氢火焰离子化检测器凝集物引发的噪声故障分析

吕 琳 邢亚男 王静爽 孙浩然 邢义满

(营口市产品质量监督检验所，营口 115000)

氢火焰离子化检测器(FID)是气相色谱仪最常用、最普及的检测器，以灵敏度高、线性范围宽而广泛应用于大多数有机物的检测。

燃烧室是FID的关键所在，它是燃气燃烧、被测物质电离的主要空间。当燃烧室处于最佳燃气配比和稳定的极化电压状态时，检测器基流为噪声很小的平直基线；当燃气或极化电压稍有变化，都将导致基线噪声增大，有关该内容的文献报道很多[1]。笔者讨论了比较少见的一种故障，氢火焰离子化检测器(FID)的燃烧室因液态凝集物污染而引发的基线噪声。通过故障分析，了解故障产生的机理和原因，有利于气相色谱仪的正确使用和维护。

1 FID检测原理示意图

不同型号气相色谱仪所配置的FID检测器，基本结构相同[2]，工作原理如图1所示。

图1 FID检测器原理示意图

2 仪器配置

气相色谱仪：GC-9790型，附带氢火焰离子化检测器，浙江温岭分析仪器厂；

色谱工作站：HW-2000型，上海千谱软件公司；

氮气：纯度不低于99.999%，高压气瓶，鞍山鸿太仪器有限公司；

氢气：纯度不低于99.999%，GHL-300氢气发生器，北京汇佳仪器公司；

空气：无油三级净化，GAX-2000型空气发生器，北京汇佳仪器公司。

3 故障分析

3.1 故障现象

GC-9790型气相色谱仪，附带FID检测器。一次老化色谱柱实验结束后再开机，升温至设定的色谱条件，打开色谱工作站，基线出现约4 000 μV的长噪音，噪音的状态与检测器是否点火没有明显的关系。

3.2 故障检查

故障判断检查按以下步骤进行：(1)断开色谱工作站的CT-22信号采集单元信号输入插口，噪声立刻消失，由此可以判断噪声来自检测器，而非CT-22信号采集单元，同时也说明色谱工作站正常；(2)关闭氢气和空气，燃烧室处于熄火状态，噪声依然存在，说明噪声不是来自气源，而是检测器发生故障；(3)关闭检测器电源，噪音立刻消失，由此可见，检测器的噪声不是来自气源，而是电路原因引起，基线噪音色谱图如图2所示。将FID收集极组件拆开，发现燃烧室内部，在收集极内壁、极化极的喷嘴周围附沾一些液体凝集物。

图2 基线故障噪音色谱图

3.3 故障原因

氢火燃离子化检测器(FID)工作原理是样品组分分子被燃烧离解，在直流电场作用下形成电离信号I(基流)，通过微电流放大器将信号放大，经色谱工作站数据采集、微机处理得到色谱图。

检测器一般不会有凝集物，而该故障比较特殊。

原因是发生在一次检测含有高沸点试样的实验中，因为有一段时间检测器熄火，试样中的高沸点组分进入检测器。检测器由于熄火，燃烧室温度随之降低，使得那些高沸点组分在燃烧室凝集。又因为检测器设定的温度较低(230℃)，所以那些高沸点组分在燃烧室凝集的越来越多。燃烧室内的这些凝集物，在电场作用下持续发生电离[3]，这是一种无燃烧电离反应状态。凝集物无燃烧电离与燃烧电离虽然在FID检测器中发生的机制不同，但客观上燃烧室已经成为了信号源，持续的电离电压通过检测器输出，使色谱工作站采集形成无规则噪声高达4 000 μV,为正常值的400倍。

3.4 故障排除

打开FID检测器，将FID收集极组件拆开，用裹有脱脂棉的尖头镊子沾浸丙酮，多次擦洗燃烧室的收集极、极化极附沾的凝结物(若擦洗不净需拆卸清洗)，重新装好检测器。注意不要用手接触，同时要带干净手套。

接通色谱仪电源，将检测器与色谱柱断开，检测器温度设定300℃，维持30 min，将溶剂蒸发掉。接通数据采集器，观察基线，此时噪音电压降为放大器本身的电噪声，说明燃烧室内无凝集物存在。

检测器接上色谱柱，按色谱操作条件设定柱箱、注样器和检测器温度，调整载气和辅助气的流量，噪音电压为7 μV。点火后，基线噪音为16 μV，漂移小于100 μV/(30 min)，达到仪器出厂指标，检测器恢复正常。

4 结论

检测器凝集物引发的噪声故障，主要是仪器操作失误所致。因此建议仪器操作人员在日常维护中应做到以下几点：

(1)检测含有高沸点组分试样，检测器温度必须设定在300℃以上，而且不可熄火。关机前，注样器、柱箱和检测器温度必须下降到100℃以下。

(2)基线出现大的噪音，若与点火无关，首先判定噪音来自电路故障，还是气路故障，然后再检查燃烧室的收集极、极化电极是否附沾凝集物。

(3)拆卸FID检测器，应使用专用工具。清洗、安装极化电极、石英喷嘴一定要仔细。

[1] 吴方迪.色谱仪器维修与故障排除[M]. 北京：化学工业出版社，2000：125-136.

[2] 王永华. 气相色谱分析应用[M]. 北京：科学出版社，2006:104-117.

[3] 孙传经.气相色谱分析原理与技术[M].北京：化学工业出版社，1993：152-168.