氣相色譜的7種檢測器的基礎知識該收藏一下
發布日期：2023-04-28
核心提示：被測組分經色譜柱分離后，是以氣態分子與載氣分子相混狀態從柱后流出的，人肉眼不可能識別。因此，必須要有一個裝置或方法，將混合氣體中組分的真實濃度（mg/mL）或質量流量（g/s）變成可測量的電信號，且信號的大小與組分的量成正比。此裝置稱氣相色譜檢測器，其方法稱氣相色譜檢測法。因此，氣相色譜檢測器是一種能檢測氣相色譜流出組分及其變化的器件。
檢測器通常由兩部分組成：傳感器和檢測電路。
傳感器是利用被測物質的各種物理性質、化學性質以及物理化學性質與載氣的差異，來感應出被測物質的存在及其量的變化。如熱導檢測器（TCD）就是利用被測物質的熱導系數和載氣熱導系數的差異；火焰電離檢測器（FID）、氮磷檢測器（NPD）等都是利用被測組分在一定條件下可被電離，而載氣不電離；火焰光度檢測器（FPD）就是利用被測物質在一定條件下，可發射不同波長的光，而載氣氮氣卻不發光等等。所以，傳感器是將被測物質變換成相應信號的裝置。它是檢測器的核心。檢測器性能的好壞，主要取決于傳感器。
檢測電路是將傳感器產生的各種信號轉變成電信號的裝置。從傳感器送出的信號是多種多樣的，有電阻、電流、電壓、離子流、頻率、光波等。檢測電路的作用是測定出這些參數的變化，并將其變成可測量的電信號。如，TCD中熱絲阻值的變化，利用惠斯頓電橋變成電信號；各種氣相電離產生的離子流，用電場收集、微電流放大器放大后，才顯示出它的變化；而FPD不同波長光的強度，即是利用光電倍增管進行光電轉換，然后微電流放大得到結果等。1.氫火焰離子化檢測器(FID)用于微量有機物分析；2.熱導檢測器(TCD)用于常量、半微量分析，有機、無機物均有響應；3.電子捕獲檢測器(ECD)用于有機氯農藥殘留分析；4.火焰光度檢測器(FPD)用于有機磷、硫化物的微量分析；5.氮磷檢測器(NPD)用于有機磷、含氮化合物的微量分析；6.催化燃燒檢測器(CCD)用于對可燃性氣體及化合物的微量分析；7.光離子化檢測器(PID)用于對有毒有害物質的痕量分析色譜檢測器分類；（1）按原理可分為光學檢測器(如，紫外、熒光、示差折光、蒸發光散射)、熱學檢測器(如，吸附熱)、電化學檢測器(如，極譜、庫侖、安培)、電學檢測器(電導、介電常數、壓電石英頻率)、放射性檢測器(閃爍計數、電子捕獲、氦離子化)以及氫火焰離子化檢測器。（2）按測量性質可分為通用型和專屬型(又稱選擇性)。通用型檢測器測量的是一般物質均具有的性質，它對溶劑和溶質組分均有反應，如示差折光、蒸發光散射檢測器。通用型的靈敏度一般比專屬型的低。專屬型檢測器只能檢測某些組分的某一性質，如紫外、熒光檢測器，它們只對有紫外吸收或熒光發射的組分有響應。（3）按檢測方式分為濃度型和質量型。濃度型檢測器的響應與流動相中組分的濃度有關，質量型檢測器的響應與單位時間內通過檢測器的組分的量有關。尾吹氣是從色譜柱出口處直接進入檢測器的一路氣體，又叫補充氣或輔助氣。填充柱不用尾吹氣，而毛細管柱則大都采用尾吹氣。這是因為毛細管柱的柱內載氣流量太低（常規柱為1~3mL/min)，不能滿足檢測器的最佳操作條件（一般檢測器要求20mL/min的載氣流量）。在色譜柱后增加一路載氣直接進入檢測器，就可保證檢測器在高靈敏度狀態下工作。尾吹氣的另一個重要作用是消除檢測器死體積的柱外效應。經分離的化合物流出色譜柱后，可能由于管道體積增大而出現體積膨脹，導致流速減緩，從而引起譜帶展寬。加入尾吹氣后就消除了這一問題。那么，尾吹氣流量多少合適呢？這要看所用檢測器和色譜柱的尺寸而定。比如，用0.53mm大口徑柱時，柱內流量可達15mL/min，這對微型TCD和單絲TCD 來說已經夠大了，就沒必要再加尾吹氣了。而對于FID、NPD、FPD則需要至少10mL/min的尾吹氣流量，對于ECD就需要20mL/min的尾吹氣（ECD一般需要載氣總流量大于25mL/min）。使用常規或微徑柱時，尾吹氣流量應相應增大。經驗參考值為：FID、NPD、FPD需要柱內載氣和尾吹氣的流量之和為30mL/min左右。ECD則需要40~60mL/min。當需要在最高靈敏度狀態下工作時，應針對具體樣品優化尾吹氣流量以及其他氣體流量。一般情況下，尾吹氣所用氣體類型應與載氣相同。尾吹氣流量是在安裝好色譜柱后，在檢測器出口處用皂膜流量計測定的。注意，測定尾吹氣流量時要關閉其他氣體（如，使用FID時要關閉空氣和氫氣），用0.32mm以下內徑的色譜柱時，可不關閉柱內載氣，這時測得的流量為柱內載氣和尾吹氣流量之和。(1)FID雖然是準通用型檢測器，但有些物質在此檢測器上的響應值很小或無響應。這些物質包括水久氣體、鹵代硅烷、H20、NH3、CO、CO2、CS、CCl4等，所以，檢測這些物質時不應使用FID。(2)FID是用氫氣和空氣中燃燒所產生的火焰使被測物質離子化的，故應注意安全問題。在未接上色譜柱時，不要打開氫氣閥門，以免氫氣進入柱箱。測定流量時，一定不能讓氫氣和空氣混合，即，測氫氣時，要關閉空氣，反之亦然。無論什么原因導致火焰熄滅時，應盡快關閉氫氣閥門，直到排除了故障，重新點火時，再打開氫氣閥門。高檔儀器有自動檢測和保護功能，火焰熄滅時可自動關閉氫氣。(3)FID的靈敏度與氫氣、空氣和氮氣的比例有直接關系，因此，要注意優化。一般三者的比例應接近或等于l:10:l，如，氫氣30~40 mL/min，空氣300~400 ml/min，氮氣30~40 ml/min。另外，有些儀器設計有不同的噴嘴分別用于填充柱和毛細管柱，使用時應查看說明書。(4)為防止檢測器被污染，檢測器溫度設置不應低于色譜柱實際工作的最高溫度。一旦檢測器被污染，輕則靈敏度明顯下降或噪聲增大，重則點不著火。消除污染的辦法是清洗，主要是清洗噴嘴表面和氣路管道。具體方法是拆F噴嘴，依次用不同極性的溶劑（如丙酮、氯仿和乙醇）浸泡，并在超聲波水浴中超聲10min以上。還可用細不銹鋼理穿過噴嘴中間的孔，或用酒精燈燒掉噴嘴內的油狀物，以達到徹底清洗的目的。有時使用時間長了，噴嘴表面會積碳（一層黑色沉積物），這也會影響靈敏度。可用細砂紙輕輕打磨表面而除去。清洗之后將噴嘴烘干，再裝在檢測器上進行測定。
編輯：songjiajie2010
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