气相色谱基础知识介绍

3 气相色谱检测系统
色谱检测系统由检测器、微电流放大器、记录器等部件构成。组分从柱后流出后进入检测器中检测并产生信号，这些信号(通常要经过放大)送入记录仪或数据处理系统中进行谱图记录及数据处理。
任何一个检测器从根本上讲可以看作是一个传感器(transducer或senser)。各种检测器的共性是根据物质的物理的或物理化学的性质，将组分的浓度(或质量)的变化情况转化为易于测量的电压、电流讯号，而这些讯号在一定范围内必须与该物质的量成一定的比例关系。
常用的气相色谱检测器介绍如下：

                                         

§3.1 热导池检测器(Thermal Conductivity Detector，TCD)
热导池检测器由于它结构简单，灵敏度适宜，稳定性较好，线性范围较宽，适用于无机气体和有机物，它既可做常量分析，也可做微量分析，*小检测量mg/ml数量级，操作也比较简单，因而它是目前应用相当广泛的一种检测器。
§3.1.1 热导池检测器原理
目前普遍采用四臂钨丝热导池，在四个圆形孔道内，安装上四根钨丝(或铼钨丝)，利用此四根钨丝组成惠斯登电桥(见图3－1)通过一定量的恒定直流电流，此时钨丝发热，具有一定的温度，当载气流经钨丝并保持恒定的流速时，热丝表面被带走的热量是恒定的，即热丝阻值的变化也恒定，根据电桥平衡原理：

 

 

图3-1 四臂热导池电桥电路
如有被测组分通入热导池，则钨丝周围的气体成分及浓度发生改变，由于不同的气体分子导热系数不同，分子量小的或分子直径小的气体具有高的热导率，相反，分子量大的或分子体积大的则有低的热导率，如果气体分子越多则浓度越大，传导的热量也越多，这样就使得气体热传导量发生改变，从而使钨丝的温度也发生改变，使钨丝的阻值变化，由于参考池仍是纯载气通过，而测量池为含有样品组分的载气通过，因此两组热导池引起阻值变化不一样，即

 

MN端的电位差ΔV≠0，因此有相应的电压信号输出，在一定条件下此信号大小与组分的浓度成正比。因此，利用测量此非平衡电压信号，即可确定待测组分的含量。这就是热导池检测器的的基本原理。

§3.2 氢火焰离子化检测器(Flame Ionization Detector，FID)
自五十年代以来，由于大力发展火箭技术，对燃烧和爆炸进行了深入的研究，发现有机物在燃烧过程中能产生离子，利用这一发现研究出氢火焰离子化检测器，此检测器自1958年创制以来得了广泛的应用，是目前国内外气相色谱仪必备检测器。氢火焰检测器是微量有机物色谱分析的主要检测器，它的主要特点是灵敏度高，基流小，*小检测量为ng/ml级，响应快，线性范围宽，对操作条件的要求不甚严格(如载气流速，检测器温度等)，操作比较简单、稳定、可靠，因此它是目前*常用的检测器。
§3.2.1 氢火焰离子化检测器的结构

 

氢火焰检测器是由离子室，离子头及气体供应三部分组成。图3-2是氢火焰离子化检测器的一般示意图

§3.3 电子捕获检测器(Electron Capture Detector，ECD)
电子捕获检测器是目前气相色谱中常用的一种高灵敏度、高选择性的检测器。它只对电负性(亲电子)物质有信号，样品电负性越强，所给出的信号越大，而对非电负性物质则没有响应或响应很小。
电子捕获检测器对卤化物、含磷、硫、氧的化合物，硝基化合物、金属有机物、金属螯合物，甾类化合物。多环芳烃和共轭羰基化合物等电负性物质都有很高的灵敏度，其检出限量可达10-9～10-10克的范围。所以电子捕获检测器在环境保护监测、农药残留、食品卫生、医学、生物和有机合成等方面，都已成为一种重要的检测工具。
§3.4 热离子检测器(The Thermionio detector，TID)
热离子检测器(TID)，是专门测定有机氮和有机磷的选择性检测器，故又称氮磷检测器（NPD），它是在1964年由Karmen和Guiffrida在氢火焰离子化检测器的基础上发展起来的一种对氮、磷化合物有高选择性响应的检测器，利用TID还可以测定有机砷、硒、铝、锡等化合物。由于**代TID选用水溶性(如K2SO4、CsBr)易挥发的碱盐，碱盐的寿命在半年左右，故实用意义不大。经过十年徘徊，到1974，Kolb和Bischoff设计成功不溶性碱盐Rb2SiO3，因而大大提高了碱盐的寿命，使TID成为有实用价值的选择性检测器。八十年代，TID又从铷珠发展到陶瓷碱盐源，其碱盐源的成份可根据需要调整变化，使用添加剂提高了离子化的能力，碱盐加热不仅可采用火焰加热而且可在碱盐源ZX绕上Ni/Cr丝以电加热热离子源，使热源温度可准确控制，因而，检测器的灵敏度、选择性、寿命和重现性均获得明显的改善。目前主要用于含氮、含磷农药的残留检测。
§3.5 火焰光度检测器(Flame Photometric Detector，FPD)
火焰光度检测器是*近三十年才发展起来的一种高选择性和高灵敏度的新型检测器。它对含硫、含磷化合物的检测灵敏度很高。目前主要用于环境污染和生物化学等领域中，它可检测含磷含硫有机化合物（农药），以及气体硫化物，如甲基对硫磷，，CH3SH，CH3SCH3，SO2，H2S等，稍加改变还可以测有机汞、有机卤化物、氯化物、以及一些金属螯合物等。

 

§4 主要参考文献
§4.1 专著
综合性的色谱专著，对色谱法的理论、实验方法、仪器以及重要的应用等做了概括性地全面论述，内容广泛，并附有大量参考文献。这对于我们系统而全面地了解色谱理论知识，掌握分析研究方法或从事教学工作，是重要的参考资料。