毛细管电泳电容耦合非接触电导检测器

式 中： Ｖ为加在激 励 电极上 的 信号 电压 ； Ａ为 检测 电极 的截 面
积； ｄ为检 测电极间距 ； 为弱 电解 质 的离解常 数 ， ； 在稀溶 液 中
图 ４ 文 氏 电桥 振 荡 器
电路 由同相 比例 运算 电路 、 Ｃ串并 联 选频 网络 和稳 幅环 Ｒ 节组成 。当ｆ＝ ｏ时 ， ｆ 反馈系数 Ｆ＝１３ 调节同相 比例运算 电路 ／， 增益大于 ３ 即可满足起振条件 。为稳定输 出电压 ， 用正温度 ， 使
得反 映溶液组分 浓度 的信 号。检测 池简化 的等 效 电路 模 型 如 图 ２所示 ， 由电极与溶液间 的电容及溶液 电阻组成 。在未加 屏蔽 电极 的情 况 下 ， 检测 电极 间 存在 泄漏 电容 （ ２（ ） 两 图 ａ 中
Ｃ ） 为改善检测池 的频率 响应 特性 ， ．， 在两 电极间加入 接地屏蔽
ｋ ｎ ｓ ｏ ｈ ｎ ｌ ｃ ｄ ｅ ｅ ｓ ｐ ａ ｅ ｎ ｅｅ ｍｉ ｅ ｏ ｅ ａ ｕ ｔ ｈ ｅ ｅ ｔ ｎ ｌ ｔ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｅａｉ ｅ ｓａ ｄ ｄ ｉ ｄ ｆｐ ｅ ｏｉ ａ ｉ ｓ ｗ ｒ ｅ ａ ｔ ｄ ａ ｄ ｄ ｔ ｒ ｎ ｄ ｔ ｖ ｌ ａｅ ｔ ｅ ｄ ｔ ｃｉ ｉ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ｒ ｌｔ ｔｎ ａ ｃ ｒ ｏ ｍｉ ｓ ｖ ｒ
ｉ５ ｇ ｍ （ｉ ａ ｎ ｉ ｔ ，／ ｓ ／ Ｌ ｓ ｌ ｏ ｅｒ ｉ Ｓ Ｎ：３ ， ｅｄｔ ｔｒ ａ ｏｄｒｐａ ｂｌｙａ ｄｈｇ ｅｓｉｉ ． ｎ ｇ ｓ ａｏ ） ｔ ｅｅ ｏ ｓｇｏ ｅｅｔ ｉｔ ｎ ｉｈｓｎｉｖｙ ｈ ｃ ｈ ａ ｉ ｔ ｔ
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｐ ｌ ｒ ｌ ｃｒ ｐ ｏ ｓｓ ｃ ｐ ｃｔ ｅｙ ｃ ｕ ｌｄ ｃ ｎａ ｔ ｓ ｏ ｄ ｃｉ ｉ ｅｅ ｔ ｎ； ｉ ｎ ｂ ｄ ｅ ｏ ｃｌ ｔｒ ａ ｓ ｌ ｔ ａ ｕ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｉ ａ ｙ ｅ ｅ ｔｏ ｈ ｒ ｉ ； ａ ａ ｉ ｖ ｌ ｏ ｐ ｅ ｏ ｔｃ ｌ ｓ ｃ ｎ ｕ ｔ ｔ ｄ ｔｃ ｉ ｗ ｅ ｒ ｇ ｓ ｉ ａ ｏ ； ｏｕ ｅ ｖ ｌ ｅ ｌ ｅ ｉ ｅ ｖｙ ｏ ｉ ｌ ｂ
励 信 号 ， 用 绝 对 值检 波 技 术 对 检 测 信 号 进 行 处理 ， 设 计 Ｕ Ｂ数 据 采 集 电路 和 上 位 机 软 件 ， 运 并 Ｓ 实现 波 形 数 据 的 采 集 、 储 存
和 图谱的绘制 。介 绍 了其检 测原理、 电路结构及 实现 ， 用葡萄糖 （ ．４ ｍ ｌＬ 使 ００ ｏ ）＋果糖 （ ． ｏ Ｌ ／ ００ ｍ ｌ ）＋ 蔗糖 （ ． ｌ ４ ／ ０ ０ ｍｏ ４ ／
