高效液相色谱-Part7：检测器（1）
终于讲到最后一个部件了，但也是很重要的一个部件。我们在泵章节讲过泵相当于人体的心脏，不仅如此，流水相是血液，而今天我们要讲的检测器，被称为眼睛。对于人来说，眼睛被称之为心灵之窗，失去了它就看不见丰富多彩的大千世界，对于仪器来说，失去了“眼睛”将会无法分辨出待检测的物质，失去了存在的意义。
检测器的组成很简单，包括流通池，灯以及光路组成。
图一：检测器模块图-VWD vs. DAD
对于流通池有以下几种规格可供选择：
标准流通池(10 mm, 14μL)
高压流通池(10 mm, 14μL)
微量流通池(3 mm, 2μL)
半微量流通池(6 mm, 5μL)
对于检测器有以下几种类型可供选择：
紫外-可见光检测器（UV-Vis）
二极管阵列检测器（DAD）
示差折光检测器（RID）
荧光检测器（FLD）
蒸发光散色检测器（ELSD）
电喷雾检测器（CAD）
电化学检测器（ECD）
质谱检测器（MS）
液相色谱仪检测器根据适用范围又可以分为：专用型检测器和通用型检测器。
专用型检测器用以测量被分离试样样品组分某种特性的变化，专用型检测器对样品中组分的某种化学或物理性质特别敏感，而这一性质也是流动相所不具备的或至少在操作条件下不能显示出来的。专用型检测器灵敏度高，受外界环境影响和操作条件变化小，并且可用于色谱仪的梯度洗脱操作。但总体性能与通用型检测器相比，其应用范围会受到一定的限制。
通用型检测器可连续测量色谱柱的流出物包括流动相和试样样品组分的全部特性变化，通常一般会采用差分测量法。液相色谱仪通用型检测器适用范围广，但由于其对流动相有响应，因此易受流动相流速和组成变化以及温度变化的影响，漂移和噪声都比较大，灵敏度较低，不能够用于梯度洗脱。
Q: 哪些检测器是专用型检测器，哪些又是通用型检测器？
Note：关于质谱我们以后会单独进行讲解，这里就不详细介绍了。
流通池
我们先来介绍一下流通池。
图二：流通池部件图
前文我们介绍过流通池有四种规格，我们再来看看它们在参数上的差异。
图三：四种规格的流通池参数对比
大家想一想上表的参数对于样品检测信号有什么影响？
解答这个问题前要引入一个概念：朗伯- 比尔定律
朗伯- 比尔定律显示流通池光程与吸光度之间存在一种线性关系。
图四：朗伯- 比尔定律公式
T | 为透光度，定义为透过光强 I 与入射光强 I0 之比 |
ɛ | 为吸光系数，是给定物质在精确定义的一组波长、溶剂、温度和其他参数条件下的特性 |
C[mol/L] | 为吸光物质的浓度 |
d [cm] | 为用于测量的流通池光程 |
从公式可以看出，与被测物质本身的性质，被测物质的浓度以及测量的光程有关，这三个参数中与流通池相关的是光程。
所以说光程较长的流通池可产生较高的信号。然而在光程增长时噪声通常也会随之略有增加，但信噪比也将增加。伴随着光程的增加，池体积一般也会增加。这通常会引起更多的峰色散。这可能会影响色谱峰之间的分离度。所以选择合适的流通池对色谱分析也是有影响的，当有些时候峰分不开时可以考虑换一下不同规格的流通池。下图给出了不同规格的色谱柱如何选择合适规格的流通池。如果不止一种选择，使用较大的流通池来获得最佳的检测限。使用较小的流通池获得最好的峰分离度。
图五：流通池vs色谱柱
由于制作工艺的原因，光程无法达到理想值，所以在光度准确度检测时需要使用校正系数进行矫正，具体的一些校正系数参见下表。
图六：流通池光程校正系数
下面我们来看看几种流通池的拆分结构。
图七：标准流通池(10 mm, 14μL)
图八：高压流通池(10 mm, 14μL)
图九：微量流通池(3 mm, 2μL)
图十：半微量流通池(6 mm, 5μL)
检测器
每个检测器都由自身的优缺点，根据待测组分的性质选择合适的检测器。
先来了解一下紫外-可见光的波长范围，紫外光波长范围：190nm-400nm，可见光波长范围：400nm-760nm（射线，红外光的波长范围忘记的自己去科普），当使用的检测器是紫外-可见光检测器时，检测器里需要有两盏灯，一盏氘灯和一盏钨灯，紫外光区使用氘灯，可见光区使用钨灯，使用时会自动切换，但需要注意的是它们并不是在400nm处切换的，而是在330-365nm范围内切换的。
先来看一下检测器里面的光路图。
图十一：UV-Vis检测器光程图
具体的光程走向为：氘灯发出的光束通过一个透镜、一个滤光片部件、一个入射狭缝、第一个球面镜 (M1)、一个光栅、第二个球面镜 (M2)、一个光束分裂器，最后通过流通池到达样品二极管。对通过流通池的光束的吸收取决于流通池中的溶液，在流通池中紫外线被吸收，并且光强通过样品光电二极管转换为电信号。光束分裂器使部分光线射到参比光电二极管，从而获得参比信号，作为光源强度波动的补偿。参比光电二极管前的狭缝分离出样品带宽的光线。通过旋转光栅（由一个步进电机直接驱动）可以选择波长。这一配置可以实现波长的快速改变。将截止滤光片移入大于 370 nm 的光程，以减少较高阶的光。
