氣相色譜檢測器FID-培訓(xùn)

1、氫火焰離子化檢測器 FID /介紹 預(yù)警監(jiān)測事業(yè)部 邱東東 2014-04-25 內(nèi)容簡介內(nèi)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(diǎn)主要特點(diǎn)4 FID-常見故障及維護(hù)常見故障及維護(hù)5 氣相色譜氣相色譜FID 應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)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(jié)構(gòu)簡單、性 能優(yōu)異、穩(wěn)定可靠、操作方便，所以經(jīng) 過40多年的發(fā)展，今天的FID結(jié)構(gòu)仍無 實(shí)質(zhì)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(zhì)量型破壞性、質(zhì)量型檢測器， 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)生比基流高幾個數(shù)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(jīng)過高阻（1061011）放大，成 為與進(jìn)入火焰的有機(jī)化合物量成正比 的電信號電信號，因此可以根據(jù)信號的大小 對有

3、機(jī)物進(jìn)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(jù)檢測的對象物質(zhì)和相關(guān)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(yīng)時間分類 （2）按響應(yīng)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(nèi)物質(zhì)通過檢測器的總通過檢測器的總 量量。例如：質(zhì)量檢測器、體 積檢測器、電導(dǎo)檢測器和滴 定檢測器等，此類檢測器在 一般色譜分析中應(yīng)用較少。 （1 1）按響應(yīng)時間分類）按響應(yīng)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(dǎo)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(yīng)值取決于載氣中組分的載氣中組分的 濃度濃度。例如：熱導(dǎo)檢測器 和電子捕獲檢測器等。 （2）質(zhì)量型檢測器 質(zhì)量型檢測器測量的 是載氣中所攜帶的樣品組 分進(jìn)入檢測器的速度變化速度變化， 也即檢測器的響應(yīng)值取決 于單位時間組分進(jìn)入檢測單位時間組分進(jìn)入檢測 器的質(zhì)量器的質(zhì)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(yīng)特性分類）按響應(yīng)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(zhì)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(zhì)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(dǎo)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(zhì)許多種類物質(zhì)都 有較大響應(yīng)信號較大響應(yīng)信號的檢測器 稱為多用型檢測器。例如： 熱導(dǎo)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(zhì)某些種類物質(zhì)有 較大響應(yīng)信號，而對其他 種類物質(zhì)的響應(yīng)信號很小響應(yīng)信號很小 或幾乎不響應(yīng)幾乎不響應(yīng)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(jié)合起來。例如：把熱導(dǎo)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(zhì)量質(zhì)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(zhì)通過檢測器時所產(chǎn)生信號的大 小，亦稱檢測器對該物質(zhì)的響應(yīng)值。 2、檢測限（D）又稱敏感度，通常認(rèn)為，產(chǎn)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(jìn)樣量（體積或質(zhì)量

8、）的比值比值。Cmin=Qmin/Q 5、線性范圍系指其響應(yīng)信號與被測物質(zhì)濃度之間的關(guān)系成線性的 范圍，以呈線性響應(yīng)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(guān)術(shù)語定義相關(guān)術(shù)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?dú)猓y帶有機(jī)化 合物CnHm和可燃?xì)怏w（氫氣），由 噴嘴噴出并進(jìn)入火焰，有機(jī)化合物 CnHm在火焰裂解區(qū)發(fā)生裂解反應(yīng)， 產(chǎn)生自由基自由基（次甲基），反應(yīng)如下： CnHm CH （3）空氣從四周向火焰聚集， 上述反應(yīng)產(chǎn)生的自由基CH在火焰反 應(yīng)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(yīng)： 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(yīng)： CHO+H2O H3O+CO （H3O+：水合氫離子） （5）化學(xué)電離產(chǎn)生的正負(fù)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(yùn)動，（正離子被負(fù)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(nèi)，微電流大小與進(jìn)入離子室的有機(jī)化合物質(zhì)量 成正比，正因為如此，氫火焰離子化檢測器歸屬于質(zhì)量型檢測器的一種。 有機(jī)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(jìn)行收集、輸出，然后經(jīng)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(jī)化合物質(zhì)量質(zhì)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(jù)色譜圖對有機(jī)化合物進(jìn) 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(diǎn) 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(zhì)量型檢測器，測量的是氣 相色譜載氣中某組分的質(zhì)量變化速度，響應(yīng)值與單位時間內(nèi)某組分進(jìn)入響應(yīng)值與單位時間內(nèi)某組分進(jìn)入 檢測器的質(zhì)量成正比檢測器的質(zhì)量成正比，峰面積與載氣流無關(guān)。 （2）氫火焰離子化檢測器對有機(jī)化合物具有很高的靈敏度，但對無無 機(jī)氣體、水、二硫化碳、四

12、氯化碳機(jī)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(yīng)。 （3）氫火焰離子化檢測器結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)越、穩(wěn)定可靠、操作方 便、響應(yīng)迅速，因此經(jīng)過40多年的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)仍無實(shí)質(zhì)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(shù)量 級，檢測下限可達(dá)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?dú)猓ㄒ?有使用氦氣的）、作為可燃?xì)怏w的氫氣、作為助燃?xì)怏w的空氣。這3種氣 體的流速和配比參數(shù)為：氮?dú)猓簹錃猓?1：（11.5），氫氣：空氣=1： 10。 FID FID 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn) 5、FID 常見故障 及維護(hù)

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(nèi)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(xì)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(shí)驗達(dá)到一定次數(shù)，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(hù)日常維護(hù) 氫火焰離子化檢測器/FID 介紹 24/32 （2）清洗收集極 在實(shí)驗達(dá)到一定次數(shù)，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(diǎn)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?xì)馐菤?氣，如果打開了氫氣流量，而色譜柱未 與檢測器和進(jìn)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(hù)日常維護(hù) 6、氣相色譜 FID 應(yīng)用實(shí)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(chǎn)國產(chǎn)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(dǎo)檢測器、氫火焰離子化檢測器及相關(guān) 檢測器控制板。 （2）獨(dú)特的進(jìn)樣口設(shè)計，雙柱補(bǔ)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(jìn)樣系統(tǒng)：填充柱、毛細(xì)管分流填充柱、毛細(xì)管分流/不分流進(jìn)樣系統(tǒng)不分流進(jìn)樣系統(tǒng)（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(dǎo)檢測器（）可選配自動手動氣體六通進(jìn)樣閥進(jìn)樣器、 頂空進(jìn)樣器、熱解析進(jìn)樣器、裂解爐進(jìn)樣器、甲烷轉(zhuǎn)化爐。 6.1 6.1 國產(chǎn)國產(chǎn)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(tǒng)：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(dǎo)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(jìn)行對數(shù)放 大，減少干擾，提高靈敏 度可選配TCD、ECD、NPD、 FPD。 6.1 6.1 國產(chǎn)國產(chǎn)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(chǎn)國產(chǎn)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(diǎn)：主要特點(diǎn)： 體積小、重量輕(6KG)、分析速度快，可在數(shù)十秒內(nèi)分析幾十種從 氣體到高沸點(diǎn)的物質(zhì)，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(biāo)：主要指標(biāo)： 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(dǎo)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(chǎn)國產(chǎn)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(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 便攜式氣相色譜儀可廣泛應(yīng)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(xiàn)場檢測 2) 辦公大樓