液相色譜儀蒸發光散射檢測器原理解析

車貴甫

（濮陽市質量技術監督檢驗測試中心，河南 濮陽 45700057000）

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

1 蒸發光檢測器概述

液相色譜法盡管在柱技術、分離柱的填料及梯度洗脫等方面有很大的進步，但長期以來缺少像氣相色譜FID那樣通用的檢測器。蒸發光散射檢測器給這一領域帶來希望，具有如下特點：樣品結構不需具備紫外發色團和合適的折射率；對梯度洗脫和流動相系統溫度變化不敏感；對各種物質響應很接近；在一次分析中可以同時檢測主要成分和雜質。蒸發光散射檢測器是一種通用質量檢測器，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的樣品即形成顆粒物，這些顆粒物在氣體的推動下進入光散射池，造成光束散射。散射光的強度和樣品顆粒的數量成正比，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性決定了整個檢測器的靈敏度和重現性。蒸發光散射檢測器的霧化器通常采用文丘里霧化器，文丘里效應表現在受限流動通過縮小的過流斷面時，流體出現流速增大的現象，其流速與過流斷面成反比。通俗地講，這種效應是指在高速流動的流體附近會產生低壓，從而產生吸附作用，利用這種效應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變成細小的液滴，而液滴的大小和均勻性對于檢測的靈敏度和重復性非常重要。需要注意的是載氣流速影響檢測器的響應值，載氣流速增大，則響應值減小。因為柱流出物產生的粒子的大小由氣體流速決定，載氣流速大，產生的粒子尺寸變小，檢測光散射的強度弱，響應值小。最優氣體流速應是在可接受噪音的基礎上，產生最大響應的最低氣體流速。

蒸發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入直的漂移管進行蒸發，為使流動相快速蒸發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的樣品，必須使用揮發性流動相進行分析。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，使產生的粒子尺寸分布變窄，剩余的小顆粒進入螺旋狀的蒸發管，使用較低的蒸發溫度，適合于檢測半揮發性樣品，可以使用高含水流動相進行分析[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，否則將由于內部結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

由霧化器形成的小液滴在載氣的帶動下進入漂移管，在設置的蒸發溫度下溶劑逐步揮發，產生了微粒或純溶質的液滴。流動相及組分的不同，組分揮發性的不同以及流動相流速的不同，需要設置適當的漂移管溫度。高有機含量流動相比高含水量流動相要求漂移管的蒸發溫度低。不揮發性樣品比半揮發性樣品要求采用的漂移管的蒸發溫度高。流速低的要求漂移管的蒸發溫度也低。最佳溫度可以通過測量各溫度時的信噪比來確定。

蒸發光散射檢測器的兩種工作模式對漂移管的設計和要求是不同的。在不分流工作模式中，漂移管是直的相對來說比較短，要使溶劑完全蒸發必須采用相當高的溫度，載氣的導熱性能要好，甚至在霧化階段要預加熱。不分流工作模式產生的樣品組分峰窄，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，可以有效地蒸發大多數低揮發性的溶劑如水溶液。例如，蒸發流速為3mL/min的純水溶液設置50℃的溫度就足夠了。因為組分所經距離的延長，產生的樣品組分峰形變寬，靈敏度低，且不方便維護。

4 檢測

霧狀的溶質顆粒從漂移管出來后在載氣的帶動下進入光散射池穿過光束，光束被溶質顆粒散射，散射光強度被光電倍增管或光電二極管轉換成相應大小的電信號，產生的電信號與通過光散射池的溶質顆粒數量和大小成比例。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的濃度成比例。

以上可以看出，蒸發光散射檢測器的響應值僅與溶質顆粒數量和大小有關，與組分的化學組成關系不大，理論上可檢測任何揮發性低于流動相的組分，且對所有組分的響應幾乎相等。系統的研究表明，蒸發光散射檢測器的響應值與樣品質量成指數關系，與溶質顆粒的大小、光源的波長、散射性質有關。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。

蒸發光散射檢測器的光源發出的光由準直透鏡匯聚于光散射池中間，使檢測信號響應最大化。透過光散射池的光由光阱吸收，避免反射光對檢測器產生干擾。此外，為避免顆粒在光散射池內分散和沉積在內壁上，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，也保持光散射池內表面的清潔[2]。

為了進一步改善蒸發光散射檢測器的靈敏度和線性范圍，又發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過兩個冷凝管，遇到用丁醇飽和的氮氣載氣流，丁醇在溶質顆粒表面凝聚，產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 蒸發光散射檢測器的優點及不足

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，而且因為產生光散射的僅僅是溶質顆粒，排除了流動相的干擾。物質的折射率受溫度影響很大，而蒸發光散射檢測器卻對溫度變化不敏感。對所有組分及雜質響應幾乎相等，無須借助復雜的校準過程即可獲得組分和雜質的含量。

蒸發光散射檢測器的不足是要求組分是不揮發或者半揮發物質，而流動相應是易揮發的溶劑。

6 結語

蒸發光散射檢測器有其獨特的特點，是一種通用的質量檢測器，已廣泛應用在藥品、食品、化工等方面。本文概述了檢測器原理、結構及各影響因素，希望能夠對檢定工作有一定幫助。

[1]王巧娥.蒸發光散射檢測技術研究進展[J].分析測試學報，2006，6（25）∶126-132.

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