專利名稱：非接觸檢測(cè)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)流道中一個(gè)或多個(gè)樣品化合物電性能的非接觸檢測(cè)單元，涉及一種包括非接觸檢測(cè)單元的分離系統(tǒng)和涉及一種用于增加非接觸檢測(cè)單元的靈敏度的方法。
背景技術(shù)：
樣品化合物的電性能的非接觸檢測(cè)已經(jīng)成為光學(xué)檢測(cè)技術(shù)的重要替代技術(shù)。例如，在分析流體樣品中的離子領(lǐng)域，非接觸電導(dǎo)率檢測(cè)(CCD)已成為有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。本發(fā)明能夠應(yīng)用到任何電性能的非接觸檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種流道中的一個(gè)或多個(gè)樣品化合物的電性能的改進(jìn)的非接觸檢測(cè)。本目的通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求解決。通過(guò)從屬權(quán)利要求示出優(yōu)選實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，提供一種用于檢測(cè)流道中一個(gè)或多個(gè)樣品化合物的電性能的非接觸檢測(cè)單元。該非接觸檢測(cè)單元包括適用于將AC電流電容耦合到流道的檢測(cè)通道的發(fā)射電極，和適用于接收已經(jīng)耦合到檢測(cè)通道的AC電流的接收電極。檢測(cè)通道至少一部分的內(nèi)剖面不同于流道向著檢測(cè)通道的內(nèi)剖面。
當(dāng)檢測(cè)流道的至少一部分的內(nèi)剖面獨(dú)立于前面流道的尺寸而改變時(shí)，可以根據(jù)由各非接觸檢測(cè)技術(shù)所提出的需要優(yōu)化檢測(cè)通道的幾何形狀。
存在描述非接觸檢測(cè)單元各種不同的參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)調(diào)整檢測(cè)通道的幾何形狀能夠影響所述參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)。一個(gè)重要的參數(shù)是非接觸檢測(cè)單元的分離能力，該分離能力決定所獲結(jié)果的解析度。另一個(gè)方面是發(fā)射電極和接收電極之間的串?dāng)_，該串?dāng)_劣化所獲結(jié)果或譜的質(zhì)量。如果由發(fā)射電極發(fā)射的AC電場(chǎng)直接被接收電極接收而沒(méi)有通過(guò)樣品體積，則會(huì)發(fā)生串?dāng)_。
另一個(gè)重要參數(shù)是檢測(cè)單元的靈敏度。具有高靈敏度的檢測(cè)單元允許檢測(cè)樣品化合物的小濃度。單元的靈敏度越高，各種化合物的各檢測(cè)限度(LOD)將越小。靈敏度與測(cè)量的信噪比緊密相關(guān)，由此，大的信噪比對(duì)應(yīng)于高的靈敏度。
通過(guò)獨(dú)立于前面流道的剖面而選擇檢測(cè)通道至少一部分的內(nèi)剖面，獲得附加自由度。該附加自由度能夠例如用于改進(jìn)檢測(cè)單元的性能，例如用于以下當(dāng)中一個(gè)增加分離能力，改進(jìn)信噪比，減少串?dāng)_等。除此之外，附加的自由度還可以用于改進(jìn)檢測(cè)單元還未提及的任何其它性能，以為了在給定的情形下改進(jìn)檢測(cè)單元的性能。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，通過(guò)縮小發(fā)射電極和接收電極之間的檢測(cè)流道的內(nèi)剖面而增加檢測(cè)通道中的樣品體積的電阻。通過(guò)使檢測(cè)通道變窄，樣品體積拉長(zhǎng)和擴(kuò)展，樣品體積的電阻增加。結(jié)果，由各種樣品化合物引起的電阻變化得到增強(qiáng)，因而能夠更精確地監(jiān)測(cè)。信噪比級(jí)增加，并且檢測(cè)單元的靈敏度得到改進(jìn)。而且，通過(guò)使檢測(cè)通道變窄，分析物的電阻變成對(duì)電阻之間所測(cè)量的總阻抗具有最重要的影響作用。