上海科创色谱仪器有限公司
2011/3/15 13:45:51一、 原理
几乎所有物质的电阻率都随其本身温度的变化而变化，这一物理现象称谓热电阻效应。热导池检测器就是基于气体热传导和热电阻效应的一种检测装置，它检测气体浓度的过程是通过热电阻（钨铼丝元件）与被测气体之间交换和热平衡来实现的。热导池在结构上就是将电阻率较大的钨铼丝元件置于一个有气体可进出流过的金属块体的气室中，一般多用四个元件，在电路上组成典型的惠斯顿电桥电路。当被测气体组份被载气带入气室时，就发生了一系列的变化：气室中气体组成变化→
气体导热率变化→热电阻温度变化→热电阻阻值变化→电桥平衡被破坏就输出相应的电讯号，这个讯号与被测气体浓度成一定的线性函数关系。
二、 微型热导池的特点
1. 所谓《微型热导池》就是指装有热导元件的池孔体积比一般热导池小，一般热导池池体积为250～350微升，微型热导池体积为20～100微升。科创微型热导池有28微升（TC-4）和80微升（TC-H）二种，前者元件阻值110～120Ω，主要用于与毛细柱联用较佳，后者元件阻值180～200Ω，主要用于高纯气体分析。微型热导池因为具有灵敏度高和池体积小特点，所以可与毛细柱联用。
2. 科创微型热导池是经典电桥原理，不同于惠普（HP）公司的单丝载气调制式原理，是接成双柱双气路，所以在应用热导－毛细柱系统时，一路连接毛细柱，另一路必须连接一根填充柱（或短路管），这样科创微型热导池可同时使用填充柱和毛细柱。
3. 微型热导池一般使用H2（或He）作载气，以保持足够高的灵敏度，这有别于常规FID－毛细柱系统（常用N2作载气），用H2（或He）作载气比N2作载气来说，柱效下降20％，而分析时间缩短65％，这对实际应用是有利的。
4. 分流比对柱效有影响，考虑到热导检测器的zui小检测能力，对微型热导池，一般采用分流比100：10为宜。
5. 尾吹可以减少柱后死体积引起峰形变宽、柱效降低以及拖尾的影响，对FID－毛细柱系统还可保持*N2 ：H2比，提高灵敏度，而对MTCD－毛细柱系统，由于TCD是浓度型检测器，尾吹将稀释样品组份在载气中浓度，从而会降低检测灵敏度，所以对微型热导池来说，尾吹大于25ml/min时，对检测灵敏度影响较大。
6. 微型热导池与特厚液膜大口径毛细柱是*配合，可充分发挥热导池和毛细柱所固有的特点－热导池对所有组份有响应，毛细柱柱效高。
7. TC-H对气体组份的检测限：苯（1×10-9克），H2（0.2ppm），O2（1ppm），N2（2ppm），CO、CO2（3～4ppm），H2O（1ppm）。
三、 影响TCD灵敏度的因素有
1. 热导池桥电流：桥电流大，灵敏度高，桥电流提高30－40mA，灵敏度将提高一倍，桥电流的提高使用，将受到稳定性和钨铼丝元件寿命限制；
2. 载气的种类：应用He、H2轻载气，灵敏度高，应用N2、Ar重载气，灵敏度大幅度下降，所以，一般TCD都采用He、H2作载气；
3. 载气流量：载气流量增大将会减小灵敏度，但这个因素对He、H2轻载气影响不大，而对N2、Ar重载气影响很明显，例如用Ar载气，流量从30－40ml/min降到7～8ml/min，峰高将增加一倍；
4. 载气纯度：载气纯度高，灵敏度高，例如将纯度98～99％的H2载气改为纯度99.999％的H2载气，检测灵敏度将提高13％；
5. 工作温度：热导池工作温度越高，灵敏度就越低，是线性反比例关系，以确保样品组份不在检测器中冷凝为原则，TCD的工作温度尽可能设置低些有利，但低温控制比高温控制难；
6. 热导元件阻：热导元件阻值与灵敏度成正比，阻值越大，灵敏度越高，但阻值大，难以制造，制造合格率要降低；
7. 热导池气室的孔径：放置热导元件的气室孔径大小将明显影响检测灵敏度，气室孔径大，则峰面积大，灵敏度S值就大，但是对于从事于气体分析的工作者，感兴趣是以峰高来衡量检测灵敏度，这样，就应选择小的气室孔径，峰形就尖窄，峰高检测灵敏度就高（但灵敏度S值是不高的）；
8. 热导池电源：热导池电源的测量电路中输出衰减器电路的输出阻抗将影响灵敏度，输出阻抗高，灵敏度就提高。
四、科创高灵敏度TCD在高纯氩中对H2、O2、N2分析的应用实例
色谱分析条件：
载气：高纯氩（Ar）（纯度≥99.9995%）； 载气流量： 8.3ml/min（柱前压0.10MPa）；
检测器：TC-1H热导池（热导元件～200Ω）； 工作温度：70℃ ；
分析柱：13X+分子筛 φ3×1.5m 50~70℃； 桥电流：70mA；
输出系数：8； 基线噪音：6μV； 漂移：54μV /0.5h；
标准气：H2：2ppm，O2：10ppm，N2：15ppm，其余为Ar； 六通阀进样：1ml
表1 标准气分析数据列表
Tab. 1 Analysis data list of standard gas
| 序号 | 保留时间 （min） | 组份名称 | 浓度 （ppm） | 峰面积 （μV·s） | 峰高 （μV） |
| 1 | 1.022 | H2 | 2 | 4392 | 265 |
| 2 | 1.686 | O2 | 10 | 2187 | 131 |
| 3 | 2.548 | N2 | 15 | 2990 | 172 |
按峰高计算zui小检测浓度：（zui小检测信号为12μV）
H2：12/265 ×2ppm = 0.09ppm
O2：12/131 ×10ppm = 0.91ppm
N2：12/172 ×15ppm = 1.04ppm
按峰面积计算zui小检测浓度：（zui小检测峰面积为200μV·s）
H2：200/4392 ×2ppm = 0.09ppm
O2：200/2187 ×10ppm = 0.91ppm
N2：200/2990 ×15ppm = 1.00ppm
色谱分析谱图
图1 标气分析色谱图
Fig. 1 Chromatogram of standard gas
