检测器原理

气相色谱仪-检测系统1.热导检测器热导检测器(Thermalcoductivitydetector，简称TCD)，是应用比较多的检测器，不论对有机物还是无机气体都有响应。热导检测器由热导池池体和热敏元件组成。热敏元件是两根电阻值完全相同的金属丝(钨丝或白金丝)，作为两个臂接入惠斯顿电桥中，由恒定的电流加热。如果热导池只有载气通过，载气从两个热敏元件带走的热量相同，两个热敏元件的温度变化是相同的，其电阻值变化也相同，电桥处于平衡状态。如果样品混在载气中通过测量池，由于样号气和载气协热导系数不同，两边带走的热量不相等，热敏元件的温度和阻值也就不同，从而使得电桥失去平衡，记录器上就有信号产生。这种检测器是一种通用型检测器。被测物质与载气的热导系数相差愈大，灵敏度也就愈高。此外，载气流量和热丝温度对灵敏度也有较大的影响。热丝工作电流增加—倍可使灵敏度提高3—7倍，但是热丝电流过高会造成基线不稳和缩短热丝的寿命。热导检测器结构简单、稳定性好，对有机物和无机气体都能进行分析，其缺点是灵敏度低。2.气相色谱仪氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器(FlameIonizationDetector，FID)简称氢焰检测器。它的主要部件是一个用不锈钢制成的离子室。离子室由收集极、极化极(发射极)、气体入口及火焰喷嘴组成。在离子室下部，氢气与载气混合后通过喷嘴，再与空气混合点火燃烧，形成氢火焰。无样品时两极间离子很少，当有机物进入火焰时，发生离子化反应，生成许多离子。在火焰上方收集极和极化极所形成的静电场作用下，离子流向收集极形成离子流。离子流经放大、记录即得色谱峰。有机物在氢火焰中离子化反应的过程如下：当氢和空气燃烧时，进入火焰的有机物发生高温裂解和氧化反应生成自由基，自由基又与氧作用产生离子。在外加电压作用下，这些离子形成离子流，经放大后被记录下来。所产生的离子数与单位时间内进入火焰的碳原子质量有关，因此，氢焰检测器是一种质量型检测器。这种检测器对绝大多数有机物都有响应，其灵敏度比热导检测器要高几个数量级，易进行痕量有机物分析。其缺点是不能检测惰性气体、空气、水、C0，CO2、NO、S02及H2S等。3.气相色谱仪电子捕获检测器电子捕获检测器是一种选择性很强的检测器，它只对合有电负性元素的组分产生响应，因此，这种检测器适于分析合有卤素、硫、磷、氮、氧等元素的物质。在电子捕获检测器内一端有一个多放射源作为负极，另一端有一正极。两极间加适当电压。当载气(N2)进入检测器时，受多射线的辐照发生电离，生成的正离子和电子分别向负极和正极移动，形成恒定的基流。合有电负性元素的样品AB进入检测器后，就会捕获电子而生成稳定的负离子，生成的负离子又与载气正离子复合。结果导致基流下降。因此，样品经过检测器，会产生一系列的倒峰。电子捕获检测器是常用的检测器之一，其灵敏度高，选择性好。主要缺点是线性范围较窄。解析各种检测器的原理、用途和作用：FID的全称是火焰离子化检测器，因为一般都用的是氢气，所以一般叫氢火焰检测器。它的原理很简单，氢气和空气燃烧生成火焰，当有机化合物进入火焰时，由于离子化反应，在火焰那里会生成比基流高几个数量级的离子，在极化电压的作用下，喷嘴和收集极之间的电流会增大，这些带正电荷的离子和电子分别向负极和正极移动，形成离子流，此离子流经放大器放大后，可被检测。产生的离子流与进入火焰的有机物含量成正比，利用此原理可进行有机物的定量分析。一般的有机化合物在FID上都有响应，一般分子量越大，灵敏度越高。FID是GC最基本的检测器。（仪器信息网）ECD检测器全称电子捕获检测器，是一种灵敏度高，选择性强的检测器。它有一个放射源，会不间断地发射电子，这个电子流在通常的时间尺度下，可认为是恒定的，我们称为基流。利用镍源发生α射线轰击物质组分，使物质离子逃逸再被检测。当含有强电负性元素如卤素、O还有N等元素的化合物经过检测器时，他们会捕获并带走一部分电子而使基流下降，检测并记录基流信号的变化就可以得到谱图。