7种气相色谱常用检测器的原理与结构、分类与使用范围

2/27种气相色谱常用检测器的原理与结构、分类与使用范围2023-03-0122:19首先，为什么要有检测器？被测组分经色谱柱分离后，是以气态分子与载气分子相混状态从柱后流出的，人肉眼不可能识别。因此，必须要有一个装置或方法，将混合气体中组分的真实浓度（mg/mL）或质量流量（g/s）变成可测量的电信号，且信号的大小与组分的量成正比。此装置称气相色谱检测器，其方法称气相色谱检测法。因此，气相色谱检测器是一种能检测气相色谱流出组分及其变化的器件。气相色谱的检测器如此重要，今天小编梳理了7种常用检测器的原理与结构、分类与使用范围、注意事项，大家一起来学习吧！检测器的结构与原理检测器通常由两部分组成：传感器和检测电路。传感器是利用被测物质的各种物理性质、化学性质以及物理化学性质与载气的差异，来感应出被测物质的存在及其量的变化。如：热导检测器（TCD）就是利用被测物质的热导系数和载气热导系数的差异；火焰电离检测器（FID）、氮磷检测器（NPD）等都是利用被测组分在一定条件下可被电离，而载气不电离；火焰光度检测器（FPD）就是利用被测物质在一定条件下，可发射不同波长的光，而载气氮气却不发光等等。所以，传感器是将被测物质变换成相应信号的装置。它是检测器的核心。检测器性能的好坏，主要取决于传感器。检测电路是将传感器产生的各种信号转变成电信号的装置。从传感器送出的信号是多种多样的，有电阻、电流、电压、离子流、频率、光波等。检测电路的作用是测定出这些参数的变化，并将其变成可测量的电信号。如：TCD中热丝阻值的变化，利用惠斯顿电桥变成电信号；各种气相电离产生的离子流，用电场收集、微电流放大器放大后，才显示出它的变化；而FPD不同波长光的强度，即是利用光电倍增管进行光电转换，然后微电流放大得到结果等。检测器的分类与使用范围1.氢火焰离子化检测器(FID)用于微量有机物分析；2.热导检测器(TCD)用于常量、半微量分析，有机、无机物均有响应；3.电子捕获检测器(ECD)用于有机氯农药残留分析；4.火焰光度检测器(FPD)用于有机磷、硫化物的微量分析；5.氮磷检测器(NPD)用于有机磷、含氮化合物的微量分析；6.催化燃烧检测器(CCD)用于对可燃性气体及化合物的微量分析；7.光离子化检测器(PID)用于对有毒有害物质的痕量分析色谱检测器分类；（1）按原理可分为光学检测器(如，紫外、荧光、示差折光、蒸发光散射)、热学检测器(如，吸附热)、电化学检测器(如，极谱、库仑、安培)、电学检测器(电导、介电常数、压电石英频率)、放射性检测器(闪烁计数、电子捕获、氦离子化)以及氢火焰离子化检测器。（2）按测量性质分为通用型和专属型(又称选择性)。通用型检测器测量的是一般物质均具有的性质，它对溶剂和溶质组分均有反应，如示差折光、蒸发光散射检测器。通用型的灵敏度一般比专属型的低。专属型检测器只能检测某些组分的某一性质，如紫外、荧光检测器，它们只对有紫外吸收或荧光发射的组分有响应。（3）按检测方式分为浓度型和质量型。浓度型检测器的响应与流动相中组分的浓度有关，质量型检测器的响应与单位时间内通过检测器的组分的量有关。（4）检测器还可分为破坏样品和不破坏样品的两种；气相色谱检测器操作注意事项1、气相色谱检测器尾吹气的使用。尾吹气是从色谱柱出口处直接进入检测器的一路气体，又叫补充气或辅助气。填充柱不用尾吹气，而毛细管柱则大都采用尾吹气。这是因为毛细管柱的柱内载气流量太低（常规柱为1~3mL/min)，不能满足检测器的最佳操作条件（一般检测器要求20mL/min的载气流量）。在色谱柱后增加一路载气直接进入检测器，就可保证检测器在高灵敏度状态下工作。尾吹气的另一个重要作用是消除检测器死体积的柱外效应。经分离的化合物流出色谱柱后，可能由于管道体积增大而出现体积膨胀，导致流速减缓，从而引起谱带展宽。加入尾吹气后就消除了这一问题。那么，尾吹气流量多少合适呢？这要看所用检测器和色谱柱的尺寸而定。比如，用0.53mm大口径柱时，柱内流量可达15mL/min，这对微型TCD和单丝TCD来说已经够大了，就没必要再加尾吹气了。而对于FID、NPD、FPD则需要至少10mL/min的尾吹气流量，对于ECD就需要20mL/min的尾吹气（ECD一般需要载气总流量大于25mL/min）。使用常规或微径柱时，尾吹气流量应相应增大。经验参考值为：FID、NPD、FPD需要柱内载气和尾吹气的流量之和为30mL/min左右。ECD则需要40~60mL/min。当需要在最高灵敏度状态下工作时，应针对具体样品优化尾吹气流量以及其他气体流量。一般情况下，尾吹气所用气体类型应与载气相同。尾吹气流量是在安装好色谱柱后，在检测器出口处用皂膜流量计测定的。注意，测定尾吹气流量时要关闭其他气体（如，使用FID时要关闭空气和氢气），用0.32mm以下内径的色谱柱时，可不关闭柱内载气，这时测得的流量为柱内载气和尾吹气流量之和。2、FID使用注意事项(1)FID虽然是准通用型检测器，但有些物质在此检测器上的响应值很小或无响应。这些物质包括水久气体、卤代硅烷、H20、NH3、CO、CO2、CS、CCl4等，所以，检测这些物质时不应使用FID。(2)FID是用氢气和空气中燃烧所产生的火焰使被测物质离子化的，故应注意安全问题。在未接上色谱柱时，不要打开氢气阀门，以免氢气进入柱箱。测定流量时，一定不能让氢气和空气混合，即，测氢气时，要关闭空气，反之亦然。无论什么原因导致火焰熄灭时，应尽快关闭氢气阀门，直到排除了故障，重新点火时，再打开氢气阀门。高档仪器有自动检测和保护功能，火焰熄灭时可自动关闭氢气。(3)FID的灵敏度与氢气、空气和氮气的比例有直接关系，因此，要注意优化。一般三者的比例应接近或等于l:10:l，如，氢气30~40mL/min，空气300~400ml/min，氮气30~40ml/min。另外，有些仪器设计有不同的喷嘴分别用于填充柱和毛细管柱，使用时应查看说明书。(4)为防止检测器被污染，检测器温度设置不应低于色谱柱实际工作的最高温度。一旦检测器被污染，轻则灵敏度明显下降或噪声增大，重则点不着火。消除污染的办法是清洗，主要是清洗喷嘴表面和气路管道。具体方法是拆F喷嘴，依次用不同极性的溶剂（如丙酮、氯仿和乙醇）