13:59:09
第 九 章气相色谱分析法一、检测器特性
specific property of detector
二、热导检测器 TCD
thermal conductivity detector
三、氢火焰离子化检测器
flame ionization detector,FID
四、电子捕获检测器
electron capture detector,ECD
五、其他检测器
other detector
第三节气相色谱检测器
gas chromatographic
analysis,GC
detector of gas
chromatograph
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一、检测器特性
specific property of detector
1.检测器类型浓度型检测器：
测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化,检测信号值与组分的浓度成正比 。 热导检测器；
质量型检测器：
测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化,即检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比 。 FID；
广普型检测器：
对所有物质有响应,热导检测器；
专属型检测器：
对特定物质有高灵敏响应,电子俘获检测器；
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2.检测器性能评价指标响应值 （ 或灵敏度 ） S,
在一定范围内,信号 E与进入检测器的物质质量 m呈线性关系：
E = S m
S = E / m
单位,mV/（ mg / cm3） ； （ 浓度型检测器 ）
mV /（ mg / s） ； （ 质量型检测器 ）
S 表示单位质量的物质通过检测器时,产生的响应信号的大小 。 S值越大,检测器 （ 也即色谱仪 ） 的灵敏度也就越高 。 检测信号通常显示为色谱峰,则响应值也可以由色谱峰面积 （ A） 除以试样质量求得：
S = A / m
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3.最低检测限（最小检测量）
噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）。
从图中可以看出：如果要把信号从本底噪声中识别出来
,则组分的响应值就一定要高于 N。
检测器响应值为 2倍噪声水平时的试样浓度 （ 或质量 ）,
被定义为最低检测限 （ 或该物质的最小检测量 ） 。
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4.线性度与线性范围检测器的线性度定义,检测器响应值的对数值与试样量对数值之间呈比例的状况 。
检测器的线性范围定义,检测器在线性工作时,被测物质的最大浓度 （ 或质量 ） 与最低浓度 （ 或质量 ） 之比 。
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二、热导检测器
thermal conductivity detector,TCD
1,热导检测器的结构池体 （一般用不锈钢制成）
热敏元件,电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。
参考臂,仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。
测量臂,
需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。
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2.检测原理平衡电桥，右图。
不同的气体有不同的热导系数。
钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值：
R参 =R测 ; R1=R2
则,R参 ·R2=R测 ·R1
无电压信号输出；
记录仪走直线（基线）。
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进样后,
载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差,R参 ≠R测则,R参 ·R2≠R测 ·R1
这时电桥失去平衡,a,b
两端存在着电位差，有电压信号输出。信号与组分浓度相关。
记录仪记录下组分浓度随时间变化的峰状图形。
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3,影响热导检测器灵敏度的因素
① 桥路电流 I,I?,钨丝的温度?,钨丝与池体之间的温差?,有利于热传导,检测器灵敏度提高 。 检测器的响应值 S ∝ I3,但稳定性下降,基线不稳 。 桥路电流太高时,还可能造成钨丝烧坏 。
② 池体温度,池体温度与钨丝温度相差越大,越有利于热传导,检测器的灵敏度也就越高,但池体温度不能低于分离柱温度,以防止试样组分在检测器中冷凝 。
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③ 载气种类,载气与试样的热导系数相差越大,在检测器两臂中产生的温差和电阻差也就越大,检测灵敏度越高 。
载气的热导系数大,传热好,通过的桥路电流也可适当加大
,则检测灵敏度进一步提高 。 氦气也具有较大的热导系数,
但价格较高 。
表 某些气体与蒸气的热导系数 （ λ）,单位,J / cm·℃ ·s
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三,氢火焰离子化检测器
flame ionization detector,FID
1,特点简称氢焰检测器
（ FID,hydrogen flame ionization detector）
(1) 典型的 质量型检测器 ;
(2) 对有机化合物具有很高的灵敏度 ;
(3) 无机气体,水,四氯化碳等 含氢少或不含氢的物质灵敏度低或不响应 ;
(4) 氢焰检测器具有结构简单,稳定性好,灵敏度高,
响应迅速等特点 ;
(5) 比热导检测器的灵敏度高出近 3个数量级,检测下限可达 10-12g·g-1。
（动画）
13:59:09
2,氢焰检测器的结构
(1) 在发射极和收集极之间加有一定的直流电压（ 100—
300V） 构成一个外加电场。
(2) 氢焰检测器需要用到三种气体：
N2,载气携带试样组分；
H2,为燃气；
空气：助燃气。
使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达到最佳。
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3,氢焰检测器的原理
(1)当含有机物 CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰时,在 C层发生裂解反应产生自由基,
CnHm ──→ ·CH