是分析痕量电负性化合物最有效的检测器，也是放射性离子化检测器中应用最广的一种，被广泛用于生物、医药、环保、金属鳌合物及气象追踪等领域。因此，ECD是一个选择性的检测器，仅对含强电负性元素的化合物有高响应，它的灵敏度很高，比FID要高出2-3个数量级。（仪器信息网）TCD是根据组分和载气有不同的导热系数研制而成的。组分通过热导池且浓度有变化时，就会从热敏元件上带走不同热量，从而引起热敏元件阻值变化，此变化可用电桥来测量。几乎所有物质的电阻率都随其本身温度的变化而变化，这一蜗箜现象称谓热电阻效应。热导池检测器就是基于气体热传导和热电阻效应的一种检测装置，它检测气体浓度的过程是通过热电阻（钨铼丝元件）与被测气体之间热交换和热平衡来实现的。热导池在结构上就是将电阻率较大的钨铼丝元件置于一个有气体可进出流过的金属块体的气室中，一般多用四个元件，在电路上组成典型的惠斯顿电桥电路。当被测气体组份被载气带入气室时，就发生了一系列的变化：气室中气体组成变化气体导热率变化热电阻温度变化，热电阻阻值变化，电桥平衡被破坏就输出象应的电讯号，这个讯号与被测气体浓度成一定的线性函数关系。（仪器信息网）NPD为氮磷检测器。由于NPD对含N、P的有机物的检测肯有灵敏度高，选择性强，线性范围宽的优点，它已成为目前测定含N有机物最理想的气相色谱检测器；对含P的有机物，其灵敏度也高于FPD，而且结构简单，使用方便；所以广泛用于环境、临床、食品、药物、香料、刑事法医等分析领域，成为最常用的气相色谱检测器，目前几乎所以的商品色谱仪都装备这种检测器。FPD为火焰光度检测器。是分析S、P化合物的高灵敏度、高选择性的气相色谱检测器。广泛用于环境、食品中S、P农药残留物的检测。当含S、P的化合物进入检测器，在富氢焰（H2与O2体积比）中燃烧时，从基态到激发态发出特征光谱，分别发射出（350-480）nm和(480-600)nm的一系列特征波长光，其中394nm和526nm分别为含S和含P化合物的特征波长。其特征光透过特征光单色滤光片直接投射在光电倍增管上，通过光电倍增管将光信号转换成电信号，经微电流放大器放大传输给色谱工作站的数据采集卡，数据采集卡将其模拟信号转换成数字信号，便可得到相应的谱峰。以前一直将FPD作为S和P化合物的专用检测器，后由于氮磷检测对P的灵敏度高于FPD，而且更可靠，因此FPD现今多只作为S化合物的专用检测器。最低检出限：1×10-11gS/sec1×10-12gP/sec，我们国家制定的《气相色谱检定规程》中注明：FPD检测限测定所用的标准物质为：甲基对硫磷！各种检测器的最低检出限的数值和单位的由来与计算方法最小检测限是实际测出来的。不同的检测器设计就会有不同的检测限，并且检测限往往用一种大家共用的试剂，指定的柱子，并不能代表所有物质的最小检测限，最小检测限和信噪比有一定关系。检测限D=2N/S,其中N为噪声，单位mV或A；S为检测器灵敏度，不同检测器灵敏度的表示方式不同，检测限的表示方式也随之不同。一般来讲D的单位随S的不同也分为3种：mg/ml.ml/ml,g/s。先说计算方法：国内一般以物质的峰高为计算依据，要求大于三倍的噪音，安捷伦的要求是三倍的噪音为最低定性指标，10倍的噪音为最低定量指标。判断噪音的方法简单点的话就是放大基线，看下平稳状态下平均噪音的波动范围是多少，或用工作站直接计算。各检测器的最低检测线有两种方法，1是实际测量法，二是理论计算法，当然了，不同的条件，最低检测线也不一样。先说实际测量法，比较简单，色谱的条件保持稳定，然后将配制成一定浓度的样品不断的稀释进样，直到物质峰高小于10倍或国内的3倍峰高时候的浓度就是最低检测线。计算法比较省劲，但是要保证检测器线性良好，如10ppm的物质峰高为1000单位，噪音为1单位，那么10倍的噪音就是10各单位了，1000/10=100倍，然后10ppm/100=0.1ppm，就此我们就可以大致推算出来该条件下，该检测器对该物质的最低检测线为0.1ppm。