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安捷伦FID检测器_氢火焰离子化检测器_ 氢火焰检测器原理【专题】


发布日期:[2018-12-11] 共阅[299]次

 安捷伦FID检测器_氢火焰离子化检测器_ 氢火焰检测器原理【专题】

什么是氢火焰离子化检测器

氢火焰离子化检测器简称氢火焰检测器,又称火焰离子化检测器(FID: flame ionization detector)。是用于检验氢火焰离子化的机器。

氢火焰离子化检测器图片

2、安捷伦FID检测器原理:

利用氢火焰作为电离源,当待测气体通过离子室时,在能源的作用下分子直接或间接被离子化,并且在电场内定向运动形成电流,利用电子放大系统测定离子流的强度,即可得到被测物质变化信号。

氢火焰离子化检测器是使样品和载气通过燃烧的氢气-空气火焰,以氢火焰生成的热量为能源,进入检测器的载气中的有机杂质和流失的固定液发生化学电离(载气本身不发生电离),生成正、负离子和电子。在电场的作用下,正离子移向收集极(负极),负离子和电子移向极化极(正极),形成微电流,经放大器放大后产生信号,即为基线。通过基线调零,当分离后的组分进入检测器时,氢火焰中因增加了组分电离的正、负离子和电子,而产生了组分信号。该信号的大小与进入检测器中该组分的质量成正比,这就是FID的定量依据。

 (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在火焰热裂解区发生裂解反应,产生自由基,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-    

(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    

(5)化学电离产生的正负离子在极化电压形成的微电场定向作用下分别向相反极性的电极运动,形成微电流(约10-6~10-14A)。    

(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,大约只有1/500000的碳原子被电离。    

(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,得到峰面积与有机化合物质量成正比的色谱图。    

(9)最后,氢火焰离子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。

氢火焰离子化检测器

3、氢火焰检测器特点:

(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,但对无机气体、水、二硫化碳、四氯化碳等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、性能优异、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,作为可燃气体的氢气,作为助燃气的空气。这3种气体的流速和配比参数为:氮气∶氢气=1∶(1~1.5),氢气∶空气=1∶10。

氢火焰离子化检测器

4、氢火焰离子化检测器结构:

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,分别如下图,(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 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。

5、安捷伦FID检测器操作条件:

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:通常氢气的更好流速为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。

 

氢火焰离子化检测器
 


  氮气流速的影响
  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2-11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/min左右,检测器可以得到较好的灵敏度。在用H2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2-12可知N2∶H2的更佳流量比为1~1.5。也有文献报道,在补充气中加一定比例NH3,可增加FID的灵敏度。

安捷伦FID检测器
 


  空气流速的影响
  空气是助燃气,为生成CHO+提供认O2。同时还是燃烧生成的H2O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。

安捷伦FID检测器

由图2-13可知空气更好流速需大于300mL/min,一般采用空气与氢气该量比为1∶10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、氮气和空气的更好流量也不相同,可以参考说明书进行调节,但其原理是相同的。
  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内不冷凝;此外FID温度不可低于100℃,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FID停机时必须在100℃以上灭火(通常是先停H2,后停FID检测器的加热电流),这是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
  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,一般不用校正因子就可以直接定量,而含不同杂原子的化合物彼此相对响应值相差很大,定量时必须采用校正因子。
  与TCD不同的是:FID相对响应值与FID的结构、操作压力、载气、燃气与辅助气的流速都有关,所以引用文献数据时一定要注意试验条件是否一致。最可靠的方法是自己测定相应的校正因子。

6、氢火焰离子化检测器操作步骤:

 (1)拧开各气体总压开关(逆时针旋转为开) ,旋转各调节阀,使各压力表 指示在 0.3~0.4 MPa(顺时针旋转为开) 。

  (2) 通入载气 2) 将载气流量调至 20~30ml/min (N , (载气压力表 1: 0.05MPa; 。 载气压力表 2:0.03 MPa)