(2)产生的自由基在 D层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应：
·CH + O ──→CHO + + e
(3)生成的正离子 CHO+ 与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：
CHO+ + H2O ──→H 3O+ + CO
A区：预热区
B层：点燃火焰
C层：热裂解区：
温度最高
D层：反应区
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氢焰检测器的原理
(4)化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极 定向 运动而产生微电流 （ 约 10-6～ 10-14A） ；
(5) 在一定范围内,微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比,所以 氢焰检测器是质量型检测器 。
(6) 组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原子被电离。
(7)离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组分质量成正比的色谱流出曲线
A区：预热区
B层：点燃火焰
C层：热裂解区：
温度最高
D层：反应区
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4,影响氢焰检测器灵敏度的因素
① 各种气体流速和配比的选择
N2流速的选择主要考虑分离效能,
N2? H2 = 1? 1～ 1? 1.5
氢气? 空气 =1? 10。
② 极化电压正常极化电压选择在 100～ 300V范围内 。
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四、电子捕获检测器
electron capture detector,ECD
高选择性检测器，
仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏度，检测下限 10-14 g /mL，
对大多数烃类没有响应。
较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定。
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五、其他检测器 other detector
1.火焰光度检测器 (flame photometric detector,FPD)
化合物中硫,磷在富氢火焰中被还原,激发后,辐射出
400,550 nm 左右的光谱,可被检测；
该检测器是对含硫,磷化合物的高选择性检测器；
2.热离子检测器 (thermionic detector,TID)
氮,磷检测器；对氮,磷有高灵敏度；
在 FID检测器的喷嘴与收集极之间加一个含硅酸铷的玻璃球,含氮,磷化合物在受热分解时,受硅酸铷作用产生大量电子,信号强；
3.定性检测器 (联用仪器 )
将两种仪器结合；色 -质联用仪
(通过分子分离器连接 )
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请选择内容第一节 气相色谱仪
gas chromatographic instruments
第二节 气相色谱固定相及其选择
stationary phases in gas chromatograph
第三节 气相色谱检测器
detector of gas chromatograph
第四节 分离与操作条件选择
choice of chromatographic operating condition
第五节 气相色谱分析法的应用
application technology of gas chromatograph
第六节 毛细管色谱法
capillary gas chromatograph 结束
第 九 章气相色谱分析法一、检测器特性
specific property of detector
二、热导检测器 TCD
thermal conductivity detector
三、氢火焰离子化检测器
flame ionization detector,FID
四、电子捕获检测器
electron capture detector,ECD
五、其他检测器
other detector
第三节气相色谱检测器
gas chromatographic
analysis,GC
detector of gas
chromatograph
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一、检测器特性
specific property of detector
1.检测器类型浓度型检测器：
测量的是载气中通过检测器组分浓度瞬间的变化,检测信号值与组分的浓度成正比 。 热导检测器；
质量型检测器：
测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化,即检测信号值与单位时间内进入检测器组分的质量成正比 。 FID；
广普型检测器：
对所有物质有响应,热导检测器；
专属型检测器：
对特定物质有高灵敏响应,电子俘获检测器；
13:59:09
2.检测器性能评价指标响应值 （ 或灵敏度 ） S,
在一定范围内,信号 E与进入检测器的物质质量 m呈线性关系：
E = S m
S = E / m
单位,mV/（ mg / cm3） ； （ 浓度型检测器 ）
mV /（ mg / s） ； （ 质量型检测器 ）
S 表示单位质量的物质通过检测器时,产生的响应信号的大小 。 S值越大,检测器 （ 也即色谱仪 ） 的灵敏度也就越高 。 检测信号通常显示为色谱峰,则响应值也可以由色谱峰面积 （ A） 除以试样质量求得：
S = A / m
13:59:09
3.最低检测限（最小检测量）
噪声水平决定着能被检测到的浓度（或质量）。
从图中可以看出：如果要把信号从本底噪声中识别出来
,则组分的响应值就一定要高于 N。
检测器响应值为 2倍噪声水平时的试样浓度 （ 或质量 ）,
被定义为最低检测限 （ 或该物质的最小检测量 ） 。
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4.线性度与线性范围检测器的线性度定义,检测器响应值的对数值与试样量对数值之间呈比例的状况 。
检测器的线性范围定义,检测器在线性工作时,被测物质的最大浓度 （ 或质量 ） 与最低浓度 （ 或质量 ） 之比 。
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二、热导检测器
thermal conductivity detector,TCD
1,热导检测器的结构池体 （一般用不锈钢制成）
热敏元件,电阻率高、电阻温度系数大、且价廉易加工的钨丝制成。
参考臂,仅允许纯载气通过，通常连接在进样装置之前。
测量臂,
需要携带被分离组分的载气流过，则连接在紧靠近分离柱出口处。
