目录
首先节概述
第二节紫外可见吸收检测器
第三节光电二极管阵列检测器
第四节示差折光检测器
第五节蒸发光散射检测器
第六节电导检测器
第七节安培检测器
第八节荧光检测器
第九节化学发光检测器
首先节概述
理想的高效液相色谱仪检测器应能瞬间真实地反映色谱柱流出的流动相中组分的存在及其量的快速变化。
一、希望在无组分流出即仅有流动相通过检测器时,其响应信号曲线(基线)是稳定而无波动的,于是有噪声和漂移的要求。
二、希望痕量组分进入检测器就有响应,于是有灵敏度和检测下限的要求。
三、希望在某些情况下对所有进入检测器的组分均有响应,而在另一些情况下仅对某种化合物有响应,于是有通用性和选择性的要求。
四、希望保持毛细管柱的分离效能,于是有柱后谱带不展宽的要求。
五、希望十分窄的谱带快速通过检测器时峰形不失真,于是有检测器响应时间的要求。
六、希望定量有效、可靠,于是有相对响应因子、线性和线性范围的要求等。
第二节紫外可见吸收检测器
紫外可见吸收检测器(UVD)是基于朗伯-比耳定律,根据被测组分对紫外光或可见光具有吸收,吸收强度与组分浓度成正比的关系进行检测。UVD是高效液相色谱仪分析中应用较广泛的检测器,对占物质总数约80%的有紫外吸收的物质均有影响,既可检测190~350nm(紫外光区)的光吸收变化,也可向可见光范围350~700nm延伸。高效液相色谱中约75%的检测器是UVD,其中50%是多波长紫外可见吸收检测器,25%是光电二极管阵列检测器(PDAD)。
一、结构:
UVD由光源、分光系统、样品池和检测系统等组成。
二、工作原理:
高效液相色谱流通池内样品的浓度与吸光度的关系遵循Lambert-Beer定律:
A = ㏒(I0/I)=εbc
式中:A为吸光度,I0为入射光强度,I为透射光强度,ε为样品的摩尔吸光度,b为流通池的光程长度,c为样品浓度。
UVD常用氘灯作光源,装有一个光栅型单色器,有两个流通池,一个是参考池,另一个是测量池。氘灯发射出紫外-可见区范围的连续波长的光,波长选择范围为190~700nm。光线照射到全息凹面光栅上,衍射的单色光照射到半透射反光镜上被分成两束,一束经测量池后照射到测量光电池上,另一束经参考池后照射到参考光电池上。若两个流通池都通过纯的均匀溶剂,则它们在紫外光下几乎无吸收,两个光电池上接收到的辐射强度相等,即无信号输出。当组分进入测量池时,吸收一定的紫外光,使两个光电池接收到的辐射强度不等,即有信号输出,输出信号大小与组分浓度成正比。
三、检测方式:
UVD检测方式有直接紫外检测、间接紫外检测和柱后衍生化光度检测等。
1、直接紫外检测:
使用的流动相为在检测波长下无紫外吸收的溶剂,检测器直接测定被测组分的紫外吸收强度。
多数情况下采用直接紫外检测。
2、间接紫外检测:
使用具有紫外吸收的溶液作为流动相,间接检测无紫外吸收的组分。
在离子色谱中使用较多,如以具有紫外吸收的邻苯二甲酸氢钾溶液作为阴离子分离的流动相,当无紫外吸收的无机阴离子被洗脱到流动相中时,会使流动相的紫外吸收减小。
3、柱后衍生化光度检测:
对于可与显色剂反应生成有色配合物的组分(过渡金属离子和氨基酸等),可在被测组分从色谱柱中洗脱出来后与合适的显色剂反应,在可见光区检测生成的有色配合物。
使用UVD检测时,为了得到高的灵敏度,常选择被测组分能产生较大吸收的波长作为检测波长,但为了选择性或其它目的也可适当降低灵敏度而选择吸收稍弱的波长。另外,应尽可能选择在检测波长下没有背景吸收的流动相。
四、类型:
1、按波长固定与可变可分:
(1)固定波长紫外可见吸收检测器:
由低压汞灯提供固定波长254nm或280nm的紫外光经入射石英棱镜准直,再经遮光板分为一对平行光束分别进入流通池的测量臂和参考臂。经流通池吸收后的出射光,经过遮光板、出射石英棱镜和紫外滤光片,只让254nm的紫外光被双光电池接收,光强度经对数放大器转化成吸光度后将信号输出。
这类检测器的波长不能调节,不能选择在被测组分的较优吸收波长下检测,除有些制备型HPLC配置外,已基本淘汰。