   (3)通载气约 10min 后 (若长期停机后重新启动操作时, 通载气 15min 以上) , 开启色谱仪电源总开关,设置所需柱箱、汽化、检测器 2 的工作温度。 柱箱温度必须低于色谱柱固定相最高使用温度(不锈钢色谱柱的使用温 度≤230℃, 毛细管色谱柱的使用温度≤300℃) 汽化室和检测器温度必须 , 高于 100℃(若无高沸点的组分一般设置 150℃) ,设置好后按运行键即 可升温。

 (4)将“灵敏度选择”置于 2 档,讯号衰减开关置于 1 档。打开微电流放大器 开关,旋转零位调节电位器,使基线在零位附近(在此之前应打开计算 机,进入 1 通道界面) 。

 (5)旋转空气流量调节阀,将空气流量调至 200~300 MPa(空气压力表指示 在 0.02~0.03 MPa,一般调至 0.03 MPa)待检测器温度升到 100℃时,即 可打开 H2,并旋转 H2 调节阀到压力表指示 0.02 MPa 附近,打开 H2 点 火开关阀,用电子点火装置在 FID 检测器出口处点火,点燃后关闭 H2 点 火开关阀。

 (6)待基流稳定后,准备进样(一般进样量为 0.4~0.5ml),进样后立即按下 带有“A”字样的按扭,此时开始采样。

 (7)当所有测试完毕停机时,必须先将 H2 开关阀关闭,再将微电流放大器 开关关闭,退出升温开始降温,待柱箱温度降至室温,汽化和检测器温 度降至 70℃以下时,关闭载气、空气、H2 和色谱仪电源总开关。

安捷伦FID检测器

7、安捷伦FID检测器配件:

      点火器点活塞组件(1个/包装) 
      FID收集极组件(1个/包装) 
      专用毛细柱喷嘴(0.29mm内径) 
      喷嘴用于毛细管柱(0.29mm喷嘴内径) 
      喷嘴用于填充柱(0.46mm喷嘴内径) 
      FID清洁工具包(1个/包装) 

氢火焰检测器

8、FID检测器要如何清洗?

当气相色谱仪的FID的喷嘴儿和检测器中出现了少许的沉淀物的时候,你就要及时的对它进行清洗,这比要换个新的来说是个更好的选择。当气相色谱仪的FID喷嘴儿不是很脏的时候,可以不用拆下清洗,只要把色谱柱取出来就行,用一个管子把进样口和检测器连起来,通过载气将恒温箱的温度升到120摄氏度以上。然后再从进样口里面注入20μL左右的蒸馏水,最后再用几十微升的乙醇或者氟利昂113溶剂来进行洗涤。
但是如果它污染严重的话,就必须要把它拆下检测器来进行清洗。第一步要拆下收集极、极化极、喷嘴儿,如果喷嘴儿的材料是石英做成的,要先把它放在水里浸泡一夜;如果喷嘴儿的材料是不锈钢做成的,那它就可以和电极一起,但是先要用300号至400号的细砂纸小心打磨,用专用的清洗细金属丝从喷嘴儿的顶部穿入,重复插入拉出多次,直到金属丝可以光滑的移动才行。最后再用适量的溶剂浸泡。
还有最重要的一点是清洗后的气相色谱仪的各个部件,不可以用手拿,只可以用镊子。最后装配的时候也必须要小心,若是不小心的话很可能会再次污染。

9、FID检测器点火问题

注意看信号,在开始点火时,信号有起来没有?如果有起来,然后又慢慢变为零了,就说明你已经点起了,但又熄了。方法有很多种:
1、设置氢气和空气的比例,软件上设置,设置尾吹气的流量,我用的安捷伦的,5ml/min就OK了。
2、有可能被堵了。可以在不点火的时候把氢气和空气的流量调大点,让它吹1个小时。
3、打火石需要更换了。就直接用打火机在你图上红色的位置直接像煤气灶一样点就OK了。
4、氢气和空气的流量是否稳定?不稳定的话就要检查是否有泄露了。

氢火焰检测器

转载于瑞析科技www。hz-rush。com

 
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