（分析化学专业论文）非接触电导检测法的研究及在毛细管电泳中的应用.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者： 多艳耗 日期：2 0 1 0 年4 月1 6e l 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。 根据郑j i ，i 大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门 或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学 可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文 或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者： 多耗耗日期：2 0 1 0 盆f - 4 月1 6 日 摘要 摘要 电容耦合非接触电导检测器作为一种新型检测器，一定程度上弥补了传统紫 外可见光检测器的一些不足，在毛细管电泳中的应用也越来越广泛，近年来非 接触电导检测法发展迅速，并在无机离子、有机离子、生化等物质的分析应用方 面取得了很大的进展。本论文研制了适合毛细管电泳的非接触电导检测器，对其 性能进行了测试，并建立了多种物质的毛细管电泳非接触电导检测法。 1 根据z e m a n n 等提出的电导检测原理，研制了非接触电导检测器，设计 与制作了交流信号源、检测池和电子电路部分；根据实验对非接触电导检测器电 子电路部分进行了优化，降低了检测器噪音水平；并对非接触电导检测器的稳定 性进行了测试；初步研究了毛细管电泳非接触电导检测器在分离无机离子、氨基 酸和多酚方面的应用。 2 对三种糖类物质进行了毛细管电泳非接触电导检测研究。通过实验，获 得了如下的电泳条件：石英毛细管柱，5 0 岬i d 5 3e m ( 有效长度4 3c m ) ； 电 泳溶液，1 5m mn a o h + 5m mn a 2 h p 0 4 + 2 0 0 州c t a b ：分离电压，- 2 2k v ：压 力进样，5 0m b a r 2s 。在最佳的条件下，三种糖类在1 0m i n 内实现了基线分离， 实验还检测了实际样品雪碧和鲜橙中三种糖类含量。 3 对六种酚酸类物质进行了毛细管电泳分离，并用非接触电导检测器与紫 外检测器同时检测。通过实验，获得了如下的电泳条件：石英毛细管柱，5 0 岬i d 5 0c m ( 有效长度3 8c m ) ； 电泳溶液，1 5 0m m o l l2 氨基2 甲基1 丙醇；分离 电压，+ 2 0k v ；压力进样，5 0m b a r 1 0s 。在最佳的条件下，六种酚酸类物质 在5m i n 内完成了分离，最低检出限在5 0t t g l 到1 0 0r t g l 之间。 关键词：电容耦合非接触电导检测器毛细管电泳检测池电子电路糖酚酸 a b s t r a c t a b s t r a c t c a p a c i t i v e l yc o u p l e dc o n t a c t l e s sc o n d u c t i v i t yd e t e c t i o n ( c 4 d ) i su n i v e r s a lf o r c ei nt h a ta l lc h a r g e ds p e c i e sc a l lb eq u a n t i f i e d ，a n di ti sp a r t i c u l a r l ya t t r a c t i v ef o r t h o s ei n o r g a n i ca n do r g a n i ci o n st h a ta l en o td i r e c t l ya c c e s s i b l eb yo p t i c a lm e a n s c a p a c i t i v e l yc o u p l e dc o n t a c t l e s sc o n d u c t i v i t yd e t e c t i o ni sw i d e l ya d o p t e di nc a p i l l a r y e l e c t r o p h o r e s i s i th a sb e e na p p l i e di nt h ed e t e r m i n a t i o no fi n o r g a n i ci o n s ，o r g a n i c i o n sa n db i o c h e m i c a l s i nt h i sa r t i c l e ，ac a p a c i t i v e l yc o u p l e dc o