主题:【第十四届原创】离子色谱实战宝典 第五章检测器 5.4紫外检测器

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第五章  检测器

5.1 前言

  检测器是色谱仪器的眼睛,是色谱仪器的重要的组成部分之一,离子色谱作为液相色谱的一个独特分支,检测器的类型与液相色谱有一定的差异

1975年,Hsmall发表一个篇离子色谱论文就是采用电导检测器,因此电导检测器作为离子色谱的首选检测器,广泛应用于离子色谱分析的各个领域,可以分析各种阴阳离子以及有机酸和有机胺,是最重要的检测器,可以说,采用电导检测器占据离子色谱分析的绝大多数应用。电导检测器常用有二电极和五电极二大类型。侧重于抑制型和非抑制型。

1985年,戴安公司推出离子色谱用第二个检测器,直流安培检测器,1986年推出脉冲安培检测器,目前安培检测器应用仅次于电导检测器,是离子色谱的第二大检测器。其在电活性化合物的分析以及糖应用上具有不可替代的高灵敏度和高选择性。

离子色谱本质上属于液相色谱的一个领域,因此紫外检测也可以用于离子色谱,目前主要用于重金属、过渡金属、稀有金属等40余种金属的柱后衍生,一些无机离子虽然也能用紫外检测,但多数灵敏度远不如电导。在离子排斥法中,紫外相对应用较多(跟液相色谱的离子排斥无明显区别)

早期离子色谱采用固定波长检测器,采用特定波长的滤色片,后期采用可变波长检测(光栅)DAD检测器在液相色谱中应用广泛,但离子色谱中测定的紫外化合物有限,仅有戴安(热电)公司有离子色谱专用的DAD检测器

电荷检测器是一种新型的检测器,检测原理与电导不同,是电导检测器的一个很好的补充,在某些弱电离的化合物检测比电导有较高的灵敏度,但目前只能用于毛细管离子色谱中。

目前质谱检测器在液相色谱中应用广泛,发展非常快,是非常重要的一个检测器,液相色谱用的质谱检测器目前类型众多。但在离子色谱中,相对的重要性不如液相色谱,单杆和三重四杆是常用的类型,在某些检测中,质谱已经显示了其强大的定性和高灵敏度的分析能力

荧光检测器在离子色谱中应用不多,仅有戴安(热电)公司有离子色谱专用的检测器。

C4D检测器,全称电容耦合非接触电导检测器(capacitively coupled contactless conductivityC4D)可以对所有的带电粒子进行检测也可用于离子色谱分析,但目前没有形成商品化检测器。

除此之外,激光诱导检测器、原子荧光、原子吸收、等离子体发射光谱等也可以用于离子色谱用于各种化合物和金属元素的分析。

5.2 电导检测器

5.3 安培检测器

5.4 紫外可见检测器

    紫外可见光检测器是液相色谱最常用的检测器,也是离子色谱常用的检测器之一,二者原理完全一致。通过波长的选择,不仅用于过渡金属、系金属的元素检测,也可以用于有机酸以及其它有紫外吸收的离子型化合物的分析。紫外可见光检测器对环境温度变化、流速压力波动、淋洗液组成变化不敏感,而且使用操作简单,重复性好,适用范围广,灵敏度较高。

5.4.1 紫外-可见光检测的原理和结构

5.4.1.1 基本原理

  紫外可见光检测器是基于溶质分子吸收紫外光可见光)的原理设计的检测器,基本原理,是依照Lambert-Beer定律根据定律,光强度符合下面关系:

式中:

A为吸光度I0为入射光强度I为透射光强度;ε为摩尔吸收系数c为待测物浓度简化后εb为常数K,

则 A=Kc

在给定的波长下,被测物溶液的吸度与其浓度,成正比。

5.4.1.2 紫外可见光检测器的结构

    紫外可见光检测器按照结构和功能可分为固定可选波长(有限几个)、单波长、双波长、四波长以及连续波长检测器。其基本结构见下:

    5-  紫外可见光检测器的结构示意图

1光源  采用氘灯和钨灯作为光源,在紫外区(190-400nm)采用氘灯,在可见区(350-900nm)采用钨灯,大多数的检测器采用二个光源。但也有在(200-600nm)范围只采用氘灯,这种情况下在高波长的末端可见光的灵敏度比较差

2单色器(分光系统) 单色器由入射狭缝准直镜色散元件物镜出射狭缝构成。其中色散元件是关键部件,作用是将复合光分解成单色光从而从中选出任意波长单色光。

在实际操作中,设定光栅的不同角度实现波长的选择。半透半反镜把光线分成两束,一束进入检测器,另一束作为参比信号。通过衍射光栅角度的转动,而产生指定波长的单色光线投射至参比镜和流通池

