实验室分析仪器--液相色谱仪中检测器的性能指标
评价不同类型的检测器,除各自的特征指标外,还有一些共同的性能指标。
1.噪声和漂移
噪声是指由检测器输出与被测样品组分无关的无规则波动信号,在特定灵敏度下用响应单位表示,可分为高频噪声和短周期噪声两种。前者俗称“毛刺”,由比色谱峰出现频率高得多的基线无规则变动构成。一般来说,高频噪声并不影响色谱峰的分辨,但可以影响检出限这种噪声通常来自仪器的电子系统,因此关泵、流动相停止流动时仍然存在。高频噪声可用适当的滤波系统加以消除。短周期噪声由与色谱峰出现频率相似的基线无规则变动构成,它与色谱峰很相似,因此难以分辨,特别是对小色谱峰影响更大。
对不同类型的检测器,短周期噪声的主要来源可能不同。检测器本身部件不稳定、流动相含有气泡或被污染、温度和流速变化等都可能引起短周期噪声。对示差折光率检测器而言,周围环境、流动相流速变化引起的温度和压力波动,使检测池内液体的折射率发生改变,这是引起短周期噪声的主要原因。短周期噪声是与流动相有关的噪声,在关泵后随之消失。漂移是指基线随时间的増加朝单一方向(向上或向下)的偏离,由比色谱峰出现的频率低得多的基线无规则变动构成。造成漂移的原因包括:检测器预热时间不够,环境温度或流动相流速的缓慢变化,柱中固定相流失,刚更换的新流动相在柱中尚未达到平衡等。检测器产生的漂移一般用一段时间内(一般为几个小时)检测器响应值的变化表示。通常用停流和不停流各走30min的基线来评价一个检测器产生的噪声及漂移的大小。
噪声和漂移直接影响分析工作的误差及检测能力,严重时使仪器系统无法正常工作,可根据不同情况采取相应措施加以消除。
2.灵敏度
度也称响应值,是一定量物质通过检测器时所产生的信号的大小。检测器对样品检测的B灵敏度是衡量检测器质量的一个重要指标。
灵敏度是衡量检测器性能的重要指标,可用来评价检测器的好坏,并可同其他种类的检测器比较。使用者希望检测器有较高的灵敏度,因灵敏度高,就意味着对等量的同一样品检测器的响应信号大。但是检测器灵敏度的高低,并不能严格表示检测器的检测能力。
3.检测限
检测限是指在噪声背景上恰能产生可辨认样品峰时的最低样品量。一般定义为可辨认峰信号的3倍于噪声信号时的样品量,检测器的检测限与整个仪器的噪声水平有关,可在检测器的响应值曲线中表示出来。检测限(D)与噪声(N)和灵敏度(S)的关系为:
D=3N/S
检测限实质上是信噪比,它考虑了噪声的影响,因而能更全面地反映检测器质量,在评价检测器优劣时不可缺少,是衡量检测器性能的重要指标。但检测限不只与检测器有关,而是与整个仪器系统都有关。如减小色谱柱尺す(柱长、内径)和柱外死体积(样品池、进样器、连接管等)都可降低检测限。此外,检测限与仪器操作条件也有关,电压不稳定、流动相有气泡产生、仪器被玷污、环境温度波动等与噪声有关的因素都将影响检测限。
可以把一个已知量的标准溶液不经过色谱分离,直接注入到检测器中,根据检测限的定义来测定其大小;也可以先通过换算得到灵敏度,再实际测量噪声,按照公式求得检测限。
4.线性范围
线性范围是指检测器的响应值与样品量之间保持线性关系的样品量范围,以呈线性响应时样品量的上下限比值表示。
线性范围的下限即为该仪器的检测限。当样品量大于某值时,响应值曲线开始向下弯曲,此时的样品量为最大进样量。超过最大进样量,检测器的响应值不再随着样品量的增加而线性地增加。只有在线性范围内,用检测器响应值进行样品的定量分析才方便可靠,因此检测器的线性范围应尽可能大,以便可以同时测定大量和痕量的样品组分。
5.检测器死体积
检测器的死体积也是一个重要的检测器性能参数。死体积过大,将使色谱峰变宽,检测器的灵敏度和分辨率降低。
检测器死体积由样品池体积和样品池到色谱柱的连接管路体积组成。在满足检测要求的前提下,应尽可能减小死体积。因此,检测器设计要使连接管路尽可能短,并且选用细内径管,但应注意,连接管内径减小时,管内压力会有所增加。样品池的大小决定于检测器,太小会降低灵敏度。有关研究表明,当样品池的体积小于有关峰体积的1/10时,检测器形成的峰扩展将不明显。目前使用的检测池体积大多数都小于等于8μl,对常规分析一般没有多大影响。
当使用小体积高效柱时,检测池引起的峰扩展与使用常规液相色谱柱相比更为明显,尤其是对出峰较早的化合物。这种情况下检测池体积一般小于5μl,微量色谱柱的体积应减少到1μl,甚至更小。
6.检测器的响应时间
检测器的响应时间定义为从样品进入检测池到真实信号输出63.2%的时间,是样品进入检测器产生响应信号时间的度量,反映了检测器跟踪被分离样品组分浓度变化的快慢程度。响应时间过长及响应过慢,会使色谱峰变形失真,记录的谱峰比真实的谱峰显著加宽,峰高也比真实峰高低,类似于柱效降低,影响色谱分析的可靠性和准确性,这种情况在进行快速分析时尤为突出。响应时间过短,高频噪声影响严重。研究表明检测器响应时间最大不应超过色谱峰标准偏差的三分之一。目前使用的检测器和记录仪的响应时间一般在0.5~1.0s较为合适。
7.其他参数
上述各项性能指标是影响检测器质量的主要因素,在选择检测器时需要综合考虑。此外,流动相的流速、压力和温度变化对检测器的噪声、漂移和响应值都有影响。不同类型的检测器对这些因素变化的敏感程度不同。
检测器的最大工作压力和温度适用范围、检测器的配件和流路系统的气密性、操作维修的简易性、耐用可靠性等都是需要考虑的因素。
