6、極化電壓:
極化電壓的大小影響檢測器的靈敏度。當極化電壓較低時,離子化信號隨極化電壓的增加而迅速增大。當電壓超過一定的值時,增加電壓對離子化電流的增大沒有明顯影響。
正常操作時,極化電壓一般為150~300V。
7、電極形狀和電極距離:
有機物在氫火焰中的離子化效率很低,要求收集極的表面積必須足夠大,以收集更多的正離子,提高收集效率。
收集極的形狀有網狀、片狀和圓筒狀等,圓筒狀電極的收集效率zui高。兩極之間距離為5~7mm時,往往可獲得較高靈敏度。圓筒狀電極的內徑一般為0.2~0.6mm。
噴嘴內徑小,氣體流量大,有利于組分的電離,檢測器靈敏度高。
8、尾吹氣影響:
(1)加尾吹氣可減小峰加寬,提高柱效,調節靈敏度。
(2)尾吹氣大,樣品從毛細管柱到檢測器速度加快,靈敏度提高,峰形窄,但點火困難。尾吹氣太大,靈敏度下降。
(3)尾吹氣小,峰拖尾,峰形展寬,靈敏度降低,但點火較容易。
五、使用注意事項:
1、盡量采用高純氣源,空氣必須經過分子篩充分的凈化。
2、在zui優的N2/H2比和zui優空氣流量的條件下使用。
3、色譜柱必須經過嚴格的老化處理。
4、離子室要注意外界干擾,保證其處于屏蔽、干燥和清潔的環境中。
5、檢測器的清洗:
(1)當檢測器玷污不嚴重時:
清洗方法是將色譜柱取下,用一根管子將進樣口與檢測器連接起來,然后通載氣,將檢測器恒溫箱升至120℃以上,再從進樣口注入約20μL蒸餾水,接著用幾十微升丙酮或氟里昂溶劑進行清洗,并在此溫度下保持1~2h,檢查基線是否平穩。若基線不理想,則再洗一次或卸下清洗(注意更換色譜柱,必須先切斷氫氣源)。
(2)當檢測器玷污比較嚴重時:
必須卸下FID進行清洗。方法是先卸下收集極、極化極和噴嘴等。若噴嘴是石英材料制成的,則先將其放在水中浸泡12h左右。若噴嘴是不銹鋼等材料制成的,可將噴嘴和電極等一起先小心用300~400號細砂紙磨光,然后用適當溶液(如1∶1甲醇苯)浸泡,再用超聲波清洗,zui后用甲醇清洗后置于烘箱中烘干。注意切勿用鹵素類溶劑(如氯仿和二氯甲烷等)浸泡,以免與卸下零件中的聚四氟乙烯材料作用,導致噪聲增加。洗凈后的各個部件要用鑷子取出,勿用手摸。各部件烘干后,在裝配時要小心,否則會再度玷污。部件裝入儀器后要先通載氣30min,再點火升高檢測室的溫度。實際工作中,zui好先在120℃下保持數小時后,再升至工作溫度。
第四節 電子捕獲檢測器
電子捕獲檢測器(ECD)是靈敏度zui高的氣相色譜儀檢測器,又是zui早出現的選擇性檢測器,其應用僅次于TCD和FID,一直穩居第三位。
一、結構:
1、電離室:
ECD的主體是電離室,目前廣泛采用的是圓筒狀同軸電極結構。
陽極是外徑約2mm的銅管或不銹鋼管,金屬池體為陰極。在陰極和陽極之間加一直流或脈沖極化電壓。
2、電離源:
電離室內壁裝有β射線放射源,常用的放射源是63Ni。
(1)對電離源的要求:
1)電離能力強,可提供一定強度的基流。
2)穿透力小,確保人身安全。
3)半衰期長,性能穩定,使用壽命長。
4)耐較高溫度,不易污染,應用面廣。
(2)射線:
放射性物質放射的射線有α、β和γ射線。
1)α射線:
α射線雖電離能力zui強,但噪聲大,伴有對人體有害的γ輻射。
2)γ射線:
γ射線電離能力差,且穿透力太強,能透過幾十至幾百毫米厚的鋼板,不安全。
3)β射線:
β射線是高速電子流,每厘米行程能產生102~104離子對,電離能力和穿透力均介于α和γ射線之間,且通常為純β射線,無其它輻射,較安全。因此,β射線是ECDzui合適的電離源。63Ni和3H2是常用的β射線源。
對β射線源的選擇主要側重于半衰期和耐溫性。早期使用的氚源有兩種:氚-鈦源(3H-Ti)是將氣體氚吸附在鍍有鈦膜的不銹鋼片上制成箔,但耐溫性差;氚-鈧源(3H-Sc)是將氣體氚吸附在鍍有鈧膜的不銹鋼片上制成箔,耐溫性有了改善,但仍不理想。1966年出現的63Ni源是將63Ni鍍在鎳片上制成箔,耐溫性明顯提高,半衰期顯著增長。多年實驗表明63Ni源優于3H2源,近年來ECD幾乎都用63Ni源。當然,3H2源射程短,活性大,在制作小池體積ECD 的情況下,有時也用3H2源。
