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主题：【第三届原创参赛】新一代液相色谱通用检测器——电雾式检测器

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work037

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发表于：2010/12/03 09:29:54 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

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新一代液相色谱通用检测器——电雾式检测器

高效液相（HPLC）检测是一种可以通过HPLC体系将被分析物质分别分离并检测的方法。其检测原理是依据被分析物质在流动相与分离柱之间分配系数不同通过分离柱的时间不同，进而将其单独分离并检测。HPLC体系主要包括三大部分：泵、分离柱和检测器，其中检测器分为通用型和专用型。通用型检测器要求对大部分物质都有响应，专用型检测器仅对一部分物质有响应信号。随着检测技术的发展，人们对检测器的要求也越来越高。检测器的发展经历了从最初的紫外、示差、荧光到现在的电化学、蒸发光散射及本文所要介绍的电雾式检测器。

1 、检测原理

第一篇有关电雾式检测器（charged aerosol detector, CAD）的论文发表于2002年^[1]，当时将该技术称为aerosol charging detector。其技术的基础是evaporative light scattering detection (ELSD)、condensation nucleation light-scattering detection (CNLSD)、electrical aerosol analyzer (EAA)三者的结合。ELSD实际上是指我们所熟知的溶剂的蒸发通过采用相当高温的短漂移管和预加热的雾化载气，或者是高导热性载气的蒸发光散射检测器，而CNLSD实际上是指利用低温蒸发室，联合盘绕的曲长漂移管和惰性载气，可以有效的蒸发大多数低挥发性的溶质的低温分流型蒸发光散射检测器。EAA是一种在70年代就发展起来的用于测量溶胶离子大小的技术。

就其检验的原理图见图一。步骤如下：HPLC洗脱液经雾化器中氮气的作用而雾化，其中较大的液滴在碰撞器的作用下经废液管流出，较小的溶质（分析物）液滴在室温下干燥，形成溶质颗粒。同时，用于载气的氮气分流形成的第二股氮气流经过电晕式装置（含高压铂金丝电极）形成带正电荷的氮气颗粒，与溶质颗粒反向相遇时经碰撞使溶质颗粒带上正电。为了消除由带有过多正电荷的氮气所引起的背景电流，在含溶质颗粒的气流流入静电检测计之前，通过一种称之为离子井的装置（带有低负电压）使迁移率较大的颗粒（即粒度较小的氮气颗粒）的电荷中和，而迁移率小的带电颗粒把它们的电荷转移给一个颗粒收集器，最后用一个高灵敏度的静电检测器测出带电溶质的信号电流。由此产生的信号电流与溶质（分析物质）的含量成正比。

图一 CAD检测原理图

2003年ESA公司推出了商品化的CAD，并名称称为charged aerosol detector。2009年ESA被Dionex（戴安）收购后，又推出了CAD的新的改进型号，并结合Dionex在HPLC方面的优势衍生出了一些新的技术。

2 、特点

电雾式检测器（Corona）是新一代的通用型检测器。相对于示差和蒸发光两种通用型检测器而言，电雾式检测器具有灵敏度高、动态检测范围宽、应用范围广、重复性好、信号响应一致性好等特点。其检测原理是响应信号只与被分析物质的质量有关，而与被分析物质的化学结构无关。而对于其他选择性检测器如UV、电化学检测器，它也显示出了一定的优势。下面本文结合一些实例探讨CAD与其他各型检测器的优势和弱点。

