色谱基线是否需要尽量平衡到零

色谱基线是否需要尽量调整到零 1 - 色谱基线 是否需要 尽量 调整到零 气相色谱检测器电气电路中惠斯登电桥的平衡 有关色谱基线是否需要调整到零的问题首先应知道色谱基线是 从 何而来的？答案是： 按当前的技术来说， 无论色谱基线在 谱图记录器的 什么位置，这个基线的讯号都是来自于惠斯登电桥的输出。 那么惠斯登电桥有什么特性呢？答案是：惠斯顿电桥是一种采用与已知电阻 比较的办法精确测定变化 的 电阻 特殊电路，如下图所示，其中 平衡电位器 ， 微调电位器 。 根据克希霍夫定律： 电路中任意一点上电流的总和等于零； 沿闭 合电路的电压总和等于零。 设 1 = 后将 3 = 及 是 者 1 + = 这时 A 点与 B 点上电压相等，流过检流计 G 的电流 0，电桥平衡；如果 A 点电压大于 B 点电压，引起 A、 B 间的电位差，于是就有电流 ，惠 斯顿电桥处于不平衡状态，于是 对于广泛用 于气相色谱法的热导检测器的 测量电桥 电路就是如此。 其 基本结构 如下 。 色谱基线是否需要尽量调整到零 2 - 这里的 是热导检测器的热丝，并且这些热丝的阻值都基本相等， 平衡电位器， 微调电位器， 以使 平衡的调节更精细， 供电电流的 调节电位器 。 当热导检测器的四个检测池中的热丝不完全相等的情况下，我们可以通过调节 输出到 G 的讯号等于零，这个零电位上的基线就是我们使用热导检测器时在谱图上获得的 0线。 如果现在有样品组分由载气携带着从柱尾流出进入热导检测器时，这个携带着组分蒸气色带的载气将通过 图中虚线标示的两个对称的检测池，即图中的 于混合了组分蒸气的载气通过热丝会改变 热丝的电阻值，例如现在混合组分的载气是通过 改变了电阻值，于是与对称的另一对热丝 电阻值比较，就会改变输出到 G 的讯号，于是我们就见到了整个组分色带通过时基线上出现的色谱峰。 如果我们在色谱过程中进样的组分是个确定的量，那么在谱图上给出的峰的最高点峰高将与这个组分的最大量 相对应 ，其峰的积分值将完全代表这个组分的量。 现在假设我们去除桥路上的 怎么样呢？如果热导桥路中没有 无法通过调节 此在一开始，基线 就 将不处于零，这时在 G 上给出的谱图中基线水平位置将处于 值比较的情况下，谱图上的基线将处于一个比值，这个比值为 3/4。 当组分随载气进入热导检测器时， G 给出的谱图就会出现一个组分的色谱峰，其最大峰高值将比桥路完全平衡的情况下缩减 或增大 一个 3/4 比值，于是误差就出现了。 当然，在实际情况下， 在已经经过 衡的热导电桥上 不可能会缩减到一个有那么大的比值而产生那么大的误差，但如果桥路 未 平衡到 真 正的 零，就会产生测量误差 的现象是真实的 ，其误差的大小与平衡的程 度 有关。 即 桥路调整到越接近零，则误差就越小；反之，误差就越大。 除此以外 ，桥路的调整如果 未 平衡到零，还有产生的是正误差还是负误差的问题，这要取决于您的色谱柱是安装成其尾部流出的载气是通过哪对检测池，并且要看您的平衡结果是偏向于正输出还是负输出。 在实际工作中，我们应该用 位器 把热导电桥调节 到 尽量 接近 于 零，如果在 G 上 发现 基线的水平位置 仍然 未处于 0情况下，我们可以通过用 进行微调，使 桥路达到 几乎 完全平衡。 接下来我们再来看看 所有 离子流放 大器 中 用于讯号放大的 是差动 放大 器 电路 ，它可以用于微直流讯号的放大。 色谱基线是否需要尽量调整到零 3 - 从图中可见， 差动放大器 实际上是由一对 对称的 单级放大器组成的。当 参数较接近时，两个三极管有几乎相等的内阻；如集电极内阻与 源由电位器 是差动放大器就相当于一个直流惠斯顿电桥。