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蒸发光散射检测器(ELSD)的设计/工作原理(二)

2020.5.25

2)漂移 液滴进入漂移管后挥发。液滴进入到加热的漂移管中,至少有三个现象发生:易挥发的部分蒸发;一些颗粒落到漂移管的管壁上;一些颗粒凝结在一起。Charlesworth提出了计算柱流出物蒸发时间的公式:
Td=ΔHVρD0^2/MvKfΔT
其中td为完全挥发的时间;ΔHV/M为摩尔挥发度;ΔT为雾化气体与液体表面的温度差;Kf为液滴周围气体薄层的热导率。
当温度上升到一定程度,被分析物(a)会同流动相一道挥发,因此最佳温度为tdm < td <tda。但为了减少颗粒在漂移管管壁上的沉淀,td的选择最好是比tda略高一点。FL/Fg增大会使颗粒间更容易凝结。

3)在可以忽略漂移管管壁上的沉淀或平均直径不被其它因素改变的前提下,进入光散射池的气溶胶中的颗粒直径d与被分析物在洗脱液中的浓度C成正比:
d∝ D0 ( c/ρa)^(1/3)             (*)
其中:ρa为被分析物的体积质量。
对于轴心式的雾化器,当被分析物的质量浓度为1mg/L时,被分析物颗粒的大小处在米氏散射区域。根据米氏理论,散射光强度I可以表示为:
I=knd2(d/λ)^y
其中:k为常数;n是散射区域中颗粒的数目;λ为检测波长;随着d/λ的增加,y值从4.0减小到-2.2。当λ和n为常数,散射光强度以d^p(p<6)指数增加,根据(*)式,散射光强度以c^q(q<2)指数增加。

根据大量实验显示,ELSD的相应值(Y)与被测物浓度(X)的关系曲线比较复杂。在较高浓度范围内,大致呈线性;而在低浓度范围内,则大致呈指数关系,即Y=Ax^b,其中的b值往往为1-2(与理论相符);另有少数实验表明,响应值与被测物浓度呈二次函数关系,即Y=aX+Bx^2。

⑷校正曲线和检测限
当被分析物在洗脱液中的浓度较低时,被分析物浓度值的对数与响应值的对数的校正曲线大致呈线性。检测限可以通过公式算出:
末找到
其中mLOD为检测限(g);m为注入的被分析物的质量(g);N/H为噪音与峰高之比;x为校正曲线的斜率。
之后,Meeren等[建立了一个计算机模拟的ELSD检测机理模型,其基本理论也是建立在米氏理论的基础上。他们把影响ELSD的响应的因素分成四组:载气气压,雾化器的设计,流动相的组成和流速都将影响到雾化过程;被分析物的浓度和密度等决定了进入光散射池的气溶胶中的颗粒的直径;被分析物的折射指数,光源发出的光的强度和波长,光电倍增管的位置等将影响到散射光强度;光电倍增管的灵敏度和入射光的强度决定了检测的效率,即反映为实验者所观测到的峰面积。

冯埃生等 和Trathnigg等考察了影响ELSD检测性能的基本因素,他们发现漂移管温度对基线水平和噪音的影响没有明显的规律性,温度过低流动相得不到充分挥发,使基线水平较高;温度过高则可能带来更大的噪音。气体流速增大,使响应值减小,故最佳气速是在可接受噪音的基础上,产生最大检测响应值的最低气体。流动相中可以加入低于10mmol/L的挥发盐来调节所需的酸度。他们在实验中也发现,峰面积和峰高的自然对数分别与浓度的自然对数有较好的线性关系。

此外,还有不少实验者在用ELSD检测各种物质时,不同程度地研究了影响ELSD检测性能的基本因素,但其研究都不够系统,而且没有提出相应的理论。

4. ELSD在HPLC中的应用研究
ELSD在对类酯、表面活性剂、糖、氨基酸、 季铵盐、高聚物、甾体化合物等物质的检测,以及药物分析方面发挥着重要的作用。

归纳起来,这些物质往往具有如下的特点:1.物质本身不含生色团或吸光系数不大,使用UVD检测灵敏度很低。2.物质组分复杂,组分间极性差异较大,分离需要进行梯度洗脱,故RID几乎不适用,短波长UVD在梯度洗脱时常会发生基线漂移。使用ELSD检测,可以克服这些困难。对于不含生色团的物质,ELSD可以不经衍生,直接进行检测,从而避免了衍生带来的误差;ELSD在检测过程中,将流动相完全挥发,因此在梯度洗脱时,基线平稳。对不同物质,ELSD响应因子的变化比其他检测器(如紫外检测器)要小得多,在因缺乏标准品而无法做校正曲线的情况下,利用ELSD可以近似地提供不纯物的定量测定。HPLC/ELSD的色谱条件与LC/MS是一致的,在脱机情况下,使用HPLC/ELSD可以为LC/MS摸索色谱条件,节省使用昂贵的LC/MS系统的操作成本,而且可以方便地用LC/MS来分析检测出的不纯物,进行结构判定。

五、流动相为1ml/min时,雾化器氮气流量和漂移管温度与流动相组成的关系。
单一流动相 雾化器氮气流量 漂移管温度
环己烷 1.70 SLPM 70 ℃

氯 仿 1.65 SLPM 70 ℃

甲 醇 1.65 SLPM 70 ℃

乙 腈 1.70 SLPM 70 ℃

水 3.20 SLPM 115℃

混合流动相: 按流动相中混合溶剂的比率、计算混合流动相所需的雾化器气体流量和漂移管温度。例如以60%甲醇/水为流动相,其漂移管气体流量=(0.60)(1.65)+(0.40)(3.20)=2.27 SLPM; 其漂移管温度=(0.60)(70)+(0.40)(115)=88 ℃

梯度分离: 当进行梯度分离时,根据流动相中最低挥发性的溶剂决定雾化器气体流量和漂移管温度。

注:提高流动相流速,则应相应提高雾化器氮气流量和漂移管温度;降低流动相流速,则应相应降低雾化器氮气流量和漂移管温度。

3. ALLTECH  500ELSD 分析标准流动相流速为1ml/min,若要使用大于或小于1ml/min的流速,则应参考500ELSD说明书优化雾化器氮气流量及漂移管温度。

4. 每次使用完毕,应及时倒空500ELSD冷肼中冷凝的废液,若冷肼中废液积满,会影响尾气排放,造成基线噪音增加。

六. 结论

在以上的研究中,实验者都要对ELSD进行条件优化,即通过调节载气流速和漂移管的温度,使信噪比达到最大。
蒸发光散射检测器(ELSD)的响应不依赖于物质的光学性质,能检测挥发性低于流动相的样品。其检测灵敏度高,检测限已可达ng级;检测过程中,其基线稳定,能进行梯度洗脱。理论表明,ELSD的响应与被分析物的理化性质有一定关系,但这种关系并不大,某些实验也证明了这一点,从这个意义上来讲,ELSD不能被称为真正的质量检测器;由于被测物往往为同一类物质,其性质比较类似,因此许多实验者报道响应不依赖于被分析物的理化性质,理论与实际并不矛盾。


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