桥式电容耦合非接触电导差分检测器

摘要

本发明公开一种桥式电容耦合非接触电导差分检测器，包括激发电极I、激发电极II、接收电极I、接收电极II、检测毛细管、参比毛细管、电阻I、电阻II、屏蔽电极和检测池、整流电路、RC滤波电路和高阻电位差计。检测器结构简单，安装和拆卸都较为方便。桥式设计有利于微小信号的检测，提高检测器灵敏度。差分法的应用能够大幅度的降低基线强度，与此同时也避免了背景溶液、温度等其他因素对检测信号的影响。本发明涉及的检测系统无需连接放大电路，大大简化了检测器的电子线路，为检测器的进一步便携化创造了条件。本桥式电容耦合非接触电导差分检测器可与毛细管电泳、离子色谱、微流控芯片等分离系统联用。

说明书

技术领域

本发明属于分析检测仪器领域，具体涉及一种适用于毛细管电泳、离子色谱、液相色谱和微流控芯片等分离检测系统的桥式电容耦合非接触电导差分检测器。

背景技术

电导检测是一种在微小电流通过的条件下，测试指示电极间的电位的检测方法，电极间的被检测物质电导率不同，因此检测所得到的电位也相应的有所差异。电导检测是一种通用的电化学检测器，有着广泛的应用范围。目前，该领域仍然有研究的空间。

发明内容

本发明旨在提供一种适用于毛细管电泳、离子色谱、微流控芯片等微型柱分离系统的高灵敏度、结构简单且易集成的新型桥式电容耦合非接触电导差分检测器。值得说明的是，提高检测器的灵敏度是电导检测器进一步发展和应用的关键问题，差分检测能够有效地减小基线信号强度，从而提高检测器的灵敏度。本发明所涉及的电桥式结构则能够在差分法的基础上进一步地提高灵敏度。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种桥式电容耦合非接触电导差分检测器，其特征在于:包括测量系统和电路系统。

所述测量系统包括激发电极I、激发电极II、接收电极I、接收电极II、检测毛细管、参比毛细管、电阻I、电阻II、屏蔽电极和检测池。

所述检测毛细管和参比毛细管相互平行，二者位于检测池中。

所述激发电极I和接收电极I是附着在检测毛细管的外壁的金属片。

激发电极II和接收电极II是附着在参比毛细管的外壁的金属片。

所述激发电极I和激发电极II连接信号输入端I。

所述串联电阻I后，连接信号输入端II。所述接收电极II串联电阻II后，连接信号输入端II。

所述屏蔽电极为一根接地的金属条。所述屏蔽电极横跨在检测毛细管和参比毛细管。激发电极I和激发电极II位于屏蔽电极的一侧、接收电极I和接收电极II位于屏蔽电极的另外一侧。

所述电路系统包括整流电路、RC滤波电路和高阻电位差计。

所述整流电路采用半波整流或桥式镇流。所述接收电极和接收电极分别连接整流电路的输入端。所述RC滤波电路和高阻电位差计均并联在整流电路的输入端。

进一步，激励电极、激励电极、接收电极和接收电极的电极材料为导电箔或金属丝等导电材料。

进一步，检测管、参比管的材质为玻璃管或聚合物管。

进一步，电阻I、电阻II阻值近似相等。

进一步，从信号输入端I和信号输入端II输入的激励信号均为交流信号。

进一步，整流电路采用桥式整流。

所述桥式整流电路包括二极管I、二极管II、二极管III和二极管Ⅳ。所述二极管I和二极管II的正极共地连接于a端子。所述二极管I的负极和二极管Ⅳ的正极连接接收电极II。所述二极管II的负极和二极管III的正极连接接收电极I。所述二极管III的负极和二极管Ⅳ的负极连接于b端子。

所述RC滤波电路和高阻电位差计并联于a端子和b端子之间。

值得说明的是，所述信号发生器将激励信号输入检测池，在检测池部分，两个C4D(检测C4D和参比C4D)与两个电阻构成桥式回路，两个接收电极连接整流电路和RC滤波电路，由双高阻电位差计将电流信号转换为电压信号，最终由信号采集系统接收并记录。

