色譜基線是否需要盡量調(diào)整到零 1 - 色譜基線 是否需要 盡量 調(diào)整到零 氣相色譜檢測器電氣電路中惠斯登電橋的平衡 有關(guān)色譜基線是否需要調(diào)整到零的問題首先應(yīng)知道色譜基線是 從 何而來的？答案是： 按當(dāng)前的技術(shù)來說， 無論色譜基線在 譜圖記錄器的 什么位置，這個基線的訊號都是來自于惠斯登電橋的輸出。 那么惠斯登電橋有什么特性呢？答案是：惠斯頓電橋是一種采用與已知電阻 比較的辦法精確測定變化 的 電阻 特殊電路，如下圖所示，其中 平衡電位器 ， 微調(diào)電位器 。 根據(jù)克希霍夫定律： 電路中任意一點(diǎn)上電流的總和等于零； 沿閉 合電路的電壓總和等于零。 設(shè) 1 = 后將 3 = 及 是 者 1 + = 這時 A 點(diǎn)與 B 點(diǎn)上電壓相等，流過檢流計(jì) G 的電流 0，電橋平衡；如果 A 點(diǎn)電壓大于 B 點(diǎn)電壓，引起 A、 B 間的電位差，于是就有電流 ，惠 斯頓電橋處于不平衡狀態(tài)，于是 對于廣泛用 于氣相色譜法的熱導(dǎo)檢測器的 測量電橋 電路就是如此。 其 基本結(jié)構(gòu) 如下 。 色譜基線是否需要盡量調(diào)整到零 2 - 這里的 是熱導(dǎo)檢測器的熱絲，并且這些熱絲的阻值都基本相等， 平衡電位器， 微調(diào)電位器， 以使 平衡的調(diào)節(jié)更精細(xì)， 供電電流的 調(diào)節(jié)電位器 。 當(dāng)熱導(dǎo)檢測器的四個檢測池中的熱絲不完全相等的情況下，我們可以通過調(diào)節(jié) 輸出到 G 的訊號等于零，這個零電位上的基線就是我們使用熱導(dǎo)檢測器時在譜圖上獲得的 0線。 如果現(xiàn)在有樣品組分由載氣攜帶著從柱尾流出進(jìn)入熱導(dǎo)檢測器時，這個攜帶著組分蒸氣色帶的載氣將通過 圖中虛線標(biāo)示的兩個對稱的檢測池，即圖中的 于混合了組分蒸氣的載氣通過熱絲會改變 熱絲的電阻值，例如現(xiàn)在混合組分的載氣是通過 改變了電阻值，于是與對稱的另一對熱絲 電阻值比較，就會改變輸出到 G 的訊號，于是我們就見到了整個組分色帶通過時基線上出現(xiàn)的色譜峰。 如果我們在色譜過程中進(jìn)樣的組分是個確定的量，那么在譜圖上給出的峰的最高點(diǎn)峰高將與這個組分的最大量 相對應(yīng) ，其峰的積分值將完全代表這個組分的量。 現(xiàn)在假設(shè)我們?nèi)コ龢蚵飞系?怎么樣呢？如果熱導(dǎo)橋路中沒有 無法通過調(diào)節(jié) 此在一開始，基線 就 將不處于零，這時在 G 上給出的譜圖中基線水平位置將處于 值比較的情況下，譜圖上的基線將處于一個比值，這個比值為 3/4。 當(dāng)組分隨載氣進(jìn)入熱導(dǎo)檢測器時， G 給出的譜圖就會出現(xiàn)一個組分的色譜峰，其最大峰高值將比橋路完全平衡的情況下縮減 或增大 一個 3/4 比值，于是誤差就出現(xiàn)了。 當(dāng)然，在實(shí)際情況下， 在已經(jīng)經(jīng)過 衡的熱導(dǎo)電橋上 不可能會縮減到一個有那么大的比值而產(chǎn)生那么大的誤差，但如果橋路 未 平衡到 真 正的 零，就會產(chǎn)生測量誤差 的現(xiàn)象是真實(shí)的 ，其誤差的大小與平衡的程 度 有關(guān)。 即 橋路調(diào)整到越接近零，則誤差就越??；反之，誤差就越大。 