浅析五大气相色谱检测器

浅析五大气相色谱检测器

气相色谱检测器(Gaschromatographic detector)，系指用于反映色谱柱后流出物成分和浓度变化的装置。检测作用的基本原理是利用样品组分与载气的物化性能之间的差异，当流经检测器的组分及浓度发生改变时，检测器立即产生了

相应的信号。下面列举五大常用的检测器来介绍他们的机理，构造等相关内容。

(一)热导检测器

热导检测器(Thermalconductivity detector,TCD)，属于多用型微分检测器，不论对有机物还是无机物一般都能响应，因此，热导检测器在分析工作中得到广泛的应用。

热导检测器的最小检出量达10-8g，线性范围为105。

1. 检测机理

热导检测器是根据载气中混入其他气态物质时热导率发生变化的原理而制成的，它主要利用以下的三个条件来达到检测之目的。

①欲测物质具有与载气物质不同的热导率。

②热敏元件阻值与温度之间存在一定关系。

③利用惠斯登电桥原理检测流经物质变化。

TCD工作原理图

2. 基本构造热导检测器的热导池构造中，敏感元件安装于金属（或玻璃）所制的圆筒形的池腔中，池中的敏感元件称为热导检测器的臂。利用一个或二个臂作参考臂，

而另一个或两个臂作测量臂。在惠斯登电桥中，利用二个臂作参考臂，而另两个臂作测量臂。

3. 检测过程

热导检测器的检测过程如下：在恒温的检测室中，通恒定的工作电流和通恒定的载气流速时，热敏元件的发热量和载气所带走的热量也均恒定，故使热敏元件的温度恒定，也即其电阻值保持不变，电桥保持平衡，此时无变化信号产生；当被测物质与载气一道进入热导池测量臂时，由于混合气体的热导率与纯载气不同（往往低于纯载气的热导率），因而带走的热量也就不同，使得热敏元件的温度发生改变，其电阻值也就随之改变，故使电桥产生不平衡电位，输出信号至记录设备（记录仪、色谱数据处理机或色谱工作站等），进行数据处理、图象显示、打印图谱和打印分析结果等。

4. 相关事宜

①在允许的工作电流范围内，工作电流越大灵敏度越高。

②用氢气或氦气作载气，一般比用氮气时的灵敏度要高。

③当工作电流固定时，降低热导池体温度可提高灵敏度。

（二）氢焰检测器氢焰检测器（Flameioization detector,FID）, 又称氢焰离子化

检测器，属于多用型微分检测器，由于它对绝大部分有机物有很高的灵敏度，因此，氢焰检测器在有机分析中得到广泛的应用。

氢焰离子化检测器的最小检出量可达10-12g，线性范围约为107。

1. 检测机理

氢焰离子化检测器是根据气相色谱流出物中可燃性有机物在氢-氧火焰中发生电

离的原理而制成的，它主要利用以下的三个条件来达到检测之目的。

①氢和氧燃烧所生成的火焰为有机物分子提供燃烧和发生电离作用的条件。

②有机物分子在氢氧火焰中燃烧时其离子化程度比在一般条件下要大得多。

③有机物分子在燃烧过程中生成的离子在电场中作定向移动而形成离子流

载气+组分盲流

电源

FID 工作原理图

2. 基本构造

氢焰检测器的构造比较简单，在离子室内仅有喷嘴，极化极（又称发射极）和收集 极等三个主要部件。

3. 检测过程

氢焰检测器的检测过程如下：燃烧用的氢气与柱出口流出物混合经喷嘴一道流 出，在喷嘴上燃烧，助燃用的空气（氧气）均匀分布于火焰周围。由于在火焰附近 存在着由收集极（正极）和极化极（负极）间所形成的静电场，当被测样品分子进入 氢-氧火焰时，燃烧过程中生成的离子，在电场作用下作定向移动而形成离子流， 通过高电阻取出，经微电流放大器放大，然后把信号送至记录设备 （记录仪、色 谱数据处理机或色谱工作站等），进行数据处理、图象显示、打印图谱和打印分 析结果等。

4. 相关事宜

① 载气种类：实验表明，用氮气作载气比用其他气体 （如H2、He Ar ）作载气时 的灵敏度要高。

② 气体比例：一般流速比为氮气：氢气：空气"1:1:10，增大氢气和空气的流速可 提高灵敏度。

③ 内部供氧：把空气和氢气预混合，从火焰内部供氧，这是提高灵敏度的一个比 较有效的方法。

④ 距离恰当：收集极与喷嘴之间的距离一般以 5〜7毫米为宜，此距离可获较高 的检测灵敏度。

⑤ 其他措施：维持收集极表面清洁、检测高分子量样品时适当提高检测室温度也 可提高灵敏度。

（二）电子捕获检测器

电子捕获检测器（Electroncapture detector,ECD ），属于专用型微分检测器，由 于离

子室

高电阻 微电流 放人器

它对电负性物质（例如：含卤、硫、磷、氮等物质）有很高的灵敏度，因此在石油化工、环境保护、食品卫生、生物化学等分析领域中得到广泛的应用。

电子捕获检测器的最小检出量可达10-13g，线性范围约为104。

1. 检测机理

电子捕获检测器是根据电负性物质分子能捕获自由电子的原理而制成的，它主要利用以下三个条件来达到检测之目的。

①能够产生B射线：检测器内有能放出B射线的放射源，常用63Ni、3H以及3H-Sc 等作放射源。

②载气分子能电离：载气分子能被B射线电离，在电极之间形成基流，常用N2或Ar作载气。

③样品能捕获电子：样品分子有能捕获自由电子的官能团，例如：含素、硫、磷、氨等物质。

2. 基本构造

电子捕获检测器检测室内仅有放射源和收集极这两个主要部件，其构造非常简单。

3. 检测过程

电子捕获检测器的检测过程如下：在B射线的作用下，中性的载气分子（例如N2和Ar）发生电离，产生出游离基、低能量的电子，这些电子在电场作用下，向正极移动而形成恒定的基流；当载气中带有电负性的样品分子进入检测器时，捕获这些低能量的自由电子，使基流降低而产生信号，经微电流放大器放大后送至记录设备（记录仪、色谱数据处理机或色谱工作站等），进行数据处理、图象显示、打印图谱和打印分析结果等。

4. 相关事宜

①使用高纯氮气：载气的纯度对灵敏度的影响很大，一般需采用纯度为99.99%以上的高纯氮作载气。

②尽量避开氧气：为了减少氧气对检测器的沾污而造成的灵敏度下降，因此载气需脱氧和气路应避氧。

③注意人体安全：放射源对人体有一定的危害，操作时应严格遵守有关安全规则，以免发生意外事故。

（四）火焰光度检测器