做痕量分析时气相色谱仪检测器的特点与不足

我们对于推荐一台做痕量分析的气相色谱仪GC，首先应针对具体样品，分析选用何种检测器。我们知道对于一台GC的制造商，检测器是心脏。因为GC配置何种检测器决定了：
① 仪器整体结构；
② 气路系统的配置（如：气体过滤系统、进样系统、安装何种色谱柱、气密性和死体积要求等）；
③ 电气配置（电源、信号放大、温度控制精度，抗干扰措施等）。
另外，由于各种检测器性能、特点和缺点等不同，我们决定了采用何种检测器后，还要相应考虑与之配套的样品予处理过程、进样方法、标样选择、定量方法、数据处理装置种类和性能的选购。这就是为什么我们把选购气相色谱仪检测器作为重点详细介绍的原因。因篇幅有限，以下我们谱析仪器色谱工程师仅把常用几种检测器适应性、最小检测量、最小检测浓度、操作特点和不足等简要介绍，供色谱人员参考。

⑴ 气相色谱仪--氢火焰离子化检测器（FID）：
① 应用范围：
特别适用于有机化合物常量到痕量分析。是环境领域空气和水中痕量有机化合物最好的检测手段。是所有常规检测器中唯一可进水样的检测器，FID是目前GC必备的检测器之一。
② FID的优点：
a）属质量型，峰面积不随载气流速改变；
b）稳定性好：S和D对气流和检测器温度波动不敏感；
c）定量简单：对有机物中同系物相对S值几乎相同；
d）近似理想的检测器、结构简单、寿命长、几乎不需维护；
e）唯一可进水样的常规检测器；
f）操作中一般需用N2，H2和空气等三种气源；
g）气路相对杂质，操作中的点火或获得最佳性能要反复调节气流比，这点与其它检测器相比显得麻烦。

⑵ 气相色谱仪--电子捕获检测器（ECD）：
① 应用范围：
用于分析痕量电负性有机化合物最有效。常见电负性化合物如：卤代烃、含磷、硫、卤素化合物，金属有机化合物，羟基、硝基以及共轭双键化合物等。另外，有时也用10-6永久气的痕量氧分析，或经转化极性样品的分析。目前ECD已广泛用于：生物化学、医学、药学、农药残毒、环境以及气象示踪等领域的痕量分析。
② ECD的操作特点和不足：
a）常规检测器中灵敏度最高，必备检测器之一；
b）浓度型：峰面积随载气流量而变；
c）稳定型：稳定型比FID差，S或D对载气和温度波动特别敏感；
d）仅用一种气体，日常操作在所有的检测器中最简单（误操作除外）；
e）最容易引起误会的一个检测器，在日常操作中需要注意事项特别多，若不注意，立刻会引起稳定性变坏，S大幅度下降，线性变窄（恢复正常工作状态需时间长），因此，常误认为是一个最不好操作的检测器。
f）建立色谱分析方法比较困难和费时，如：样品的予处理、色谱柱制备老化、系统的干净程度、使用的溶剂器皿等都要有特别必要的要求；

⑶ 气相色谱仪--火焰光度检测器（FPD）
① 应用范围：
是一个高灵敏度，高选择性检测器，针对含磷、硫有机化合物和气体中的硫化物进行痕量分析，如：石油精馏中硫醇、COS、H2S、CS2、SO2；水质污染中的硫醇；空气中的H2S、SO2、CS2；；农药残毒、天然气中的硫化物等气体分析。FPD对含硫化物灵敏度的次序为：硫化物>二硫化碳>二氧化硫。FPD测磷时不如NPD高，在单为检测磷痕量分析时，从多方面分析比较，选购NPD更优于FPD。
② 操作特点和不足:
a)  在气相色谱法中,用FPD测痕量硫比其他方法具有灵敏度高,选择性大,仪器操纵方便稳定。但是最小检测浓度(≤10-7)一般偏高（特别设计除外）,脉冲火焰光度检测器(国内未见生产) 最小检测浓度可低几十倍,价格偏高,推广还有一定困难;
b)  依据FPD测硫工作原理,双火焰与单火焰相比，测硫灵敏度低，但线性宽有利准确定量。在推荐时视要求而定;
c)  由于硫化物化学特性,进样系统、色谱柱、检测系统与其它检测器相比,使用材料惰性要求高，操作中要注意上述问题的不良响应；
d)  相对FID而言，FPD操纵时最佳气流比，检测器温度，不但在测磷或硫时不同，而且与某一具体组分的化学性质有关，若选择不当，灵敏度、选择性、线性范围均受到影响，这给操作带来很大不便；
e)  NPD检测磷比FPD最小检测浓度要低1∽2个数量级，虽然两个检测器成本相近，但NPD操作相对方便简单，仅做含磷痕量分析时可考虑选购NPD；

⑷ 气相色谱仪--热离子化氮、磷检测器（TID，NPD，TSD，AFID）：
① 适应范围：
NPD属于高灵敏度，高选择性检测器，特别适用于对含氮和磷的有机化合物做痕量分析。如前所述测磷时和FPD相比应优先选用。目前NPD广泛应用于：环保、食品（农残）、药物（麻醉品、毒品、氨基酸的派生物等），生化（含氮代谢物），法医、香料等领域。但应指出：由于国内硬件欠缺或认识不足，今后有待提昌普及。
②操作特点：
a） 结构简单，成本较低，基本同于FID ，GC必备的检测器之一；
b） 用三种气源，除H2流量需细调以外，切同于FID，因此可以和FID公用一个气路系统；
③主要不足：
a．新碱珠需老化稳定一段时间；
b．寻找最佳气流比比FID略为困难；
c．碱金属珠有一定寿命（决定操作条件的应用），因此运行成本较高。

⑸ 气相色谱仪--热导检测器（TCD）：
TCD是一种中等灵敏度，无选择性通用检测器。原则上将不适合做痕量分析，但由于结构简单通用性强，不破坏样品，成本低和操作简单等原因，人们不断完善它，如：
①  采用新的供电原理；
②  选用新的热丝材料；
③  减少池容；
④  改进气路；
⑤  加前置放大；
⑥  提高池体的控温精度等，极大的提高了信/噪比；
因此在某些永久气体或低沸点组分分析中的痕量组分最小检测浓度可达10-6∽10-7。。由于TCD属于浓度型检测器它对操作条件，如：温度波动，压力流量波动十分敏感。实践证明：用它做痕量分析对操作条件要求十分苛刻，因此，推荐时要特别谨慎。

⑹ 气相色谱仪--惰性气体（氦，氖）离子化检测器：
适合于气-固色谱中，做永久气体中痕量组分分析的检测器还有氦气或氩气作载气的离子化检测器，两者的基本工作原理：氦和氩原子在高能电子轰击下被激发为亚稳态，样品组分进入检测器后与亚稳态氦或氩原子碰撞使样品分子电离，得到基流大幅度增加检测电信号。氦和氩的亚稳态能量分别为19.8eV和11.6eV。目前HID主要用于高氦中杂质检测，AID用于高纯氩气生产与使用中的痕量杂质分析。由于上述两种检测器主要用于永久气体的气相色谱仪分析，所以要求载气本身的纯度特别高，还要预防周围环境气对工作的干扰，这给实际操作带来了不少困难，推荐时要客户做好思想准备。