氣相色譜檢測器FID-培訓

1、氫火焰離子化檢測器 FID /介紹 預警監(jiān)測事業(yè)部 邱東東 2014-04-25 內容簡介內容簡介 氫火焰離子化檢測器氫火焰離子化檢測器/FID-背景與概況背景與概況1 氣相色譜檢測器的種類及分類方法氣相色譜檢測器的種類及分類方法2 FID-基本工作原理基本工作原理3 FID-主要特點主要特點4 FID-常見故障及維護常見故障及維護5 氣相色譜氣相色譜FID 應用實例應用實例6 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 2/32 1、氫火焰離子化檢測器 /FID-背景與概況 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 4/32 1.1 1.1 背景背景 1958年Mewillan和Harley等分別 研制成功氫

2、火焰離子化檢測器（FID） 氫火焰檢測器由于結構簡單、性 能優(yōu)異、穩(wěn)定可靠、操作方便，所以經 過40多年的發(fā)展，今天的FID結構仍無 實質性的變化。 發(fā)展背景發(fā)展背景 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 5/32 FID屬于破壞性、質量型破壞性、質量型檢測器， 是以氫氣和空氣燃燒生成的火焰為能 源，當有機化合物進入以氫氣和氧氣氫氣和氧氣 燃燒的火焰，在高溫下產生化學電離， 電離產生比基流高幾個數量級的離子， 在高壓電場的定向作用下，形成離子 流，微弱的離子流（10-1210-8A） 經過高阻（1061011）放大，成 為與進入火焰的有機化合物量成正比 的電信號電信號，因此可以根據信號的大小 對有

3、機物進行定量分析。 1.2 1.2 概況概況 2、氣相色譜檢測器的 種類及分類方法 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 7/32 氣相色譜檢測器種類較多，各種檢測器各具特性，在選用的過程中， 一般根據檢測的對象物質和相關要求而定。 2.1 2.1 氣相色譜檢測器種類氣相色譜檢測器種類 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 8/32 2.2 2.2 氣相色譜檢測器分類方法氣相色譜檢測器分類方法 在氣相色譜法中，檢測器 的分類較常用的有四種分類法。 （1）按響應時間分類 （2）按響應特性分類 （3）按樣品變化情況分類 （4）按選擇性能分類 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 9/32 積分型檢測器顯示某一

4、 物理量隨時間的累加隨時間的累加，也即 它所顯示的信號是指在給定 時間內物質通過檢測器的總通過檢測器的總 量量。例如：質量檢測器、體 積檢測器、電導檢測器和滴 定檢測器等，此類檢測器在 一般色譜分析中應用較少。 （1 1）按響應時間分類）按響應時間分類 微分型檢測器顯示某一 物理量隨時間的變化隨時間的變化，也即 它所顯示的信號表示在給定 的時間里每一瞬時通過檢測每一瞬時通過檢測 器的量器的量。例如：熱導檢測器、 氫焰檢測器、電子捕獲檢測 器和火焰光度檢測器、等， 此類檢測器為一般色譜分析 中的常用檢測器。 （2）微分型檢測器（1）積分型檢測器 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 10/32 （1

5、）濃度型檢測器 濃度型檢測器測量 的是載氣中組分濃度瞬間組分濃度瞬間 的變化的變化，也即檢測器的響 應值取決于載氣中組分的載氣中組分的 濃度濃度。例如：熱導檢測器 和電子捕獲檢測器等。 （2）質量型檢測器 質量型檢測器測量的 是載氣中所攜帶的樣品組 分進入檢測器的速度變化速度變化， 也即檢測器的響應值取決 于單位時間組分進入檢測單位時間組分進入檢測 器的質量器的質量。例如：氫焰檢 測器、火焰光度檢測器、 熱離子化檢測器 （2 2）按響應特性分類）按響應特性分類 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 11/32 在檢測過程中，被測物 質發(fā)生了不可逆變化不可逆變化（其分 子形式被破壞）。例如：氫 焰檢

6、測器、火焰光度檢測器、 熱離子檢測器。 （3 3）按樣品變化情況分類）按樣品變化情況分類 在檢測過程中，被測物 質不發(fā)生不發(fā)生不可逆變化（仍保 持其分子形式）。例如：熱 導檢測器和電子捕獲檢測器。 （2）非破壞型檢測器 （1）破壞型檢測器 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 12/32 （1）多用型檢測器 對許多種類物質許多種類物質都 有較大響應信號較大響應信號的檢測器 稱為多用型檢測器。例如： 熱導檢測器和氫焰檢測器 等屬于多用型檢測器。 （2）專用型檢測器 僅對某些種類物質某些種類物質有 較大響應信號，而對其他 種類物質的響應信號很小響應信號很小 或幾乎不響應幾乎不響應的檢測器則 稱為專用型

