專利名稱：液相色譜系統(tǒng)用的電化學(xué)檢測(cè)池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
總體上，本發(fā)明涉及液相色譜檢測(cè)法的檢測(cè)池，更具體地涉及參比電極的配置及其使用方法。背景介紹在生物技術(shù)エ業(yè)、生物化學(xué)研究和臨床實(shí)驗(yàn)室中，對(duì)碳水化合物、氨基酸和相關(guān)化合物進(jìn)行液相色譜分析是重要的手段。在堿性條件下，三電極檢測(cè)池結(jié)合脈沖電化學(xué)檢測(cè)液相色譜柱的使用，可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的選擇性分離和直接檢測(cè)而無需衍生的分離分析物，這種檢測(cè)具有無與倫比的靈敏度。到現(xiàn)在為止，現(xiàn)行的在高堿性流動(dòng)相中的安培檢測(cè)方法使用金工作電極、鉬或鈦對(duì)電極和第二類參比電極，該參比電極如銀-氯化銀電極、汞-氯化 亞汞電極、汞-硫酸亞汞電極、或鉈汞齊-氯化亞鉈電扱。在第二類電極中，固相中的化學(xué)元素(主要是金屬)與其在液相下的難溶鹽是處于平衡狀態(tài)的(參見，例如，SAWYER etal. , “Experimental electrochemistry for chemists,，，1974，ρ· 34，Wiley, New York)。多年來，工作電極和對(duì)電極有了重大創(chuàng)新和改進(jìn)，而改進(jìn)參比電極相對(duì)較少。隨著毛細(xì)管色譜以及聯(lián)用的檢測(cè)技術(shù)的重要性日益増加，碳水化合物、氨基酸和相關(guān)的化合物分析需要有小型化的檢測(cè)池。然而，小型化含有第二類參比電極的檢測(cè)池通常是非常困難的，原因在于其空間要求和液結(jié)(Iiquidjunction)的表面粗糙度，以及一般情況下參比電極本體的大體積。已經(jīng)嘗試?yán)脹]有液結(jié)的第二類參比電極。參比電極成為試驗(yàn)溶液與具有其鹽層的結(jié)合金屬接觸的唯一固相(參見，例如，BOHS et al., “TheUniJet:A NewElectrochemical Detector for Microbore Liquid Chromatography, ”CurrentSeparations, 1994, vol. 12, pp. 181-186)。這種方法的一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)是在試驗(yàn)溶液中需要存在抗衡陰離子(counter anion)。例如對(duì)Ag/AgCl電極,必須在試驗(yàn)溶液中保持有足夠的和恒定的氯離子濃度。所需的氯離子的存在排除使用可能被該陰離子污染的工作電極，例如，金或鉬。此外，相比在靜態(tài)溶液形成液結(jié)，在液體流中，第二類電極的平衡中的難溶性鹽溶解更迅速。相應(yīng)地，所述第二類電極的耐用性比具有液結(jié)的相同類型的電極差得多。在暴露于碳水化合物和氨基酸色譜分析使用的堿性洗脫劑過程中，銀-氯化銀參比電極會(huì)經(jīng)受參考電位的變化，通常是正位移。這將使過多的電位被施加到工作電極上，導(dǎo)致響應(yīng)逐漸降低和/或校準(zhǔn)曲線的線性范圍變窄。在極端的情況下，工作電極會(huì)在檢測(cè)靈敏度的損失下鈍化(passivated)。其它類型的參比電極,例如,萊-氯化亞萊電極(甘萊電極)、汞-硫酸亞汞電極和鉈汞齊-氯化亞鉈電極(Thalamid 電極)可以類似的方式受到堿性洗脫液的影響并以同樣的方式影響工作電極的運(yùn)行。所有上述類型的參比電極包括封入液結(jié)的導(dǎo)電鹽溶液，所述液結(jié)形成電極的固體部分和在外面的電解質(zhì)之間的界面。所述液結(jié)已知用于使導(dǎo)電鹽的溶液流出到所述電極周圍。如果這樣的電極位于檢測(cè)池內(nèi)的液體流中，來自液結(jié)的鹽可以影響另ー檢測(cè)器的運(yùn)作，如所述檢測(cè)池下游的質(zhì)譜儀。如果通過檢測(cè)器池的流體停止，如在持續(xù)一天或過夜的工作中斷期間，液結(jié)處的離子含量甚至可能污染位于參比電極上游的工作電極的表面，影響其隨后的使用期限中的性能。暴露于被從參比電極的液結(jié)流出氯離子污染的情況的金電極可以作為ー個(gè)例子。最后，來自所述液結(jié)的離子的恒定擴(kuò)散預(yù)先確定了第二類參比電極的有限使用壽命。只有液結(jié)的導(dǎo)電性鹽的濃度仍高于某個(gè)最小值，其參考電位才可以保持在有用的范圍內(nèi)。銀-氯化銀參比電極和所有其他的第二類參比電極的另ー個(gè)問題是，使用這樣的電極難以設(shè)計(jì)具有最小的死體積(dead volume)的小型化的檢測(cè)池。最小的死體積對(duì)于防止峰展寬和其它類型的作為色譜效率損失測(cè)量的峰形變形很重要。除其他事項(xiàng)外，色譜效率差導(dǎo)致峰之間的分離差，以及相應(yīng)減少定量精度和結(jié)果準(zhǔn)確度，其中所述結(jié)果是依據(jù)分離出的感興趣的化合物的峰面積測(cè)量的?？捎玫囊航Y(jié)設(shè)計(jì)(粗糙度、龐大性)通常不可能使死體積最小化，以滿足高性能液相色譜法的毛細(xì)管形式的需求。然而，常規(guī)的第二類參比電極的另ー個(gè)缺點(diǎn)是，從參比電極本體流出的相對(duì)高濃度的潛在地污染電極的離子的存在，減少了三電極池的電極的相對(duì)定位的可能性。