如果我们已经把 信号输入端没有讯号输入时，差动放大电路的输出为零，检流计 G 上 就 没有电流流过；当有讯号输入时，三极管 基极输入 发生 变化， 从而使 内阻 发生变化 ，检流计 G 即呈现 集电极输出 的 变化。 由于差动放大器的两个三极管以及电阻等元件不可能有完全相同的参数， 个电位器的调整被称为“放大器平衡”或“放大调零”，放大调零的目的是为了使差动放大器两侧尽量对称，以消除电源电压波动和环境温度波动引起的零点漂移。 根据这个结构，差动放大器电路的原理与惠斯登电桥的原理实际上是完全相同的，其不同处是差动放大器电路还具有讯号放大的功能。 对于火焰电离检测器（国内有许多人俗称为氢火焰离子化检测器）、火焰光度检测器 和 碱火焰电离检测器的离子流放大器，其主要 的电路就是差动放大器电路， 但又额外地添加了负反馈电路，因此这些检测器的离子流放大器也被称作为负反馈放大器。 当前在气相色谱仪中所用的离子流放大器中的差动放大器 通常有三级到四级。假若每级差动放大器的放大能力是 10 倍，于是一个三级差动放大器的放大能力就能达到 1000 倍，而一个四级差动放大顺的放大能力可达到 10000 倍。由于差动放大器的供电电流来自于交流电经整流和稳压，其供给的直流电中难免杂有交流电的残余，因此在讯号放大的过程中，由发射极提供的电流中会带来我们不需要的交流讯号，此外，又由于差动放大器较热导测量 电桥的结构复杂，其电路中的焊接的电气零件也较多，电气零件本身的温度和质量变化和焊点的内阻变化会给电路本身带来许多不良的 讯号波动，这被称为电气噪音。这些电气噪音在讯号放大的过程中也会按照同样的放大倍数被放大，从而使色谱基线变得不稳定和给出明显的带有噪音的基线，导致色谱峰的检出和峰值的积分变得困难。 为了能尽量减小差动放大器输出讯号中杂有的噪音，我们可以用添加负反馈电路的办法进行控制。 色谱基线是否需要尽量调整到零 4 - 如上图中我们的负反馈讯号取自于 位器，然后经输入负反馈电路的各级电阻送到来自检测器的讯号输入端， 这样非但能额外地增大讯号输 入，而且能使放大电路输出信号中的噪音反馈到差动放大电路中再次平衡，使这些噪音在平衡过程中尽量抵消而减弱。于是这里的 位器就成为整个差动放大器电路上的平衡电位器。在实际的检测器离子流放大器中，我们还可以用多个不同阻值的电位器串联去代替 位器，使整个差动放大器电路的平衡具有粗调和微调作用。 对于电子捕获检测器来说，由于它是负电势输出，因此其离子流放大器的结构虽然也是带有负反馈电路的多级差动放大器，只是其供电电路的相位与火焰电离检测器、火焰光度检测器和碱火焰电离检测器的离子流放大器相反而已。 在具体的操作 中，我们应该在什么时候对热导检测器的热导电桥和其它四种检测器的离子流放大器进行桥路平衡和差动放大器的平衡呢？这要取决于电路中所有电气零件在它们的阻值上平衡的时间。 电气零件在阻值上的平衡时间又是什么意思呢？ 任何电气设备的所有零件在常温下都有其一定的内阻阻值，这些零件在供电后会因为电流的通过而耗电产生热量，而温度的提升又会导致其内阻的增大，这个增大要延续到它们与周围环境温度相平衡后其内阻阻值才会稳定下来， 于是一台电气设备在工作状态下的平衡就需要“它们与周围环境温度相平衡”的时间，只有在超过这个时间后您对该设 备进行平衡的调节才会起到平衡的作用。并且严格地说，在每次对电气设备进行平衡后，由于供电的变化，您又需要等待一些时间才能重新达到平衡，但由于这时的所有电气零件的温度已经与周围环境相去不远，因此重新达到平衡的时间会比从常温下开始平衡的时间短得多。 