7、檢測器。例如： 電子捕獲檢測器、火焰光 度檢測器等。 （4 4）按選擇性能分類）按選擇性能分類 有時也把上述分類法結合起來。例如：把熱導檢測器稱為微分-濃 度-非破壞-多用型檢測器，氫焰檢測器稱為微分微分-質量質量-破壞破壞-多用型多用型檢測 器 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 13/32 1、靈敏度（S）系指單位量的物質通過檢測器時所產生信號的大 小，亦稱檢測器對該物質的響應值。 2、檢測限（D）又稱敏感度，通常認為，產生色譜峰高兩倍噪音兩倍噪音 時的量為檢測限量。 3、最小檢出量（Qmin）又稱最小檢測量。 4、最小檢出濃度（Cmin）又稱最小檢測濃度，為最小檢出量與 進樣量（體積或質量

8、）的比值比值。Cmin=Qmin/Q 5、線性范圍系指其響應信號與被測物質濃度之間的關系成線性的 范圍，以呈線性響應的樣品濃度上下限之比值樣品濃度上下限之比值來表示。 2.3 2.3 相關術語定義相關術語定義 3、FID基本工作原理 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 15/32 氫火焰離子化檢測器以氫氣和空氣燃燒生成的火焰為電離源（如 圖1），其工作原理圖如圖2所示，具體過程如下： FIDFID基本工作原理基本工作原理 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 16/32 （1）氫火焰離子化檢測器擁有 兩個電極，一個為極化極（或發(fā)射 極），用來噴射燃燒火焰，另一個為 收集極，在一定極化電壓下用來收集

9、火焰中的離子。 （2）載氣（氮氣）攜帶有機化 合物CnHm和可燃氣體（氫氣），由 噴嘴噴出并進入火焰，有機化合物 CnHm在火焰裂解區(qū)發(fā)生裂解反應， 產生自由基自由基（次甲基），反應如下： CnHm CH （3）空氣從四周向火焰聚集， 上述反應產生的自由基CH在火焰反 應區(qū)與空氣中的激發(fā)態(tài)原子氧（或分 子氧）發(fā)生如下反應： CH + O CHO+e FIDFID基本工作原理基本工作原理 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 17/32 （4）生成的正離子CHO+ 與火焰中的水分子碰撞發(fā)生如下反應： CHO+H2O H3O+CO （H3O+：水合氫離子） （5）化學電離產生的正負離子在極化電壓形成的

10、微電場定向作用 下分別向相反極性相反極性的電極運動，（正離子被負極收集、電子被征集捕獲） 形成微電流（約10-610-14A）。 （6）在一定范圍內，微電流大小與進入離子室的有機化合物質量 成正比，正因為如此，氫火焰離子化檢測器歸屬于質量型檢測器的一種。 有機化合物在火焰中的電離率很低電離率很低，大約只有1/500000碳原子被電離。 （7）收集極對微電流進行收集、輸出，然后經高電阻放大獲得可 測的電信號。 （8）電信號輸出到記錄儀，得到峰面積峰面積與有機化合物質量質量成正比 的色譜圖。 FIDFID基本工作原理基本工作原理 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 18/32 （9）最后，氫火焰離子

11、化檢測器根據色譜圖對有機化合物進 行定性、定量分析。 只要載氣流速、柱溫等條件不變，氣相色譜圖則不變。載氣純 度越高、流速越小、柱溫越低或固定相耐熱性越好，氣相色譜圖的 基線越低；反之越高。 FIDFID基本工作原理基本工作原理 4、FID 主要特點 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 20/32 （1）氫火焰離子化檢測器是一種典型的質量型檢測器，測量的是氣 相色譜載氣中某組分的質量變化速度，響應值與單位時間內某組分進入響應值與單位時間內某組分進入 檢測器的質量成正比檢測器的質量成正比，峰面積與載氣流無關。 （2）氫火焰離子化檢測器對有機化合物具有很高的靈敏度，但對無無 機氣體、水、二硫化碳、四