第二類參比電極總是位于工作電極(組)的下游側(cè)。出于同樣的原因，第二類參比電極也使兩個(gè)或更多的電化學(xué)檢測(cè)池的串連更加困難。 與第二類參比電極相反，第一類參比電極沒有那么占地方的電極本體，也不需要液結(jié)。第一類參比電極具有金屬或可溶相電極，直接與其離子平衡(例如H2和H+;參考，SAWYER)。到目前為止，已經(jīng)在液相色譜池中實(shí)現(xiàn)的，只有第一類參比電極是基于固體電極。除了依賴水合氫離子的濃度的變化之外，已報(bào)道用于低死體積的液相色譜池的固體電極的參考電位還依賴于電解質(zhì)組成的變化。這樣的電極被稱為偽或準(zhǔn)參比電極，準(zhǔn)參比電極的例子如MATSON的美國(guó)專利No. 4404065，或BOWERS等人的美國(guó)專利No. 5368706所公開的。這種固體準(zhǔn)電極的重要的例子是用于液相色譜在電化學(xué)檢測(cè)池中的鈀(Pd)或鈀氧化物(PdOx)參比電極。在所公開的液相色譜池的例子中，對(duì)電極也由Pd或PdOx制成。準(zhǔn)參比電極的ー個(gè)重要限制是，在液相色譜的梯度洗脫條件下，它們的參考電位的不穩(wěn)定性。該限制使得不可能使用包含準(zhǔn)參比電極的檢測(cè)池。另ー方面，PdH電極的參考電位不改變或其改變程度不至于阻礙其在液相色譜檢測(cè)的條件下作為參比電極進(jìn)行使用。PdH的參考電位的唯一的顯著變化發(fā)生在PH梯度的條件下。這樣的變化是可預(yù)測(cè)的和由Nernst方程定義，例如以和玻璃膜pH指示電極相同的方式。例如，pH指示電極可以彌補(bǔ)工作電極的由pH值所引起的響應(yīng)變化(參見，例如，WELCH et al. , “Comparison ofPulsed CoulometricDetection and Potentiai-bweep Pulsed しoulometricDetection tor UnderivatizedAmino Acids in Liquid Chromatography, ” Anal. Chem.，1989，vol. 61，pp. 555-559)。 pH感測(cè)參比電極如玻璃膜以及PdH電極的補(bǔ)償作用可以實(shí)現(xiàn)不受pH梯度影響的基線，所述pH梯度可以是所謂的梯度上升的形式，或其它相似的形成。具有參考PH指示電極的施加電位的工作電極僅在電活性分析物的存在下產(chǎn)生響應(yīng)，而不是PH值變化的結(jié)果。Pd或鈀化合物固態(tài)準(zhǔn)參比電極的另ー個(gè)例子是Pd/Pdl2電極，由HERRMANN等人在美國(guó)專利No. 6572748中披露。此參比電極是利用厚膜技木通過沉積金屬鈀層形成。然后，通過電解過程，或通過沉淀在所述鈀層上覆蓋合適的鈀化合物層。鈀-氫(PdH)電極結(jié)合合適的參比電極可以用作pH傳感器和/或作為水性和非水性的庫侖滴定的質(zhì)子生成電極。參考,例如，SCHWING et al. “COMPARISON OF DIFFERENTPALLADIUM-HYDROGEN ELECTRODEAS pH INDICATORS, ”Analytica Chimica Acta, 1956，vol.15，pp. 379-388;STOCK et al.“THE PALLADIUM ELECTRODE IN AQUEOUS ANDNON-AQUEOUSTITRIMETRY”，Analytica Chimica Acta, 1959, vol. 20, pp. 73-78 ; and DOBSON, “ThePallapHode Electrode System, ”Platinum MetalsRev. , 1981), vol. 25, no. 2, pp. 72-73。用于上述目的的鈀-氫電極是通過在鉬、金、或鈀膜上沉積鈀黑。然后，鈀-氫電極通過吸附電解水的氫來制備。在電解過程中，水的電解的源極電位(source potential)不被控制。另ー方面，監(jiān)視和控制電解的電流和時(shí)間。電解電流高，為50毫安(見SCHWING)。這至少比色譜檢測(cè)池的合適電流值高四個(gè)數(shù)量級(jí)。如果將庫侖滴定中常見的電流量級(jí)施加到用于色譜應(yīng)用的電化學(xué)檢測(cè)池的參比電扱，會(huì)使檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生過量噪音。其它ー些優(yōu)化的IE -氫電極電位在電位滴定(potentiometric)和本體溶液中(bulk solution)實(shí)施的伏安(voltammetric)實(shí)驗(yàn)中作為pH參比電極來使用。參見，例如，GOFFE et al.，” Internally charged palladium hydridereferenceelectrode-Part I: The effect of charging current density on long-term stability, ”Medical&Biological Engineering&Computing, 1978, vol. 16，pp. 670-676 (下稱“ G0FFE”)以及 KELLY et al.，，，Internally charged palladiumhydridereference electrode:II Automatically controlled palladium hydrideelectrode, Medical&Biological Engineering&Computing, 1981, vol. 19, pp. 333-339(下稱“KELLY”)。