二、工作原理:
ECD主要利用以下三個條件達到檢測目的:
1、能夠產生β射線:檢測器內有能放出β射線的放射源,常用63Ni和3H2作放射源。
2、載氣分子能電離:載氣分子能被β射線電離,在電極之間形成基流,常用N2和Ar作載氣。
3、樣品能捕獲電子:樣品分子有能捕獲自由電子的官能團,如含素、硫、磷和氨等。
當載氣(N2)從色譜柱流出進入檢測器時,放射源放射出的β射線使載氣電離,產生正離子和低能量電子:
N2 + β射線 → N2+ + e
這些帶電粒子在外電場作用下向兩電極定向流動,形成了約為10ˉ8A的離子流,即為檢測器基流。
當電負性物質AB進入電離室時,因為AB有較強的電負性,可捕獲低能量的電子而形成負離子,并釋放出能量。電子捕獲反應如下:
AB + e → ABˉ+ E
式中:E為反應釋放的能量。
電子捕獲反應中生成的負離子ABˉ與載氣的正離子N2+復合生成中性分子。反應式為:
ABˉ+ N2+ → N2 + AB
由于電子捕獲和正負離子的復合,使電極間電子數和離子數目減少,致使基流降低,產生被測組分的檢測信號。由于被測組分捕獲電子后使基流降低,產生的電信號是負峰,負峰的大小與被測組分的濃度成正比,這是ECD 的定量基礎。實際工作中,常通過改變極性使負峰變為正峰。
三、特點:
1、選擇性高。
2、靈敏度高,比FID高2~3個數量級。
3、檢出下限可達10ˉ14g/mL,特別適合痕量電負性化合物的分析。
4、線性范圍較窄,通常僅為102~104。
四、檢測條件:
1、載氣種類:
ECD一般用N2作載氣,載氣必須嚴格純化,徹底除去水和氧。
2、載氣純度:
采用高純N2(99.999%), 含O2<10ppm。
若用普通N2(含O2為100ppm),必須凈化除O2和H2O等。因為O2是電負性物質,會使基流降低很多。
3、載氣流量:
載氣流量增加,基流增大。N2流量在100mL/min左右時,基流zui大。為了同時獲得較好的柱分離效果和較高基流,通常在柱與檢測器之間引入補充N2,以使檢測器內N2達到zui優流量。
4、檢測器溫度:
ECD采用3H2作放射源時,檢測器使用溫度不能高于220℃。采用63Ni作放射源時,檢測器zui高使用溫度可達400℃。檢測器使用溫度要控制在±(0.1~0.3)℃之間,以保證響應值的精密度在1%之內。
5、極化電壓:
極化電壓對基流和響應值都有影響。基流等于飽和基流值的85%時,極化電壓為zui優極化電壓。
極化電壓過高,使電子能量過大,不易被組分捕獲。
采用脈沖供電,使電子能量較小,易捕獲,提高靈敏度。
直流供電時,極化電壓為20~40V。脈沖供電時,極化電壓為30~50V。
6、固定液選擇:
為了保證ECD正常使用,必須嚴格防止其放射源被污染。因此,必須選擇低流失和電負性小的固定液。
色譜柱必須充分老化后,才能與ECD 聯用。
7、安全保障:
63Ni是放射源,必須嚴格執行放射源使用和存放管理條例,拆卸和清洗應由專業人員進行。
尾氣必須排放到室外。
五、使用注意事項:
1、使用高純度載氣和尾吹氣:
ECD使用過程中必須保持整個系統的潔凈,要求系統氣密性好,載氣和尾吹氣的純度大于99.999%。
2、使用耐高溫隔墊和潔凈樣品:
使用流失小和耐高溫的隔墊,氣化室潔凈,柱流失少。
使用潔凈的樣品。
檢測器溫度必須高于柱溫10℃以上。
3、檢測器的凈化:
若直流和恒頻率方式ECD基流下降或恒電流方式基頻增高,噪聲增大,信噪比下降,表明ECD可能被污染,必須要進行凈化。
目前常用的凈化方法是將載氣和尾吹氣換成H2,調流量至30~40mL/min,氣化室和柱溫為室溫,將檢測器升至300~350℃,保持18~24h,使污染物在高溫下與H2作用而除去,這種方法稱為氫烘烤。氫烘烤后,將系統調回至原狀態,穩定數小時即可。
六、應用:
ECD只對具有電負性的物質,如含有S、P和鹵素的化合物、金屬有機物、含有羰基、硝基、共軛雙鍵的化合物有輸出信號,而對電負性很小的化合物,如烴類化合物等,只有很小或沒有輸出信號。
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