氢火焰离子化检测器

检验氢火焰离子化的机器

氢火焰离子化检测器简称氢焰检测器，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。

检测器

(2) 对有机化合物具有很高的灵敏度；

(3) 无机气体（如N2、CO2、O2）、水、四氯化碳等含氢少或不含氢的物质灵敏度低或不响应；

(4) 氢焰检测器具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响应迅速等特点；

(5) 比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级，检测下限可达10-12g·g-1。

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的量成正比的电信号，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，FID结构无实质性的变化。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、压力和温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之一。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（FID）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。收集极捕集的离子流经放大器的高阻产生信号、放大后输送至数据采集系统；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

结构

(1) 在发射极和收集极之间加有一定的直流电压（100—300V）构成一个外加电场。

(2) 氢焰检测器需要用到三种气体：

N2 ：载气携带试样组分；

H2 ：为燃气；

空气：助燃气。

使用时需要调整三者的比例关系，检测器灵敏度达到最佳。

一般根据分离及分析速度的需要选择载气（氮气）的流量，选择氢气的流量使氢气流量与氮气流量比为1:1到1:1.4。在最佳氢、氮流量比时，检测器的灵敏度高，稳定性好。当空气流量很小时，检测器的灵敏度较低，随着空气流量的提高，检测器的灵敏度提高，但空气流量高于某一数值后，提高空气的流量对检测器的灵敏度已没有明显影响。一般选择空气的流量为氢气流量8倍以上。

原理

(1)当含有机物 CnHm的载气由喷嘴喷出进入火焰时，在C层发生裂解反应产生自由基：

CnHm ──→ · CH

(2)产生的自由基在D层火焰中与外面扩散进来的激发态原子氧或分子氧发生如下反应：

· CH + O ──→CHO+ + e

(3)生成的正离子CHO+ 与火焰中大量水分子碰撞而发生分子离子反应：

CHO+ + H2O ──→H3O+ + CO

(4)化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用下分别向两极定向运动而产生微电流（约10-6～10-14A）；

(5) 在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测组分质量成正比，所以氢焰检测器是质量型检测器。

(6) 组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原子被电离。

(7)离子电流信号输出到记录仪，得到峰面积与组分质量成正比的色谱流出曲线

性能特征

FID的特点是灵敏度高，比TCD的灵敏度高约1000倍；检出限低，可达到10~12g/s；线性范围宽，可达10~7；FID结构简单，死体积一般小于1uL，响应时间仅为1ms，既可以与填充柱联用，也可以直接与毛细管柱联用；FID对能在火焰中燃烧电离的有机化合物都有响应，可以直接进行定量分析，是应用最为广泛的气相色谱检测器之一。FID的主要缺点是不能检测永久性气体、水、一氧化碳、二氧化碳、氮的氧化物、硫化氢等物质。

影响因素

气体流量

包括载气，氢气和空气的流量。

极化电压

正常极化电压选择在100～300V范围内。

使用温度

与热导检测器不同，氢焰检测器的温度不是主要影响因素，从80~200摄氏度，灵敏度几乎相同，在80摄氏度以下，灵敏度显著下降，这是由于水蒸气冷凝造成的。

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