本发明的有益效果是：检测器结构简单，安装和拆卸都较为方便。桥式设计有利于微小信号的检测，提高检测器灵敏度。差分法的应用能够大幅度的降低基线强度，与此同时也避免了背景溶液、温度等其他因素对检测信号的影响。值得一提的是本发明涉及的检测系统无需连接放大电路，大大简化了检测器的电子线路，为检测器的进一步便携化创造了条件。本桥式电容耦合非接触电导差分检测器可与毛细管电泳、离子色谱、微流控芯片等分离系统联用，为生物、化学、环境等领域的研究提供一种方便可靠的检测技术。

附图说明

图1是本发明桥式电容耦合非接触电导差分检测器的装置结构示意图。

图2是本发明桥式电容耦合非接触电导差分检测器对1mM KCl溶液的响应曲线。

图3是本发明桥式电容耦合非接触电导差分检测器在1mM KCl溶液进样后再注入蒸馏水的响应曲线。

图4是本发明桥式电容耦合非接触电导差分检测器在不同激励电压下对1mM KCl溶液的响应信号及基线信号图。

图5是本发明桥式电容耦合非接触电导差分检测器对不同浓度KCl溶液的响应信号图。

图中：激发电极I1、激发电极II2、接收电极I3、接收电极II4、检测毛细管5、参比毛细管6、电阻I7、电阻II8、屏蔽电极9、信号输入端I10、信号输入端II11、桥式整流电路12、RC滤波电路13、高阻电位差计14。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参见图1，一种桥式电容耦合非接触电导差分检测器，包括测量系统和电路系统。

所述测量系统包括激发电极I1、激发电极II2、接收电极I3、接收电极II4、检测毛细管5、参比毛细管6、电阻I7、电阻II8、屏蔽电极9和检测池。

所述检测毛细管5和参比毛细管6相互平行，二者位于检测池中，二者之间的距离为D为3mm。二者之间的距离是电极间的距离即电极间距。

所述激发电极I1和接收电极I3是附着在检测毛细管5的外壁的金属片，二者之间距离为E为3mm。

激发电极II2和接收电极II4是附着在参比毛细管6的外壁的金属片，二者之间距离为E为3mm。

实施例中，激发电极I1和激发电极II2的连线为L1，激发电极I1和接收电极I3的连线为L2，L1平行于L2。即激发电极I1、接收电极I3、激发电极I1和接收电极I3分别处于一个矩形的四个角上。

所述激发电极I1和激发电极II2连接信号输入端I10。

激励电极1、激励电极2、接收电极3和接收电极4的电极材料为导电箔或金属丝等导电材料，它们沿着毛细管长度方向的尺寸为3mm，即电极长度。

所述串联电阻I7后，连接信号输入端II11。所述接收电极II4串联电阻II8后，连接信号输入端II11。从信号输入端I10和信号输入端II11输入的激励信号均为交流信号，分别为电压源V1和V2。

所述屏蔽电极9为一根接地的金属条。所述屏蔽电极9横跨在检测毛细管5和参比毛细管6。激发电极I1和激发电极II2位于屏蔽电极9的一侧、接收电极I3和接收电极II4位于屏蔽电极9的另外一侧。

实施例中，检测池由两块有机玻璃板构成，底板上刻有与毛细管相匹配的U型通道，各电极均由金属箔制成并固定于U型通道上，装置中检测管和参比管均采用内径75μm，外径375μm的弹性石英毛细管。用夹子夹紧两块有机玻璃板，使得毛细管与各电极紧密接触。四只电极可用铜箔、铝箔等导电箔制成也可由烧去外层漆的漆包线紧密缠绕于毛细管上制成。

所述电路系统包括整流电路12、RC滤波电路13和高阻电位差计14。

整流电路12采用桥式整流。

所述桥式整流电路12包括二极管I、二极管II、二极管III和二极管Ⅳ。所述二极管I和二极管II的正极共地连接于a端子。所述二极管I的负极和二极管Ⅳ的正极连接接收电极II4。所述二极管II的负极和二极管III的正极连接接收电极I3。所述二极管III的负极和二极管Ⅳ的负极连接于b端子。