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)射電極和接收電極布置成軸向幾何形狀。在檢測(cè)單元保持足夠小的情況下，軸向的靠近允許以良好的解析度記錄分析物帶。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，發(fā)射電極和接收電極分開足夠大，以用于減少或甚至避免有關(guān)串?dāng)_的失真。一方面，通過(guò)增加電極之間的距離，能夠減少串?dāng)_量。另一方面，通過(guò)增加電極之間的距離，可以增加檢測(cè)單元的體積，結(jié)果，所獲的測(cè)量結(jié)果的解析度會(huì)降低。然而，通過(guò)縮小內(nèi)剖面，能夠保持小的檢測(cè)單元體積，而不使電極靠得太近。因而，可以提供具有小的檢測(cè)單元體積和以相當(dāng)大距離軸向分開的電極的檢測(cè)單元。結(jié)果，檢測(cè)單元具有對(duì)串?dāng)_較低的敏感性，并且產(chǎn)生高解析度的測(cè)量結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，在整個(gè)檢測(cè)通道上保持小的檢測(cè)通道的內(nèi)剖面。在整個(gè)檢測(cè)通道內(nèi)，內(nèi)剖面保持恒定。這可以例如從制造的角度是有利的。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，檢測(cè)通道的內(nèi)剖面沿軸向變化，其變化方式是使得在電極的位置處，內(nèi)剖面內(nèi)徑大，而在電極之間，內(nèi)剖面內(nèi)徑小。因而，獲得沙漏形檢測(cè)通道。這種幾何形狀還可以稱為“倒立的泡泡”。通過(guò)增加環(huán)形電極定位的位置處的內(nèi)徑，發(fā)射電極和樣品之間的電容耦合得到改進(jìn)，并且接收電極和樣品之間的電容耦合也得到改進(jìn)。各電極與樣品一起表示電容。通過(guò)增加電極定位處的檢測(cè)通道的內(nèi)徑，各電容的有效“表面”增加，而樣品和電極之間的距離減小。結(jié)果，各電容值增加。由于改進(jìn)的電容耦合，能夠更精確地測(cè)量電極之間樣品的電阻，這是因?yàn)闃悠冯娮杼峁┝穗姌O之間總(復(fù))阻抗的主要影響作用。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，檢測(cè)通道借助于在發(fā)射電極和接收電極之間的部分具有縮小的內(nèi)剖面的毛細(xì)管而實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)遷移流道的一個(gè)普通的方法是使用玻璃毛細(xì)管。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在發(fā)射電極和接收電極之間，毛細(xì)管內(nèi)徑約等于0.1微米到200微米，進(jìn)一步優(yōu)選為1.0微米到20微米。在電極之間，毛細(xì)管的外徑與毛細(xì)管的內(nèi)徑比約等于1.1到50，優(yōu)選為1.5到10。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，檢測(cè)通道的形狀使用微結(jié)構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，該微結(jié)構(gòu)技術(shù)對(duì)于制造微流體芯片器件是普遍的。這種微結(jié)構(gòu)技術(shù)可以例如包括蝕刻、激光切除、直接模制。使用這些技術(shù)，能夠以較高的精確度形成檢測(cè)通道。微系統(tǒng)技術(shù)允許非接觸電極相對(duì)于檢測(cè)體積精確地定位。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，檢測(cè)通道作為微流體芯片器件的一部分而實(shí)現(xiàn)。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，電性能是以下當(dāng)中至少一個(gè)電導(dǎo)率、復(fù)電導(dǎo)率、阻抗、電阻、電抗、相對(duì)介電常數(shù)。當(dāng)分析物帶通過(guò)檢測(cè)單元時(shí)，可以改變這些電性能中任何一個(gè)。