2.1 CAD VS ELSD

CAD与ELSD同出一脉，都利用气溶胶的原理，所以在应用方面具有很多的相似性，但比较而言CAD的动态范围要比ELSD高一个数量级，而且灵敏度也更高，特别是同样是检测雾化的颗粒（气溶胶），他们的响应曲线理论上都不是线性的，但CAD的曲线更平直，也就是说在一定范围内（特别是低浓度），可以做线性拟合，这样避免了复杂的对数运算及使用外标二点、三点或五点法进行定量的实验过程。从仪器操作上CAD也更简单，CAD只要求对雾化器气流参数进行优化，而ELSD还需要对漂移管的温度进行优化，因此对实验条件的优化过程更复杂。Vervoort等^[2]以10种不同的药物系统的比较了ELSD与CAD的性能。结果在性噪比（S/N）、对数线性回归、精密度（RSD）方面CAD性能优于ELSD；准确度（回收率）方面两者性能相当；色谱峰拖尾因子方面CAD性能不如ELSD，这可能与CAD中雾化粒子与带电气体方向碰撞造成谱峰展宽有关。Takahashia^[3]分别使用CAD和ELSD作为超临界流体色谱的检测器用于测定聚乙二醇寡聚体，结果CAD的检测限比ELSD高10倍，并且CAD检查后计算出的聚乙二醇分子量的准确度比ELSD的为高。白长财^[4]利用CAD测定了三七药材中多种三七皂苷的含量，结果CAD的LOD和LOQ（最低检测限和最低定量限）优于ELSD甚至对某些成分优于UV。

2.2 CAD VS UV

与白长财的研究相似，Novákováa^[5]使用三种他汀类降脂药为模型化合物系统的了CAD与UV的性能差异。结果各项指标CAD与UV没有显著差异，并且LOQ指标方面CAD可以达到0.1μg/ml比UV检测高一倍。当然以上结果仅仅是个例，不能说明CAD的性能均高于UV，只能说对某些即使具有紫外吸收的化合物CAD也可以取代UV。

2.3 CAD VS 电导检测器

对于阳离子或阴离子的检测，一般是使用离子色谱配合电导检测器进行检测，但每次只能检测一种类型的离子（或阳离子或阴离子）。Zhang等^[6]使用混合模式色谱柱配合CAD同时检测了24种阴阳离子，大大提高了检测效率。

3 、 CAD的弱点及解决方案

如同ELSD一样，在原理上CAD的响应信号只与被分析物质的质量有关，而与被分析物质的化学结构无关，但这仅限于等度洗脱。因为其对化合物的响应性同时还依赖于流动相的组成，在反相梯度洗脱时，具体的表现为水相比例变大时，色谱峰的信号响应变小^[7]，这也是ELSD所面对的问题。Tadeusz^[8]等采用流动相补偿（mobile-phase compensation）技术，即在柱后加入与梯度洗脱曲线相反的梯度流动相进行“中和”使得进入CAD的流动相组成保持一致，最后CAD输出的信号保持一致。Dionex公司利用他们在HPLC设计上的特色，开发了“反梯度”技术，其实质就是前述的流动相补偿技术，使用双三元液相色谱技术分别控制“柱前梯度”与“柱后反梯度”。最后保证了检测的真实、准确。

设计上CAD只设计了对雾化器的条件控制，而对雾化室的温度没有进行控制，这一方面可能是出于对操作直观和方便的考虑，但这也带来了另一个问题，如果长期使用含水比例较高的流动相(水-有机相>80% )容易导致因检测器内水分挥发不充分而造成基线噪音的增大，可能会对检测器造成损伤。为此，建议可在检测器中增设升温装置，加快单位时间内流动相的挥发，但是否会影响溶质带电，尚不得知；另外，使用小流速或在色谱柱和检测器之间串联一个可调节的定量分流器，可减少进入检测器的流动相的总量，进而保护检测器。

4 、总结

虽然CAD已问世了有7年，但应用还不是非常广泛，应用上多见于对脂类化合物的检测，及于高温液相色谱的联用上。通过SCI检索，目前发表论文不超过50篇，国内也仅有6篇论文发表。使用中还有一些问题需要解决。但是，由于CAD对非挥发性物质具有一致的响应信号，且信号响应与被检测物质的化学性质无关，具有较宽的动态检测范围、高的灵敏度和精度、应用范围广、操作直观简单，仍然不失为是通用型检测器领域的佼佼者^[9,10]。

参考文献：

[1] Roy W. Dixon, Dominic S. Peterson Development and Testing of a Detection Method for Liquid Chromatography Based on Aerosol Charging [J]Anal. Chem. 2002, 74, 2930-2937

