氫火焰離子化檢測器凝集物引發(fā)的噪聲故障分析

呂 琳 邢亞男 王靜爽 孫浩然 邢義滿

(營口市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，營口 115000)

氫火焰離子化檢測器(FID)是氣相色譜儀最常用、最普及的檢測器，以靈敏度高、線性范圍寬而廣泛應(yīng)用于大多數(shù)有機物的檢測。

燃燒室是FID的關(guān)鍵所在，它是燃?xì)馊紵?、被測物質(zhì)電離的主要空間。當(dāng)燃燒室處于最佳燃?xì)馀浔群头€(wěn)定的極化電壓狀態(tài)時，檢測器基流為噪聲很小的平直基線；當(dāng)燃?xì)饣驑O化電壓稍有變化，都將導(dǎo)致基線噪聲增大，有關(guān)該內(nèi)容的文獻(xiàn)報道很多[1]。筆者討論了比較少見的一種故障，氫火焰離子化檢測器(FID)的燃燒室因液態(tài)凝集物污染而引發(fā)的基線噪聲。通過故障分析，了解故障產(chǎn)生的機理和原因，有利于氣相色譜儀的正確使用和維護。

1 FID檢測原理示意圖

不同型號氣相色譜儀所配置的FID檢測器，基本結(jié)構(gòu)相同[2]，工作原理如圖1所示。

圖1 FID檢測器原理示意圖

2 儀器配置

氣相色譜儀：GC-9790型，附帶氫火焰離子化檢測器，浙江溫嶺分析儀器廠；

色譜工作站：HW-2000型，上海千譜軟件公司；

氮氣：純度不低于99.999%，高壓氣瓶，鞍山鴻太儀器有限公司；

氫氣：純度不低于99.999%，GHL-300氫氣發(fā)生器，北京匯佳儀器公司；

空氣：無油三級凈化，GAX-2000型空氣發(fā)生器，北京匯佳儀器公司。

3 故障分析

3.1 故障現(xiàn)象

GC-9790型氣相色譜儀，附帶FID檢測器。一次老化色譜柱實驗結(jié)束后再開機，升溫至設(shè)定的色譜條件，打開色譜工作站，基線出現(xiàn)約4 000 μV的長噪音，噪音的狀態(tài)與檢測器是否點火沒有明顯的關(guān)系。

3.2 故障檢查

故障判斷檢查按以下步驟進行：(1)斷開色譜工作站的CT-22信號采集單元信號輸入插口，噪聲立刻消失，由此可以判斷噪聲來自檢測器，而非CT-22信號采集單元，同時也說明色譜工作站正常；(2)關(guān)閉氫氣和空氣，燃燒室處于熄火狀態(tài)，噪聲依然存在，說明噪聲不是來自氣源，而是檢測器發(fā)生故障；(3)關(guān)閉檢測器電源，噪音立刻消失，由此可見，檢測器的噪聲不是來自氣源，而是電路原因引起，基線噪音色譜圖如圖2所示。將FID收集極組件拆開，發(fā)現(xiàn)燃燒室內(nèi)部，在收集極內(nèi)壁、極化極的噴嘴周圍附沾一些液體凝集物。

圖2 基線故障噪音色譜圖

3.3 故障原因

氫火燃離子化檢測器(FID)工作原理是樣品組分分子被燃燒離解，在直流電場作用下形成電離信號I(基流)，通過微電流放大器將信號放大，經(jīng)色譜工作站數(shù)據(jù)采集、微機處理得到色譜圖。

檢測器一般不會有凝集物，而該故障比較特殊。

原因是發(fā)生在一次檢測含有高沸點試樣的實驗中，因為有一段時間檢測器熄火，試樣中的高沸點組分進入檢測器。檢測器由于熄火，燃燒室溫度隨之降低，使得那些高沸點組分在燃燒室凝集。又因為檢測器設(shè)定的溫度較低(230℃)，所以那些高沸點組分在燃燒室凝集的越來越多。燃燒室內(nèi)的這些凝集物，在電場作用下持續(xù)發(fā)生電離[3]，這是一種無燃燒電離反應(yīng)狀態(tài)。凝集物無燃燒電離與燃燒電離雖然在FID檢測器中發(fā)生的機制不同，但客觀上燃燒室已經(jīng)成為了信號源，持續(xù)的電離電壓通過檢測器輸出，使色譜工作站采集形成無規(guī)則噪聲高達(dá)4 000 μV,為正常值的400倍。

3.4 故障排除

打開FID檢測器，將FID收集極組件拆開，用裹有脫脂棉的尖頭鑷子沾浸丙酮，多次擦洗燃燒室的收集極、極化極附沾的凝結(jié)物(若擦洗不凈需拆卸清洗)，重新裝好檢測器。注意不要用手接觸，同時要帶干凈手套。

接通色譜儀電源，將檢測器與色譜柱斷開，檢測器溫度設(shè)定300℃，維持30 min，將溶劑蒸發(fā)掉。接通數(shù)據(jù)采集器，觀察基線，此時噪音電壓降為放大器本身的電噪聲，說明燃燒室內(nèi)無凝集物存在。

檢測器接上色譜柱，按色譜操作條件設(shè)定柱箱、注樣器和檢測器溫度，調(diào)整載氣和輔助氣的流量，噪音電壓為7 μV。點火后，基線噪音為16 μV，漂移小于100 μV/(30 min)，達(dá)到儀器出廠指標(biāo)，檢測器恢復(fù)正常。

4 結(jié)論

檢測器凝集物引發(fā)的噪聲故障，主要是儀器操作失誤所致。因此建議儀器操作人員在日常維護中應(yīng)做到以下幾點：

(1)檢測含有高沸點組分試樣，檢測器溫度必須設(shè)定在300℃以上，而且不可熄火。關(guān)機前，注樣器、柱箱和檢測器溫度必須下降到100℃以下。

(2)基線出現(xiàn)大的噪音，若與點火無關(guān)，首先判定噪音來自電路故障，還是氣路故障，然后再檢查燃燒室的收集極、極化電極是否附沾凝集物。

(3)拆卸FID檢測器，應(yīng)使用專用工具。清洗、安裝極化電極、石英噴嘴一定要仔細(xì)。

[1] 吳方迪.色譜儀器維修與故障排除[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：125-136.

[2] 王永華. 氣相色譜分析應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2006:104-117.

[3] 孫傳經(jīng).氣相色譜分析原理與技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993：152-168.