氢火焰离子化检测器详细的介绍(包括原理等超详细)

1、1958年Mewillan和Harley等分别研制成功氢火焰离子化检侧器（FID ）,它是典型的破坏性、质量型检测器，是以氢气和空气燃烧生成的火焰为能源，当有机化合物进入以氢气和氧气燃烧的火焰，在高温下产生化学电离，电离产生比基流高几个数量级的离子，在高压电场的定向作用下，形成离子流，微弱的离子流（10-1210-8A）经过高阻（1061011 Q）放大，成为与进入火焰的有机化合物量成正比的电信号，因此可以根据信号的大小对有机物进行定量分析。氢火焰检测器由于结构简单、性能优异、稳定可靠、操作方便，所以经过40多年的发展，今天的FID结构仍无实质性的变化。其主要特点是对几乎所有挥发性的有机化合物

2、均有响应，对所有径类化合物（碳数3）的相对响应值几乎相等，对含杂原子的烃类有机物中的同系物（碳数3 ）的相对响应值也几乎相等。这给化合物的定量带来很大的方便，而且具有灵敏度高（10-13- 1O-10g/s）,基流小（10-1410-13a ），线性围宽（106107），死体积小（W 1此），响应快（1ms），可以和毛 细管柱直接联用，对气体流速、压力和很度变化不敏感等优点，所以成为应用最广泛的气相色谱检测器。其主要缺点是需要三种气源及其流速控制系统，尤其是对防爆有严格的要求。氢火焰离子化检测器的结构*氢火焰离子化检测器（FID ）由电离室和放大电路组成，分别如图2-9（a）, （b）所示。F

3、ID的电离室由金属圆筒作外罩，底座中心有喷嘴；喷嘴附近有环状金属圈（极化极，又称发射极），上端有一个金属圆简（收集极）。两者间加90300V的直流电压，形成电离电场 加速电离的离子。收集极捕集的离子硫经放大器的高组产生信号、放大后物送至数据采集系氮火焰离子化检测器晌应机理 FID的工作原理是以氢气在空气中燃烧为能源，载气（N2）携带被分析组分和可燃气（H2）从喷嘴进入检侧器，助然气 （空气）从四周导人，被侧组分在火焰中被解离成正负离离子，在 极化电压形成的电场中，正负离子向各自相反的电极移动，形成的离子流被收集极收、 输出，经阻抗转化，放大器（放大1071010倍）便获得可测量的电信号，FID

4、离子化的机理近年才明朗化，但对烃类和非烃类其机理是不同的。对烃类化合物而言：在火焰燃烧的碳氮化合物中的每一个碳原子均定里转化成最基本 的、共同的响应单位甲烷，再经过下面的反应过程与空气中氧反应生成CHO+正离子和电子。CH + O t CHO+ e所以，FID对烃是登碳响应，这是最主要的反应，成为电荷传送的主要介质。在电场作用下，正离子和电子 e分别向收集极和发射极移动，形成离子流，但在碳原子中产生CH的概率仅有1/106，因此提高离子化效率是提高FID灵敏度最有效的途径，目前仍然有不少关于这方面的研究和报道。对非烃类化合物，其响应机理比较复杂，随所含官能团的不同而异，基本规律是不与杂原子相连

5、的碳原子均转化成甲烷。杂原子及其相连的碳原子（C杂）的转化产物见表2-8。表2-8非烃类有机物在 FID火焰中的转化产物化合物碳原子转化产物C杂及杂原子的转化产物醇、醛、酮、酯CH4CH4 或 CO胺CH4CH4或 HCN卤化物CH4CH4 或 HX由于杂原子可能进一步与C转生成氢火焰检测器不响应的CO、HCN ,因此按相对质量响应值计，这些化合物的 RRF值都很低，不符合等碳响应规律。FID的灵敏度和稳定性主要取决于，如何提高有机物在火焰中离子化的效率，如何提高收集极对离子收集的效率。离子化的效率取决于火焰的温度、形状、喷嘴的材料、孔径；载气、氢气、空气的流量比等。离子收集的效率则与收集极的

6、形状、极化电压、电极性、发 射极与收集极之间距离等参数有关。一个好的检测器的结构设计是综合考虑以上各种因素， 所以使用者在拆装清洗时必须按说明书要求，尤其是安装尺寸方面，严禁收集极、极化极、 喷嘴与外壳短路，要求其绝缘电阻值大于1014Q。另外，要求极化极必须在喷嘴出口平面中心，不适宜在火焰上，否则会造成嗓声增加；也不宜过低，极化极低于喷嘴，离子收集的 效率会降低，检测器的灵敏度相应也降低。喷嘴通常采用径0.40.6mm的金属或石英制成， 但灵敏度高的仪器在喷嘴的选择上也有严格的要求。例如美国Agile nt公司对FID的喷嘴就有六种型号供不同情况选用。美国Varian公司近年对FID进行改进

7、、采用加金属帽的瓷喷嘴代替标准的金属喷嘴。除了能有效消除高温时金属对化合物的吸附造成色谱峰拖尾改善分 辨率外，还能降低嗓声，提高仪器灵敏度。这项改进已获美国专利（USP.4999162）。|氢火焰离子化检测器的操作条件 火焰温度，离子化程度和收集效率都与载气、氢气、空气的流量和相对比值有关。其影响如下所述。氢气流速的影响氢气作为燃烧气与氮气（载气）预混合后进入喷嘴当氮气流速固定时，随着氢气流速的蹭加，输出信号也随之增加，并达到一个最大值后迅速下降。如图2-10所示。由图可见：通常氢气的最佳流速为 4060mL/min。有时是氢气作为载气，氮气作为补充气，其效果是一 样的。rilD昌 | .-一

8、,20 408piQoHak/fmlrtninj E02-13空气流速对IHD晌应值的越晌检测器胜度的影响增加FID的温度会同时增大响应和噪声；相对其他检测器而言，FID的温度不是主要的影响因素，一般将检测器的温度设定比柱温稍高一些，以保证样品在FID不冷凝；此外FID温度不可低于100 C,以免水蒸气在离子室冷凝，导致离子室电绝缘下降，引起噪声骤增；H2,后停FID检测器的加热电流），这所以FID停机时必须在100C以上灭火（通常是先停 是FID检测器使用时必须严格遵守的操作。气体纯度从FID检测器本身性能来讲，在常量分析时，要求氢气、氮气、空气的纯度为99.9%以上即可，但是在痕量分析时，则要求纯度高于99.999%，尤其空气的总烃要低于 0.1 L/L , 否则会造成FID的噪声和基线漂移，影响定量分析。氢火焰离子化检测器选择性的改进FID对烃类化合物有很高的灵敏度和选择性，一直作为烃类化合物的专用检测器。近年来在FID的基础上发展了几种新型的氢火焰离子化检测器，具有新的选择性；富氢FID （用于选择性检测无机气体和卤代烃）；氢保护气氛火焰离子化检测器（简称 HAFID，用于选择 性检测有机金属化合物、硅化合物） ；氧专一性火焰离子化检测器（简称OFID，用于选择性检测含氧化合物）。相对响应值几乎所有挥发性的有机物在FID都有响应，尤其同类化合物的相对喻应值都很接近