液相色谱检测器大揭秘：不同检测器的原理与构造

28/08/2024

色谱基础

  检测器对于色谱来说就是色谱的“眼睛”，选择合适的检测器对于应用色谱检测目标物质至关重要，对液相色谱检测器相关的分类、性能指标以及常用检测器进行了整理，方便大家在选择检测器时进行参考。

一、根据检测器对化合物种类的测定范围可将检测器分为通用型和选择型

通用型检测器：对绝大多数物质够有响应；

选择型检测器：只对某些物质有响应；对其它物质无响应或很小。

A、选择性检测器：

1、紫外可见吸收检测器(UVD)，包含DAD（PDA）光电二极管阵列检测器

2、荧光检测器(FLD)

B、通用型检测器：

1、示差折光检测器(RID)

2、蒸发光散射检测器(ELSD)

3、电化学检测器(ED)

4、电雾式检测器（CAD）

二、根据检测器对化合物的响应值与化合物的总量还是浓度的可将检测器分为质量型和浓度型

A、浓度型检测器

　　浓度型检测器（concentration detector）在一定浓度范围（线性范围）内，响应值R（检测信号）大小与流动相中被测组分浓度成正比（R∝C）。浓度型检测器当进样量一定时，瞬间响应值（峰高）与流动相流速无关，而积分响应值（峰面积）与流动相流速成反比，峰面积与流动相流速的乘积为一常数。绝大部分检测器都是浓度型检测器，如：液相色谱法中的紫外-可见光检测器(UVD)、电导检测器与荧光检测器也是浓度型检测器。凡非破坏性检测器均为浓度型检测器。

B、质量型检测器

质量型检测器（mass detector）在一定浓度范围（线性范围）内，响应值R（检测信号）大小与单位时间内通过检测器的溶质的量（被测溶质质量流速）成正比，即响应值R与单位时间内进入检测器中的某组分质量成正比R∝dm/dt；。质量型检测器其峰高响应值与流动相流速成正比，而积分响应值（峰面积）与流速无关。这类检测器较少，常见的是质谱检测器(MSD)等。

1、紫外可见光吸收检测器(ultraviolet－visible detector，UVD)

紫外可见光吸收检测器（一般配置氘灯，通常发射光线范围为190-400nm；也可配置钨灯，通常发射光线范围为400-800nm,有些品牌可达950nm）是目前HPLC中应用最广泛的检测器。其工作原理是朗伯-比尔定律：当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度b成正比。这种检测器灵敏度高，线性范围宽，对流速和温度变化不敏感，可用于梯度洗脱分离。紫外吸收检测要求被检测样品组分有紫外-可见光吸收，而使用的流动相无吸收，或在被测组分吸收波长处无吸收。一般选择在欲分析物有最大吸收的波长处进行检测，以获得最大灵敏度和抗干扰能力。在没有最大吸收时，可采用末端吸收。检测波长的选择除取决于待测物质的成分和分子结构外，还必须考虑流动相组成、共存组分干扰等因素。特别是各种溶剂都有一定的透过波长下限值，超过这个波长，溶剂的吸收会变得很强，以至于不能很好地测出待测物质的吸收强度。

以下表格是常用流动相、溶剂、以及添加剂的截止吸收波：

                           

溶剂名称

截止波长(nm)

溶剂名称

截止波长(nm)

丙酮

330

甲苯

285

异丙醇

205

二氯乙烯

230

乙腈

190

二甲苯

290

甲醇

205

1-硝基丙烷

380

苯

280

乙二醇

210

二氯甲烷

233

2-丁氧基乙醇

220

正丙醇

210

异辛烷

215

二乙胺

275

2-氯丙烷

225

乙醇

210

戊醇

210

四氢呋喃

230

异丙醚

225

DMSO

268

甲基异丁基酮

334

乙酸

230

三氯甲烷

245

DMF

268

戊基氯

225

乙酸乙酯

260

乙酸甲酯

260

正庚烷

200

环己烷

200

正己烷

200

正戊烷

190

水

200

环戊烷

200

MTBE

210

二硫化碳

380

戊烷

200

丁酮

330

三氯乙烷

273

二乙硫

290

1-氯丙烷

225

嘧啶

330

二氧杂环己烷

215

石油醚

210

硝基甲烷

380

四氯化碳

263

缓冲剂

pKa

缓冲范围

截止波长

TFA

>2

1.5-2.5

210 (0.1%)

醋酸

4.8

3.8-5.8

210 (10mM)

Tris HCL/tris

8.3

7.3-9.3

205 (10mM)

氯化铵

9.2

8.2-10.2

200 (10mM)

磷酸

2.1

<3.1

<200 (0.1%)

磷酸二氢钾

7.2

6.2-8.2

<200

磷酸氢二钾

12.3

11.3-13.3

<200 (10mM)

bis tris HC1

6.8

5.8-7.8

215 (10mM)

bis tris

9.0

8.0-10.0

225 (10mM)

三乙胺

11.0

10.0-12.0

<200 (10mM)

柠檬酸钠

3.1,4.7 5,4

2.1-6.4

230 (10mM)
2、二极管阵列检测器（diode-array detector , DAD）

以光电二极管阵列（或CCD阵列，硅靶摄像管等）作为检测元件的UV-VIS检测器。它可构成多通道并行工作，同时检测由光栅分光，再入射到阵列式接受器上的全部波长的信号，然后，对二极管阵列快速扫描采集数据，得到的是时 间、光强度和波长的三维谱图。与普通UV-VIS检测器不同的是，普通UV-VIS检测器是先用单色器分光，只让特定波长的光进入流动池。而二极管阵列UV-VIS检测器是先让所有波长的光都通过流动池，然后通过一系列分光技术，使所有波长的光在接受器上被检。特点与紫外检测器相同，同时可动态的在同一时间检测所有波长下的吸收。灵敏度和重现性低于UVD检测器。

