[发明专利]用于检测溶液中离子成分的装置和方法

说明书

本发明涉及化学成分的检测，特别是涉及用于检测气体或液体分析液中的离子成分的装置和方法。

最近几十年来，对溶液中的离子成分包括阳离子和阴离子的检测得到了很大发展。在这期间，离子层析法已成为检测的主要手段之一。

在这方面，首先使用的是柱中离子交换层析法，这种方法需要进行几小时并需要几克的分析液（含有离子成分的溶液试样），以及对收集到的成分进行湿法化学分析。然而，最近，离子层析法已发展到只需进行几分钟，只需几毫微克的分析液，并且实际上在计算机控制下自动操作。

现在的离子层析法仍有许多缺点，使得它们在许多场合不能实行。比如，离子色层谱仍然非常贵并且很复杂，需要多方面保养。而且，目前可达到的大约为10分钟的分析时间时许多应用来说仍然太长。

虽然，人们希望在不久的将来用于离子层析法的分析时间会有所减少，但有效的改进很可能需要更高的抽运压力，结果导致了费用的增高及可靠性的降低。而离子层折法可以被根本不同的测试方法所取代，这些检测方法可取得少于1分钟的分析时间。

一种加快分析时间的很有前途的方法是“毛细管区域电泳”，例如在《化分析学》53卷1298-1302页（1981）中Jorgenson等人及在《层析法杂志》11-20页（1979）中Mikkers等人对此法进行的描述。毛细管区域电泳是将一个高电压如30千伏加在一个充满了电解液的小直径毛细管的两端，在将分析液注入该管的第一端后进行的。电压引起离子成分的分离并以不同的速率向管子的第二末端迁移，这个速率的不同是由其各自的电泳淌度引起的。电泳淌度是一个离子在通了电流的电解液中的迁移速率。

可以检测离子成分的相对迁移。例如，如果给分析液中的离子成分加以标记，使其产生荧光，将一个荧光探测器放在管的第二端，则正在“一个个区域”里移动的各个离子的通过，可以被记录下来，产生电泳图。

毛细管区域电泳是以这样一种理论为基础的即一个特殊离子成分的分离效率，用假设的阳极数目N来表示，它只依赖于电泳淌度μ及所加电压V与该离子成分在该种电解液中的分子扩散系数D的比率，用公式表示如下：

N＝ (μV)/(2D) （1）

与上述讨论的离子层析法不同，毛细管区域电泳的理想分离效率不依赖于毛细管或柱的长度或分析时间。因而，通过在一非常短的毛细管二端上施加高电压来实现高分离效率下的非常短的分析时间在理论上是可能的。

然而，毛细管区域电泳也有其局限。即，已发现在可施加的电压量及毛细管的长度上存在着实际的限制。此外，分析液必须被注入在一个限定宽度的区域，而且为了可靠的检测，需要一个限定的体积。由于很高的电压梯度而引起的管中分析液的升温也引起问题，比如，不希望出现的区域加宽或者甚至分析液沸腾，及电泳过程的完全破坏。实际上，毛细管区域电泳已被有效地限制在大约1米长的毛细管，其具有100微米的内直径，所施加的电压约为40千伏并且分析时间一般在10-10分钟的范围。这样的限制使得毛细管区域电泳在许多场合不能实行。

因此，提供一个能最及时地、精确地和有效地检测气体或液体分析液中的离子成分的仪器是本发明的主要目的。

为此，本发明属于一种检测分析液中离子成分的仪器，它由一个第一离子交换流介质和一个与第一离子交换介质相接触的第二离子交换介质组成，通过一个电解质溶液第二离子交换介质第一离子交换介质进行流体传递，第二离子交换介质具有高于第一离子交换介质的离子淌度;那些装置（28、30、32）是为了在电解质溶液中产生电场，使得注入在第二离子交换介质（16）的分析液分离成离子成分，这些离子成分选择性地从第二离子交换介质向第一离子交换介质（14）迁移，装置（39）用于检测离子成分的迁移。