這種鈀-氫化物參比電極采用電源通過連續(xù)的內(nèi)部充電來制備和保持。監(jiān)測(cè)和控制充電電流以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的參考電位。另ー方面，即使顯示了所施加的電位顯著影響鈀-氫電極的參考電位，充電電位也完全不受控制。到目前為止，固態(tài)鈀-氫型參比電極僅在用于本體溶液中有所描述。參見，例如，F(xiàn)LEISCHMANN et al. , “A palladium-hydrogen probe electrode foruseas a microreference electrode,，，J. Scientific Instruments, 1968, series2，vol. l，pp.667-668(下稱“FLEISCHMANN”)；MUNASIRI et al. , iiPalladium-hydrogenelectrodes for coulometric titration analysis of acids andbases,，，J.Electroanal. Chem.，1992，vol. 332，pp. 333-337(下稱“MUNASIRI，，)；“Pd/H2REFERENCEELECTRODE，，，date unknown, CormetTesting Systems, Helsinki, Finland (下稱“Cormet”)。參考 http://www. cormet. fi/pdf/PDF Pd~H2. pdf.至目前為止，未見在流通色譜檢測(cè)池中使用這種電極的報(bào)道。在大多數(shù)的情況下，沒有使用提供了連續(xù)向鈀電極供給氫的二次電源來制備和保持鈀-氫電極。例如,通過從非連續(xù)的電解過程中產(chǎn)生的氫(參見，例如，F(xiàn)LEISCHMANN andMUNASIRI)或通過壓縮氣筒的氫(參見，例如，Cormet)處理鈀來制備鈀-氫電極。ー個(gè)較經(jīng)濟(jì)的例子，Pd/H2電極通過來自氣筒的氫氣來保持飽和狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的參考電位(參見例如Cormet)。這種不僅在參比電極，而且在工作電極和對(duì)電極的周邊使氫氣通過溶液鼓泡將導(dǎo)致通過池的流中產(chǎn)生過量的噪音水平，因而用于色譜檢測(cè)池是完全不能接受的。在另一例中，鈀-氫電極通過使Pd導(dǎo)線(wire)在負(fù)極性和正極性之間循環(huán)(cycling)，并保持恒定的電流密度來制備(見FLEISCHMANN)。在使用過程中，PdH2電極與電源斷開。如此制備的鈀-氫電極提供了長(zhǎng)達(dá)24小時(shí)的穩(wěn)定參考電位。然后，鈀-氫電極需要通過在酸性溶液中再次循環(huán)來利用電解氫再次充電(charge)。在不連續(xù)的充電過程中，鈀轉(zhuǎn)換為不同形式的鈀氫化物，例如α、α +β、β相。所述相通過 H/Pd 比定義(參見，例如，DOBSON et al. , ^SomeExperimental Factors whichGovern the Potential of the Palladium HydrideElectrode at 25to 195 ° C，，，J.Chem. Soc.，F(xiàn)araday Trans. 1，1972，vol.68，pp.749-763;DOBSON et al.，” PlateauPotentials of the a + β Palladium HydrideElectrode at Temperatures between25and 195 ° C，” J. Chem. Soc.，F(xiàn)araday Trans. 1，1972，vol. 68，pp. 764-772)。沒有外部氫的持續(xù)供應(yīng)，鈀氫化物相釋放其含有的氫并轉(zhuǎn)化回純鈀。因此，參比電極重新充電(recharging)十分必要。過去嘗試避免在連續(xù)充電的PdH電極的傳感末端形成氣泡，其中該P(yáng)dH電極用作pH指示電極,導(dǎo)致創(chuàng)造出來所謂的“內(nèi)部充電(internally charged) ”電極(見,例如，SCHWING.和GOFFE和Ke 11 y)，其在文獻(xiàn)中例證了連續(xù)連接到電源、且不需要重新充電的PdH電極的形式。 這種類型的電極包括連續(xù)地從密封的內(nèi)部腔室進(jìn)入到樣品溶液主體的鈀絲。所述內(nèi)部腔室還包含合適的對(duì)電極。鈀絲的內(nèi)部部分和對(duì)電極浸潰在內(nèi)部腔室內(nèi)合適的電解質(zhì)中。通過對(duì)內(nèi)部腔室的一對(duì)電極提供恒定電流，維持持續(xù)供給氫給Pd電極。然而，必須指出，這種形式的連續(xù)重新充電的PdH電極第二類參比電極相似需要笨重的設(shè)計(jì)，完整的電極組件的小型化受到限制(例如，銀/氯化銀電極，甘汞電極等)。內(nèi)部充電的PdH電極的另ー個(gè)缺點(diǎn)是其壽命的限制，其壽命由在內(nèi)部腔室中的Pd電極得到質(zhì)子的量影響，在用于這樣的電極內(nèi)部充電而選定的電位范圍內(nèi)。內(nèi)部充電的PdH電極的這一方面類似于第二類電極的基于第二類電極的液結(jié)中的導(dǎo)電鹽的供應(yīng)限制的壽命限制。