气相色谱检测器--讲授

1、气相色谱检测器气相色谱检测器定义：定义： 能检测色谱柱流出组分及这些组分量的变化的器能检测色谱柱流出组分及这些组分量的变化的器件，其功能是将经色谱分离的组分的物质信号转化件，其功能是将经色谱分离的组分的物质信号转化为易于测量的电信号，故也称为为易于测量的电信号，故也称为“换能器换能器”。 优良检测器应具有如下性能指标：优良检测器应具有如下性能指标： 灵敏度高；灵敏度高； 检出限低；检出限低； 死体积小；死体积小； 响应迅速；响应迅速； 线性范围宽；线性范围宽； 稳定性好。稳定性好。气相色谱仪的检测器检 测 器 的 分 类二.按工作原理分类检测方法工作原理检测器应用范围物理常数法热导系数差异热导

2、检测器 TCD所有化合物气相电离法火焰电离火焰电离检测器 FID有机物热表面电离氮磷检测器 NPD氮、磷化合物化学电离电子捕获检测器 ECD电负性化合物光电离光电离检测器PID所有化合物光度法原子发射原子发射检测器AED多元素分子发射火焰光度检测器FPD硫、磷化合物分子吸收傅立叶变换红外光谱 FTIR红外吸收化合物分子吸收紫外检测器 UVD紫外吸收化合物电化学法电导变化电导检测器 ELCD卤、硫、氮化合物质谱法电离和质量色散质量选择检测器 MSD所有化合物类型类型 原理原理氢火焰离子化氢火焰离子化(FID) 火焰电离火焰电离 （有机物）（有机物）热导池热导池 (TCD) 热导系数差异热导系数差

3、异 （通用性）（通用性）氮磷氮磷 (NPD) 热表面电离热表面电离电子捕获电子捕获 (ECD) 化学电离化学电离火焰光度火焰光度 (FPD) 分子发射分子发射光离子化检测器（光离子化检测器（PID）光电离）光电离微波诱导等离子体原子发射光谱检测器（微波诱导等离子体原子发射光谱检测器（MIPAED）各类检测器氢焰检测器 氢焰检测器（Flame ioization detector,FID ）,又称氢焰离子化检测器，属于多用型微分检测器，由于它对绝大部分有机物有很高的灵敏度，因此，氢焰检测器在有机分析中得到广泛的应用。 氢焰离子化检测器的最小检出量可达10-12g，线性范围约为107。氢焰检测器的

4、构造比较简单，如图所示，在离子室内仅有喷嘴，极化极（又称发射极）和收集极等三个主要部件。 气相色谱仪的检测器 氢焰离子化检测器（FID）介绍原理：在FID中分别由收集极与极化极组成一高压静电场，FID喷嘴喷出的H2与氧气被点燃后会产生一个高温区，在高温的作用下，从柱后流出的有机物会被离子化，由于产生离子化的部位在高压静电场内，正离子移向收集极（负极），负离子和电子移向极化极（正极），从而就形成了微电流信号。当然H2、N2和AIR是无机气体不会被离子化，所以如果柱后无有机气体流出，FID就无微电流信号。 空气入口氢气入口 两个电极：火焰两个电极：火焰燃烧的喷嘴和收集燃烧的喷嘴和收集极（加上极（加

5、上100300V的极化电压后的极化电压后用来收集火焰中的用来收集火焰中的离子）。离子）。 机理：化学电离，有机物在火焰中先形成自由基，然后与机理：化学电离，有机物在火焰中先形成自由基，然后与氧产生正离子，再同水反应生成氧产生正离子，再同水反应生成H30+离子。离子。223666366666OH OC HCHCHOeCOH O 特点特点： 灵敏度高，死体积小，应答时间快，除载气外还需引入空气和氢气，对永久性气体和水无应答。 适用范围：适用范围：有机化合物，能直接用于毛细管色谱分析。 噪音噪音： 510-14A 敏感度敏感度： 210-12g/S 线性：线性： 106 最高温度最高温度： 420热

6、导检测器热导检测器（Thermal conductivity detector,TCD）,属于多用型微分检测器，不论对有机物还是无机物一般都能响应，因此，热导检测器在分析工作中得到广泛的应用。基本构造基本构造热导检测器的热导池构造如图所示，敏感元件安装于金属（或玻璃）所制的圆筒形的池腔中，池中的敏感元件称为热导检测器的臂。利用一个或二个臂作参考臂，而另一个或两个臂作测量臂。在下图所示的惠斯登电桥中，利用二个臂作参考臂，而另两个臂作测量臂。气相色谱仪的检测器 热导检测器（TCD）介绍原理：在一个处于热平衡的TCD中，组分进入测量臂池腔，就会由于气体组成的改变，引起气体热导系数的变化，气体热导系数

7、的改变，引起热敏元件温度的变化，热敏元件的温度变化，引起热敏元件阻值的变化，热敏元件阻值的变化使惠斯顿电桥输出信号的变化。所以TCD的信号变化是各个变量相继变化的结果。 - -+ +R1R1R3R3R4R4R2R2To WorkstationTo WorkstationD/ADataContrD/AVoutFrom main CPUFrom main CPUTo TCD main PowerTo TCD main PowerA AB B接色谱柱A接色谱柱B当A 、 B 两色 谱柱都无样品流出时当A 、 B 两色 谱柱都无样品流出时R1=R2=R3=R4R1=R2=R3=R4AB两端的电压等于零