3、荧光检测器（fluorescence detector, FLD）

荧光检测器是一种高灵敏度、有选择性的检测器，可检测能产生荧光的化合物。原理是许多有机化合物，特别是芳香族化合物、生化物质，如有机胺、维生素、激素、酶等，被一定强度和波长的紫外光照射后，发射出较激发光波长要长的荧光。荧光强度与激发光强度、量子效率和样品浓度成正比。某些不发荧光的物质可通过化学衍生化生成荧光衍生物，再进行荧光检测。其最小检测浓度可达0.1ng/ml，适用于痕量分析；一般情况下荧光检测器的灵敏度比紫外检测器约高2个数量级，但其线性范围不如紫外检测器宽。特点是选择性较强灵敏度高。

4、示差折光检测器(differential refractometers detector，RID)

示差折光检测法也称折射指数检测法。原理是基于样品组分的折射率与流动相溶剂折射率有差异，当组分洗脱出来时，会引起流动相折射率的变化，这种变化与样品组分的浓度成正比。RI 检测器根据其设计原理可分为反射型（根据Fresnel定律）、折射型（根据Snell定律）和干涉型三种类型。绝大多数物质的折射率与流动相都有差异，所以RI是一种通用的检测方法。对于那些无紫外吸收的有机物（如高分子化合物、糖类、脂肪烷烃）是比较适合的。在凝胶色谱中是必备检测器，在制备色谱中也经常使用。缺点是相较UVD、FLD等灵敏度低且必须使用等度洗脱。

5、蒸发光散射检测器（evaporative light-scattering detector , ELSD）

                                                      

ELSD是基于溶质的光散射性质的检测器。由雾化器、加热漂移管（溶剂蒸发室）、激光光源和光检测器（光电转换器）等部件构成。色谱柱流出液导入雾化器，被载气（压缩空气或氮气）雾化成微细液滴，液滴通过加热漂移管时，流动相中的溶剂被蒸发掉，只留下溶质，激光束照在溶质颗粒上产生光散射，光收集器收集散射光并通过光电倍增管转变成电信号。因为散射光强只与溶质颗粒大小和数量有关，而与溶质本身的物理和化学性质无关，所以ELSD属通用型和质量型检测器。适合于无紫外吸收、无电活性和不发荧光的样品的检测。其灵敏度与载气流速、汽化室温度和激光光源强度等参数有关。与示差折光检测器相比，它的基线漂移不受温度影响，信噪比高，也可用于梯度洗脱。检测任何不挥发样品，提供精确的样品组份和几乎相同的响应因子，灵敏度高于RI、低波长紫外检测器和其他ELSD，不需要日常维护，可和HPLC、GPC和SFC连用。使用需要注意的是流动相中不能含有不挥发组分（可使用有机酸碱替代）。

6、电化学检测器（electrochemical detector, ED）

电化学检测器(electrochemical detector， ED) 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，最小检测量一般为ng级，有些可达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；

7、电雾式检测器(Charged Aerosol detector，CAD)

                                               

CAD检测器的工作过程：HPLC 洗脱液经与雾化器中氮气碰撞作用而雾化，其中较大的液滴经废液管流出，较小 的溶质 ( 分析物 ) 液滴在室温下干燥，形成溶质颗粒。同时，用于载气的氮气分流形成的第二股氮气流经过 电晕式装置 ( 含高压铂金丝电极 ) 形成带正电荷的氮气颗粒，与溶质颗粒反向相遇时经碰撞使溶质颗粒带上正电。为了消除由带有过多正电荷的氮气所引起的背景电流，在含溶质颗粒的气流流入静电检测计之前，通过一种称之为离子阱的装置（带有低负电压）使迁移率较大的颗粒（即粒度较小的氮气颗粒）的电荷中和，而迁移率小的带电颗粒把它们的电荷转移给一个颗粒收集器，最后用一个高灵敏度的静电检测计测出带电溶 质的信号电流。由此产生的信号电流与溶质（分析物质）的含量成正比。

电雾式检测器的主要特点：

  • 基于该检测器的设计原理与结构，该检测器总体上灵敏度高，如在分析葡萄糖、蔗糖和乳糖时，能检测到0.5ng 的柱上样量；
  • 响应因子一致，不依赖于化合物结构，重现性非常好，如对 24 种化合物在相同色谱条件下分别直 接进样 1µg（不接色谱柱），其响应的峰面积的 RSD 值仅为 10.7%；
  • 动态检测范围宽，达 3-4 个数量级；
  • 应用较广泛，能分析小分子、大分子化合物，如氨基酸、蛋白、聚合物等；
  • 使用操作直观简单，维护十分简便，工作流速 0.2-2.0ml/min，完全兼容 UHPLC 超快速分析。

电雾式检测器使用注意事项：电雾式检测器由于需要对流动相进行雾化，所以当需要使用酸或盐来调节 流动相时要使用挥发性的有机酸和有机盐，如甲酸、乙酸和三氟乙酸等，有机盐要使用铵盐；pH 值范围建 议 2-7.5，更高的 pH 值可能会增加背景和噪音值。

8、质谱检测器（mass selective detectors或mass spectrometric detectors, 简称MSD）

质谱检测器能够提供相对分子质量与结构信息，在物质定性方面优点突出。质谱检测器与HPLC联用（LC-MS），集合了HPLC的高分离能力和MS卓越的选择性和灵敏度，超过85%的化合物都可以用LC-MS检测。此外，质谱检测器也可与气相色谱联用（GC-MS），适用于小分子、易挥发、热稳定、能气化的化合物的分析。

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