迄今為止，由SCHWING和其他人設(shè)計(jì)的內(nèi)部充電的PdH電極既不適用于小內(nèi)部體積(IpL至 μυ的色譜檢測(cè)池，也不能用于沒有內(nèi)部腔室的情況下的連續(xù)充電的鈀-氫電扱。一方面這種電極的潛在用途，和另一方面其在色譜池上的遲遲不能實(shí)施表明了，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，目前為止，這兩種類型的連續(xù)充電的PdH電極不適合使用在小容積流通(flow-through)色譜檢測(cè)池。有趣的是，在鉬-氫(PtH2)電極上也觀察到與PdH電極類似的局限性。參見，例如，GINER, J.，“A Practical Reference Electrode, ^Electrochem.Soc. , 1964, vol. 111，p. 376。在1964年，關(guān)于全功能的電解氫連續(xù)再補(bǔ)給的PtH2設(shè)計(jì)已經(jīng)有所報(bào)道。然而，適用于色譜流通檢測(cè)池的相同的電極的形式尚未見報(bào)道。阻止將第一類固體參比電極用于薄膜型(內(nèi)部容積為IpL到I μ L)色譜三電極池似乎有難以逾越的障礙。首先，在Pt或Pd基底產(chǎn)生氫需要對(duì)電極或參比電極系統(tǒng)的第二電極存在，這增加了檢測(cè)池設(shè)計(jì)的整體復(fù)雜性。其次，維持氫電極所需的氣泡的形成(例如，在陰極的氫氣，在陽極的氧氣)與已知的薄層設(shè)計(jì)的色譜檢測(cè)池不兼容。第三，參比電極模塊的電源電路必須集成到電子設(shè)備(electronics)，該電子設(shè)備驅(qū)動(dòng)其它的兩個(gè)電極，并處理所得到的信號(hào)。由于Pd對(duì)由質(zhì)子生成氫的較低的催化活性，在金屬基氫電極中，鈀(Pd)已被認(rèn)為是鉬(Pt)的一個(gè)差的(poor)代替品(見，例如，IVES et al. , ReferenceElectrodesTheory and Practice, 1961, p. Ill, Academic Press, New York)。一些研究顯不，相比 Pt基電極，PdH電極的可靠性較差(見，例如，SCHWING)。
因此，提供具有克服了用于低死體積(IpL至I μ L)電化學(xué)檢測(cè)池中的已知的參比電極的上述的和其它的缺點(diǎn)的參比電極組件的檢測(cè)池將是有用的。發(fā)明簡(jiǎn)介一方面，本發(fā)明涉及色譜系統(tǒng)的檢測(cè)池，其包括具有入口、出口和對(duì)電極的池主體，工作電極，在入口和出ロ之間延伸的樣品流動(dòng)管道，該管道與對(duì)電極和工作電極流體接觸，以及鈀/貴金屬參比電極系統(tǒng)。所述檢測(cè)池可以是三電極檢測(cè)系統(tǒng)。所述池本體可由導(dǎo)電材料制成。所述池本體可由耐腐蝕金屬或?qū)щ娋酆衔镏瞥伞Ｋ龀乇倔w可由選自下組的材料制成，所述組由鈦、耐腐蝕合金、不銹鋼、負(fù)載碳的聚醚醚酮(PEEK)、聚噻吩、聚卩引哚、和聚萘(polynaphtalene)組成。參比電極系統(tǒng)可以是鈀/鉬(Pd/Pt)參比電極系統(tǒng)。參比電極系統(tǒng)可以包括第一類參比電極。參比電極系統(tǒng)可包括鈀(Pd)參比電極以及鉬(Pt)輔助電扱，參比電極和輔 助電極均與所述樣品流動(dòng)管道電接觸。使！ (Pd)參比電極可包括延伸到池本體上的參比電極孔的導(dǎo)線。參比電極可直接或間接地連接電源的負(fù)極。輔助電極可以直接或間接地連接電源的正極。所述檢測(cè)池還包括對(duì)電極和工作電極之間設(shè)置的墊圈，并具有形成對(duì)電極和工作電極之間的薄層通道的切ロ(cutout),其中，所述通道流體連接(fluidly connect)池本體的入口和出口，從而形成流體樣品通道的一部分。 所述池本體包括入ロ和電極空腔，該電極空腔流體連接入口和出口，從而形成流體樣品通道的一部分。至少Pd參比電極和Pt輔助電極之一可以是導(dǎo)線。另ー方面，本發(fā)明涉及色譜系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括上述的檢測(cè)池中的任ー檢測(cè)池。所述色譜系統(tǒng)可以包括多個(gè)檢測(cè)池，其中檢測(cè)池可以設(shè)置成串聯(lián)。本發(fā)明的方法和裝置具有其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其將顯而易見的，或更詳細(xì)地在附圖中顯示，這些也結(jié)合進(jìn)這里，以及下面的本發(fā)明的詳細(xì)描述中，它們一起用于解釋本發(fā)明的某些原則。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的示例性色譜系統(tǒng)檢測(cè)池的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的另ー示例性的色譜系統(tǒng)檢測(cè)池上部的立體圖。圖3是ー示例性的三電極、超低體積色譜檢測(cè)池的示意圖，其中構(gòu)成PdH電極的兩個(gè)電極被設(shè)置在和工作電極相同的聚合物塊中。圖4是ー示例性的色譜系統(tǒng)的示意圖，其中包括多個(gè)串聯(lián)的色譜檢測(cè)池。發(fā)明詳述參考各種實(shí)施例，現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明。其示例在附圖中示出并描述如下。