n t a c t l e s sc o n d u c t i v i t y d e t e c t o rw a sd e s i g n e d t h ep e r f o r m a n c e so ft h ed e t e c t o rh a v eb e e nd e m o n s t r a t e d s e v e r a lc o m p o u n d sw e r ed e t e r m i n e d 谢t hc , d 1 b a s e d0 1 1p r i n c i p l ei n t r o d u c e db yz e m a n ne ta 1 ，w ed e s i g n e dac a p a c i t i v e l y c o u p l e dc o n t a c t l e s sc o n d u c t i v i t yd e t e c t o rf o rc a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s i tc o n s i s t so f a ne x t e r n a la cv o l t a g es o u r c ef o re x c i t a t i o n ，ad e t e c t o rc e l la n dad e t e c t o rc i r c u i t r yf o r p r o c e s s i n g t h ec e l lc u r r e n t t h eb a s e l i n en o i s ew a s e f f e c t i v e l yd e c r e a s e db y o p t i m i z a t i o no ft h ed e t e c t o rc i r c u i t r y t h eo v e r a l ls t a b i l i t i e so fc 4 1 ) w e r ei n v e s t i g a t e d b ye x p e r i m e n t 2 t h es e p a r a t i o no ft h r e es a c c h a r i d e sh a sb e e ni n v e s t i g a t e db yc ea n dc 4 d t h e e l e c t r o p h o r e t i cc o n d i t i o n sw e r eo p t i m i z e dw i t ht h er u n n i n gb u f f e ro f15m mn a o h ，5 m mn a 2 h p 0 4a n d2 0 0 州c t a b ，a n dt h ea p p l i e dv o l t a g eo f - 2 2k vo v e ra c a p i l l a r y o f 5 0p mi d 5 3c m ( 4 3c mt ot h ed e t e c t o rw i n d o w ) u n d e rt h eo p t i m a lc o n d i t i o n s t h r e es a c c h a r i d e sw e r eb a s e l i n es e p a r a t e dw i t h i n10m i n t h i sm e t h o dc a nb eu s e df o r t h ed e t e r m i n a t i o no fs a c c h a f i d e si ns o f td r i n k 3 s i xp h e n o l i ca c i d sw e r es e p a r a t e da n dd e t e r m i n e db yc ew i t hc a dd e t e c t i o n t h ee l e c t r o p h o r e t i cc o n d i t i o n sw e r eo p t i m i z e dw i t ht h er u n n i n gb u f f e ro f15 0m m o l l 2 - a m i n o - 2 - m e t h y l - 1 一p r o p a n o l ( a m p ) ，a n dt h ea p p l i e dv o l t a g eo f + 2 2k vo v e ra c a p i l l a r yo f5 0p a ni d 5 0c m ( 4 0c mt ot h ed e t e c t o rw i n d o w ) u n d e rt h eo p t i m a