氣相色譜儀FID檢測器的結構分析

氣相色譜儀FID檢測器簡介：

氫火焰離子化檢測器(Flame Ionization Detector，FID) 簡稱氫焰檢測器。它的主要部件是一個用不銹鋼制成的離子室。離子室由收集極、極化極(發射極)、氣體入口及火焰噴嘴組成。在離子室下部，氫氣與載氣混合后經過噴嘴，再與空氣混合燃燒，構成氫火焰。無樣品時兩極間離子很少，當有機物進入火焰時，發生離子化反應，生成許多離子。在火焰上方收集極和極化極所構成的靜電場效果下，離子流向收集極構成離子流。離子流經放大、記錄即得色譜峰。有機物在氫火焰中離子化反應的進程如下：當氫和空氣燃燒時，進入火焰的有機物發生高溫裂解和氧化反應 生成自由基，自由基又與氧反應產生離子。在外加電壓效果下，這些離子構成離子流，經放大后被記錄下來。所生成的離子數與單位時間內進入火焰的碳原子質量有關，因而，氫焰檢測器是一種質量型檢測器。這種檢測器對絕大多數有機物都有作用，其靈敏度比熱導檢測器要高幾個數量級，易進行痕量有機物分析。其缺陷是不能檢測惰性氣體、空氣、水、C0，CO₂、NO、S0₂及H₂S等。

FID的結構：

  對填充柱通常噴嘴內徑在0.5cm左右、這是擴散焰決定的，因為此內徑時，載氣和氫氣混合后從噴嘴流出的速度，與氧氣從四周向火焰內擴散的速度達到配合。噴嘴內徑減小，靈敏度偏高，但線性范圍變窄;反之亦然。對毛細管柱，噴嘴內徑以0.25mm為佳。這時，靈敏度高，響應時間小至50ms，峰形不失真。

FID機理：   

FID的氫/空氣火焰是一種典型的分散焰。柱后流出物與H₂混合后從火焰的中心流出，空氣在火焰四周。氫氣燃燒所需求的氧氣有必要經過火焰外圍向內分散才可以得到。分散焰的特征是火焰中產生的 基團和內、外火焰溫度改變極大。如FID內火焰為富氫焰，外火焰為富氧焰，它們之間是H₂和O₂的混合區。在此又隨火焰高度不同，發生不同的火焰化學和火焰電離反應。   

烴類：在火焰下部，從焚燒區向內分散的氫原子流量較大，烴類首先產生熱氫解效果，構成甲烷、乙烯、和乙炔的混合物。然后這些非甲烷烴類與氫原子反應，進一步使氫成飽和烴。在低于600℃下，C-C鍵斷裂，最后所有的碳均轉化成甲烷。   

C-C-CH2CH3+H+→CH4+C-C-C-CH2+   

芳烴，如苯先加氫構成環乙烷，再轉化成甲烷。總之，在火焰中時將不同烴分子中的每個碳原子均定量轉換成最基本的、共同的響應單位——甲烷，然后再經過化學電離過程產生信號：   

CH+O→CHO++e-   

所以，FID對烴類時等碳響應。當然，上式需求次甲基，而在C原子中產生CH的幾率僅1/106，因而，FID最終發作信號的功率極低。   

FID主要特點：

  其主要特點是對幾乎所有揮發性的有機化合物均有響應，對所有烴類化合物(碳數≥3)的相對響應值幾乎相等，對含雜原子的烴類有機物中的同系物(碳數≥3)的相對響應值也幾乎相等。這給化合物的定量帶來很大的方便，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)，響應快(1ms)，可以和毛細管柱直接聯用，對氣體流速、壓力和溫度變化不敏感等優點，所以成為應用泛的氣相色譜檢測器

電極形狀和位置

  極化極可用鉑金、不銹鋼或鎳合金制作，多為圓形，并和噴嘴在同一平面。極化極低于噴嘴，靈敏度下降;反之，響應值雖可提高，但噪聲亦增大。

  收集極多用不銹鋼制作，形狀有多種，目前的是圓筒形，它在火焰噴嘴上方與噴嘴同軸安置。

  收集極和噴嘴必須有地絕緣，在100V電壓時，即有1012Ω的漏電電阻，也能產生10nA的基線偏移。

  收集極和極化極之間的距離一般為0—6mm。過低時收集極過熱，易產生熱電子，增大噪聲;過高時，離子流到達電極的時間長，正、負離子再結合的幾率大，收集效率降低。

極化電壓

  在收集極和極化極之間，加一極化電壓，即可形成一電場，使火焰中形成的正、負離子彼此分開而被有效地收集。