基金项 目： 国家 自然科学基金 （ １７０ ５） 电分 析化学 国家重点 实验室 ２ ０７ ９ ； 开放基金 （０ ９ ０ ） ２０ ０ ２ 收 稿 日期 ：０ １— ３— ８ 收修 改 稿 日期 ：０ １— ６—３ ２１ ０ ２ ２１ ０ ０
由图 ２ ｂ 的等 效电路 ， （） 检测池 的阻抗为
Ｄｅｉｎ ｏ ｐｌ ｒ ｌｃｒ ｐ ｏ ｅｉ Ｃａ ａ ｉｖ ｌ ｕ ｌｄ Ｃ ｎａ ｔ ｓ ｓ ｆＣａ ｉａｙＥ ｅｔ０ ｈ ｒｓ ｐ ｃｔ ｅｙＣｏ ｐｅ ｏ ｔｃｌ ｓ ｇ ｌ ｓ ｉ ｅ
Ｃｏ ｄ ｃ ｉ ｉ ｔ ｃｏ ｎ ｕ ｔ ｔ Ｄｅ ｅ ｔ ｒ ｖ ｙ
Ｚ Ｎ ａ．ａ ，Ｕ Ｊ ｎｐ Ｚ Ａ ｈ － ｎ ，ＨＡ Ｇ Ｓ ｕｓｅ ｇ ，Ｈ Ｎ ｉ ，Ｕ Ｙ ｎｙｎ Ｅ Ｇ Ｆ ｎｙ Ｓ ｉ —ｏ ，Ｈ Ｏ Ｓｕｊ Ｚ Ｎ ｈ ． ｎ Ｚ Ａ Ｇ Ｂｎ Ｌ ａ—ａ ａ ｕ ｈ （ ． ｏ ｅｅｏ ｈ ｓ ｓａ ｄＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｚ ｅ ｇｈ ｕＵｎｖｒｉ ，ｈ ｎ ｚ ｏ ５ ０ １ Ｃ ｉａ １ Ｃ Ｈ ｇ ｆ ｙｉ ｎ ｎ ｉ ｅｉ ， ｈ ｎ ｚ ｏ ｉｅｓ ｙ Ｚ ｅ ｇｈ ｕ４ ００ ， ｈｎ ； Ｐ ｃ ｎ ｎ ｔ ２ Ｄ ｐ ｒｍｅ ｔ ｆＣ ｅ ｉｔｙ Ｚ ｅ ｇｈ ｕＵ ｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ｚ ｏ ５０ １ Ｃ ｎ ） ． ｅ ａｔ ｎ ｈ ｍ ｓ ， ｈｎ ｚｏ ｎ ｅ ｔ Ｚ ｅ ｇｈ ｕ４０ ０ ， ｈ ａ ｏ ｒ ｉ ｓ ｙ ｉ Ａ ｓｒｃ： ｉ ｆ ａ ｉａｙｅ ｃ ｏｈ ｒｓ ａａｉｖｌ ｃｕ ｌ ｏｔｃ ｅｓ ｏｄ ｃｉｔ ｄｔ ｔ Ｃ － ｂｔａ ｔＡ ｋｎ ｏ ｐｌ ｒ ｌ ｔ ｐ ｏ ｉ ｃｐ ｃ ｉ ｙ ｏｐｅ ｃｎａｔ ｓ ｃｎ ｕｔ ｉ ｅ ｃ ｒ（ Ｅ ｃ Ｄ）ｗ ｓｄｓ ｎｄ ｄ ｃ ｌ ｅｒ ｅｓ ｔｅ ｄ ｌ ｖｙ ｅ ｏ ａ ｅｉ ｅ ， ｇ
１
ＺＲ 赢 ’ ￣ Ｃ ＝ ｃ ｃ
当激励 信 号 频 率 ，足 够 高 时 ， 容 的 阻 抗 可 忽 略 ， 合 电 结 Ｋ ｈｒｕｈ公式 ” 接收 电极 电流为 ｏｌ ｓ ａ …，
， ＝ Ｖ Ｒ＝ ＶＧ＝ Ｖ ｆ ｆ（ １０ ） ／ Ａ∑ Ａｃ ｄ・ ０ ０ ／
４
Ｉ ｔｕｍｅ ｔＴｅ ｈｎ ｑ ｅ ａ ｅｎ ｏ ｎｓｒ ｎ ｃ ｉ ｕ ｎｄ Ｓ ｓ ｒ
（ ． 州 大 学 物 理 工程 学 院 ， 南 郑 州 １郑 河
斌 卢艳 艳 ，
４００ ） ５０ １
４０ ０ ；． 州 大 学 化 学 系 ， 南 郑 州 ５０ １２ 郑 河
摘要 ： 计 了一种集激励 、 测和数据采集功能 于一体的毛细 管电泳非接触 电导检测 器， 设 检 采用文氏电桥振 荡器产 生激