l c o n d i t i o n s ，t h r e es a c c h a r i d e sw e r eb a s e l i n es e p a r a t e dw i t h i n5m i n t h ed e t e c t i o n l i m i t sf o rt h e mw e r eb e t w e e n5 0 嵋la n d10 0 叫l k e y w o r d s ：c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ，c a p a c i t i v e l yc o u p l e dc o n t a c f l e s sc o n d u c t i v i t y d e t e c t i o n ，d e t e c t o rc e l l ，d e t e c t o rc i r c u i t r y , s a c c h a f i d e s ，p h e n o l i ca c i d s 目录 摘要 a b s t r a c t 目录 第一章非接触电导检测技术的研究进展 i i 1 1 毛细管电泳法及其检测手段l 1 1 1 非接触电导检测器的发展历史1 1 2 非接触电导检测器的原理4 1 2 1 电导检测的基本理论4 1 3 非接触电导检测器电路部分设计进展5 1 4 非接触电导检测器的应用一7 1 4 1 无机离子7 1 4 2 有机离子8 1 4 3 生物化学物质1 0 第二章非接触电导检测器的制作与性能测试 1 2 2 1 检测池及电路部分原理1 2 2 1 1 检测池的原理1 2 2 1 2 电路部分原理。1 4 2 2 实验部分1 5 2 2 1 设备与材料1 5 2 2 2 检测器的设计1 6 2 2 2 1 交流信号源1 6 2 2 2 2 检测池的设计1 7 2 2 2 3 电子电路部分的设计一1 9 2 3 结果与讨论2 1 2 3 1 噪音水平2 l 2 3 2 稳定性及检出限2 2 2 4 毛细管电泳非接触电导分离检测技术的应用2 4 2 4 1 无机离子的检测2 4 2 4 2 多种氨基酸的同时分离检测二2 5 目录 2 4 3 毛细管电泳非接触电导及紫外检测法同时分离测定3 种多酚2 7 2 5 结论3 0 第三章糖类化合物的毛细管电泳分离和非接触电导检测 3 l 3 1 实验部分3 1 3 1 1 实验仪器3 l 3 1 2 实验试剂3 l 3 1 3 电泳条件：一3 2 3 2 结果与讨论。3 2 3 2 1 标准曲线3 3 3 2 2 重复性实验3 5 3 2 3 最低检出限3 5 3 2 4 实际样品测定3 5 3 3 小结3 6 第四章六种酚酸的毛细管电泳分离和非接触电导检测 3 7 4 1 实验部分3 8 4 1 1 仪器与试剂3 8 4 1 2 电泳条件3 8 4 2 结果与讨论3 9 4 2 1 标准曲线3 9 4 2 2 精密度4 2 4 2 3 最低检出限4 3 4 3 总结4 3 参考文献 致谢 发表论文 4 4 a b 非接触电导检测技术的研究进展 第一章非接触电导检测技术的研究进展 1 1 毛细管电泳法及其检测手段 毛细管电泳( c e ，c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ) 是一类以毛细管为分离通道，以高 压直流电场为驱动力，以样品中各组分的淌度( 单位电场强度下的迁移速度) 或分 配行为的差异为依据的液相微分离分析技术。c e 是分析科学中继高效液相色谱 之后的又一重大进展，它使分析科学从微升水平提高到纳升水平。毛细管电泳 是近年来分析学科的研究热点，在复杂药物分析、环境分析、生物分析、医学 研究等方面都取得了很大的进展【。 毛细管电泳的检测技术主要包括紫外可见吸收检测、激光诱导荧光检测、 质谱、化学发光检测、电化学检测等。紫外检测是最常用的检测方法，但毛细 管的检测光程很短，导致紫外榆测的浓度灵敏度较低，而且紫外检测对没有紫 外吸收的物质只能通过间接法检测。激光诱导荧光和化学发光检测的灵敏度很 高，但只能检测有荧光和化学发光的物质，应用范围受到很大的限制。质谱检 测器具有快速、准确、灵敏等优点，毛细管电泳进样量在纳克级，可得到很低 的检测限，但是该检测技术存在谱带展宽，质谱仪价格昂贵，耗能较大的缺点， 难以普及。 经过近年来的发展，非接触电导检测器作为毛细管电泳的一种检测方法越 来越受到关注。这是因为普通的紫外检测对离子的检测灵敏度不够理想，而非 接触电导检测器作为一个通用型检测器可以用来测量带电离子，例如无机离子、 有机离子和生化物质。由于电容耦合非接触电导检测器( c a p a c i t i v e l yc o u p l e d e o n t a c t l e s sc o n d u c t i v i t y , g d ) 可以对所有的带电粒子进行检测，因而发展成为了 一种通用的毛细管电泳检测技术。