John V. Hinshaw
Aunque estos detectores de ionización comparten varias características, sus implementaciones difieren significativamente. Las características de rendimiento del detector (sensibilidad, cantidad mínima detectable, linealidad y selectividad) se ven muy afectadas por el tipo de mecanismo de ionización, la disposición de los electrodos internos y la electrónica.
FID
La disposición interna de un detector de ionización de llama típico se muestra en la figura 1. El gas portador de la columna entra por la parte inferior del detector y se mezcla con el gas de combustión de hidrógeno más el gas de reposición opcional en la zona situada debajo del chorro de llama. Esta mezcla se combina entonces con el aire y se quema justo por encima de la punta del chorro. Se aplica una tensión de polarización negativa entre la punta del chorro y un electrodo colector; a medida que se forman electrones, éstos son acelerados a través de la brecha entre la punta del chorro y el colector por el campo eléctrico y se envían a un electrómetro. Dependiendo del diseño del FID, el colector o la punta del chorro se mantienen a potencial de tierra; la figura 1 muestra un diseño de colector conectado a tierra. Los gases de escape de aire, dióxido de carbono y agua se ventilan desde la parte superior del cuerpo del detector. En algunos detectores de ionización de llama, un calentador funciona momentáneamente para encender la llama.
Tabla I: Sensibilidades relativas del FID para varios compuestos y clases
La figura 2 muestra un esquema de la electrónica del detector. De izquierda a derecha: se aplica una tensión de polarización de 200 V a través del chorro de la llama y el colector. Los electrones formados en la llama por la combustión de los hidrocarburos se recogen bajo la influencia del campo eléctrico, y la corriente resultante se convierte en un voltaje mediante un electrómetro que puede tener uno o más rangos de funcionamiento. La tensión se amplifica y se filtran los componentes de alta frecuencia. La señal del detector se convierte en muestras digitales discretas mediante un convertidor A/D y se aplica un procesamiento adicional de la señal según sea necesario. Esta es una implementación típica; hay muchas otras posibilidades. Normalmente se dispone de varios rangos de amplificación, que van desde aproximadamente 1 pA (entrada)/mV en la sensibilidad de salida más alta hasta aproximadamente 10 nA (10 X 10-9 A)/mV en la sensibilidad de salida más baja. Algunos sistemas GC utilizan un amplificador logarítmico que cubre todo el rango dinámico. La señal del detector se filtra para eliminar el ruido de alta frecuencia no deseado. El ruido se produce por inestabilidades en el flujo de compuestos ionizables en el gas portador, por la propia llama, por el circuito electrónico y por la inducción de señales electromagnéticas parásitas (de teléfonos móviles, por ejemplo). Los circuitos del electrómetro y del amplificador del FID imponen un límite electrónico a la velocidad de respuesta, y el procesamiento adicional y más sofisticado de la señal se lleva a cabo en el firmware del GC, así como en el sistema de datos. Para la mayoría de los picos de los GC capilares, un tiempo de respuesta de unos 200 ms es adecuado y rechazará la mayor parte del ruido del detector a la vez que ofrece una fidelidad de la forma del pico superior al 95%. Se requiere un tiempo de respuesta de 50 ms o inferior para los picos capilares rápidos (anchura a media altura << 1 s) como los que se encuentran en las separaciones GC X de alta velocidad o exhaustivas. Una respuesta demasiado rápida no afectará a las formas de los picos, pero hará pasar ruido adicional a través del sistema y potencialmente empeorará las cantidades mínimas detectables. La tasa de conversión A/D también afecta a la fidelidad de la señal. En general, la tasa de muestreo debe ser el doble de la frecuencia máxima de interés de la señal. Por ejemplo, un tiempo de respuesta de 200 ms corresponde aproximadamente a 5 Hz y, por tanto, se muestrearía a 10 Hz o más. En una entrega reciente de «Conexiones GC» se analizó con más detalle el procesamiento de la señal y la forma de los picos (1).
Figura 1: Sección transversal del detector de ionización de llama. 1 conexión del electrómetro, 2 = salida del efluente, 3 = bobina del encendedor, 4 = conexión de alimentación del encendedor, 5 = conexión de suministro de tensión de polarización, 6 = entrada de aire, 7 = conexión de columna, 8 = entrada de hidrógeno, 9 = chorro de llama, 10 = electrodo colector. (Derivado de una figura cortesía de PerkinElmer Instruments, Shelton, Connecticut).
