氣相色譜儀原理及構(gòu)造

關于氣相色譜儀原理及構(gòu)造第一頁，共九頁，2022年，8月28日氣相色譜儀構(gòu)造1.氣路系統(tǒng)：包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制閥門和壓力表等；

2.進樣系統(tǒng)：包括進樣器、汽化室（將液體樣品瞬間汽化為蒸氣）等；

3.分離系統(tǒng)：包括色譜柱和柱溫控制裝置（色譜柱箱）等；

4.檢測系統(tǒng)：包括檢測器，控溫裝置等；

5.操作系統(tǒng)：包括中文顯示器、觸摸式參數(shù)輸入鍵盤；

6.記錄系統(tǒng)：包括放大器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（色譜工作站）等。第二頁，共九頁，2022年，8月28日汽化室TCD檢測器FID檢測器氣源部分第三頁，共九頁，2022年，8月28日汽化室back第四頁，共九頁，2022年，8月28日熱導池檢測器（TCD）工作原理：熱導檢測器由熱導池體和熱敏元件組成。熱敏元件是四根電阻值完全相同的金屬絲(鎢絲或白金絲)，R1R2R3R4是阻值相等的熱敏電阻作為四個臂接入惠斯頓電橋中，由恒定的電流加熱。如果熱導池只有載氣通過，載氣從兩個熱敏元件帶走的熱量相同，四個熱敏元件的溫度變化是相同的，其電阻值變化也相同，電橋處于平衡狀態(tài)。如果樣品混在載氣中通過測量池，由于樣品氣和載氣的熱導系數(shù)不同，兩邊帶走的熱量不相等，熱敏元件的溫度和阻值也就不同，從而使得電橋失去平衡，記錄器上就有信號產(chǎn)生。也就是說當參比池（只通過純載氣）與測量池都只有一定流量的純載氣通過時，電橋平衡(R1R4=R2R3)，無信號輸出(0mv，走基線)，當樣品組分加載氣通過測量池時，此時參比池還是由純載氣通過，由于組分與載氣的導熱系數(shù)不同，使熱敏元件的電阻值和溫度發(fā)生變化，電橋失去平衡(R1R4≠R2R3)，圖3-9的AB兩端產(chǎn)生電位差，有信號輸出，且信號與組分濃度成正比。back第五頁，共九頁，2022年，8月28日氫火焰檢測器（FID）原理：氫氣由噴嘴加入，與空氣混合點火燃燒，形成氫火焰。通入空氣助燃。極化極和收集極通過高阻、基流補償和50～350V的直流電源組成檢測電路，測量氫火焰中所產(chǎn)生的微電流。該檢測電路在收集極和極化極間形成一高壓靜電場。H2+O2燃燒能產(chǎn)生2100℃高溫，使被測有機組分電離。載氣(N2)本身不會被電離，只有載氣中的有機雜質(zhì)和流失的固定液會在氫火焰中被電離成正、負離子和電子。在電場作用下，正離子移向收集極(正極)。負離子和電子移向極化極(負極)。形成的微電流經(jīng)高電阻，在其兩端產(chǎn)生電壓降，經(jīng)微電流放大器放大后從輸出衰減器中取出信號，在記錄儀中記錄下來即為基流，或稱本底電流、背景電流。只要載氣流速、柱溫等條件不變，基流亦不變。如載氣純度高，流速小，柱溫低或固定相耐熱度性好，基流就低，反之就高?；髟叫【驮饺菀诇y到信號電流的微小變化。通常通過調(diào)節(jié)“基流補償”使輸入電阻的基流降至零。一般進樣前均要使用“基流補償”，將記錄儀上的基線調(diào)至零。無樣品時兩極間離子很少，當載氣加組分進入火焰時，在氫火焰作用下電離生成許多正、負離子和電子，使電路中形成的微電流顯著增大。此即組分的信號，離子流經(jīng)高阻放大、記錄即得色譜峰。有機物在氫氣中燃燒，被裂解產(chǎn)生含碳的自由基CnHm-------CH生成的自由基，與火焰外面擴散的激發(fā)態(tài)氧反應。CH+O*———2CHO++e+ΔH形成的CHO+與氫氣燃燒產(chǎn)生的水蒸氣相碰撞，生成H3OCHO++H2O-----------H3O++CO在外電場作用下，CHO+和H3O+等正離子向負極移動，而被正極吸收，形成微電流。所產(chǎn)生的離子數(shù)與單位時間內(nèi)進入火焰的碳原子質(zhì)量有關，因此，氫焰檢測器是一種質(zhì)量型檢測器。這種檢測器對絕大多數(shù)有機物都有響應，其靈敏度比熱導檢測器要高幾個數(shù)量級，可用于痕量有機物分析。其缺點是不能檢測惰性氣體、空氣、水、C0，CO2、NO、S02及H2S等。FID的靈敏度與氫氣、空氣和氮氣的比例有直接的關系，因此要注意優(yōu)化。一般三者的比例接近或等于1：10：1，如氫氣30~40ml/min，空氣300~400ml/min，氮氣30~40ml/min。另外，有些儀器設計有不同的噴嘴分別用于填充柱和毛細柱，使用時要查看說明書。

back第六頁，共九頁，2022年，8月28日尾吹氣的使用

尾吹氣是從色譜柱出口直接進入檢測器的一路氣體，又叫補充氣或輔助氣。填充柱不用尾吹氣，而毛細管大多采用尾吹氣。這是因為毛細管柱內(nèi)載氣流量太低（常規(guī)為1~3ml/min），不能滿足檢測器的最佳操作條件（一般檢測器要求20ml/min的載氣流量）。在色譜柱后增加一路載氣直接進入檢測器，就可保證檢測器在高靈敏度狀態(tài)下工作。尾吹氣的另一個重要作用是消除檢測器的死體積的柱外效應。經(jīng)分離的化合物流出色譜柱后，可能由于管道體積的增大而出現(xiàn)體積膨脹，導致流速緩慢，從而引起譜帶展寬。加入尾吹氣后就消除了這一現(xiàn)象。

尾吹氣流量究竟多少合適呢？這要看所用檢測器和色譜柱的尺寸而定。比如，用0.53mm大口徑柱時，柱內(nèi)流量可達15ml/min，這對微型TCD和單絲TCD來說已經(jīng)夠大了，就沒有必要再加尾吹氣了。而對于FID、NPD、FPD則需要至少10ml/min的尾吹氣的流量，對于ECD就需要20ml/min的尾吹氣（ECD一般需要載氣總流量大于25ml/min）。使用常規(guī)或微徑柱時，尾吹氣流量應相應加大。經(jīng)驗參考值為：FID、NPD、FPD需要柱內(nèi)載氣和尾吹氣的流量之和為30ml/min左右，ECD則需要40~60ml/min。當需要在最高靈敏度狀態(tài)下工作時，應針對具體樣品優(yōu)化尾吹氣流量以及其他氣體流量。一般情況下尾吹氣所用氣體類型應與載氣相同。

第七頁，共九頁，2022年，8月28日TCD使用注意事項

1.確保熱絲不被燒斷！在檢測器通電之前，一定要確保載氣已經(jīng)通過了檢測器，否則，熱絲可能被燒斷，致使檢測器報廢！同時，關機時一定要先關檢測器電源，然后關載氣。任何時候進行有可能切斷通過TCD載氣流量的操作，都要關閉檢測器電源。這是TCD操作必須遵循的規(guī)則！

2.載氣中含有氧氣時，會使熱絲壽命縮短，所以有TCD時載氣必須徹底除氧。而且不要使用聚四氟乙烯作載氣輸送管，因為它會滲