新型非接触式电导检测器的研制及应用

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近年来,离子色谱已经从简单的离子测定向快速分离分析、新型色谱固定相和仪器微型化等方面发展。毛细管离子色谱法因消耗试剂量少,易与质谱等仪器联用等优点,成为离子色谱的一个重要发展方向。整体式毛细管离子色谱柱以其制备相对简单,渗透性好,易于改性,柱效高等优点显示出极大优势,得到了迅速发展。  电导检测是离子色谱中最常用的检测方法,目前商用的离子色谱电导检测器的池体积较大(微升级),仅适用于常规离子色谱柱条件下的离子组分检测。微型化作为离子色谱的一个发展方向,所使用的色谱柱内径、样品量、流动相流速均大为减小,因此要求匹配的电导检测器的池体积也要大幅度减小,鉴于接触式电导检测器池体积难以进一步减小,不能适用于以毛细管为载体的色谱柱的要求,本论文开展了非接触式电导检测器的研究。  电容耦合非接触式电导检测器是近几年发展起来的一种用于毛细管电泳和微流控芯片的新检测技术。这种检测池具有池体积小,结构简单、制备方便,并彻底解决了接触电导检测中敏感电极污染、分离电压干扰、扰动流路及产生气泡的问题,是一种应用前景良好的检测器。但在整体毛细管柱离子色谱的实验条件下,源自非接触电极与管壁之间的电阻抗很高,并成为制约C4D的检测灵敏度的关键因素之一。针对这一技术问题,本论文开展了一种低阻抗型电容耦合非接触电导检测器(LIC4D)的响应理论与应用研究。本论文的主要内容为四章,分别为:  第一章为绪论,主要介绍了毛细管离子色谱系统中的色谱柱与检测器,重点介绍了毛细管整体色谱柱和非接触式电导检测器。色谱柱分为开管柱、填充柱和整体柱,比较了各类色谱柱的优缺点。接着介绍了毛细管离子色谱的各类检测器及其应用,着重介绍了非接触式电导检测器及应用。  第二章整体柱条件下非接触式电导检测器的阻抗测定方法建立与等效电路模型,在整体柱条件下,源自非接触电极与溶液之间的管壁电容的阻抗远大于待测溶液的电阻,在C4D这种串联组合的测量方式下,检测池的阻抗主要取决于管壁电容的阻抗,因此经典C4D的检测灵敏度受到限制。为提高检测灵敏度,本章采用阻抗分析方法,测定了一系列模拟的C4D的阻抗,结果表明,文献中有关C4D的等效电路模型存在较大的缺陷,有关管壁电容的计算公式不能适用于C4D的阻抗模拟分析。实验结果表明,实测管壁电容的数值远小于文献中的理论预测值,而且管中溶液的电导率越低,测量频率越高,差别越大。实验着重测定了电极长度与管壁电容之间的关系,结果表明,管壁电容随电极长度的增加而增加,其增量与电极长度间呈指数衰减,当电极长度增加到一定数值时,管壁电容不再增加。且随着内径的减小,非接触电极的有效作用距离下降。在此基础上,探讨了在毛细管整体柱条件下非接触式电导检测器的响应理论,采用谐振原理有效地抵消了管壁电容的影响,从而降低了管壁的阻抗,提高了溶液阻抗在总阻抗中的贡献比例,提高了检测器在整体柱条件下的检测灵敏度。  第三章非接触式电导检测器在聚合型毛细管阳离子整体柱中的应用制备了聚合型毛细管阳离子整体柱,讨论了各种制备条件对整体柱形貌及其色谱性能的影响,包括致孔剂的组成,致孔剂的比例,单体和交联剂的比例,聚合温度及反应时间等。使用所制备的聚合型毛细管阳离子整体柱与非接触式电导检测系统,搭建了一套微型化的毛细管离子色谱系统,在优化的色谱条件下Li+、Na+、NH4+、K+分离度良好,在非抑制非接触条件下,Li+、Na+、NH4+、K+的检测下限分别为0.06、0.2、0.2、0.5μg/ml。  第四章非接触式电导检测器在聚合型毛细管阴离子整体柱中的应用利用季铵型乳胶涂覆的方式制备了毛细管阴离子交换整体柱。用构建的毛细管离子色谱系统进行阴离子的分析,考察了不同色谱条件对分离的影响,包括流动相及其浓度,流速等。在优化的色谱条件下,BrO3-,Cl-,NO2-,NO3-分离良好,在非抑制非接触条件下,BrO3-,Cl-,NO2-,NO3-的检测下限分别为4.6、0.7、1.5、1.2μg/ml。
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