g d 对于不能直接通过紫外检测的无机及有 机离子的检测具有很大的优越性，而且不用像紫外检测那样制造精确的光学窗 口。g d 检测器比其他c e 检测器的价格要低的多而且使用寿命长。 1 1 1 非接触电导检测器的发展历史 传统的接触式电导检测器作为毛细管电泳的一种检测手段曾经受到研究者 的重视，这是由于电导检测器对带电离子的检测具有通用性，并且可以用于检 非接触电导检测技术的研究进展 测对紫外可见光不敏感的离子。在毛细管电泳发展的最初阶段，电导检测器在 等速电泳中被引入【2 】。对于接触式电导检测器，敏感电极置于分离毛细管的末端 并与电解质溶液直接接触。之后研究者发展了很多接触型电导检测池制作的方 法，如柱上检测池、柱端检测池【3 5 】，但接触式电导检测器容易造成电极污染， 难以清洗。在上世纪9 0 年代中期还出现了商业化的接触型电导检测池【6 l 。传统 的电导检测器的缺点是尺寸非常小而且需要电极与毛细管之间的精确排列，这 需要死体积几乎可以忽略不计的检测池与微小尺寸的毛细管相匹配，而且为了 获得较好的性能毛细管末端还需要非常小心的切割和嵌入。在上世纪9 0 年代 中期曾有商业化的毛细管电泳仪与电导检测器出售，厂家通过向客户出售预制 好的毛细管与检测池结合装置解决了这一问题。这种装置后来退出了市场，部 分原因是更换毛细管是所需要的额外费用。安培检测尽管应用很多，但也可能 是因为装置的排列问题而未商品化和广泛推广，目前仍然处于分散、零星的实 验室研究和应用阶段。 非接触电导检测器把交流电压信号通过电容耦合作用于检测池，因此更容 易实现装置的制作，使用起来也十分方便。g a 。s 等人于上世纪8 0 年代早期发 表了第一篇关于电泳分离与电容耦合非接触电导检n ( c 4 d ) 的文章【_ 7 8 1 ，在这篇报 道中，他们使用一个放射状c 4 d 检测池用于较小阴离子的等速电泳分离测定。 这种检测池是把四个薄的金属电极垂直地依次置于分离管道周围组成的，通过 这四个电极可以实现交流电信号的输入与输出，从而感知电泳管内的电导变化， 获得检测信号。 1 9 9 8 年，z e m a n n 等 9 】和d ol a g o 等【l o 】分别同时提出了轴向排列的电容耦 合非接触电动检测器。这种检测池由两个管状电极与分离毛细管组成，管状电 极内径与毛细管外径相匹配。管状电极一般用注射器针头做成，或者在毛细管 外涂一层导电银漆作为电极。两个电极间的毛细管即检测池。这种轴向的非接 触电导检测器排列简单、容易制作，适合具有标准外径的毛细管使用。这种轴 向电容耦合非接触电导检测器检测池制作方便，电子电路原理也比较简单，因 此电容耦合非接触电导检测法近年来获得了迅速的发展，并在无机离子、有机 物、生化等物质的分析应用方面取得了很大的进展。 非接触电导检测器在过去的十多年里发展非常迅速。2 0 0 1 年z e m a n n 发表 了第一篇综述，概括了非接触电导检测器的基本原理及情况【1 1 】，之后，有关非 接触电导检测器文章不断涌现。2 0 0 2 年t a n y a n y i w a 等总结了毛细管电泳与芯 2 协墨繇 非接触电导检测技术的研究进展 片电泳的电位及电导检测【1 2 1 。2 0 0 3 年z e m a n n 又对c 4 d 进展进行了总结【1 3 】。 2 0 0 4 年g u i j t 等人对非接触电导检测器的各个方面及在小型电泳系统方面的 应用作了总结l l 训。k u b a n 和h a u s e r 对c 4 d 基本原理的发展及应用方面作了 总结【1 5 】。s 。o l l7 n o v a 7 和k a s i e 。k a 对c 4 d 的实验条件进行了总结【1 6 】。2 0 0 7 年， p u m e r a 对芯片中非接触电导检测器的设计和应用进行了总结【1 7 】。m 哪s i k 对毛 细管及芯片电泳中最常用的电化学手段( 安培检测及电导检测) 进行了总结【1 8 l 。 2 0 0 8 年，k u b a 7 n _ 和h a u s e r 对2 0 0 4 年底到2 0 0 7 年8 月的主要研究工作进 行了总结【嘲。k u b a n 和h a u s e r t 2 0 】在2 0 0 9 年发表的一篇综述中，对1 9 9 8 2 0 0 7 十年间c 4 d 的发展及应用情况作了进一步总结。如图1 1 是在1 9 9 8 年到 2 0 0 9 年有关电容耦合非接触电导检测器方面的文献发表情况，表明关于c 4 d 的研究与应用呈逐年增长的趋势。 