除此以外 ，橋路的調(diào)整如果 未 平衡到零，還有產(chǎn)生的是正誤差還是負(fù)誤差的問題，這要取決于您的色譜柱是安裝成其尾部流出的載氣是通過哪對檢測池，并且要看您的平衡結(jié)果是偏向于正輸出還是負(fù)輸出。 在實(shí)際工作中，我們應(yīng)該用 位器 把熱導(dǎo)電橋調(diào)節(jié) 到 盡量 接近 于 零，如果在 G 上 發(fā)現(xiàn) 基線的水平位置 仍然 未處于 0情況下，我們可以通過用 進(jìn)行微調(diào)，使 橋路達(dá)到 幾乎 完全平衡。 接下來我們再來看看 所有 離子流放 大器 中 用于訊號放大的 是差動 放大 器 電路 ，它可以用于微直流訊號的放大。 色譜基線是否需要盡量調(diào)整到零 3 - 從圖中可見， 差動放大器 實(shí)際上是由一對 對稱的 單級放大器組成的。當(dāng) 參數(shù)較接近時，兩個三極管有幾乎相等的內(nèi)阻；如集電極內(nèi)阻與 源由電位器 是差動放大器就相當(dāng)于一個直流惠斯頓電橋。如果我們已經(jīng)把 信號輸入端沒有訊號輸入時，差動放大電路的輸出為零，檢流計(jì) G 上 就 沒有電流流過；當(dāng)有訊號輸入時，三極管 基極輸入 發(fā)生 變化， 從而使 內(nèi)阻 發(fā)生變化 ，檢流計(jì) G 即呈現(xiàn) 集電極輸出 的 變化。 由于差動放大器的兩個三極管以及電阻等元件不可能有完全相同的參數(shù)， 個電位器的調(diào)整被稱為“放大器平衡”或“放大調(diào)零”，放大調(diào)零的目的是為了使差動放大器兩側(cè)盡量對稱，以消除電源電壓波動和環(huán)境溫度波動引起的零點(diǎn)漂移。 根據(jù)這個結(jié)構(gòu)，差動放大器電路的原理與惠斯登電橋的原理實(shí)際上是完全相同的，其不同處是差動放大器電路還具有訊號放大的功能。 對于火焰電離檢測器（國內(nèi)有許多人俗稱為氫火焰離子化檢測器）、火焰光度檢測器 和 堿火焰電離檢測器的離子流放大器，其主要 的電路就是差動放大器電路， 但又額外地添加了負(fù)反饋電路，因此這些檢測器的離子流放大器也被稱作為負(fù)反饋放大器。 當(dāng)前在氣相色譜儀中所用的離子流放大器中的差動放大器 通常有三級到四級。假若每級差動放大器的放大能力是 10 倍，于是一個三級差動放大器的放大能力就能達(dá)到 1000 倍，而一個四級差動放大順的放大能力可達(dá)到 10000 倍。由于差動放大器的供電電流來自于交流電經(jīng)整流和穩(wěn)壓，其供給的直流電中難免雜有交流電的殘余，因此在訊號放大的過程中，由發(fā)射極提供的電流中會帶來我們不需要的交流訊號，此外，又由于差動放大器較熱導(dǎo)測量 電橋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其電路中的焊接的電氣零件也較多，電氣零件本身的溫度和質(zhì)量變化和焊點(diǎn)的內(nèi)阻變化會給電路本身帶來許多不良的 訊號波動，這被稱為電氣噪音。這些電氣噪音在訊號放大的過程中也會按照同樣的放大倍數(shù)被放大，從而使色譜基線變得不穩(wěn)定和給出明顯的帶有噪音的基線，導(dǎo)致色譜峰的檢出和峰值的積分變得困難。 為了能盡量減小差動放大器輸出訊號中雜有的噪音，我們可以用添加負(fù)反饋電路的辦法進(jìn)行控制。 色譜基線是否需要盡量調(diào)整到零 4 - 如上圖中我們的負(fù)反饋訊號取自于 位器，然后經(jīng)輸入負(fù)反饋電路的各級電阻送到來自檢測器的訊號輸入端， 這樣非但能額外地增大訊號輸 入，而且能使放大電路輸出信號中的噪音反饋到差動放大電路中再次平衡，使這些噪音在平衡過程中盡量抵消而減弱。