雖然將結(jié)合示例性實(shí)施例描述本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)理解的是，本說明書并非將本發(fā)明限制在那些示例性的實(shí)施例范圍內(nèi)。相反，本發(fā)明g在覆蓋所述示例性實(shí)施例，以及各種替代方案、修改、等同物及其它ー些實(shí)施例中，其可以包括在由所附的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。在所有附圖中，類似的附圖標(biāo)記指代類似的部件，注意圖1，其示出一示例性的色譜檢測(cè)池，其通常由附圖標(biāo)記30指代。檢測(cè)池的各個(gè)方面與以下檢測(cè)器是類似的，所述檢測(cè)器可在加利福尼亞州桑尼維爾市Dionex公司的ICS-3000液相色譜系統(tǒng)中找到，特別是，與Dionex公司的ED40、ED50、和ED50A探測(cè)器類似。然而，可以理解的，在其他色譜系統(tǒng)也可以利用本發(fā)明的檢測(cè)池。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，如圖I所示，所述檢測(cè)池包括三電極單元33中的參比電極組件32。然而，人們將理解的，根據(jù)各種實(shí)施例、配置和設(shè)計(jì)方面的考慮，檢測(cè)池可具有兩個(gè)或更多電扱。較早的兩電極設(shè)計(jì)使用兩個(gè)相同的電極(工作和參比)用于調(diào)節(jié)電壓和測(cè)量電流，而在三電極池中，僅僅對(duì)參比電極和工作電極之間電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。電流測(cè)量值是取所述工作電極和對(duì)電極之間的電流。所述對(duì)電極有時(shí)也被稱為輔助電極。然而，在本文中，術(shù)語輔助電極是指構(gòu)成PdH電極的兩電極單元(two-electrode cell)的第二陽極。有報(bào)道描述了具有多于三個(gè)的電極的色譜檢測(cè)池，例如，包含多個(gè)工作電極，其參比相同的參比電極(LUNTE et al, “Difference Mode Detection withThin-Layer Dual-ElectrodeLiquid Chromatography/Electrochemistry,，’Anal. Chem. , 1985, vol. 57, pp. 1541-1546)。這里描述的PdH電極，其可用于所有上述類型的低死體積色譜檢測(cè)池。 得到的色譜檢測(cè)池30包括許多與Dionex公司的PED、ED 50、和ED檢測(cè)器類似的組件，包括導(dǎo)電性的池本體35，其作為對(duì)電極；工作電極模塊37，其包括工作電極39 ;密封墊40，其設(shè)置在對(duì)電極和工作電極之間，并具有切ロ 42而形成薄層通道44 ;和用于組裝檢測(cè)池的磁軛旋鈕(yoke-knob)組件46。池本體35的合適的材料包括，但不限于，鈦、高品質(zhì)的不銹鋼或堅(jiān)固的高導(dǎo)電聚合物。池本體優(yōu)選加工或以其他方式形成為包括入口 47和出口 49，所述出口與薄層通道44流體連接以形成流體樣品線51。優(yōu)選的，所述入口、通道和出口配置為具有最小的檢測(cè)池內(nèi)的死體積。在所示的配置中，墊圈的通道形成所述池的薄層通路，然而，將理解，所述池的薄層通路可以通過在導(dǎo)電性對(duì)電極的本體中加工微小的槽形成。對(duì)于本發(fā)明的目的，薄層通道的體積范圍為IpL至I μし可以使用在以下范圍內(nèi)的流動(dòng)通路的尺寸或者在墊圈之內(nèi)或作為細(xì)加工的微小的槽以形成低體積、薄層流動(dòng)通路。流動(dòng)通路的總尺寸可包括寬約O. 1-3毫米，長(zhǎng)度約6-12毫米，厚度約O. 0125-0. 5毫米。優(yōu)選的，包括寬度約O. 5-2毫米，長(zhǎng)度約6-10毫米，和厚度約O. 0125-0. 25毫米。最優(yōu)選的是，包括約0. 5-1. 5毫米的寬度，約6-9毫米的長(zhǎng)度，約0. 0125至0. 05毫米的厚度。在其它已知的方式中，磁軛旋鈕組件46允許快速裝配和拆卸檢測(cè)池30。特別是，磁軛旋鈕組件包括用于將工作電極39對(duì)準(zhǔn)墊圈40的磁軛，并依次，對(duì)準(zhǔn)電池本體35以彼此密封接合工作電極、墊圈和電池本體。人們將會(huì)理解，磁軛旋鈕組件可以被配置為提供恒定的密封力，例如，對(duì)工作電極提供約51b/in2的壓力，以便適當(dāng)?shù)匾约翱煽康乇３置芊鈮|圈對(duì)所述工作電極和所述池本體的密封作用。與包括相對(duì)大體積的銀/氯化銀參比電極的現(xiàn)有檢測(cè)器相比，檢測(cè)池30包括鈀/鉬(Pd/Pt)參比電極系統(tǒng)32(Pd部分)。在圖示的實(shí)施方案中，參比電極系統(tǒng)(Pt部分)包括使！ (Pd)參比電極53,其延伸到池本體35的參比電極孔54中。參比電極直接或間接地連接合適電源的負(fù)極56。優(yōu)選地，參比電極是電線。電線參比電極的緊湊性使其與流體樣品線51有充足的電接觸，同時(shí)最小化死體積。人們將會(huì)理解，參比電極可以具有如圖2和圖3中示出的那些其它配置。Pd電極和它的輔助電極可以形成為以下形狀箱、管、網(wǎng)、網(wǎng)格、聚合物基底上的絲網(wǎng)印刷層或在通過濺射鍍膜技術(shù)在聚合物基底上沉積的薄層，所述濺射鍍膜技術(shù)如物理氣相沉積、化學(xué)氣相淀積等。