传感器与检测技术（第5版）课件 第9章 成分检测

9.1概述9.1.1成分分析仪器简介9.1.2成分分析仪器的分类9.1.3成分分析仪器的组成9.1.4成分分析仪器的主要性能指标9.1.1成分分析仪器简介专门用来测定物质化学成分的一类仪器。物质的化学成分：指一种化合物或混合物是由哪些种类的分子、原子或原子团所组成，以及这些分子、原子或原子团的含量是多少。成分分析包括内容：确定物质的化学组成，确定物质中各种成分的相对含量9.1概述9.1.1成分分析仪器简介9.1.2成分分析仪器的分类9.1.3成分分析仪器的组成9.1.4成分分析仪器的主要性能指标9.1.2成分分析仪器的分类按照使用场合的不同分:实验室分析仪器过程分析仪器两大类。两者的重要区别:在于过程分析仪器具有连续、可靠、精确地向操作人员或自控装置及时提供工艺过程质量信息的功能，在结构上具有能够自动地连续采样、对试样进行预处理（抽吸、过滤、干燥等）、自动地进行分析、信号的处理和远传以及抗干扰等装置或部件，其结构比实验室分析仪器复杂，精度通常比实验室分析仪器略低。按照测量原理分类：电化学式分析仪器：如电导式、电量式、电位式等；热学式分析仪器：如热导式、热化学式、热谱式等；磁学式分析仪器：磁性氧量分析仪，核磁共振波谱仪等；光学式分析仪器：吸收式光学分析仪，发射式光学分析仪；射线式分析仪器：如X射线分析仪，射线分析仪，同位素分析仪等；色谱分析仪器：如气相色谱仪等；电子光学和离子光学式分析仪器：如电子探针、质谱仪、离子探针等；物性测量仪器：如水分计、粘度计、湿度计、密度计、电导率测量仪等。9.1概述9.1.1成分分析仪器简介9.1.2成分分析仪器的分类9.1.3成分分析仪器的组成9.1.4成分分析仪器的主要性能指标9.1.3成分分析仪器的组成1．成分分析仪器的基本组成2.取样装置3.预处理系统4.分离装置5.检测器或检测系统6.信号处理系统7.显示环节1.成分分析仪器的基本组成成分分析仪器的基本组成框图2.取样装置任务：将待分析的样品引入到成分分析仪器根据被分析的对象不同，样品可分为气体、液体、熔融金属、固体散状物料等几种情况。过程分析仪器大多为气体分析仪器，如果样品为液体也往往使它气化。对于过程取样装置：首先要求能够承受生产过程的恶劣条件；其次对于所取的样品，应有代表性，没有被测量组分的损失；再次不应与待分析样品中任何组分起化学反应，以防止失真。在取样装置设计时，应注意取样点选取、取样探头及探头清洗几个方面（1）取样点选择取样点选择应满足下列要求：

①能正确地反应被测组分变化的地点； ②不存在泄漏； ③试样含尘雾容量少，不致发生堵塞现象； ④试样不处于化学反应过程中。（2）探头探头的功能：直接与被测物流接触取得试样，并初步净化试样。要求：探头有足够的机械强度，不与试样起化学反应和催化作用，不造成过大的取样滞后，易于安装、清洗。敞开式探头结构（3）探头清洗有些分析仪器的探头或检测元件经常被介质中污染物污染，导致探头或检测元件反应迟钝，需要定期清洗。清洗时，先用阀门将探头或检测元件与工艺流程隔离，自动清洗装置采用增压的流体喷射，或加热、化学法及超声波清洗。预处理系统 预处理是针对过程分析仪器而言的。预处理的任务是将取样装置从生产过程中提取的样品加工处理，以满足检测器对样品状态的要求。如除尘、除湿、过滤有害物质、稳压稳流调节、流路及管线的合理布局等。分离装置 在成分分析仪器中，分离是进行定性或定量分析的基本手段之一。例如在气相色谱仪中，待分析的气样在载气（输送样品的气体）带动下进入充有吸附剂的色谱柱时，各组分经过连续地分配、吸附及吸收作用，便可被分离成单一的组分，此后各组分依次通过检测器即可实现多组分气体的含量分析。检测器或检测系统 检测器是成分分析仪器的核心部分，它能够把待分析的含量信息转变成相应的输出信号，输出信号大多数是电参数。信号处理系统 由于检测器输出的信号多数是电信号，所以信号处理系统也是以电信号处理为主。检测器输出的信号一般是很微弱的，所以信号处理系统一般都包括放大环节和一些运算环节等。显示环节 显示环节主要是显示成分分析的最终结果。显示装置有模拟显示装置、数字显示装置、图像显示装置等。9.1概述9.1.1成分分析仪器简介9.1.2成分分析仪器的分类9.1.3成分分析仪器的组成9.1.4成分分析仪器的主要性能指标9.1.4成分分析仪器的主要性能指标主要性能指标有：灵敏度、精度、重复性、噪声、线性范围、选择性、分辨力和响应时间等。成分分析仪器的各项性能指标，除选择性和分辨力外，与其它仪器相似。选择性和分辨力是表示仪器区分特性相近组分的能力，选择性一般用于单组分成分分析仪器，分辨力多用于多组分成分分析仪器，分辨力的问题比较复杂，往往不同仪器表示形式也不同。选择性问题选择性的好坏一般用选择系数k来表示式中，Δ

