熱導檢測器TCD在氣相色譜分析中的應用

發(fā)布日期：2019-04-19 00:00 來源：http://vwalker.cn 點擊：

氣相色譜儀中的熱導檢測器TCD是利用被測組分和載氣熱導系數(shù)不同而響應的濃度型檢測器，它是整體性能檢測器，屬物理常數(shù)檢測方法。又稱熱導池或熱絲檢熱器，在沒有用于氣相色譜分析之前稱卡它計。是氣相色譜法最常用的一種檢測器。

熱導檢測器TCD

熱導檢測器的構成

1 熱敏元件

熱敏元件是TCD的感應元件，其阻值隨溫度變化而改變，它們可以是熱敏電阻或熱絲。

2. 池體

池體是一個內部加工成池腔和孔道的金屬體。池材料早期多用銅，因它的熱傳導性能好，但它防腐性能差。故近年已為不銹鋼形式示意圖所取代。通常將內部池腔和孔道的總體積稱池體積。早期TCD的池體積多為500-800μL，后減小至100-500μL，仍稱通常TCD。它適用于填充柱。近年發(fā)展了微TCD，其池體積均在100μL以下，有的達3.5μL，它適用于毛細管柱。

熱導檢測器的原理

基于不同組分與載氣有不同的熱導率的原理而工作的熱傳導檢測器。在通過恒定電流以后，鎢絲溫度升高，其熱量經(jīng)四周的載氣分子傳遞至池壁。當被測組分與載氣一起進入熱導池時，由于混合氣的熱導率與純載氣不同（通常是低于載氣的熱導率），鎢絲傳向池壁的熱量也發(fā)生變化，致使鎢絲溫度發(fā)生改變，其電阻也隨之改變，進而使電橋輸出端產生不平衡電位而作為信號輸出。熱導檢測器是氣相色譜法中最早出現(xiàn)和應用最廣的檢測器。

熱導檢測器的特點

⑴熱導檢測器基本理論，工作原理和響應特征，早在上個世紀六十年代就已成熟。

⑵由于它對所有的物質都有響應，結構簡單，性能可靠，定量準確，價格低廉，經(jīng)久耐用，又是非破壞型檢測器。

⑶與其它檢測器相比，TCD 的靈敏度低，這是影響它應用于環(huán)境分析與檢測的主要因素。

據(jù)文獻報道，以氦作載氣，進氣量為2mL 時，檢出限可達ppm 級(10-6g/g)。因此，使用這種檢測器的便攜式氣相色譜儀，不適于室內外一般環(huán)境污染物分析與檢測。大多用于污染源和突發(fā)性環(huán)境污染事故的分析與檢測。

熱導檢測器的使用條件

1.載氣種類：常用的載氣有He和H2，因為其熱導系數(shù)遠大于其他化合物，且其具有較高的靈敏度和穩(wěn)定的響應因子，便于定量，較寬的線性范圍。其中，氦氣較氫氣安全，但氦氣較貴，所以許多地區(qū)多用氫氣作為載氣。

2.純度：載氣的純度會影響TCD的靈敏度。在橋流160-200mA的范圍內，99.999%的超純氫氣比用99%的普通氫氣的靈敏度高6%-13%。另外，峰形還受載氣純度的影響，當用TCD作高純氣中雜志檢測時，載氣的純度應比被測氣體高十倍以上，否則將出現(xiàn)倒峰。

3.流速:作為濃度型檢測器，TCD對載氣的流速也有要求，即TCD的峰面積響應值反比于載氣氣流。故在檢測中，應保持載氣流速的恒定。

4.溫度:TCD的靈敏度與熱絲和池體間的溫差成正比。通過提高橋流，以便提高熱絲溫度或者通過降低檢測器池體溫度。但是，這兩種方法都取決于分析樣品的沸點。檢測器池體溫度不能低于樣品的沸點，以免在檢測器內冷凝。所以，對于沸點不很低的樣品，采用此法來提高靈敏度是有限的，而對氣體樣品，特別是永久性氣體，則可以達到較好的效果。

影響熱導檢測器靈敏度的因素

1，橋路工作電流影響

電流增大，使鎢絲溫度提高，鎢絲和熱導池體的溫差加大，氣體容易將熱量傳出去，靈敏度就提高。

2，熱導池體溫度影響

當橋路電流一定，鎢絲溫度一定。如果池體溫度低，池體和鎢絲的溫差就大，能使靈敏度提高。一般池體溫度不應低于柱溫。但池體溫度不能太低，否則被測組分將在檢測器內冷凝。

3，載氣的影響

載氣與試樣的熱導系數(shù)相差愈大，則靈敏度愈高。由于一般物質的熱導系數(shù)都比較小，故選擇熱導系數(shù)大的氣體，如氫氣。

4，熱敏元件阻值的影響

選擇阻值高，電阻溫度系數(shù)較大的熱敏元件（鎢絲），當溫度有一些變化時，就能引起電阻的明顯變化，靈敏度就高。

熱導檢測器的應用

熱導檢測器適用于環(huán)境保護、大氣、水源等污染的痕量檢測；毒物的分析、監(jiān)測、研究；生物化學；臨床應用；病理和病毒研究；食品發(fā)酵；石油化工；石油加工；油品分析；地質、探礦研究；有機化學；合成研究；衛(wèi)生檢疫；公害檢測分析和研究。