(2)可变波长紫外可见吸收检测器:
光源波长选择可任意可调,应用非常广泛。
1)可选择被测组分的较大吸收波长作为检测波长,提高检测灵敏度。
2)可选择被测组分有强吸收而干扰无吸收的波长进行检测,提高分析选择性。
3)梯度洗脱时,可选择流动相改变而其吸光度不变的波长进行检测,有利于梯度洗脱。
4)可选择的波长范围很大,既提高检测器的选择性,又可选用被测组分的较灵敏吸收波长进行检测,提高检测灵敏度。
5)具有有停流扫描功能,可绘出被测组分的光吸收谱图,以进行吸收波长的选择。
可变波长型检测器是当前高效液相色谱配置较多的检测器,其光学结构与一般的紫外分光度计一致,主要区别是用流动池替代了比色池。由于光源是通过单色器分光后再照射到样品上,照射光强度相应减弱。因此,这类检测器对检测元件(光电转换元件)和放大器要求较高。
2、按单波长与多波长可分:
(1)单波长式固定波长紫外可见吸收检测器。
(2)多波长式固定波长紫外可见吸收检测器。
3、按对可见光的检测与否可分:
(1)可变波长紫外可见吸收检测器。
(2)可变波长紫外吸收检测器。
4、按波长扫描不同可分:
(1)不自动扫描紫外可见吸收检测器。
(2)自动扫描紫外可见吸收检测器。
(3)多波长快速扫描紫外可见吸收检测器。
光电二极管阵列检测器属于多波长快速扫描紫外可见吸收检测器,是高效液相色谱较有发展前景和较好的检测器。
五、特点:
1、优点:
(1)应用广泛。
(2)波长可选。
(3)灵敏度高。
(4)噪声低。
(5)线性范围宽。
(6)对流动相的温度和流量变化不敏感。
(7)适用于梯度洗脱,可用于制备。
(8)必须使用无紫外吸收的溶剂作流动相。
(9)为选择型检测器。
(10)为浓度型检测器。
(11)能与多种检测器串联使用。
(12)为非破坏性检测器,可与制备色谱或其它设备串联。
(13)结构简单,维护方便。
2、缺点:
(1)对紫外吸收差的化合物(如不含不饱和键的烃类等)灵敏度很低。
(2)紫外吸收大的溶剂不能做流动相。
每种溶剂都有截止波长,当小于该截止波长的紫外光通过溶剂时,溶剂的透光率降至10%以下。因此,流动相的截止波长不能大于UVD的工作波长。用截止波长以上至少5~10nm作为工作波长。
高效液相色谱常用溶剂的紫外截止波长:
1)二硫化碳:380nm
2)氯仿:245nm
3)四氢呋喃:212nm
4)苯:210nm
5)乙腈:190nm
6)甲醇:205nm
7)水:187nm
(3)缓冲盐、离子对试剂和胺改性剂也会有影响。
六、应用:
对大部分有机物有响应。
第三节光电二极管阵列检测器
光电二极管阵列检测器(PDAD)是20世纪80年代出现的一种光学多通道检测器,属于多波长快速扫描紫外可见吸收检测器,在高效液相色谱仪分析中得到大量使用,是高效液相色谱较有发展前景和较好的检测器。
一、工作原理:
在晶体硅上紧密排列一组(数量为200~1024个)光电二极管,光敏范围是200~600nm。每个二极管相当于一个单色器的出口狭缝,分辨率是1~2nm,二极管越多分辨率越高,一般是一个二极管对应接受光谱上一个纳米谱带宽的单色光。光电二极管排列(数字分辨)和狭缝宽度(光学分析)决定检测器的波长分析能力。
复色光通过样品池被组分选择性吸收后进入单色器,照射在二极管阵列上,使每个纳米波长的光强度转变为相应的电信号强度,得到的是时间、波长和吸光强度的三维谱图,色谱图用于定量,光谱图用于定性,有助于复杂组分和未知组分的结构确定。
PDAD与UVD的不同之处:
UVD是先用单色器分光,只让特定波长的光通过样品池。
PDAD是先让所有波长的光都通过样品池,然后通过一系列分光技术,使所有波长的光在接受器上被检测。
二、性能特点:
1、可实施全波长扫描,快速确定较优吸收波长。
2、可同时得到多个波长的色谱图,计算不同波长处的相对吸收比。
3、可在色谱分离同时,对色谱峰的指定位置实时记录吸收光谱图,并得到较大吸收波长。
4、在色谱运行期间,可逐点进行光谱扫描,得到时间、波长和光强度的三维谱图。
