Потенциометрический детектор

В то время как применение микроэлектродов при разделении в колонках под давлением хорошо описано в литературе [141-144], при использовании таких датчиков в присутствии высокого напряжения [145] возникают новые явления. Высокое внутреннее сопротивление в объеме мембранной фазы ионоселективного микродатчика (^m = 109-1011 Ом), обычно препятствующее дальнейшей миниатюризации [146], обеспечивает прямой контакт наконечника датчика с капиллярной жидкостью (рис. 3.10) при высоком напряжении (до 25 кВ). Шум базовой линии и нестабильность сигнала можно минимизировать, уменьшая плотность тока в точке детектирования следующими методами:

Рис. 3.10. Потенциометрический детектор, размещенный в конце колонки

расположением датчика позади отверстия капилляра (детектирование на конце колонки);
использованием капилляров меньшего внутреннего диаметра (< 25 мкм);
использованием электролитов с низкой фоновой электропроводностью.
Значительного улучшения в отношении шума и дрейфа базовой линии можно достичь благодаря использованию капилляров с отверстиями конической формы [147, 148]. Расширенное отверстие облегчает также микроманипуляции по размещению на колонке наконечника датчика. Величина ЭДС потенциометрического детектора обычно регистрируется по дифференциальной схеме относительно электрода сравнения. Однако в условиях электрофоретического тока в КЭ можно слегка видоизменить этот подход путем использования платиновой проволоки в качестве поляризованного электрода сравнения [149]. Такая система сравнения имеет то преимущество, что она не вносит примесей (например, ионов Cl — от свободно текущих электродов сравнения или ионов Hg2+ от насыщенных каломельных электродов) в зону детектирования и не имеет температурных ограничений. Другая альтернатива заключается в том, чтобы в емкость с катодным буферным раствором поместить анодно-хлоридированную серебряную ленту и добавить хлорид конечной концентрации к фоновому раствору [150].

б. Количественный анализ. Кривая изменения потенциометри- чески регистрируемого сигнала представляет собой сумму логарифма разности ЭДС (в функции разницы избирательности и концентраций) между ионами пробы и фона и изменения градиента потенциала между границами зоны миграции. Эта характеристика чувствительности потенциометрического детектора к градиенту потенциала накладывается на характеристику Нернста [145]. Когда острие мембранной фазы микроэлектрода располагается сразу позади или вводится в отверстие капилляра, на него воздействует более высокое напряжение, чем на соответствующей границе раздела фаз в колбе микропипетки. При типичной толщине мембраны 250 мкм и электрическом поле 30 мВ/мкм это превращается в изменение сигнала на 7.5 В. Поскольку напряженность поля в капилляре неравномерна и меняется в зависимости от подвижности каждого мигрирующего компонента в отдельности, эта чувствительность к градиенту потенциала будет вносить вклад в общую чувствительность датчика. Величина сигнала за счет градиента обратно пропорциональна электропроводности зоны, и оказалось, что она максимальна при расположении наконечника датчика в колонке (максимальная напряженность поля). Линейную зависимость между пиком-интегралом и количеством анализируемого соединения можно получить путем «делогарифмизации» значений ЭДС и интегрирования получившейся кривой [150]. Линейные кривые калибровки получены для калия, натрия, рубидия, кальция и дофамина в диапазоне 10-4-10-3 М и для гистамина в диапазоне 10-5-10^ М при использовании калия и имидазола в качестве внутренних стандартов. Потенциометрический детектор обычно имеет достаточно высокое быстродействие (t <100 мс) [151], чтобы получались пики без искажений и обеспечивался точный количественный анализ. Количественный анализ в КЭ с потенциометрическим детектированием возможен, если наклон кривой ЭДС известен и постоянен во всем рассматриваемом диапазоне. Как правило, кривая ЭДС имеет ограниченный диапазон линейности при ионных активностях от 10-5 до 10-4 М и не совпадает с идеальной кривой Нернста для всех ионов в том же диапазоне активности [153].

Другим недостатком является значительное изменение наклона указанной характеристики в процессе старения электродов, в особенности для кальция. Срок службы потенциометрического детектора в стандартных условиях КЭ составляет около 2-3 дней, при этом через каждые 12 часов рекомендуется повторять калибровку [150].

Таблица 3.2. Потенциометрическое детектирование: электролиты и детектируемые ионы

Тип мембраны (см. текст)	Электро лит	Детектируемые ионы	Преде лы детекти рования	Ссыл ки
I	20 мМ MgAc2\HC1, pH 5.14	Катионы щелочноземельных, щелочных металлов (капилляр из кварцевого стекла с внутренним диаметром 25 мкм)	<10-8 М	[134]
I	20 мМ MgAc2, pH 7.8	Катионы щелочноземельных, щелочных металлов, D-амфетамин, серотонин, эфедрин (капилляр из кварцевого стекла с внутренним диаметром 25 мкм)	<10′8 М амфетамин	[145]
I	9 мМ MgAc2, 1 мМ MgC12, 17 мМ НАс, рН 4.8	Щелочные, щелочноземельные металлы, дофамин, гистамин, имидазол (капилляр из кварцевого стекла с внутренним диаметром 10 мкм)	10-7 М	[147]
II	20 мМ Трис- формат, рН 7	Неорганические анионы в капилляре из кварцевого стекла с полибреновым покрытием (с внутренним диаметром 10 мкм)	5-10-4 М [CIO4—]	[152]
II	20 мМ Na2SO4, pH 2.5 (H2SO4)	Неорганические анионы (капилляр из кварцевого стекла с внутренним диаметром 10 мкм)	10-7 М [C1O4—]	[152]
III	10 мМ NaAc, 10 мМ HAc, pH 5	Неорганические анионы (капилляр из кварцевого стекла с внутренним диаметром 25 мкм)	10-7 М [C1O4—]	[140]
IV	10 мМ K2SO4	Неорганические анионы (капилляр из кварцевого стекла с внутренним диаметром 25 мкм)	<10-7 М [C1O4—]	[140]

 

Рис. 3.11. Потенциометрическое разделение 10-5 М катионов [140]. Электролит — 20 мМ трис-формата; pH 7; инжекция 3 кВ в течение 3 с; внешнее напряжение 25 кВ; кварцевый капилляр (покрытый полибре- ном) с внутренним диаметром 10 мкм и длиной 50 см; жидкая мембрана (II); датчик помещается в коническом отверстии колонки