（仪器信息网）解析检测数值的大小对仪器有何作用以及在实际应用的作用，对购买者选择的方向仪器的最小检测限越小，说明检测器设计较好，灵敏度也越高，但同时也会使仪器的稳定性、重现性降低等等，在使用各种仪器的过程中，不知各位是否发现国产仪器往往比较稳定，但是灵敏度较小；线性范围指的是样品的检测浓度和质量的大小能否线性检测，线性范围小的检测器，对分析方法的要求较高。电子捕获检测器（ECD）离子源有哪些种类？主要有哪些物质构成的？ECD的电离源一直为放射源，即α、β、γ射线。其中β射线最适合作为ECD的电离源。3H2和63Ni是最常使用的放射源。（仪器信息网）解析基线噪音的大小和计算方法？对检测分析有何影响检测器的噪声定义，是输出信号随机变化振幅包络线的宽度。基线噪音的大小是整个系统各个部位质量的反应。计算方法，可以通过色谱图或直接测量电信号。当然，基线不稳定，色谱的所有参数的计算都会不准确。想说的是，噪声的单位有mV和A两种，使用哪种取决于检测器的工作原理，即检测器转变成电压还是电流信号。比如FID是转变成离子流，所以用A。但是，你怎么从色谱图上计算出噪声水平呢？这还得知道一些仪器的结构。比如，对于FID，你可以从色谱图上看出噪声的mV值，你要想和仪器的出厂数据比较，就得知道FID放大部分的高阻，然后才能算出来。噪音的测量通常是取10--15分钟的噪声带来计算，以噪声带中峰和谷（最高和最低点）的两条平行线来确定，此时测得的噪声Vn单位为mV,这时检测器的噪声电平ND=Vn*A,其中A为衰减。噪声可分为短期噪声和长期噪声。短期噪声是来回摆动的信号，其频率明显比色谱峰快，此噪声可以通过适当的滤波器将其除去，对分析工作影响不大；长期噪声的出现频率和色谱峰相当，此噪声无法用滤波器除去，也无法与这样大响应值的色谱峰区别开，对接近检测线的组分测定有较大影响。（仪器信息网）解析基线漂移的大小和计算方法？对检测分析有何影响基线漂移的大小是包括检测器在内的色谱系统及环境条件决定的。这个其实就是仪器的稳定性，一般仪器要求开机预热一段时间，以便达到热平衡。漂移就是基线包络对基准位置的偏离。可以通过色谱图上计算出来。漂移的测量通常是取0.5小时或1小时内基线的变动来计算。从低电平点P作水平线，从高电平点Q作垂线，相交得到交点O，这时检测器的漂移为D=OQ/OP,单位为mV.多数情况下，漂移是可以控制和改善的，因此对检测结果影响不大。（检测器的线性是指，被测物质在检测器的载气中的浓度（或质量流速）变化时，检测器灵明度成常数的范围。在检测器保持线性响应时，其线性依据最大组分量和最小组分量之比来计算，即线性范围=最高检测量/最低检测量。比如FID的最小检测质量流量为10-12g/s,其响应值偏离线性达5%时的质量流量为10-5g/s,那么其线性为10-5/10-12=107。线性和线性范围对组分准确定量是十分重要的。实际工作中应尽量保证检测器为线性响应，保证样品浓度在线性范围内。检测器的线性范围测定和计算，和分析方法确定时的线性回归一样。越宽越好。线性范围窄，在定量分析时对操作比较苛刻。柱箱和控温程序相关参数（仪器信息网）温度范围对检测有何影响？升温速率对检测有何影响色谱仪温度控温范围越宽，适用检测样品的沸点及性质的范围就越宽，检测物质的范围就越广，对分离有利。一个仪器的温度范围宽，说明仪器的设计水平和其研发实力。但有的仪器虽标注最高温限很高，但实际上在那个温度下根本不能运行，高温运行，相关组件要耐高温，温度高蒸汽压就搞，气路部分要承压，对仪器的材质要求很高，仪器价格就会高，温度范围越大，制定分析方法的选择性就越宽。虽然在温度高可以缩短分析时间，但注意不要高于色谱柱的最高使用温度，很容易导致仪器的损坏；使用温度低进行分析分离效果好，但分析时间长，对高沸点的物质残留可能比较大。（仪器信息网）进口产品：柱温控温范围：-100度~420度；而国产色谱一般：室温+10度~400度。柱温直接影响分离效能和分析速度