液相色譜儀蒸發(fā)光散射檢測器原理解析

車貴甫

（濮陽市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗測試中心，河南 濮陽 45700057000）

蒸發(fā)光檢散射測器出現(xiàn)的時間比較晚，特別是JJG705-2014液相色譜儀檢定規(guī)程將其作為一個檢測器列入了檢定規(guī)程，隨著規(guī)程的實施，許多檢定員亟須熟悉蒸發(fā)光散射檢測器方面的知識。本文著重論述蒸發(fā)光散射檢測器的霧化、蒸發(fā)、檢測及各過程的影響因素，討論了蒸發(fā)光散射檢測器的優(yōu)點及不足之處。

1 蒸發(fā)光檢測器概述

液相色譜法盡管在柱技術(shù)、分離柱的填料及梯度洗脫等方面有很大的進(jìn)步，但長期以來缺少像氣相色譜FID那樣通用的檢測器。蒸發(fā)光散射檢測器給這一領(lǐng)域帶來希望，具有如下特點：樣品結(jié)構(gòu)不需具備紫外發(fā)色團和合適的折射率；對梯度洗脫和流動相系統(tǒng)溫度變化不敏感；對各種物質(zhì)響應(yīng)很接近；在一次分析中可以同時檢測主要成分和雜質(zhì)。蒸發(fā)光散射檢測器是一種通用質(zhì)量檢測器，通過通入高壓的氮氣或者是惰性氣體有時也用空氣，將流動相霧化，形成微小液滴，液滴通過漂移管加熱，此時溶解在流動相中不易揮發(fā)的樣品即形成顆粒物，這些顆粒物在氣體的推動下進(jìn)入光散射池，造成光束散射。散射光的強度和樣品顆粒的數(shù)量成正比，從而可測定樣品組分含量。

2 霧化

霧化階段是一個非常重要的步驟，這個步驟的可靠程度和重現(xiàn)性決定了整個檢測器的靈敏度和重現(xiàn)性。蒸發(fā)光散射檢測器的霧化器通常采用文丘里霧化器，文丘里效應(yīng)表現(xiàn)在受限流動通過縮小的過流斷面時，流體出現(xiàn)流速增大的現(xiàn)象，其流速與過流斷面成反比。通俗地講，這種效應(yīng)是指在高速流動的流體附近會產(chǎn)生低壓，從而產(chǎn)生吸附作用，利用這種效應(yīng)可以制作出文丘里管。

霧化器中載氣通過文丘里管流動，與載氣同軸包裝柱洗脫液，使之通過針管，就使得液體流動相轉(zhuǎn)變成細(xì)小的液滴，而液滴的大小和均勻性對于檢測的靈敏度和重復(fù)性非常重要。需要注意的是載氣流速影響檢測器的響應(yīng)值，載氣流速增大，則響應(yīng)值減小。因為柱流出物產(chǎn)生的粒子的大小由氣體流速決定，載氣流速大，產(chǎn)生的粒子尺寸變小，檢測光散射的強度弱，響應(yīng)值小。最優(yōu)氣體流速應(yīng)是在可接受噪音的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生最大響應(yīng)的最低氣體流速。

蒸發(fā)光散射檢測器有兩種工作模式，即分流模式和不分流模式。在不分流模式中讓全部柱流出物都進(jìn)入直的漂移管進(jìn)行蒸發(fā)，為使流動相快速蒸發(fā)常常需要較高的操作溫度，所以不分流模式適合于檢測不揮發(fā)的樣品，必須使用揮發(fā)性流動相進(jìn)行分析。在分流模式中把柱流出物通過一個彎管或者霧化室，在此管中通過撞擊使大的顆粒沉積下來流入廢氣管，使產(chǎn)生的粒子尺寸分布變窄，剩余的小顆粒進(jìn)入螺旋狀的蒸發(fā)管，使用較低的蒸發(fā)溫度，適合于檢測半揮發(fā)性樣品，可以使用高含水流動相進(jìn)行分析[1]。

儀器每次使用完需要及時排出霧化器中的腐蝕性溶劑和包含改性劑的溶劑，否則將由于內(nèi)部結(jié)晶或顆粒的影響堵塞霧化器或降低儀器的性能。霧化器必須保持清潔，這樣才能使流動相有好的霧化效果。一段時間后，需要用丙酮、甲醇、水分別沖洗霧化器。

3 蒸發(fā)

由霧化器形成的小液滴在載氣的帶動下進(jìn)入漂移管，在設(shè)置的蒸發(fā)溫度下溶劑逐步揮發(fā)，產(chǎn)生了微粒或純?nèi)苜|(zhì)的液滴。流動相及組分的不同，組分揮發(fā)性的不同以及流動相流速的不同，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)钠乒軠囟?。高有機含量流動相比高含水量流動相要求漂移管的蒸發(fā)溫度低。不揮發(fā)性樣品比半揮發(fā)性樣品要求采用的漂移管的蒸發(fā)溫度高。流速低的要求漂移管的蒸發(fā)溫度也低。最佳溫度可以通過測量各溫度時的信噪比來確定。

