安培检测器的性能

安培检测器的性能,取决于多方面的因素。设计性能良好的检测器,需要考虑电极反应的程度。电极反应的程度,决定于试样的浓度、外加电位、两电极材料和谱洗脱液的物理化学特性。检测器的具体设计主要考虑以下几方面:电极材料,检测池流体动力学条件和测量技术。
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常用的安培检测器由一个恒电位器和三个电极组成的电化学池构成。恒电位器可在工作电极和参比电极之间提供一个可任意选择的电位,这个输出电位用电子学方法固定和保持恒定,即使电流有变化时对它也无影响,减小了参比电位的漂移,提高了检测器的稳定性(图4-4-2)。
(一)电极
1. 工作电极
工作电极是电化学检测器的重要组成部分。极谱检测法中采用滴汞电极作为工作电极。滴汞电极的主要优点是提供一个新的电极表面,克服了电极表面的污染问题。但由于汞易氧化,一般只能用在负电位或0.5V以下的
正电位,适用范围较窄。安培检测器采用固体工作电极,这类电极的高阳极范围能检测多种氧化性物质和还原性物质,适用范围很宽。缺点是电极表面不能更新,需要经常清洗和更换。
工作电极是安培检测器的心脏。安培检测器的灵敏度和选择性取决于工作电极的几何尺寸和所用的电极材料,电极材料应能提供足够的灵敏度、选择性和稳定性。主要考虑以下四点:①在一定流动相中工作电极的极限电位;②电化学反应的动力学;③电极材料对介质溶液的物理化学反应的惰性;④噪声大小。
固体电极有各种类型的碳电极和不同的贵金属电极。玻璃碳是一种最广泛应用的碳电极材料,它具有对有机溶剂的惰性强、气密性好、使用寿命长(5年)和应用电势范围广泛等优点。玻璃碳电极在反相液相谱流动相中有很好的稳定性和应用,尤其是被广泛用于各种有重要生物医学意义的易氧化物质的测定。为了保证玻璃碳电极的正常工作,电极表面要严
格光学抛光,对使用过的电极应注意在下次使用前对已污染的电极进行清洁处理。由石墨粉末和有机粘合剂如矿物油等构成的碳糊电极的背景电流低,造价低,电极表面容易更新,可部分代替
玻璃碳电极。缺点是有机粘合剂在含有机溶剂20%-30%的流动相中有溶解趋向。近年来将碳粉结合在各种聚合物(聚乙烯、KCl-F和聚氯乙烯等)中制得的复合材料电极性能很好。另外,特别值得重视的是网状玻碳电极(RVC),它具有低电阻,大表面积及物理连续结构,灵敏度高,信噪比大等特点,因而测量下限明显降低。碳电极的电势平衡速度慢,一般需20min-40min 的平衡时间。
sync pad贵金属电极如金、银、铂和汞等在酸性和碱性溶液中的极限电位如表4-4-1。一般负极限电位在碱性溶液中高,而正极限电位在酸性溶液中高。汞作为电极材料可提供最广泛的阳极电势范围,通常用于检测还原性物质。虽然贵金属电极近年来应用不多,在表面催化氧化脉冲伏安检测碳水化合物、醇等化合物中,金、铂电极的应用逐渐增多。这些化合物也可用镍、铜电极来检测。另外,银电极有氧化反应测定CN-、S2- 和卤素离子(X-)等的特殊应用。这些离子与银生成银盐和银络合物等,导致正极限电位降低,电极本身被氧化,从而可以得到间接测定。
表4-4-1 不同工作电极材料的极限电位(www.chemalink/books/C/439/0.html)
近年来,化学修饰电极在液相谱电化学检测中的应用逐渐增多。化学修饰电极通过对电极表面的不同修饰,达到提高选择性和灵敏度、增强稳定性、降低超电压和延长电极使用寿命等目的。例如,利用螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)和丁二酮肟作为修饰剂的化学修饰电极能特别选择性地通过键合预浓集痕量待测金属离子;以乙酸纤维素覆盖铂电极表面,可清除蛋白质的干扰;以醌、噻吩嗪衍生物等修饰铂或碳电极,可降低还原型辅酶Ⅰ的超电压。值得一提的是,以酶和有关生物分子作为修饰剂的化学修饰电极,特别有利于电极在生物领域测定中的应用。
化学修饰电极的不同修饰剂在电极上的固定有多种方法:①修饰剂在电极表面的直接吸附;②修饰剂同电极表面特殊点以共价键结合;③用包含修饰基团的聚合物覆盖在电极表面;
④可溶性修饰剂与碳糊等电极材料的混合。由于修饰剂在电极上的固定,化学修饰电极会有电极本身和修饰材料两方面对待测物的响应,它不但能提供待测物的氧化还原特性的信息,而且待测物的电荷量、极性、旋光性和渗透性等物理特性也可能在电极响应方面得到反映。电极表面的物理化学和生物化学修饰,尤其扩大了它在生物测定中的应用。化学修饰电极对待测物的作用有修饰材料通过离子交换,液液萃取或体积排阻等同待测物的选择性作用;修饰材料对待测物的选择性催化作用等。离子交换无机覆盖物把电化学检测延伸到非电活性阳离子领域。止动环
为了适应现代分析化学对灵敏度要求的不断提高,微型柱以及毛细管柱液相谱对微型电化学检测池
的要求,微电极的研制和应用发展引入注目。微电极可在极微小的体系内工作,降低了检测池的死体积,对于细孔柱分离、电化学检测很重要。采用常规电极的电化学检测器,不能对高效液相谱中的常用的有机溶剂流动相直接检测,而微电极可以构成性能优良的电化学检测器。这是因为微电极通过电极的电流很小,iR降可以忽略,允许在较大电阻的介质中使用,甚至在非极性溶剂中检测。微电极直径一般为几微米。随着电极的缩小,物质在电
