氢火焰离子化检测器上课讲义.ppt

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1、氢火焰离子化检测器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

2、，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

3、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

4、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

5、，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HXFID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

6、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。由于氮气流量小时，减少了火焰中的传导作用，

7、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。由图可知N2∶H2的最佳流量比为1～1.5。也有文献报道，在补充气中加一定比例NH3，可增加F

8、ID的灵敏度。空气流速影响空气是助燃气，为生成CHO+提供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。其影响如图所示。由左图可知空气最佳流速需大于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、氮气和空气的最佳流量也不相同，可以