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1、 氢火焰离子化检测器 FID 介绍 预警监测事业部邱东东2014 04 25 内容简介 氢火焰离子化检测器 FID介绍 2 32 1 氢火焰离子化检测器 FID 背景与概况 氢火焰离子化检测器 FID介绍 4 32 1 1背景 1958年Mewillan和Harley等分别研制成功氢火焰离子化检测器 FID 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 发展背景 氢火焰离子化检测器 FID介绍 5 32 FID属于破坏性 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
2、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 1011 放大 成为与进入火焰的有机化合物量成正比的电信号 因此可以根据信号的大小对有机物进行定量分析 1 2概况 2 气相色谱检测器的种类及分类方法 氢火焰离子化检测器 FID介绍 7 32 气相色谱检测器种类较多 各种检测器各具特性 在选用的过程中 一般根据检测的对象物质和相关要求而定 2 1气相色谱检测器种类 氢火焰离子化检测器 FID介绍 8 32 2 2气相色谱检测器分类方法 在气相色谱法中 检测器的分类较常用的有四种分类法 1 按响应时间分类 2 按响
3、应特性分类 3 按样品变化情况分类 4 按选择性能分类 氢火焰离子化检测器 FID介绍 9 32 积分型检测器显示某一物理量随时间的累加 也即它所显示的信号是指在给定时间内物质通过检测器的总量 例如 质量检测器 体积检测器 电导检测器和滴定检测器等 此类检测器在一般色谱分析中应用较少 1 按响应时间分类 微分型检测器显示某一物理量随时间的变化 也即它所显示的信号表示在给定的时间里每一瞬时通过检测器的量 例如 热导检测器 氢焰检测器 电子捕获检测器和火焰光度检测器 等 此类检测器为一般色谱分析中的常用检测器 2 微分型检测器 1 积分型检测器 氢火焰离子化检测器 FID介绍 10 32 1 浓度
4、型检测器浓度型检测器测量的是载气中组分浓度瞬间的变化 也即检测器的响应值取决于载气中组分的浓度 例如 热导检测器和电子捕获检测器等 2 质量型检测器质量型检测器测量的是载气中所携带的样品组分进入检测器的速度变化 也即检测器的响应值取决于单位时间组分进入检测器的质量 例如 氢焰检测器 火焰光度检测器 热离子化检测器 2 按响应特性分类 氢火焰离子化检测器 FID介绍 11 32 在检测过程中 被测物质发生了不可逆变化 其分子形式被破坏 例如 氢焰检测器 火焰光度检测器 热离子检测器 3 按样品变化情况分类 在检测过程中 被测物质不发生不可逆变化 仍保持其分子形式 例如 热导检测器和电子捕获检测器
5、 2 非破坏型检测器 1 破坏型检测器 氢火焰离子化检测器 FID介绍 12 32 1 多用型检测器对许多种类物质都有较大响应信号的检测器称为多用型检测器 例如 热导检测器和氢焰检测器等属于多用型检测器 2 专用型检测器仅对某些种类物质有较大响应信号 而对其他种类物质的响应信号很小或几乎不响应的检测器则称为专用型检测器 例如 电子捕获检测器 火焰光度检测器等 4 按选择性能分类 有时也把上述分类法结合起来 例如 把热导检测器称为微分 浓度 非破坏 多用型检测器 氢焰检测器称为微分 质量 破坏 多用型检测器 氢火焰离子化检测器 FID介绍 13 32 1 灵敏度 S 系指单位量的物质通过检测器时
6、所产生信号的大小 亦称检测器对该物质的响应值 2 检测限 D 又称敏感度 通常认为 产生色谱峰高两倍噪音时的量为检测限量 3 最小检出量 Qmin 又称最小检测量 4 最小检出浓度 Cmin 又称最小检测浓度 为最小检出量与进样量 体积或质量 的比值 Cmin Qmin Q5 线性范围 系指其响应信号与被测物质浓度之间的关系成线性的范围 以呈线性响应的样品浓度上下限之比值来表示 2 3相关术语定义 3 FID基本工作原理 氢火焰离子化检测器 FID介绍 15 32 氢火焰离子化检测器以氢气和空气燃烧生成的火焰为电离源 如图1 其工作原理图如图2所示 具体过程如下 FID基本工作原理 氢火焰离子
7、化检测器 FID介绍 16 32 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在火焰裂解区发生裂解反应 产生自由基 次甲基 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 FID基本工作原理 氢火焰离子化检测器 FID介绍 17 32 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 H