φk——干扰组分的含量变化；

Δ

φm——与干扰组分等价的待测组分含量变化。这里所说的等价是指仪器的输出信号而言，即Δ

φk和Δ

φm可以引起仪器有同样的大小输出。很明显，一台仪器的选择性系数越大，仪器的区分能就越强。Endthe9.19.2热导式气体分析仪器9.2.1基本原理9.2.2热导池（检测器）9.2.3测量电路9.2.4热导式气体分析仪的应用

9.2.1基本原理对于多组分气体，由于组分含量不同，混合气体导热能力将会发生变化。根据混合气体导热能力的差异，就可以实现气体组分的含量分析。根据传热学理论，在温场中的介质传导的热流量通过介质微元等温面传导的热流量，不仅与等温面处温度梯度有关，而且与介质的导热系数成正比。导热系数标志着物质的导热能力。导热系数对于不同的介质，导热系数的大小是不同的。固体和液体的导热系数较大，气体的导热系数较小。气体的导热系数通常与温度有关。当温度升高时，分子运动加剧，导热系数随之增大。导热系数与温度的关系可近似写成β——介质导热系数的温度系数。常见气体相对导热系数及温度系数气体名称相对导热系数（00C时）温度系数/0C-1（0~1000C）空气1.0000.00253氢7.1300.00261氖1.9910.00256氧1.0150.00303氮0.9980.00264一氧化碳0.9640.00262氨0.897-氩0.6850.00311氧化亚氮0.646-二氧化碳0.6140.00495硫化氢0.538-二氧化硫0.344-氯0.322-甲烷1.3180.00655乙烷0.8070.00583乙烯0.7350.00763二乙醚0.5430.00700丙酮0.4060.00720汽油0.3700.00980二氯甲烷0.2730.00530水蒸气0.973（1000C时）0.00455（1000C时）混合气体的导热系数由所含组分气体的导热系数共同决定的。对于彼此之间无相互作用的多组分气体，其导热系数可近似地认为是各组分导热系数按组成含量的加权平均值，即根据混合气体导热系数与各组分导热系数之间的关系，就可以实现多组分气体的含量分析。

严格地讲，热导式气体成分分析仪只能解决双组分气体的含量分析，此时式（8.2.3）的具体形式为：由于C1+C2=100%只要测出混合气体的导热系数，就可以根据两组分的导热系数求得待测组分的含量。对上式微分，可得仪器的灵敏度与两个组分导热系数之差成正比，即两组分导热系数相差越大，仪器的灵敏度就越高。对于烟气和大多数多组分混合气体，各组分之间满足：（1）除待分析的组分外，其余组分的导热系数相等或接近，即接近的程度越高，仪器的测量精度越高。若个别气体的值与其它背景气体的值相差较远时，则被视为干扰成分，在分析之前要去掉。（2）待分析组分与其余组分的导热系数相差很大，以保证仪器有较高的灵敏度。9.2热导式气体分析仪器9.2.1基本原理9.2.2热导池（检测器）9.2.3测量电路9.2.4热导式气体分析仪的应用9.2.2热导池（检测器）1.热导池的工作原理2.影响热导池特性的因素3.热导池的结构1.热导池的工作原理热导池结构示意图1-腔体；2-电阻丝；3-支承架；4-绝缘；5-引线；6-气体出口；

