氫火焰離子化檢測器

    1958年Mewillan和Harley等分別研制成功氫火焰離子化檢側(cè)器（FID ），它是典型的破壞性、質(zhì)量型檢測器，是以氫氣和空氣燃燒生成的火焰為能源，當(dāng)有機(jī)化合物進(jìn)入以氫氣和氧氣燃燒的火焰，在高溫下產(chǎn)生化學(xué)電離，電離產(chǎn)生比基流高幾個數(shù)量級的離子，在高壓電場的定向作用下，形成離子流，微弱的離子流（10^-12～10^-8A）經(jīng)過高阻（10⁶～10¹¹Ω）放大，成為與進(jìn)入火焰的有機(jī)化合物量成正比的電信號，因此可以根據(jù)信號的大小對有機(jī)物進(jìn)行定量分析。

氫火焰檢測器由于結(jié)構(gòu)簡單、性能、穩(wěn)定可靠、操作方便，所以經(jīng)過40多年的發(fā)展，今天的FID結(jié)構(gòu)仍無實質(zhì)性的變化。

其主要特點是對幾乎所有揮發(fā)性的有機(jī)化合物均有響應(yīng)，對所有徑類化合物（碳數(shù)≥3）的相對響應(yīng)值幾乎相等，對含雜原子的烴類有機(jī)物中的同系物（碳數(shù)≥3）的相對響應(yīng)值也幾乎相等。這給化合物的定量帶來很大的方便，而且具有靈敏度高（10^-13～10^-10g/s），基流?。?/span>10^-14～10^-13A），線性范圍寬（10⁶～1⁰⁷），死體積?。?le;1µL），響應(yīng)快（1ms），可以和毛細(xì)管柱直接聯(lián)用，對氣體流速、壓力和很度變化不敏感等優(yōu)點，所以成為應(yīng)用zui廣泛的氣相色譜檢測器。

其主要缺點是需要三種氣源及其流速控制系統(tǒng)，尤其是對防爆有嚴(yán)格的要求。

氫火焰離子化檢測器的結(jié)構(gòu)

    氫火焰離子化檢測器（FID）由電離室和放大電路組成，分別如圖2-9(a)，(b)所示。

FID的電離室由金屬圓筒作外罩，底座中心有噴嘴;噴嘴附近有環(huán)狀金屬圈(極化極，又稱發(fā)射極)，上端有一個金屬圓簡(收集極)。兩者間加90～300V的直流電壓，形成電離電場加速電離的離子。收集極捕集的離子硫經(jīng)放大器的高組產(chǎn)生信號、放大后物送數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；燃燒氣、輔助氣和色譜柱由底座引入；燃燒氣及水蒸氣由外罩上方小孔逸出

雙FID檢測器點不著火的原因及解決辦法

雙FID檢測器，近日后FID點不著，前面的FID則一切正常，原本氫氣和空氣流量分別是40和450，后來把空氣流量降為350，可以點著，但第二天又點不著，現(xiàn)在每次點火都要往FID吹一口氣才可以點著，請問后面的FID噴嘴是否需要清洗了，還是需要更換。謝謝。 

FID/FPD點火問題（點火困難或點不著火）大體有以下幾種原因:
1、檢查氫氣、空氣類型對不對，有時候供氣商把氣體搞混了，點不著火，如果剛換了空氣或者氫氣就出現(xiàn)點火問題，可以懷疑是搞混了。如果使用氫氣發(fā)生器，把氫氣放空一段時間再點火。
2、檢查氣體流量設(shè)置，FID一般H2流量35-40ml/min,空氣為350-400ml/min,FPDH2流量75ml/min,空氣為100ml/min。
3、檢查柱子流量是否過大，工作站上載氣類型、柱子配置是否正確，柱子流速過大會吹滅火焰。
4、觀察尾吹氣流量（Makeup Flow）設(shè)置，FID一般尾吹氣流量和注流量之和大致等于30-35ml/min,FPD尾吹氣流量為60ml/min.尾吹氣流量過大會吹滅火焰。
5、等待檢測器溫度達(dá)到設(shè)定值并且穩(wěn)定一段時間后再點火。必要時去掉FPD的塑料廢氣管。
6、檢查柱子連接好了沒有，有沒有漏氣。
7、必要時關(guān)閉尾吹氣，等待火焰穩(wěn)定后再打開。
8、檢查工作站點火補(bǔ)償（Lit offset）設(shè)置，一般設(shè)置為2.0PA，設(shè)置過大而實際基線值低，會點火報警。
9、檢查FID信號桿彈簧是否與收集極接觸緊密。
10、清洗FID噴嘴。
11、必要時打開氫氣和空氣，用手工點火，觀察是否著火，如果確認(rèn)著火而沒有信號輸出，檢查FID信號桿彈簧是否與收集極接觸緊密。確認(rèn)連接緊密，仍然沒有信號，則可能是FID/FPD硬件故障。

