气相色谱仪检测器类型以及用途

       气相色谱仪检测器大致分为通用检测器和选择性高灵敏度检测器。通用检测器可以分析范围广泛的化合物，其中火焰离子化检测器（FID）是最常见的，因为它可以分析几乎所有的有机化合物。相比之下，选择性高灵敏度检测器只能选择性地、高灵敏度地检测特定类型的化合物。大多数检测器需要一种或多种气体才能正常工作。有燃烧气、反应气、辅助气和尾吹气。在某些情况下，一种气体可能有多种用途。检测器气体的类型取决于具体的检测器。

1.火焰离子化检测器 (FID)

FID 是气相色谱中最常用的检测器。FID 对含有碳原子 (C) 的化合物很敏感，并且能够检测到，碳原子 (C) 几乎占所有有机化合物。然而，FID 对与氧具有双键的碳原子不敏感，例如羰基和羧基（CO、CO2、HCHO、HCOOH、CS2、CCl4 等）。
灵敏度：0.1-10 ng
线性范围：10 5 -10 7
气体：燃烧 - 氢气和空气；补充 - 氦气或氮气
温度：250-300°C，高温分析为 400-450°C。

FID示意图


FID 通过燃烧从下方供应的空气和氢气产生氢气火焰。被载气带入检测器的样品中的碳被氢气火焰氧化，从而引起电离反应。形成的离子被集电极吸引到静电场，在那里检测到成分。



2.热导检测器 (TCD)

TCD 也被称为通用检测器，因为它可以响应大多数化合物，包括 O 2、N 2 和 CO 2等无机气体。它允许在高百分比和低 ppm 水平下进行检测。TCD 主要用于检测 FID 不敏感的无机气体和成分。

选择性：除载气外的所有化合物
灵敏度：5-20 ng
线性范围：10 5 -10 6
气体：尾吹 - 与载气相同
温度：150-250°C


TCD示意图

TCD采用的检测原理如下。TCD 通过读取由载气和目标组分之间的热导率差异引起的灯丝温度变化来检测目标组分。



在 A 和 B 之间施加直流电压。
• 当只有载气以恒定流量流动时
 - 每根灯丝都保持恒定温度，并且在 C 和 D 之间产生恒定电压。


• 组分从分析侧柱中洗脱。
 - 灯丝温度发生变化， - 改变
 电阻值，- 改变
 C 和 D 之间的电压

导热系数 (10-6 cal/s ·cm ·°C)



TCD 分析示例

当分析目标组分的热导率低于载气时，TCD 会读取灯丝温度的升高。相反，当分析目标组分的热导率高于载气时，TCD 会读取灯丝温度的降低。

3.屏障放电电离检测器 (BID)

BID 是岛津的专有检测器，可以检测除 He 和 Ne 之外的所有无机和有机化合物。BID 还能够检测 ppm 级的痕量杂质，而 TCD 在无机气体分析期间未能检测到这些杂质。

< 主要应用 >
有机化合物分析
痕量气体分析

BID示意图

BID使用的检测原理如下。
BID产生稳定的He等离子体，利用激发的He发射的能量使化合物电离，然后将这些离子吸引到收集器。发射的He等离子体具有极高的能量，可以电离除用于产生等离子体的He和具有极高电离能的Ne之外的所有化合物。因此，原则上，BID可以检测除He和Ne之外的任何化合物。

电离原理



从色谱柱中洗脱的化合物被来自等离子体的光能电离。
 - 离子被收集电极吸引并输出为峰值。

He 等离子体的光能为 17.7 eV（电子伏特），非常高。
 - BID 能够高灵敏度检测除等离子气体 He 和 Ne 之外的所有化合物，Ne 具有比 He 更高的电离能。


4.电子捕获检测器 (ECD)

ECD是一种选择性高灵敏度的亲电化合物检测器。ECD可以检测有机卤素化合物、有机金属化合物、二酮化合物等。电子由内衬检测器单元的63Ni箔提供。在电池中产生电流。电负性化合物捕获电子并导致电流降低。间接测量电流损耗量并生成信号。

选择性：卤素、硝酸盐和共轭羰基
化合物 灵敏度：0.1-10 pg（卤化物）；1-100 pg
（硝酸盐）；0.1-1 ng（羰基）
线性范围：10 3 -10 4
气体：氮气或氩气/甲烷
温度：300-400°C


ECD示意图

ECD采用的检测原理如下。ECD 通过读取电压值的变化来检测离子，该值保持在收集器处收集的恒定离子电流。



5.火焰热离子探测器 (FTD)

FID是所有检测器中最受欢迎的。它对大多数有机化合物表现出高灵敏度。FID的优点是灵敏度高、线性响应大、噪音低、坚固耐用。然而，它本质上是破坏性的，样品会被破坏。几乎不发生反应或不发生反应的化合物包括无机气体，例如CO、CO2、NH3、CS2、NOX、稀有气体、卤化化合物、甲酸和甲醛。


FTD示意图

FTD使用的检测原理如下。FTD 通过读取收集器收集的离子电流变化来检测离子。



6.火焰光度检测器 (FPD)
FPD是一种选择性高灵敏度检测器，可检测磷(P)化合物、硫(S)化合物和有机锡(Sn)化合物。在石油馏分和纸浆的研磨过程中，硫化合物包括硫醇、烷基硫化物、H2S、CS2、SO2和CO2。烷基锡可用作船体和海上石油钻井平台的防污漆。

< 主要应用 >
含磷农药分析
硫系恶臭及食物异味成分分析
海产品中有机锡的分析

FPD示意图

FPD使用的检测原理如下。
硫化合物、磷化合物和有机锡化合物在燃烧时都会发出独特波长的光。通过让光通过过滤器，只有这些独特波长的光才能到达光电倍增管。然后光电倍增管将检测到的光强转换为电信号。


7.硫化学发光检测器 (SCD)


SCD是一种选择性高灵敏度的硫(S)化合物检测器。SCD高度灵敏，可以检测极少量的硫化合物。与同样可以选择性检测含硫化合物的FPD相比，SCD的灵敏度要高出一个数量级左右，而且SCD的灵敏度与样品浓度成正比线性关系。（对于FPD，这种关系是二次的。）SCD也表现出等摩尔灵敏度，并以相同的相对灵敏度测量含硫化合物，而不管化合物结构如何。
SCD的这一特性允许使用其他化合物的校准曲线来确定目标化合物的大致浓度，即使没有标准样品也是如此。
SCD与其他探测器的显着区别在于SCD保持低电压环境。


< 主要应用 >

检测石油和天然气中极少量的硫化合物
汽油中硫化合物的测量
食物气味成分分析
饮料中挥发性硫化合物的测定


SCD示意图

SCD采用的检测原理如下。
硫化学发光检测器(SCD)利用臭氧氧化引起的化学发光反应。
硫化合物转化为XS化学品（主要是SO），在极高的温度（约1000°C）氧化还原炉中可显示化学发光。XS化学物质被带到检测器区域，在那里臭氧将其转化为激发态SO2*（自由基）。SO2*恢复到基本状态时会发光，SCD通过光电倍增管测量该光来检测硫成分。