19 9 819 9 92 0 0 02 0 012 0 0 2 2 0 0 3 2 0 0 42 0 0 52 0 0 6 2 0 0 72 0 0 82 0 0 9 文献发表年份 图1 1c 4 d 文献的发表情况f 2 0 l b r i t o n e t o 等【2 2 2 1 、k u b a n 与h a u s e r 等2 3 2 5 1 和j o r g e n s o n 等1 2 6 】曾在文献 中详细的报道和概括了非接触电导检测器的基本知识及理论。比如检测池结构、 电压和激发频率对检测信号的影响等。这些理论对于了解非接触电导检测器原 理及应用都有很大的帮助。 0 5 o 5 0 5 o 5 0 5 o 5 4 4 3 3 2 2 l l 删糕琳悠藿仪 非接触电导检测技术的研究进展 1 2 非接触电导检测器的原理 1 2 1 电导检测的基本理论 在毛细管电泳中，所有的检测都是在缓冲溶液中进行的，c 4 d 对缓冲溶液 中电解质的反应被称为背景响应信号。在缓冲溶液中被测物质以带电离子形式 存在，c g d 的响应信号则取决于分析物离子与缓冲溶液中带同种电荷的离子的 摩尔电导率差别。因此，在电导检测中，正峰与倒峰都可能出现。 任何电解质在溶液中都可表现出一种电导率，电导检测法适合进行定量离 子分析技术。在最常用的毛细管区带电泳模式中，毛细管中的分离是在具有连 续电场存在的背景电解质溶液中进行的，因此通常会检测到一个基线信号。当 电导率用k 表示，溶液中的电解质用e 表示，摩尔电导率用九表示，阳离子 用e + 表示，阴离子用e - 表示，浓度用c 表示，有以下方程： k = g e + c e + + h 。c e 。 在样品区带中，除了有背景离子外还有分析物存在。分析离子向一定的方 向迁移，而与其电荷相反的抗衡离子向相反的方向迁移。因此为了保持样品区 带的电中性，缓冲溶液中离子的浓度一直在发生变化。样品负离子a 。的电导率 符合下面公式： k = k c a + 轴，( c e 十+ 【1 一k a c a ) + h ( c e 一c a k a ) k a 为转移系数，是从k o h l r a u s c hr e g u l a t i n gf u n c t i o n 得来的，下面一个公式 表明所有离子的总浓度由电泳迁移率决定，k a 代表a 进入背景电解质中代替同 价离子的转移分数，p 为离子的绝对淌度，k a 与p 的关系可用下式表示： k 一觥窖等a i l 扩+ ，咯4 ) 离子电导率由迁移率所决定( 九= “f ，f 为法拉第常数) ，样品区带信号的变 化是由于分析离子与背景电解质离子的摩尔电导率存在差异。 实际实验中分析物峰有正峰和倒峰之分，就是非接触电导检测中所谓的“直 接检测”和“间接检测”，但这样的区分并没有什么实际意义。理论上来说，所 有能被毛细管区带电泳分离的离子都可以被检测到，但是由于背景电解质的存 在使得检测常常存在背景信号，如果缓冲溶液选择不当就会干扰检测甚至覆盖 4 非接触电导检测技术的研究进展 目标峰，因此在实际应用中要对电泳溶液条件进行优化研究。 1 3 非接触电导检测器电路部分设计进展 常规c 4 d 检测池通常使用管状电极，由于电极内径与毛细管外径之间距离 很小，因此把毛细管穿过检测池必需非常小心。为了解决这个问题，z h a n g 等 人【2 7 】设计了一种新的检测池，检测池使用一个内径为0 3 3m m 的聚合物管作为 引导，电极内径与聚合物管外径相匹配。这种结构的检测池电极与毛细管有一 定距离，会造成电容的减弱，但也有实验证明这种情况可以通过提高电极激发 频率来改善。 n o v o t n y 等人【2 8 】通过使用半管状电极或平板电极解决了毛细管的安装问 题。但是，半管状电极或平板电极的使用并没有使检测更加方便；检测的灵敏 度也比不上管状电极。s t u l l k 等人【2 9 】对两种电极结构检测池在常规毛细管电泳 所取得的效果进行了比较。 由于c , d 所消耗的能量较小，因此非常适合用作现场便携式仪器。k u b a n 等人 3 0 , 3 h 设计了一个用电池作为能量来源的便携式c 4 d ，检测性能可以和实验 室电源c 4 d 相媲美。x u 等人把便携式电泳仪与c 4 d 相结合，并用于d n a 片段【3 2 】检测和环境样品中有机酸及绿色除草荆3 3 】的检测。 由于c 4 d 在检测过程不破坏被测物质，因此能与其他检测方法联用。 c h v o j k a 等人【3 4 】把c 4 d 与u v 联用，可以同时检测有紫外吸收与无紫外吸收 的物质。n o v o t n y 等人 3 5 , 3 6 设计了一种半管状电极检测池的c 4 d ，并与紫外二 极管阵列检测器联用同时进行光学检测。谭峰等人【3 7 1 与杨丙成等人3 8 1 把c 4 d 与 荧光检测器联用，在激发波长为4 7 0n l n 时可以同时检测无机离子与生物化学 物质。j o r g e n s o n 等人【3 9 l 还根据非接触电导检测信号对温度的依赖关系制作了一 种间接的毛细管电泳光热吸收检测池。 