所述RC滤波电路13和高阻电位差计14并联于a端子和b端子之间。实施例中，RC滤波电路13包括串联在一起的电阻R和电容C。检测信号经过整流电路12、RC滤波电路13后由双高阻高阻电位差计14转换为电压信号，由数据采集系统接收并记录。

本实施例用到的的元器件清单为：

名称型号参数电压源V2-V1XD7低频信号发生器0-200Vp-p，0-200kHz电阻17-5MΩ电阻II8-5MΩ二极管I1N4148-二极管II1N4148-二极管III1N4148-二极管IV1N4148-电阻R-100MΩ电容C-1pF高阻电位差计14LK2005A电化学工作站-10V～+10V

实施例2

本实施例采用了实施例1公开的桥式电容耦合非接触电导差分检测器：

参照图2，以蒸馏水为背景溶液，配制了浓度为1mM KCl溶液作为样品，采用流动进样的方式，在激励电压60Vp-p，激励频率120kHz，电极长度3mm，电极间距3mm的条件下，测得检测器对1mM KCl溶液的响应信号。桥式电容耦合非接触电导差分检测器对1mM KCl溶液的响应曲线如图2所示，从图中可以看出，进样后，桥式电容耦合非接触电导差分检测器的响应信号有明显的增大，增幅约24mV，噪音信号强度约0.5mV，基线强度仅为55mV且基线平稳。

实施例3

参照图3，在实施例2的基础上，进样后再注入蒸馏水，测得桥式电容耦合非接触式电导检测器相应的响应信号变化。如图3所示，以1mM KCl溶液作为样品，进样后再注入背景溶液，即蒸馏水，响应信号明显减小，减幅约24mV，噪音信号强度约0.5mV，基线强度仅为53mV且基线平稳。图3中注入蒸馏水后信号的减幅与图2中进样后信号增幅相等，噪音信号强度与基线强度也相近。

实施例4

本实施例采用了实施例1公开的桥式电容耦合非接触电导差分检测器：

参照图4，作为本发明桥式电容耦合非接触电导差分检测器的实施例，以蒸馏水为背景溶液，1mM KCl溶液为样品，采用流动进样方式，在不同强度的激励电压下进行进样测试，测得桥式电容耦合非接触电导差分检测器在30-100Vp-p范围不同激励电压条件下对1mM KCl溶液的响应信号强度及相应的基线信号强度,其他实验参数同上。如图4所示，在8个不同强度的激励电压下，桥式电容耦合非接触电导差分检测器对1mM KCl溶液的响应信号随激励电压强度的增大而线性增大，与此同时，基线信号强度也随着激励电压强度的增大而线性增大。

检测管5、参比管6的材质为玻璃管或聚合物管。

实施例4

本实施例采用了实施例1公开的桥式电容耦合非接触电导差分检测器：

参照图5，作为本发明桥式电容耦合非接触电导差分检测器的实施例，以蒸馏水为背景溶液，不同浓度的氯化钾溶液为样品，采用流动进样方式，在60Vp-p的激励电压下进行了进样测试，测得桥式电容耦合非接触电导差分检测器对不同浓度的氯化钾样品的响应信号强度，其他实验参数同上。如图5所示，在一定浓度范围内，桥式电容耦合非接触电导差分检测器的响应信号随样品浓度的增大而增大，且在低浓度范围线性明显优于高浓度范围。

结论：

图2、图3说明桥式电容耦合非接触电导差分检测器用于无机离子的检测是可行的。图4说明适当增大激励电压的强度有利于提高桥式电容耦合非接触电导差分检测器的灵敏度。图5则说明桥式电容耦合非接触电导差分检测器更适用于低浓度样品的检测。同时也展现出桥式电容耦合非接触电导差分检测器基线信号小，基线平稳的优点。桥式电容耦合非接触电导差分检测器无需另外设计放大电路即可得到较为可靠的响应信号，大大简化了检测器结构，为检测器的便携化提供了更大的空间。