1958年Mewillan和Harley等分別研制成功氫火焰離子化檢側(cè)器（FID ），它是典型的破壞性、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（10-12～10-8A）經(jīng)過高阻（106～1011Ω）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，因此可以根據(jù)信號的大小對有機(jī)物進(jìn)行定量分析。

 

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)仍無實質(zhì)性的變化。

 

其主要特點(diǎn)是對幾乎所有揮發(fā)性的有機(jī)化合物均有響應(yīng)，對所有徑類化合物（碳數(shù)≥3）的相對響應(yīng)值幾乎相等，對含雜原子的烴類有機(jī)物中的同系物（碳數(shù)≥3）的相對響應(yīng)值也幾乎相等。這給化合物的定量帶來很大的方便，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，對氣體流速、壓力和很度變化不敏感等優(yōu)點(diǎn)，所以成為應(yīng)用最廣泛的氣相色譜檢測器。

其主要缺點(diǎn)是需要三種氣源及其流速控制系統(tǒng)，尤其是對防爆有嚴(yán)格的要求。

氫火焰離子化檢測器的結(jié)構(gòu)

氫火焰離子化檢測器（FID）由電離室和放大電路組成，分別如圖2-9(a)，(b)所示。

 

FID的電離室由金屬圓筒作外罩，底座中心有噴嘴;噴嘴附近有環(huán)狀金屬圈(極化極，又稱發(fā)射極)，上端有一個金屬圓簡(收集極)。兩者間加90～300V的直流電壓，形成電離電場加速電離的離子。收集極捕集的離子硫經(jīng)放大器的高組產(chǎn)生信號、放大后物送至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；燃燒氣、輔助氣和色譜柱由底座引入；燃燒氣及水蒸氣由外罩上方小孔逸出。

 

 

FID的工作原理是以氫氣在空氣中燃燒為能源，載氣（N2）攜帶被分析組分和可燃?xì)猓℉2）從噴嘴進(jìn)入檢側(cè)器，助然氣(空氣)從四周導(dǎo)人，被側(cè)組分在火焰中被解離成正負(fù)離離子，在極化電壓形成的電場中，正負(fù)離子向各自相反的電極移動，形成的離子流被收集極收、輸出，經(jīng)阻抗轉(zhuǎn)化，放大器（放大107～1010倍）便獲得可測量的電信號，F(xiàn)ID離子化的機(jī)理近年才明朗化，但對烴類和非烴類其機(jī)理是不同的。

 

對烴類化合物而言：在火焰內(nèi)燃燒的碳氮化合物中的每一個碳原子均定里轉(zhuǎn)化成最基本的、共同的響應(yīng)單位——甲烷，再經(jīng)過下面的反應(yīng)過程與空氣中氧反應(yīng)生成CHO+正離子和電子。

CH＋O→CHO+＋e

所以，F(xiàn)ID對烴是登碳響應(yīng)，這是最主要的反應(yīng)，成為電荷傳送的主要介質(zhì)。在電場作用下，正離子和電子e分別向收集極和發(fā)射極移動，形成離子流，但在碳原子中產(chǎn)生CH的概率僅有1/106，因此提高離子化效率是提高FID靈敏度最有效的途徑，目前仍然有不少關(guān)于這方面的研究和報道。

對非烴類化合物，其響應(yīng)機(jī)理比較復(fù)雜，隨所含官能團(tuán)的不同而異，基本規(guī)律是不與雜原子相連的碳原子均轉(zhuǎn)化成甲烷。雜原子及其相連的碳原子（C雜）的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物見表2-8。

 

 

 

由于雜原子可能進(jìn)一步與C轉(zhuǎn)生成氫火焰檢測器不響應(yīng)的CO、HCN，因此按相對質(zhì)量響應(yīng)值計，這些化合物的RRF值都很低，不符合等碳響應(yīng)規(guī)律。

 

FID的靈敏度和穩(wěn)定性主要取決于，②如何提高有機(jī)物在火焰中離子化的效率，②如何提高收集極對離子收集的效率。離子化的效率取決于火焰的溫度、形狀、噴嘴的材料、孔徑；載氣、氫氣、空氣的流量比等。離子收集的效率則與收集極的形狀、極化電壓、電極性、發(fā)射極與收集極之間距離等參數(shù)有關(guān)。一個好的檢測器的結(jié)構(gòu)設(shè)計是綜合考慮以上各種因素，所以使用者在拆裝清洗時必須按說明書要求，尤其是安裝尺寸方面，嚴(yán)禁收集極、極化極、噴嘴與外殼短路，要求其絕緣電阻值大于1014Ω。另外，要求極化極必須在噴嘴出口平面中心，不適宜在火焰上，否則會造成嗓聲增加；也不宜過低，極化極低于噴嘴，離子收集的效率會降低，檢測器的靈敏度相應(yīng)也降低。噴嘴通常采用內(nèi)徑0.4～0.6mm的金屬或石英制成，但靈敏度高的儀器在噴嘴的選擇上也有嚴(yán)格的要求。例如美國Agilent公司對FID的噴嘴就有六種型號供不同情況選用。美國Varian公司近年對FID進(jìn)行改進(jìn)、采用加金屬帽的陶瓷噴嘴代替標(biāo)準(zhǔn)的金屬噴嘴。除了能有效消除高溫時金屬對化合物的吸附造成色譜峰拖尾改善分辨率外，還能降低嗓聲，提高儀器靈敏度。這項改進(jìn)已獲美國專利（USP.4999162）。

 

火焰溫度，離子化程度和收集效率都與載氣、氫氣、空氣的流量和相對比值有關(guān)。其影響如下所述。

氫氣流速的影響

氫氣作為燃燒氣與氮?dú)?載氣)預(yù)混合后進(jìn)入噴嘴當(dāng)?shù)獨(dú)饬魉俟潭〞r，隨著氫氣流速的蹭加，輸出信號也隨之增加，并達(dá)到一個最大值后迅速下降。如圖2-10所示。由圖可見：通常氫氣的最佳流速為40～60mL/min。有時是氫氣作為載氣，氮?dú)庾鳛檠a(bǔ)充氣，其效果是一樣的。

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