极表面的扩散由于边缘效应趋于球形,传质过程极大地增加,电极响应速度快,扫描速度比常规电极个数量级。低的应用电势下,微电极电流密度极高,极化电流小,提高了信噪比。
2. 参比电极和对电极
通常用Ag/AgCl或饱和甘汞电极作为参比电极,金、铂或玻璃碳电极作为对电极。参比电极、对电极应放在工作电极的下游,这样对电极的反应产物和参比电极的渗漏等不会干扰工作电极。对电极又称辅助电极、补偿电极,一般置于池的出口处,并尽可能地靠近工作电极,构成电化学反应中的回路。连接谱柱到检测池的不锈钢毛细管有时可用作对电极,甚至以惰性材料建造的池体自身也可以充当对电极。供给氧化或还原反应的恒定电位加在工作和参比电极之间,对电极以抵偿电阻确保施加电位的恒定,并阻止产生大电流通过参比电极,减少电位
漂移和提高检测的重现性。参比电极作为反馈溶液电位信息的探针,随时与设定的施加电位进行比较,
使电压跟随器和受控放大器互成恒电位器。工作电极保持在有效接地状态,因此在测量过程中,即使施加电位改变,其对地电位也相对稳定。氢电极是一种新型的参比电极,它的电势取决于流动相的pH值,具有应用范围宽(pH=1-14,有机调节剂浓度可达100%)、
气密性好等优点。对于Ag/AgCl 电极不能使用的高pH 值(>11)、高调节剂浓度(>80%)条件仍能适用。例如,它可在PH12 时分析碳水化合物,流动相含98%甲醇时分析脂溶性维生素。
溶质区减小,高灵敏度、高选择性和死体积小的超微型检测器发展较快。从流体动力学的角度区分,常用的检测池主要有三种:薄层式、管式和喷壁式,它们的基本特性和极性电流理论方程式列于表4-4-2。
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表4-4-2 三种不同流体动力学类型的安培检测池的特性(www.chemalink/books/C/440/0.html)
1. 薄层式检测池
薄层式检测池是最早使用、也是最常用的安培检测器,常简称为薄层池。现在许多高效液相谱仪都配有该种类型的电化学检测器。它被广泛用于生物样品中的10^(-9)mol-10^(-12)mol级组分的测定。这种检测器检测下限低,线性响应范围宽,重现性好。
检测池由两块有机玻璃或特种塑料板之间压着一层中心挖空的聚四氟乙烯薄膜垫片组成。薄层池的容
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积由夹在中间的薄膜垫片的形状和厚度决定(膜厚度一般为50μm-150μm,容积一般为(5μL-10μL),薄层通道的容积过小会影响灵敏度,容积太大会使已经分离的谱组分混合,影响分离效果。在电极良好抛光的条件下,通过减小液层厚度和增大流速来提高灵敏度,以测量极小体积的样品。薄层池一般可使用多种电极材料的平面工作电极,按工作电极的多少又可分成单平面工作电极薄层池和双平面工作电极薄层池、图4-4-3是一种单平面工作电极的薄层池结构。工作电极位于薄层池的中央,参比电极在检测池的下游,对电极位于检测池的出口处。尼龙扣
多数情况下,分子沿电极表面的移动时间比穿过溶液薄层的扩散时间短,薄层通道中没有电流通过,故不产生电势降。薄层溶液对参比电极起了盐桥作用,辅助电极反应产物没有干扰。但在流速很小,密封垫很薄且工作电极面积很大时,分子沿电极表面的移动时间可能大于穿过溶液薄层的时间,则产生了溶液iR降大、电流密度不均匀等缺点,因此影响到电极的灵敏度、电解效率和测定的线性范围。为了克服以上缺点,须克服工作电极与对电极之间的高电阻从而使检测器能用于导电性较差的流动相。改变电极之间的相对位置也能减少两电极之间的电位降。图4-4-4是其它类型的簿层流通池。其中(a)可以避免上述缺点,但可能加大辅助电极反应产物对工作电极的干扰。该种类型检测器线性范围宽,即使在导电性差的流动相中,线性范围也可能在$ 个数量级以上,多用于高背景电流或高电阻导改明显iR 降的情况。(b)可用于液相谱的流分收集,(c)设计的相当紧凑,但在工艺上是不易达到的。
薄层池安培检测器已较多用于高效液相谱和离子谱检测中,目前的商品安培检测器也大多采用该种类型。如美国惠普公司的HP1049A 安培检测器,工作电极为8mm直径的圆盘式玻璃棒电极。
虽然多数实际应用的检测器继续使用单工作电极,但使用双工作电极甚至多工作电极的研究日趋增多。它们能改善选择性、检测下限和峰的分辨能力,并扩大可使用的电势范围。根据检测要求的不同,双工作电极的安排可采取串联或并联的形式,后者又分成相邻和相对两种情况。图4-4-5 是双工作电极的三种设计:串联式、平行相邻式和平行相对式。在最常用的串联双电极的情况下,通过两个
恒电位器选择合适的电势,可在两工作电极上分别测

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