操作條件對氣相色譜儀輸出信號的影響
2021-02-17 09:10:57來源：admin
氫火焰離子化檢測器（FID）以氫氣和空氣燃燒生成火焰為能源，當有機化合物進入火焰時，由于離子化反應，生成比基流高幾個數量級的離子，在電場作用下，這些帶正電荷的離子和電子分別向負極和正極移動，形成離子流:此離子流經放大器放大后，可被檢測。產生的離子流與進入火焰的有機物含量成正比，利用此原理可進行有機物的定量分析。
FID是高靈敏度的通用檢測器，靈敏度可達10-12~10-13s，它對載氣流速的波動不敏感，載氣流速在一定范圍內波動，峰面積幾乎不變:線性范圍可高107，又由于FID結構簡單，死體積可以小于1μL，響應時間僅1ms，所以不僅可以與填充柱聯用，而且也可以直接與毛細管柱聯用；它對能在火焰中燃燒電離的化合物都有響應，對同系物的相對響應幾乎相同，這給定量帶來極大的方便。因此成為使用最為廣泛的氣相色譜檢測器。
一、氫火焰離子化檢測器的結構
氫火焰離子化檢測器由氫火焰電離室和放大器組成。
FID的電離室由金屬圓筒作為外殼，內裝有噴嘴，噴嘴附近有一個環(huán)狀金屬環(huán)極化極（又稱發(fā)射極），上端有一金屬圓筒（收集極），兩者與90~300V的直流高壓相連，形成電離電場。收集極捕集的離子流經放大器的高阻產生信號，放大后輸送到記錄器或數據處理系統(tǒng)。電離室金屬圓簡外殼頂部有孔，燃燒后的廢氣及水蒸氣由此逸出。
標準FID的噴嘴用金屬制成，內徑約0.5mm。發(fā)射極、收集極與電離室的金屬殼絕緣電阻值應在1014Ω以上。引線需用屏蔽電纜，金屬外殼接地。收集極的形狀與發(fā)射極的距離、噴嘴內徑的大小等對檢測器的靈敏度均有影響。通常收集極為內徑10mm、長20mm的金屬圓筒，電極距離為5mm左右；為了降低熱離子產生的噪聲，以發(fā)射極為正極更好，不點火時基線應平穩(wěn)。
美國 Varian公司曾對FID進行了改進，使用加金屬帽的陶瓷噴嘴代替標準的金屬噴嘴，除有效地消除拖尾，改善分辨率外，還能降低噪聲，提高儀器靈敏度。這項改進技術獲得了美國專利。
二、氫火焰離子化檢測器（FID）原理
FID是以H2在空氣中燃燒所生成的熱量為能源，組分燃燒時生成離子，在電場作用下形成離子流。組分在火焰中生成離子的機理至今仍不十分清楚。早先認為是熱致電離:；現在化學電離機理為更多的人所接受。人們認為:在火焰中燃燒的碳氫化合物先裂解成CH·、CH2·然后與氧進行反應生成CHO+、CH2OH+、COOH+、C2OOH+、COO+、CHO2等離子和電子，火焰中的水蒸氣與CHO+碰撞產生H3O+。
在電場作用下，CHO+、H3O+等正離子與負電子e分別向收集極和發(fā)射極移動，形成離子流，經阻抗轉化，放大器放大（放大107~1010倍）便獲得可測量的色譜信號。這種離子化效率很低，一般在0.01％~0.05％，因此提高離子化效率是提高FID靈敏度的最有效途徑。上述化學電離機理對非烴類組分的離解，還不能作確切的解釋。
三、操作條件對氣相色譜儀輸出信號的影響
有機化合物在FID產生的輸出信號不僅受離子頭結構的影響，還受氫氣、空氣、氮氣檢測器溫度等操作條件的影響。
1.氫氣流速的影響
氫氣作為燃燒氣與載氣混合后進入噴嘴燃燒，當載氣中有機化合物含量不變，通常氫氣的最佳流速為40-60ml/min。
2.空氣流速的影響
空氣是助然氣、為生成CHO+提供O2，同時還是燃燒產物H2O和CO2的清掃氣。空氣的最佳流速須大于300 ml/min，和空氣與氫氣量的比約為10。
3.氮氣流速的影響
在我國多用N2或H2作載氣（用H2作載氣時，N2作色譜柱后的吹掃氣進入FID）
進入FID的N2與H2的體積比及N2流速對輸出信號是有影響的。N2與H2的最佳比為1~1.5及相應的N2最佳流速。有文獻報道，加一定比例的NH3，可增加輸出信號。
4.檢測器溫度的影響
增加FID的溫度，會增大輸出信號和噪聲。相對而言，FID的溫度不是主要的影響因素。一般是將檢測器的溫度比柱溫設定稍高些，以保證樣品在FID中不冷凝，但FID的溫度可低于100℃，以免水蒸氣在離子室內冷凝。
四、相對響應值
幾乎所有的有機化合物在FID上都有輸出信號。對于烴類化合物，由于其相對響應值都很接近（許多情況下可不用相對響應值，但甲烷與苯除外），且線性范圍高達107，所以用FID對烴類化合物進行定量分析十分方便。對于含氧、硫、氮、鹵素等雜原子化合物，因為相對響應值相差很大，進行定量分析時就必須用相對響應值作峰面積定量校正。
對于不能形成CH*、CH2*、CH3*等自由基的物質，在FID上無輸出信號，在實際分析過程中，最常使用CS2和N2選作樣品的萃取劑或稀釋劑。
五、新型氫火焰離子化檢測器
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專用檢測器。近年來在FID的基礎上發(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氣體和鹵代烴）:氫保護氣氛火焰離子化檢測器（簡稱HAFD，用于選擇性檢測有機金屬化合物、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）堿鹽火焰離子化檢測器（簡稱AFID，用于選擇性地檢測含氮、磷、硫、鹵素的有機化合物）。