蒸發(fā)光散射檢測器的兩種工作模式對漂移管的設(shè)計和要求是不同的。在不分流工作模式中，漂移管是直的相對來說比較短，要使溶劑完全蒸發(fā)必須采用相當(dāng)高的溫度，載氣的導(dǎo)熱性能要好，甚至在霧化階段要預(yù)加熱。不分流工作模式產(chǎn)生的樣品組分峰窄，靈敏度高且維護方便。在分流工作模式中，采用的是螺旋狀的曲長漂移管，樣品在漂移管中存留的時間長，可以有效地蒸發(fā)大多數(shù)低揮發(fā)性的溶劑如水溶液。例如，蒸發(fā)流速為3mL/min的純水溶液設(shè)置50℃的溫度就足夠了。因為組分所經(jīng)距離的延長，產(chǎn)生的樣品組分峰形變寬，靈敏度低，且不方便維護。

4 檢測

霧狀的溶質(zhì)顆粒從漂移管出來后在載氣的帶動下進(jìn)入光散射池穿過光束，光束被溶質(zhì)顆粒散射，散射光強度被光電倍增管或光電二極管轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小的電信號，產(chǎn)生的電信號與通過光散射池的溶質(zhì)顆粒數(shù)量和大小成比例。也就是說只要保持流動相和載氣流速不變，散射光的強度和溶質(zhì)的濃度成比例。

以上可以看出，蒸發(fā)光散射檢測器的響應(yīng)值僅與溶質(zhì)顆粒數(shù)量和大小有關(guān)，與組分的化學(xué)組成關(guān)系不大，理論上可檢測任何揮發(fā)性低于流動相的組分，且對所有組分的響應(yīng)幾乎相等。系統(tǒng)的研究表明，蒸發(fā)光散射檢測器的響應(yīng)值與樣品質(zhì)量成指數(shù)關(guān)系，與溶質(zhì)顆粒的大小、光源的波長、散射性質(zhì)有關(guān)。顆粒大時散射光主要有折射和反射引起的；顆粒小時散射光主要有瑞利散射引起的；中間大小的顆粒的散射光主要由米氏散射引起的。顆粒的大小是相對于光源波長說的。

蒸發(fā)光散射檢測器的光源發(fā)出的光由準(zhǔn)直透鏡匯聚于光散射池中間，使檢測信號響應(yīng)最大化。透過光散射池的光由光阱吸收，避免反射光對檢測器產(chǎn)生干擾。此外，為避免顆粒在光散射池內(nèi)分散和沉積在內(nèi)壁上，有些檢測器在漂移管的出口還有一個文丘里管，通入的氣體與霧化載氣是相互獨立的，目的是包裹住顆粒并且讓顆粒處于光散射池的中間，此處光束強度大。這些措施都能改善檢測器的靈敏度，也保持光散射池內(nèi)表面的清潔[2]。

為了進(jìn)一步改善蒸發(fā)光散射檢測器的靈敏度和線性范圍，又發(fā)展了凝聚成核光散射檢測器。該檢測器是從漂移管出來的氣體經(jīng)過兩個冷凝管，遇到用丁醇飽和的氮氣載氣流，丁醇在溶質(zhì)顆粒表面凝聚，產(chǎn)生的顆粒直徑得到很大提高。顆粒直徑越大，光散射越強，檢測靈敏度越高。

5 蒸發(fā)光散射檢測器的優(yōu)點及不足

與紫外檢測器相比，解決了無紫外吸收或者紫外吸收系數(shù)很小的組分的檢測問題。對示差折光檢測器難以測定的組分有足夠高的靈敏度，而且因為產(chǎn)生光散射的僅僅是溶質(zhì)顆粒，排除了流動相的干擾。物質(zhì)的折射率受溫度影響很大，而蒸發(fā)光散射檢測器卻對溫度變化不敏感。對所有組分及雜質(zhì)響應(yīng)幾乎相等，無須借助復(fù)雜的校準(zhǔn)過程即可獲得組分和雜質(zhì)的含量。

蒸發(fā)光散射檢測器的不足是要求組分是不揮發(fā)或者半揮發(fā)物質(zhì)，而流動相應(yīng)是易揮發(fā)的溶劑。

6 結(jié)語

蒸發(fā)光散射檢測器有其獨特的特點，是一種通用的質(zhì)量檢測器，已廣泛應(yīng)用在藥品、食品、化工等方面。本文概述了檢測器原理、結(jié)構(gòu)及各影響因素，希望能夠?qū)z定工作有一定幫助。

[1]王巧娥.蒸發(fā)光散射檢測技術(shù)研究進(jìn)展[J].分析測試學(xué)報，2006，6（25）∶126-132.

[2]何海紅.高效液相色譜用蒸發(fā)光散射檢測器檢定方法研究[J].化學(xué)分析計量，2010，2（19）∶78-80.