ELSD信号响应因素分析-罗乃兴-宁波分析测试学会团队

熙熙

2018/07/02
宁波分析测试

私聊

液相色谱（LC）

ELSD信号响应因素分析
罗乃兴

摘要：简要介绍了蒸发光散射检测器( ELSD)的仪器构造、工作原理,探讨了ELSD信号响应的各种影响因素。其中，雾化中心管末端的位置、载气压力，流动相流速对ELSD的雾化效率的影响进行了实验优化，得出ELSD信号响应相对较佳的条件。

关键词： 蒸发光散射检测器工作原理影响因素雾化效率
0　引言

蒸发光散射检测器（Evaporative LightScattering Detector，简称：ELSD）是一种新型通用型质量检测器，它的检测不依赖于样品分子中的官能团，这不同于紫外或者荧光检测器，且可用于梯度洗脱。ELSD对各种物质均有响应，且响应因子基本一致，只要挥发性低于流动相的物质均可以被检测。ELSD很好弥补了传统高效液相色谱检测方法的不足，已广泛应用于化工、医药、食品等行业。本文以Agilent 1260 Infinity ELSD为例，对影响信号响应的各种因素进行实验探讨。
1 蒸发光散射检测器工作原理

通常，蒸发光检测器的结构是由雾化器、蒸发漂移管和光散射池三部分组成。工作原理如图1所示，雾化器与色谱柱出口相连，柱洗脱液进入雾化器中心管，在中心管的末端，洗脱液与载气（通常为氮气）混合形成均匀的雾滴（雾化过程）。雾滴随载气通过可控温的漂移管，流动相蒸发，溶质形成极小的雾状颗粒（蒸发过程）。溶质颗粒继续随载气进入散射池，产生散射光，经光电倍增管收集放大变为电信号输出（检测过程）。

图一.蒸发光散射检测器工作原理

1.1 雾化中心管
雾化器由雾化中心管和雾化喷嘴两部分构成，其中通过图二可以看出雾化中心管的构成，其中的螺纹总共有7圈。日常维护通常会在螺纹上缠绕生料带增强雾化中心管拧紧的密封性，然而生料带缠绕的多与少影响雾化中心管拧入的圈数，进而影响雾化中心管末端与雾化喷嘴之间的距离。距离的不同,雾化产生的雾滴颗粒大小不同

流动相蒸发后，ELSD检测的是不挥发的溶质颗粒。在相当宽的质量范围内，色谱峰的峰面积（A）与样品质量（m）呈指数关系：

A=am^b

其中a、b与样品浓度、流动相性质、蒸发温度、载气和流动相流速等相关。
- 实验条件
2.1　仪器与试剂液相色谱仪：Agilent 1260型，ELSD Agilent 1260 Infinity。试剂：四氢呋喃（色谱纯）。苯乙烯聚合物：分子量，1000 g/mol（L.L.M.W），分子量，10000g/mol（L.M.W），分子量，100000g/mol（H.M.W），分子量，1000000g/mol（H.H.M.W），配制的浓度为5mg/L，总浓度为20.04mg/L。2.2　色谱条件凝胶柱：Plgel 5μm，MIXED-C；四氢呋喃为流动相，流速为1.0mL/min；进样量200μL，柱温25℃；ELSD：漂移管温度为80℃
- 结果与讨论
2.1　雾化中心管末端不同位置的信号响应
雾化中心管用生料带缠绕分别拧紧2圈、3圈、4圈、5圈、6圈、7圈进行实验，测试浓度为20.04mg/L聚合物样品的响应情况，结果如图3所示。雾化中心管拧紧2圈、3圈、4圈、5圈，HHMW、HMW、LMW和LLMW四个组分的对应的峰高基本相差不大，在1-2mv左右，拧紧6圈时，各组分的响应明显变大。响应最大的组分LMW峰高12mv左右，当拧紧7圈时，响应最大的HMW的峰高将近20mv。螺纹共七圈，没缠生料带，最多可以拧七圈半，考虑到密封性需要缠绕生料带，没有进行更大圈数的实验。由此可见信号响应值和中心管的拧入圈数成正比。

图三.雾化中心管不同位置对应峰高
2.2　氮气不同压力对信号响应的影响

色谱柱流出物进入雾化器与充入氮气混合形成液滴，液滴的尺寸大小影响信号的响应。雾化中心管拧紧的圈数为7圈，改变惰性气体（氮气）的压力大小，观察压力对分析结果的影响。配制聚合物样品的浓度为20.04mg/L，不同压力下分析的结果如图4所示。其中当压力为3.8bar时测试的结果是19.44mg/L,相对误差最小。当压力减小或者增大的时候，分析结果均下降。以其中的组分HMW的响应值为例，如图五所示，当压力为3.8bar时峰高的响应值达到最大。当压力小，氮气流速低，流动相挥发不完全，增加了背景噪声，降低信噪比，影响信号的响应。随着压力增大，氮气的流速加快，雾化颗粒的尺寸直径小，检测灵敏度降低，从而降低了信号的响应。
由此可见，在氮气压力为一定值时响应最大，此时减小或增大压力都会导致响应降低。从目前实验来看，氮气压力为3.8bar时响应最大。

图四.不同压力下聚合物分析结果图五.不同压力HMW峰高响应值
2.3　流动相不同流速对信号响应的影响
氮气压力为3.8bar，雾化中心管拧紧7圈，改变流速测试20.04mg/L聚合物样品响应情况。测试结果数据如表1所示，当流速为1.2mL/min时，测试结果相对误差最小。在一定范围内，流动相的流速越低，形成的物质颗粒越小，对光散射的能力越强，检出信号也越大，如0.6mL/min，测试结果为34.40mg/L，相对误差较大。综合测试结果与HWM峰高响应值来看，最佳流速为1.2mL/min。
表1 流动相不同流速测试结果

流动相流速mL/min

测试结果mg/L

HMW峰高mv

0.6

34.40

46

0.8

21.59

24

1.0

20.56

26

1.2

20.08

31

1.4

19.53

31

1.6

19.08

31
- 结论
综上所述，影响蒸发光散射检测器（ELSD）信号响应因素最主要的就是雾化效率，而影响雾化效率的因素有流动相的流速、载气的压力大小和雾化中心管末端的位置等。其中，雾化中心管末端的位置与拧入圈数有关，信号响应值与拧入圈数成正比。通过实验可得出，载气压力大小与流动相流速具有最佳值。ELSD日常雾化器维护时，需注意控制雾化中心管的位置，避免信号响应大小的波动。通过实验得出载气的最佳压力和流动相流速，提高ELSD的响应灵敏度。

参考文献
刘珍，化验员对本仪器分析第四版下册，化学工业出版社，2003.12，438页。

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王玉红，刘芳等，Chinese Journal of Analytical Chemistry，1622~1626。
王巧娥，分析化学测试学报，2006，6：126~132。