简述热导检测器方法1234.doc

安全检测技术课程论文 简述热导检测器技术陈洋洋(安徽建筑工业学院 土木工程学院 安全工程(1)班 09201040116)摘 要：热导检测器是一种安全检测方法，它是气相色谱法最常用的一种检测器，它具有结构简单，性能稳定，灵敏度适宜，线性范围宽，对各种能作色谱的物质都有响应。本文将介绍一下它的工作原理、使用条件、结构组成、使用范围和一些注意事项。 关键词：热导；检测 ； 注意事项- 4 - 随着科学检测技术的发展,出现了很多更灵敏、更高效的检测器产品。热导检测器作为一种常见的检测器，尽管在许多方面它已被更灵敏更专属性的各种检测器所取代，但是由于它具有结构简单，性能稳定，灵敏度适宜，线性范围宽，对各种能作色谱的物质都有响应，最适合作微量分析（ppm级）。在分析测试在中，热导检测器不仅用于分析有机污染物，而且用于分析一些用其他检测器无法检测的无机气体，如氢、氧、氮、一氧化碳、二氧化碳等。1.工作原理热导检测器又称热导池或热丝检热器，是气相色谱法最常用的一种检测器。基于不同组分与载气有不同的热导率的原理而工作的热传导检测器。敏感元件为热丝，如钨丝、铂丝、铼丝，并由热丝组成电桥。在通过恒定电流以后，钨丝温度升高，其热量经四周的载气分子传递至池壁。当被测组分与载气一起进入热导池时，由于混合气的热导率与纯载气不同（通常是低于载气的热导率），钨丝传向池壁的热量也发生变化，致使钨丝温度发生改变，其电阻也随之改变，进而使电桥输出端产生不平衡电位而作为信号输出。热导检测器是气象色谱法中最早出现和应用最广的检测器。热导检测器的工作原理是基于不同气体具有不同的热导率。热丝具有电阻随温度变化的特性。当有一恒定直流电通过热导池时，热丝被加热。由于载气的热传导作用使热丝的一部分热量被载气带走，一部分传给池体。当热丝产生的热量与散失热量达到平衡时，热丝温度就稳定在一定数值。此时，热丝阻值也稳定在一定数值。由于参比池和测量池通入的都是纯载气，同一种载气有相同的热导率，因此两臂的电阻值相同，电桥平衡，无信号输出，记录系统记录的是一条直线。当有试样进入检测器时，纯载气流经参比池，载气携带着组分气流经测量池，由于载气和待测量组分二元混合气体的热导率和纯载气的热导率不同，测量池中散热情况因而发生变化，使参比池和测量池孔中热丝电阻值之间产生了差异，电桥失去平衡。检测器有电压信号输出，记录仪画出相应组分的色谱峰。载气中待测组分的浓度越大，测量池中气体热导率改变就越显著，温度和电阻值改变也越显著，电压信号就越强。此时输出的电压信号与样品的浓度成正比，这正是热导检测器的定量基础。 2.热导检测器的使用条件2.1载气种类常用的载气有He和H2，因为其热导系数远大于其他化合物，且其具有较高的灵敏度和稳定的响应因子，便于定量，较宽的线性范围。其中，氦气较氢气安全，但氦气较贵，所以许多地区多用氢气作为载气。2.2纯度载气的纯度会影响TCD的灵敏度。在桥流160-200mA的范围 内，99.999%的超纯氢气比用99%的普通氢气的灵敏度高6%-13%1。另外，峰形还受载气纯度的影响，当 用TCD作高纯气中杂志检测时，载气的纯度应比被测气体高十倍以上 ，否则将出现 倒峰。2.3流速作为浓度型检测器，TCD对载气的流速也有要求，即TCD的峰面积响应值反比于载气气流。故在检测中，应保持载气流速的恒定。2.4温度TCD的灵敏度与热死和池体间的温差成正比。通过提高桥流，以便提高热丝温度或者通过降低检测器池体温度。但是，这两种方法都取决于分析样品的沸点。