气相色谱仪的5类检测器详细分类解说
气相色谱检测器(Gaschromatographicdetector)，系指用于反映色谱柱后流出物成分和浓度变化的装置。检测作用的基本原理是利用样品组分与载气的物化性能之间的差异，当流经检测器的组分及浓度发生改变时，检测器立即产生了相应的信号。
用于气相色谱分析的检测器已有数十种之多，其中既有为气相色谱分析而专门研制的检测器(例如：氢焰检测器)，也有利用原来分析化学中的测试装置作为检测器(例如：热导检测器)，还有把其他大型分析仪器与气相色谱仪联用(例如：气相色谱-质谱联用仪)。
(一)热导检测器
热导检测器(Thermalconductivitydetector,TCD),属于多用型微分检测器，不论对有机物还是无机物一般都能响应，因此，热导检测器在分析工作中得到广泛的应用。
热导检测器的最小检出量达10-8g，线性范围为105。
1.检测机理
热导检测器是根据载气中混入其他气态物质时热导率发生变化的原理而制成的，它主要利用以下的三个条件来达到检测之目的。
①欲测物质具有与载气物质不同的热导率。
②热敏元件阻值与温度之间存在一定关系。
③利用惠斯登电桥原理检测流经物质变化。
2.基本构造
热导检测器的热导池构造如图2-12所示，敏感元件安装于金属(或玻璃)所制的圆筒形的池腔中，池中的敏感元件称为热导检测器的臂。利用一个或二个臂作参考臂，而另一个或两个臂作测量臂。在图2-13所示的惠斯登电桥中，利用二个臂作参考臂，而另两个臂作测量臂。
3.检测过程
热导检测器的检测过程如下：在恒温的检测室中，通恒定的工作电流和通恒定的载气流速时，热敏元件的发热量和载气所带走的热量也均恒定，故使热敏元件的温度恒定，也即其电阻值保持不变，电桥保持平衡，此时无变化信号产生；当被测物质与载气一道进入热导池测量臂时，由于混合气体的热导率与纯载气不同(往往低于纯载气的热导率)，因而带走的热量也就不同，使得热敏元件的温度发生改变，其电阻值也就随之改变，故使电桥产生不平衡电位，输出信号至记录设备(记录仪、色谱数据处理机或色谱工作站等)，进行数据处理、图象显示、打印图谱和打印分析结果等。
4.相关事宜
①在允许的工作电流范围内，工作电流越大灵敏度越高。
②用氢气或氦气作载气，一般比用氮气时的灵敏度要高。
③当工作电流固定时，降低热导池体温度可提高灵敏度。
表2-4某些气体和有机蒸汽的热导率(单位：10-5cal/cm•℃•s)
名称空气氢气氦气氮气氧气氩气COCO2氨气甲烷
0℃5.841.634.85.85.94.05.63.55.27.2
100℃7.553.441.67.57.65.27.25.37.610.9
名称乙烷乙烯乙炔丙烷正丁烷异丁烷正戊烷苯甲醇丙酮
0℃4.34.24.53.63.23.33.12.23.42.4
100℃7.37.46.86.35.65.85.34.45.54.2
(二)氢焰检测器氢焰检测器(Flameioizationdetector,FID),又称氢焰离子化检测器，属于多用型微分检测器，由于它对绝大部分有机物有很高的灵敏度，因此，氢焰检测器在有机分析中得到广泛的应用。
氢焰离子化检测器的最小检出量可达10-12g，线性范围约为107。
1.检测机理
氢焰离子化检测器是根据气相色谱流出物中可燃性有机物在氢-氧火焰中发生电离的原理而制成的，它主要利用以下的三个条件来达到检测之目的。
①氢和氧燃烧所生成的火焰为有机物分子提供燃烧和发生电离作用的条件。
②有机物分子在氢氧火焰中燃烧时其离子化程度比在一般条件下要大得多。
③有机物分子在燃烧过程中生成的离子在电场中作定向移动而形成离子流。