由于是 这种情况，一台电气设备要达到完全平衡所需要的时间 与调整平衡的次数和周围环境温度的变化有关，为节省这个时间，实验室环境如果能保持比较恒定的温度，则平衡的时间就可以相应地缩短。 对于气相色谱仪的使用来说，除电气平衡外，还要考虑其它因素对惠斯登电桥平衡的影响。 二 气相 色谱 法 其它因素对 惠斯登电桥 的影响 流过热导检测器的气体的流速（包括载气、添加的尾吹气和补偿气） 和柱温 对惠斯登电桥平衡的影响 众所周知 ， 在应用热导检测器的气相色谱法时 我们 为了防止 固定相上流失的固定液蒸气和样品蒸气凝聚在 热导检测器 的检测池中 ，必须使热导检测器 的温度 至少 处于 不低于柱温，甚至需要保持在柱温 更高 的情况下 ，并且 由于热导检测器对温度变化的敏感性，对这种检测器的加热模块还需要 保持 一个 非常 恒定的温度 。 实际上 热导检测器自身温度的 恒定对其讯号测量电桥的 平衡来说是相当重要的 。 因为热导检测器自身温度有些许变化 就 会导致热导检测器热丝电阻阻值的变化，从而会破坏原有的平衡而使色谱基线是否需要尽量调整到零 5 - 色谱基线明显地倾斜漂移；然而这种情况已经由气相色谱仪的生产厂商在 加热电路设计上考虑到其严重性并予以解决；而其加热模块的温度设定值只要处于不低于柱温 并恒定的 情况下，即使 与方法确定的检测器温度值 有较大 偏 差 也不至于对热导检测器的测量电桥的平衡会有大的影响。 实际上容易影响热导检测器的 测量电桥平衡的重要 因素是载气流速和与它连接的色谱柱的柱温 。 当您应用一 个特定的 气相色谱法时，其方法一定会 确 定您 所 用 的 什么 载气，以及是否需要在柱尾到热导检测器之间添加尾吹气或补 偿气， 并且 会 规定所用载气、尾吹气和补偿气的流速 ， 而在启动气相色谱仪后直到仪器可以工作 的 这段时间内，所有 这些 气体的流速的变化和其柱箱 内 柱温的变化对惠斯登电桥的平衡是 会 有 相当 明显 的影响的。 在应用热导检测器的气相色谱法的开始过程中， 安装了色谱柱的柱箱的温度开始逐渐上升，其流过色谱柱的载气将 会 按设定的 压力 通过安装好的色谱柱，但由于色谱柱内填充的固定相会对气体的流过产生气阻，因此在柱中流动的载气从柱顶端到柱尾端间的流速将 会呈现 梯度变化 。 即在一定柱压下柱顶端的流速最小，而柱尾端的压力接近于环境的大气压，因此其载气的流 速最大。即从柱顶端到柱尾端的载气柱压是在逐渐变小，而流速是在逐渐变大。这种梯度变化在载气刚进入柱时 由于需要克服整根柱的阻力会 显得最为严重， 并 随着 柱箱内 柱温的上升，其 梯度变化的 严重性更 趋 增大， 然后是 随着时间的 延伸 ，柱内的载气流速的梯度变化将随着 柱内阻力的逐渐克服而慢慢趋缓 平衡 ，直到柱箱内温度完全均匀和平衡 和柱内的压降 也 完全平衡到梯度变化的差异变为最小时，流过热导检测器检测池的载气流速才能达到最大，即达到我们方法规定的流速。 根据这样的过程 可知 ，我们从气相色谱方法中看到的载气流速 设定值 应该是柱箱的柱温达到完全均 匀平衡和进入柱顶端到柱尾端的载气在柱温完全均匀平衡下达到最小梯度变化后的流速，而只有达到这样的载气流速和完全稳定不变的尾吹气和补偿气的流速下，热导检测器的热丝才能在工作状态下获得真正 稳定 的 阻值 ， 并且由这 些热丝 构成的惠斯登电桥 才能达到真正的平衡，才会给出恒定不变的平直而水平的基线。 也只有在这样的条件下 把热丝构成的 惠斯登电桥 调整到 零的 平衡 状态 才能保持 其 不变， 使 基线一直保持在 尽量接近到 0 。 