因而，通過(guò)監(jiān)測(cè)各電性能，可以檢測(cè)各分析物帶。具體地，檢測(cè)單元可以例如適用于檢測(cè)樣品化合物的電導(dǎo)率。在這個(gè)情況下，檢測(cè)單元通常稱為非接觸電導(dǎo)率檢測(cè)(CCD)單元。不過(guò)，本發(fā)明不限于CCD檢測(cè)。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)樣品化合物已經(jīng)在前面分離流道中分離。首先，當(dāng)各種樣品化合物遷移通過(guò)分離流道時(shí)，它們被分離。接著，能夠由檢測(cè)單元分析分析物帶。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，檢測(cè)通道的內(nèi)剖面小于流道向著檢測(cè)通道的內(nèi)剖面。在分離流道中，有利地使用大孔毛細(xì)管，這是因?yàn)榇罂酌?xì)管提供足夠的樣品裝載能力。大孔毛細(xì)管允許將足夠體積的界限分明的樣品塞注入到分離流道。然而，在檢測(cè)流道中，尤其是關(guān)于串?dāng)_、靈敏度、分離能力等，利用具有相當(dāng)小內(nèi)徑的毛細(xì)管是有利的。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，檢測(cè)通道的內(nèi)剖面還可以大于流道向著檢測(cè)通道上的內(nèi)剖面。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的分離系統(tǒng)包括適用于分離給定樣品的樣品化合物的分離流道和上述類型的非接觸檢測(cè)單元。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，分離系統(tǒng)是以下至少一種電泳系統(tǒng)、液相色譜系統(tǒng)、電色譜系統(tǒng)或這些系統(tǒng)的組合。非接觸檢測(cè)單元能夠與這些技術(shù)的每一個(gè)一起使用。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，采用分離系統(tǒng)用于離子分析。樣品中離子或可電離的化合物的出現(xiàn)改變樣品的電導(dǎo)率，為此，非接觸檢測(cè)尤其是CCD很適合于檢測(cè)與不同類型的離子或可電離的化合物對(duì)應(yīng)的分析物帶。可以例如采用離子分析用于分析飲料(啤酒、酒、礦質(zhì)水、汁等)、用于分析電廠的冷卻水等。
而且，本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于增加非接觸檢測(cè)單元的靈敏度的方法，且所述檢測(cè)單元適用于檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)樣品化合物的電性能。檢測(cè)單元包括適用于將AC信號(hào)電容耦合到檢測(cè)通道的發(fā)射電極和適用于響應(yīng)于已經(jīng)耦合到檢測(cè)通道的AC信號(hào)接收AC響應(yīng)信號(hào)的接收電極。該方法包括在檢測(cè)通道的至少一部分中相對(duì)于流道向著檢測(cè)通道的內(nèi)剖面縮小檢測(cè)通道內(nèi)剖面的步驟。


通過(guò)參照下面詳細(xì)的描述，結(jié)合附圖思考，本發(fā)明的其它目的和許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)將易于理解，并且變得更好了解。大體或功能相同或類似的特征將以相同的參考符號(hào)指示。
圖1示出包括非接觸檢測(cè)單元的測(cè)量裝置；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的檢測(cè)流道；圖3描述對(duì)于三個(gè)不同內(nèi)徑的檢測(cè)通道的已經(jīng)記錄的三個(gè)電泳譜圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的檢測(cè)流道；圖5示出非接觸檢測(cè)單元的等效電路。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，描述包括非接觸檢測(cè)單元的測(cè)量裝置。