四、檢測器
檢測器是HPLC儀的三大關鍵部件之一。其作用是把洗脫液中組分的量轉變為電信號。HPLC的檢測器要求靈敏度高、噪音低(即對溫度、流量等外界變化不敏感)、線性范圍寬、重復性好和適用范圍廣。
1.分類
1)按原理可分為光學檢測器(如紫外、熒光、示差折光、蒸發光散射)、熱學檢測器(如吸附熱)、電化學檢測器(如極譜、庫侖、安培)、電學檢測器(電導、介電常數、壓電石英頻率)、放射性檢測器(閃爍計數、電子捕獲、氦離子化)以及氫火焰離子化檢測器。
2)按測量性質可分為通用型和專屬型(又稱選擇性)。通用型檢測器測量的是一般物質均具有的性質,它對溶劑和溶質組分均有反應,如示差折光、蒸發光散射檢測器。通用型的靈敏度一般比專屬型的低。專屬型檢測器只能檢測某些組分的某一性質,如紫外、熒光檢測器,它們只對有紫外吸收或熒光發射的組分有響應。
3)按檢測方式分為濃度型和質量型。濃度型檢測器的響應與流動相中組分的濃度有關,質量型檢測器的響應與單位時間內通過檢測器的組分的量有關。
4)檢測器還可分為破壞樣品和不破壞樣品的兩種。
2.性能指標
1)噪音和漂移:在儀器穩定之后,記錄基線1小時,基線帶寬為噪音,基線在1小時內的變化為漂移。它們反映檢測器電子元件的穩定性,及其受溫度和電源變化的影響,如果有流動相從色譜柱流入檢測器,那么它們還反映流速(泵的脈動)和溶劑(純度、含有氣泡、固定相流失)的影響。噪音和漂移都會影響測定的準確度,應盡量減小。
2)靈敏度(sensitivity):表示一定量的樣品物質通過檢測器時所給出的信號大小。對濃度型檢測器,它表示單位濃度的樣品所產生的電信號的大小,單位為mV·ml/g。對質量型檢測器,它表示在單位時間內通過檢測器的單位質量的樣品所產生的電信號的大小,單位為mV·s/g。
3)檢測限(detection limit)
檢測器靈敏度的高低,并不等于它檢測最小樣品量或最低樣品濃度能力的高低,因為在定義靈敏度時,沒有考慮噪聲的大小,而檢測限與噪聲的大小是直接有關的。
檢測限指恰好產生可辨別的信號(通常用2倍或3倍噪音表示)時進入檢測器的某組分的量(對濃度型檢測器指在流動相中的濃度——注意與分析方法檢測限的區別,單位g/ml或mg/ml;對質量型檢測器指的是單位時間內進入檢測器的量,單位g/s或mg/s)。又稱為敏感度(detectability)。D=2N/S,式中N為噪聲,S為靈敏度。通常是把一個已知量的標準溶液注入到檢測器中來測定其檢測限的大小。
檢測限是檢測器的一個主要性能指標,其數值越小,檢測器性能越好。值得注意的是,分析方法的檢測限除了與檢測器的噪聲和靈敏度有關外,還與色譜條件、色譜柱和泵的穩定性及各種柱外因素引起的峰展寬有關。
4)線性范圍(linear
range):指檢測器的響應信號與組分量成直線關系的范圍,即在固定靈敏度下,最大與最小進樣量(濃度型檢測器為組分在流動相中的濃度)之比。也可用響應信號的最大與最小的范圍表示,例如Waters
996 PDA檢測器的線性范圍是-0.1~2.0A。
定量分析的準確與否,關鍵在于檢測器所產生的信號是否與被測樣品的量始終呈一定的函數關系。輸出信號與樣品量最好呈線性關系,這樣進行定量測定時既準確又方便。但實際上沒有一臺檢測器能在任何范圍內呈線性響應。通常A=BCx,B為響應因子,當x=1時,為線性響應。對大多數檢測器來說,x只在一定范圍內才接近于1,實際上通常只要x=0.98~1.02就認為它是呈線性的。
線性范圍一般可通過實驗確定。我們希望檢測器的線性范圍盡可能大些,能同時測定主成分和痕量成分。此外還要求池體積小,受溫度和流速的影響小,能適合梯度洗脫檢測等。
5)池體積:除制備色譜外,大多數HPLC檢測器的池體積都小于10μl。在使用細管徑柱時,池體積應減少到1~2μl甚至更低,不然檢測系統帶來的峰擴張問題就會很嚴重。而且這時池體、檢測器與色譜柱的連接、接頭等都要精心設計,否則會嚴重影響柱效和靈敏度。
五、數據處理和計算機控制系統
早期的HPLC儀器是用記錄儀記錄檢測信號,再手工測量計算。其后,使用積分儀計算并打印出峰高、峰面積和保留時間等參數。80年代后,計算機技術的廣泛應用使HPLC操作更加快速、簡便、準確、精密和自動化,現在已可在互聯網上遠程處理數據。計算機的用途包括三個方面:①采集、處理和分析數據;②控制儀器;③色譜系統優化和專家系統。
六、恒溫裝置
在HPLC儀中色譜柱及某些檢測器都要求能準確地控制工作環境溫度,柱子的恒溫精度要求在±0.1~0.5℃之間,檢測器的恒溫要求則更高。
溫度對溶劑的溶解能力、色譜柱的性能、流動相的粘度都有影響。一般來說,溫度升高,可提高溶質在流動相中的溶解度,從而降低其分配系數K,但對分離選擇性影響不大;還可使流動相的粘度降低,從而改善傳質過程并降低柱壓。但溫度太高易使流動相產生氣泡。
色譜柱的不同工作溫度對保留時間、相對保留時間都有影響。在凝膠色譜中使用軟填料時溫度會引起填料結構的變化,對分離有影響;但如使用硬質填料則影響不大。
總的說來,在液固吸附色譜法和化學鍵合相色譜法中,溫度對分離的影響并不顯著,通常實驗在室溫下進行操作。在液固色譜中有時將極性物質(如緩沖劑)加入流動相中以調節其分配系數,這時溫度對保留值的影響很大。
不同的檢測器對溫度的敏感度不一樣。紫外檢測器一般在溫度波動超過±0.5℃時,就會造成基線漂移起伏。示差折光檢測器的靈敏度和最小檢出量常取決于溫度控制精度,因此需控制在±0.001℃左右,微吸附熱檢測器也要求在±0.001℃以內。