(四) 检测系统

检测器是气相色谱仪的重要组成部分，它的作用是将色谱柱分离后而顺序流出的化学组分信息转变为便于记录和测量的信号。常用的检测器类型有：氢火焰离子化检测器(FID)，热导检测器(TCD)，电子捕获检测器(ECD)，火焰光度检测器(FPD)，氮磷检测器(NPD)，光离子化检测器(PID)，原子发射光谱检测器(AED)，红外光谱检测器(IRD)，质谱检测器(MS)等。这里主要介绍前5种检测器，后几种检测器的使用通常视为联用技术。

1. 氢火焰离子化检测器(FID)氢火焰离子化检测器是对有机化合物进行分析的常用检测器。其原理是组分在氢火焰中燃烧生成碳正离子，被收集转变成电流，经放大后即为检测器信号。火焰离子化检测器是一种选择性检测器，它只能检测那些在氢火焰中燃烧产生大量碳正离子的有机化合物，有些物质如O₂、N₂、H₂、CO、CO₂、CS₂、NH₃、H₂O、稀有气体、氮的氧化物等，由于产生的离子流很小，因此这类物质几乎无法利用这种检测器进行测定。

2. 热导检测器(TCD)热导检测器属于浓度型检测器，即检测器的响应值与组分在载气中的浓度成正比。这种检测器的原理是当携带了样品的载气流过检测器时，因导热系数的差异使灯丝的温度发生变化，引起电阻值发生变化而产生信号。热导检测器几乎对所有物质都有响应，是目前应用最广泛的通用型检测器。由于在检测过程中样品不被破坏，因此可用于制备和其他联用鉴定技术。

3. 电子捕获检测器(ECD)电子捕获检测器是一种高选择性、高灵敏度的放射性离子化检测器，检测的基本原理是当电负性大的物质通过检测器时，将会捕获低能热电子，引起池电流的减小，为保持电流恒定所加上的相应脉冲数的变化即为色谱信号。它适用于含电负性强的卤素、酯、羟基及过氧化物官能团有机化合物的分析。

4. 火焰光度检测器(FPD)火焰光度检测器对含硫和磷化合物有比较高的灵敏度和选择性。其检测原理是当含硫或含磷化合物在火焰中燃烧发出特征波长的光(通常硫、磷的特征波长为394nm和526nm)，经光电倍增管转变为电信号输出。应该引起注意的是火焰光度检测器信号的强度与被测组分的含量不是简单的线性关系。

5. 氮磷检测器(NPD)氮磷检测器是分析含氮、磷化合物的高灵敏度、高选择性和宽线性范围的检测器。其检测原理是含氮或含磷化合物到达富含碱金属盐蒸气的火焰中发生热分解，热分解产物吸收碱金属放出的电子，碱金属阳离子被收集极收集，作为信号电流被检测。

(五) 数据处理系统

数据处理系统可分为记录仪、积分仪以及色谱工作站等。由于计算机技术的发展，现在通常使用色谱工作站进行数据处理。

二、气相色谱法的基本原理

气相色谱法分离的原理主要是基于组分与固定相之间的吸附或溶解作用，相邻两组分之间分离的程度，即取决于组分在两相间的分配系数，又取决于组分在两相间的扩散作用和传质阻力。前者与色谱过程的热力学因素有关，后者与色谱过程的动力学因素有关。气相色谱的两大理论——塔板理论和速率理论分别从热力学和动力学的角度阐述了色谱分离效能及影响因素。

(一) 塔板理论

塔板理论是在对色谱过程进行多项假设的前提下提出的。它的贡献在于推导出塔板方程式，也称为流出曲线方程：

式中，C为气相中组分的浓度；W为进样量；VR为组分的保留体积；V为载气体积；n为理论塔板数。

式(8-1)是塔板理论的基本方程式。它以载气体积为变数，表示流出组分浓度变化的基本方程式。当n值很大时，式(8-1)为一个正态分布方程，其对应的图形如图8-2所示。此方程能与实际色谱峰图形较好地符合，由塔板理论计算出的反应分离效能的理论板数，可用于评价实际分离的效果。

由塔板方程式可以推导出理论塔板数n的计算公式：

(二) 速率理论

速率理论是在对色谱过程动力学因素进行研究的基础上提出的，考虑到了色谱分离过程中影响柱效的涡流扩散、分子扩散以及气相和液相传质阻力，建立了速率理论方程：

式中，H为理论塔板高度；dp为担体直径；u为载体线速度；k为分配比；df为固定膜厚度；Dg为组分气相扩散系数；DL为组分液相(固定液)扩散系数；λ为填充不规则因子；γ为弯曲因子。

实际上从速率理论方程(8-3)不难看出，色谱分离效能的高低除与保留值(V_R，t_R)有关外，还与色谱峰的宽度有关，而色谱峰的宽度受载气流速、传质、扩散等动力学因素控制。

速率理论方程可简化为：

图8-2 典型微分色谱图

式中，A为涡流扩散，与载气流速变化无关；B为与分子扩散有关的系数；Cg为气相传质阻力系数，表示气-液或气-固亮相进行质量交换时的阻力；CL为液相传质阻力系数。

从速率理论方程式(8-3)或(8-4)可以看出，影响板高的因素很多，但当色谱体系选定后唯一的变数就是载气流速u，当流速较小时，则C_gu和CLu两项对板高的贡献可忽略，这时传质阻力相起主要作用，因此当分子扩散项及传质阻力项对板高影响最小时柱效最高，这时对应于一最佳流速存在，如图8-3所示，在实际工作中应考虑最佳流速这一重要因素。

图8-3 最佳流速色谱图

文章来源：《食品安全国家标准汇编食品添加剂(五)》

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