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氣相色譜儀FID檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)分析
氣相色譜儀FID檢測(cè)器簡(jiǎn)介：
氫火焰離子化檢測(cè)器(Flame Ionization Detector，F(xiàn)ID) 簡(jiǎn)稱氫焰檢測(cè)器。它的主要部件是一個(gè)用不銹鋼制成的離子室。離子室由收集極、極化極(發(fā)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(jīng)過(guò)噴嘴，再與空氣混合燃燒，構(gòu)成氫火焰。無(wú)樣品時(shí)兩極間離子很少，當(dāng)有機(jī)物進(jìn)入火焰時(shí)，發(fā)生離子化反應(yīng)，生成許多離子。在火焰上方收集極和極化極所構(gòu)成的靜電場(chǎng)效果下，離子流向收集極構(gòu)成離子流。離子流經(jīng)放大、記錄即得色譜峰。有機(jī)物在氫火焰中離子化反應(yīng)的進(jìn)程如下：當(dāng)氫和空氣燃燒時(shí)，進(jìn)入火焰的有機(jī)物發(fā)生高溫裂解和氧化反應(yīng) 生成自由基，自由基又與氧反應(yīng)產(chǎn)生離子。在外加電壓效果下，這些離子構(gòu)成離子流，經(jīng)放大后被記錄下來(lái)。所生成的離子數(shù)與單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入火焰的碳原子質(zhì)量有關(guān)，因而，氫焰檢測(cè)器是一種質(zhì)量型檢測(cè)器。這種檢測(cè)器對(duì)絕大多數(shù)有機(jī)物都有作用，其靈敏度比熱導(dǎo)檢測(cè)器要高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，易進(jìn)行痕量有機(jī)物分析。其缺陷是不能檢測(cè)惰性氣體、空氣、水、C0，CO2、NO、S02及H2S等。
FID的結(jié)構(gòu)：
對(duì)填充柱通常噴嘴內(nèi)徑在0.5cm左右、這是擴(kuò)散焰決定的，因?yàn)榇藘?nèi)徑時(shí)，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(nèi)擴(kuò)散的速度達(dá)到配合。噴嘴內(nèi)徑減小，靈敏度偏高，但線性范圍變窄;反之亦然。對(duì)毛細(xì)管柱，噴嘴內(nèi)徑以0.25mm為佳。這時(shí)，靈敏度高，響應(yīng)時(shí)間小至50ms，峰形不失真。
FID機(jī)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(jīng)過(guò)火焰外圍向內(nèi)分散才可以得到。分散焰的特征是火焰中產(chǎn)生的 基團(tuán)和內(nèi)、外火焰溫度改變極大。如FID內(nèi)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(qū)。在此又隨火焰高度不同，發(fā)生不同的火焰化學(xué)和火焰電離反應(yīng)。
烴類：在火焰下部，從焚燒區(qū)向內(nèi)分散的氫原子流量較大，烴類首先產(chǎn)生熱氫解效果，構(gòu)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(yīng)，進(jìn)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(zhuǎn)化成甲烷。
C-C-CH2CH3+H+→CH4+C-C-C-CH2+
芳烴，如苯先加氫構(gòu)成環(huán)乙烷，再轉(zhuǎn)化成甲烷?？傊?，在火焰中時(shí)將不同烴分子中的每個(gè)碳原子均定量轉(zhuǎn)換成最基本的、共同的響應(yīng)單位——甲烷，然后再經(jīng)過(guò)化學(xué)電離過(guò)程產(chǎn)生信號(hào)：
CH+O→CHO++e-
所以，F(xiàn)ID對(duì)烴類時(shí)等碳響應(yīng)。當(dāng)然，上式需求次甲基，而在C原子中產(chǎn)生CH的幾率僅1/106，因而，F(xiàn)ID最終發(fā)作信號(hào)的功率極低。
FID主要特點(diǎn)：
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)所有烴類化合物(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、壓力和溫度變化不敏感等優(yōu)點(diǎn)，所以成為應(yīng)用泛的氣相色譜檢測(cè)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(yīng)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(shí)，即有1012Ω的漏電電阻，也能產(chǎn)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(guò)低時(shí)收集極過(guò)熱，易產(chǎn)生熱電子，增大噪聲;過(guò)高時(shí)，離子流到達(dá)電極的時(shí)間長(zhǎng)，正、負(fù)離子再結(jié)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(chǎng)，使火焰中形成的正、負(fù)離子彼此分開而被有效地收集。