在微流控芯片( l a bo nc h i p ) 毛细管电泳中，c 4 d 检测池有两种制作方法：使 用外置电极或者把电极植入芯片制成检测池。第一种方法制作简单，省去了把 电极植入芯片的步骤；第二种方法制作比较复杂，但能够有效缩短电极和检测 通道之间的距离。由于制作方法简单大部分研究者在芯片电泳中都使用外置电 极。k u b a n v 和h a u s e r 2 5 】报道了如何优化检测池才能达到最低检测限和最好分 离效率。在芯片电泳中，c 4 d 检测的灵敏度和电极与分离通道间距呈反比关系， 5 非接触电导检测技术的研究进展 当夹层玻璃板的厚度从1 2 5l i m 增加到4 2 5p m 时，分析信号下降了7 5 。电 极之间的距离同检测分离度也密切相关，一个优化过的微流控芯片能够在4 0s 内基线分离6 种阳离子，分离效率也能够得到明显的提高，塔板数能够达到 1 3 0 0 0 - 1 7 0 0 0p l a t e s m 。c 4 d 分离效率的提高使得芯片电泳能够分离检测大部分 实际样品中的所有无机阳离子。g u b e r 等人 加】报道了有外置电极的p m m a 微 流控芯片的制作过程。d ol a g o 等人】报道了一种外置电极玻璃微流控芯片的实 验室制作方法。c h e n 等人 4 洲峙艮道了使用外置电极c 4 d 为检测器的p m m a 微流控芯片的进展及在检测阴阳离子方面的应用。l e e 等人【4 5 】报道了一种植入 式电极芯片，并对两种不同电极构造芯片的性能进行了比较。 微型检测装置的优点是检测通道较短因此可以实现快速分离检测，使用常 规毛细管也可以实现较快的分离。由于商品化的电泳仪不能使用较短的毛细管， 所以为了实现快速分析就需要与快速注射技术联用。r a i n e l l i 与h a u s e r 4 6 】报道 了基于两个注射泵及一个交叉流动接头的c e c 4 d ，使分离时间有效缩短。w a n g 和f u 4 7 】把段毛细管制作成了流动注射电泳系统。这些分析系统可以在1m i n 完成整个分离过程。w u e r s i g 等人【4 8 】把一个注射泵与多个检测池连接起来，制作 成连续注射系统，用于较短毛细管的注射分析。在毛细管为8c m 、c 4 d 两电极 间距为0 0 3n l i n 时，无机阳离子和阴离子可以在大约1 0s 内得到分离。 近年来，c 4 d 与流动技术的联用也屡见报道。h o h e r v c a k o v a 等人 4 9 , 5 0 1 设 计了流动注射c 4 d 系统，可用于不经过分离直接检测水溶液中的无机碳酸盐的 总含量。x u a n 等人【5 1 】通过微型流动注射c 4 d 分析系统研究了紫外光照射对铁 螯合物稳定性的影响，实验发现紫外光照射过与未照射过螯合物的电导信号有 很大差别。 k u b a n 。等人【5 2 】把c 4 d 用于离子色谱检测无机阴离子，取得了较好的效 果。对离子色谱法，非接触电导检测可以作为常规电导检测的补充。随后，c 4 d 在色谱中的应用大大的扩展，也被尝试用于高效液相色谱中来检测有机及生化 物质 5 3 , 5 4 ，获得了满意的结果。c 4 d 的应用重点往往是一些紫外检测效果不太 理想的化合物。在实验中，c 4 d 在高效液相色谱的应用中会由于梯度洗脱造成 基线漂移，这种情况可以通过合理的调配缓冲溶液比例、电导率以及使用软件 来改善。实验中，研究者把毛细管电泳c 4 d 检测池通过流量调节器与液相色谱 柱( 4 6r a m ) 相连，实现了高效液相色谱c 4 d 检测。c 4 d 检测也可以直接在聚合 物或熔融石英毛细管色谱柱上进行。使用整体毛细管柱或涂层毛细管柱也能实 6 非接触电导检测技术的研究进展 现c 4 d 灵敏检测【”】。c 4 d 还可用于毛细管离子色谱检测无机阴离子，或者通 过c 4 d - u v 联用表征键合的离子交换固定相【5 6 1 。在另一项研究中，通过离子交 换修饰剂的作用c 4 d 可用于监测色谱柱内c 1 8 固定相是否饱和【5 7 】。还可以通 过c 4 d 检测毛细管各个部分电导率的变化来推测毛细管内壁涂层是否均匀。也 有文献报道使用c 4 d 用于毛细管离子色谱或者开管离子色谱中检测各种离子 s 8 “6 0 。y a n g 等人【5 8 】用基于异丁烯磺酸盐键合毛细管柱及c 4 d 分离检测了脂肪 铵阳离子。o r l o r d a i n 等人 5 9 1 用两性表面活性剂修饰了键合c 1 8 毛细管内壁， 并通过c 4 d 分离检测了无机阴离子。k u b a 7 n v 等人唧】发现在毛细管内壁涂上 2 5 层离子交换固定相可以分离无机阴离子并通过c 4 d 进行检测。o u d h o f f 等 人【6 l 】通过电迁移技术与c 4 d 联用检测了一些特殊化合物，如通过体积排阻电色 谱分析测定了聚苯乙烯。 