[2] N. Vervoort, D. Daemen, G. T¨or¨ok. Performance evaluation of evaporative light scattering detection and charged aerosol detection in reversed phase liquid chromatography. [J] Journal of Chromatography A, 1189 (2008) 92–100

[3] Kayori Takahashia, Shinichi Kinugasaa, Masaaki Sendab, etc. Quantitative comparison of a corona-charged aerosol detector and an evaporative light-scattering detector for the analysis of a synthetic polymer by supercritical fluid chromatography.[J]Journal of Chromatography A, 1193 (2008) 151–155

[4] 白长财，柴兴云，王海龙，等 . 利用电雾式检测器建立三七药材液相色谱指纹图谱. [J]中国药科大学学报, 2009 40(1): 54-5

[5]Lucie Novákováa, Sofía Arnal Lopézb, Dagmar Solichovác, etc Comparison of UV and charged aerosol detection approach in pharmaceutical analysis of statins. [J]Talanta 78 (2009) 834–839

[6] Ke Zhang, Lulu Dai, Nik P. Chetwyn Simultaneous determination of positive and negative pharmaceutical counterions using mixed-mode chromatography coupled with charged aerosol detector [J]Journal of Chromatography A, 1217 (2010) 5776–5784

[7] Clifford R. Mitchell, Ye Bao1, Nancy J. Benz, Shuhong Zhang. Comparison of the sensitivity of evaporative universal detectors and LC/MS in the HILIC and the reversed-phase HPLC modes [J]Journal of Chromatography B, 877 (2009) 4133–4139

[8] Tadeusz Go′ recki, Frederic Lynen, Roman Szucs, etc. Universal Response in Liquid Chromatography Using Charged Aerosol Detection [J]Anal. Chem. 2006, 78, 3186-3192

[9] Michael Swartz. HPLC Detectors: A Brief Review [J] Journal of Liquid Chromatography & Related Technologies, 2010, 33:1130–1150

[10] Tanja Vehoveca, Aleˇs Obrezab. Review of operating principle and applications of the charged aerosol detector [J] Journal of Chromatography A, 1217 (2010) 1549–1556

该帖子作者被版主 有水有渝加 10积分， 2经验，加分理由：分享

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2010/12/3 10:56:03 沙发管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

我也说点东西：
1。据我了解Dionex收购ESA的CAD后并没有作内部的改进，只不过是把壳子换成与Dionex的HPLC模块一样的方方正正而已。

2。国内有CAD检测器的也就10几家左右，大部分集中在科研院所，大家只是用来做科研性的研究，真正的应用是在制药厂，但是针对于灵敏度一般可以比ELSD提高10倍以上，国外各个大药厂做药物研发的都用CAD是不错的，但是在国内你可以看看用ELSD的都少，所以国内药厂还是买不起，一台CAD起码是2台ELSD的价格。

3。反梯度技术也不是Dionex公司开发的，好多国外做ELSD的厂家都提出反梯度补偿有机相的方法。

4。ESA的第一代CAD检测器没有氮气辅助排废液和雾化器加温，而它的第二代，CAD PLUS，雾化器那里添加了氮气辅助废液排出雾化器和大约40度雾化器控温。这一点也是针对有些用户流动相中有大量水的时候，基线总是会出现一些由于雾化蒸发不均匀的小液滴产生的尖峰。有些用户有时候不注意废液瓶里的液位经常会导致雾化器被流动相淹没，很惨的。

5.CAD同时检测阴阳离子这一点比IC好多了，但是，有些客户如果对检测原理还有印象的话，就会发现它是将正电荷转移到分析物质上，因为做阴阳离子同时检测是用的HILIC色谱柱将两种离子分开，那么有些人就有疑问，阴离子会不会被阳离子中和，从而导致灵敏度降低呢？这个问了Dionex的工程师没有人给出正确的答案？其实，这个答案就在操作说明书上，Dionex的工程师应该多了解一下这款仪器，这也没有什么，毕竟是一个新东西。

