氫火焰離子化檢測器
同修 / 2022-07-13
氫火焰離子化檢測器
氫火焰離子化檢測器是一種高靈敏度的檢測器，適用于有機物的微量分析。其特點除靈敏度高(可檢出0.001ppm的微量組分)外，還有響應快、定量線性范圍寬、結構不太復雜、操作穩(wěn)定等優(yōu)點，所以自1958年創(chuàng)制以來，現已得到廣泛的應用。
1.檢測原理
在外加50～300伏電場的作用下，氫氣在空氣(供O2)中燃燒，形成微弱的離子流(僅有10-12～10-11安)。
當載氣(N2)帶著有機物樣品進入燃燒著的氫火焰中時，有機物與O進行化學電離反應。以苯為例，其反應如下式：
裂解
C6H6—— >6CH
6CH+3O2 ——>6CHO++6e
6CHO++6H2O——>6CO+6H3O+
反應表明，苯分子首先在火焰中裂解生成CH基團，然后與O2進行化學反應，生成CHO+正離子和電子(e)，并吸收熱量。CHO+再與火焰中大量水蒸汽碰撞生成H3O+正離子，此時化學電離產生的正離子(CHO+和H3O+)被外加電場的負極(收集極)吸收；電子被正極(極化極)捕獲，形成10-7～10-4安的微電流信號，再通過高電阻(10 7～10 10歐)，取出電壓訊號，經微電流放大器放大，由記錄儀畫出色譜峰。
有機物在氫火焰中離子化效率很低，大約五十萬個碳原子有一個被離子化，其產生的正離子數目與單位時間進入氫火焰的碳原子的量有關，即含碳原子多的分子比含碳原子少的分子給出的微電流信號大，因此氫火焰離子化檢測器是質量型檢測器。不適于分析稀有氣體、O2、N2、N2O、H2S、SO2、CO、CO2、COS、H2O、NH3、SiCl、SiHCl3、SiF4、HCN等。
2.檢測器的結構
氫火焰離子化檢測器的主要部件是離子化室(又叫離子頭)，內有由正極(極化極)和負極(收集極)構成的電場，由氫氣在空氣中燃燒構成的能源以及樣品被載氣(N2)帶入氫火焰中燃燒的噴嘴(由不鋼銹或石英制成)。
用不銹鋼制成的離子化室，結構分為兩種，一種高壓電場的正極和噴嘴相連，負極用圓盤形鉑絲，如圖15-25(1)所示。另一種高壓電場的正極不和噴嘴相連，而用鉑絲作成圓環(huán)(也叫極化電壓環(huán))安裝在噴嘴之上，負極作成圓筒狀收集電極，為了點燃氫氣可采用高壓點火或熱絲點火。后一種結構的離子化室多用于商品色譜儀中，如圖15-25(2)所示。
3.測量電路
氫火焰離子化檢測器僅產生微弱的電流(10-8～10-4安)，需經微電流放大器放大后，才適于記錄儀記錄。常用的測量電路如圖15-26所示。
4.影響靈敏度的因素
①噴嘴的內徑：噴嘴的內徑愈細，其靈敏度愈高，但內徑過細灰燼會堵塞噴嘴，一般使用的內徑為0.2～0.6毫米。
② 電極形狀和距離：由于有機物在氫火焰中的離子化效率很低，為了收集微弱的離子流，收集極雖可作成網狀、片狀、圓筒形，但以圓筒形最好。收集極與極化極間的距離一般
為2～10毫米。
③極化電壓：低電壓時，離子流隨所采用極化電壓的增加而迅速增加，當電壓超過一定值(如50伏)，再增加電壓對離子流就沒有大的影響了，正常操作時所用極化電壓為100～300伏。
④氣體純度和流速：氫火焰離子化檢測器中所用的載氣(N2、Ar、H2)、氫氣、空氣不應含有有機雜質，否則會使噪聲大，最小檢出量變大。操作中氣體流速比例為：N2:H2：空氣=1:1：10(或為2:1：15)。
5.使用注意事項
① 離子頭絕緣要好，金屬離子頭外殼要接地。用500伏兆歐表測量收集極(極化極)對金屬殼體的絕緣，要求阻值在
10 14～10 15歐以上。
②氫焰離子化檢測器的使用溫度應大于100℃（常用
150℃)，此時氫氣在空氣中燃燒生成的水，以水蒸汽逸出檢測器。若溫度低水冷凝在離子化室會造成漏電并使記錄儀基線不穩(wěn)。
③離子頭內的噴嘴和收集極在使用一定時間后應進行清洗，否則燃燒后的灰燼會沾污噴嘴和集電極而降低靈敏度。
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