气相色谱检测器FID-培训

1、氢火焰离子化检测器 FID /介绍 预警监测事业部 邱东东 2014-04-25 内容简介内容简介 氢火焰离子化检测器氢火焰离子化检测器/FID-背景与概况背景与概况1 气相色谱检测器的种类及分类方法气相色谱检测器的种类及分类方法2 FID-基本工作原理基本工作原理3 FID-主要特点主要特点4 FID-常见故障及维护常见故障及维护5 气相色谱气相色谱FID 应用实例应用实例6 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 2/32 1、氢火焰离子化检测器 /FID-背景与概况 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 4/32 1.1 1.1 背景背景 1958年Mewillan和Harley等分别 研制成功氢

2、火焰离子化检测器（FID） 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。 发展背景发展背景 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 5/32 FID属于破坏性、质量型破坏性、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）放大，成 为与进入火焰的有机化合物量成正比 的电信号电信号，因此可以根据信号的大小 对有

3、机物进行定量分析。 1.2 1.2 概况概况 2、气相色谱检测器的 种类及分类方法 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 7/32 气相色谱检测器种类较多，各种检测器各具特性，在选用的过程中， 一般根据检测的对象物质和相关要求而定。 2.1 2.1 气相色谱检测器种类气相色谱检测器种类 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 8/32 2.2 2.2 气相色谱检测器分类方法气相色谱检测器分类方法 在气相色谱法中，检测器 的分类较常用的有四种分类法。 （1）按响应时间分类 （2）按响应特性分类 （3）按样品变化情况分类 （4）按选择性能分类 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 9/32 积分型检测器显示某一

4、 物理量随时间的累加随时间的累加，也即 它所显示的信号是指在给定 时间内物质通过检测器的总通过检测器的总 量量。例如：质量检测器、体 积检测器、电导检测器和滴 定检测器等，此类检测器在 一般色谱分析中应用较少。 （1 1）按响应时间分类）按响应时间分类 微分型检测器显示某一 物理量随时间的变化随时间的变化，也即 它所显示的信号表示在给定 的时间里每一瞬时通过检测每一瞬时通过检测 器的量器的量。例如：热导检测器、 氢焰检测器、电子捕获检测 器和火焰光度检测器、等， 此类检测器为一般色谱分析 中的常用检测器。 （2）微分型检测器（1）积分型检测器 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 10/32 （1

5、）浓度型检测器 浓度型检测器测量 的是载气中组分浓度瞬间组分浓度瞬间 的变化的变化，也即检测器的响 应值取决于载气中组分的载气中组分的 浓度浓度。例如：热导检测器 和电子捕获检测器等。 （2）质量型检测器 质量型检测器测量的 是载气中所携带的样品组 分进入检测器的速度变化速度变化， 也即检测器的响应值取决 于单位时间组分进入检测单位时间组分进入检测 器的质量器的质量。例如：氢焰检 测器、火焰光度检测器、 热离子化检测器 （2 2）按响应特性分类）按响应特性分类 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 11/32 在检测过程中，被测物 质发生了不可逆变化不可逆变化（其分 子形式被破坏）。例如：氢 焰检

6、测器、火焰光度检测器、 热离子检测器。 （3 3）按样品变化情况分类）按样品变化情况分类 在检测过程中，被测物 质不发生不发生不可逆变化（仍保 持其分子形式）。例如：热 导检测器和电子捕获检测器。 （2）非破坏型检测器 （1）破坏型检测器 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 12/32 （1）多用型检测器 对许多种类物质许多种类物质都 有较大响应信号较大响应信号的检测器 称为多用型检测器。例如： 热导检测器和氢焰检测器 等属于多用型检测器。 （2）专用型检测器 仅对某些种类物质某些种类物质有 较大响应信号，而对其他 种类物质的响应信号很小响应信号很小 或几乎不响应几乎不响应的检测器则 称为专用型