6.CAD想操作简单是简单，你也不用优化雾化器参数，但是如果你想做的更好，好多东西可以优化，至少增益也需要调呀。

7。好东西，价格贵，相当于简单的质谱。想在中国推广，技术支持需要加大投入哟。

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2010/12/3 13:22:34 板凳管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

一看标题就知道是来推戴安的。

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2010/12/3 13:50:08 马扎管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

首先，我不代表戴安，目前为止我还没有用过CAD，文中所有内容来自文献，请3楼的朋友勿妄言。

其次，2楼谈的第3点，的确。文献中并没有说梯度补偿技术是戴安搞得，我文中也没有说是戴安搞的，只不过我觉得戴安的双三元很适合用于梯度补偿。

再次，我也很想问问做过CAD的老师，CAD如何清洗，因为我没有看过CAD实际的内部构造图，它的电荷补集网脏了，怎么洗，要知道ELSD中，我也是不是的要洗洗光池的。

最后，我写这篇只是因为我对CAD有兴趣，也问过他的价格，好像要$4-5万，的确不便宜，所以至今没能有机会玩玩。

该帖子作者被版主 xue2009加 5积分， 2经验，加分理由：鼓励推荐这种检测器

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2010/12/3 14:03:49 地毯管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

楼主如果想了解实际应用，可以请教johne0212专家，他用过。
楼主能不能把你那个图补上？
内部结构示意图相关帖子：
http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20100511/2548726/

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2010/12/3 14:06:46 Last edit by xky0230699

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2010/12/3 22:41:15 地板管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

原文由 work037(work037) 发表:
首先，我不代表戴安，目前为止我还没有用过CAD，文中所有内容来自文献，请3楼的朋友勿妄言。

其次，2楼谈的第3点，的确。文献中并没有说梯度补偿技术是戴安搞得，我文中也没有说是戴安搞的，只不过我觉得戴安的双三元很适合用于梯度补偿。

再次，我也很想问问做过CAD的老师，CAD如何清洗，因为我没有看过CAD实际的内部构造图，它的电荷补集网脏了，怎么洗，要知道ELSD中，我也是不是的要洗洗光池的。

最后，我写这篇只是因为我对CAD有兴趣，也问过他的价格，好像要$4-5万，的确不便宜，所以至今没能有机会玩玩。

原来公司有一台Demo机是给客户做实验的，我就经常倒腾它，有些时候客户返修的机械也要我们给清洗雾化器和电网。

回答你第一个问题，Dionex的双三元是否适合做柱后梯度补偿？这一点你可以这样看双三元就是多了一个泵，如果你有一台任何的HPLC系统，再多配置一个泵也会和双三元差不多，但是要承认变色龙有控制第二个泵的功能并且适合做一些柱切换和双柱并用的功能，如果你单独添加一个泵可就没有工作站控制了。个人认为双三元也和认为添加一个泵的效果差不多，因为柱后加溶剂的原理就和欧洲药典柱后加碱用ECD做一些抗生素类药物一样，你首先要选择三通和控制柱后产生的压力，并且如果你用的是脉冲泵的话不加阻尼器或者混合腔会对基线造成很大的波动，所以单单双三元是搞不定，必须有一些三通稳压的部件配合使用，这个在市面上都有，著名的INDEX公司就是几乎所有厂家自动进样器上的6通阀Rheodyne公司就做这些东西。

至于你担心的要清洗电荷捕集网，这个真不是你能做的，这个需要大拆的，至今也没有人清洗过它，这个脏的可能性极小，一般都是在雾化器那里脏的，ELSD清洗检测池也不需要太频繁，除非你做的样品太脏，毕竟用Acetone高温清洗对人和环境都不好。

新东西大家都感兴趣的，Dionex东西不错，收购ESA的库仑电化学和CAD眼光不错呀。

该帖子作者被版主 xue2009加 5积分， 2经验，加分理由：谢谢详细的介绍

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