氢火焰离子化检测器详细介绍包括原理等超详细!!!

1、氢火焰离子化检测器详细介绍 （包括原理等超详细！!）作者：日期：195 8年Mewi 1 lan和Hari e y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（1 01210-8A）经过高阻（IO,10 11 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、毛I定可靠、操作方便，所以经过4。

2、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，对含杂原子的烧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（10-1310-1Og/s），基流小（10-1410%）,线性范围宽（1061 07），死体积小（W1匹），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（

3、FI D ）由电离室和放大电路组成，分别如图2-9 （a） ,（b ）所示。FID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9030 0 V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统； 燃烧气、辅助气和色谱柱由底座引入；燃烧气及水蒸气由外罩上方小孔逸出。氮火焰离子化检测器晌应机理F I D的工作原理是以氢气在空气中燃烧为能源，载气（N 2）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

4、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离子化的机理近年才明朗化，但对煌类和非煌类其机理是不同的。对煌类化合物而言：在火焰内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、共同的响应单位一一甲烷，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。C H+O-CHO + + e所以，FID对煌是登碳响应，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1/101因此

5、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。对非煌类化合物，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非煌类有机物在FI D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C H4CH4 或 CO胺CH4CH4 或 HC N卤化物C H4CH 4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。FI D的灵敏度和稳定性主要取决于，

6、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1014 0。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。喷嘴通常采用内径0.4-0 .6mm

7、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Agilent公司对FI D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、采用加金属帽的陶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.49 9 91 6 2）。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

8、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。>£才策王V® 电流速对F1D响应弛影响氮气流速的影响在我国多用N 2作载气，H2作为柱后吹扫气进入检测器，对不同k值的化合物，氮气流速在一定范围增加时，其响应值也增加，在 30mL/min左右达到一个最大值而后迅速下降，如图2 -1 1所示。这是由于氮气流量小时，减少了火焰中的传导作用，导致火焰温度降低，从而减 少电离效率，使响应降低；而氮气流量太大时，火焰因受高线速气流的干扰而燃烧不稳定，不仅使电离效率

9、和收集效率降低，导致响应降低，同时噪声也会因火焰不稳定而响应增加。所 以氮气一般采用流量在30mL/ mi n左右，检测器可以得到较好白勺灵敏度。在用 H 2作载气时,N2作为柱后吹扫气与 H2预混合后进入喷嘴，其效果也是一样的。此外氮气和氢气的体积比不一样时，火焰燃烧的效果也不相同，因而直接影响 FID的响 应。从图2-1 2可知N2 : H2的最佳流量比为 11.5。也有文献报道，在补充气中加一定比 例NH3,可增力口尸ID的灵敏度。用放，流通力mUm】m6中交x>w怅£1540M35 鼠气施il AmlAnm)网&IP Nt/il/比对FIB.麻值的量.612-1

10、1微气湿量对F1I1晌闻值的黑啊空气流速的影响空气是助燃气，为生成CHO卡提供认02。同时还是燃烧生成的 H2。和CO2的清扫气。 空气流量往往比保证完全燃烧所需要的量大许多，这是由于大流量的空气在喷嘴周围形成快速均匀流场。可减少峰的拖尾和记忆效应。其影响如图2-13所示。由图2 1 3可知空气最佳流速需大于300mL/min, 一般采用空气与氢气该量比为1 ： 1 0左右。由于不同厂家不同型号的色谱仪配置的FID其喷口的内径不相同，其氢气、氮气和空气的最佳流量也不相同，可以参考说明书进行调节，但其原理是相同的。萨上互«Mi ： Sthnl/rrun疝布丽曲风空气赢512-13空气流

11、速对IHD响应值的影啕检测器胜度的影响增加F ID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内不冷凝；此外FID温度不可低于1 0 0C ,以免水蒸气在离子室冷凝，导致离子室内电绝缘下降，引起噪声骤增;所以FI D停机时必'须在1 0 0 C以上灭火（通常是先停H 2,后停F ID检测器的加热电 流）,这是FI D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 9 9 .999%,尤其空气的总煌要低于 0.1此/L,否 则会造成F ID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对烧类化合物有很高的灵敏度和选择性，一直作为煌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燃）；氢保护气氛火焰离子化检测器 （简称HA F I D ,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OFI D ,用于选择性检 测含氧化合物）。相