国外已有两家公司制作出商业化c 4 d 1 6 2 , 6 3 ，两种c 4 d 的检测池体积都较小 ( 约2 5c m x3c m 1c m ) 、且与电子电路部分分开，这两种c 4 d 检测器可用于 大部分商业化电泳仪。两种检测器都有信号放大器和法拉第屏蔽电极，为了达 到较高的信噪比都使用了较高的激发电压，最高激发电压分别可以达到1 0 0v 、 2 6 4v 。 1 4 非接触电导检测器的应用 1 4 1 无机离子 通过c 4 d 检测无机离子具有很明显的优势。首先，无机离子的常规毛细管 电泳光学检测只能使用间接法；其次，具有较高电导率的无机离子在电导率较 低的缓冲溶液中使用c 4 d 检测具有较高的灵敏度。2 - n 吗啡啉乙磺酸( m e s ) 和 组氨酸( h i s ) 缓冲溶液常用于分析检测几种无机和过渡碱金属阳离子畔】，通过毛 细管电泳双端同时进样可以分离检测自来水或雨水中的1 2 种无机阴阳离子 【6 5 】。据报道c 4 d 也可用于汽车燃料乙醇中的无机阴离子和阳离子的测定 鲫。通 过场放大进样富集技术可以检测自来水样品中的重金属阳离子【6 7 1 。c e c 4 d 在其 他方面的应用包括：电镀废水样品中重金属阳离子定量分析 6 8 1 ，饮用水样品中 无机砷的存在形态分析【6 9 1 ，环境样品中金属阳离子的定量分析【7 0 】。人血样及尿 样中的主要及次要的无机阳离子和阴离子可以分别在两种缓冲溶液中得到定量 分析测定【7 1 1 。在生物体液中，c a 2 + 、k + 、n 0 3 。离子的摩尔浓度比n a + 、c l 。离子 7 非接触电导检测技术的研究进展 低1 0 0 倍，通过优化缓冲溶液这些离子可以很容易得到分离检测。食物中的无 机离子也可以通过c 4 d 检测，如椰汁【7 2 1 、软饮料及维生素片等【7 3 】。c 4 d 也可 用于电镀液的分析匹7 1 。 据报道，等速电泳与c 4 d 联用可用于检测合成荷尔蒙中的无机离子【7 4 】。 j a r o 。s 等人【_ 7 5 】在高p h 值缓冲溶液中加入电渗流修饰剂用于检测无机阴离子， 还使用了免费软件p e a k m a s t e r l 7 6 】用于预测和模拟c e c 4 d 分离过程。 电导率较低的分析物的检测可以通过基线的下降程度( 即倒峰的大小) 来衡 量。这种方法的灵敏度通常不能令人满意，因此常把c e c 4 d 与预富集技术结 合。离子交换预富集技术经常用于水样中的无机及有机汞的检测【7 7 】。通过在阳 离子和阴离子交换柱的预富集，汞化合物的检测灵敏可以提高l o 1 5 0 倍。这种 方法的检出限可以达到陷l ，但实际样品的检测还未报道。无机离子的检测也可 通过非水毛细管电泳( n a c e ) 进行。p o r r a s 和k e n n d l e r 7 8 】使用甲酰胺为缓冲溶液 分离了两组无机阳离子及阴离子。 c 4 d 也可在芯片电泳中用于分离一系列的无机离子。几个研究小组报道了 无机阴离子【2 5 , 4 0 , 7 9 和无机阳离子【2 5 , 4 0 , - 4 5 , 7 9 , 8 0 1 的检测。大部分文献仅仅报道了几种 有限离子的标准样品的分离，只有部分实验 2 5 , 4 5 , 7 9 】检测了实际样品中的复杂离子 混合物，这反映了芯片电泳检测在实际应用中存在一定的缺点。但是，通过优 化c 4 d 装置及电子电路也可以获得很高的灵敏度和分辨率。k u b a n 等人【7 9 】报 道了一种外置电极的电泳芯片，可用于检测水、酒、果汁、牛奶及啤酒样品中 的无机阳离子及阴离子。l e e 等人【4 5 】也报道了用外置电极电泳芯片检测饮料及 饮用水中的无机离子的方法。 1 4 2 有机离子 有机离子也可以通过电导法检测，但由于有机离子所带电荷与体积之比较 低，因此检测灵敏度通常低于无机离子。由于有机物大多为弱电解质，因此在 电导检测时p h 值对检测的影响较为重要。 g o n g 和h a u s e r t 8 1 】报道了在低p h 值的醋酸缓冲溶液中小的脂肪胺、氨基 醇和氨基酸环状衍生物可以得到最好的分离检测。r i c h t e r 等人【_ 7 2 】报道了椰汁中 的无机及有机阴离子的检测。在椰汁样品中除了无机和有机阴离子外还含有很 多其它化合物如糖类，这些物质可以在高p h 值缓冲溶液中转化为阴离子模式 进行c e c 4 d 检测。未加工的椰汁样品及加工椰汁样品中的葡萄糖、果糖和蔗 8 非接触电导检测技术的研究进展 糖的检测已见报道 6 6 1 。j a r o 。s 等人【7 5 j 报道了有机阴离子及糖类标准溶液的同时 检测。分离过程通过免费软件p e a k m a s t e r t 7 6 】进行了模拟，通过一些有机阴离子 和六种糖类的c e c 4 d 检测得到了验证。