氢火焰离子化检测器
同修 / 2022-07-13
氢火焰离子化检测器
氢火焰离子化检测器是一种高灵敏度的检测器，适用于有机物的微量分析。其特点除灵敏度高(可检出0.001ppm的微量组分)外，还有响应快、定量线性范围宽、结构不太复杂、操作稳定等优点，所以自1958年创制以来，现已得到广泛的应用。
1.检测原理
在外加50～300伏电场的作用下，氢气在空气(供O2)中燃烧，形成微弱的离子流(仅有10-12～10-11安)。
当载气(N2)带着有机物样品进入燃烧着的氢火焰中时，有机物与O进行化学电离反应。以苯为例，其反应如下式：
裂解
C6H6—— >6CH
6CH+3O2 ——>6CHO++6e
6CHO++6H2O——>6CO+6H3O+
反应表明，苯分子首先在火焰中裂解生成CH基团，然后与O2进行化学反应，生成CHO+正离子和电子(e)，并吸收热量。CHO+再与火焰中大量水蒸汽碰撞生成H3O+正离子，此时化学电离产生的正离子(CHO+和H3O+)被外加电场的负极(收集极)吸收；电子被正极(极化极)捕获，形成10-7～10-4安的微电流信号，再通过高电阻(10 7～10 10欧)，取出电压讯号，经微电流放大器放大，由记录仪画出色谱峰。
有机物在氢火焰中离子化效率很低，大约五十万个碳原子有一个被离子化，其产生的正离子数目与单位时间进入氢火焰的碳原子的量有关，即含碳原子多的分子比含碳原子少的分子给出的微电流信号大，因此氢火焰离子化检测器是质量型检测器。不适于分析稀有气体、O2、N2、N2O、H2S、SO2、CO、CO2、COS、H2O、NH3、SiCl、SiHCl3、SiF4、HCN等。
2.检测器的结构
氢火焰离子化检测器的主要部件是离子化室(又叫离子头)，内有由正极(极化极)和负极(收集极)构成的电场，由氢气在空气中燃烧构成的能源以及样品被载气(N2)带入氢火焰中燃烧的喷嘴(由不钢锈或石英制成)。
用不锈钢制成的离子化室，结构分为两种，一种高压电场的正极和喷嘴相连，负极用圆盘形铂丝，如图15-25(1)所示。另一种高压电场的正极不和喷嘴相连，而用铂丝作成圆环(也叫极化电压环)安装在喷嘴之上，负极作成圆筒状收集电极，为了点燃氢气可采用高压点火或热丝点火。后一种结构的离子化室多用于商品色谱仪中，如图15-25(2)所示。
3.测量电路
氢火焰离子化检测器仅产生微弱的电流(10-8～10-4安)，需经微电流放大器放大后，才适于记录仪记录。常用的测量电路如图15-26所示。
4.影响灵敏度的因素
①喷嘴的内径：喷嘴的内径愈细，其灵敏度愈高，但内径过细灰烬会堵塞喷嘴，一般使用的内径为0.2～0.6毫米。
② 电极形状和距离：由于有机物在氢火焰中的离子化效率很低，为了收集微弱的离子流，收集极虽可作成网状、片状、圆筒形，但以圆筒形最好。收集极与极化极间的距离一般
为2～10毫米。
③极化电压：低电压时，离子流随所采用极化电压的增加而迅速增加，当电压超过一定值(如50伏)，再增加电压对离子流就没有大的影响了，正常操作时所用极化电压为100～300伏。
④气体纯度和流速：氢火焰离子化检测器中所用的载气(N2、Ar、H2)、氢气、空气不应含有有机杂质，否则会使噪声大，最小检出量变大。操作中气体流速比例为：N2:H2：空气=1:1：10(或为2:1：15)。
5.使用注意事项
① 离子头绝缘要好，金属离子头外壳要接地。用500伏兆欧表测量收集极(极化极)对金属壳体的绝缘，要求阻值在
10 14～10 15欧以上。
②氢焰离子化检测器的使用温度应大于100℃（常用
150℃)，此时氢气在空气中燃烧生成的水，以水蒸汽逸出检测器。若温度低水冷凝在离子化室会造成漏电并使记录仪基线不稳。
③离子头内的喷嘴和收集极在使用一定时间后应进行清洗，否则燃烧后的灰烬会沾污喷嘴和集电极而降低灵敏度。
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