检 测池 结构如图 １ 示 ， 所 由两个管 状 电极 相隔一定 的距离
ｔｃ ｅｓＣ ｎ ｕｔ ｉ ｅ ｃｏ ， Ｃ 技术 作 为 毛细 管 电泳 的一 ａｔ ｓ ｏｄ ｃ ｖｙＤ ｔ ｔｎ Ｃ Ｄ） ｌ ｉｔ ｅｉ 种检测方法 ， 因其较高的灵敏度 、 良好 的通 用性 、 廉 的价 格和 低 较长的使用寿命 ， 迅速成为分析科学 的研究热点 之一 ＿ 。早在 ２ Ｊ
１８ ９ ０年 ， ａ 就提 出了 四电极非 接触 电导 检测 ， Ｇｓ 虽然 解决 了接 触电导检测 中电极 易污染 和钝化 的 问题 ， 电极 的制作 与更换 但 都极为不便 － ；９ ８年 ，ｅ ａｎ等 和 Ｄ ａｏ等 分别 同时 ３ １９ Ｚｍ ｎ ｏＬｇ
套在毛细管 上 ， 一个作为激励 电极 ， 一个作 为接收 电极 ， 在激 加 励 电极 的交 流信 号通 过毛细管壁耦合 到溶液 中， 在接收 电极获
ｔ ａｑ ｉ ｎ ｔ ｅｔｅｓ ａ ｄｔ ａｄｄａ ｐｃｒｍ． ｈ ｒ ｃ ｌ ａｄｃ ｃｉ ｏ Ｃ － ｅ ｌ ｔ ｄｃｄ ｇ ｃｓ （ ． ｏ ｃ ｕ ｅａｄｓ ｒ ｉ ｌ ａ ｒｗ ｓｅｔ ｒ ｏ ｈ ｇ ａｎ ｎ ｕ Ｔ ｅｐｉ ｉ ｅ ｎ ｉ ｕｔ ｆ Ｅ Ｃ Ｄ ｗ ｒ ａ ｏｉ ｒ ｕ ｅ ，ｌ ｏｅ ０ ０ ｎｐ ｒ ｅ ｓ ｎｏ ｕ ４
ｏ ／ ）＋ｆ ｃｏｅ ０ ０ ｏ Ｌ ｔ ｌＬ ｏ ｕ ｒ ｔｓ（ ． ｍ ｌ ）＋ＳＣ Ｓ （． ｌＬ ｅｅｔ ｋａ ａ ｐｅ ｓ ｔｅｒｐ ａ ｂ ｉ ｄａ ｔｅｓｍｅｔ ｅ ｓ ４ ／ Ｕｒ ｅ ｏ０ ｍｏ ）ｗ ｒ ｏ ｓｓｍ ｌ ｔ ｔ ｔ ｈ ｅｅｔ ｉｔ ａ ｔｈ ａ ｉ ，ｉ ｏ ４ ／ ｏ ｓｏ ｅ ａ ｌｙｎ ｍ ｘ
Ｌ ）样 品进行 了检 测器重复性 实验 ， 并分 离检 测 了６种酚酸 ， 对检 测 器检 测限作 出评 定。 实验 结果表 明： 峰保 留时 间和峰
面积 相 对 标 准 差 分 别 小 于 １ 和 ７ ５ ， 酚酸 的 最低 检 测 限 为 ５￣ ／ ％ ．％ 对 ｇｍＬ（ 噪 比 Ｓ Ｎ ＝ ） 检 测 器 灵敏 度 高 、 复 性 好 。 信 ／ ３， 重 关 键 词 ： 细 管 电泳 ； 毛 非接 触 电导检 测 ； 氏 电桥 振 荡 器 ； 对 值 检 波 文 绝 中图 分 类 号 ： Ｈ ３ Ｔ ８２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ２— ８ １ ２ １ ） ２— ０ ３一ｏ １０ １４ （ ０ １ １ ０ ０ ３
ｄ ｖａｉｎ（ Ｄ）ｏ ｅ ｋｒｔｎｉｎｔ ｎ ｅ ｒ ｅｓｔａ ％ ａ ｄ７ ５ ， ｎ ｅｄ ｔｃｉｎｌ ｔ ｆｓ ｉｄ ｆｐ ｅ ｏｉ ｃｄ ｅ ｉｔ ｏ ＲＳ ｆｐ ａ ｅｅ ｔ ｉ ａ ｄａ ａａｅｌｓ ｈ ｎ１ ｏ ｍｅ ｒ ｎ ． ％ ａ ｄｔ ｅｅ ｔ ｍｉｏ ｉ ｋｎ ｓｏ ｈ ｎ ｌ ａ ｉｓ ｈ ｏ ｉ ｘ ｃ