7-气体入口当电阻元件通过电流I时，电阻吸收的功率将全部转换成热量此热流量一方面使电阻元件本身温度升高，另一方面也向周围散失。电阻元件向外散失的热量主要是靠热导池内气体的导热。当通过电阻元件的电流，气体成分以及热导池壁面温度一定时，电阻元件温度上升到某一数值后，便会出现电源供给的热量与气体的导热量相平衡的情况，以后电阻元件的温度以及热导池内的温场分布都将保持不变。热平衡时热导池内的温场为一系列同轴圆柱等温面。对于半径为r的等温面，单位时间气体的导热量为热平衡时各等温面的导热量相当，dQ值与r无关，则式变为对于热导池壁，当r=rc时，t=tc，代入上式可得积分常数C为式中，rc——热导池内壁半径。式中，λ0——混合气体在0℃时的导热系数；

β——混合气体导热系数的温度系数；假定电阻丝r=rw表面处的温度t=tw

式中，λm——混合气体的平均导热系数；

K——与热导池尺寸有关的常数，称为热导池常数。电阻丝的阻值是温度的函数热导式气体分析仪热导池的特性方程当电阻丝通过的电流I和热导池的壁面温度tc固定时，电阻丝的阻值只与分析气体的导热系数有关。测量电阻丝阻值，便可对多组分气体待测组分的含量分析。新型热导式分析仪硅传感器热导池原理图2.影响热导池特性的因素（1）电阻丝的参数（2）工作电流（3）腔壁温度的影响（4）其它散热的影响（1）电阻丝的参数由式（9.2.14）可见，电阻丝的初始电阻R0，电阻丝材料的电阻温度系数的数值及其稳定性，对检测器的灵敏度和精度都有很大的影响。一般R0的数值取大一些有利于灵敏度的提高。增大R0的方法有两个：增大电阻丝的长径比，选用电阻率大的材料。（2）工作电流由式（9.2.14）可见，工作电流I的大小与电阻丝阻值R的关系很大，电流的大小及稳定性将严重影响仪器的性能。一般在热导式分析仪器中都有保持电流恒定的稳流装置，电流值应与电阻丝的阻值R0统一考虑，以保证热导池供给的热量符合工作要求。（3）腔壁温度的影响腔壁温度的变化会直接影响测量精度。解决的办法有两种，采用差值法（或称比较测量法），它是在同一块金属中加工两个参数完全一致的热导池，其中一个通入待分析气体，作为工作热导池；通过（或封入）组分固定的参比气体，作为参比热导池。由于两个热导池经受大体相同的环境温度影响，当线路上采用差值测量时，二者所受温度的影响可以相互抵消。这种方法比较简单，在要求不高的场合可以使用。另一种方法是采用恒温法，把工作热导池和参比热导池都放在一个恒温装置中，使两者经受的环境温度完全一致，并且恒定。很明显，这种方法精度比较高，但需要一套恒温装置，结构复杂，造价较高。（4）其它散热的影响热导池内存在其它散热损失包括： （1）辐射散热。 （2）引线导热损失。 （3）气体对流散热。 （4）气体带走的热量。3.热导池的结构热导池的四种结构型式（2）电阻丝的结构及支撑方法9.2热导式气体分析仪器9.2.1基本原理9.2.2热导池（检测器）9.2.3测量电路9.2.4热导式气体分析仪的应用9.2.3测量电路被测气体浓度的变化，经过热导池检测器变成了电阻丝阻值的变化，阻值的变化可采用电桥来进行测量。实际常用的测量电路有两种：