用于氫電極的合適的基底材料不僅包括鈀，還包括其與各種過渡金屬的合金，如Pd-Ir、Pd-Pt、Pd-Ag等。另外，參比電極系統(tǒng)包括輔助電極58以形成完整的參比電極系統(tǒng)。帶正電荷的輔助電極直接或間接地連接合適電源的正極60。人們將會(huì)理解，輔助電極可以是管狀的，在這種情況下，流體樣品51線的出ロ 49可穿過輔助電極，或者可以是筒狀，在這種情況下，出ロ可能沿著輔助電扱。也將會(huì)理解，只要輔助電極導(dǎo)電接觸通過流體樣品線的流體，則可以利用其他的配置。用于輔助電極的合適的材料包括鉬、鈀、玻璃碳和石墨。其它材料，例如金，銅招(copper an aluminum)則由于它們?cè)跉浠纂姌O上的陽極溶解和電解分離(platingout)而不合適(參見，例如，0TTERS0N et al. , “Absorption ofHydrogen by Palladiumup to Hydrogen-Palladium Atom Ratios of 0. 97，” 1969，p. 1-15, NASA, Washington, DC)。如果在某種程度上，氫基底金屬的接觸面積被不合適的金屬層阻擋，PdH電極的參比電極電位會(huì)變得不合適。
在操作和使用中，檢測(cè)池30以類似于具有常規(guī)的銀/氯化銀參比電極的已知檢測(cè)器的方式使用。如圖I所示，將鈀的參比電極53和Pt輔助電極58連接到具有極性的電源。此外，以其它常規(guī)的方式，Pd參比電極53作為參比電極連接到三電極檢測(cè)系統(tǒng)的電子電路中。在優(yōu)選的配置中，輔助電極位于工作電極和對(duì)電極的下游。通過連接Pd和Pt電極的電源施加電位產(chǎn)生氫參比電極。優(yōu)選地，電位是小于約3V，更優(yōu)選約I. 25-2V，最優(yōu)選約I. 5-1. 7V。此外，電位基本上是恒定的，也就是說，經(jīng)受振蕩和/或其它電壓的變化小于大約10mV，更優(yōu)選小于約0. lmV，和最優(yōu)選小于約0. OOlmV。相比浸入同一溶液中的Ag/AgCl參比電扱，Pd參比電極提供了具有穩(wěn)定參考電位的氫電扱?？梢杂酶鞣N合適的方法測(cè)量參考值的實(shí)際差異。例如，對(duì)于任何新的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，正確的直流安培和脈沖電化學(xué)勢(shì)的調(diào)整值可以通過實(shí)現(xiàn)大致相同水平的基準(zhǔn)信號(hào)以及和銀/氯化銀參比電極類似的峰面積來識(shí)別?？商娲?，基于Pd-參比電極的氫電極的參考電位可以由電位測(cè)量對(duì)比常規(guī)的銀/氯化銀電極來評(píng)估，銀/氯化銀電極安裝在第一檢測(cè)池下游的第ニ檢測(cè)池中。在大多數(shù)情況下，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極(SHE)，PdH的參考電位為50mV。以和SHE的電位相同的方式，PdH的電位以Nernstian方式隨pH變化而改變,姆pH單位的變化為59mV。然后，對(duì)于任何已知的pH，正確的參考電位可以如下計(jì)算 PdH 參考電位=50_59xpH然后，PdH電極使用時(shí)，對(duì)Ag-AgCl的參考電位(referenced potential)進(jìn)行調(diào)整PdH電極使用時(shí)的電位=Ag-AgCl參考電位-(PdH參考電位+205)值205表示的是相比于SHE，Ag-AgCl電位的值。在透明的玻璃燒杯中，對(duì)連接到直流電源的Pd和Pt電極對(duì)的正常運(yùn)作進(jìn)行評(píng)價(jià)，并在低死體積流通色譜檢測(cè)池中證實(shí)。在之前的實(shí)驗(yàn)中，Pd作為陰扱，Pt作為陽極連接。兩個(gè)電極均浸潰在室溫的未攪拌的0. OlM的NaOH溶液中。在兩導(dǎo)線保持連接到I. 6V約5分鐘后，使用約5倍的放大鏡可以觀察到Pt電極上積累的微型氣泡，而Pd電極上沒有。事實(shí)上，從未觀察到Pd電極上積累的氣泡。在我們的實(shí)驗(yàn)的整個(gè)持續(xù)過程中保持沒有氣泡。這種觀察結(jié)果反映了給電極施加合適的電壓，陰極處所有通過質(zhì)子還原而產(chǎn)生的氫均被Pd導(dǎo)線吸收，并且可以避免在Pd參比電極處產(chǎn)生氣泡，由于本發(fā)明參比電極不產(chǎn)生鼓泡，和參比電極相關(guān)的噪聲顯著降低。在相同的實(shí)驗(yàn)中，我們還觀察到，可通過攪拌玻璃燒杯的內(nèi)含物而避免在Pt電極上氣泡的積累。由此我們得出與許多發(fā)表的報(bào)告的結(jié)論相反的結(jié)論，不用建立內(nèi)部充電室(internal charging chamber)用于PdH電極,可形成連續(xù)重新充電的PdH電極并正常運(yùn)作而無需內(nèi)部充電室。利用這些結(jié)論，我們?cè)O(shè)計(jì)了參比電極系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，Pt電極總是位于Pd電極下游，當(dāng)作為PdH參比電極系統(tǒng)使用吋，兩個(gè)電極總是暴露于液體流中。眾所周知，通過電化學(xué)檢測(cè)池或困在電化學(xué)電池的氣泡是產(chǎn)生基線變形的偽跡(artifact)的原因，其也稱為尖峰。正好與所關(guān)心峰重合的尖峰使得在峰面積基礎(chǔ)上進(jìn)行的定量分析存在問題。