于是這里的 位器就成為整個差動放大器電路上的平衡電位器。在實(shí)際的檢測器離子流放大器中，我們還可以用多個不同阻值的電位器串聯(lián)去代替 位器，使整個差動放大器電路的平衡具有粗調(diào)和微調(diào)作用。 對于電子捕獲檢測器來說，由于它是負(fù)電勢輸出，因此其離子流放大器的結(jié)構(gòu)雖然也是帶有負(fù)反饋電路的多級差動放大器，只是其供電電路的相位與火焰電離檢測器、火焰光度檢測器和堿火焰電離檢測器的離子流放大器相反而已。 在具體的操作 中，我們應(yīng)該在什么時候?qū)釋?dǎo)檢測器的熱導(dǎo)電橋和其它四種檢測器的離子流放大器進(jìn)行橋路平衡和差動放大器的平衡呢？這要取決于電路中所有電氣零件在它們的阻值上平衡的時間。 電氣零件在阻值上的平衡時間又是什么意思呢？ 任何電氣設(shè)備的所有零件在常溫下都有其一定的內(nèi)阻阻值，這些零件在供電后會因?yàn)殡娏鞯耐ㄟ^而耗電產(chǎn)生熱量，而溫度的提升又會導(dǎo)致其內(nèi)阻的增大，這個增大要延續(xù)到它們與周圍環(huán)境溫度相平衡后其內(nèi)阻阻值才會穩(wěn)定下來， 于是一臺電氣設(shè)備在工作狀態(tài)下的平衡就需要“它們與周圍環(huán)境溫度相平衡”的時間，只有在超過這個時間后您對該設(shè) 備進(jìn)行平衡的調(diào)節(jié)才會起到平衡的作用。并且嚴(yán)格地說，在每次對電氣設(shè)備進(jìn)行平衡后，由于供電的變化，您又需要等待一些時間才能重新達(dá)到平衡，但由于這時的所有電氣零件的溫度已經(jīng)與周圍環(huán)境相去不遠(yuǎn)，因此重新達(dá)到平衡的時間會比從常溫下開始平衡的時間短得多。 由于是 這種情況，一臺電氣設(shè)備要達(dá)到完全平衡所需要的時間 與調(diào)整平衡的次數(shù)和周圍環(huán)境溫度的變化有關(guān)，為節(jié)省這個時間，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境如果能保持比較恒定的溫度，則平衡的時間就可以相應(yīng)地縮短。 對于氣相色譜儀的使用來說，除電氣平衡外，還要考慮其它因素對惠斯登電橋平衡的影響。 二 氣相 色譜 法 其它因素對 惠斯登電橋 的影響 流過熱導(dǎo)檢測器的氣體的流速（包括載氣、添加的尾吹氣和補(bǔ)償氣） 和柱溫 對惠斯登電橋平衡的影響 眾所周知 ， 在應(yīng)用熱導(dǎo)檢測器的氣相色譜法時 我們 為了防止 固定相上流失的固定液蒸氣和樣品蒸氣凝聚在 熱導(dǎo)檢測器 的檢測池中 ，必須使熱導(dǎo)檢測器 的溫度 至少 處于 不低于柱溫，甚至需要保持在柱溫 更高 的情況下 ，并且 由于熱導(dǎo)檢測器對溫度變化的敏感性，對這種檢測器的加熱模塊還需要 保持 一個 非常 恒定的溫度 。 實(shí)際上 熱導(dǎo)檢測器自身溫度的 恒定對其訊號測量電橋的 平衡來說是相當(dāng)重要的 。 因?yàn)闊釋?dǎo)檢測器自身溫度有些許變化 就 會導(dǎo)致熱導(dǎo)檢測器熱絲電阻阻值的變化，從而會破壞原有的平衡而使色譜基線是否需要盡量調(diào)整到零 5 - 色譜基線明顯地傾斜漂移；然而這種情況已經(jīng)由氣相色譜儀的生產(chǎn)廠商在 加熱電路設(shè)計(jì)上考慮到其嚴(yán)重性并予以解決；而其加熱模塊的溫度設(shè)定值只要處于不低于柱溫 并恒定的 情況下，即使 與方法確定的檢測器溫度值 有較大 偏 差 也不至于對熱導(dǎo)檢測器的測量電橋的平衡會有大的影響。 