7、检测器。例如： 电子捕获检测器、火焰光 度检测器等。 （4 4）按选择性能分类）按选择性能分类 有时也把上述分类法结合起来。例如：把热导检测器称为微分-浓 度-非破坏-多用型检测器，氢焰检测器称为微分微分-质量质量-破坏破坏-多用型多用型检测 器 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 13/32 1、灵敏度（S）系指单位量的物质通过检测器时所产生信号的大 小，亦称检测器对该物质的响应值。 2、检测限（D）又称敏感度，通常认为，产生色谱峰高两倍噪音两倍噪音 时的量为检测限量。 3、最小检出量（Qmin）又称最小检测量。 4、最小检出浓度（Cmin）又称最小检测浓度，为最小检出量与 进样量（体积或质量

8、）的比值比值。Cmin=Qmin/Q 5、线性范围系指其响应信号与被测物质浓度之间的关系成线性的 范围，以呈线性响应的样品浓度上下限之比值样品浓度上下限之比值来表示。 2.3 2.3 相关术语定义相关术语定义 3、FID基本工作原理 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 15/32 氢火焰离子化检测器以氢气和空气燃烧生成的火焰为电离源（如 图1），其工作原理图如图2所示，具体过程如下： FIDFID基本工作原理基本工作原理 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 16/32 （1）氢火焰离子化检测器拥有 两个电极，一个为极化极（或发射 极），用来喷射燃烧火焰，另一个为 收集极，在一定极化电压下用来收集

9、火焰中的离子。 （2）载气（氮气）携带有机化 合物CnHm和可燃气体（氢气），由 喷嘴喷出并进入火焰，有机化合物 CnHm在火焰裂解区发生裂解反应， 产生自由基自由基（次甲基），反应如下： CnHm CH （3）空气从四周向火焰聚集， 上述反应产生的自由基CH在火焰反 应区与空气中的激发态原子氧（或分 子氧）发生如下反应： CH + O CHO+e FIDFID基本工作原理基本工作原理 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 17/32 （4）生成的正离子CHO+ 与火焰中的水分子碰撞发生如下反应： CHO+H2O H3O+CO （H3O+：水合氢离子） （5）化学电离产生的正负离子在极化电压形成的

10、微电场定向作用 下分别向相反极性相反极性的电极运动，（正离子被负极收集、电子被征集捕获） 形成微电流（约10-610-14A）。 （6）在一定范围内，微电流大小与进入离子室的有机化合物质量 成正比，正因为如此，氢火焰离子化检测器归属于质量型检测器的一种。 有机化合物在火焰中的电离率很低电离率很低，大约只有1/500000碳原子被电离。 （7）收集极对微电流进行收集、输出，然后经高电阻放大获得可 测的电信号。 （8）电信号输出到记录仪，得到峰面积峰面积与有机化合物质量质量成正比 的色谱图。 FIDFID基本工作原理基本工作原理 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 18/32 （9）最后，氢火焰离子

11、化检测器根据色谱图对有机化合物进 行定性、定量分析。 只要载气流速、柱温等条件不变，气相色谱图则不变。载气纯 度越高、流速越小、柱温越低或固定相耐热性越好，气相色谱图的 基线越低；反之越高。 FIDFID基本工作原理基本工作原理 4、FID 主要特点 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 20/32 （1）氢火焰离子化检测器是一种典型的质量型检测器，测量的是气 相色谱载气中某组分的质量变化速度，响应值与单位时间内某组分进入响应值与单位时间内某组分进入 检测器的质量成正比检测器的质量成正比，峰面积与载气流无关。 （2）氢火焰离子化检测器对有机化合物具有很高的灵敏度，但对无无 机气体、水、二硫化碳、四

12、氯化碳机气体、水、二硫化碳、四氯化碳等含氢少或不含氢的化合物含氢少或不含氢的化合物灵敏度较 低，甚至不响应。 （3）氢火焰离子化检测器结构简单、性能优越、稳定可靠、操作方 便、响应迅速，因此经过40多年的发展，其结构仍无实质性的变化。 （4）氢火焰离子化检测器比浓度型检测器的灵敏度高出近3个数量 级，检测下限可达10-12g。 （5）氢火焰离子化检测器需要用到3种气体，作为载气的氮气（也 有使用氦气的）、作为可燃气体的氢气、作为助燃气体的空气。这3种气 体的流速和配比参数为：氮气：氢气：=1：（11.5），氢气：空气=1： 10。 FID FID 主要特点主要特点 5、FID 常见故障 及维护

