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1、安全检测技术课程论文 简述热导检测器技术陈洋洋(安徽建筑工业学院 土木工程学院 安全工程(1)班 09201040116)摘 要：热导检测器是一种安全检测方法，它是气相色谱法最常用的一种检测器，它具有结构简单，性能稳定，灵敏度适宜，线性范围宽，对各种能作色谱的物质都有响应。本文将介绍一下它的工作原理、使用条件、结构组成、使用范围和一些注意事项。 关键词：热导；检测 ； 注意事项- 1 - 随着科学检测技术的发展,出现了很多更灵敏、更高效的检测器产品。热导检测器作为一种常见的检测器，尽管在许多方面它已被更灵敏更专属性的各种检测器所取代，但是由于它具有结构简单，性能稳定，灵敏度适宜，线性范围宽，对
2、各种能作色谱的物质都有响应，最适合作微量分析（ppm级）。在分析测试在中，热导检测器不仅用于分析有机污染物，而且用于分析一些用其他检测器无法检测的无机气体，如氢、氧、氮、一氧化碳、二氧化碳等。1.工作原理热导检测器又称热导池或热丝检热器，是气相色谱法最常用的一种检测器。基于不同组分与载气有不同的热导率的原理而工作的热传导检测器。敏感元件为热丝，如钨丝、铂丝、铼丝，并由热丝组成电桥。在通过恒定电流以后，钨丝温度升高，其热量经四周的载气分子传递至池壁。当被测组分与载气一起进入热导池时，由于混合气的热导率与纯载气不同（通常是低于载气的热导率），钨丝传向池壁的热量也发生变化，致使钨丝温度发生改变，其电
3、阻也随之改变，进而使电桥输出端产生不平衡电位而作为信号输出。热导检测器是气象色谱法中最早出现和应用最广的检测器。热导检测器的工作原理是基于不同气体具有不同的热导率。热丝具有电阻随温度变化的特性。当有一恒定直流电通过热导池时，热丝被加热。由于载气的热传导作用使热丝的一部分热量被载气带走，一部分传给池体。当热丝产生的热量与散失热量达到平衡时，热丝温度就稳定在一定数值。此时，热丝阻值也稳定在一定数值。由于参比池和测量池通入的都是纯载气，同一种载气有相同的热导率，因此两臂的电阻值相同，电桥平衡，无信号输出，记录系统记录的是一条直线。当有试样进入检测器时，纯载气流经参比池，载气携带着组分气流经测量池，由
4、于载气和待测量组分二元混合气体的热导率和纯载气的热导率不同，测量池中散热情况因而发生变化，使参比池和测量池孔中热丝电阻值之间产生了差异，电桥失去平衡。检测器有电压信号输出，记录仪画出相应组分的色谱峰。载气中待测组分的浓度越大，测量池中气体热导率改变就越显著，温度和电阻值改变也越显著，电压信号就越强。此时输出的电压信号与样品的浓度成正比，这正是热导检测器的定量基础。 2.热导检测器的使用条件2.1载气种类常用的载气有He和H2，因为其热导系数远大于其他化合物，且其具有较高的灵敏度和稳定的响应因子，便于定量，较宽的线性范围。其中，氦气较氢气安全，但氦气较贵，所以许多地区多用氢气作为载气。2.2纯度
5、载气的纯度会影响TCD的灵敏度。在桥流160-200mA的范围 内，99.999%的超纯氢气比用99%的普通氢气的灵敏度高6%-13%1。另外，峰形还受载气纯度的影响，当 用TCD作高纯气中杂志检测时，载气的纯度应比被测气体高十倍以上 ，否则将出现 倒峰。2.3流速作为浓度型检测器，TCD对载气的流速也有要求，即TCD的峰面积响应值反比于载气气流。故在检测中，应保持载气流速的恒定。2.4温度TCD的灵敏度与热死和池体间的温差成正比。通过提高桥流，以便提高热丝温度或者通过降低检测器池体温度。但是，这两种方法都取决于分析样品的沸点。检测器池体温度不能低于样品的沸点，以免在检测器内冷凝。所以，对于沸