氮火焰離子化檢測器晌應(yīng)機(jī)理

FID的工作原理是以氫氣在空氣中燃燒為能源，載氣（N₂）攜帶被分析組分和可燃?xì)猓?/span>H₂）從噴嘴進(jìn)入檢側(cè)器，助然氣(空氣)從四周導(dǎo)人，被側(cè)組分在火焰中被解離成正負(fù)離離子，在極化電壓形成的電場中，正負(fù)離子向各自相反的電極移動，形成的離子流被收集極收、輸出，經(jīng)阻抗轉(zhuǎn)化，放大器（放大10⁷～10¹⁰倍）便獲得可測量的電信號，FID離子化的機(jī)理近年才明朗化，但對烴類和非烴類其機(jī)理是不同的。

對烴類化合物而言：在火焰內(nèi)燃燒的碳氮化合物中的每一個碳原子均定里轉(zhuǎn)化成zui基本的、共同的響應(yīng)單位——甲烷，再經(jīng)過下面的反應(yīng)過程與空氣中氧反應(yīng)生成CHO⁺正離子和電子。

CH＋O→CHO⁺＋e

所以，FID對烴是登碳響應(yīng)，這是zui主要的反應(yīng)，成為電荷傳送的主要介質(zhì)。在電場作用下，正離子和電子e分別向收集極和發(fā)射極移動，形成離子流，但在碳原子中產(chǎn)生CH的概率僅有1/10⁶，因此提高離子化效率是提高FID靈敏度zui有效的途徑，目前仍然有不少關(guān)于這方面的研究和報道。

對非烴類化合物，其響應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜，隨所含官能團(tuán)的不同而異，基本規(guī)律是不與雜原子相連的碳原子均轉(zhuǎn)化成甲烷。雜原子及其相連的碳原子（C_雜）的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物見表2-8。

表2-8 非烴類有機(jī)物在FID火焰中的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物

由于雜原子可能進(jìn)一步與C轉(zhuǎn)生成氫火焰檢測器不響應(yīng)的CO、HCN，因此按相對質(zhì)量響應(yīng)值計，這些化合物的RRF值都很低，不符合等碳響應(yīng)規(guī)律。

FID的靈敏度和穩(wěn)定性主要取決于，②如何提高有機(jī)物在火焰中離子化的效率，②如何提高收集極對離子收集的效率。離子化的效率取決于火焰的溫度、形狀、噴嘴的材料、孔徑；載氣、氫氣、空氣的流量比等。離子收集的效率則與收集極的形狀、極化電壓、電極性、發(fā)射極與收集極之間距離等參數(shù)有關(guān)。一個好的檢測器的結(jié)構(gòu)設(shè)計是綜合考慮以上各種因素，所以使用者在拆裝清洗時必須按說明書要求，尤其是安裝尺寸方面，嚴(yán)禁收集極、極化極、噴嘴與外殼短路，要求其絕緣電阻值大于1014Ω。另外，要求極化極必須在噴嘴出口平面中心，不適宜在火焰上，否則會造成嗓聲增加；也不宜過低，極化極低于噴嘴，離子收集的效率會降低，檢測器的靈敏度相應(yīng)也降低。噴嘴通常采用內(nèi)徑0.4～0.6mm的金屬或石英制成，但靈敏度高的儀器在噴嘴的選擇上也有嚴(yán)格的要求。例如美國Agilent公司對FID的噴嘴就有六種型號供不同情況選用。美國Varian公司近年對FID進(jìn)行改進(jìn)、采用加金屬帽的陶瓷噴嘴代替標(biāo)準(zhǔn)的金屬噴嘴。除了能有效消除高溫時金屬對化合物的吸附造成色譜峰拖尾改善分辨率外，還能降低嗓聲，提高儀器靈敏度。這項改進(jìn)已獲美國（USP.4999162）。

氫火焰離子化檢測器的操作條件

    火焰溫度，離子化程度和收集效率都與載氣、氫氣、空氣的流量和相對比值有關(guān)。其影響如下所述。

氫氣流速的影響

    氫氣作為燃燒氣與氮氣(載氣)預(yù)混合后進(jìn)入噴嘴當(dāng)?shù)獨饬魉俟潭〞r，隨著氫氣流速的蹭加，輸出信號也隨之增加，并達(dá)到一個zui大值后迅速下降。如圖2-10所示。由圖可見：通常氫氣的*流速為40～60mL/min。有時是氫氣作為載氣，氮氣作為補(bǔ)充氣，其效果是一樣的。

