毛细管电泳电容耦合非接触电导检测器

　　0 引言

　　毛细管电泳( Capillary Electrophoresis，CE) 是分析科学中继高效液相色谱之后的又一重大进展，使分析科学从微升水平进入到纳升水平，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[1]。非接触电导检测( Con-tactless Conductivity Detection，CCD) 技术作为毛细管电泳的一种检测方法，因其较高的灵敏度、良好的通用性、低廉的价格和较长的使用寿命，迅速成为分析科学的研究热点之一[2]。早在1980 年，Gǎs 就提出了四电极非接触电导检测，虽然解决了接触电导检测中电极易污染和钝化的问题，但电极的制作与更换都极为不便[3]; 1998 年，Zemann 等[4]和 Do Lago 等[5]分别同时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，提高了检测灵敏度，使非接触电导检测的应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、检测电路等进行了改进和发展[6 -8]，但检测器的结构比较复杂。文中设计了一种 C4D 检测器，灵敏度高，实现方法简单，成本低廉。

　　1 CE - C⁴D 检测原理

　　检测池结构如图 1 所示，由两个管状电极相隔一定的距离套在毛细管上，一个作为激励电极，一个作为接收电极，加在激励电极的交流信号通过毛细管壁耦合到溶液中，在接收电极获得反映溶液组分浓度的信号。检测池简化的等效电路模型[9]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，两检测电极间存在泄漏电容( 图 2( a) 中C1) ，为改善检测池的频率响应特性，在两电极间加入接地屏蔽电极，此时泄漏电容可忽略。

　　由图 2( b) 的等效电路，检测池的阻抗为：

　　当激励信号频率 f 足够高时，电容的阻抗可忽略，结合Kohlraush 公式[10]，接收电极电流为：

　　式中: 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; αi为弱电解质的离解常数，在稀溶液中与浓度无关; λi为离子的极限摩尔电导率，在极稀溶液中，λi是与浓度无关的常数; ci为离子的浓度。

　　因此，通过检测接收电极电流即可得到溶液离子浓度。

　　2 检测器结构及实现

　　检测器由激励信号源、检测池、检测电路及数据采集电路组成，如图 3 所示。

　　2. 1 检测池的制作

　　从医用注射器针头上截取等长的两段，将两端打磨平整，焊上约 6 cm 长铜线，制成检测电极。采用薄铜片作为屏蔽电极，并制作两个薄塑料片和厚塑料片，分别用于电极隔离和电极固定，然后在毛细管表面涂一层甘油，按图 1 顺序安装以上各部分，固定后在检测电极外侧套一段塑料管，涂上环氧树脂胶，待完全固化后即可。