6、点不很低的样品，采用此法来提高灵敏度是有限的，而对气体样品，特别是永久性气体，则可以达到较好的效果。3.热导检测器的构成热导池是由池体和热丝两部分组成。3.1热丝一个性能优异的TCD，对热丝的要求主要考虑四点：电阻率高，以便可在相同长度内得到高阻值；电阻温度系数大，以便通桥流加热后得到高阻值；强度好；耐氧化或腐蚀。、是为了获得高灵敏度，同时丝体积小，可缩小池体积，制作微TCD。、是为了获得高稳定性。表 3 -2-3 列出了商品TCD中常用的热丝性能2。钨丝电阻率低，相同长度之阻值只有铁铼丝的一半，灵敏度难以提高。另外，钨丝强度差，高温下易氧化，致使噪声增加、信!噪比下降。 铼-钨丝与钨丝相比，
7、电阻率高，电阻温度系数略低。因S值大体上正比于。3、5铼-钨丝和钨丝的值分别为12.2103、11.7103、10.29 103。可见铼钨丝之值均高于钨丝。故前者有利于提高灵敏度。 另外，铼钨丝与钨丝相比，拉断力显著提高，且高温特性好，故性能稳定。但它仍存在高温下易氧化的问题。现在高性能TCD均用铼钨丝。如HP6890型，岛津GC-17A型的-TCD热丝。3.2池体池体是一个内部加工成池腔和孔道的金属体。池材料早期多用铜，因它的热传导性能好，但它防腐性能差。故近年已为不锈钢形式示意图所取代。通常将内部池腔和孔道的总体积称池体积。早期TCD的池体积多为 500-800L，后减小至100-500L
8、，仍称通常TCD。它适用于填充柱。近年发展了微TCD，其池体积均在100L以下，有的达3.5L，它适用于毛细管柱3。4.测试系统由于热导检测器气相色谱法最常用的一种检测器，结合气相色谱仪来介绍一下它的系统组成。气相色谱仪主要由六个单元组成:气源系统、进样系统、色谱柱系统、检测系统、数据采集及处理系统，现具体介绍各单元功能如下:气源系统： 气源分载气和辅助气两种，载气是携带分析试样通过色谱柱，提供试样在柱内运行的动力，辅助气是提供检测器燃烧或吹扫用，有的仪器采用EPC系统对气流进行数字化控制。进样系统:：气相色谱仪的进样系统是把试样引入色谱柱、并保证试样气化的装置，有些仪器还包括试样预处理装置，
9、例如热脱附装置(TD)、裂解装置等。色谱柱系统： 试样在色谱柱内运行的同时得到所需要的分离，故色谱柱是气相色谱仪的核心部分。检测系统：检测系统包含两套检测器(TCD和FID)以及相应的检测电路。检测器负责对色谱柱后已被分离的组分进行检测，将色谱数据信号转变为电信号，如电压、电流，然后经微电流放大器送至数据处理系统进行处理。数据采集及处理系统： 负责采集并处理检测系统输入的信号，给出最后试样定性和定量的结果。温控系统： 负责控制和显示进样系统、柱箱、检测器及辅助部分的温度。所有的气相色谱仪都须包括以上六个单元，其功能都相同，差异只是水平和配置但随着电子技术的发展，特别是微计算机技术在工业中的应用
10、，气相色谱仪逐步采用程序控制，对进样、柱恒温箱、检测器工作条件及数据处理系统等进行自动控制，提高了系统的稳定性和分析结果的准确性。 5.应用范围热导池（TCD）检测器是一种通用的非破坏性浓度型检测器，一直是实际工作中应用最多的气相色谱检测器之一。TCD特别使用于气体混合物的分析，对于那些氢火焰离子化检测器不能直接检测的无机气体的分析，TCD更是显示出独到之处。TCD在检测过程中不破坏被监测组份，有利于样品的收集，或与其他仪器联用。TCD能满足工业分析中峰高定量的要求，很适于工厂的控制分析。 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，