非接觸檢測(cè)單元1適用于檢測(cè)具有已經(jīng)遷移通過(guò)前面分離流道2的化合物，由此分離流道2可以例如是毛細(xì)管電泳(CE)系統(tǒng)、或者液相色譜(LC)系統(tǒng)等的一部分。非接觸檢測(cè)單元1包括發(fā)射電極3和接收電極5，該發(fā)射電極3適用于向檢測(cè)體積4施加AC電場(chǎng)，接收電極5適于檢測(cè)通過(guò)檢測(cè)體積4的AC電流。發(fā)射電極3和接收電極5以軸向幾何形狀布置，這意味著它們?cè)诹鲃?dòng)的方向上間隔一定的距離。發(fā)射電極3連接到高頻(HF)AC電源6，該高頻(HF)AC電源6向發(fā)射電極3提供HFAC電壓信號(hào)7，由此HFAC電壓的頻率可以在例如從幾kHz到幾百M(fèi)Hz范圍。HFAC電壓信號(hào)的振幅由輸入到HFAC電源6的控制電壓8決定。
接收電極5連接到電流/電壓轉(zhuǎn)換器9，電流/電壓轉(zhuǎn)換器9適用于將所接收的AC電流轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的電壓信號(hào)。這種電壓信號(hào)提供到整流器和濾波器單元10。在整流器和濾波器單元10的輸出端，獲得模擬的DC信號(hào)11，所述DC信號(hào)11表示檢測(cè)體積4的電導(dǎo)率。通過(guò)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12，模擬DC信號(hào)11轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電導(dǎo)率讀數(shù)13。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的非接觸檢測(cè)單元的幾何形狀。在圖2中，分離流道14的一部分連同非接觸檢測(cè)單元15一起示出。非接觸檢測(cè)單元15包括以環(huán)形電極實(shí)現(xiàn)的發(fā)射電極16。環(huán)形電極和溶質(zhì)形成電容，并且經(jīng)由所述環(huán)形電極，AC電流能夠電容耦合到溶質(zhì)。接收電極17沿軸向與發(fā)射電極16分開一軸向距離L。接收電極17還以環(huán)形電極實(shí)現(xiàn)，且所述環(huán)形電極和溶質(zhì)形成電容。電容耦合到溶質(zhì)的接收電極17，可以接收和檢測(cè)已經(jīng)由發(fā)射電極16耦合到溶質(zhì)的AC電流。
通過(guò)作為時(shí)間函數(shù)來(lái)記錄溶質(zhì)的電性能，可以檢測(cè)各種分析物帶。非接觸檢測(cè)單元15的分離能力主要由包含在發(fā)射電極16和接收電極17之間的檢測(cè)體積決定。當(dāng)然，一般人會(huì)認(rèn)為為了提高解析度，兩個(gè)電極要靠得相當(dāng)近。然而，如果電極互相靠得太近，稱為串?dāng)_的現(xiàn)象將使所獲得的信號(hào)劣化。如果由發(fā)射電極發(fā)射的AC電場(chǎng)直接由接收電極接收而沒(méi)有通過(guò)樣品體積，則發(fā)生串?dāng)_。
下面示例計(jì)算將有助于理解如何能夠確定遷移通過(guò)分離流道的分析物帶的半寬度。由于擴(kuò)散的軸向分散S2通過(guò)以下公式給出S2＝2D·t其中，D是擴(kuò)散系數(shù)，t是遷移時(shí)間介質(zhì)分子分析物的典型擴(kuò)散系數(shù)在2×10-10m2s-1到5×10-10m2s-1的范圍內(nèi)，典型的遷移時(shí)間在30s到100s的范圍內(nèi)。當(dāng)這些范圍的下限代入到上述方程時(shí)，獲得分析物帶的軸向擴(kuò)散S2＝1.2×10-8m2。在假定分析物帶是高斯形狀的情況下，分析物的半寬度p可以表示為p＝2.35s≈0.25mm。
該結(jié)果示出為了以良好的解析度檢測(cè)分析物帶，檢測(cè)單元的兩個(gè)電極必須移動(dòng)，相互間靠得很近。然而，如果電極靠得太近，將發(fā)生串?dāng)_，這意味著由發(fā)射電極發(fā)射的HF電場(chǎng)將直接耦合到接收電極，所檢測(cè)的AC信號(hào)將受到干擾。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在兩個(gè)電極之間的流道的至少一部分中，減小檢測(cè)流道的內(nèi)徑。結(jié)果，檢測(cè)單元體積減少而不必將電極靠得太近。
