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【求助】TCD原理的疑问

气相色谱(GC)

  • 我刚接触气相色谱不久,对气相色谱TCD原理有些不理解,甚至可能存在某些误解,有三个问题请懂的大侠加以指教,或者重新详细解释一下TCD的原理,非常感谢.
    以下是我在论坛上看到的资料:
    热导检测器
    热导检测器(TCD)是利用被测组分和载气的热导系数不同而响应的浓度型检测器,有的亦称热丝检测器(HWD)或热导计、卡他计(katherometer或Catherometer),它是知名的整体性能检测器,属物理常数检测方法

    一、工作原理
    TCD由热导池及其检测电路组成。图3-2-1下部为TCD与进样器色谱柱的连接示意图,上部为惠斯顿电桥检测电路图。载气流经参考池腔、进样器、色谱柱,从测量池腔排出。
    R1、R2为固定电阻;R3、R4分别为测量臂和参考臂热丝。

    当调节载气流速、桥电流及TCD温度至一定值后,TCD处于工作状态。从电源E流出之电流I 在A 点分成二路i1、i2 至 B 点汇合,而后回到电源。这时,两个热丝均处于被加热状态,维持一定的丝温Tf,池体处于一定的池温 Tw。一般要求Tf与Tw差应大于100℃以上,以保证热丝向池壁传导热量。当只有载气通过测量臂和参考臂时,由于二臂气体组成相同,从热丝向池壁传导的热量相等,故热丝温度保持恒定;热丝的阻值是温度的函数,温度不变,阻值亦不变;这时电桥处于平衡状态:R1•R3=R2•R4, 或写成R1/R4=R2/R3。M、N二点电位相等,电位差为零,无信号输出。当从2进样,经柱分离,从柱后流出之组分进入测量臂时,由于这时的气体是载气和组分的混合物,其热导系数不同于纯载气,从热丝向池壁传导的热量也就不同,从而引起两臂热丝温度不同,进而使两臂热丝阻值不同,电桥平衡破坏。M、N二点电位不等,即有电位差,输出信号。

    我的疑问是:
    1.桥电流一直有电流对热丝加热,热丝温度应该会一直上升. 气流一直带走热量,包括带到检测器外的和传到热导池的部分. 热导池的温度应该会一直上升.传导的热量会变慢. 热丝的温度怎么会维持稳定呢?
    2,每次载气和组分的混合物流过热丝,会带走不一定的热量.怎么热丝的温度可以较快保持不变呢?
    3.为什么进样的气流流量跟参比的气流流量不要求完全一样,可以有一定的差别?
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  • 阿宝

    第1楼2010/11/07

    1.热导池的温度是恒定的,就是检测器的温度,这个在实验过程中设置的是恒定的,并不是无限制升高的,只要使得热导池的温度和热丝的温度间存在一个较大的梯度,这样便于热丝温度不断的传向池壁,是热丝温度维持一个恒定值
    2.这个问题没看太明白
    3一般情况下,要求二者的流量要尽可能的接近,即使有微弱的差别也无所谓,因为流量的微笑差别对热的传导影响不大,即使有影响,电桥还有个平衡作用呢,在电桥归零的时候可变电阻就会把电桥平衡
    个人观点

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  • qqqid

    第2楼2010/11/07

    第2个问题:
    楼主那个TCD原理图的下方有一句话:“当只有载气通过测量臂和参考臂时,由于二臂气体组成相同,从热丝向池壁传导的热量相等,故热丝温度保持恒定”

    这句话说得不够清楚,让楼主疑惑了。
    热丝由电加热的热量,一部分以辐射的方式传给池壁,还有一部分以传导、辐射的方式传给载气,载气不断地带走热量,热丝温度不会一直上升。电加热的热量,和载气带走的、传给池壁的热量达到平衡时,TCD输出恒定值。当有样品随着载气经过热导池,破坏了热量平衡,TCD输出样品响应值。样品全部通过热导池后,又回到原来的热平衡。

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  • hxh

    第3楼2010/11/08

    不同的组分具有不同的热导系数,因此通过测量臂时改变的阻值不同(破坏桥路平衡的程度不同);借此可测定其含量。

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  • laykey

    第4楼2010/11/08

    非常感谢你的回答,我对第一个问题和第三个问题都比较清楚了.
    那么要使热丝温度维持一个恒定值应该是一个桥电流应该对应一个比较准确的载气流量了吧?

    阿宝(lpr20) 发表:1.热导池的温度是恒定的,就是检测器的温度,这个在实验过程中设置的是恒定的,并不是无限制升高的,只要使得热导池的温度和热丝的温度间存在一个较大的梯度,这样便于热丝温度不断的传向池壁,是热丝温度维持一个恒定值
    2.这个问题没看太明白
    3一般情况下,要求二者的流量要尽可能的接近,即使有微弱的差别也无所谓,因为流量的微笑差别对热的传导影响不大,即使有影响,电桥还有个平衡作用呢,在电桥归零的时候可变电阻就会把电桥平衡
    个人观点

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  • 阿宝

    第5楼2010/11/08

    为什么要一个准确的流量?通过热丝的载气只不过是个传热的介质,流量没必要很精确吧?

    laykey(laykey) 发表:非常感谢你的回答,我对第一个问题和第三个问题都比较清楚了.
    那么要使热丝温度维持一个恒定值应该是一个桥电流应该对应一个比较准确的载气流量了吧?

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  • hdzhangsir

    第6楼2010/11/09

    同意流量没有必要很精确
    要保证热丝温度维持恒定的话,只要保证热丝所处的外部氛围恒定即可(一热丝与热导池的物理结构不变,二:热丝升温的内因 热丝加热电流
    三热导池的温度恒定 四 热丝和热导池中空的流通的载气流速恒定,流速恒定就行)

    阿宝(lpr20) 发表:为什么要一个准确的流量?通过热丝的载气只不过是个传热的介质,流量没必要很精确吧?

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  • hxh

    第7楼2010/11/09

    重要的是两臂条件一致。

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  • laykey

    第8楼2010/11/10

    会不会出现载气因为流量小,而不能将热丝产生的热量刚好完全传导到热导池的情况呢?

    hdzhangsir(hdzhangsir) 发表:同意流量没有必要很精确
    要保证热丝温度维持恒定的话,只要保证热丝所处的外部氛围恒定即可(一热丝与热导池的物理结构不变,二:热丝升温的内因 热丝加热电流
    三热导池的温度恒定 四 热丝和热导池中空的流通的载气流速恒定,流速恒定就行)

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