使用圖2的池和參比電極，我們能夠確認(rèn)，在多個(gè)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)中不存在基線偽跡(artifact)。作為噪聲測(cè)量的基線的質(zhì)量與那些良好運(yùn)作的第二類參比電極所觀察到的相當(dāng)。有利的是，本發(fā)明提供了基于Pd的氫參比電極，可以容易地小型化并用于死體積色譜檢測(cè)池。本發(fā)明還允許將基于Pd的氫參比電極適用于對(duì)最小化死體積有極端要求的 毛細(xì)管系統(tǒng)。圖3圖示了極低的死體積池的實(shí)例。本發(fā)明的參比電極系統(tǒng)產(chǎn)生穩(wěn)定的參考電位，其在暴露于堿性溶劑時(shí)也不發(fā)生變化。此外，本發(fā)明的參比電極組件不滲出任何干擾下游連接的其他檢測(cè)器的正常運(yùn)作的離子。本發(fā)明的參比電極組件的配置使得在長(zhǎng)期暴露于堿性柱洗出液的情況下具有穩(wěn)定的參考電位。有利的是，沒有意外應(yīng)用過量檢測(cè)電位至工作電極，其會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)響應(yīng)隨著時(shí)間的推移而降低的趨勢(shì)，或校準(zhǔn)曲線的線性范圍較窄。由于PdH參比電極如典型的第二類參比電極不包括任ー液結(jié)，沒有從參比電極出來的電解質(zhì)(例如從銀/氯化銀電極出來的氯化物離子)。一般而言，相比于傳統(tǒng)的銀/氯化銀的參比電極和其他第二類參比電極，本發(fā)明的參比電極組件具有更長(zhǎng)的使用壽命。在本發(fā)明的另ー示例性實(shí)施例中，如圖2所示，檢測(cè)池30a類似于上述的檢測(cè)池30，但包括參比電極系統(tǒng)32a，其中的參比電極和輔助電極均是導(dǎo)線的形式。與檢測(cè)池30類似，使用類似的附圖標(biāo)記來描述檢測(cè)池30a的類似部件。在本實(shí)施方案中，基于Pd的氫電極可以作為包含Pd參比電極53a和Pt輔助電極58a(分別為導(dǎo)線的形式，且彼此相鄰)的參比電極組件32a實(shí)現(xiàn)。這樣的參比電極系統(tǒng)也可制備成可適用于現(xiàn)有的為傳統(tǒng)的銀/氯化銀參比電極而設(shè)計(jì)的參比電極室。例如，參比電極系統(tǒng)32a制備成可取代現(xiàn)有的檢測(cè)池的大參比電極氣缸的形式，如加利福尼亞桑尼維爾的Dionex公司提供的ED50A或ED中，并圖示于ED50A的ELECTROCHEMICAL DETECTOR OPERATOR' SMANUAL, rev. 02, Nov. 2002 或 ICS-3000 離子色譜儀操作手冊(cè)· (二者均可通過下面的連接得到http://www. dionex. com/en-us/webdocs/57752-31772 02 ED50A V17. pdf 和 www. dionex. com/EN-us/webdocs/48428-Man-IC-ICS-3000-System-0perators-2008-01-065031-04. pdf), ED 50 的使用手冊(cè)和ICS3000系統(tǒng)手冊(cè)的全部?jī)?nèi)容引用在此作為參考。在本實(shí)施例中，檢測(cè)池30a，類似于ED50A或ED檢測(cè)池，包括池本體35a，該池本體具有帶螺紋(threaded)的參比電極空腔61，工作電極模塊，和設(shè)置在池本體和工作電極模塊之間的墊圈。入口 47a流體連接到帶螺紋的參比電極空腔的底部。在本實(shí)施例中，所述檢測(cè)池設(shè)置有參比電極殼63，其被固定在帶螺紋的參比電極空腔內(nèi)，以定位電極的端部與流體樣品線電接觸。參比電極殼63通過鎖緊螺母65固定在空腔61內(nèi)，該螺母允許參比電極殼可拆卸地固定在池本體35a內(nèi)。人們將理解，電極殼可以由其它合適的裝置可拆卸地或永久地固定在空腔內(nèi)，包括，但不限于，固定墊圈、壓緊件(press fittings)、卡ロ接頭或帽、焊接等。適當(dāng)?shù)陌惭b件67、67’將Pd參比電極53a和Pt輔助電極58a固定在殼內(nèi)。例如，6-32接頭和1/16”管可用來密封地在殼體內(nèi)固定所述線電扱。人們將會(huì)理解，可以利用適當(dāng)?shù)难b置，如導(dǎo)線套管(wire sleeve)在參比電極殼體內(nèi)固定電極。也將會(huì)理解，也可以用導(dǎo)線或其他適合的導(dǎo)體形成電極，如棒、管、箔、網(wǎng)或網(wǎng)格狀導(dǎo)體。在本實(shí)施例中，提供參比電極墊圈68，其確定了在Pd參比電極53a和Pt輔助電極58a之間延伸的薄層通道。類似如上所述的墊圈40，在利用參比電極的池的薄層通路，可以通過參比電極墊圈68內(nèi)的通道或由在電極殼體63中和/或?qū)щ娦詫?duì)電極的池本體35a中 加工微小的槽來形成。在任ー情況下，通道和出ロ均配置為最小化檢測(cè)池內(nèi)的死體積。在本發(fā)明的另ー示例性實(shí)施例中，檢測(cè)池30b與上面描述的三電極形式的、超低體積色譜檢測(cè)池的檢測(cè)池30和30a類似。如圖3所示，本發(fā)明的各種實(shí)施例中，構(gòu)成PdH電極的兩個(gè)電極均設(shè)置在和工作電極相同的聚合物塊中。并且如圖4所示，不同的實(shí)施方案的色譜系統(tǒng)包括多個(gè)檢測(cè)池30b、30b’，其彼此串聯(lián)，并且可操作地連接到其他組件，例如分離柱、電解抑制器(electrolytic suppressor),和/或它們的其他組件。