1958年Mewillan和Harley等分別研制成功氫火焰離子化檢側(cè)器（FID ），它是典型的破壞性、質(zhì)量型檢測(cè)器，是以氫氣和空氣燃燒生成的火焰為能源，當(dāng)有機(jī)化合物進(jìn)入以氫氣和氧氣燃燒的火焰，在高溫下產(chǎn)生化學(xué)電離，電離產(chǎn)生比基流高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的離子，在高壓電場(chǎng)的定向作用下，形成離子流，微弱的離子流（10-12～10-8A）經(jīng)過(guò)高阻（106～1011Ω）放大，成為與進(jìn)入火焰的有機(jī)化合物量成正比的電信號(hào)，因此可以根據(jù)信號(hào)的大小對(duì)有機(jī)物進(jìn)行定量分析。

 

氫火焰檢測(cè)器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)異、穩(wěn)定可靠、操作方便，所以經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，今天的FID結(jié)構(gòu)仍無(wú)實(shí)質(zhì)性的變化。

 

其主要特點(diǎn)是對(duì)幾乎所有揮發(fā)性的有機(jī)化合物均有響應(yīng)，對(duì)所有徑類化合物（碳數(shù)≥3）的相對(duì)響應(yīng)值幾乎相等，對(duì)含雜原子的烴類有機(jī)物中的同系物（碳數(shù)≥3）的相對(duì)響應(yīng)值也幾乎相等。這給化合物的定量帶來(lái)很大的方便，而且具有靈敏度高（10-13～10-10g/s），基流小（10-14～10-13A），線性范圍寬（106～107），死體積小（≤1μL），響應(yīng)快（1ms），可以和毛細(xì)管柱直接聯(lián)用，對(duì)氣體流速、壓力和很度變化不敏感等優(yōu)點(diǎn)，所以成為應(yīng)用最廣泛的氣相色譜檢測(cè)器。

其主要缺點(diǎn)是需要三種氣源及其流速控制系統(tǒng)，尤其是對(duì)防爆有嚴(yán)格的要求。

氫火焰離子化檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)

氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）由電離室和放大電路組成，分別如圖2-9(a)，(b)所示。

 

FID的電離室由金屬圓筒作外罩，底座中心有噴嘴;噴嘴附近有環(huán)狀金屬圈(極化極，又稱發(fā)射極)，上端有一個(gè)金屬圓簡(jiǎn)(收集極)。兩者間加90～300V的直流電壓，形成電離電場(chǎng)加速電離的離子。收集極捕集的離子硫經(jīng)放大器的高組產(chǎn)生信號(hào)、放大后物送至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；燃燒氣、輔助氣和色譜柱由底座引入；燃燒氣及水蒸氣由外罩上方小孔逸出。

 

 

FID的工作原理是以氫氣在空氣中燃燒為能源，載氣（N2）攜帶被分析組分和可燃?xì)猓℉2）從噴嘴進(jìn)入檢側(cè)器，助然氣(空氣)從四周導(dǎo)人，被側(cè)組分在火焰中被解離成正負(fù)離離子，在極化電壓形成的電場(chǎng)中，正負(fù)離子向各自相反的電極移動(dòng)，形成的離子流被收集極收、輸出，經(jīng)阻抗轉(zhuǎn)化，放大器（放大107～1010倍）便獲得可測(cè)量的電信號(hào)，F(xiàn)ID離子化的機(jī)理近年才明朗化，但對(duì)烴類和非烴類其機(jī)理是不同的。

 

對(duì)烴類化合物而言：在火焰內(nèi)燃燒的碳氮化合物中的每一個(gè)碳原子均定里轉(zhuǎn)化成最基本的、共同的響應(yīng)單位——甲烷，再經(jīng)過(guò)下面的反應(yīng)過(guò)程與空氣中氧反應(yīng)生成CHO+正離子和電子。

CH＋O→CHO+＋e

所以，F(xiàn)ID對(duì)烴是登碳響應(yīng)，這是最主要的反應(yīng)，成為電荷傳送的主要介質(zhì)。在電場(chǎng)作用下，正離子和電子e分別向收集極和發(fā)射極移動(dòng)，形成離子流，但在碳原子中產(chǎn)生CH的概率僅有1/106，因此提高離子化效率是提高FID靈敏度最有效的途徑，目前仍然有不少關(guān)于這方面的研究和報(bào)道。

對(duì)非烴類化合物，其響應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜，隨所含官能團(tuán)的不同而異，基本規(guī)律是不與雜原子相連的碳原子均轉(zhuǎn)化成甲烷。雜原子及其相連的碳原子（C雜）的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物見(jiàn)表2-8。

 

 

 

由于雜原子可能進(jìn)一步與C轉(zhuǎn)生成氫火焰檢測(cè)器不響應(yīng)的CO、HCN，因此按相對(duì)質(zhì)量響應(yīng)值計(jì)，這些化合物的RRF值都很低，不符合等碳響應(yīng)規(guī)律。

 

FID的靈敏度和穩(wěn)定性主要取決于，②如何提高有機(jī)物在火焰中離子化的效率，②如何提高收集極對(duì)離子收集的效率。離子化的效率取決于火焰的溫度、形狀、噴嘴的材料、孔徑；載氣、氫氣、空氣的流量比等。離子收集的效率則與收集極的形狀、極化電壓、電極性、發(fā)射極與收集極之間距離等參數(shù)有關(guān)。一個(gè)好的檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是綜合考慮以上各種因素，所以使用者在拆裝清洗時(shí)必須按說(shuō)明書(shū)要求，尤其是安裝尺寸方面，嚴(yán)禁收集極、極化極、噴嘴與外殼短路，要求其絕緣電阻值大于1014Ω。另外，要求極化極必須在噴嘴出口平面中心，不適宜在火焰上，否則會(huì)造成嗓聲增加；也不宜過(guò)低，極化極低于噴嘴，離子收集的效率會(huì)降低，檢測(cè)器的靈敏度相應(yīng)也降低。噴嘴通常采用內(nèi)徑0.4～0.6mm的金屬或石英制成，但靈敏度高的儀器在噴嘴的選擇上也有嚴(yán)格的要求。例如美國(guó)Agilent公司對(duì)FID的噴嘴就有六種型號(hào)供不同情況選用。美國(guó)Varian公司近年對(duì)FID進(jìn)行改進(jìn)、采用加金屬帽的陶瓷噴嘴代替標(biāo)準(zhǔn)的金屬噴嘴。除了能有效消除高溫時(shí)金屬對(duì)化合物的吸附造成色譜峰拖尾改善分辨率外，還能降低嗓聲，提高儀器靈敏度。這項(xiàng)改進(jìn)已獲美國(guó)專利（USP.4999162）。

 

火焰溫度，離子化程度和收集效率都與載氣、氫氣、空氣的流量和相對(duì)比值有關(guān)。其影響如下所述。

氫氣流速的影響

氫氣作為燃燒氣與氮?dú)?載氣)預(yù)混合后進(jìn)入噴嘴當(dāng)?shù)獨(dú)饬魉俟潭〞r(shí)，隨著氫氣流速的蹭加，輸出信號(hào)也隨之增加，并達(dá)到一個(gè)最大值后迅速下降。如圖2-10所示。由圖可見(jiàn)：通常氫氣的最佳流速為40～60mL/min。有時(shí)是氫氣作為載氣，氮?dú)庾鳛檠a(bǔ)充氣，其效果是一樣的。

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