5、选择性好。可选择宽波带进行检测,能一次把所有组分检测出来。
6、灵敏度比UVD高。
7、噪音低,线性范围宽。
8、对流量和温度的波动不灵敏。
9、适用于梯度洗脱和制备色谱。
10、光学通量低(带宽通量较窄)。
11、比UVD更复杂,容易漂移。
12、灯输出能量随时间降低。
13、色谱峰纯度判断:
(1)等高线图法。
(2)光谱色谱三维图法。
(3)重叠光谱图法。
(4)波长比图法。
(5)色谱峰纯度计算法。
14、色谱峰鉴定:
(1)与标准品或标准光谱比较。
(2)与正常紫外光谱比较。
15、可提供各种类型的色谱图:
(1)单波长色谱图。
(2)任意两个波长的吸收比色谱图。
(3)波长时间程序色谱图。
(4)较大吸收波长色谱图,是灵敏度较高的检测方法。
(5)总体吸收色谱图,是定量重复性较好的检测方法。
16、建立光谱库,检索被测样品的光谱。
第四节示差折光检测器
示差折光检测器(RID)为通用型检测器,是除UVD外应用较多的高效液相色谱仪检测器。
一、类型:
1、反射型:根据Fresnel定律。
2、折射型:根据Snell定律。
3、干涉型。
二、工作原理:
RID是基于样品流路与参比流路在折光指数上的差别进行检测的。当折光指数差别较大时,灵敏度较大。并不检测绝对的折光指数,而是检测折光指数的差别。
用两束相同角度的光照射溶剂相、样品与溶剂相,二者对光的折射率不同,其中一束光(通常是通过样品与溶剂相)因为发生偏转而造成两束光的强度差发生变化,这种变化与样品的浓度成正比,将此差示信号放大并记录,得到色谱图。
溶液的折射率是溶剂(流动相)和溶质(样品)各自的折射率乘以各自的摩尔浓度之和。
三、特点:
1、优点:
(1)通用性强。任何一对液体都会有约0.07的折光率差异,除非被分析样品与溶液的折光指数完整相同,都会被检测到。
(2)检测下限可达10ˉ7~10ˉ6g/mL。
(3)操作简便,比较耐用,维护成本低。
2、缺点:
(1)灵敏度低。
(2)选择性差。
(3)受环境温度、流量和流动相组成等波动的影响大,不能用于梯度洗脱。
(4)色谱峰可能是正的,也可能是负的。
四、使用注意事项:
1、洗脱液组成一定要恒定,不能使用梯度洗脱。
2、不能使检测池带压工作,与其它检测器串联使用时应放在较后。
3、流速要恒定,泵的流量波动要小于0.5%,使用往复泵时要用阻尼装置。
4、温度要恒定,恒温精度要达±10ˉ4℃。使用时预热时间要充足,否则基线漂移十分严重。
五、应用:
1、适用于无紫外吸收的有机物分析,如高分子化合物、糖类和脂肪烷烃等。
2、凝胶色谱中必备的检测器。
3、制备色谱中经常使用。
第五节蒸发光散射检测器
蒸发光散射检测器(ELSD)是基于溶质的光散射性质进行检测,是20世纪80年代出现的高效液相色谱仪检测器。
一、结构:
ELSD由雾化器、加热漂移管(溶剂蒸发室)、激光光源和光检测器(光电转换器)等组成。
二、工作原理:
高效液相色谱柱流出液导入雾化器后,被载气(压缩空气或N2)雾化成微细液滴,液滴通过加热漂移管时,流动相中的溶剂被蒸发掉,只留下溶质,激光束照在溶质颗粒上产生光散射,光收集器收集散射光并通过光电倍增管转变成电信号,散射光强度的对数值与组分浓度的对数值呈线性关系。
三、特点:
1、优点:
(1)较大优点是能检测不含发色团的化合物。
(2)属于通用性质量型检测器。因为ELSD是检测光散射变化,散射光强只与溶质颗粒大小和数量有关,与溶质本身的物理和化学性质无关,对各种物质的响应几乎相同。
(3)可检测挥发性低于流动相的任何样品。
(4)流动相低温雾化和蒸发,对热不稳定和挥发性化合物也有较高的灵敏度。
(5)广泛的梯度和溶剂兼容性,无溶剂峰干扰。
(6)辅助载气提高了检测灵敏度,保持检测池内清洁,避免污染。
(7)高精度雾化和蒸发温度控制,保证高精度检测。
(8)可与任何高效液相色谱连接。
2、缺点:
(1)灵敏度相对较低。
(2)不能使用不挥发性的流动相,如磷酸盐。
(3)要用雾化气源,典型的是N2。
(4)不同色谱条件下的雾化和除溶剂参数需要重新优化。