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2.检测原理平衡电桥，右图。
不同的气体有不同的热导系数。
钨丝通电，加热与散热达到平衡后，两臂电阻值：
R参 =R测 ; R1=R2
则,R参 ·R2=R测 ·R1
无电压信号输出；
记录仪走直线（基线）。
13:59:09
进样后,
载气携带试样组分流过测量臂而这时参考臂流过的仍是纯载气，使测量臂的温度改变，引起电阻的变化，测量臂和参考臂的电阻值不等，产生电阻差,R参 ≠R测则,R参 ·R2≠R测 ·R1
这时电桥失去平衡,a,b
两端存在着电位差，有电压信号输出。信号与组分浓度相关。
记录仪记录下组分浓度随时间变化的峰状图形。
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3,影响热导检测器灵敏度的因素
① 桥路电流 I,I?,钨丝的温度?,钨丝与池体之间的温差?,有利于热传导,检测器灵敏度提高 。 检测器的响应值 S ∝ I3,但稳定性下降,基线不稳 。 桥路电流太高时,还可能造成钨丝烧坏 。
② 池体温度,池体温度与钨丝温度相差越大,越有利于热传导,检测器的灵敏度也就越高,但池体温度不能低于分离柱温度,以防止试样组分在检测器中冷凝 。
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③ 载气种类,载气与试样的热导系数相差越大,在检测器两臂中产生的温差和电阻差也就越大,检测灵敏度越高 。
载气的热导系数大,传热好,通过的桥路电流也可适当加大
,则检测灵敏度进一步提高 。 氦气也具有较大的热导系数,
但价格较高 。
表 某些气体与蒸气的热导系数 （ λ）,单位,J / cm·℃ ·s
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三,氢火焰离子化检测器
flame ionization detector,FID
1,特点简称氢焰检测器
（ FID,hydrogen flame ionization detector）
(1) 典型的 质量型检测器 ;
(2) 对有机化合物具有很高的灵敏度 ;
(3) 无机气体,水,四氯化碳等 含氢少或不含氢的物质灵敏度低或不响应 ;
(4) 氢焰检测器具有结构简单,稳定性好,灵敏度高,
响应迅速等特点 ;
(5) 比热导检测器的灵敏度高出近 3个数量级,检测下限可达 10-12g·g-1。
（动画）
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2,氢焰检测器的结构
(1) 在发射极和收集极之间加有一定的直流电压（ 100—
300V） 构成一个外加电场。
(2) 氢焰检测器需要用到三种气体：
N2,载气携带试样组分；
H2,为燃气；
空气：助燃气。
使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达到最佳。
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3,氢焰检测器的原理
(1)当含有机物 CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰时,在 C层发生裂解反应产生自由基,
CnHm ──→ ·CH
(2)产生的自由基在 D层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应：
·CH + O ──→CHO + + e
(3)生成的正离子 CHO+ 与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：
CHO+ + H2O ──→H 3O+ + CO
A区：预热区
B层：点燃火焰
C层：热裂解区：
温度最高
D层：反应区
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氢焰检测器的原理
(4)化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极 定向 运动而产生微电流 （ 约 10-6～ 10-14A） ；
(5) 在一定范围内,微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比,所以 氢焰检测器是质量型检测器 。
(6) 组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原子被电离。
(7)离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组分质量成正比的色谱流出曲线
A区：预热区
B层：点燃火焰
C层：热裂解区：
温度最高
D层：反应区
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4,影响氢焰检测器灵敏度的因素
① 各种气体流速和配比的选择
N2流速的选择主要考虑分离效能,
N2? H2 = 1? 1～ 1? 1.5
氢气? 空气 =1? 10。
② 极化电压正常极化电压选择在 100～ 300V范围内 。
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四、电子捕获检测器
electron capture detector,ECD
高选择性检测器，
仅对含有卤素、磷、硫、氧等元素的化合物有很高的灵敏度，检测下限 10-14 g /mL，
对大多数烃类没有响应。
较多应用于农副产品、食品及环境中农药残留量的测定。
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五、其他检测器 other detector
1.火焰光度检测器 (flame photometric detector,FPD)
化合物中硫,磷在富氢火焰中被还原,激发后,辐射出
400,550 nm 左右的光谱,可被检测；
该检测器是对含硫,磷化合物的高选择性检测器；
2.热离子检测器 (thermionic detector,TID)
氮,磷检测器；对氮,磷有高灵敏度；
在 FID检测器的喷嘴与收集极之间加一个含硅酸铷的玻璃球,含氮,磷化合物在受热分解时,受硅酸铷作用产生大量电子,信号强；
3.定性检测器 (联用仪器 )
将两种仪器结合；色 -质联用仪
(通过分子分离器连接 )
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请选择内容第一节 气相色谱仪
gas chromatographic instruments
第二节 气相色谱固定相及其选择
stationary phases in gas chromatograph
第三节 气相色谱检测器
detector of gas chromatograph
第四节 分离与操作条件选择
choice of chromatographic operating condition
第五节 气相色谱分析法的应用
application technology of gas chromatograph
第六节 毛细管色谱法
capillary gas chromatograph 结束