在圖2所示的實(shí)施例中，檢測(cè)流道的內(nèi)徑IDDET比前面分離流道的內(nèi)徑IDSEP小得多。在流道的兩個(gè)部分之間，形成肩部18。檢測(cè)單元相當(dāng)小的體積允許以足夠的解析度單獨(dú)地檢測(cè)分析物帶的每一個(gè)。通過(guò)減小檢測(cè)單元體積，提高了儀器的分離能力。發(fā)射電極16和接收電極17能夠相互間隔得足夠地布置以避免，或至少減少，它們之間的串?dāng)_，由此，檢測(cè)單元體積還保持足夠小，以用于獲得良好的解析度。
為什么發(fā)射電極16和接收電極17之間的距離L不應(yīng)該太小，還有另一個(gè)原因。通過(guò)檢測(cè)單元的AC電流趨于加熱檢測(cè)單元。因而，必須提供冷卻設(shè)備，尤其是在發(fā)射電極16和接收電極17之間的檢測(cè)流道部分。在這方面，兩個(gè)電極之間的距離L不太小是有利的。
由于分離流道14的內(nèi)徑IDSEP相當(dāng)大，并且超過(guò)檢測(cè)流道的內(nèi)徑IDDET，所以，可以將相當(dāng)大體積的樣品塞注入到分離流道中，由此，樣品塞在軸向上不會(huì)擴(kuò)展太多。由于IDSEP＞IDDET，獲得優(yōu)良限定的注入塞。分離流道的大孔毛細(xì)管的樣品裝載能力能夠與在檢測(cè)流道中采用的窄孔毛細(xì)管的優(yōu)良的分離能力和靈敏度結(jié)合在一起。
分離流道和檢測(cè)流道能夠借助于具有兩個(gè)不同內(nèi)剖面的玻璃毛細(xì)管實(shí)現(xiàn)。在檢測(cè)單元部分的內(nèi)徑IDDET可以例如等于50微米，而玻璃毛細(xì)管的外徑OD可以有360微米大，以避免破裂性的排出(或者HV破損)。
除了利用玻璃毛細(xì)管，電遷移通道和檢測(cè)流道可以借助于微流體芯片器件而實(shí)現(xiàn)。微流體芯片器件允許采用更便利的方法形成流道幾何形狀。微流體芯片一般包括布置在夾層結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)或多個(gè)襯底。該結(jié)構(gòu)能夠例如通過(guò)蝕刻、激光切除或通過(guò)直接模制而制作。接著，不同的襯底被退火或接合。微系統(tǒng)技術(shù)允許電極相對(duì)于檢測(cè)通道精確地定位。
在非接觸檢測(cè)領(lǐng)域另一個(gè)重要的性能是所記錄信號(hào)的信噪比。信噪比是系統(tǒng)靈敏度的量度，由此，大信噪比對(duì)應(yīng)于高靈敏度。在圖3中，示出三個(gè)不同的電泳非接觸電導(dǎo)率檢測(cè)器軌跡。在下面，更詳細(xì)給出測(cè)量的條件緩沖液Agilent堿性陰離子緩沖液(PN 5064-8209)樣品磷酸鹽100mg/l碳水化合物各200mg/l其他各50mg/l預(yù)處理使緩沖液流動(dòng)4分鐘毛細(xì)管熔融硅注入400mbar*s溫度30℃電壓-20kV(反向電極)電流-36uA檢測(cè)CCD數(shù)據(jù)速率2Hz
相應(yīng)的CCD信號(hào)描述為時(shí)間的函數(shù)，由此曲線19對(duì)應(yīng)于75微米的內(nèi)徑，由此曲線20涉及ID＝50微米，由此曲線21是利用內(nèi)徑為20微米的毛細(xì)管記錄的。為了簡(jiǎn)化曲線19、20、21的各信噪比的比較，曲線單個(gè)地以一定方式按比例縮放，使得其各噪聲級(jí)達(dá)到一個(gè)共同的值。引入了一個(gè)偏移來(lái)將這些軌跡置于一個(gè)共同的窗口內(nèi)。
已經(jīng)記錄的窄孔毛細(xì)管(ID＝20微米)的電泳譜圖示出最大峰值，而所獲得的大孔毛細(xì)管(ID＝75微米)的電泳譜圖包括相對(duì)小高度的峰值。通過(guò)利用具有小內(nèi)徑(ID＝20微米)的檢測(cè)流道，能夠獲得優(yōu)異的信噪比，而具有大直徑(ID＝75微米)的毛細(xì)管導(dǎo)致了相當(dāng)小的信噪比。結(jié)論是通過(guò)減小檢測(cè)流道或其零件的內(nèi)徑，可以改進(jìn)非接觸檢測(cè)的分離能力(解析度)和靈敏度(信噪比)。盡管當(dāng)減小內(nèi)徑時(shí)包含在兩個(gè)電極之間的各樣品化合物的絕對(duì)量變得較小，但仍獲得優(yōu)異的信號(hào)質(zhì)量。