检测器池体温度不能低于样品的沸点，以免在检测器内冷凝。所以，对于沸点不很低的样品，采用此法来提高灵敏度是有限的，而对气体样品，特别是永久性气体，则可以达到较好的效果。3.热导检测器的构成热导池是由池体和热丝两部分组成。3.1热丝一个性能优异的TCD，对热丝的要求主要考虑四点：电阻率高，以便可在相同长度内得到高阻值；电阻温度系数大，以便通桥流加热后得到高阻值；强度好；耐氧化或腐蚀。、是为了获得高灵敏度，同时丝体积小，可缩小池体积，制作微TCD。、是为了获得高稳定性。表 3 -2-3 列出了商品TCD中常用的热丝性能2。钨丝电阻率低，相同长度之阻值只有铁铼丝的一半，灵敏度难以提高。另外，钨丝强度差，高温下易氧化，致使噪声增加、信!噪比下降。 铼-钨丝与钨丝相比，电阻率高，电阻温度系数略低。因S值大体上正比于。3、5铼-钨丝和钨丝的值分别为12.2103、11.7103、10.29 103。可见铼钨丝之值均高于钨丝。故前者有利于提高灵敏度。 另外，铼钨丝与钨丝相比，拉断力显著提高，且高温特性好，故性能稳定。但它仍存在高温下易氧化的问题。现在高性能TCD均用铼钨丝。如HP6890型，岛津GC-17A型的-TCD热丝。3.2池体池体是一个内部加工成池腔和孔道的金属体。池材料早期多用铜，因它的热传导性能好，但它防腐性能差。故近年已为不锈钢形式示意图所取代。通常将内部池腔和孔道的总体积称池体积。早期TCD的池体积多为 500-800L，后减小至100-500L，仍称通常TCD。它适用于填充柱。近年发展了微TCD，其池体积均在100L以下，有的达3.5L，它适用于毛细管柱3。4.测试系统由于热导检测器气相色谱法最常用的一种检测器，结合气相色谱仪来介绍一下它的系统组成。气相色谱仪主要由六个单元组成:气源系统、进样系统、色谱柱系统、检测系统、数据采集及处理系统，现具体介绍各单元功能如下:气源系统： 气源分载气和辅助气两种，载气是携带分析试样通过色谱柱，提供试样在柱内运行的动力，辅助气是提供检测器燃烧或吹扫用，有的仪器采用EPC系统对气流进行数字化控制。进样系统:：气相色谱仪的进样系统是把试样引入色谱柱、并保证试样气化的装置，有些仪器还包括试样预处理装置，例如热脱附装置(TD)、裂解装置等。色谱柱系统： 试样在色谱柱内运行的同时得到所需要的分离，故色谱柱是气相色谱仪的核心部分。检测系统：检测系统包含两套检测器(TCD和FID)以及相应的检测电路。检测器负责对色谱柱后已被分离的组分进行检测，将色谱数据信号转变为电信号，如电压、电流，然后经微电流放大器送至数据处理系统进行处理。数据采集及处理系统： 负责采集并处理检测系统输入的信号，给出最后试样定性和定量的结果。温控系统： 负责控制和显示进样系统、柱箱、检测器及辅助部分的温度。所有的气相色谱仪都须包括以上六个单元，其功能都相同，差异只是水平和配置但随着电子技术的发展，特别是微计算机技术在工业中的应用，气相色谱仪逐步采用程序控制，对进样、柱恒温箱、检测器工作条件及数据处理系统等进行自动控制，提高了系统的稳定性和分析结果的准确性。 5.应用范围热导池（TCD）检测器是一种通用的非破坏性浓度型检测器，一直是实际工作中应用最多的气相色谱检测器之一。TCD特别使用于气体混合物的分析，对于那些氢火焰离子化检测器不能直接检测的无机气体的分析，TCD更是显示出独到之处。TCD在检测过程中不破坏被监测组份，有利于样品的收集，或与其他仪器联用。TCD能满足工业分析中峰高定量的要求，很适于工厂的控制分析。 