熱導檢測器（熱導池）的構造原理
熱導檢測器（TCD）是利用被測組分和載氣的熱導系數(shù)不同而響應的濃度型檢測器，有的亦稱熱絲檢測器（HWD）或熱導池、卡他計（katherometer或Catherometer），它是知名的整體性能檢測器，屬物理常數(shù)檢測方法。是氣相色譜法最常用的一種檢測器?；诓煌M分與載氣有不同的熱導率的原理而工作的熱傳導檢測器。敏感元件為熱絲，如鎢絲、鉑絲、錸絲，并由熱絲組成電橋。在通過恒定電流以后，鎢絲溫度升高，其熱量經(jīng)四周的載氣分子傳遞至池壁。當被測組分與載氣一起進入熱導池時，由于混合氣的熱導率與純載氣不同（通常是低于載氣的熱導率），鎢絲傳向池壁的熱量也發(fā)生變化，致使鎢絲溫度發(fā)生改變，其電阻也隨之改變，進而使電橋輸出端產(chǎn)生不平衡電位而作為信號輸出。熱導檢測器是氣相色譜法中最早出現(xiàn)和應用最廣的檢測器。
近年來，盡管在許多方面它已被更靈敏更專屬性的各種檢測器所取代，但是由于它具有結構簡單，性能穩(wěn)定，靈敏度適宜，線性范圍寬，對各種能作色譜的物質都有響應，最適合作微量分析（ppm級）。在分析測試在中，熱導檢測器不僅用于分析有機污染物，而且用于分析一些用其他檢測器無法檢測的無機氣體，如氫、氧、氮、一氧化碳、二氧化碳等。
1、檢測原理
熱導檢測器的工作原理是基于不同氣體具有不同的熱導率。熱絲具有電阻隨溫度變化的特性。當有一恒定直流電通過熱導池時，熱絲被加熱。由于載氣的熱傳導作用使熱絲的一部分熱量被載氣帶走，一部分傳給池體。當熱絲產(chǎn)生的熱量與散失熱量達到平衡時，熱絲溫度就穩(wěn)定在一定數(shù)值。此時，熱絲阻值也穩(wěn)定在一定數(shù)值。由于參比池和測量池通入的都是純載氣，同一種載氣有相同的熱導率，因此兩臂的電阻值相同，電橋平衡，無信號輸出，記錄系統(tǒng)記錄的是一條直線。當有試樣進入檢測器時，純載氣流經(jīng)參比池，載氣攜帶著組分氣流經(jīng)測量池，由于載氣和待測量組分二元混合氣體的熱導率和純載氣的熱導率不同，測量池中散熱情況因而發(fā)生變化，使參比池和測量池孔中熱絲電阻值之間產(chǎn)生了差異，電橋失去平衡，檢測器有電壓信號輸出，記錄儀畫出相應組分的色譜峰。載氣中待測組分的濃度越大，測量池中氣體熱導率改變就越顯著，溫度和電阻值改變也越顯著，電壓信號就越強。此時輸出的電壓信號與樣品的濃度成正比，這正是熱導檢測器的定量基礎。
① 欲測物質具有與載氣物質不同的熱導率。
② 熱敏元件阻值與溫度之間存在一定關系。
③ 利用惠斯登電橋原理檢測流經(jīng)物質變化。
2、基本構造
熱導檢測器的熱導池構造如圖所示，敏感元件安裝于金屬（或玻璃）所制的圓筒形的池腔中，池中的敏感元件稱為熱導檢測器的臂。利用一個或二個臂作參考臂，而另一個或兩個臂作測量臂。在上圖所示的惠斯登電橋中，利用二個臂作參考臂，而另兩個臂作測量臂。
熱導檢測器的檢測過程如下：在恒溫的檢測室中，通恒定的工作電流和通恒定的載氣流速時，熱敏元件的發(fā)熱量和載氣所帶走的熱量也均恒定，故使熱敏元件的溫度恒定，也即其電阻值保持不變，電橋保持平衡，此時無變化信號產(chǎn)生；當被測物質與載氣一道進入熱導池測量臂時，由于混合氣體的熱導率與純載氣不同（往往低于純載氣的熱導率），因而帶走的熱量也就不同，使得熱敏元件的溫度發(fā)生改變，其電阻值也就隨之改變，故使電橋產(chǎn)生不平衡電位，輸出信號至記錄設備（記錄儀、色譜數(shù)據(jù)處理機或色譜工作站等），進行數(shù)據(jù)處理、圖象顯示、打印圖譜和打印分析結果等。
4、檢測條件
影響熱導池靈敏度的因素主要有橋路電流、載氣性質、池體溫度和熱敏元件材料及性質。對于給定的儀器，熱敏元件已固定，因而需要選擇的操作條件就只有載氣、橋電流和檢測器溫度。
熱導池（TCD）檢測器是一種通用的非破壞性濃度型檢測器，一直是實際工作中應用最多的氣相色譜檢測器之一。TCD特別適用于氣體混合物的分析，對于那些氫火焰離子化檢測器不能直接檢測的無機氣體的分析，TCD更是顯示出獨到之處。TCD在檢測過程中不破壞被監(jiān)測組份，有利于樣品的收集，或與其他儀器聯(lián)用。TCD能滿足工業(yè)分析中峰高定量的要求，很適于工廠的控制分析。
5、相關事宜
① 在允許的工作電流范圍內，工作電流越大靈敏度越高。
② 用氫氣或氦氣作載氣，一般比用氮氣時的靈敏度要高。
③ 當工作電流固定時，降低熱導池體溫度可提高靈敏度。
下表 某些氣體和有機蒸汽的熱導率(單位：10-5cal/cm•℃•s)
信息整理：揚州拓普電氣科技有限公司