靈敏度的增加還能夠就檢測(cè)限度(LOD)進(jìn)行表述。檢測(cè)限度定義為能將相應(yīng)的測(cè)量峰值與下面的噪聲級(jí)區(qū)別開的某物質(zhì)的最小濃度。通過(guò)減小檢測(cè)流道內(nèi)徑，用于各樣品化合物的檢測(cè)限度減少了。
圖4示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。已經(jīng)遷移通過(guò)分離流道22的樣品化合物隨后由非接觸檢測(cè)單元23分析。在電極24、25之間，檢測(cè)通道內(nèi)徑IDDET相對(duì)于前面的分離流道22的內(nèi)徑IDSEP減小。因而，檢測(cè)單元體積26的體積減少而沒(méi)有減小兩個(gè)電極24、25之間的距離。通過(guò)減少檢測(cè)單元體積26，能夠改進(jìn)非接觸檢測(cè)單元的解析度和靈敏度。而且，在電極24、25定位的流道位置處27、28，各內(nèi)徑IDC1和IDC2相對(duì)于電極24、25之間的流道部分的內(nèi)徑IDDET增加，獲得具有沙漏狀的幾何形狀的檢測(cè)單元。在這點(diǎn)上，圖4示出的實(shí)施例不同與圖2中的實(shí)施例。
因?yàn)镮DC1＞IDDET，由環(huán)形電極24和樣品形成的電容C1增加，結(jié)果，在電極24和樣品之間的電容耦合得到改進(jìn)。相應(yīng)地，因?yàn)镮DC2＞IDDET，由環(huán)形電極25和樣品形成的C2的電容也增加。圖4中的布置可以視為第一復(fù)電導(dǎo)率XC1=1i·ω·C1,]]>該第一復(fù)電導(dǎo)率XC1與電極之間樣品體積的電阻R和第二復(fù)電導(dǎo)率XC2=1i·ω·C2]]>串聯(lián)連接，其中，ω表示AC信號(hào)的頻率。通過(guò)增加C1、C2，電阻R的影響作用相對(duì)于XC1和XC2增強(qiáng)。這允許以改進(jìn)的精確度跟蹤電阻R的變化dR，電阻R的變化dR可以歸因于通過(guò)檢測(cè)單元的分析物帶。
在圖4中，內(nèi)徑IDSEP等于IDC1和IDC2。必須指出，能夠獨(dú)立于內(nèi)徑IDC1和IDC2地選擇分離流道的內(nèi)徑IDSEP。分離流道的IDSEP還可以不同于IDC1和IDC2。
圖5示出非接觸檢測(cè)單元的近似等效電路。原則上，發(fā)射電極和接收電極這兩個(gè)電極電容耦合到檢測(cè)通道中的實(shí)際電解質(zhì)電阻，形成了空間分布的RC網(wǎng)絡(luò)。這樣一種空間分布結(jié)構(gòu)難于精確地分析，因而我們假定在檢測(cè)通道中的樣品電阻率能夠等距離地分成形成單個(gè)電阻器的多個(gè)段R1-R6。所有的電阻器串聯(lián)連接。發(fā)射電極和接收電極與檢測(cè)通道中的溶液的耦合借助于一組電容C1-C8建模。Rg是電阻器，表示置于發(fā)射電極和接收電極之間的樣品電阻率。在兩個(gè)電極之間的可能的電容串?dāng)_由電容CV建模。進(jìn)一步地，U是高頻AC電源的電壓。接收器29讀取由接收電極所感測(cè)的電流。
這種等效電路(可以將分離通道劃分成更多段)允許以足夠的精確度對(duì)所有回路中所有復(fù)電流以及由接收電極所感測(cè)的電流進(jìn)行完整計(jì)算。這能夠優(yōu)化非接觸檢測(cè)單元的幾何形狀和其它常數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種非接觸檢測(cè)單元(15、23)，用于檢測(cè)流道中一個(gè)或多個(gè)樣品化合物的電性能，所述非接觸檢測(cè)單元(15、23)包括適用于將AC電流電容耦合到所述流道的檢測(cè)通道的發(fā)射電極(16、24)；適用于接收已經(jīng)耦合到所述檢測(cè)通道的所述AC電流的接收電極(17、25)；其中，所述檢測(cè)通道至少一部分的內(nèi)剖面不同于所述流道向著所述檢測(cè)通道的內(nèi)剖面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測(cè)單元，其中，以使所述發(fā)射電極和所述接收電極之間的所述樣品體積的電阻增加的方式，使所述檢測(cè)通道的內(nèi)剖面在所述電極之間變窄。