气相色谱检测器气相色谱检测器（Gas chromatographic detector），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）。

随着色谱法的不断发展和应用领域的迅速扩大，对检测器的要求也就越来越高。

为了满足分析上的需要和操作上的方便，除了发展新型专用检测器之外，气相色谱检测器的另一个发展趋向是研制多功能检测器，即一个检测器能起数种检测器的作用。

例如：若能把氢焰检测器与火焰光度检测器以及热离子检测器结合一体，那么，将给色谱分析工作带来极大方便。

用于气相色谱分析的检测器种类繁多，有关检测器的性能参见表2-3；在一般分析工作中，最常用的有热导检测器、氢焰检测器、电子捕获检测器、火焰光度检测器、热离子检测器等。

本节将讨论这五种检测器的原理、结构、性能及其应用等方面的基础知识。

对检测器的基本要求如下：①噪音较小，灵敏度高。

②死体积小，响应迅速。

③性能稳定，重现性好。

④信号响应，规律性强。

表2-3 气相色谱检测器基本性能一、基本概念（一）分类方法在气相色谱法中，检测器的分类较常用的有四种分类法。

1．按响应时间分类⑴积分型检测器积分型检测器显示某一物理量随时间的累加，也即它所显示的信号是指在给定时间内物质通过检测器的总量。

例如：质量检测器、体积检测器、电导检测器和滴定检测器等，此类检测器在一般色谱分析中应用较少。

⑵微分型检测器微分型检测器显示某一物理量随时间的变化，也即它所显示的信号表示在给定的时间里每一瞬时通过检测器的量。

例如：热导检测器、氢焰检测器、电子捕获检测器和火焰光度检测器、热离子检测器等，此类检测器为一般色谱分析中的常用检测器。

2．按响应特性分类⑴浓度型检测器浓度型检测器测量的是载气中组分浓度瞬间的变化，也即检测器的响应值取决于载气中组分的浓度。

例如：热导检测器和电子捕获检测器等。

⑵质量型检测器质量型检测器测量的是载气中所携带的样品组分进入检测器的速度变化，也即检测器的响应值取决于单位时间组分进入检测器的质量。

例如：氢焰检测器、火焰光度检测器、热离子检测器等。

3．按样品变化情况分类⑴破坏型检测器在检测过程中，被测物质发生了不可逆变化。

例如：氢焰检测器、火焰光度检测器、热离子检测器。

⑵非破坏型检测器在检测过程中，被测物质不发生不可逆变化。

例如：热导检测器和电子捕获检测器。

4．按选择性能分类⑴多用型检测器对许多种类物质都有较大响应信号的检测器称为多用型检测器。

例如：热导检测器和氢焰检测器等属于多用型检测器。

⑵专用型检测器仅对某些种类物质有较大的响应信号，而对其他种类物质的响应信号很小或几乎不响应的检测器则称为专用型检测器。

例如：电子捕获检测器、火焰光度检测器、热离子检测器等。

有时也把上述分类法结合起来。

例如：把热导检测器称为微分-浓度-非破坏-多用型检测器，氢焰检测器称为微分-质量-破坏-多用型检测器。

（二）有关定义1．灵敏度（S）灵敏度（Sensitivity），系指单位量的物质通过检测器时所产生信号的大小，亦称检测器对该物质的响应值。

⑴浓度型检测器灵敏度计算式S c =AC1C2U e/W=hY1/2U e/W (2-9)式中A——色谱峰面积（cm2）；C1——记录纸单位宽度所代表的mV数（mV/cm）；C2——记录纸速度的倒数（min/cm）；U e——在室温和常压下柱出口处载气流速（mL/min）此值按本章中式（2-2）或（2-3）计算；W——样品质量（mg）；h——色谱峰高（mV）；Y1/2——色谱峰半高处的宽度（min）；S c——浓度型检测器灵敏度。

S c的单位为：mV·mL/mg，即每mL流动相中含有1mg样品通过检测器时，记录设备所记录的mV数。

⑵质量型检测器灵敏度计算式S m=60C1C2A/W=60hY1/2/W （2-10）式中S m——质量型检测器灵敏度；其余符号含义同前。

S m的单位为：mV·s/g，即每s有1g样品通过检测器时，记录设备所记录的mV数。

须知，对于同一检测器，其灵敏度值与测定条件和样品对象有关。

因此，在校验仪器的灵敏度时，需按仪器所附说明书中规定的条件进行。

2．噪音（R n）噪音(Noise)，系指无给定样品通过检测器而由仪器本身和工作条件所造成的基线起伏信号，常以mV来表示。

如图2-11所示的基线噪音为0.15mV。

3．漂移（R d）漂移（Drift），系指在单位时间内，无给定样品通过检测器而由仪器本身和工作条件所造成的记录笔单方向偏离原点之值，常以mV /h 来表示；如图2-11所示的基线漂移为0.1 mV/h。

4．检测限（D）检测限（Detectability）,又称敏感度，其计算式为：D=2R n/S （2-11）式中2R n——总机噪音（mV），S含义同前。

通常认为，产生色谱峰高两倍噪音时的量为检测限量。

5．最小检出量（Q min）最小检出量（Minimum detectable quantity）,又称最小检测量，其计算式为：Q min=1.065Y1/2D （2-12）式中符号含义同前。

6．最小检出浓度（C min）最小检出浓度（Minimum detectable concentration）,又称最小检测浓度，为最小检出量与进样量（体积或质量）的比值，其计算式为：C min=Q min/Q （2-13）式中Q——进样量，Q min含义同前。

7．线性范围检测器的线性范围（Liner range of detector），系指其响应信号与被测物质浓度之间的关系成线性的范围，以呈线性响应的样品浓度上下限之比值来表示。

（三）计算举例例1．注0.5μL苯于某色谱仪中，用热导检测器测定，峰高值为2.5mV，半峰宽为2.5mm，记录纸速度为5mm/min，柱出口处载气流速为30mL/min，求此热导检测器的灵敏度。

解：S0 =()88.05.0305/5.25.2⨯⨯⨯=85（mV•mL/mg）例2．测氢焰检测器灵敏度：以0.05%苯（溶剂为二硫化碳）为样品，进0.5μL，苯峰图2-11 噪音和漂移高为2.5 mV ，半峰宽为2.5mm ，记录纸速度为5mm/min ，总机噪音为0.02 mV ，求其检测限。

解：D =m n S R 2 =5.202.0 = ()6055.20005.088.00005.0⨯÷⨯⨯ = 0.587×10-10（g/s ） 二、检测器 技术支持： 尹先生（一）热导检测器热导检测器（Thermal conductivity detector,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。

某些气体和有机蒸汽的热导率见表2-4 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：10-5名 称 空 气 氢 气 氦 气 氮 气 氧 气 氩 气 CO CO 2 氨 气 甲 烷 0℃ 5.8 41.6 34.8 5.8 5.9 4.0 5.6 3.5 5.2 7.2 100℃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℃ 4.3 4.2 4.5 3.6 3.2 3.3 3.1 2.2 3.4 2.4 100℃7.37.46.86.35.65.85.34.45.54.2图2-13 热导检测器电桥示意图 图2-12 热导池示意图（二）氢焰检测器氢焰检测器（Flame ioization detector,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，经微电流图2-14 氢焰检测器放大器放大，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。