氮氣流速的影響

在我國多用N₂作載氣，H₂作為柱后吹掃氣進(jìn)入檢測器，對不同k值的化合物，氮氣流速在一定范圍增加時，其響應(yīng)值也增加，在30mL/min左右達(dá)到一個zui大值而后迅速下降，如圖2-11所示。這是由于氮氣流量小時，減少了火焰中的傳導(dǎo)作用，導(dǎo)致火焰溫度降低，從而減少電離效率，使響應(yīng)降低；而氮氣流量太大時，火焰因受高線速氣流的干擾而燃燒不穩(wěn)定，不僅使電離效率和收集效率降低，導(dǎo)致響應(yīng)降低，同時噪聲也會因火焰不穩(wěn)定而響應(yīng)增加。所以氮氣一般采用流量在30mL/min左右，檢測器可以得到較好的靈敏度。在用H₂作載氣時，N₂作為柱后吹掃氣與H₂預(yù)混合后進(jìn)入噴嘴，其效果也是一樣的。

此外氮氣和氫氣的體積比不一樣時，火焰燃燒的效果也不相同，因而直接影響FID的響應(yīng)。從圖2-12可知N2∶H2的*流量比為1～1.5。也有文獻(xiàn)報道，在補(bǔ)充氣中加一定比例NH₃，可增加FID的靈敏度。

空氣流速的影響

    空氣是助燃?xì)?，為生?/span>CHO⁺提供認(rèn)O₂。同時還是燃燒生成的H₂O和CO₂的清掃氣?？諝饬髁客缺ＷC*燃燒所需要的量大許多，這是由于大流量的空氣在噴嘴周圍形成快速均勻流場。可減少峰的拖尾和記憶效應(yīng)。其影響如圖2-13所示。

由圖2-13可知空氣*流速需大于300mL/min，一般采用空氣與氫氣該量比為1∶10左右。由于不同廠家不同型號的色譜儀配置的FID其噴口的內(nèi)徑不相同，其氫氣、氮氣和空氣的*流量也不相同，可以參考說明書進(jìn)行調(diào)節(jié)，但其原理是相同的。

檢測器勝度的影響

增加FID的溫度會同時增大響應(yīng)和噪聲；相對其他檢測器而言，FID的溫度不是主要的影響因素，一般將檢測器的溫度設(shè)定比柱溫稍高一些，以保證樣品在FID內(nèi)不冷凝；此外FID溫度不可低于100℃，以免水蒸氣在離子室冷凝，導(dǎo)致離子室內(nèi)電絕緣下降，引起噪聲驟增；所以FID停機(jī)時必須在100℃以上滅火（通常是先停H₂，后停FID檢測器的加熱電流），這是FID檢測器使用時必須嚴(yán)格遵守的操作。

氣體純度

從FID檢測器本身性能來講，在常量分析時，要求氫氣、氮氣、空氣的純度為99.9％以上即可，但是在痕量分析時，則要求純度高于99.999％，尤其空氣的總烴要低于0.1µL/L，否則會造成FID的噪聲和基線漂移，影響定量分析。

氫火焰離子化檢測器選擇性的改進(jìn)

    FID對烴類化合物有很高的靈敏度和選擇性，一直作為烴類化合物的檢測器。近年來在FID的基礎(chǔ)上發(fā)展了幾種新型的氫火焰離子化檢測器，具有新的選擇性；富氫FID（用于選擇性檢測無機(jī)氣體和鹵代烴）；氫保護(hù)氣氛火焰離子化檢測器（簡稱HAFID，用于選擇性檢測有機(jī)金屬化合物、硅化合物）；氧專一性火焰離子化檢測器（簡稱OFID，用于選擇性檢測含氧化合物）。

相對響應(yīng)值

    幾乎所有揮發(fā)性的有機(jī)物在FID都有響應(yīng)，尤其同類化合物的相對喻應(yīng)值都很接近，一般不用校正因子就可以直接定量，而含不同雜原子的化合物彼此相對響應(yīng)值相差很大，定量時必須采用校正因子。

與TCD不同的是：FID相對響應(yīng)值與FID的結(jié)構(gòu)、操作壓力、載氣、燃?xì)馀c輔助氣的流速都有關(guān)，所以引用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)時一定要注意試驗條件是否一致。zui可靠的方法是自己測定相應(yīng)的校正因子。