氣相色譜檢測(cè)器的分類和工作原理及應(yīng)用范圍

1、氣相色譜檢測(cè)器的分類和工作原理及應(yīng)用范圍待測(cè)組分經(jīng)色譜柱分離后，通過(guò)檢測(cè)器將各組分的濃度或質(zhì)量轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電信號(hào)，器放大后，由記錄儀或微處理機(jī)得到色譜圖，根據(jù)色譜圖對(duì)待測(cè)組分進(jìn)行定性和定量分析。經(jīng)放大氣相色譜監(jiān)測(cè)器根據(jù)其測(cè)定范圍可分為：通用型檢測(cè)器：對(duì)絕大多數(shù)物質(zhì)夠有響應(yīng)；選擇型檢測(cè)器：只對(duì)某些物質(zhì)有響應(yīng)；對(duì)其它物質(zhì)無(wú)響應(yīng)或很小。根據(jù)檢測(cè)器的輸出信號(hào)與組分含量間的關(guān)系不同，可分為：濃度型檢測(cè)器： 測(cè)量載氣中組分濃度的瞬間變化， 檢測(cè)器的響應(yīng)值與組分在載氣中的濃度成正比，與單位時(shí)間內(nèi)組分進(jìn)入檢測(cè)器的質(zhì)量無(wú)關(guān)。質(zhì)量型檢測(cè)器： 測(cè)量載氣中某組分進(jìn)入檢測(cè)器的質(zhì)量流速變化， 即檢測(cè)器的響應(yīng)值與單位時(shí)間內(nèi)

2、進(jìn)人檢測(cè)器某組分的質(zhì)量成正比目前已有幾十種檢測(cè)器， 其中最常用的是熱導(dǎo)池檢測(cè)器、 電子捕獲檢測(cè)器 （濃度型） ；火焰離子化檢測(cè)器、火焰光度檢測(cè)器（質(zhì)量型）和氮磷檢測(cè)器等。一檢測(cè)器的性能指標(biāo)靈敏度（高）、穩(wěn)定性（好）、響應(yīng)（快）、線性范圍（寬）（一）靈敏度應(yīng)答值單位物質(zhì)量通過(guò)檢測(cè)器時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)大小稱為檢測(cè)器對(duì)該物質(zhì)的靈敏度。響應(yīng)信號(hào) (R) 進(jìn)樣量 (Q) 作圖，可得到通過(guò)原點(diǎn)的直線，該直線的斜率就是檢測(cè)器的靈敏度，以 S 表示：(3)由此可知：靈敏度是響應(yīng)信號(hào)對(duì)進(jìn)入檢測(cè)器的被測(cè)物質(zhì)質(zhì)量的變化率。氣相色譜檢測(cè)器的靈敏度的單位，隨檢測(cè)器的類型和試樣的狀態(tài)不同而異：對(duì)于濃度型檢測(cè)器：當(dāng)試樣為液體時(shí)，

3、 S的單位為 mV·ml/mg，即 1mL載氣中攜帶 1mg的某組分通過(guò)檢測(cè)器時(shí)產(chǎn)生的 mV數(shù)；當(dāng)試樣為氣體時(shí)， S的單位為 mV·ml ml，即 1ml 載氣中攜帶 1ml 的某組分通過(guò)檢測(cè)器時(shí)產(chǎn)生的 mV數(shù)；對(duì)于質(zhì)量型檢測(cè)器：當(dāng)試樣為液體和氣體時(shí)，S 的單位均為： mV·s g，即每秒鐘有 1g 的組分被載氣攜帶通過(guò)檢測(cè)器所產(chǎn)生的mV數(shù)。靈敏度不能全面地表明一個(gè)檢測(cè)器的優(yōu)劣，因?yàn)樗鼪](méi)有反映檢測(cè)器的噪音水平。由于信號(hào)可以被放大器任意放大，S增大的同時(shí)噪聲也相應(yīng)增大，因此，僅用S不能正確評(píng)價(jià)檢測(cè)器的性能。（二）檢測(cè)限（敏感度）噪聲當(dāng)只有載氣通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，記錄儀上的