12、氯化碳機氣體、水、二硫化碳、四氯化碳等含氫少或不含氫的化合物含氫少或不含氫的化合物靈敏度較 低，甚至不響應。 （3）氫火焰離子化檢測器結構簡單、性能優(yōu)越、穩(wěn)定可靠、操作方 便、響應迅速，因此經過40多年的發(fā)展，其結構仍無實質性的變化。 （4）氫火焰離子化檢測器比濃度型檢測器的靈敏度高出近3個數量 級，檢測下限可達10-12g。 （5）氫火焰離子化檢測器需要用到3種氣體，作為載氣的氮氣（也 有使用氦氣的）、作為可燃氣體的氫氣、作為助燃氣體的空氣。這3種氣 體的流速和配比參數為：氮氣：氫氣：=1：（11.5），氫氣：空氣=1： 10。 FID FID 主要特點主要特點 5、FID 常見故障 及維護

13、 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 22/32 故障排除和解決方法內容比較多，以下是FID最常見的5種故障， 故障的解決方法不在此作詳細的介紹。 5.1 5.1 常見故障常見故障 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 23/32 （1）更換或清洗碰嘴 在實驗達到一定次數，儀器靈敏度降低、造成色譜噪聲和尖峰信靈敏度降低、造成色譜噪聲和尖峰信 號號時，更換或清洗。定期更換或清洗。 5.2 5.2 日常維護日常維護 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 24/32 （2）清洗收集極 在實驗達到一定次數，儀器靈敏度降 低、造成色譜噪聲和尖峰信號時，更換 或清洗。 （3）更換FID點火線圈 注意事項：注意事項：

14、 氫火焰離子化檢測器使用的燃氣是氫 氣，如果打開了氫氣流量，而色譜柱未 與檢測器和進樣口接頭連接，氫氣會流 入柱箱而引起爆炸。檢測器接頭必須始 終與色譜柱或堵頭連接。 5.2 5.2 日常維護日常維護 6、氣相色譜 FID 應用實例 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 26/32 GC5890F 南京科捷分析儀器有限公司 6.1 6.1 國產國產GC5890FGC5890F氣相色譜儀氣相色譜儀 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 27/32 （1）可直接接駁HP5890微型單絲熱導檢測器、氫火焰離子化檢測器及相關 檢測器控制板。 （2）獨特的進樣口設計，雙柱補償功能不僅解決升溫帶來的程序漂移，而且

15、 減去背景噪音的影響，可以得到更低的最小的檢測限。 （3）可同時安裝兩種進樣系統：填充柱、毛細管分流填充柱、毛細管分流/不分流進樣系統不分流進樣系統（具有 隔膜清掃功能）；可同時安裝兩種相同或不同的檢測器可同時安裝兩種相同或不同的檢測器：氫火焰離子化檢測器 （）、熱導檢測器（）可選配自動手動氣體六通進樣閥進樣器、 頂空進樣器、熱解析進樣器、裂解爐進樣器、甲烷轉化爐。 6.1 6.1 國產國產GC5890FGC5890F氣相色譜儀氣相色譜儀 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 28/32 （4）檢測器系統：火焰離子 檢測器容易拆卸和安裝，便于 清潔或更換噴嘴；高阻值單柱 熱導檢測器檢測靈敏度高，基

16、 線穩(wěn)定快（分鐘即可穩(wěn) 定）；輸入信號可進行對數放 大，減少干擾，提高靈敏 度可選配TCD、ECD、NPD、 FPD。 6.1 6.1 國產國產GC5890FGC5890F氣相色譜儀氣相色譜儀 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 29/32 GC5890BX 便攜式氣相色譜儀 主要配置：FID、TCD、FPD、ECD、NPD、PDHID可選。 6.2 6.2 國產國產GC5890BXGC5890BX便攜式氣相色譜儀便攜式氣相色譜儀 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 30/32 主要特點：主要特點： 體積小、重量輕(6KG)、分析速度快，可在數十秒內分析幾十種從 氣體到高沸點的物質，安裝氦離子化檢

17、測器PDHID以后可以檢測高純氣 體，最小檢測濃度50PPb以上。 主要指標：主要指標： 溫度范圍：環(huán)境溫度至250 升溫速度：110/秒 FID檢測器： 靈敏度：510-11g/s 線性范圍：106 TCD熱導檢測器 敏感度：S3000mv.ml/mg(正十六烷/異幸烷)其中TCD 10000mv.ml/mg 基線噪音：20v 基線漂移：50v/30min 線性：105 6.2 6.2 國產國產GC5890BXGC5890BX便攜式氣相色譜儀便攜式氣相色譜儀 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 31/32 應用范圍：應用范圍： 便攜式氣相色譜儀可廣泛應用于： 1) 建筑裝飾材料、家具釋放的有毒、有害氣體有毒、有害氣體現場檢測 2) 辦公大樓