(1)直流单桥测量线路

(2)交流双桥测量线路(1)直流单桥测量线路稳压器供电的直流单桥测量线路(2)交流双桥测量线路9.2热导式气体分析仪器9.2.1基本原理9.2.2热导池（检测器）9.2.3测量电路9.2.4热导式气体分析仪的应用9.2.4热导式气体分析仪的应用能够测量的气体种类很多，如H2，CO2，NH3，Cl2，Ar，He，SO2，H2中的O2，O2中的H2，N2中的H2等；测量范围宽，待测组分含量在0%~100%测量范围内均可使用。Endthe9.29.3红外线气体分析仪9.3.1测量原理9.3.2红外线气体分析仪结构9.3.3红外线分析仪的应用9.3.1测量原理

红外线一般指波长从0.76µm至1000µm范围内的电磁幅射。在红外线气体分析仪器中实际使用的红外线波长大约在1~50µm。红外线气体分析仪是利用不同气体对红外波长的电磁波能量具有特殊吸收特性的原理而进行气体成分和含量分析的仪器。吸收：红外线通过某些物质时，其中一些频率的光强度大为减弱甚至消失。吸收现象的实质光辐射的能量转移到物质的分子或原子中去。这样，某些频率的光能减少，而物质的分子或原子则由最低能级E0（基态）跃进到较高能级E1（激发态）。原子、分子或离子具有不连续的、数目有限的能级。因此，物质仅能吸收与两个能级之差E1-E0相同或为其整数倍的能量，即各种原子或分子所具有的能级数目和能级间的能量差不同，所以它们对光辐射的吸收情况也各不相同，从而形成不同的特征吸收峰。大部分的有机和无机气体在红外波段内都有其特征吸收峰，有的气体还有两个或多个特征吸收峰。部分气体的红外线特征吸收峰图朗伯特-比耳定律光的吸收定律单色平行光通过均匀介质时能量被介质吸收的规律光强度为I0

的单色平行光通过均匀介质后，剩余光强度的大小随着介质浓度c和光程l按指数规律衰减。吸收系数k的大小取决于介质的特性，不同介质有不同的k值，而一种介质的k值又会随着光的波长值而变化。因此，对于不同的介质或不同波长的光，吸收的光强也是不同的。

红外线气体分析仪的工作原理用人工的方法制造一个包括被测气体特征吸收峰波长在内的连续光谱辐射源，让这个光谱通过固定长度的含有被测气体的混合组分，在混合组分的气体层中，被测气体的浓度不同，吸收固定波长红外线的能量也不相同，继而转换成的热量也不同。在一个特制的红外检测器中，再将热量转换成温度或压力，测量这个温度和压力，就可以准确地测量被分析气体的浓度。9.3红外线气体分析仪9.3.1测量原理9.3.2红外线气体分析仪结构9.3.3红外线分析仪的应用9.3.2红外线气体分析仪结构

工业红外线气体分析仪主要用于测量混合气体中某种组分的浓度，它的种类很多。 从物理特性上可分：分光式及非分光式； 从测量方法上可分：直读式和补偿式； 从光学结构上可分：单光束及双光束。

