在液相色谱中,有两种类型的检测器:
一类是溶质性检测器,它仅对被分离组分的物理或物理化学特性有响应。属于此类检测器的有紫外、荧光、电化学检测器等;
一类是总体检测器,它对试样和洗脱液总的物理和化学性质响应。属于此类检测器有示差折光检测器等。
1.紫外可见吸收检测器(ultraviolet-visible detector,UVD)
紫外吸收检测器是目前HPLC中应用最广泛的检测器。其特点是灵敏度较高,线性范围宽,噪声低,对流速和温度变化不敏感,适用于梯度洗脱,对强吸收物质检测限可达1ng,检测后不破坏样品,可用于制备,并能与任何检测器串联使用。它要求被检测样品组分有紫外吸收,使用的洗脱液无紫外吸收或紫外吸收波长与被测组分紫外吸收波长不同,在被测组分吸收波长处没有吸收。 紫外吸收检测器工作原理基于朗伯一比耳定律:
3. 示差折光检测器(differential refractive Index detector, RID) 示差折光检测器是一种浓度型通用检测器,对所有溶质都有响应,某些不能用选择性检测器检测的组分,如高分子化合物、糖类、脂肪烷烃等,可用示差检测器检测。示差检测器是基于连续测定样品流路和参比流路之间折射率的变化来测定样品含量的。光从一种介质进入另一种介质时,由于两种物质的折射率不同就会产生折射。只要样品组分与流动相的折光指数不同,就可被检测,二者相差愈大,灵敏度愈高,在一定浓度范围内检测器的输出与溶质浓度成正比。
任意一束光由一种介质射入另一种介质时,由于两种介质的折射率不同而发生折射现象。折射率(refactive)是一个无量纲的常数,光在真空中的速度和光在某种介质中的速度之比定义为该介质的折射率,其大小表明了介质光学密度的高低。介质的折射率随温度升高而降低。同一介质对不同波长的光,具有不同的折射率,在紫外和红外光谱区,折射率随波长变化大,在可见光谱区,折射率随波长增加而缓慢下降(图4-2-1)。一般选用20℃时,两钠线的平均值589.3nm为检测波长测定溶剂的折射率,表示为nD。表4-2-1 是常用溶剂在20℃时的nP值。
示差折光检测器是通过连续测定色谱柱流出液折射率的变化而对样品浓度进行检测的。检测器的灵敏度与溶剂和溶质的性质都有关系,溶有样品的流动相和流动相本身之间折射率之差反映了样品在流动相中的浓度。因此,示差折光检测器的响应信号由下式表示:
式中,Z为仪器常数,n为溶液的折射率,n0为溶剂的折射率。根据稀溶液中相加和定律,溶液的折射率等于溶剂和溶质各自的折射率乘以各自的摩尔浓度之和
即示差折光检测器的响应信号与溶质的浓度成正比,说明它属于浓度型检测器。每种物质都有一定的折射率,上式表明,原则上只要是与溶剂有差别的样品都可以用该检测器检测。因此,示差折光检测器是一种通用型检测器。样品的浓度越高,即ci越大,溶质与溶剂的折射率差别越大,即ni-n0值越大,检测器的响应信号越大。
4. 电化学检测器(elec)chemical detector, ED) 电化学检测器主要有安培、极谱、库仑、电位、电导等检测器,属选择性检测器,可检测具有电活性的化合物。目前它已在各种无机和有机阴阳离子、生物组织和体液的代谢物、食品添加剂、环境污染物、生化制品、农药及医药等的测定中获得了广泛的应用。其中,电导检测器在离子色谱中应用最多。 电化学检测器的优点是: ①灵敏度高,最小检测量~般为ng级,有目可达pg级; ②选择性好,可测定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。电化学检测器也是一种专用型检测器,池体积很小,灵敏度很高,最小检测量可达10-9~10-12g;线性范围宽。