简述热导检测器方法1234

简述热导检测器技术

陈洋洋

(安徽建筑工业学院土木工程学院安全工程(1)班09201040116) 摘要：热导检测器是一种安全检测方法，它是气相色谱法最常用的一种检测器，它具有结构简单，性能稳定，灵敏度适宜，线性范围宽，对各种能作色谱的物质都有响应。本文将介绍一下它的工作原理、使用条件、结构组成、使用范围和一些注意事项。

关键词：热导；检测；注意事项

随着科学检测技术的发展,出现了很多更灵敏、更高效的检测器产品。热导检测器作为一种常见的检测器，尽管在许多方面它已被更灵敏更专属性的各种检测器所取代，但是由于它具有结构简单，性能稳定，灵敏度适宜，线性范围宽，对各种能作色谱的物质都有响应，最适合作微量分析（ppm级）。在分析测试在中，热导检测器不仅用于分析有机污染物，而且用于分析一些用其他检测器无法检测的无机气体，如氢、氧、氮、一氧化碳、二氧化碳等。

1.工作原理

热导检测器又称热导池或热丝检热器，是气相色谱法最常用的一种检测器。基于不同组分与载气有不同的热导率的原理而工作的热传导检测器。敏感元件为热丝，如钨丝、铂丝、铼丝，并由热丝组成电桥。在通过恒定电流以后，钨丝温度升高，其热量经四周的载气分子传递至池壁。当被测组分与载气一起进入热导池时，由于混合气的热导率与纯载气不同（通常是低于载气的热导率），钨丝传向池壁的热量也发生变化，致使钨丝温度发生改变，其电阻也随之改变，进而使电桥输出端产生不平衡电位而作为信号输出。热导检测器是气象色谱法中最早出现和应用最广的检测器。

热导检测器的工作原理是基于不同气体具有不同的热导率。热丝具有电阻随温度变化的特性。当有一恒定直流电通过热导池时，热丝被加热。由于载气的热传导作用使热丝的一部分热量被载气带走，一部分传给池体。当热丝产生的热量与散失热量达到平衡时，热丝温度就稳定在一定数值。此时，热丝阻值也稳定在一定数值。由于参比池和测量池通入的都是纯载气，同一种载气有相同的热导率，因此两臂的电阻值相同，电桥平衡，无信号输出，记录系统记录的是一条直线。当有试样进入检测器时，纯载气流经参比池，载气携带着组分气流经测量池，由于载气和待测量组分二元混合气体的热导率和纯载气的热导率不同，测量池中散热情况因而发生变化，使参比池和测量池孔中热丝电阻值之间产生了差异，电桥失去平衡。检测器有电压信号输出，记录仪画出相应组分的色谱峰。载气中待测组分的浓度越大，测量池中气体热导率改变就越显著，温度和电阻值改变也越显著，电压信号就越强。此时输出的电压信号与样品的浓度成正比，这正是热导检测器的定量基础。

2.热导检测器的使用条件

2.1载气种类

常用的载气有He和H2，因为其热导系数远大于其他化合物，且其具有较高的灵敏度和稳定的响应因子，便于定量，较宽的线性范围。其中，氦气较氢气安全，但氦气较贵，所以许多地区多用氢气作为载气。

2.2纯度

载气的纯度会影响TCD 的灵敏度。在桥流160-200mA 的范围 内，99.999%的超纯氢气比

用99%的普通氢气的灵敏度高6%-13%［1］

。另外，峰形还受载气纯度的影响，当 用TCD 作高纯气中杂志检测时，载气的纯度应比被测气体高十倍以上 ，否则将出现 倒峰。

2.3流速

作为浓度型检测器，TCD 对载气的流速也有要求，即TCD 的峰面积响应值反比于载气气流。故在检测中，应保持载气流速的恒定。 2.4温度

TCD 的灵敏度与热死和池体间的温差成正比。通过提高桥流，以便提高热丝温度或者通过降低检测器池体温度。但是，这两种方法都取决于分析样品的沸点。检测器池体温度不能低于样品的沸点，以免在检测器内冷凝。所以，对于沸点不很低的样品，采用此法来提高灵敏度是有限的，而对气体样品，特别是永久性气体，则可以达到较好的效果。

3.热导检测器的构成

热导池是由池体和热丝两部分组成。

3.1热丝

一个性能优异的TCD ，对热丝的要求主要考虑四点：①电阻率高，以便可在相同长度内得到高阻值；②电阻温度系数大，以便通桥流加热后得到高阻值；③强度好；④耐氧化或腐蚀。①、②是为了获得高灵敏度，同时丝体积小，可缩小池体积，制作微TCD 。③、④是为了获得高稳定性。表 3 -2-3

列出了商品TCD 中常用的热丝性能［2］

。

钨丝电阻率低，相同长度之阻值只有铁铼丝的一半，灵敏度难以提高。另外，钨丝强度差，高温下易氧化，致使噪声增加、信!噪比下降。

铼-钨丝与钨丝相比，电阻率高，电阻温度系数略低。因S 值大体上正比于α√ρ。3％、5％铼-钨丝和钨丝的α√ρ值分别为12.2×103、11.7×103、

10.29 ×103。可见铼钨丝之α√ρ值均高于钨丝。故前者有利于提高灵敏度。

另外，铼钨丝与钨丝相比，拉断力显著提高，且高温特性好，故性能稳定。但它仍存在高温下易氧化的问题。现在高性能TCD 均用铼钨丝。如HP6890型，岛津GC-17A 型的μ-TCD 热丝。

3.2池体

池体是一个内部加工成池腔和孔道的金属体。池材料早期多用铜，因它的热传导性能好，但它防腐性能差。故近年已为不锈钢形式示意图所取代。通常将内部池腔和孔道的总体积称池体积。早期TCD 的池体积多为 500-800μL ，后减小至100-500μL ，仍称通常TCD 。它适用于填充柱。近年发展了微TCD ，其池体积均在100μL 以下，有

的达3.5μL ，它适用于毛细管柱［3］

。

4.测试系统

由于热导检测器气相色谱法最常用的一种检测器，结合气相色谱仪来介绍一下它的系统组成。

气相色谱仪主要由六个单元组成:气源系统、进样系统、色谱柱系统、检测系统、数据采集及处理系统，现具体介绍各单元功能如下:

气源系统： 气源分载气和辅助气两种，载气是携带分析试样通过色谱柱，提供试样在柱内运行的动力，辅助气是提供检测器燃烧或吹扫用，有的仪器采用EPC 系统对气流进行数字化控制。

进样系统:：气相色谱仪的进样系统是把试样引入色谱柱、并保证试样气化的装置，有些仪器还包括试样预处理装置，例如热脱附装置(TD)、裂解装置等。

色谱柱系统： 试样在色谱柱内运行的同时得到所需要的分离，故色谱柱是气相色谱仪的核心部分。

检测系统：检测系统包含两套检测器(TCD 和FID)以及相应的检测电路。检测器负责对色谱柱后已被分离的组分进行检测，将色谱数据信号转变为电信号，如电压、电流，然后经微电流放大器送至数据处理系统进行处理。

数据采集及处理系统： 负责采集并处理检测系统输入的信号，给出最后试样定性和定量的结果。

温控系统： 负责控制和显示进样系统、柱箱、检测器及辅助部分的温度。所有的气相色谱仪都须包括以上六个单元，其功能都相同，差异只是水平