8、2O H3O CO H3O 水合氢离子 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 正离子被负极收集 电子被征集捕获 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 FID基本工作原理 氢火焰离子化检测器 FID介绍 18 32 9 最后 氢火焰
9、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 FID基本工作原理 4 FID 主要特点 氢火焰离子化检测器 FID介绍 20 32 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
10、性能优越 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 也有使用氦气的 作为可燃气体的氢气 作为助燃气体的空气 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 FID 主要特点 5 FID 常见故障及维护 氢火焰离子化检测器 FID介绍 22 32 故障排除和解决方法内容比较多 以下是FID最常见的5种故障 故障的解决方法不在此作详细的介绍 5 1常见故障 氢火焰离子化检测器 FID介绍
11、23 32 1 更换或清洗碰嘴在实验达到一定次数 仪器灵敏度降低 造成色谱噪声和尖峰信号时 更换或清洗 定期更换或清洗 5 2日常维护 氢火焰离子化检测器 FID介绍 24 32 2 清洗收集极在实验达到一定次数 仪器灵敏度降低 造成色谱噪声和尖峰信号时 更换或清洗 3 更换FID点火线圈注意事项 氢火焰离子化检测器使用的燃气是氢气 如果打开了氢气流量 而色谱柱未与检测器和进样口接头连接 氢气会流入柱箱而引起爆炸 检测器接头必须始终与色谱柱或堵头连接 5 2日常维护 6 气相色谱 FID应用实例 氢火焰离子化检测器 FID介绍 26 32 GC5890F南京科捷分析仪器有限公司 6 1国产GC
12、5890F气相色谱仪 氢火焰离子化检测器 FID介绍 27 32 1 可直接接驳HP5890微型单丝热导检测器 氢火焰离子化检测器及相关检测器控制板 2 独特的进样口设计 双柱补偿功能不仅解决升温带来的程序漂移 而且减去背景噪音的影响 可以得到更低的最小的检测限 3 可同时安装两种进样系统 填充柱 毛细管分流 不分流进样系统 具有隔膜清扫功能 可同时安装两种相同或不同的检测器 氢火焰离子化检测器 热导检测器 可选配自动 手动气体六通进样阀进样器 顶空进样器 热解析进样器 裂解炉进样器 甲烷转化炉 6 1国产GC5890F气相色谱仪 氢火焰离子化检测器 FID介绍 28 32 4 检测器系统 火
13、焰离子检测器容易拆卸和安装 便于清洁或更换喷嘴 高阻值单柱热导检测器检测灵敏度高 基线稳定快 分钟即可稳定 输入信号可进行对数放大 减少干扰 提高灵敏度 可选配TCD ECD NPD FPD 6 1国产GC5890F气相色谱仪 氢火焰离子化检测器 FID介绍 29 32 GC5890BX便携式气相色谱仪主要配置 FID TCD FPD ECD NPD PDHID可选 6 2国产GC5890BX便携式气相色谱仪 氢火焰离子化检测器 FID介绍 30 32 主要特点 体积小 重量轻 6KG 分析速度快 可在数十秒内分析几十种从气体到高沸点的物质 安装氦离子化检测器PDHID以后可以检测高纯气体 最
14、小检测浓度50PPb以上 主要指标 温度范围 环境温度至250 升温速度 1 10 秒FID检测器 灵敏度 5 10 11g s线性范围 106TCD热导检测器 敏感度 S 3000mv ml mg 正十六烷 异幸烷 其中 TCD 10000mv ml mg 基线噪音 20 v 基线漂移 50 v 30min 线性 105 6 2国产GC5890BX便携式气相色谱仪 氢火焰离子化检测器 FID介绍 31 32 应用范围 便携式气相色谱仪可广泛应用于 1 建筑装饰材料 家具释放的有毒 有害气体现场检测2 办公大楼 居室内空气监测3 食品 农副产品 绿色蔬菜中农药残留等现场检测4 石油 化工 制药 化妆品生产部门等废水废气的排放监测5 大气质量监测网 水质监测网等定点连续检测6 汽车尾气综合测试7 刑侦 药物现场检测 易燃物 爆炸物及其残留物现场分析8 军事方面 对战地化学物质实时分析测试9 公共安全保障及疾病现场诊断等实时分析 6 2国产GC5890BX便携式气相色谱仪 THEEND 预警监测事业部邱东东2014 04 25