紫外波长范围的光源是氘灯，由于低压氘气体中的等离子体放电作用。可见光波长范围的光源是钨灯，这个范围内采用低噪音钨灯作光源。
透镜部件
光源透镜接收氘灯发出的光线，并将其聚焦到入射狭缝上。
滤光片部件★
滤光片组件采用机电驱动。在波长校准期间，滤光片组件移入光路中。
图十二：滤光器部件
滤光片组件安装有两块滤光片，并由处理器控制。光电传感器确定其正确位置。
“打开” 在 l < 370 nm 时光路中没有任何东西
“截止” 在 l > 370 nm 时截止滤光片处于光路中
“ 钬 ” 用于波长检验的氧化钬
“光栅” 用于测定光电二极管的暗电流
Note：滤光器部件中的氧化钬滤光片用于氧化钬测试：测试将根据内置氧化钬滤光片的三种波长最大值来验证检测器的校准。测试显示预期最大值和测量最大值之间的差异。测试使用以下钬波长最大值：360.8 nm，418.5 nm，536.4 nm。当所有三个波长与期望值的差在±1nm内时，测试成功通过。这表明检测器已正确校准。
Q: 什么时候需要进行氧化钬测试呢？
A: 当仪器重新校准后，操作认证/性能验证过程中，或者完成流通池维护或维修后都需要进行氧化钬测试校准。
BTW: 那么你所在的公司对仪器进行了一些涉及到需要进行氧化钬测试的内容时，是否进行了氧化钬测试，有没有将测试内容记录下来？
入射狭缝部件
入射狭缝部件有一个可调狭缝。标准狭缝是 1mm 狭缝。狭缝中带有一小孔以便于更换和校准，从而优化对准。
球面镜（M1，M2）部件
本仪器包含两个球面镜（M1 和 M2）。光束可进行垂直调节和水平调节。两个球面镜完全相同。
光栅部件
光栅把光束分解为各组成波长，并将其反射至球面镜M2。
步进电机参考位置由安装在电机轴的一个板（用于阻断光电传感器的光束）确定。光栅的波长校准在零级光位置且波长为 656 nm 时完成，这是氘灯的发射谱线。
光束分裂器部件
光束分裂器可分离光束。使其中一部分直接进入样品二级管。另一部分光束进入参比二极管。
光电二极管部件（参比，样品）
光学单元中安装了两个光电二极管部件。样品二级管部件安装在光学单元的左侧。参比二极管部件安装在光学单元的前面。
光电二极管模数转换器部件(ADC)（图七未画出）
光电二极管电流通过光电流数字化直接转换为数字数据。数据被传输到检测器主板上。光电二极管ADC板位于靠近光电二极管的位置。
其实对于UV-Vis和DAD,它们的光源是一样的。唯一的区别就是光栅的位置不一样。
UV-Vis检测器：是前分光，单一波长经过流通池，测定指定波长吸收(图十一)
DAD检测器：是后分光，复色光经过流通池，同时测定各个波长吸收(图十三)
图十三：DAD检测器光程图
检测器的光源是由氘-弧-放电灯发出的紫外(UV)波长范围内的光与钨灯发出的可见(Vis)和短波近红外 (SWNIR)波长范围内的光组合而成的。采用特殊的后置灯设计，使钨灯灯丝的影像正好聚焦到氘灯的放电孔处，这样在光学上使两个光源结合到一起，使它们放出的光共用同一个光轴进入光源透镜。光线经消色差透镜（光源透镜）后形成一束单色聚焦光进入流通池。每个流通池室和灯都通过石英窗隔开，以便于清洗或更换。在色谱仪中，通过全息光栅将光线分散到二极管阵列上，从而可同时获得所有波长的信息。
Note：我们经常还会听到这样一个名叫PDA检测器，其实它与DAD都是指二极管阵列检测器，PDA是Photo-Diode Array的缩写，而DAD是Diode Array Detector的缩写。PDA是Waters公司的说法，DAD是Agilent公司的说法。
其实我认为这两种检测器有一个共同的名字，是PDAD （Photo-Diode Array Detector）。
消色差透镜接收氘灯及钨灯发出的光，将其聚焦后通过流通池。
氧化钬滤光片以电动机械方式驱动。在氧化钬滤光片测试过程中，其将被移到光路中。
流通池支架窗口部件将钬滤光片区域和流通池区域隔开。
光学单元有一个流通池室，使流通池易于进入光学单元。采用相同的快捷简单的安装系统可以插入各种可选流通池。可以卸下流通池来检查检测器的光电性能，从而消除流通池的影响。
此微型狭缝系统利用了硅的机械特性和总体布局微型加工技术的精确制作功能。将所需的光学功能狭缝和光栅集中组合到一起，成为一个简单、紧凑的元件。狭缝宽度直接由仪器的微处理器来控制，并可设置为方法参数。
通过使用凹面全息光栅来实现扩散和光谱成像。光栅将光束分散成所有组成它的波长，然后将光反射到光电二极管阵列上。
二极管阵列由 1024 个单独的光电二极管和位于陶瓷基座上的控制电路组成。在190 – 950 nm 波长范围内，采样间隔小于1 nm。
今天我们就讲到这里，剩下的几种检测器我们下次再讲！
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