(5)蒸发出的溶剂要引到户外或通风橱中。
(6)对挥发性化合物的检测不理想。
(7)一般得到的是非线性校正曲线。溶质浓度与峰面积不呈线性关系,分别取自然对数后呈线性关系。
(8)某些化合物的检测灵敏度不如其它检测器。
四、相关事宜:
1、洗脱液需要雾化,雾化气流的纯度和压力影响检测器的信噪比。
2、流动相要蒸发掉,不能使用不易挥发的物质调节流动相pH值,可通过调节蒸发温度使比被测物质沸点低的组分蒸发。在不使被测物质蒸发的前提下,温度越高,流动相蒸发越完整,基线越好,信噪比越高。如果被测物质沸点接近或低于流动相的蒸发温度,则无法检测(以100%的水作流动相,沸点比水低的有机物质完整可以用气相色谱进行分离检测)。由于流动相和溶剂蒸发了,使用ELSD得到的色谱图一般没有溶剂峰,梯度洗脱没有折光视差效应,一般不会出现基线漂移。
五、应用:
适用于无紫外吸收、无电活性、不发荧光和挥发性低于流动相的样品的检测,主要用于糖类、高级脂肪酸、磷脂、维生素、氨基酸、甘油三酯、皂苷和甾体等无紫外吸收或紫外末端吸收的化合物的检测。
第六节电导检测器
电导检测器(CD)是基于离子化合物溶液具有导电性,通过测定流经检测器的离子化合物溶液电导率的大小来测量离子浓度。电导检测器在离子色谱仪分析中应用较多。
一、结构:
电导检测器由电导池、电子线路、变换灵敏度装置和数字显示装置等组成,电导池是核心部分。电导池的基本结构是在色谱柱流出液中放置两个电极,通过电子线路测量溶液的电导值,检测体积可达到微升级甚至纳升级。
二、工作原理:
当向电导池的两个电极施加电压时,溶液中的阴离子向阳极移动,阳离子向阴极移动。电解质溶液中的离子数目和离子的移动速度决定溶液的电阻大小,离子的移动速度取决于离子的电荷及其大小、介质类型、溶液温度和离子浓度。所施加的电压可以是直流电压,也可以是正弦波或方波电压。当施加的电压确定后,测量出电路中的电流值即可测出电导值。
三、检测模式:
1、直接电导检测(单柱法):
直接以淋洗液的电导值为背景进行电导检测,不对淋洗液背景进行任何抑制处理的检测模式。
2、抑制电导检测(双柱法):
抑制电导检测是通过一定的化学或物理手段对淋洗液的背景电导值进行抑制的电导检测模式。
离子色谱的流动相是电解质溶液,样品是以电解质溶液为背景,样品的浓度大大小于流动相的浓度,这样电导检测器难以检测由于样品离子的存在而产生的微小的电导变化。利用抑制器可除去流动相中的高浓度电解质,把背景电导加以抑制,从而解决离子色谱使用电导检测器时存在的问题。
抑制器主要是降低流动相的背景电导和增加样品离子的电导,改善信噪比。通过抑制器后,流动相被中和成电导值很小的水,被测样品转化成相应的酸或碱,大大提高了被测样品的灵敏度。自动再生连续工作抑制器是目前较优的抑制器,减弱了抑制器填充树脂再生时带来的干扰。
常用的抑制模式:
(1)化学抑制:
通过化学中和等作用实现背景电导抑制。
(2)电化学抑制:
混合电迁移、电解水或电致水解离等作用实现背景电导抑制。
(3)辅助抑制:
通过一定的辅助方式实现背景电导抑制。
四、特点:
1、灵敏度高,检测下限一般为纳克级,有时可达皮克级。
2、选择性好,可检测具有电解活性物质,也可检测大量非电活性物质中极痕量的电活性物质。
3、线性范围宽,一般为4~5个数量级。
4、设备简单,成本较低。
5、易于自动操作。
6、检测时要恒温,不宜用于梯度洗脱。
第七节安培检测器
安培检测器是一种用于检测电活性分子在工作电极表面发生氧化或还原反应时所产生电流变化的高效液相色谱仪检测器,常用于分析离解度低,用电导检测器难于检测或根本无法检测的离子。
一、工作原理:
当被分离的电活性物质流经安培检测器的电极表面时,由于溶液与电极间有电势差,电活性物质得到或失去电子,被还原或氧化,溶液和电极间发生电荷转移而形成电流,该电流符合法拉第定律,即电流大小与待测物质浓度成正比。
二、特点:
1、优点:
(1)灵敏度高:
尽管仅有1%~10%被检测的电活性物质得到转化,但检测下限可达10ˉ12~