非分光直读式双光束红外线分析仪优点： 灵敏度高、响应速度快、结构简单，并且可以测量微量和常量等，在生产中广泛应用。

双光束直读式红外线气体分析仪

1.双光束直读式红外线气体分析仪测量过程

2．双光束直读式红外线气体分析仪基本部件结构

（1）光源和调制器 （2）气室和滤光器 （3）检测器3.具有双层检测气室和光耦合器红外线气体分析仪测量原理1.气体分析仪测量过程

不分光红外线气体分析仪的结构2．分析仪基本部件结构（1）光源和调制器（2）气室（3）检测器（1）光源和调制器光源的任务：产生具有一定调制频率（2~12HZ）、两束能量相等且稳定的平行红外光束1-反光镜；2-光源；3-切光片；4-同步电机（2）气室气室包括分析气室、参比气室、接收器的测量接收室和参比接收室。分析气室通入了待测气体，其中，含有我们要测量的气体，也可能有我们不要测量的气体。这些气体对红外线有吸收作用，从而使原来能量相等的两束红外线产生了能量差。参比气室内封入的是不吸收红外线能量的氮气，红外线通过此气室后能量保持不变。接收器的参比接收室和测量接收室都由前室和后室组成，都充有吸收气体。所谓吸收气体就是我们要测量的气体。分析双光路在下面一条光路中，两个参比室是为了提供一个对比的标准，先是对红外线能量一点都不吸收，再是对想要测量的气体进行吸收。在上面一条光路中，分析气室通入待测气体，有些波长的光就被吸收了。在这些波长中，有我们要测量的气体的波长，也可能有我们不要测量的气体的波长；再经过后面一个接收气室，其中是我们要测量的气体。利用这种气体对光做进一步的吸收。这样与下面一条光路中的光被吸收的情况进行比较时，其结果就比较准确。（3）检测器1－窗口的光学玻璃，2－壳体，3－薄膜，其下部带有电容传感器的动片，4－电容传感器的定片5－绝缘体6－支架7和8－两个气室9－后盖10－密封垫圈检测器工作工程检测器两气室所充的气体就是需要测量的气体，一般用中性气体氮气（N2）或氩气（Ar）与被测气体制成一定浓度的混合气体充入检测室中。被测气体的浓度不要太高。 若浓度太高，红外线中某一波长的能量在检测气室窗口镜片附近就会全部被吸收，而不能深入到检测气室的下层，此时局部温度虽然相对高些，但窗口向四周的对流换热和检测气室壁的传导换热损失会加大，检测器的灵敏度就会下降。检测气室的密封极为重要检测气室动片和定片之间必须保持很高的绝缘性，因此对封入的气体要进行深度的干燥。检测器使用一段时间后，灵敏度会下降，可经过重新充气，方可继续使用。3.具有双层检测气室和光耦合器红外线气体分析仪测量原理

对于不同的气体，虽然其吸收波长各不相同，但也可能有部分重叠，这导致产生交叉干扰。

降低这种交叉干扰措施：（1）使用滤波气室（分光器）；（2）使用带有光耦合器的双层检测气室；（3）使用滤光片。1-红外线源（可调）2-光学过滤器；3-光束分离器（气体过滤器）4-旋转电流驱动器5-斩光器6-样气入口7-样气室8-参比气室9-样气出口10-检测器（左）11-检测器（右）12-微流量传感器13-光耦合器14-滑动触头（可调）9.4红外线气体分析仪9.4.1测量原理9.4.2红外线气体分析仪结构9.4.3红外线分析仪的应用9.4.3红外线分析仪的应用优点：选择性好，灵敏度高，测量范围广，精度较高，常量为1~2.5级，低浓度（ppm）为2~5级，响应速度快。 能吸收红外线的CO、CO2、CH4、SO2等气体、液体都可以进行分析。应用：大气检测、大气污染、燃烧过程、石油及化工过程、热处理气体介质、煤炭及焦炭生产过程等工业生产过程中。测定水中微量油分，医学中肺功能的测定，并可在水果、粮食的储藏和保管等农业生产中应用。Endthe9.39.4气相色谱仪9.4.1色谱分析方法的由来9.4.2气相色谱法的分离原理9.4.3定性分析和定量分析9.4.4工业气相色谱仪的基本组成9.4.5气相色谱仪的新发展9.4.1色谱分析方法的由来色谱法亦称色层法或层析法，它本是一种混合物分离技术。“色谱”这一术语二十世纪初俄国植物学家茨维特（M.Tswett）引用的，研究植物叶绿素的组成。在试验中，分离所用的玻璃试管称为色谱柱， 冲洗剂石油醚称为流动相， 吸附剂CaCO3称为固定相

色谱法原理：不同物质在两相——固定相和流动相之间具有不同的分配系数，这些物质同流动相一起运动时，在两相间进行反复多次的分配，使分配系数不同的物质在移动速度上产生显著差别，从而使各组分达到完全分离。如果再配上适当的检测器对分离物进行定性定量鉴定，就成为色谱分析法，简称色谱法。色谱法分类依流动相不同可分为气相色谱法和液相色谱法。 依固定相也可以是固体或者液体，色谱法又可分为:气-液色谱法气-固色谱法液-液色谱法液-固色谱法气相色谱法是一种以气体为流动相，采用柱色谱的物理分离分析技术。气相色谱法的突出优点

