便携式气相色谱仪工作原理及特点

环境分析监测仪器发展的动力来自环境科学的需要。环境科学的特征决定了环境分析监测仪器的特点。随着环境科学的发展，要求分析监测的是大量基体中浓度越来越低的化学物质；环境污染物中相当大的一部分具有很强的时间性和空间性；化学结构类似的化合物往往对环境污染会有不同的影响。因此，研制灵敏度高、分辨力强、速度快，性能价格比好的分析检测仪器，是环境分析、检测仪器研制、开发工作者致力解决的重要课题。具有机动、灵活性的便携式气相色谱仪就是适应这种要求而诞生和发展的。便携式气相色谱仪的主要性能取决于它使用的检测器，因此，本文从检测器的性质阐述、分析几种常用便携式气相色谱仪的主要特征，以便广大从事环保事业的科技工作者根据实际工作需求，选择仪器时参考。

一、热导检测器气相色谱仪

热导检测器（TCD，thermal conductivity detector）是利用被测组分和载气热导系数不同而响应的浓度型检测器，它是整体性能检测器，属物理常数检测方法。热导检测器基本理论，工作原理和响应特征，早在上个世纪六十年代就已成熟。由于它对所有的物质都有响应，结构简单，性能可靠，定量准确，价格低廉，经久耐用，又是非破坏型检测器。因此，TCD始终充满着旺盛的生命力。近十几年来，应用于商品化气相色谱仪的产量仅次于FID，应用范围较广泛。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

二、氢火焰气相色谱仪

氢火焰检测器（FID，flame ionization detector）是利用氢火焰作电离源，使被测物质电离，产生微电流的检测器。它是破坏性的、典型的质量型检测器。它的突出优点是对几乎所有的有机物均有响应，特别是对烃类化合物灵敏度高，而且响应值与碳原子数成正比；它对H2O、CO2和CS2等无机物不敏感，对气体流速、压力和温度变化不敏感。它的线性范围广，结构简单、操作方便。它的死体积几乎为零。因此，作为实验室仪器，FID得到普遍的应用，是最常用的气相色谱检测器。FID的主要缺点是需要可燃气体-氢气、助燃气体和载气三种气源钢瓶及其流速控制系统。因此，制作成一体化的便携式仪器非常困难，特别是应对突发性环境污染事件的分析与检测就更加困难，因为它需要点“一把火”，增加了引燃、引爆的潜在危险性。上海精密科学仪器有限公司推出的GC190微型便携式气相色谱仪，主要特点是，柱上加热；温度范围为，环境温度至250℃；微型FID检测器，灵敏度达5×10-11g/s；线性范围105，氢气作载气。以氢气作载气主要问题是，调节载气流量时，无法控制氢火焰稳定性。

三、电子俘获检测器（ECD）

电子俘获检测器（ECD）是卤代烃等电子亲和势较高化合物的选摘性检测器，灵敏度高。但它使用放射性同位素63Ni，根据我国相关法律，不宜制成随意移动的便携式气相色谱仪。

本文介绍的重点是自上个世纪八十年代迅速发展起来， 在西方科学技术发达国家得到广泛应用，目前在我国尚未得到很好应用的便携式气相色谱仪，它们使用的检测器是光离子化检测器（PID，Photo ionization detector ）、氩离子化检测器（AID，Argon ionization detector）、表面声波检测器（SAW，Surface Acoustic Wave）。

四、光离子化痕量检测、分析技术

光离子化痕量检测、分析技术及其光源的发展Lossing和Tanaka等人在1955年首先阐述了光离子化的原理，当光子能量高于受辐照物质分子的电离能时，该物质可以被电离。1957年Robinson首先将此原理用于实际气相色谱检测器，1961年，Lovelock在对色谱分析技术的各种离子化技术的评论中，把光离子化检测器（PID）与氢火焰离子化检测器（FID）相比较，显示出PID是相当有前途的检测方法。Sawyer 对气体放电的研究表明，使用惰性气体放电可以有效地限制放电的辐射波长，使输出光辐射主要为惰性气体的共振谱线，因此当时的PID光源大多使用Ar或He气放电。早期的PID光源与离子化池并不分开，而是在同一空间进行。虽然Lovelock发现放电光源中，置入空心阴极时放电效率和稳定性都有显著的提高，但由于高效共振辐射出现在低气压下，而被分析物质离子化检测的最大灵敏度则在一个大气压左右，这使紫外光源和光离子化池都不能工作在最佳状态，因此在六十年代PID的研究与应用发展缓慢。