4、基線波動(dòng)稱為噪聲，以RN 表示。噪聲大，表明檢測(cè)器的穩(wěn)定性差。檢測(cè)限是指檢測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)恰是噪聲的二倍（2RN）時(shí)，單位體積或單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)器的組分質(zhì)量，以D 表示。靈敏度、噪聲、檢測(cè)限三者之間的關(guān)系為：(4)檢測(cè)限的單位：對(duì)于濃度型檢測(cè)器為mg ml 或 ml ml；對(duì)質(zhì)量型檢測(cè)器為：g/s 。檢測(cè)限是檢測(cè)器的重要性能指標(biāo)， 它表示檢測(cè)器所能檢出的最小組分量， 主要受 靈敏度和噪聲影響。 D 越小，表明檢測(cè)器越敏感，用于痕量分析的性能越好。在實(shí)際分析中，由于進(jìn)入檢測(cè)器的組分量很難確定（檢測(cè)器總是處在與氣化室、色譜柱、記錄系統(tǒng)等構(gòu)成的一個(gè)完整的色譜體系中）。所以常用最低檢出量表示：圖 2

5、檢測(cè)器噪聲（三）最低檢出量恰能產(chǎn)生2 倍噪聲信號(hào)時(shí)的色譜進(jìn)樣量，以Q0 表示。（三）線性范圍檢測(cè)器的線性范圍是指其響應(yīng)信號(hào)與被測(cè)組分進(jìn)樣質(zhì)量或濃度呈線性關(guān)系的范圍。通常用最大允許進(jìn)樣量 QM與最小檢出量 Q0 的比值來(lái)表示。比值越大，檢測(cè)器的線性范圍越寬，表明試樣中的大量組分或微量組分，檢測(cè)器都能準(zhǔn)確測(cè)定。二. （氫）火焰離子化檢測(cè)器hydrogen flame ionization detector、 FID火焰離子化檢測(cè)器是根據(jù)氣體的導(dǎo)電率是與該氣體中所含帶電離子的濃度呈正比這一事實(shí)而設(shè)計(jì)的。一般情況下， 組分蒸汽不導(dǎo)電， 但在能源作用下，組分蒸汽可被電離生成帶電離子而導(dǎo)電。1. 火焰離子

6、化檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)： 該檢測(cè)器主要是由離子室、 離子頭和氣體供應(yīng)三部分組成。結(jié)構(gòu)示意圖見下圖。圖 3 火焰離子化檢測(cè)器離子室是一金屬圓筒， 氣體入口在離子室的底部， 氫氣和載氣按一定的比例混合后， 由噴嘴噴出， 再與助燃?xì)饪諝饣旌?，點(diǎn)燃形成氫火焰。靠近火焰噴嘴處有一圓環(huán)狀的發(fā)射極（通常是由鉑絲作成），噴嘴的上方為一加有恒定電壓（+300V）的圓筒形收集極（不銹鋼制成）， 形成靜電場(chǎng)，從而使火焰中生成的帶電離子能被對(duì)應(yīng)的電極所吸引而產(chǎn)生電流。2. 火焰離子化檢測(cè)器的工作原理由色譜柱流出的載氣（樣品）流經(jīng)溫度高達(dá) 2100的氫火焰時(shí)，待測(cè)有機(jī)物組分在火焰中發(fā)生離子化作用，使兩個(gè)電極之間出現(xiàn)一定量的正、

7、負(fù)離子，在電場(chǎng)的作用下，正、負(fù)離子各被相應(yīng)電極所收集。當(dāng)載氣中不含待測(cè)物時(shí)，火焰中離子很少，即基流很小，約-14-810A。當(dāng)待測(cè)有機(jī)物通過(guò)檢測(cè)器時(shí)，火焰中電離的離子增多，電流增大（但很微弱10 -1281110A）。需經(jīng)高電阻（10 l0）后得到較大的電壓信號(hào)，再由放大器放大，才能在記錄儀上顯示出足夠大的色譜峰。 該電流的大小， 在一定范圍內(nèi)與單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)器的待測(cè)組分的質(zhì)量成正比，所以火焰離子化檢測(cè)器是質(zhì)量型檢測(cè)器?；鹧骐x子化檢測(cè)器對(duì)電離勢(shì)低于H2 的有機(jī)物產(chǎn)生響應(yīng)，而對(duì)無(wú)機(jī)物、久性氣體和水基本上無(wú)響應(yīng)， 所以火焰離子化檢測(cè)器只能分析有機(jī)物 （含碳化合物） ，不適于分析惰性氣體、空氣、