（1）分离效能高。对物理化学性能很接近的复杂混合物质都能很好地分离，进行定性、定量检测。有时在一次分析时可同时解决几十甚至上百个组分的分离测定。 （2）灵敏度高。能检测出ppm级甚至ppb级的杂质含量，而只需要不足1mL的气体样品或不足1的液体样品。 （3）分析速度快。由于计算机的应用，甚至在几秒钟即可获得精确的分析结果。 （4）应用范围广。气相色谱法可以分析气体、易挥发的液体和固体样品。就有机物分析而言，应用最为广泛，可以分析约20%的有机物。此外，某些无机物通过转化也可以进行分析。9.4气相色谱仪9.4.1色谱分析方法的由来9.4.2气相色谱法的分离原理9.4.3定性分析和定量分析9.4.4工业气相色谱仪的基本组成9.4.5气相色谱仪的新发展9.4.2气相色谱法的分离原理1.气相色谱仪的一般流程2.柱色谱的分离原理3.色谱图及其主要参数1.气相色谱仪的一般流程2.柱色谱的分离原理出峰时间的先后可作为定性分析的依据，峰的面积或峰高可作为定量分析的依据。气-液色谱法

在一定温度、压力下，组分在气液两相间分配达到平衡时的质量浓度比称为分配系数，即Csi—组分i在固定相中的质量浓度；Cmi—组分i在流动相中的质量浓度。在各个组分随流动相移动过程中，分配系数较大的组分受到的阻滞力也较大，在固定相中停留的时间较多，移动较慢。这种分配在柱管中要进行103~106次。这就使得那些分配系数只有微小差别的物质，在移动速度上产生差别，只要有足够的分配次数和足够的时间，最终都可以使各组分达到完全分离。

色谱分析过程示意图

3.色谱图及其主要参数

由记录仪得到的色谱图又称流出曲线。它是被分析样品在载气的带动下经过色谱柱分离后进入检测器得到的信号图形，是进行成分定性分析和定量分析的依据。色谱图主要参数（1）基线（2）保留时间

（3）保留体积

（4）区域宽度和分离度（1）基线基线：色谱仪启动后，只有载气通过而没有样气注入时所记录的曲线。 基线一般不取零值，仪器性能稳定时，它应当是平行于时间轴的直线。衡量色谱仪优劣的主要指标:基线的漂移（2）保留时间进样信号：当试样注入时，由于压力的突然变化或液体瞬间气化切断气流，都会使检测器产生一个不大的输出信号，如图中的O点。死时间tr0：不能被固定相吸附或溶解的惰性组分（如空气、惰性气体等）从进样到出峰的时间，如图中的OA段，此峰也叫空气峰。tr0反映色谱柱中空隙体积的大小。保留时间tr：被分析组分从进样到出峰的时间，图中OB段。校正保留时间：保留时间扣除死时间的数值，即,它表示该组分在固定相中停留的时间。（3）保留体积死体积、保留体积、校正保留体积分别指相应的死时间tr0、保留时间tr和校正保留时间内通过色谱柱载气的体积。如果载气的体积流量恒定不变，则体积保留值等于时间保留值与流量之积。（4）区域宽度和分离度色谱峰所占区域宽度反映了分离条件的优劣。通常区域宽度有两种表示方法：

①半峰宽：指色谱峰在峰高一半处的宽度，如图8.5.5中的CH段。 ②基线宽Wb：指通过流出曲线的拐点所作的切线在基线上的截距，如图8.5.5中的IJ段。分离度（或分辨力）只有相邻的色谱峰能明显分开时，才能实现两组分的有效分离。衡量指标用分离度（或分辨力）来表示

分离度定义

相邻两色谱峰保留值（保留时间或保留体积）之差与两峰宽度平均值之比，即R越大分散效果越好，R<1时两峰有部分重叠；R=1时两个等面积的高斯峰分离效率达98%；R=1.5时，其分离效率达99.7%，可以认为完全分离。R若再大，则会加长分析时间。在工业气相色谱分析中，一般要求有很大的分离度，以便程序的安排和维持较长的柱寿命，R的取值可达5~10。9.4气相色谱仪9.4.1色谱分析方法的由来9.4.2气相色谱法的分离原理9.4.3定性分析和定量分析9.4.4工业气相色谱仪的基本组成9.4.5气相色谱仪的新发展9.4.3定性分析和定量分析1、定性分析（1）相对保留值法