13、 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 22/32 故障排除和解决方法内容比较多，以下是FID最常见的5种故障， 故障的解决方法不在此作详细的介绍。 5.1 5.1 常见故障常见故障 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 23/32 （1）更换或清洗碰嘴 在实验达到一定次数，仪器灵敏度降低、造成色谱噪声和尖峰信灵敏度降低、造成色谱噪声和尖峰信 号号时，更换或清洗。定期更换或清洗。 5.2 5.2 日常维护日常维护 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 24/32 （2）清洗收集极 在实验达到一定次数，仪器灵敏度降 低、造成色谱噪声和尖峰信号时，更换 或清洗。 （3）更换FID点火线圈 注意事项：注意事项：

14、 氢火焰离子化检测器使用的燃气是氢 气，如果打开了氢气流量，而色谱柱未 与检测器和进样口接头连接，氢气会流 入柱箱而引起爆炸。检测器接头必须始 终与色谱柱或堵头连接。 5.2 5.2 日常维护日常维护 6、气相色谱 FID 应用实例 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 26/32 GC5890F 南京科捷分析仪器有限公司 6.1 6.1 国产国产GC5890FGC5890F气相色谱仪气相色谱仪 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 27/32 （1）可直接接驳HP5890微型单丝热导检测器、氢火焰离子化检测器及相关 检测器控制板。 （2）独特的进样口设计，双柱补偿功能不仅解决升温带来的程序漂移，而且

15、 减去背景噪音的影响，可以得到更低的最小的检测限。 （3）可同时安装两种进样系统：填充柱、毛细管分流填充柱、毛细管分流/不分流进样系统不分流进样系统（具有 隔膜清扫功能）；可同时安装两种相同或不同的检测器可同时安装两种相同或不同的检测器：氢火焰离子化检测器 （）、热导检测器（）可选配自动手动气体六通进样阀进样器、 顶空进样器、热解析进样器、裂解炉进样器、甲烷转化炉。 6.1 6.1 国产国产GC5890FGC5890F气相色谱仪气相色谱仪 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 28/32 （4）检测器系统：火焰离子 检测器容易拆卸和安装，便于 清洁或更换喷嘴；高阻值单柱 热导检测器检测灵敏度高，基

16、 线稳定快（分钟即可稳 定）；输入信号可进行对数放 大，减少干扰，提高灵敏 度可选配TCD、ECD、NPD、 FPD。 6.1 6.1 国产国产GC5890FGC5890F气相色谱仪气相色谱仪 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 29/32 GC5890BX 便携式气相色谱仪 主要配置：FID、TCD、FPD、ECD、NPD、PDHID可选。 6.2 6.2 国产国产GC5890BXGC5890BX便携式气相色谱仪便携式气相色谱仪 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 30/32 主要特点：主要特点： 体积小、重量轻(6KG)、分析速度快，可在数十秒内分析几十种从 气体到高沸点的物质，安装氦离子化检

17、测器PDHID以后可以检测高纯气 体，最小检测浓度50PPb以上。 主要指标：主要指标： 温度范围：环境温度至250 升温速度：110/秒 FID检测器： 灵敏度：510-11g/s 线性范围：106 TCD热导检测器 敏感度：S3000mv.ml/mg(正十六烷/异幸烷)其中TCD 10000mv.ml/mg 基线噪音：20v 基线漂移：50v/30min 线性：105 6.2 6.2 国产国产GC5890BXGC5890BX便携式气相色谱仪便携式气相色谱仪 氢火焰离子化检测器/FID 介绍 31/32 应用范围：应用范围： 便携式气相色谱仪可广泛应用于： 1) 建筑装饰材料、家具释放的有毒、有害气体有毒、有害气体现场检测 2) 办公大楼