与其它检测器相比，TCD 的灵敏度低，这是影响它应用于环境分析与检测的主要因素。据文献报道，以氦作载气，进气量为2mL 时，检出限可达ppm 级10-6g/g)。因此，使用这种检测器的便携式气相色谱仪，不适于室内外一般环境污染物分析与检测。大多用于污染源和突发性环境污染事故的分析与检测。例如，气相色谱法广泛用于纯物质中的杂质、环境污染物、食品中有害成分、药物有效成分、代谢物、刑事法医鉴定、石油化工生产中痕量物质等的分析4。热导检测器适用于环境保护、大气、水源等污染的痕量检测；毒物的分析、监测、研究；生物化学；临床应用；病理和病毒研究；食品发酵；石油化工；石油加工；油品分析；地质、探矿研究；有机化学；合成研究；卫生检疫；公害检测分析和研究。6.注意事项热导池中的关键热导元件是用钨铼丝做的，钨铼丝直径一般只有 15-30，材料又比较容易氧化，氧化或受污染后，阻值发生变化或断损，造成热导池测量电桥的对称性被破坏，致使仪器无法正常工作，引起热导元件损坏的因素较多，注意事项归纳如下：1 、热导池接并联双气路应用时，必须同时并联装上二根色谱柱，二路都要同时通载气，如果只装一根柱，而另一路不装柱不通载气，那么，一通电源就会将钨丝元件烧坏。2 、在应用科创微型热导池做毛细管色谱分析时，可一路装毛细柱加尾吹，另一路必须也装上一根填充柱或空柱，同时通入载气。大多数人习惯FID毛细柱系统，往往会忽略这一点犯错误。3 、仪器停机后，外界空气往往会返进热导池和柱系统，因此必须在开机时要先通载气 10 分钟以上再通电，停机时间越长，那么重新开机时先通载气的时间也要长，否则系统中残留的空气中氧气会将钨铼丝元件氧化或烧断。4 、热导检测器使用的载气纯度必须四个9以上（ 99.99% ），最忌载气中含氧量高， 载气不纯将会影响热导元件的使用寿命，也会降低检测灵敏度，所以载气必须脱氧净化5。5 、在更换装色谱柱时，必须检漏，保证气密性，色谱柱连接处漏气将会造成热导元件 损坏，色谱柱出口端必须填装好玻璃棉和不锈钢丝网，避免柱担体吹入TCD 。6 、在多次进样分析后，应及时更换进样器上的硅橡胶垫，如果待到硅橡胶垫被多次注 射针扎破漏气时再更换就迟了，因为硅橡胶垫一漏，载气漏出，空气漏进，热导元件就会烧坏。分析过程中更换硅橡胶垫时，必须将热导电源关断后，再迅速换垫，换好后必须通载气几分钟后才能再通热导池电源。 7 、用平面六通阀做气体进样时，六通阀的位置必须停在二个极端位置，不能将阀旋停在中间位置，因为中间位置是六通阀将载气切断不通，这是很危险的，容易导致热导池中因不通载气而损坏。8 、色谱柱高温老化时，必须将热导池电源关断，热导池温控关断，并且将柱出口连接 热导池进口的接头处断开，让高温老化的载气（ N2 ）流入柱箱内，这样可避免因柱子老化而污染热导池及钨铼丝元件。 9 、热导池桥电流的设定，必须比被分析试样组份的最高沸点高 20 -30 ，避免试样中 高沸点组份冷凝在热导池中和污染钨铼丝元件6。 10 、热导池桥电流的设定，必须考虑所用载气的种类、工作温度和钨铼丝元件的冷阻，应明了这样的原则： 轻载气（ H2 、 He ）桥电流可大，重载气（ N2 、 Ar ）桥电流必须小； 热导池工作温度高，桥电流应减小，工作温度低，桥电流可增加； 各生产厂家热导池钨铼丝元件阻值是不同的，因此，使用桥电流大小也不同，元件阻值大的，桥电流就应设定小些，具体桥电流设定可看说明书。结语热导检测器热导池检测器(TCD)是气相色谱仪中应用较为广泛的