2.基本构造
氢焰检测器的构造比较简单，如图2-14所示，在离子室内仅有喷嘴，极化极(又称发射极)和收集极等三个主要部件。
3.检测过程
氢焰检测器的检测过程如下：燃烧用的氢气与柱出口流出物混合经喷嘴一道流出，在喷嘴上燃烧，助燃用的空气(氧气)均匀分布于火焰周围。由于在火焰附近存在着由收集极(正极)和极化极(负极)间所形成的静电场，当被测样品分子进入氢-氧火焰时，燃烧过程中生成的离子，在电场作用下作定向移动而形成离子流，通过高电阻取出，经微电流放大器放大，然后把信号送至记录设备(记录仪、色谱数据处理机或色谱工作站等)，进行数据处理、图象显示、打印图谱和打印分析结果等。
4.相关事宜
①载气种类：实验表明，用氮气作载气比用其他气体(如H2、He、Ar)作载气时的灵敏度要高。
②气体比例：一般流速比为氮气:氢气:空气≈1:1:10，增大氢气和空气的流速可提高灵敏度。
③内部供氧：把空气和氢气预混合，从火焰内部供氧，这是提高灵敏度的一个比较有效的方法。
④距离恰当：收集极与喷嘴之间的距离一般以5～7毫米为宜，此距离可获较高的检测灵敏度。
⑤其他措施：维持收集极表面清洁、检测高分子量样品时适当提高检测室温度也可提高灵敏度。
(三)电子捕获检测器
电子捕获检测器(Electroncapturedetector,ECD)，属于专用型微分检测器，由于它对电负性物质(例如：含卤、硫、磷、氮等物质)有很高的灵敏度，因此在石油化工、环境保护、食品卫生、生物化学等分析领域中得到广泛的应用。
电子捕获检测器的最小检出量可达10-13g，线性范围约为104。
1.检测机理
电子捕获检测器是根据电负性物质分子能捕获自由电子的原理而制成的,它主要利用以下三个条件来达到检测之目的。
①能够产生β射线：检测器内有能放出β射线的放射源，常用63Ni、3H以及3H-Sc等作放射源。
②载气分子能电离：载气分子能被β射线电离，在电极之间形成基流，常用N2或Ar作载气。
③样品能捕获电子：样品分子有能捕获自由电子的官能团，例如：含素、硫、磷、氨等物质。
2.基本构造
电子捕获检测器如图2-15所示，检测室内仅有放射源和收集极这两个主要部件，其构造非常简单。
3.检测过程
电子捕获检测器的检测过程如下：在β射线的作用下，中性的载气分子(例如N2和Ar)发生电离，产生出游离基、低能量的电子，这些电子在电场作用下，向正极移动而形成恒定的基流；当载气中带有电负性的样品分子进入检测器时，捕获这些低能量的自由电子，使基流降低而产生信号，经微电流放大器放大后送至记录设备(记录仪、色谱数据处理机或色谱工作站等)，进行数据处理、图象显示、打印图谱和打印分析结果等。
4.相关事宜
①使用高纯氮气：载气的纯度对灵敏度的影响很大，一般需采用纯度为99.99%以上的高纯氮作载气。
②尽量避开氧气：为了减少氧气对检测器的沾污而造成的灵敏度下降，因此载气需脱氧和气路应避氧。
③注意人体安全：放射源对人体有一定的危害，操作时应严格遵守有关安全规则，以免发生意外事故。
(四)火焰光度检测器
火焰光度检测器(Flamephotometricdetector,FPD)，属于专用型微分检测器，由于它对含硫、磷的化合物有很高的灵敏度，因此，在石油化工、环境保护、食品卫生、生物化学等分析领域中得到广泛的应用。
火焰光度检测器的最小检出量达10-11g，线性范围：有机磷可达104；硫化物则不是线性关系，用双对数作图其线性范围为102。
1.检测机理
火焰光度检测器是根据硫、磷化物在富氢火焰中燃烧时，发射出波长分别为394nm和526nm特征光的原理而制成的，它主要利用以下三个条件来达到检测之目的。
