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你了解气相色谱的各种“D”么？——浅谈气相色谱检测器的分类与选择

ghsunmer

2016/10/19

私聊

气相色谱（GC）

检测器是气相色谱分析中不可或缺的部分，被称做色谱仪的“眼睛”。被测组分经色谱柱分离后，以气态分子与载气分子相混状态从柱后流出，必须要有一个装置或方法，将混合气体中组分的真实浓度或质量流量变成可测量的电信号，且信号大小与组分量成比例关系，此装置就是检测器，是一种能检测气相色谱流出组分及变化的器件。检测器按照不同方法有不同的分类：
按照性能特征分类：

按照工作原理分类：

大家可以发现气相色谱检测器的种类繁多，而平日里我们最常见到的检测器有电子捕获检测器（ECD）、氮磷检测器（NPD）、火焰离子化检测器（FID）和质谱仪（MSD）等。今天就和大家聊一聊这些检测器的选择问题。
通性
MSD与ECD、NPD、FID等都可作为GC的检测器，提供GC分离后的组分相关信息。样品经色谱柱分离后，各成分按保留时间不同，顺序地随载气进入检测器，检测器按时间及其浓度（质量）的变化，把组分化合物转化成易于测量的电信号，经过必要的放大传递给记录仪或计算机，最后得到该样品的色谱图及定性和定量信息。
区别
ECD、NPD、FID都属于有一定选择性的检测器，仅对某类特征化合物有响应，可以排除样品中其他组分的干扰，从而可简化复杂样品的前处理，降低对色谱柱分离能力的要求。而MSD是质量型、通用型检测器，只要化合物能够离子化，就能获得响应，在总离子流色谱图上表现出来。对不同的化合物，各种检测器的适用性和信号响应有所差别，见图1，具体如下：
①电子捕获检测器（ECD）是灵敏度最高的气相色谱检测器之一。ECD工作原理是色谱柱流出载气及吹扫气进入ECD池，在放射源放出β-射线轰击下被电离，产生大量电子；在电源、阴极和阳极电场作用下，该电子流向阳极，得到10^-9-10^-8A的基流；当电负性组分从柱后进入检测器时，即俘获池内电子，使基流下降，产生一负峰；通过放大器放大，在记录器记录，即为响应信号。其大小与进入池中组分量成正比。负峰不便观察和处理，通过极性转换即为正峰。ECD仅对那些能俘获电子的化合物（含电负性元素）有响应，如卤代烃、含N、O和S等杂原子的化合物，但线性范围较窄。
②氮磷检测器（NPD）是一种质量型检测器。NPD工作原理是将一种涂有碱金属盐如Na₂SiO₃、Rb₂SiO₃类化合物的陶瓷珠，放置在燃烧的氢火焰和收集极之间，当试样蒸气和氢气流通过碱金属盐表面时，含氮、磷的化合物便会从被还原的碱金属蒸气上获得电子，失去电子的碱金属形成盐再沉积到陶瓷珠的表面上，从而获得信号响应。NPD对氮、磷化合物有较高的响应，灵敏度极高，可以检测到5×10^-13g/s偶氮苯类含氮化合物，2.5×10^-13g/s的含磷化合物，如有机磷及氨基甲酸酯类农药等。
③火焰离子化检测器（FID）由Harley和Pretorious发明，演化自Scott发明的燃烧热检测仪（Heat of Combustion Detector）。FID工作原理是以氢气作为燃烧气，和空气在一个圆筒状的电极里的喷嘴处燃烧，燃烧的火焰作为能源，其中氦气、氮气等载气作为洗脱剂，在极化极和收集极之间外加的高电压电场作用下，利用含碳有机物在火焰中燃烧产生离子，使离子形成离子流，收集起来产生电流，根据离子流产生的电信号强度，放大并传送到记录仪或电脑数据采集系统的A/D转换器处，从而检测被色谱柱分离出的组分。
④质谱检测器（MSD）是质量型、通用型检测器，对所有适合于GC检测、能离子化的化合物都能给出响应。MSD不仅能给出色谱图（即总离子流色谱图，TIC），且能够给出每个色谱峰时间点的质谱图，利用计算机对标准谱库的自动搜索，可提供化合物分子结构信息，是GC定性分析的有效工具。将色谱的高分离能力与MS的结构鉴定能力结合在一起，采用保留时间和质谱图双重定性，灵敏度高。MSD数据处理工作量非常大，一般必须配计算机系统才能有效地工作；根据仪器配置不同，还可以采用EI、CI等电离方式，结合不同扫描方式，提高灵敏度与准确度。

图1 气相色谱不同检测器灵敏度对比

分
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