近年來，盡管在許多方面它已被更靈敏更專屬性的各種檢測器所取代，但是由于它具有結構簡單，性能穩(wěn)定，靈敏度適宜，線性范圍寬，對各種能作色譜的物質都有響應，最適合作微量分析（ppm級）。在分析測試在中，熱導檢測器不僅用于分析有機污染物，而且用于分析一些用其他檢測器無法檢測的無機氣體，如氫、氧、氮、一氧化碳、二氧化碳等。
1、檢測原理
熱導檢測器的工作原理是基于不同氣體具有不同的熱導率。熱絲具有電阻隨溫度變化的特性。當有一恒定直流電通過熱導池時，熱絲被加熱。由于載氣的熱傳導作用使熱絲的一部分熱量被載氣帶走，一部分傳給池體。當熱絲產(chǎn)生的熱量與散失熱量達到平衡時，熱絲溫度就穩(wěn)定在一定數(shù)值。此時，熱絲阻值也穩(wěn)定在一定數(shù)值。由于參比池和測量池通入的都是純載氣，同一種載氣有相同的熱導率，因此兩臂的電阻值相同，電橋平衡，無信號輸出，記錄系統(tǒng)記錄的是一條直線。當有試樣進入檢測器時，純載氣流經(jīng)參比池，載氣攜帶著組分氣流經(jīng)測量池，由于載氣和待測量組分二元混合氣體的熱導率和純載氣的熱導率不同，測量池中散熱情況因而發(fā)生變化，使參比池和測量池孔中熱絲電阻值之間產(chǎn)生了差異，電橋失去平衡，檢測器有電壓信號輸出，記錄儀畫出相應組分的色譜峰。載氣中待測組分的濃度越大，測量池中氣體熱導率改變就越顯著，溫度和電阻值改變也越顯著，電壓信號就越強。此時輸出的電壓信號與樣品的濃度成正比，這正是熱導檢測器的定量基礎。
① 欲測物質具有與載氣物質不同的熱導率。
② 熱敏元件阻值與溫度之間存在一定關系。
③ 利用惠斯登電橋原理檢測流經(jīng)物質變化。
2、基本構造
熱導檢測器的熱導池構造如圖所示，敏感元件安裝于金屬（或玻璃）所制的圓筒形的池腔中，池中的敏感元件稱為熱導檢測器的臂。利用一個或二個臂作參考臂，而另一個或兩個臂作測量臂。在上圖所示的惠斯登電橋中，利用二個臂作參考臂，而另兩個臂作測量臂。
熱導檢測器的檢測過程如下：在恒溫的檢測室中，通恒定的工作電流和通恒定的載氣流速時，熱敏元件的發(fā)熱量和載氣所帶走的熱量也均恒定，故使熱敏元件的溫度恒定，也即其電阻值保持不變，電橋保持平衡，此時無變化信號產(chǎn)生；當被測物質與載氣一道進入熱導池測量臂時，由于混合氣體的熱導率與純載氣不同（往往低于純載氣的熱導率），因而帶走的熱量也就不同，使得熱敏元件的溫度發(fā)生改變，其電阻值也就隨之改變，故使電橋產(chǎn)生不平衡電位，輸出信號至記錄設備（記錄儀、色譜數(shù)據(jù)處理機或色譜工作站等），進行數(shù)據(jù)處理、圖象顯示、打印圖譜和打印分析結果等。
4、檢測條件
影響熱導池靈敏度的因素主要有橋路電流、載氣性質、池體溫度和熱敏元件材料及性質。對于給定的儀器，熱敏元件已固定，因而需要選擇的操作條件就只有載氣、橋電流和檢測器溫度。
熱導池（TCD）檢測器是一種通用的非破壞性濃度型檢測器，一直是實際工作中應用最多的氣相色譜檢測器之一。TCD特別適用于氣體混合物的分析，對于那些氫火焰離子化檢測器不能直接檢測的無機氣體的分析，TCD更是顯示出獨到之處。TCD在檢測過程中不破壞被監(jiān)測組份，有利于樣品的收集，或與其他儀器聯(lián)用。TCD能滿足工業(yè)分析中峰高定量的要求，很適于工廠的控制分析。
5、相關事宜
① 在允許的工作電流范圍內，工作電流越大靈敏度越高。
② 用氫氣或氦氣作載氣，一般比用氮氣時的靈敏度要高。
③ 當工作電流固定時，降低熱導池體溫度可提高靈敏度。
下表 某些氣體和有機蒸汽的熱導率(單位：10-5cal/cm•℃•s)
|
名 稱
|
空 氣
|
氫 氣
|
氦 氣
|
氮 氣
|
氧 氣
|
氬 氣
|
CO
|
CO2
|
氨 氣
|
甲 烷
|
|
0℃
|
5.8
|
41.6
|
34.8
|
5.8
|
5.9
|
4.0
|
5.6
|
3.5
|
5.2
|
7.2
|
|
100℃
|
7.5
|
53.4
|
41.6
|
7.5
|
7.6
|
5.2
|
7.2
|
5.3
|
7.6
|
10.9
|
|
名 稱
|
乙 烷
|
乙 烯
|
乙 炔
|
丙 烷
|
正丁烷
|
異丁烷
|
正戊烷
|
苯
|
甲 醇
|
丙 酮
|
|
0℃
|
4.3
|
4.2
|
4.5
|
3.6
|
3.2
|
3.3
|
3.1
|
2.2
|
3.4
|
2.4
|
|
100℃
|
7.3
|
7.4
|
6.8
|
6.3
|
5.6
|
5.8
|
5.3
|
4.4
|
5.5
|
4.2
|
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