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气相色谱(GC)检测器的类型与应用

气相色谱(GC)检测器的类型与应用


1.  GC检测器的分类

1.1 按流出曲线分类

    根据输出信号记录方式不同,检测器有积分型和微分型两种。

    积分型检测器给出的信号是色谱柱分离后各组分浓度叠加的总和,色谱流出曲线为台阶形,曲线的每一台阶的高度正比于该组分的含量。但因不能显示保留时间,不方便定性。

    微分型检测器给出的信号是分离后各组分浓度随时间的变化,洗出Gaussian形色谱峰。目前气相色谱使用的检测器主要是这种类型。

1.2 按检测特性分类

    根据检测机理不同,可分为浓度型和质量型两类。

    浓度型检测器测量的是载气中溶质随时间的变化,在一定浓度范围(线性范围)内,响应值R(检测信号)大小与流动相中被测组分浓度成止比(R∝C)。
    
    质量型检测器测量的是载气中溶质进入检测器中的速率变化,在一定浓度范围(线性范围)内,响应值R与单位时间内进入检测器中的某组分质量成正比R∝dm/dt。

1.3 按选择性分类

    根据检测器对各类物质的响应的差别分为通用型和选择型两种。

    通用型检测器对所有溶质或含有溶质的柱流出物都有响应的检测器,但所谓通用也是相对的。

    选择型检测器只对某类溶质或含有该类溶质的柱流出物有响应,而对其他物质无响应或响应很小的检测器。

1.4 按破坏性分类

    根据组分在检测时是否被破坏而分为破坏性和非破坏性检测器。

    破坏型检测器,检测过程中改变样品化学结构和存在形态的检测器。

    非破坏型检测器,检测过程中不改变样品化学结构和存在形态的检测器。

2. GC检测器的主要性能指标

    对气相色谱检测器的性能要求为:灵敏度高、检出限低、响应线性范围宽、稳定性好、响应速度快、通用性强。
                                              
2.1 灵敏度

    气相色谱灵敏度的定义是响应信号变化与通过检测器物质量变化之比。

2.2 检出限

    检出限的定义为检测器产生能检定的信号时,即检测信号为检测器噪声3倍时,单位体积载气中所含物质量或单位时间内进入检测器的物质量。

    检出限与灵敏度成反比,与噪声信号成正比。检出限越低说明检测性能越好,有利于衡量组分分析。

2.3 最小检测量和最小检测浓度

    最小检测量为产生3倍信号时进入检测器的物质量或浓度。最小检测量不仅与检测器性能有关,还与色谱柱及操作条件有关。

3. 热导式检测器(TCD,Thermal conductivity detector)

    TCD是利用被测组分和载气的热导率不同而产生不同响应值的浓度型检测器,亦属于通用型检测器,是气相色谱中使用最广泛的通用型检测器。

  因为不同的物质均有不同的热导系数,只要被测组分与载气的热导系数有差异,即有响应。特别是用H2(或He)作载气,其它各类化合物的热导系数均比它们小得多,极易响应。

特点:

    1. TCD结构简单、价廉、稳定性好,定量准确,操作维护简单;

    2.对所有可挥发性物质均有信号;

    3.其缺点是灵敏度低,载气流量和热丝温度对灵敏度也有较大的影响;

应用:

  TCD特别适用于永久性气体、C1~C3烃,硫和碳各种形态的氧化物以及水等挥发性化合物的分析。近年TCD也用于高沸点样品以及痕量分析等)

    (一)石油裂解气的分析,因为石油裂解气为无机气体和轻烃的混合物;

    (二)水及氧化性化工产品的程序升温分析,要对样品中微量水定量,可用TCD;

    (三)空气中痕量氯气的直接测定。用双柱系统可将O2、N2, CO2, Cl2完全分离; 

4. 氢火焰离子化检测器(FID-Flame Ionization Detector)

    FID是利用氢火焰作电离源,使有机物电离,而产生微电流的检测器,是破坏性的、质量型检测器;

特点:

    1. 灵敏度高(1012-1013 g/s ),响应迅速,线性范围宽;

    2. 适合于能在火焰中电离的绝大部分有机物的分析,特别是对烃类,其响应与碳原子数成正比;

    3. 性能可靠、结构简单、操作方便;

    4. 其缺点是不能检测惰性气体、空气、水等气体,且需要3种气源及其流速控制系统;

应用:

    FID检测器与TCD一样,应用十分广泛。FID主要特用于烃类的工业分析,也用于化学、化工、药物、有机氯农药、法医化学、食品和环境科学等诸多领域。它主要用于各种样品的常量常规分析与痕量分析。

     (一)烃类分析:如用FID来检测脂肪酸等;

     (二)挥发性有机物的痕量分析;如用FID来检测VOC等:

5. 电子捕获检测器(ECD-Electron Capture Detector)

    电子捕获检测器(ECD)是利用放射源产生大量的低能离子,带有电子的有机物进入检测器,捕获电子而使基流降低产生信号。

  特点:

           1. 灵敏度高,检测下限为1012~1014g;

           2. 属于选择性,只对电负性元素组份有响应的质量型检测器;

           3. 适合分析含有卤素、硫、磷、氢、氧等元素的物质:

  应用:

    多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定,应用面仅次于丁TCD和FID,许多国家在水、空气、土壤和食品的痕量检测中己规定用GC-ECD法,如:

         (一)有机氯农药和多氯联苯的分析,如ECD检测SCCP&MCCP、食品中的PCB. PCP等。

         (二)饮用水中三卤甲烷的直接进样分析。

6. 火焰光度检测器(FPD-Flame Photometric Detector)

FPD是利用富氢火焰使含硫,磷有机物分解,形成激发态分子,当它们回到基态时,发射出一定波长的光。此光强与组分浓度成正比。FPD既是光度法检测器,属光度法中的分子发射检测器,也是一种高灵敏度、高选择性检测器和质量型检测器。

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