實(shí)際上容易影響熱導(dǎo)檢測器的 測量電橋平衡的重要 因素是載氣流速和與它連接的色譜柱的柱溫 。 當(dāng)您應(yīng)用一 個特定的 氣相色譜法時，其方法一定會 確 定您 所 用 的 什么 載氣，以及是否需要在柱尾到熱導(dǎo)檢測器之間添加尾吹氣或補(bǔ) 償氣， 并且 會 規(guī)定所用載氣、尾吹氣和補(bǔ)償氣的流速 ， 而在啟動氣相色譜儀后直到儀器可以工作 的 這段時間內(nèi)，所有 這些 氣體的流速的變化和其柱箱 內(nèi) 柱溫的變化對惠斯登電橋的平衡是 會 有 相當(dāng) 明顯 的影響的。 在應(yīng)用熱導(dǎo)檢測器的氣相色譜法的開始過程中， 安裝了色譜柱的柱箱的溫度開始逐漸上升，其流過色譜柱的載氣將 會 按設(shè)定的 壓力 通過安裝好的色譜柱，但由于色譜柱內(nèi)填充的固定相會對氣體的流過產(chǎn)生氣阻，因此在柱中流動的載氣從柱頂端到柱尾端間的流速將 會呈現(xiàn) 梯度變化 。 即在一定柱壓下柱頂端的流速最小，而柱尾端的壓力接近于環(huán)境的大氣壓，因此其載氣的流 速最大。即從柱頂端到柱尾端的載氣柱壓是在逐漸變小，而流速是在逐漸變大。這種梯度變化在載氣剛進(jìn)入柱時 由于需要克服整根柱的阻力會 顯得最為嚴(yán)重， 并 隨著 柱箱內(nèi) 柱溫的上升，其 梯度變化的 嚴(yán)重性更 趨 增大， 然后是 隨著時間的 延伸 ，柱內(nèi)的載氣流速的梯度變化將隨著 柱內(nèi)阻力的逐漸克服而慢慢趨緩 平衡 ，直到柱箱內(nèi)溫度完全均勻和平衡 和柱內(nèi)的壓降 也 完全平衡到梯度變化的差異變?yōu)樽钚r，流過熱導(dǎo)檢測器檢測池的載氣流速才能達(dá)到最大，即達(dá)到我們方法規(guī)定的流速。 根據(jù)這樣的過程 可知 ，我們從氣相色譜方法中看到的載氣流速 設(shè)定值 應(yīng)該是柱箱的柱溫達(dá)到完全均 勻平衡和進(jìn)入柱頂端到柱尾端的載氣在柱溫完全均勻平衡下達(dá)到最小梯度變化后的流速，而只有達(dá)到這樣的載氣流速和完全穩(wěn)定不變的尾吹氣和補(bǔ)償氣的流速下，熱導(dǎo)檢測器的熱絲才能在工作狀態(tài)下獲得真正 穩(wěn)定 的 阻值 ， 并且由這 些熱絲 構(gòu)成的惠斯登電橋 才能達(dá)到真正的平衡，才會給出恒定不變的平直而水平的基線。 也只有在這樣的條件下 把熱絲構(gòu)成的 惠斯登電橋 調(diào)整到 零的 平衡 狀態(tài) 才能保持 其 不變， 使 基線一直保持在 盡量接近到 0 。 于是，在整個氣相色譜儀在維持著這一整套氣相色譜操作條件下色譜基線才是恒定地處于平直而水平的情況下，它有利于獲得準(zhǔn)確而 可靠的組分峰保留時間和 峰積分值；然而，只要柱溫出現(xiàn)變化（例如柱箱加熱控制電路的故障）或者載氣的流速出現(xiàn)變化（例如進(jìn)樣器進(jìn)樣封墊漏氣或載氣的氣體導(dǎo)管管節(jié)處漏氣等），就會導(dǎo)致載氣梯度變化的差異出現(xiàn)變化，最終到達(dá)檢測器的載氣流速就會發(fā)生變化，于是檢測器內(nèi)檢測池中的熱絲阻值就會出現(xiàn)變化，于是電橋的平衡會被破壞，基線開始傾斜而無法保持原來的平直和水平。 如果您的方法需要使用尾吹氣或補(bǔ)償氣，它們的流速有任何變化同樣也會破壞電橋的平衡，導(dǎo)致基線無法保持平直和水平。 