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，所述發(fā)射電極和所述接收電極在所述流道中沿軸向互相隔開。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，在所述電極之間的軸向間隔足夠大，以避免或至少減少所述發(fā)射電極和所述接收電極之間的交叉耦合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，在所述整個(gè)檢測(cè)通道內(nèi)，保持小的所述檢測(cè)通道內(nèi)剖面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，在檢測(cè)通道的所述發(fā)射電極(24)和所述接收電極(25)定位的各位置(27、28)處，檢測(cè)通道的內(nèi)剖面大于所述檢測(cè)通道的所述電極之間部分的內(nèi)剖面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，所述檢測(cè)單元的幾何形狀以獲得所述檢測(cè)通道的沙漏形幾何形狀的方式軸向變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，所述檢測(cè)單元借助于在所述發(fā)射電極和所述接收電極之間部分具有縮小的內(nèi)剖面的毛細(xì)管而實(shí)現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，在所述電極之間所述檢測(cè)通道的部分中，所述毛細(xì)管內(nèi)徑約等于0.1微米到200微米，優(yōu)選地約等于1.0微米到20微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，在所述電極之間所述檢測(cè)通道的部分中，所述毛細(xì)管外徑與所述毛細(xì)管的內(nèi)徑的比約等于1.1到50，優(yōu)選地約等于1.5到10。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，所述檢測(cè)通道的形狀使用對(duì)于制造微流體芯片器件是普遍的微結(jié)構(gòu)技術(shù)而實(shí)現(xiàn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，所述檢測(cè)通道作為微流體芯片器件的一部分而實(shí)現(xiàn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，所述電性能是以下當(dāng)中至少一個(gè)電導(dǎo)率、復(fù)電導(dǎo)率、阻抗、電阻、電抗、相對(duì)介電常數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，所述檢測(cè)單元適用于檢測(cè)所述樣品化合物的電導(dǎo)率。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，所述一個(gè)或多個(gè)樣品化合物已經(jīng)在前面分離流道中分離。
16.根據(jù)權(quán)利要求1或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，所述檢測(cè)通道的內(nèi)剖面小于所述流道向著所述檢測(cè)通道的內(nèi)剖面。
17.根據(jù)權(quán)利要求1或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的檢測(cè)單元，其中，所述檢測(cè)通道的內(nèi)剖面大于所述流道向著所述檢測(cè)通道的內(nèi)剖面。
18.一種非接觸電導(dǎo)率檢測(cè)單元，用于檢測(cè)已經(jīng)在前面分離流道中分離的樣品化合物的電導(dǎo)率，所述非接觸電導(dǎo)率檢測(cè)單元包括適用于將AC電流電容耦合到檢測(cè)通道的發(fā)射電極；適用于接收已經(jīng)耦合到所述檢測(cè)通道的所述AC電流的接收電極，且所述發(fā)射電極和所述接收電極軸向隔開；檢測(cè)通道，其中，所述檢測(cè)通道的所述發(fā)射電極和所述接收電極之間的內(nèi)剖面小于所述分離流道的內(nèi)剖面。