有研究者检测了软饮料及维生素片中 的有机防腐剂及维生素c 【7 3 1 。z h a n g 等人【2 7 3 报道了铜电镀液中有机阴离子的检 测方法。还有人把离子交换预富集技术与c e - c 4 d 结合检测了有机汞化合物( 甲 基、乙基、苯基汞络合物) 【_ 7 。7 1 。还有人通过大量进样及样品堆积技术在优化的缓 冲溶液中测定了酚酸【8 引，得到较高的灵敏度。也有一些用c 4 d 检测较罕见化合 物的报道，如有人就使用c 4 d 同时检测了绿色除草剂和小分子量的有机阴离子 【3 3 1 ，为了检测实际样品中的除草剂研究者用场放大样品堆积技术，检测灵敏度 提高了1 0 0 0 倍，达到0 1 0 3 嵋l 。c e c g d 也可用于检测黄酮类物质，有文 献报道了植物萃取物中柚皮素的定量分析【8 3 1 。在非水电泳中也有关于有机物测 定的报道，s u b i r a t s 等人【州和p o r r a s 及k e n n d l e r 【7 8 】在非水电泳中用硝基甲烷和 甲酰胺为溶剂，用c 4 d 检测了四烷基铵阳离子。 c e c 4 d 在检测药物方面的应用也屡见报道。大部分药物分子在紫外区有很 强的吸收，因此可以通过h p l c 或c e 分离并通过紫外检测器检测，但仍有一 些药物分子不能通过紫外法检测。f e l i x 等人【8 5 】通过c e c 4 d 检测了药液中的沙 丁胺醇，a i 3 2 选择性肾上腺素受体激动剂。t a n y a n y i w a 和h a u s e r t s 6 1 检测了药片 和药液中一系列具有生理活性的胺和p 受体阻滞剂。这些样品中都含有高浓度 的无机盐添加剂，这些药物都可以通过c 4 d 检测，获得了光学检测无法比拟的 效果。a b a d - v i l l a r 等人【8 7 】报道了滴眼液中两种有机杀菌剂的检测方法。磷霉素 是一种对紫外光不敏感的膦酸抗生素，生物体液和人血浆中的磷霉素可以通过 c e c 4 d 检测【8 引，也可以把c 4 d 和间接紫外同时用于磷霉素的检测，这两种检 测均获得了良好的精确度。l a w 等人【8 9 】检测了人血浆中的氨基糖甙类抗生素妥布 霉素，b e l i n 等人凹】定量检测了生物体液中的丙戊酸。丙戊酸由于没有紫外吸收 因此很难通过其他的方法来定量检测其药物代谢程度，通过使用c 4 d 解决了这 一问题。研究者通过双涂层石英毛细管等速电泳检测了急性水杨酸中毒病人体 液中的水杨酸【9 l 】，也有研究者通过等速电泳c 4 d 检测了合成荷尔蒙( 1 e c i r e l i n ) 中 三种主要阴离子杂质【川。还有研究者采用c 4 d 与u v 同时检测了具有药物活 性的有机分子 3 5 , 3 6 。 手性化合物的检测是c e 应用中一个很重要的方面，c 4 d 在手性有机化合 物对映体检测方面的应用也有报道。由于c e 的进样量较小而且手性物质不存 9 非接触电导检测技术的研究进展 在与固定相之间的吸引力，因此手性化合物在c e 中的分离比在h p l c 中更容 易实现。c 4 d 可以直接定量检测手性物质，省去了光学检测的衍生化步骤。g o n g 等人分离检测了一些药物对映体，如麻黄素；还用不带电荷的羟丙基p 环糊精 和( + ) - ( 18 冠6 ) 。2 ，3 ，1 l ，1 2 四甲酸为手性选择剂分离了手性氨基酸【9 2 1 。用二甲基 p 一环糊精和l s c d - h 为手性选择剂可以分离检测1 苯基乙胺和1 环己基乙胺 对映体【9 3 】。这种方法也可用于分离烷基胺、脂肪醇及环状氨基酸衍生物的对映 体【舛】。p c t r 等人【9 5 】报道了药物分子对映体坦索罗辛的分离，并分别用c 4 d 和 u v 进行检测，使用了硫酸p 一环糊精为手性选择剂。研究者在酸性缓冲溶液中 使用万古霉素氯化物作为手性选择剂分离了乳酸衍生物【9 6 1 。 c h e n 等人【4 2 】用芯片电泳c 棚检测了标样中的有机阴离子，k u b a n 。和 h a u s e r 7 9 】定量分析了饮料中的有机阴离子。在微流控芯片电泳c 4 d 方面有关于 不含酒精饮料及维生素片中防腐剂和维生素c 检测的报道【_ 7 3 】。研究者报道了在 芯片电泳中分离三种p 一受体阻滞剂和五种有生理活性胺的检测【8 酬。研究者在 p m m a 芯片上使用优化的外置电极c 4 d 检测了反式环己烷1 ，2 二胺对映体， 并在较短时间内获得了良好的分离检测效剽州。 1 4 3 生物化学物质 氨基酸是一种重要的生化物质，由于大部分氨基酸紫外吸收较弱，因此氨 基酸的检测在c e c 4 i ) 占重要地位。a b a d - v i l l a r 等人【9 7 】研究了不同p h 值缓冲 溶液对氨基酸分离的影响，发现在p h 值为2 1 的醋酸溶液中能取得