Elektrocheminio impedanso spektro matuoklio kompiuterizavimo tyrimas

Abstract

Šiame darbe pateiktas elektrocheminio impedanso spektro matuoklio kompiuterizavimo tyrimas ir konstruktyvūs teorijos įgyvendinimo metodai. Sukurtas miniatiūrizuotas elektrocheminio impedanso spektro matuoklis, kuris gali būti taikomas kapiliarinės elektroforezės skirstymuose – kiekybinėje ir kokybinėje cheminėje analizėje. Impedanso matuoklis gali veikti vienu dažniu, arba skenuoti spektrą prie kelių sužadinimo dažnių. Identifikuotos sukurtos sistemos ir panašių, literatūroje aprašytų, sistemų pagrindinės problemos: (i) žemas detektoriaus jautrumas, (ii) apsunkintas cheminių medžiagų identifikavimo ir kiekybinio nustatymo procesas dėl temperatūros sukeltų bazinės linijos fluktuacijų ir (iii) smailių poslinkio laiko skalėje. Sukurti kompiuterizuoti metodai leidžia išspręsti esmines identifikuotas problemas: (i) adaptyvus analičių migracijos greičiui slenkančio vidurkio metodas padidina detektoriaus duomenų jautrumą; (ii) bazinės linijos temperatūros sukeltų fluktuacijų kompensavimo metodas ištiesina elektroferogramos bazinę liniją; (iii) elektroferogramos laiko skalės kompensavimo remiantis (a) darbine srove ir (b) elektroosmozės žyme ir atraminėmis smailėmis metodai grąžina smailes į jų tikrąsias laiko pozicijas. Sukurti metodai gali būti realizuoti (i) mikro-valdiklyje, (ii) duomenų surinkimo programinėje įrangoje ir (iii) duomenų apdorojimo programinėje įrangoje. Šiame darbe pademonstruota sukurtų metodų realizacija, pritaikymas, problemos ir kitos detalės.

In this work the research on computerization of electrochemical impedance spectra detector is described. The miniaturized impedance spectra detector was designed that can be coupled with capillary electrophoresis and applied for qualitative and quantitative chemical analysis. The detector can be operated using the single frequency and is able to scan spectrum using several different excitation frequencies. Main identified problems of the designed system and the similar systems described in the literature are following: (i) low sensitivity of the detection systems, (ii) problematic identification and quantification of the chemical compounds due to temperature induced baseline fluctuations and (iii) peak migration time shifting. Designed computerized methods are capable of solving key problems: (i) migration velocity-adaptive moving average method increases the sensitivity of the detector, (ii) baseline compensation method smoothens the electropherogram baseline, (iii) time scale compensation method based on (a) operating current and (b) reference peaks returns the peaks of chemical compounds to their true positions in the time axis. Designed methods can be realized in: (i) microcontrollers, (ii) data acquisition software and (iii) data analysis software. Realization, application, issues and other details are demonstrated in this work.