一般为4~5个数量级;只能测定具有电解活性(电氧化一还原性)物质,同时要求洗脱液具有导电性(可向洗脱液中加入少量电解质,或在柱后补加适量电解质溶液,这并不影响分离效率)。电化学检测器目前在生化、医学、食品、环境分析中得到广泛应用。根据运行原理,电化学检测器可分为平衡电化学检测器和动态电化学检测器。前者被测物质不发生氧化-还原反应,如电导检测器和pH检测器;后者被测物质发生氧化一还原反应,如极谱检测器,安培检测器和库仑检测器,它们都是以测量极化电极和参比电极间电流和所加电压的关系为基础,故统称伏安检测器。以下对常用的电化学检测器作简单介绍。 (1)电导检测器 电导检测器直接测定柱后洗脱液的电导变化。将被测洗脱液置于施加电场的两个电极间,电导值 1/R(R为两电极间电阻值)与电极截面积A,两电极间距离 L和各离子的电导总和∑Cⅰλⅰ之间有如下关系:
式中Cⅰ为i离子的摩尔浓度,λⅰ为i离子的摩尔电导。 在测定电导和pH值时,两电极间应没有氧化一还原反应发生,也就是不应有直流电流产生。因此在测量电极间施加的是高频交流电压,或采用四电极或五电极电导测量技术,以有效地消除双电层电容和电解效应的影响。 (2)伏安检测器 伏安检测器70%用于与生命科学有关的分析检测。它的选择性好,可以在其它化合物存在的条件下检出某一欲测化合物,检测限可达1×10-10mol/L。 伏安检测器的工作原理是:当电解活性物质经过电极表面时。若电极材料和溶液之间存在电位差,则在电极表面可以产生电极反应,形成电流,经微电流放大器放大后记录下来就可得到色谱图。在电极表面电子转移产生的电流符合法拉第定律:
式中n为电解活性物质在发生电极反应时每个分子转移的电子数,F为法拉弟常数,N为发生电极反应的电解活性物质的摩尔数,Q为转移的电荷量。因此发生电极反应时的电流为:
式中dN/dt为电极反应发生时电解活性物质的变化速率。若C1和C2分别为进人电解池和流出电解池的电解活性物质浓度,FD为洗脱液流速,则dN/dt=(C1-C2)FD。所以发生电极反应时的反应电流为:
由此看出为测定电解活性物质的浓度C1,可以有两种方法实现伏安检测。 一是电解活性物质全电解法;此时C2=0,电流i与通过电解池的电解活性物质总量成正比,此即库仑法。 二是电解活性物质部分电解法:此时保持C1/C2为一常数,电流i与进入电解池的电解活性物质浓度C1成正比,此即电流法。目前库仑法已很少使用,集中发展电流法检测。电流法可以用汞电极实现(极谱法),也可用固体电极实现(安培法)。 极谱法的主要优点是恒定地提供一个新的电极表面,克服了电极表面的污染。设计上使柱后流出的洗脱液瞄准滴汞电极喷射,检测池体积甚小,不大于1μl。安培法采用固体工作电极,电极可用于较高的正电位,故能检测氧化性物质,适用范围很宽。安培检测器结构简单,池体积小,响应快,噪声低,灵敏度高。但是由于电极表面不能更新,容易污染。目前安培法的应用比极谱法广泛得多。 在使用极谱法和安培法时选择外加电压(工作电极和参比电极间电压)是十分重要的。选择合适的外加电压可以提高检测的选择性和稳定性,并能降低背景电流。一般是用制作外加电压和电流关系的伏安图来选择外加电压。同时洗脱液的选择也十分重要,洗脱液要能导电,对电极呈电化学惰性,即在选择的外加电压下洗脱液不发生氧化一还原反应。分析时洗脱液的流速和浓度要十分稳定。