8、水、 CO、 CO2、 CS2、 NO、 SO2及 H2S 等。三 . 電子捕獲檢測(cè)器 electron capture detector1. 電子捕獲檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)：早期電子捕獲檢測(cè)器由兩個(gè)平行電極制成?，F(xiàn)多用放射性同軸電極。在檢測(cè)器池體內(nèi)， 裝有一個(gè)不銹鋼棒作為正極， 一個(gè)圓筒狀 - 放射源（ 3H、63Ni ）作負(fù)極，兩極間施加流電或脈沖電壓。圖 4電子捕獲檢測(cè)器2. 電子捕獲檢測(cè)器的工作原理當(dāng)純載氣（通常用高純N ）進(jìn)入檢測(cè)室時(shí)，受射線照射，電離產(chǎn)生正離子（N+）和22電子 e- ，生成的正離子和電子在電場(chǎng)作用下分別向兩極運(yùn)動(dòng)，形成約 10-8 A 的電流基流。加入樣品后， 若樣品中含有

9、某中電負(fù)性強(qiáng)的元素即易于電子結(jié)合的分子時(shí)，就會(huì)捕獲這些低能電子， 產(chǎn)生帶負(fù)電荷陰離子（電子捕獲） 這些陰離子和載氣電離生成的正離子結(jié)合生成中性化合物，被載氣帶出檢測(cè)室外，從而使基流降低，產(chǎn)生負(fù)信號(hào)，形成倒峰。倒峰大?。ǜ叩停┡c組分濃度呈正比，因此，電子捕獲檢測(cè)器是濃度型的檢測(cè)器。其最小檢測(cè)濃度可達(dá)10-14 g/ml ，線性范圍為 103 左右。電子捕獲檢測(cè)器是一種高選擇性檢測(cè)器。高選擇性是指只對(duì)含有電負(fù)性強(qiáng)的元素的物質(zhì)，如含有鹵素、 S、 P、 N等的化合物等有響應(yīng). 物質(zhì)電負(fù)性越強(qiáng)，檢測(cè)靈敏度越高。四 . 火焰光度檢測(cè)器 flame photometric detector火焰光度檢測(cè)器是

10、利用在一定外界條件下（即在富氫條件下燃燒）促使一些物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光， 通過(guò)波長(zhǎng)選擇、 光信號(hào)接收， 經(jīng)放大把物質(zhì)及其含量和特征的信號(hào)聯(lián)系起來(lái)的一個(gè)裝置。1火焰光度檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)燃燒室、單色器、光電倍增管、石英片（保護(hù)濾光片）及電源和放大器等。圖 5 火焰光度檢測(cè)器2. 工作原理當(dāng)含 S、P 化合物進(jìn)入氫焰離子室時(shí)，在富氫焰中燃燒，有機(jī)含硫化合物首先氧化成*分子， 當(dāng)其回到基態(tài)時(shí)， 發(fā)射出 350 430nm的特SO，被氫還原成 S 原子后生成激發(fā)態(tài)的 S22征分子光譜，最大吸收波長(zhǎng)為394nm。通過(guò)相應(yīng)的濾光片，由光電倍增管接收，經(jīng)放大后由記錄儀記錄其色譜峰。 此檢測(cè)器對(duì)含 S 化合物不成線性關(guān)系而呈對(duì)數(shù)關(guān)系（與含 S 化合物濃度的平方根成正比）。當(dāng)含磷化合物氧化成磷的氧化物，被富氫焰中的H 還原成 HPO裂片，此裂片被激發(fā)后發(fā)射出 480 600nm的特征分子光譜，最大吸收波長(zhǎng)為526nm。因發(fā)射光的強(qiáng)度（響應(yīng)信號(hào)）正比于 HPO濃度?；鹧婀舛葯z測(cè)器火焰光度檢測(cè)器是氣相色譜儀用的一種對(duì)含磷、含硫化合物有高選擇型、高靈敏度的檢測(cè)器。試樣在富氫火焰燃燒時(shí)，含磷有機(jī)化合物主要是以HPO碎片的形式發(fā)射出波長(zhǎng)為526nm的光，含硫化合物則以S2 分子的