氢火焰离子化检测器

氢火焰离子化检测器FID检测器的初步认识FID检测器的结构及工作原理FID检测器的操作条件FID检测器的改进FID检测器的初步认识

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（10-12～10-8A）经过高阻（106～1011Ω）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均有响应，对所有烃类化合物（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（10-13～10-10g/s），基流小（10-14～10-13A），线性范围宽（106～107），死体积小（≤1µL），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。缺点是需要三种气源及流速控制系统，对防爆系统有严格要求。FID检测器的结构及工作原理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90～300V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。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)从四周导入，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107～1010倍）便获得可测量的电信号，FID离子化的机理近年才明朗化，但对烃类和非烃类其机理是不同的。对烃类化合物而言：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——甲烷，再经过面的反应过程与空气中氧反应生成CHO+正离子和电子。

CH＋O→CHO+＋e所以，FID对烃是等碳响应，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的碳原子均转化成甲烷。杂原子及其相连的碳原子（C杂）转化为其他相应产物。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，这些化合物的不符合等碳响应规律。化合物碳原子转化物C杂及杂原子转化物醇、醛、酮、酯CH4CH4或CO胺CH4CH4或HCN卤化物CH4CH4或HX

FID的灵敏度和稳定性主要取决于1、如何提高有机物在火焰中离子化的效率。2、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。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。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。如右图所示。由图可见：通常氢气的最佳流速为40～60mL/min。有时是氢气作为载气，氮气作为补充气，其效果是一样的。氮气流速影响在我国多用N2作载气，H2作为柱后吹扫气进入检测器，对不同化合物，氮气流速在一定范围增加时，其响应值也不同，在30mL/min左右达到一个最大值而后迅速下降。由于理氮气愉流量诸小时夜，减绑少了差火焰颠中的舟传导吴作用病，导拒致火仍焰温奸度降僻低，身从而改减少秤电离却效率畏，使矛响应蕉降低箩；而纷氮气占流量色太大胀时，萝火焰谷因受趋高线愉速气影流的扮干扰游而燃隶烧不公稳定鸡，不污仅使柜电离话效率油和收内集效歼率降两低，斤导致赴响应统降低蛇，同品时噪洲声也挥会因观火焰李不稳瓣定而愁响应腔增加惯。所炮以氮栗气一坑般采旨用流曾量在30给mL科/m惕in左右糠，检铜测器词可以补得到因较好炭的灵束敏度哀。在部用H2作载国气时斑，N2作为暗柱后润吹扫毯气与H2预混蓄合后令进入县喷嘴少，其价效果跟也是朱一样霸的。此外魂氮气吧和氢红气的弹体积佛比不旧一样叠时，兰火焰苏燃烧值的效亡果也南不相味同，泉因而嚷直接待影响FI吴D的响缴应。晃由图阶可知N2∶H2的最姨佳流振量比窝为1～1.源5。也鼻有文泊献报利道，牵在补仓充气振中加风一定娱比例NH已3，可吊增加FI绳D的灵光敏度含。空气誓流速虹影响空气征是助纠燃气刻，为海生成CH会O+提供O2。同酿时还蒸是燃胸烧生共成的H2筛O和CO蚁2的清茎扫气糟。空兽气流脱量往墙往比尝保证毛完全脱燃烧请所需黎要的茶量大偶许多屠，这醒是由鹊于大省流量勾的空党气在众喷嘴让周围比形成钱快速享均匀亲流场许。可倾减少美峰的递拖尾龙和记聚忆效鲜应。骆其影陆响如援图所奋示。由左崇图可或知空酒气最掌佳流牺速需超大于30洽0m肠L/蠢mi鹅n，一即般采膜用空匀气与昌氢气谱该量泥比为1∶10左右悉。由戏于不乒同厂仅家不久同型撤号的毒色谱俘仪配考置的FI殊D其喷福口的冒内径药不相朵同，爱其氢转气、甚氮气担和空仔气的份最佳产流量恢也不男相同眉，可邀以参仁考说叠明书绵进行林调节璃，但吉其原掀理是行相同委的。气体叫纯度从FI返D检测串器本炭身性撒能来泳讲，敌在常挺量分斧析时医，要粮求氢滑气、缩慧氮气弯、空渔气的素纯度逼为99喷.9％以滔上即悟可，惹但是蜘在痕妻量分物析时虾，则碌要求械纯度乎高于99捆.9昼99％，宜尤其组空气圣的总驼烃要锁低于0.筹1µ烛L/血L，否牌则会钟造成FI僻D的噪安声和历基线帆漂移说，影偷响定耐量分配析。温度增加FI厨D的温腾度会抖同时拨增大赌响应鸡和噪赌声；闻相对倚其他堵检测手器而哀言，FI纲D的温勺度不涉是主饲要的搭影响西因素早，一胜般将痰检测沃器的打温度坟设定丛比柱手温稍校高一边些，方以保要证样渐品在FI擦D内不孙冷凝僚；此城外FI康D温度下不可盾低于10闲0℃，以女免水跃蒸气雨在离抹子室锯冷凝学，导颂致离李子室混内电眨绝缘懂下降沃，引乡丰起噪醒声骤脚增；印所以FI垫D停机败时必型须在10屿0℃以上过灭火丈（通浆常是扑先停H2，后剪停FI堡D检测变器的勇加热咸电流输），哗这是FI滚D检测熔器使伯用时辣必须斩严格德遵守蝇的操兄作。氢火定焰离免子化戒检测氧器选玻择性伞的改倒进FI堵D对烃赴类化碍合物攀有很渗高的速灵敏柄度和扬选择旷性，素一直丸作为疏烃类隔化合萌物的症专用任检测醒器。粘近年包来在FI应D的基亲础上砖发展六了几容种新盖型的旺氢火卡焰离摧子化破检测贴器，邻具有阶新的获选择虑性；术富氢FI圈D（用塘于选然择性赛检测壶无机击气体祥和卤扶代烃躲）；进氢保盈护气困氛火析焰离税子化智检测蛛器（施简称HA深FI画D，用妙于选阳择性墙检测古有机油金属寄化合照物、细硅化档合物猜）；系氧专因一性玻火焰晕离子占化检缘瑞测器怠（简轮称OF樱ID，用惭于选痛择性肝检测缝含氧惜化合丈物）