于是，在整个气相色谱仪在维持着这一整套气相色谱操作条件下色谱基线才是恒定地处于平直而水平的情况下，它有利于获得准确而 可靠的组分峰保留时间和 峰积分值；然而，只要柱温出现变化（例如柱箱加热控制电路的故障）或者载气的流速出现变化（例如进样器进样封垫漏气或载气的气体导管管节处漏气等），就会导致载气梯度变化的差异出现变化，最终到达检测器的载气流速就会发生变化，于是检测器内检测池中的热丝阻值就会出现变化，于是电桥的平衡会被破坏，基线开始倾斜而无法保持原来的平直和水平。 如果您的方法需要使用尾吹气或补偿气，它们的流速有任何变化同样也会破坏电桥的平衡，导致基线无法保持平直和水平。 如果您没有相当的耐心等待柱箱内温度的完全平衡和恒定，以及 没有等待载气完全平衡达到梯度变化差异最小的耐心，那么尽管您作了最细致的热导测量电桥的平衡调节，其基线零电位的值也是 暂时 的，在最终柱温和载气流速完全平衡恒定后基线就会偏离原来调整好的零电位，于是此前进行的色谱分析的结果都会包含着较大的误差。 通常一台质量较好的气相色谱仪的热导检测器的 真正 热平衡和载气流速的平衡时间大约需要色谱基线是否需要尽量调整到零 6 - 1 2 个小时，其时间的长短与设定的柱温的高低和设定的载气流速的大小有关，设定的柱温越高，载气流速越大，则平衡时间越长。 流过各种电离检测器的气体的流速（包括载气、空气、添加的尾吹气和补偿气）和柱温对惠斯登电桥平衡的影响 前面我们已经知道了各种电离检测器（如当前常用的火焰电离检测器、火焰光度检测器、碱火焰电离检测器和电子捕获检测器）的离子流放大器的差动放大器的原理，它 实际上 也是一种通过惠斯登电桥测量讯号变化的设备。 在应用这些电离检测器时，我们非但需要考虑到载气、空气以及尾吹气和补偿气的流速是否会变化以及是否会漏气，还需要考虑到载气 通过色谱柱时带出的固定液蒸气的影响和所有各种气体是否会带有妨碍电离效率的其它杂质的影响。例如所有含碳固定液的蒸气会导致碳的电离而增大火焰电离检测器的电离电流；载 气或其它气体带入的硫、磷化合物蒸气会导致火焰光度检测器的亮度；金属碱盐会导致碱火焰电离检测器的电离效率，使其输出的电离电流增大；含有卤化物、金属卤化物和某些有机物的蒸气会导致电子捕获检测器的电离效率增大等。 仅管从理论上说这些物质同样会对热导检测器有影响，但由于热导检测器的灵敏度远低于电离检测器（通常要低 3 5个数量级），因此由固定液蒸气或其它带入的杂质蒸气的影响完全可忽略不计。 所有的影响电离检测器的因素与热导检测器比较都要严重得多，其原因是电离检测器所用的离子流放大器对输入的讯号具有放大作用， 并通过负 反馈讯号的加入使讯号可按数量级的放大倍数增大，于是其影响可明显地暴露在基线的波动 和漂移 上，或者导致明显的噪音。 当载气和所有其它气体的流速波动时，我们会见到基线明显的漂移，这种情况除在载气流速未完全平衡恒定时可见，并可在应用火焰电离检测器的程序升温气相色谱法中见到这种漂移的严重影响。例如当程序升温计划完成后，火焰电离检测器的讯号中的基线漂移和载气中固定液蒸气的影响就会明显地显示出基线陡峭地上升并带有无规律的波动，有时甚至会被怀疑成是否在谱图的最终阶段出现了 高沸点 杂质峰。 在火焰电离检测器上，空气流速对电离效 率的影响是非常敏感的，当空气流速出现变化时会导致明显的检测灵敏度的变化，从而会导致基线的明显不稳定和漂移。在火焰光度检测器上，环境的光线变化对检测器的光电倍增管有明显的影响，如果您的气相色谱仪安装在实验室的窗子附近，则一天中太阳光的光线倾斜的角度会导致基线的漂移 和检测灵敏度的变化。而在电子捕获检测器上，碳烷烃会增大检测器的灵敏度，因此载气中如果带入这些物质的蒸气将会导致灵敏度的变化。 由于电离检测器对讯号的放大作用，在电离检测器的离子流放大器的差动放大器电路的平衡比热导检测器的测量电桥的平衡需要更长的时间。 例如