。结合平面生物测定技术，该平台还能帮助用户检测复杂样品中已知和未知的有益或有害化合物，为效果导向的非靶向筛查提供有力工具。

这项研究的创新之处在于，它成功解决了便携式开源分析系统在实际应用中的关键瓶颈问题——环境湿度控制，为在非标准实验室环境下获得可靠分析数据提供了技术保障。通过低成本、易实施的解决方案，研究人员使高端分析技术更加民主化，让更多资源有限的实验室也能进行高质量的分析工作。这不仅推动了分析化学技术的普及，也为全球范围内的科学研究和质量监控提供了新的可能性。