（2）加入已知物质增加峰高法2、定量分析1.定性分析（1）相对保留值法某种物质的校正保留值和基准物质的校正保留值之比ais仅与柱温与固定相性质有关，而与其操作条件无关，用ais定性就可以消除这些操作条件的影响。（2）加入已知物质增加峰高法应用范围：如果样品成分比较复杂，出峰时间接近或操作条件不易控制稳定时。过程：首先通过色谱图初步定性，把可能范围缩小到某几种物质，然后用纯物质核对。方法：把一种或几种纯物质依次分别加入到样品中，如果加入某种纯物质时有一色谱峰相对增高，那么该峰就代表这种物质。2.定量分析（1）定量分析原理（2）峰面积的测量方法（3）定量校正因子（4）两种常用的定量计算方法（1）定量分析原理在气相色谱仪中，用检测器将组分质量浓度或质量转换为易于测量的电信号。响应与质量浓度成正比的检测器称为浓度型检测器，例如热导池，其响应方程为若响应与质量流量成正比，则称为质量型检测器，如氢焰离子化检测器，此时在一定的操作条件下，被测组分的质量与它在色谱图上表现出的面积成正比，用通式表达为显然，进行定量分析必须准确测出峰面积，求出定量校正因子，并选用合适的计算方法把测量值换算成被测组分在试样中的质量分数。（2）峰面积的测量方法①峰高乘半峰宽法此方法适用于对称性好的正常峰，其真实峰面积是上述计算值的1.065倍。②峰高乘平均峰宽法在峰高的15%和85%处分别测得峰宽，取两者平均值作为峰宽，此法可用于带前伸或拖尾的不对称峰

③峰高乘以保留值法在一定操作条件下，结构相近的同类物质的半峰宽与保留值基本上成正比关系。因此，在相对测量中可用此方法。此方法方便，保留值也容易测准确，适用于工厂分析。④自动积分仪法配备电子自动积分仪，直接测出色谱峰面积，精确度达到0.2%～2%，但测量小峰时误差较大。（3）定量校正因子式（8.5.7）中的fsi不仅因不同组分而异，而且还取决于检测器的灵敏度及某些操作条件，给实际应用带来困难，所以在定量分析中都使用相对校正因子。相对校正因子与操作条件无关，它可由实验确定，其详细介绍可查阅有关技术文献。（4）两种常用的定量计算方法①归一化法②外标法①归一化法当样品中所有组分都能出峰时，同时也得知各组分的校正因子，则可求出各组分的含量,归一化定量计算法的优点：计算方便，准确，进样量的波动不影响分析结果的准确性。仪器的操作条件及其波动对分析结果的影响比较小。使用归一化定量法的条件：是必须保证样品中所有组分在一定时间内必须全部出峰，且峰形无重叠现象。②外标法定量样品校正法工厂控制分析中常用的绝对定量方法。首先，用已知组分的纯样品加稀释剂，配成一系列不同质量浓度的标准样，在一定条件下进行色谱分析，作出峰面积（或峰高）对质量浓度的关系曲线，称工作曲线。然后在同样的操作条件下取同量被分析试样注入色谱仪，测得待分析组分的峰面积（或峰高），由工作曲线查出被测组分含量。优点：操作简单，使用方便，分析的准确度主要取决于进样量的重复性和操作条件的稳定性。9.4气相色谱仪9.4.1色谱分析方法的由来9.4.2气相色谱法的分离原理9.4.3定性分析和定量分析9.4.4工业气相色谱仪的基本组成9.4.5气相色谱仪的新发展9.4.4工业气相色谱仪的基本组成和一般实验室用气相色谱仪相比增加了取样系统，采用柱切技术，而且程序控制和信息处理完全是自动化的。1.取样系统取样系统完成取样和样品预处理任务，是生产装置和工业气相色谱仪的接口设备。实际上，在分析仪外部就应对样品进行初步的预处理，例如减压、除水、除尘等。分析仪内部取样及样品预处理系统应具有调压、流路切换、流量监视、大气平衡和标准气（或标准液）校正等功能。取样及样品预处理系统设计时还应考虑其它一些实际问题，例如，系统管路和部件的耐腐蚀性、防止泄漏、防爆、减少传输滞后时间以及控制排空污染等。2.载气流路系统载气流路系统包括：载气源、净化器、压力与流量的稳定与调节装置（参见图8.5.2）。通常使用钢瓶中的高压气体作载气源。钢瓶出口要有减压阀，使压力降到0.1～0.5MPa。为了避免污染色谱柱，要求载气纯度高，稳定性好。因此，多用硅胶、分子筛和活性炭等吸附载气中的水分和烃类化合物。可用作载气的气体有氢气、氮气、氩气等。气相色谱分析仪要求载气流量保持恒定，其变化应小于1%。所以在气路中要配置流量计和调节阀，还要加装稳压阀来连续调整并稳定流路的气压，从而达到稳定流量的目的。3.进样装置进样就是把气体、液体或经过转化的固体样品定量地加到色谱柱头上，以便进行色谱分离。进样数量的恒定性，进样时间的长短，试样气化的速度等都会影响定量结果的重复性和准确性。（1）气化室（2）进样阀（1）气化室气化室外壁用金属块制成，工作温度可控制在50～500℃之间。工作温度高于250℃时，为防止催化效应，宜采用内插玻璃管结构。气化室的功能：保证液体试样在其中瞬间气化。载气进入气化室前要预热，但硅橡胶垫应冷却，以避免发生多余的化学反应。（2）进样阀要求：气密性好，死体积小，可靠耐用，切换时间快，有的场合还要求能够耐腐蚀和在一定温度条件下工作进样阀工作原理4.色谱柱色谱柱是色谱分析仪的核心部件，它的好坏对整个仪器指标具有重要作用。色谱柱有填充柱及毛细管柱两种。填充柱中装有固体吸附物质或有固定液的担体，选择不同的填充物能够分离N2，O2，H2，Ar等高沸点的各种化合物。毛细管柱具有较高的分离效率，固定相液体涂在内径很小的毛细管内壁上。固定相可分为固体固定相和液体固定相两种。固体固定相是一个吸附剂，对不同组分有不同的吸附能力。具有不同吸附能力的吸附剂

