热导检测器TCD原理及操作注意关键事项

1、【资料】一热导检测器(TCD )原理及操作注意事项热导检测器热导检测器(TCD)是运用被测组分和载气的热导系数不同而响应的浓度型检测器，有日勺亦称热丝检测器(HWD)或热导计、卡她计(katherometer或Catherometer)，它是出名勺整体性能检测器，属物理常数检测措施。一、工作原理TCD由热导池及其检测电路构成。图3-2-1下部为TCD与进样器及色谱柱勺连接 示意图，上部为惠斯顿电桥检测电路图。载气流经参照池腔、进样器、色谱柱， 从测量池腔排出。R1、R2为固定电阻；R3、R4分别为测量臂和参照臂热丝。03-2-1 TCDTlt 原理图当调节载气流速、桥电流及TCD温度至一定值后

2、，TCD处在工作状态。从电源E 流出之电流I在A点提成二路i1、i2至B点汇合，而后回到电源。这时，两个 热丝均处在被加热状态，维持一定日勺丝温Tf,池体处在一定日勺池温Tw。一般规 定Tf与Tw差应不小于100C以上，以保证热丝向池壁传导热量。当只有载气通过 测量臂和参照臂时，由于二臂气体构成相似，从热丝向池壁传导勺热量相等，故 热丝温度保持恒定；热丝勺阻值是温度勺函数，温度不变，阻值亦不变；这时电 桥处在平衡状态：R1*R3 = R2*R4,或写成R1/R4 = R2/R3。M、N二点电位相等 ，电位差为零，无信号输出。当从2进样，经柱分离，从柱后流出之组分进入测 量臂时，由于这时勺气体是

3、载气和组分勺混合物，其热导系数不同于纯载气，从 热丝向池壁传导勺热量也就不同，从而引起两臂热丝温度不同，进而使两臂热丝 阻值不同，电桥平衡破坏。M、N二点电位不等，即有电位差，输出信号二、热导池由热敏元件和池体构成1热敏元件热敏元件是TCD勺感应元件，其阻值随温度变化而变化，它们可以是热敏电阻或 热丝。(1)热敏电阻热敏电阻由锰、镍、钻等氧化物半导体制成直径约为0.11.0mm 勺小珠，密封在玻壳内。热敏电阻有三个长处：热敏电阻阻值大(550k。)，温度系数亦大，故敏捷 度相称高。可直接作由/g级勺痕量分析；热敏电阻体积小，可作成0.25mm直 径勺小球，这样池腔可小至50pL；热敏电阻对载气

4、流勺波动不敏感，它耐腐 蚀性和抗氧化热敏电阻也有三个缺陷：热敏电阻#$%勺响应值随温度勺增长而迅速下降，因 此，一般热敏电阻要在120C如下使用。使用范畴受到极大勺限制；与热丝相 比，热敏电阻勺温度系数大，体现为其响应值对于温度勺变化十分敏感。例如在60C时，池温变化1C,热敏电阻和热丝日勺基线漂移分别为10.4mV和5.0mV,前 者比后者大一倍多，因此，热敏电阻日勺稳定性差，特别是在程升操作时，尤为突 出；热敏电阻对还原条件十分敏感，故不能用氢气作载气。目前，只有下二状况可用热敏电阻作热敏元件；一是低温痕量分析；二是需小池 体积配毛细管柱。其她状况很少用热敏电阻，而多用热丝。并且，近年热敏

5、电阻 可作成小池体积勺优势也在逐渐下降。(2)热丝一种性能优秀勺TCD，对热丝勺规定重要考虑四点：电阻率高 以便可在相似长度内得到高阻值；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。、是为了获得高敏捷度，同步丝体积小 ，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中常用勺热丝性能。钨丝电阻率低，相似长度之阻值只有铁铼丝勺一半，敏捷度难以提高。此外，钨 丝强度差，高温下易氧化，致使噪声增长、信!噪比下降。铼-钨丝与钨丝相比，电阻率高，电阻温度系数略低。因S值大体上正比于a Vp。3%、5%铼-钨丝和钨丝勺aVp值分别为 12.2x10

6、3、11.7x103、10.29 x103。可见铼钨丝之aVp值均高于钨丝。故前者有助于提高敏捷度。此外，铼钨丝与钨丝相比，拉断力明显提高，且高温特性好，故性能稳定。但它仍存在高温下易氧化日勺问题。目前高性能TCD均用铼钨丝。如HP6890型，岛津GC-17A型勺防TCD热丝。铼钨丝有两种系列：纯钨加铼（W-Re）合金丝和掺杂钨加铼（Wal2-Re）合金 丝。在电阻率、加工成型性能和高温强度等方面，后者均优于前者。因此，在相 似构造设计和操作条件下，选用后者可获得较高电阻值。掺杂钨加铼合金丝中， 其阻值和TCD敏捷度均随掺铼量勺增长而提高，见表3-2-4。-2-4铢含垣与热丝阻值段灵轼度的关系

7、.繇.达-出也住 /mV*irL/mgHHn/n.-乂 1政唐面 *tnVimg1加it盘怎诵岫忑打3(K)inA8ESI1300寥二逾i二:二5顾星HPB；： -2400 |Mm5而5顼可以看出，简朴地变化Re勺配比，可使敏捷度提高一倍。镀金铼钨丝是指先在支架上焊未镀金铼钨丝，经严格清洗后，再在电解槽中直接 镀金勺铼钨丝。阻值虽约下降11%，在相似桥流下敏捷度下降约30%，但其抗氧 化性和耐腐蚀性明显提高，兼顾了敏捷度和稳定性。先镀金后焊至支架上勺镀金 铼钨丝，效果较差。近年Valc。公司推出了铁镍合金丝，据称可极大地提高敏捷度，且避免了铼钨丝 勺氧化问题。热丝勺安装一般是将其固定在一支架上，放入池体勺孔道中。支架可做成多种形2.池体池体是一种内部加工成池腔和孔道日勺金属体。池材料初期多用铜，因它日勺热传导 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。一般将内部池 腔和孔道勺总体积称池体积。初期TCD勺池体积多为500-800pL,后减小至 100-500此，仍称一般TCD。它合用于填充柱。近年发展了微TCD，其池体积均 在100