①富氢火焰：检测器中有富氢火焰存在，为含硫、磷的有机化合物提供了燃烧和激发的基本条件。
②特征波长：样品在富氢火焰中燃烧时，含硫有机物和含磷有机物能发射出其特有波长的特征光。
③光电转换：检测器设有滤光片和光电倍增管，通过滤光片选择后光电倍增管把光转换成电信号。
2.基本构造
火焰光度检测器主要由火焰喷嘴、滤光片和光电倍增管等三部分所组成，其构造如图2-16所示。从图中看出，其燃烧室与氢焰检测器燃烧室的构造很相似，若经适当改进并在喷嘴上方加装收集极，也许又可作氢焰检测器使用。
3.检测过程
火焰光度检测器的检测过程如下：柱后流出的载气与空气和氢气混合后经喷嘴流出，在喷嘴上燃烧。当柱后流出的样品组分与载气一道进入此富氢火焰燃烧时，硫、磷化合物发出其特征光。含磷有机物以HPO碎片的形式发射其特征光，含硫有机物以激发态S2分子的形式发射其特征光。磷化物用526nm的滤光片进行选择；硫化物可用394nm或384nm的滤光片进行选择。光电倍增管把所滤过的光转换成电信号，此电信号送至微电流放大器放大后输至记录设备(记录仪、色谱数据处理机或色谱工作站等)，进行数据处理、图象显示、打印图谱和打印分析结果等。
4.相关事宜
①富氢火焰：火焰光度检测器必须是富氢火焰，氧气与氢气流速之比在0.2～0.5范围可获得高灵敏度。
②测磷流速：火焰光度检测器测磷氢气160～180mL/min，空气150～200mL/min，氮气40～80mL/min。
③测硫流速：氮气流速为90～100mL/min时其灵敏度较高；检测室温度过高使测硫时检测灵敏度下降。
须知，各种气体的实用流速还与仪器型号、样品种类以及其他操作条件和分析要求等有关，故应根据具体情况来确定它们的流速。
(五)热离子检测器
热离子检测器(Thermionicdetector或Nitrogenphosphorousdetector,NPD),又称氮磷检测器、热离子发射检测器、碱火焰电离检测器等，属于专用型微分检测器，由于它对含电负性原子特别是含氮、磷、硫、卤素等有机化合物有很高的灵敏度，因此，在医药卫生、农药残留以及环境保护等的分析工作中应用广泛。
热离子检测器的最小检出量可达10-14g，线性范围为108。
1.检测机理
热离子检测器是根据含电负性原子的有机物样品在氢氧火焰里燃烧时，会明显增加碱盐的蒸发和化学离解，从而使收集到较大的离子流和检测信号。它主要利用以下的三个条件来达到检测之目的。
①氢氧火焰：氢氧火焰为有机物分子燃烧和碱盐的蒸发与化学离解提供了基本条件。
②碱金属盐：在喷嘴上方附加了碱金属盐片如氟化钠、硫酸钠、溴化铯、硫酸铷等。
③样品特性：含电负性原子的有机物在氢氧焰燃烧时明显增加碱盐蒸发和化学离解。
2.基本构造
热离子检测器的构造比较简单，如图2-17所示，在一般的火焰离子化检测器喷嘴上方加装一个碱金属盐片或盐圈即可。
3.检测过程
热离子检测器的检测过程如下：燃烧用的氢气与柱出口流出物混合经喷嘴一道流出，在喷嘴上燃烧，助燃用的空气(氧气)均匀分布于火焰周围。由于在火焰附近存在着由收集极(正极)和极化极(负极)之间所形成的静电场，当含电负性原子的被测样品分子进入氢-氧火焰燃烧时，会增加碱金属盐的蒸发和化学离解，从而使收集到的离子流大为增加，通过高电阻取出，经微电流放大器放大，然后把信号送至记录设备(记录仪、色谱数据处理机或色谱工作站等)，进行数据处理、图象显示、打印图谱和打印分析结果等。
4.相关事宜
①热离子检测器对气体流速波动非常敏感，因此，应严格控制操作条件，才能获得较好的分析结果。
②载气、氢气和氧气的流速，应根据检测室构造以及收集极-碱盐-喷嘴三者之间的距离经调试确定。