人們將會(huì)理解，兩個(gè)、三個(gè)或更多的檢測(cè)池可以彼此串聯(lián)。在操作和使用中，檢測(cè)池30a、30b和30b’以與上面所討論的檢測(cè)池30基本上相同的方式使用。在許多方面，不同的圖的不同改動(dòng)特性與上述特性的那些類似，并且那些帶下標(biāo)“a”的相同附圖標(biāo)記指代相應(yīng)的部件。本發(fā)明前述的具體的示例性實(shí)施例的說明用于說明和描述的目的。它們并非旨在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制到所公開的精確形式，顯然，在上述教導(dǎo)下，許多修改和變化都是可能的。示例性實(shí)施例的選擇和描述是為了解釋本發(fā)明的某些原則和其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其它普通技術(shù)人員能夠制造和利用本發(fā)明中的各種示例性實(shí)施例，以及它們的各種替代和修改形式。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求和它們的等同物來定義。
權(quán)利要求
1.用于色譜系統(tǒng)的檢測(cè)池，其包括池本體，具有入口和出口，其中，池本體包括對(duì)電極；工作電極；在入口和出ロ之間延伸的樣品流動(dòng)管道，其與對(duì)電極和工作電極流體接觸；以及鈀/貴金屬參比電極系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)池，其特征在于，所述檢測(cè)池是三電極檢測(cè)系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)池，其特征在于，所述池本體是導(dǎo)電材料制成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)池，其特征在于，所述池本體是耐腐蝕的金屬或?qū)щ娦跃酆衔镏瞥傻摹?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測(cè)池，其特征在于，所述池本體由選自下組的材料形成,所述組由鈦、耐腐蝕合金、不銹鋼、負(fù)載碳的聚醚醚酮(PEEK)、聚噻吩、聚吲哚和聚萘組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)池，其特征在于，所述參比電極系統(tǒng)是鈀/鉬(Pd/Pt)參比電極系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)池，其特征在于，所述參比電極系統(tǒng)包括第一類參比電扱。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)池，其特征在于，所述參比電極系統(tǒng)包括鈀(Pd)參比電極和鉬(Pt)輔助電扱，參比電極和輔助電極均與所述樣品流動(dòng)管道電接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測(cè)池，其特征在于，鈀(Pd)參比電極包括延伸入池本體的參比電極孔中的導(dǎo)線。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測(cè)池，其特征在于，所述參比電極直接或間接地連接到電源的負(fù)極。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的檢測(cè)池，其特征在于，所述輔助電極直接或間接地連接到電源的正極。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)池，還包括對(duì)電極和工作電極之間設(shè)置的墊圈，并具有形成對(duì)電極和工作電極之間的薄層通道的切ロ，其特征在干，所述通道流體連接池本體的入口和出口，從而形成樣品流動(dòng)管道的部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)池，其特征在于，所述池本體包括入口和電極空腔，該電極空腔流體連接入口和出口，從而形成樣品流動(dòng)管道的部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的檢測(cè)池，其特征在干，至少Pd參比電極和Pt輔助電極之一是導(dǎo)線。
15.色譜系統(tǒng)，其包括根據(jù)權(quán)利要求13所述的檢測(cè)池。
16.色譜系統(tǒng)，其包括根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)池。
17.色譜系統(tǒng)，其包括多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求I所述的檢測(cè)池，其特征在于，所述檢測(cè)池串聯(lián)設(shè)置。
全文摘要
色譜系統(tǒng)用的檢測(cè)池，包括具有入口、出口和對(duì)電極的池本體，工作電極，與對(duì)電極和工作電極流體接觸的樣品流動(dòng)管道，其在入口與出口間延伸，以及鈀/貴金屬參比電極系統(tǒng)。還描述了使用檢測(cè)池的方法。
文檔編號(hào)H01M14/00GK102834964SQ201180018429
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者J.程, P.簡(jiǎn)迪克, C.A.波爾 申請(qǐng)人:迪奧尼克斯公司