8、AB两端的电压等于零气相色谱仪的检测器TCD与稳流电源的原理惠斯顿电桥惠斯顿电桥5Hz 单丝单丝钨钨铼热丝铼热丝参比气参比气和载气和载气交替通过交替通过热丝温度热丝温度保持恒定保持恒定加上样品加上样品时电流会时电流会发生变化发生变化电流的差电流的差别被测量别被测量并记录下来并记录下来气相色谱仪的检测器气体和有机蒸汽的热导率化合物100时热导率化合物100时热导率空气0.32甲醇0.23氢2.24乙醇0.22氦1.75丙酮0.18氮0.32三氯甲烷0.11氧0.32二氯甲烷0.11一氧化碳0.3氯甲烷0.17二氧化碳0.22甲乙醚0.24甲烷0.46丙醚0.19乙烷0.31丁醚0.17丙烷0.2

9、6戊烷0.22丁烷0.24环己烷0.18己烷0.22氨0.33乙烯0.31氯乙烷0.17苯0.18乙酸乙酯0.17 特点：特点： 热敏元件一般为铼钨丝组成，温度系数为正。 适用范围适用范围：普遍适用。 噪音噪音： 20uv 灵敏度灵敏度： 5000mvml/mg 检测限检测限： 41010g/mL 线性范围线性范围： 10000电子捕获检测器 电子捕获检测器(Electron capture detector,ECD)，属于专用型微分检测器，由于它对电负性物质（例如：含卤、硫、磷、氮等物质）有很高的灵敏度，因此在石油化工、环境保护、食品卫生、生物化学等分析领域中得到广泛的应用。 电子捕获检测器

10、的最小检出量可达10-13g，线性范围约为104。电子捕获检测器如图2-15所示，检测室内仅有放射源和收集极这两个主要部件，其构造非常简单。气相色谱仪的检测器 电子捕获检测器（ECD）介绍原理：由柱流出的载气及检测器的清扫气进入ECD池，在放射源放出的射线的轰击下被电离，产生大量的电子。在电源、阴极和阳极电场的作用下，该电子流向阳极，得到108109的基始电流。当电负性的物质进入ECD池后，即捕获电子使基始电流下降，产生负峰，其变化与电负性物质的浓度成正比。废气口尾吹气信号输出电极色谱柱放射源63Ni*气相色谱仪的检测器ECD与脉冲调制器、放大器原理 废气口尾吹气信号输出电极色谱柱放射源63N

11、i-+-V/F转换脉冲宽度调节脉冲放大接色谱数据处理或色谱工作站Zero ADJ脉冲变压器基始电流书152页池腔体积：150LAgilent ECD 特点：特点： 只对具有亲电基团的样品分子才有应答对水敏感，载气必须充分干燥，脱氧，易受污染。 适用范围：适用范围： 对卤素、硝基等化合物选择性极好。 噪音：噪音： 110-12A 灵敏度灵敏度： 110-13g/ml 线性：线性： 10000 温度：温度： 420火焰光度检测器火焰光度检测器（Flame photometric detector,FPD），属于专用型微分检测器，由于它对含硫、磷的化合物有很高的灵敏度，因此，在石油化工、环境保护、食

12、品卫生、生物化学等分析领域中得到广泛的应用。火焰光度检测器的最小检出量达10-11g，线性范围：有机磷可达104；硫化物则不是线性关系，用双对数作图其线性范围为102。喷嘴 石英片 散热片 滤光片 光电倍增管 电源 放大器 记录设备图图2-16 2-16 火焰光度检测器火焰光度检测器基本构造基本构造火焰光度检测器主要由火焰喷嘴、滤光片和光电倍增管等三部分所组成，其构造如图2-16所示。从图中看出，其燃烧室与氢焰检测器燃烧室的构造很相似，若经适当改进并在喷嘴上方加装收集极，也许又可作氢焰检测器使用。气相色谱仪的检测器火焰光度检测器（FPD）介绍空气入口氢气入口PMT滤光片原理：原理：燃烧着的氢焰

13、中，当有样品进入时，则氢焰的谱线和发光强度均发生变化，然后由光电倍增管将光度变化转变为电信号。*气相色谱仪的检测器 FPD与负高压电源、放大器原理空气入口氢气入口滤光片PMT- -+ +A A可调节直流负高压（- 300V-700V）RfRfRzRzZero ADJZero ADJ接色谱数据处理或色谱工作站书153页滤光片滤光片放大器放大器记录仪记录仪光电倍增管光电倍增管石英窗石英窗H2Air载气载气+组分组分出口出口 nm)nm,-hHPOHPOHPOHXP；RP含P化合物：nm)nm,hSSSSO；HSHSO;COSOORS含S化合物：跃迁*高温跃迁*C526526510(XP394430354(42422maxmax23902222220 火