19.一種分離系統(tǒng)，包括適用于分離給定樣品的樣品化合物的分離流道(14、22)；根據(jù)權(quán)利要求1至17中的任一項(xiàng)所述的非接觸檢測(cè)單元(15、23)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的分離系統(tǒng)，其中，所述分離系統(tǒng)是以下當(dāng)中至少一個(gè)電泳系統(tǒng)、液相色譜系統(tǒng)、電色譜系統(tǒng)、或所述這些系統(tǒng)的組合。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的分離系統(tǒng)，其中，所述分離系統(tǒng)適用于分離和/或分析離子。
22.一種用于增加非接觸檢測(cè)單元(15、23)的靈敏度的方法，所述檢測(cè)單元包括適用于將AC信號(hào)電容耦合到檢測(cè)通道的發(fā)射電極(16、24)和適用于響應(yīng)于已經(jīng)耦合到所述檢測(cè)通道的所述AC信號(hào)接收AC響應(yīng)信號(hào)的接收電極(17、25)，且所述檢測(cè)單元適用于檢測(cè)一個(gè)或多個(gè)樣品化合物的電性能，所述方法包括以下步驟在所述檢測(cè)通道的至少一部分中，相對(duì)于所述流道向著所述檢測(cè)通道的內(nèi)剖面縮小所述檢測(cè)通道的內(nèi)剖面。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述電性能是以下當(dāng)中至少一個(gè)電導(dǎo)率、復(fù)電導(dǎo)率、阻抗、電阻、電抗、相對(duì)介電常數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述檢測(cè)單元適用于檢測(cè)所述樣品化合物的電導(dǎo)率。
25.根據(jù)權(quán)利要求22或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述一個(gè)或多個(gè)樣品化合物已經(jīng)在前面的分離流道(14、22)中分離。
26.根據(jù)權(quán)利要求22或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述發(fā)射電極和所述接收電極在流道中互相軸向隔開。
27.根據(jù)權(quán)利要求22或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述發(fā)射電極和所述接收電極之間的所述樣品體積的電阻通過(guò)使所述電極之間的所述檢測(cè)通道的內(nèi)徑變窄而增加。
28.根據(jù)權(quán)利要求22或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，使所述檢測(cè)通道的體積減小，同時(shí)使所述電極之間的距離保持足夠大，以避免或至少降低所述發(fā)射電極和所述接收電極之間的交叉耦合。
29.根據(jù)權(quán)利要求22或上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，包括以下步驟通過(guò)在所述檢測(cè)通道的所述發(fā)射電極和所述接收電極分別定位的位置處增加所述檢測(cè)通道內(nèi)徑，增加所述電極和所述檢測(cè)通道之間的所述電容耦合。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于檢測(cè)流道中一個(gè)或多個(gè)樣品化合物電性能的非接觸檢測(cè)單元(1)。非接觸檢測(cè)單元(1)包括適用于將AC電流電容耦合到所述流道的檢測(cè)通道(4)的發(fā)射電極(3)，和適用于接收已經(jīng)耦合到檢測(cè)通道(4)的AC電流的接收電極(5)。檢測(cè)通道的至少一部分的內(nèi)剖面(ID
文檔編號(hào)G01N30/64GK1926425SQ200480042283
公開日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2004年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月5日
發(fā)明者帕特里克·卡爾滕巴赫, 克勞斯·威特, 博胡斯拉夫·蓋斯, 湯姆·范德谷爾 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司