弱吸附剂中等吸附剂强吸附剂

吸

附作用增强蔗糖淀粉菊淀粉滑石粉碳酸钾碳酸钙磷酸钙碳酸镁氧化镁氢氧化钙活性硅胶活性硅酸镁活性氧化铝活性炭粘土固定液一些高沸点的有机液体，选择固定液的原则是在使用温度下完全不挥发或挥发性极小，而对各分析组分有一定溶解能力及分配系数的差别。当用固定液时，需要把它涂在称为担体的固定材料上，担体的作用是使固定液牢固地分布在上面。5.检测器鉴定器仪器的关键部件，经过色谱柱分离的组分用检测器把它们转化为电信号进行定性和定量分析。检测器分为浓度型和质量型两大类。浓度型检测器的响应取决于载气和组分在混合物中组分的质量浓度，即输出正比于质量浓度，如热导检测器。质量型检测器的响应取决于单位时间里进入检测器的组分质量，而输出正比于质量流量，如氢焰离子化检测器。（1）检测器的主要技术指标①灵敏度：在色谱仪中，灵敏度指一定量的组分通过检测器时所产生的信号大小。如果以进样量P对输出量R作图，可得图曲线：①灵敏度Ki：定义为该直线的斜率②检测度：它表示检测器所能检测的最小进样量，其大小主要受噪声所制约。设检测器噪声为RN(mV或),则检测度为（8.5.12）③线性范围：在图8.5.10中，当进样量大于时，R-P关系就明显偏离直线，从到一段就表示检测器线性工作范围。线性范围一般表示为与之比，并写成10n或对数形式。（2）热导池检测器气相色谱仪用热导池检测器特点：首先，一般希望热导池半径大，混合气体导热系数小以提高灵敏度。其次，色谱仪用热导池趋于小型化，使用小热导池可以避免组分被“稀释”，有利于减小峰宽，提高分离度。第三，为了测量微量试样，对热导池壁温控制要求较高。因此，色谱仪用热导池多采用直通式结构，以便发挥它响应快，灵敏度高的优点。（3）氢焰离子化检测器属于离子化检测器，根据物质