仪器分析-检测器分类、性能指标及工作原理

检测器的作用是将色谱柱流出物中样品组成和含量变化转换为可检测的信号，以完成定性、定量及判断分离情况的任务。因此，检测器是一种与色谱柱联用的信号接收和信号转换装置。检测器的分类如表10-11所示。

表10-11　检测器的分类

检测器的性能指标。理想的检测器，要求对不同样品、在不同浓度和淋洗条件下，能准确、及时、连续地反映出色谱峰浓度变化。总体要求：灵敏度高，线性范围宽，噪声低漂移小；对所有样品都能响应，且响应快速而精确，不受温度和流动相流速变化的影响，稳定可靠，重现性好；死体积小，气密性好，对样品无破坏性。下面介绍几种常用的检测器。

1.紫外检测器

紫外-可见光检测器是HPLC最常用检测器，也是HPLC仪器的标准配置。常用的紫外-可见分光光度计一般是对固定浓度的检测，而HPLC的紫外检测器是对变化浓度的检测，所以，HPLC的吸收池是连接到色谱柱后的流通池，如图10-18所示。

图10-18　紫外-可见光检测器的流通池示意图

检测器工作原理　紫外检测器是浓度型检测器。当检测器处于工作状态时，从光源发出的光辐射，经单色器分光后获得的某一单色光，以稳定的光强度I0轴向照射流通池的流通管，如果只有流动相通过流通池，而且流动相在该波长下无吸收，那么出射光的强度仍然为I0，输出信号则是一条稳定的基线。当某组分经过色谱柱分离后通过流通池时，对该单色光有吸收，则出射光强度降低为I。如果组分经过流通池时段内的量是类似于正态分布变化的，则在该时段内的吸光度为类似于正态分布的流出曲线。即紫外检测器获得的色谱峰，是组分浓度随时间变化的类似于正态分布的曲线。

假设组分在某特定波长下的摩尔吸光度系数为ε，流通池的轴向流通管长度为l，在t时刻的浓度瞬时值为ct，吸光度的瞬时值为At，根据Lambert-Beer定律，则有At=εlct，而浓度ct是随时间变化的函数，所以表达色谱流出曲线的瞬时吸光度At也是随时间变化的函数，即色谱流出曲线是组分的吸光度随时间变化的图示表达。

值得注意的是，用紫外检测器获得的色谱图，并不是常见的紫外吸收光谱图。吸收光谱图是在一定浓度和吸收池厚度的情况下，组分的吸光度随波长变化的曲线的图示表达，即Aλ=ελcl，即组分的吸光系数是波长的函数，故吸光度也是波长的函数。

紫外检测器的特点　灵敏度高，最高可达0.001AUFS（Absorbance Units Full Scale，满刻度吸光度单位），噪声低，最小检出量可达10-7～10-12g；不破坏样品，能与其它检测器串联，可用于制备色谱；对温度及流动相流速波动不敏感，可用于梯度洗脱；对没有紫外吸收的组分没有响应，对流动相有截止波长的限制。

紫外检测器的类型

（1）固定波长检测器　相当于定波长紫外光度计，一般固定波长为254nm，现已淘汰。

（2）可变波长检测器　它是当前高效液相色谱仪最常配置的检测器，在紫外-可见光区可按需要选择波长的检测器。使用时尽可能选择组分的最大吸附波长为检测波长，以增加检测灵敏度。其光学结构与一般的紫外-可见分光光度计基本上是一致的，不同的是以流通池代替吸收池，并且对光电倍增管和放大电路要求较高。

（3）二极管阵列检测器　这是一种全光息检测器，其光路结构示意图如图10-19所示。

图10-19　二极管阵列检测器光路结构示意图(www.xing528.com)

检测器工作时，从氘灯或钨灯发出的连续光，经过消色透镜系统（消色差透镜和滤光片）聚焦在流通池内，经流通池的组分吸收后，带有组分吸光信息的透过光束，经会聚后通过入射狭缝，然后投射到光栅表面，经光栅色散，最后投射到光电二极管阵列的元件上。将二极管阵列获得的信号经过放大和数据处理，就可以获得吸光度-波长-时间的三维立体图谱，吸光度-波长平面为光谱图，吸光度-时间平面为色谱图。

2.荧光检测器

荧光检测器的结构，一般包括激发光源、激发光和发射光单色器、流通池、光电倍增管，以及放大和数据处理部分。色谱仪的荧光检测器与常用的荧光分光光度计结构基本相似，不同的是以流通池代替吸收池。图10-20是一种双光路固定波长检测器的示意图。

荧光检测器只适用于能产生荧光或其衍生物能产生荧光的物质，例如对氨基酸、多环芳烃、维生素、甾体化合物及酶类物质的检测。荧光检测器检测限可达1×10-10g/mL。

图10-20　荧光检测器示意图

1—光源
2—10%反射棱镜
3—激发光滤光片
4—透镜
5—测量流通池
6—参比流通池
7—发射光滤光片
8—光电倍增管
9—放大器
10—记录器
11—光电管
12—对数放大
13—线性放大

3.蒸发光散射检测器

蒸发光散射检测器（ELSD）是基于溶质颗粒对光的散射性而设计的检测器。它由雾化器、加热漂移管（溶剂蒸发室）、激光光源和光电转换器等部件构成，如图10-21所示。

图10-21　蒸发光散射检测器构造示意图

检测原理　色谱柱流出液（含流动相和组分）导入雾化器，被载气（压缩空气或氮气）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。因为散射光强只与溶质颗粒大小和数量有关，而与溶质本身的物理和化学性质无关，所以ELSD属通用型和质量型检测器。适合于无紫外吸收、无电活性和不发荧光的样品的检测。其灵敏度与载气流速、汽化室温度和激光光源强度等参数有关。它的基线漂移不受温度影响，信噪比高，也可用于梯度洗脱。

检测时，如果只有蒸气状态的溶剂通过光电检测器，光线反射到检测器上成为无漂移的稳定信号被检测作为基线记录；当有溶质颗粒通过光电检测器时，颗粒的散射光由光电检测器接收，转换成电信号，经放大和数据处理后显示为组分的色谱峰。

散射光强度I与进入检测器的气溶胶中组分的质点“质量和”m的关系为I=kmb，k，b均为与实验条件有关的常数（取对数后的截距和斜率）。

4.其它检测器

除上述三种主要检测器外，用于HPLC的检测器还有化学发光检测器、示差折光检测器、电导检测器、安倍检测器、手性检测器，以及质谱检测器等。