5. 化学发光检测器(c。iluminescence detector, CD) 化学发光检测器是近年来发展起来的一种快速、灵敏的新型检测器,因其设备简单、价廉、线性范围宽等优点。其原理是基于某些物质在常温下进行化学反应,生成处于激发态势反应中间体或反应产物,当它们从激发态返回基态时,就发射出光子。由于物质激发态的能量是来自化学反应,故叫作化学发光。当分离组分从色谱柱中洗脱出来后,立即与适当的化学发光试剂混合,引起化学反应,导致发光物质产生辐射,其光强度与该物质的浓度成正比。 这种检测器不需要光源,也不需要复杂的光学系统,只要有恒流泵,将化学发光试剂以一定的流速泵入混合器中,使之与柱流出物迅速而又均匀地混合产生化学发光,通过光电倍增管将光信号变成电信号,就可进行检测。这种检测器的最小检出量可达10-12g。
6.蒸发光散射检测器(EvaporativeLight-scatteringDetector,ELSD)
蒸发光散射检测器(Evaporative Light Scattering Detector)设计用于高效液相色谱系统,分析任何挥发性低于流动相的化合物。ELSD ELSD的应用范围包括:碳水化合物,药物,脂类,甘油三脂,未衍生的脂肪酸和氨基酸,聚合物,表面活化剂,营养滋补品,及组合分子库等。
蒸发光散射检测器消除了常见于其他HPLC检测器的问题。示差检测受溶剂前沿峰的干扰使得分析复杂化,并且由于对温度极其敏感使得基线很不稳定,与梯度洗脱不相容。另外,示差检测器的响应不如ELSD灵敏。而低波长紫外检测器在急变梯度条件下受基线漂移的困扰,并要求被分析化合物带有发色团。ELSD则不受这些限制。不同于这些检测器,ELSD能在多溶剂梯度的情况下获得稳定的基线,使得分辨率更好、分离速度更快。另外,因为ELSD的响应不依赖于样品的光学特性,所以ELSD检测时样品不要求带有发色团或荧光基团。
蒸发光散射检测器的独特检测原理为,首先将柱洗脱液雾化形成气溶胶,然后在加热的漂移管中将溶剂蒸发,最后余下的不挥发性溶质颗粒在光散射检测池中得到检测。
步骤1:雾化
步骤2:蒸发
步骤3:检测
雾化
经HPLC分离的柱洗脱液进入雾化器,在此与稳定的雾化气体(一般为氮气)混合形成气溶胶。气溶胶由均匀分布的液滴组成,液滴大小取决于分析中采用的气体流量。气体流量越低形成的液滴越大,液滴越大则散射的光越多,从而提高了分析灵敏度,但是越大的液滴在漂移管中越难蒸发。每种方法均存在产生最佳信号噪音比率的最优化气体流量。
流动相流速越低要求适当雾化的气体流量也越低。用内径为2.1mm的微径柱代替内径为4.6mm标准型分析柱,能大大降低流动相流速,因而提高分析的灵敏度。
蒸发
气溶胶中挥发性成分在加热的不锈钢漂移管中蒸发。为特定应用设置适当的漂移管温度,取决于流动相组成和流速,以及样品的挥发性。高有机含量流动相比高含水量流动相要求蒸发的漂移管温度低。流动相流速越低比流动相流速越高要求蒸发的漂移管温度越低。半挥发性样品要求采用较低的漂移管温度,以获得最佳灵敏度。最佳温度需要通过观察各温度时的信号噪音比率来确定。
检测
悬浮于流动相蒸汽中的样品颗粒从漂移管进入到光散射检测池。在检测池中,样品颗粒散射激光光源发出的光而蒸发的流动相不散射。散射光被硅光电二极管检测,产生电信号输送模拟信号输出端口,被用于模拟输出的数据采集。
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谈及2024年安捷伦大中华区的业绩表现,杨挺表示,尽管在2023年和2024年全球经济增速放缓,安捷伦中国的业绩仍稳步增长,尤其在制药、食品、环境等行业展现出强劲的市场需求。未来,随着中国科技创新和绿色发展政策的持续推进,安捷伦将继续深化在中国的布局,进一步推动本土化创新。 总结 2024年安捷伦媒体沟通会不仅展示了安捷伦在液相色谱领域的创新成果,也体现了公司在中国市场的深耕与战略部署。
作者:张明
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