如果您沒有相當(dāng)?shù)哪托牡却鋬?nèi)溫度的完全平衡和恒定，以及 沒有等待載氣完全平衡達(dá)到梯度變化差異最小的耐心，那么盡管您作了最細(xì)致的熱導(dǎo)測量電橋的平衡調(diào)節(jié)，其基線零電位的值也是 暫時 的，在最終柱溫和載氣流速完全平衡恒定后基線就會偏離原來調(diào)整好的零電位，于是此前進(jìn)行的色譜分析的結(jié)果都會包含著較大的誤差。 通常一臺質(zhì)量較好的氣相色譜儀的熱導(dǎo)檢測器的 真正 熱平衡和載氣流速的平衡時間大約需要色譜基線是否需要盡量調(diào)整到零 6 - 1 2 個小時，其時間的長短與設(shè)定的柱溫的高低和設(shè)定的載氣流速的大小有關(guān)，設(shè)定的柱溫越高，載氣流速越大，則平衡時間越長。 流過各種電離檢測器的氣體的流速（包括載氣、空氣、添加的尾吹氣和補(bǔ)償氣）和柱溫對惠斯登電橋平衡的影響 前面我們已經(jīng)知道了各種電離檢測器（如當(dāng)前常用的火焰電離檢測器、火焰光度檢測器、堿火焰電離檢測器和電子捕獲檢測器）的離子流放大器的差動放大器的原理，它 實(shí)際上 也是一種通過惠斯登電橋測量訊號變化的設(shè)備。 在應(yīng)用這些電離檢測器時，我們非但需要考慮到載氣、空氣以及尾吹氣和補(bǔ)償氣的流速是否會變化以及是否會漏氣，還需要考慮到載氣 通過色譜柱時帶出的固定液蒸氣的影響和所有各種氣體是否會帶有妨礙電離效率的其它雜質(zhì)的影響。例如所有含碳固定液的蒸氣會導(dǎo)致碳的電離而增大火焰電離檢測器的電離電流；載 氣或其它氣體帶入的硫、磷化合物蒸氣會導(dǎo)致火焰光度檢測器的亮度；金屬堿鹽會導(dǎo)致堿火焰電離檢測器的電離效率，使其輸出的電離電流增大；含有鹵化物、金屬鹵化物和某些有機(jī)物的蒸氣會導(dǎo)致電子捕獲檢測器的電離效率增大等。 僅管從理論上說這些物質(zhì)同樣會對熱導(dǎo)檢測器有影響，但由于熱導(dǎo)檢測器的靈敏度遠(yuǎn)低于電離檢測器（通常要低 3 5個數(shù)量級），因此由固定液蒸氣或其它帶入的雜質(zhì)蒸氣的影響完全可忽略不計(jì)。 所有的影響電離檢測器的因素與熱導(dǎo)檢測器比較都要嚴(yán)重得多，其原因是電離檢測器所用的離子流放大器對輸入的訊號具有放大作用， 并通過負(fù) 反饋訊號的加入使訊號可按數(shù)量級的放大倍數(shù)增大，于是其影響可明顯地暴露在基線的波動 和漂移 上，或者導(dǎo)致明顯的噪音。 當(dāng)載氣和所有其它氣體的流速波動時，我們會見到基線明顯的漂移，這種情況除在載氣流速未完全平衡恒定時可見，并可在應(yīng)用火焰電離檢測器的程序升溫氣相色譜法中見到這種漂移的嚴(yán)重影響。例如當(dāng)程序升溫計(jì)劃完成后，火焰電離檢測器的訊號中的基線漂移和載氣中固定液蒸氣的影響就會明顯地顯示出基線陡峭地上升并帶有無規(guī)律的波動，有時甚至?xí)粦岩沙墒欠裨谧V圖的最終階段出現(xiàn)了 高沸點(diǎn) 雜質(zhì)峰。 在火焰電離檢測器上，空氣流速對電離效 率的影響是非常敏感的，當(dāng)空氣流速出現(xiàn)變化時會導(dǎo)致明顯的檢測靈敏度的變化，從而會導(dǎo)致基線的明顯不穩(wěn)定和漂移。在火焰光度檢測器上，環(huán)境的光線變化對檢測器的光電倍增管有明顯的影響，如果您的氣相色譜儀安裝在實(shí)驗(yàn)室的窗子附近，則一天中太陽光的光線傾斜的角度會導(dǎo)致基線的漂移 和檢測靈敏度的變化。而在電子捕獲檢測器上，碳烷烴會增大檢測器的靈敏度，因此載氣中如果帶入這些物質(zhì)的蒸氣將會導(dǎo)致靈敏度的變化。 由于電離檢測器對訊號的放大作用，在電離檢測器的離子流放大器的差動放大器電路的平衡比熱導(dǎo)檢測器的測量電橋的平衡需要更長的時間。 例如