25热导检测器TCD的使用

常州工程职业技术学院

《仪器分析》教案

气相色谱法

基本技能训练 TCD 的使用及灵敏度等参数的测定

复习

n 气路系统的要求

n 气路系统的连接（学生操作）

n 气路系统的检漏（学生操作）

n 载气流量的测定

课程引入

n 样品在气化室气化后，随着载气的流动进入色谱柱，经色谱柱分离后，以单一 组成流出色谱柱。同学们，你们用肉眼能看出组分什么时候流出色谱柱的吗？

你们用肉眼能看出组分流出了多少吗？

n 学生思考并回答：“不能” 。

n 怎么办？

n 学生思考……

n 提示：将经色谱柱分离后顺序流出的化学组分的信息转变为便于记录的电信 号。

气相色谱检测器（教师讲解）

n 气相色谱检测器的作用是将经色谱柱分离后顺序流出的化学组分的信息转变 为便于记录的电信号，然后对被分离物质的组成和含量进行鉴定和测量。

n 检测器是色谱仪的“眼睛”。

检测器的种类（教师讲解）

n 微分型检测器，这类检测器显示的信号是组分随时间的瞬时量的变化。

n 微分型检测器按原理的不同又分为浓度敏感型检测器和质量敏感型检测器。

n 浓度敏感型检测器的响应值取决于载气中组分的浓度。常见的浓度型检测器有 热导检测器及电子捕获检测器等。

n 质量敏感型检测器输出信号的大小取决于组分在单位时间内进入检测器的量， 而与浓度关系不大。常见的质量型检测器有氢火焰离子化检测器和火焰光度检 测器等。

TCD 的结构（教师讲解）

n．TCD

． 检测器图片。

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n TCD检测器图片热导池由池体和热敏元件构成，有双臂热导池和四臂热导池两 种。

n 双臂热导池池体用不锈钢或铜制成，具有两个大小、形状完全对称的孔道，每 一孔道装有一根热敏铼钨丝（其电阻值随本身温度变化而变化），其形状、电 阻值在相同的温度下，基本相同。

n 四臂热导池，具有四根相同的铼钨丝，灵敏度比双臂热导池约高一倍。

n 目前大多采用四臂热导池。

n 热导池气路形式有三种，即直通式、扩散式和半扩散式。

n 热导池体中，只通纯载气的孔道称为参比池，通载气与药品的孔道为测量池。

n 双臂热导池是一个参比池，另一个是测量池；四臂热导池中，有两臂为参比池， 另两臂为测量池。

TCD 工作原理（教师讲解）

n．TCD

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． 工作原理动画

．

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n 热导池检测器中，热敏元件电阻值的变化可以通过惠斯通电桥来测量。

n 热导池检测器的工作原理是基于不同气体具有不同的热导系数。

n 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热丝时（此时 池内已预先通有一定流速的纯载气），热丝被加热。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系数，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。

n 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， 由于载气和待测组分二元混合气体的热导系数和纯载气的热导系数不同，测量

池中散热情况因而发生变化，使参比池和测量池两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。

n 载气中待测组分的浓度愈大，测量池中气体热导系数改变就愈显著，温度和电 阻值改变也愈显著，电压信号就愈强。此时输出的电压信号（色谱峰面积或峰 高）与样品的浓度或正比，这正是热导检测器的定量基础。

TCD 使用方法（教师讲解与学生操作）

n 打开载气，选择所需流量； n 打开主机电源总开关；

n 设置柱箱温度、气化室温度与检测器温度；

n 待温度升至所设置温度且稳定半小时后，打开桥电流开关，设置相应桥电流的 数值；

n 打开色谱工作站，待仪器基线稳定后用鼠标左键点击工作站上的“调零”，使 基线回至零点； n 进样分析；

n 实验完毕，半小时后，按开机反方向关机。 n 关闭电源开关，罩上仪器罩。

n 技能训练 1：TCD 的操作练习（学生操作）

TCD 检测参数（教师讲解）

n ． 基线噪声与漂移的图片 ．．．．．．．．．．

n 基线噪声N：在没有样品进入检测器的情况下，仅由于检测仪器本身及其它操 作条件（如柱内固定液流失，橡胶隔垫流失、载气、温度、电压的波动、漏气 等因素）使基线在短时间内发生起伏的信号，称为噪声（N），单位mV。 n 基线漂移M：噪声是检测器的本底信号。使基线在一定时间内对原点产生的偏 离，称为漂移（M），单位mV/h；

n 灵敏度：气相色谱检测器的灵敏度（S）是指通过检测器物质的量变化时，该 物质响应值的变化率，即 室

检 T 0 T V AF

Q R S ´ = D D =

r ，单位 mg mL mV / × 。

n 检测限： 检

室 T 2 2 0 T

AF V N S N D ´ = =

r ，单位 mL mg / 。 n 学生训练 2：热导检测器噪声与基线漂移的测定 n 学生训练 3：热导检测器灵敏度、检测限的测定

TCD 的特点（教师总结）

n TCD 无论对单质、无机物或有机物均有响应，且其相对响应值与使用的TCD 的 类型、结构以及操作条件等无关，因而通用性好。

n TCD 的线性范围为10 5

，定量准确，操作维护简单、价廉。

n 不足之处是灵敏度较低，一般仅能测出ppm 级的样品。

理论拓展：检测器其它性能指标（教师讲解）

n 响应时间：气相色谱检测器响应时间，是指进入检测器的组分输出达到63%所 需的时间。显然，检测器的响应时间越小，表明检测器性能越好。

n 线性：检测器的线性是指检测器内载气中组分浓度与响应信号成正比的关系。 n 线性范围：线性范围是指被测物质的量与检测器响应信号成线性关系的范围， 以最大允许进样量与最小允许进样量的比值表示。良好的检测器其线性接近于 1。检测器的线性范围越宽越好。

小结（教师总结）

n 气相色谱检测器的定义与种类 n TCD 的定量基础 n TCD 的使用方法

n TCD 灵敏度等参数的定义与测定

设疑

n 问题： 请参照仪器使用说明书写出GC7890T （上海天美）和GC900A （带 TCD - m 检测器，上海科创）的操作规程？