3)流通池 由于离子色谱的流动相通常包括强酸、强碱以及有机溶剂,因此流通池要耐酸碱和耐有机溶剂(反相有机溶剂,不包括正相试剂),通常用PEEK材料为池体,同时能承受较高的压力(5Mpa),池体积通常小于10μl金属流通虽然也可以用于离子色谱,但是必须用完后马上冲洗,以防酸碱的腐蚀。

4)光电系统

将单色器传输过来的单色光的信号转换成电信号的系统,一般采用光电倍增管、硅光电池或者二极管阵列等做光接收器。

5)放大器系统

将光电系统传输过来的电信号进行放大处理,使之达到或满足后面的A/D系统和计算机系统的要求,也是HPLC仪器必须的不可替代的部件。

5.4.2 紫外可见光检测器的主要性能指标

5.4.2.1 基线噪声

噪声是紫外可见光检测器的关键性能指标,跟灵敏度密切相关,在实际中噪音有多个来源,一部分来源于检测器,另一部分来源于分离分析系统

对于国家标准噪声指标是±5*10-5AU,但好的仪器可以达到±0.25*10-5AU

氘灯(钨灯)长时间使用,灯能量下降,寿命将尽时,基线不稳定噪声变大;光路部分被污染光学材料涂层降解也会增加噪声;流动相泵压不稳、有脉动、有气泡也会增加噪音,流动相试剂不纯基线噪音变大

5.4.2.2 漂移

漂移是考察液相色谱稳定性的一个重要指标,漂移受很多因素影响,主要是受温度和流动相的变化,但当灯不稳定,漂移也变化较大。

对于国家标准漂移指标是1*10-3AU/h,但好的仪器可以达到0.5*10-4AU/h

5.4.2.3 线性范围

朗伯别耳定律只适用于单色光和均匀非散射溶液,当单色器色散能力较弱,得到的是一定波长范围内较宽的谱带,会导致线性范围变小,吸收峰不敏锐。尤其当待测物浓度较大时,响应曲线斜率变小,偏差更为明显,尤其在紫外区

因此,紫外检测器的线性范围并不是无限的,一般最大吸收强度不超过2.0AU,对于一些国产紫外检测器还受到信号输出的限制。

3.%2.%3 紫外可见光检测器的主要应用

5.4.3.1 直接紫外/可见光检测

  无机离子中,有些有一定的紫外吸收,可以用紫外检测器检测,下表,列出了一些可以用紫外分析的无机离子和络合物。

表5  一些可用UV检测的无机阴离子的最大吸收波长

阴离子测量波长[nm]阴离子测量波长[nm]
溴离子200硝酸根215
铬酸根365亚硝酸根207
碘离子236硫氰化物215
金属氯化络合物215硫代硫酸根215
金属氰化络合物215  


  虽然在电导中,这些离子也有较高的灵敏度,但是当其它一些无机离子存在时,例如高浓度下(100倍的氯离子),采用紫外检测硝酸根、亚硝酸根等可以有效避免其它非紫外吸收离子的干扰。

5.4.3.2 衍生的紫外/可见光检测

离子色谱中采用衍生紫外检测的一个重要应用是重金属的检测,例如金属离子Fe2+/3+Cu2+Ni2+Zn2+Cd2+Co2+Mn2+Pb2+)以及镧系元素在离子交换柱上用草酸或者PDCA(吡啶-26-二羧酸)分离,然后与PAR试剂(4-22-吡啶偶氮)间苯二酚)混合并形成螯合物,吸收波长在490-530nm之间,需要注意的是pH对分离有较大的影响,需要严格控制pH值,另外PAR显色试剂需要避光保存,有效期不要超过1个月。

Cr6+也可以采用衍生法测定,采用15苯基卡巴Cr6+反应,形成带二个Cr6+络合物,在520nm下检测。

钼酸钠可以与硅酸根形成黄色的杂多酸H4[Si(Mo3O10)4],在410nm下检测,额可以采用离子交换或者离子排斥的方式。

纯净水中的溴酸盐浓度很低,直接大体积电导法检测仍有不足,采用柱后生成的氢碘酸与溴酸盐反应,生成三碘化阴离子,在353nm下有较强的紫外吸收,比电导法的灵敏度提高了10倍,最低检测限可达到0.5ug/L

5.4.3.3 间接紫外可见光检测

采用带紫外吸收的淋洗液,例如邻苯二甲酸钠,在285nm下,间接测定无机阴离子,这时被测离子,产生对应的负峰。其它有外吸收的化合物例如邻苯二甲酸、碘等均适合间接光度法测定。这种检测只适合等度,灵敏度也不是非常高,目前实际应用很少。

4.%2.%3 紫外检测器的使用维护故障排除和保养

5.4.4.1紫外检测器使用的注意点

在离子色谱中,紫外检测器的维护与液相色谱几乎无差别,需要注意的是:

1 淋洗液或者衍生试剂往往是强酸或者强碱,严格上要求采用peekPeek,使用后,应该马上清洗池子(尤其是SST池子),避免对池子造成损伤。

2 对于重金属的测定,补液流路应该采用PEEK泵,不应该用金属泵(否则会有金属离子溶出造成本底升高,噪音变大。

3 除非采用无脉冲的补液系统,采用PEEK补液,需要加装背压管,相当于常规的淋洗液压力(不低于200psi,否则泵的脉动,直接影响检测结果。

4 对于需要化学反应的衍生,要求加装衍生管,保障衍生反应完全,但衍生管体积过大,易造成峰拓宽。

5.4.4.2 了紫外可见光检测器的常见故障和解决办法

表3-4 紫外检测器常见的故障及可能的解决办法:

 

  能  原  因

  决  办  法



检测器没有响应
检测器灯未打开或者灯点错选择合适的灯,并打开
模拟输出范围太高,记录器响应太无法观察到调整衰减选择合适的模拟输出范围,如果输出范围太灵敏,响应值可能会超过检测范围,因此要逐步降低输出灵敏度。
模拟输出范围太低,虽然显示有响应值,但记录仪响应无法观察到如果检测器信号低于模拟输出范围,在记录仪上没有信号,可以选择灵敏度的模拟输出。同时调零,基线归


基线噪声
流动相或柱后反应试剂含光吸收杂质用光谱纯或色谱纯溶剂、优级纯化学试剂和二次去离子水配制全部流动相。在流路装上过滤头,并定期更换过滤头。瓶上加压。
流通池有气泡去除流通池中气泡。为防止气泡再次进入流通池,做如下事项:

通过真空,对流动相和柱后反应试剂脱气或通氦气;

安装反压管,增加池的反压,以此压缩气泡,一般情况下流速为1.0mL/min时反压管为1米,流速为0.5mL/min时反压管为2米;
开灯或改变流动相浓度或组份的平衡时间不足灯一般需要30分钟的稳定时间;对特别灵敏的检测应用(或刚刚更变新灯)需要稳定2小时。改变流动相需要20至30倍的色谱柱体积以稳定基线。
采用金属泵测定金属柱后衍生改为peek泵
氘灯能量不足灯的光能量随着时间而减少。当灯使用时间超过1000-2000小时后,灯的能量减少而噪声增加,此时需要更换氘灯钨灯
流通池受污染清洗流通池。
补液泵无阻尼补液泵加阻尼
留存的强保留组份未洗脱为洗脱强保留组份,采用更强的流动相,然后再用标准流动相重新平衡。如果这个问题还没有解决,按说明书清洗色谱柱。
泵压力不稳检查单向阀,流动相脱气

基线漂移

环境温度的波动确保仪器操作在恒温条件下。
灯不稳定一般情况下灯需要30分钟来稳定;然而对极灵敏的应用中,灯需要稳定2小时。改变流动相,需要20至30倍的柱体积的流动以稳定基线。
氘灯太旧氘灯超过1000小时之后,漂移会严重。如果这个情况发生,更换氘灯。
流通池污染清洗流通池。
在该波长下流动相强吸收选择适合的检测波长,或改变流动相组份。
流动相或柱后反应试剂不纯用光谱纯或色谱纯溶剂,优级纯化学试剂和二次高纯去离子水配制全部流动相。
不正确的柱后反应试剂流速或浓度确保柱后反应试剂流速正确。如果需要重新配制试剂和确保浓度。

泵压力不稳

检查单向阀,流动相脱气

色谱峰太大或太小

样相关的问题确保注射正确的样品量。检测进样阀是否有液体泄漏,如果需要更换接头或管路。确保安装适合的样品环大小。确保样品环含有气泡。参照自动样品或手动进样品检查相关故障。

其它问题

保留时间是否发生了改变,保留时间的改变会引起色谱峰宽的峰高的变化;检查记录仪和积分输出范围;确保选择输出范围适合;



确保样品体积或浓度适合;配制新鲜的柱后反应试剂,确保柱后反应试剂流速正确。

标样或者样品位置错误

检查样品和标样

无色谱峰

波长选择有误

查看波长选择是否正确

流动相有误

流动相配错,或者比例不对,重新配置

色谱柱有误

色谱柱选择错误,更换色谱柱

双系统流路错误

查看,色谱流路是否正确

双系统进样阀设置错误

检查关联阀,确认连接设置正确

自动进样器没进样

检查进样系统,清洗旁路,管路是否堵塞等

标样或者样品位置错误

检查样品和标样

波长校正失败

灯可能有缺陷或需要调整按仪器说明书的要求,分别诊断测试可见光灯和紫外灯,如果其中一项或更多诊断测试有问题,更换灯或联系仪器商。
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