新型毛细管电泳非接触电导检测器的设计

　　0　引　言

　　毛细管电泳(CE)电导检测(CD)是相对较灵敏和仪器结构简单的一项溶液分析技术,尤其是对于无生色团的无机离子分析更具有突出优势,因此,CE2CD技术近年来得到了较快发展[1],并已推出商品化的CE电导检测器[2]。但CE和CD的偶联目前还存在如下几个问题: (1)加工适合于毛细管(内径<50μm)的电导电极目前还很困难。因为一方面要求死体积小,以保持上游CE已获得的高分离效率;而另一方面,又要求CD检测器不受高压电场的干扰。

　　目前,采用的柱上(on2column)和柱端(end2column)模式只在一定程度上解决了上述问题,但更换毛细管和电极相当困难; (2)目前, CD检测器的电极均浸入电解质溶液中即采用伽法尼接触式,这样,不仅容易导致电极极化,而且,长时间的使用还会造成电极玷污,影响结果的重复性。 Ze2mann[3]和do Lago[4]提出了CE非接触电导检测新技术,有效地克服了上述难题。之后,有多个研究小组对CE非接触电导检测仪器和技术进行了改进和发展。 Tanyanyiwa[5]等人研制出高压激励非接触电导检测器,声称可提高检测灵敏度。Opekar[6]等人开发了一种半管电极非接触电导检测器,可方便更换毛细管。Wang[7]和Hauser[8]等人提出可用于芯片电泳的非接触电导检测器,并实现了对氨基酸、糖的快速测定。Macka[9]研究小组设计了一种微型非接触电导检测器,可安装在商品CE仪器的卡盒内。所有这些,作者均采用独立的激励信号源,不利于提高仪器的可靠性和实现仪器的微型化。本文设计了一种集激励信号源和检测电路于一体的新型CE非接触电导检测器,并用常见阴离子对其性能进行了测试。

　　1　检测池结构与原理

　　图1是非接触电导检测器的检测池结构原理。2个长度均为l(mm)的管状电极,分别作为激励电极和检测电极,相隔距离为d(mm),并紧套在内外半径分别为r内和r外(μm)的毛细管上,分别与激励信号源和检测电路相连接。接地铜片用来阻止两电极之间在毛细管以外空间的直接电容耦合。图1(b) 是检测池的等效电路图,其中,G为两电极间的样品溶液的电导,C为两电极与样品溶液间以毛细管管壁为介质的耦合电容。在两电极间施加高频正弦激励电压V 时,由于毛细管管壁的电容耦合作用,样品溶液中便会出现高频电流信号I,其强度与有效样品的电导G有关。

　　即溶液中的高频电流信号强度与其电导成正比。检测池电导G越小、耦合电容C越大,满足式(2)所需要的频率越低。检测池的耦合电容C和电导G可由下式计算：

　　式中　εr为毛细管的相对电容率;ε0为真空的电容率;σ为样品溶液的电导率。而待测样品的电导率与其浓度成正比[1],因此,测量检测池中的高频电流及其变化便可得到样品溶液的组成信息。