液相色谱仪蒸发光散射检测器原理解析

车贵甫

（濮阳市质量技术监督检验测试中心，河南 濮阳 45700057000）

蒸发光检散射测器出现的时间比较晚，特别是JJG705-2014液相色谱仪检定规程将其作为一个检测器列入了检定规程，随着规程的实施，许多检定员亟须熟悉蒸发光散射检测器方面的知识。本文着重论述蒸发光散射检测器的雾化、蒸发、检测及各过程的影响因素，讨论了蒸发光散射检测器的优点及不足之处。

1 蒸发光检测器概述

液相色谱法尽管在柱技术、分离柱的填料及梯度洗脱等方面有很大的进步，但长期以来缺少像气相色谱FID那样通用的检测器。蒸发光散射检测器给这一领域带来希望，具有如下特点：样品结构不需具备紫外发色团和合适的折射率；对梯度洗脱和流动相系统温度变化不敏感；对各种物质响应很接近；在一次分析中可以同时检测主要成分和杂质。蒸发光散射检测器是一种通用质量检测器，通过通入高压的氮气或者是惰性气体有时也用空气，将流动相雾化，形成微小液滴，液滴通过漂移管加热，此时溶解在流动相中不易挥发的样品即形成颗粒物，这些颗粒物在气体的推动下进入光散射池，造成光束散射。散射光的强度和样品颗粒的数量成正比，从而可测定样品组分含量。

2 雾化

雾化阶段是一个非常重要的步骤，这个步骤的可靠程度和重现性决定了整个检测器的灵敏度和重现性。蒸发光散射检测器的雾化器通常采用文丘里雾化器，文丘里效应表现在受限流动通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比。通俗地讲，这种效应是指在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用，利用这种效应可以制作出文丘里管。

雾化器中载气通过文丘里管流动，与载气同轴包装柱洗脱液，使之通过针管，就使得液体流动相转变成细小的液滴，而液滴的大小和均匀性对于检测的灵敏度和重复性非常重要。需要注意的是载气流速影响检测器的响应值，载气流速增大，则响应值减小。因为柱流出物产生的粒子的大小由气体流速决定，载气流速大，产生的粒子尺寸变小，检测光散射的强度弱，响应值小。最优气体流速应是在可接受噪音的基础上，产生最大响应的最低气体流速。

蒸发光散射检测器有两种工作模式，即分流模式和不分流模式。在不分流模式中让全部柱流出物都进入直的漂移管进行蒸发，为使流动相快速蒸发常常需要较高的操作温度，所以不分流模式适合于检测不挥发的样品，必须使用挥发性流动相进行分析。在分流模式中把柱流出物通过一个弯管或者雾化室，在此管中通过撞击使大的颗粒沉积下来流入废气管，使产生的粒子尺寸分布变窄，剩余的小颗粒进入螺旋状的蒸发管，使用较低的蒸发温度，适合于检测半挥发性样品，可以使用高含水流动相进行分析[1]。

仪器每次使用完需要及时排出雾化器中的腐蚀性溶剂和包含改性剂的溶剂，否则将由于内部结晶或颗粒的影响堵塞雾化器或降低仪器的性能。雾化器必须保持清洁，这样才能使流动相有好的雾化效果。一段时间后，需要用丙酮、甲醇、水分别冲洗雾化器。

3 蒸发

由雾化器形成的小液滴在载气的带动下进入漂移管，在设置的蒸发温度下溶剂逐步挥发，产生了微粒或纯溶质的液滴。流动相及组分的不同，组分挥发性的不同以及流动相流速的不同，需要设置适当的漂移管温度。高有机含量流动相比高含水量流动相要求漂移管的蒸发温度低。不挥发性样品比半挥发性样品要求采用的漂移管的蒸发温度高。流速低的要求漂移管的蒸发温度也低。最佳温度可以通过测量各温度时的信噪比来确定。

蒸发光散射检测器的两种工作模式对漂移管的设计和要求是不同的。在不分流工作模式中，漂移管是直的相对来说比较短，要使溶剂完全蒸发必须采用相当高的温度，载气的导热性能要好，甚至在雾化阶段要预加热。不分流工作模式产生的样品组分峰窄，灵敏度高且维护方便。在分流工作模式中，采用的是螺旋状的曲长漂移管，样品在漂移管中存留的时间长，可以有效地蒸发大多数低挥发性的溶剂如水溶液。例如，蒸发流速为3mL/min的纯水溶液设置50℃的温度就足够了。因为组分所经距离的延长，产生的样品组分峰形变宽，灵敏度低，且不方便维护。

4 检测

雾状的溶质颗粒从漂移管出来后在载气的带动下进入光散射池穿过光束，光束被溶质颗粒散射，散射光强度被光电倍增管或光电二极管转换成相应大小的电信号，产生的电信号与通过光散射池的溶质颗粒数量和大小成比例。也就是说只要保持流动相和载气流速不变，散射光的强度和溶质的浓度成比例。

以上可以看出，蒸发光散射检测器的响应值仅与溶质颗粒数量和大小有关，与组分的化学组成关系不大，理论上可检测任何挥发性低于流动相的组分，且对所有组分的响应几乎相等。系统的研究表明，蒸发光散射检测器的响应值与样品质量成指数关系，与溶质颗粒的大小、光源的波长、散射性质有关。颗粒大时散射光主要有折射和反射引起的；颗粒小时散射光主要有瑞利散射引起的；中间大小的颗粒的散射光主要由米氏散射引起的。颗粒的大小是相对于光源波长说的。

蒸发光散射检测器的光源发出的光由准直透镜汇聚于光散射池中间，使检测信号响应最大化。透过光散射池的光由光阱吸收，避免反射光对检测器产生干扰。此外，为避免颗粒在光散射池内分散和沉积在内壁上，有些检测器在漂移管的出口还有一个文丘里管，通入的气体与雾化载气是相互独立的，目的是包裹住颗粒并且让颗粒处于光散射池的中间，此处光束强度大。这些措施都能改善检测器的灵敏度，也保持光散射池内表面的清洁[2]。

为了进一步改善蒸发光散射检测器的灵敏度和线性范围，又发展了凝聚成核光散射检测器。该检测器是从漂移管出来的气体经过两个冷凝管，遇到用丁醇饱和的氮气载气流，丁醇在溶质颗粒表面凝聚，产生的颗粒直径得到很大提高。颗粒直径越大，光散射越强，检测灵敏度越高。

5 蒸发光散射检测器的优点及不足

与紫外检测器相比，解决了无紫外吸收或者紫外吸收系数很小的组分的检测问题。对示差折光检测器难以测定的组分有足够高的灵敏度，而且因为产生光散射的仅仅是溶质颗粒，排除了流动相的干扰。物质的折射率受温度影响很大，而蒸发光散射检测器却对温度变化不敏感。对所有组分及杂质响应几乎相等，无须借助复杂的校准过程即可获得组分和杂质的含量。

蒸发光散射检测器的不足是要求组分是不挥发或者半挥发物质，而流动相应是易挥发的溶剂。

6 结语

蒸发光散射检测器有其独特的特点，是一种通用的质量检测器，已广泛应用在药品、食品、化工等方面。本文概述了检测器原理、结构及各影响因素，希望能够对检定工作有一定帮助。

[1]王巧娥.蒸发光散射检测技术研究进展[J].分析测试学报，2006，6（25）∶126-132.

[2]何海红.高效液相色谱用蒸发光散射检测器检定方法研究[J].化学分析计量，2010，2（19）∶78-80.