ｗ ｉｈ ｈ ｄ ｓｇ ａ ｏ ｒ ｅ ｄ ｔ ｃｉｎ ｃｒ ｕ ｔａ ｄ ｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔ ｎ ｕ ｉ Ｗ ｉ ｎ ｂ ｄ ｅ ｏ ｃｌ ｔｒｗａ ｓ ｄ ｔ ｅ ｉｎ ｌｓ ｕ ｃ ， ｎ ｂ ｈ ｃ ａ ｉｎ ｌｓ ｕ ｃ ， ｅｅ ｔ ｉ ｉ ｎ ａａ ａ ｑ ｉｉ ｏ ｎｔ ｏ ｃ ｉ ． ｅ ｒ ｇ ｓ ｉ ａｏ ｓｕ ｅ ｇ ｔ ｓｇ ａ ｏ ｒ ｅ ａ ｄ ａ — ｉ ｌ ｏ ａ ｓ ｌ ｔ ａ ｕ ｅ ｄ ｌｔ ｎ ｗａ ｓ ｄ ｔ ｒ ｃ ｓ ｉｎ ｌ． ｄ ａｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔ ｎ ｃｒ ｕ ｔ ｔ Ｓ ｎ ｅｆ ｃ ｎ ｏｔ ａ ｅｗｅ ｅｄ ｓ ｎ ｄ ｏｕ ｅ ｖ ｅ ｄ ｍｏ ｕ ａｉ ｓｕ ｅ ｏｐ ｏ ｅ ｓｓｇ ａｓ Ａｎ ａａａ ｑ ｉｉ ｏ ｉ ｉ ｗｉ Ｕ Ｂ ｉｔ ｒ ｅａ ｄ ｓ ｆ ｒ ｒ ｅ ｉ ｅ ｌ ｏ ｉ ｃ ｈ ａ ｗ ｇ
ｄ ｍｏ ｕ ａｉｎ ｅ ｄ ｌｔ ｏ
０ 引 言
检测 电路 等进 行 了改 进 和发 展 Ｊ 但 检测 器 的结 构 比较 复 ， 杂 。文 中设计 了一种 Ｃ Ｄ检测器 ， 灵敏度高 ， 实现方法简单 ， 成
本低廉 。 １ Ｃ Ｅ—Ｃ Ｄ 检 测 原 理
毛细管 电泳 （ ａｉａ ｌ ｔ ｐ ｏｅｉ， Ｅ 是分析 科学 中继 Ｃ ｐｌｒ Ｅｅ ｒ ｈｒｓ Ｃ ） ｌｙ ｃｏ ｓ 高效液相色谱之后 的又一重大进展 ， 分析科 学从微 升水平进 使 入到纳升水平 ， 在复杂药物分析 、 环境监测 、 生物 工程 和医学研 究等领域 都取 得 了重 大研 究 成果 … 。非接 触 电导 检 测 （ ｏ— Ｃ ｎ
Ｄｅ ２０１ ｃ １
．
接信号源
接检测电路
用广泛 。在使用过程 中应注 意起 振条件和失 真控制 ， 设计 中 电
－
路构成如 图 ４所示 。
Ｒ２ 曰３
（ ） 加 屏 蔽 电 极 ａ未
’ ． ． － ＿－．
铜片
一 ｍ’ 一
．
１
（ ） 屏 蔽 电 极 ｂ加 图 １ 检 测 池 示 意 图
２ １正 ０１
仪 表 技 术 与 传 感 器
Ｉ ｔｕ ｎ Ｔｅ ｈ ｉ ｕｅ ａ Ｓｅ ｓ ｒ ｎｓｒ ｍｅ ｔ ｃ ｎ ｑ ｎｄ ｎ ｏ
２ １ ０１
第 １ ２期
Ｎｏ ２ ．１
毛 细 管 电泳 电容 耦 合 非接 触 电导检 测 器
曾凡 亚 苏建坡 赵 书俊 张 书胜 张 ， ， ， ，
电极 ， 此时泄漏 电容可忽 略。
提出轴向排列 电极 的电容耦合 非接触 电导检测 ， 该技术 大大简
化 了电极 的制作 ， 高 了检测灵 敏度 ， 非接触 电导 检测 的应 提 使 用范围得到 了极大 的扩展 。此后 ， 国内外多个研 究小组从 检测 原理 、 检测池 等效电路模型等方面进行 了研究 ， 并对 检测 电极 、