11、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。例如，气相色谱法广泛用于纯物质中的杂质、环境污染物、食品中有害成分、药物有效成分、代谢物、刑事法医鉴定、石油化工生产中痕量物质等的分析4。热导检测器适用于环境保护、大气、水源等污染的痕量检测；毒物的分析、监测、研究；生物化学；临床应用；病理和病毒研究；食品发酵；石油化工；石油加工；油品分析；地质、探矿研究；有机化学；合成研究；卫生检疫；公害检测分析和研究。6.注意事项热导池中的关键热导元件是用钨铼丝做的，钨铼丝直
12、径一般只有 15-30，材料又比较容易氧化，氧化或受污染后，阻值发生变化或断损，造成热导池测量电桥的对称性被破坏，致使仪器无法正常工作，引起热导元件损坏的因素较多，注意事项归纳如下：1 、热导池接并联双气路应用时，必须同时并联装上二根色谱柱，二路都要同时通载气，如果只装一根柱，而另一路不装柱不通载气，那么，一通电源就会将钨丝元件烧坏。2 、在应用科创微型热导池做毛细管色谱分析时，可一路装毛细柱加尾吹，另一路必须也装上一根填充柱或空柱，同时通入载气。大多数人习惯FID毛细柱系统，往往会忽略这一点犯错误。3 、仪器停机后，外界空气往往会返进热导池和柱系统，因此必须在开机时要先通载气 10 分钟以上
13、再通电，停机时间越长，那么重新开机时先通载气的时间也要长，否则系统中残留的空气中氧气会将钨铼丝元件氧化或烧断。4 、热导检测器使用的载气纯度必须四个9以上（ 99.99% ），最忌载气中含氧量高， 载气不纯将会影响热导元件的使用寿命，也会降低检测灵敏度，所以载气必须脱氧净化5。5 、在更换装色谱柱时，必须检漏，保证气密性，色谱柱连接处漏气将会造成热导元件 损坏，色谱柱出口端必须填装好玻璃棉和不锈钢丝网，避免柱担体吹入TCD 。6 、在多次进样分析后，应及时更换进样器上的硅橡胶垫，如果待到硅橡胶垫被多次注 射针扎破漏气时再更换就迟了，因为硅橡胶垫一漏，载气漏出，空气漏进，热导元件就会烧坏。分析过
14、程中更换硅橡胶垫时，必须将热导电源关断后，再迅速换垫，换好后必须通载气几分钟后才能再通热导池电源。 7 、用平面六通阀做气体进样时，六通阀的位置必须停在二个极端位置，不能将阀旋停在中间位置，因为中间位置是六通阀将载气切断不通，这是很危险的，容易导致热导池中因不通载气而损坏。8 、色谱柱高温老化时，必须将热导池电源关断，热导池温控关断，并且将柱出口连接 热导池进口的接头处断开，让高温老化的载气（ N2 ）流入柱箱内，这样可避免因柱子老化而污染热导池及钨铼丝元件。 9 、热导池桥电流的设定，必须比被分析试样组份的最高沸点高 20 -30 ，避免试样中 高沸点组份冷凝在热导池中和污染钨铼丝元件6。
15、10 、热导池桥电流的设定，必须考虑所用载气的种类、工作温度和钨铼丝元件的冷阻，应明了这样的原则： 轻载气（ H2 、 He ）桥电流可大，重载气（ N2 、 Ar ）桥电流必须小； 热导池工作温度高，桥电流应减小，工作温度低，桥电流可增加； 各生产厂家热导池钨铼丝元件阻值是不同的，因此，使用桥电流大小也不同，元件阻值大的，桥电流就应设定小些，具体桥电流设定可看说明书。结语热导检测器热导池检测器(TCD)是气相色谱仪中应用较为广泛的检测器，尤其是在气体分析中应用最多。由于不断的研究和发展，出现了越来越多的新型热导检测器。参考文献1周良模.气相色谱新技术M.科学出版社，1994.2施文康，余晓芬.检测技术.北京：机械工业出版社，2000.3 颜本慈.自动检测技术.北京：国防工业出版社，1994.4刘欣.气相色谱法在环境检测的应用，2008.5施文.有毒有害气体检测仪器原理与应用.北京：化学工业出版社2009.6叶新荣，张海生，潘建明.海水中氯氟氢的气相色谱法测定J.海洋环境科学，2004.
