氣相色譜-氮磷檢測器結構、原理及操作分析 EWG1990儀器學習網

2018/12/28作者/EWG1990儀器學習網

氮磷檢測器（NPD）是由熱離子化檢測（TID）發展而來。1961年 Cremer等最初研製的火焰熱離子化檢測器是由氫火焰將樣品離子化並加熱鹼源，鹼源是可揮發的鹼金屬（為溴化銫、氟化鈉等）。因其易揮發，壽命短，檢測器的靈敏度難以保持穩定，線性範圍也較窄，所以沒有商品化的價值。1974年Kolb等首先研製成可以測N、P化合物的NPD。鹼源採用不易揮發的銣珠（碳酸銣和二氧化矽燒結而成的矽酸銣珠），用白金絲作為支架，壽命近4h。

由於NPD對含N、P的有機物的檢測具有靈敏度高、選擇性強、線性範圍寬的優點2，它已成為目前測定含N有機物最理想的氣相色譜檢測器；對於含P的有機物，其靈敏度也高於FPD，而且結構簡單，使用方便；所以廣泛用於環境、臨床、食品、藥物、香料、刑事法醫等分析領域，成為最常用的氣相色譜檢測器。目前幾乎所有的商品色譜儀都可裝備這種檢測器。

一、NPD的結構

NPD的結構與操作因產品型號而異，典型結構如圖1所示。

NPD與FID的差異只是前者在噴口與收集極間加一個鹼源一一銣珠。銣珠約1～5mm3，可取出更換或清洗。其操作方式有兩種：

更多的儀器學習資料，在儀器學習網

1.氮磷型操作

此為主要操作方式，如圖2所示，噴嘴不接地，供給的空氣和氫氣量較小（Vair＜150 mL/min，VH2＜4~9 mL/min），噴嘴不著火，氫氣上升到被低電壓、恆電流加熱至紅熱的銣珠周圍，在珠的周圍形成含N、P的有機物，在此發生裂解和激發反應，而烴類化合物不會被燃燒掉，從而形成N、P的選擇性檢測，其選擇性可高達102～104（指含N、P化合物的輸出訊號與碳氫化合物輸出訊號之比）。

2.磷型操作

如圖2所示，噴嘴接地，銣珠用正常FID的火焰加熱至發紅（VH2＝50～60mL/min，Vair＝300mL/min），烴類化合物在火焰上燃燒，產生的訊號被匯入大地，而含P的化合物被銣珠激發，形成P的選擇性檢測，但含P化合物的譜峰一般呈現拖尾現象，有文獻報道，可在鹼源表面塗Al、Rb粉改善峰形。

圖1結構示意圖

1噴口接線；2-收集極；3—鹼鹽珠；4噴嘴；5一空氣入口；6載氣入口；7一氫氣入口

圖2NPD操作方式

1—收集極：2—放大器；3鹼鹽珠；4-噴嘴

（a）噴嘴不接地；（b）噴嘴接地

通常第二種操作方式所用的噴嘴內徑比第一種稍小，若噴嘴不接地，珠卸掉則成為通用FID。

二、原理

對NPD的檢測機理有不同的解釋。Kolb的氣相離子化理論認為蜘珠被火焰加熱後，揮發出激發態的銣原子，銣原子與火焰中各種基團反應生成Rb＋，Rb+被負極銣珠吸收還原，維持銣珠的長期使用，火焰中各基團獲得電子成為負離子，形成本底基流。

當含N的有機物進入銣珠冷焰區，生成穩定氰自由基·C＝N。氰自由基從氣化銣原子上獲得電子生成Rb與氰化物負離子。

Rb＊＋·c≡N→Rb++CN-

負離子在收集極釋放出一個電子，並與氫原子反應生成HCN，同時輸出組分訊號。含P有機物也有相似的過程。

Rb＊＋·po→Rb+＋po-

Rb＊＋·PO2→Rb＋＋PO2-

三、操作條件的影響

加熱電流、極化電壓、氣體流速對NPD的響應都有影響。

1.極化電壓的影響

與FID相似，電壓增加，輸出訊號也增加電壓絕對值大於-180V時，響應值基本不變。

更多的儀器學習資料，在儀器學習網

2.銣珠溫度的影響

加熱電流決定銣珠的表面溫度，當溫度＜600℃時，輸出訊號很小。溫度升高，輸出訊號相應增加。一般調至700～900℃為宜。溫度過高，基流和噪聲迅速增加，銣珠壽命也會銳減。

空氣流量增加，銣珠表面溫度降低，輸出訊號相應降低。在N-P型操作時，Vair＜150mL/min，P型操作時，Vair≈300mL/min。

3.氮氣流量的影響

氮氣流量過高，銣珠表面溫度降低；氮氣流量過低不利於各組分參加反應，這會使響應值降低，所以須透過實驗選定最佳值。

4.氫氣流量的影響

氫氣流量增加可以增加冷焰區反應的機率，銣珠溫度也會提高，因此氫氣流量稍有增加輸出訊號會成倍增加。但必須小於最低著火流量。在N-P型操作時，維持無焰條件，一般VH2＜10mL/min。

四、化合物結構與響應值

NPD在測含N化合物上顯示出特殊的優越性，曾經作為氣相色譜唯一可選擇性測量含氮化合物的檢測器得到廣泛的應用。現有氮化學發光檢測器（NCD）也可測量含氮化合物，但NPD仍是應用最多的氣相色譜檢測器之一。

含N化合物的響應值與結構有以下順序關係：

R—C-NH2

||

-N＝N-＞-CN＞氮雜環＞芳香胺＞硝基化合物＞R-NH2＞ O

更多的儀器學習資料，在儀器學習網

免責宣告：文章僅供學習和交流，如涉及作品版權問題需要我方刪除，請聯絡我們，我們會在第一時間進行處理。