Sensibilidad del FID
La sensibilidad global del FID depende de los caudales de gas de combustión, del caudal de gas portador, del diámetro de salida del chorro de llama, de las posiciones relativas del chorro y del colector y, en menor medida, de la temperatura del detector.
Caudal de gas de combustión: Los caudales de gas de combustión deben ajustarse correctamente para un funcionamiento adecuado del FID; siga las recomendaciones del fabricante para los ajustes de caudal de aire e hidrógeno. En general, la relación aire:hidrógeno debe ser de aproximadamente 10:1. Es habitual un flujo de hidrógeno de 30-45 mL/min con un flujo de aire correspondiente de 300-450 mL/min. La sensibilidad del FID se reducirá a medida que el flujo de hidrógeno se desvíe por encima o por debajo del óptimo, como se ilustra en la figura 3. El rango dinámico lineal también se ve afectado por el flujo de hidrógeno: los flujos más altos tienden a reducir el rango dinámico lineal. Hay pocas razones para hacer funcionar un detector de ionización de llama lejos de los ajustes de flujo de gas del fabricante; se han optimizado cuidadosamente para ese detector específico. El flujo de aire es menos crítico que el flujo de hidrógeno, pero demasiado aire desestabilizará la llama causando ruido y una posible extinción de la misma. Una cantidad insuficiente de aire reducirá la sensibilidad y acortará el rango dinámico lineal.
Figura 2: Electrónica del detector de ionización de llama.
Precaución: El hidrógeno es altamente inflamable y puede causar una grave explosión si se permite que se acumule en un espacio cerrado como el horno de GC. No encienda nunca el flujo de hidrógeno sin que haya una columna o un accesorio vacío conectado a la base del detector para evitar que el hidrógeno se filtre en el horno.
Diámetro del chorro: Los chorros estándar del FID tienen diámetros de salida de aproximadamente 0,5-0,7 mm, lo que es adecuado para la mayoría de las aplicaciones. A veces se utiliza un chorro más pequeño de aproximadamente 0,3 mm de diámetro interior con columnas capilares para ganar sensibilidad (aproximadamente 1,5X); en raras ocasiones, pueden surgir problemas con el apagado del pico de disolvente. No se recomienda un chorro FID estrecho para el uso de columnas empaquetadas porque el soporte de empaquetado de la columna puede obstruir fácilmente el paso del chorro. Por el contrario, los chorros más estrechos evitan que la punta de un capilar sobresalga accidentalmente en la llama.
Caudal de gas portador: El caudal de gas portador es una consideración importante para la sensibilidad del detector. Para las columnas empacadas o microempacadas, el flujo del portador normalmente será superior a unos 8-10 mL/min. Si el flujo de la columna empaquetada es inferior a 40 mL/min, no es necesario cambiar el flujo de hidrógeno estándar. Cuando el flujo de la columna empaquetada supera los 40 mL/min, puede ser necesario aumentar un poco el flujo de hidrógeno para conseguir una llama estable y sensible. Los diámetros de chorro más grandes (0,7 mm) también son beneficiosos con flujos de portador más altos. La elección del gas portador -que no sea el hidrógeno-, como el helio, el nitrógeno o el argón, no afecta significativamente al funcionamiento del detector.
Figura 3: Efecto del flujo de hidrógeno en la sensibilidad relativa del FID. Esta es una representación de resultados típicos.
Se aplican diferentes consideraciones de flujo para las columnas capilares. Los cromatógrafos pueden optar por hacer funcionar columnas con diámetros interiores de 0,53 mm y mayores muy por encima de sus óptimos a caudales de portador relativamente altos de 10-20 mL/min. Normalmente, un detector de ionización de llama no requiere ninguna atención especial en tales condiciones. Cuando se utilizan columnas capilares con diámetros interiores de 0,32 mm o menos, o cuando las columnas de gran calibre se operan más cerca de los caudales óptimos de menos de 10 mL/min, los detectores de ionización de llama pueden beneficiarse de la adición de gas de reposición a la corriente portadora antes de entrar en la zona del chorro. El gas de reposición tiene dos efectos importantes. En primer lugar, mantiene un flujo óptimo de gas portador a través del chorro y mantiene el detector funcionando con la mejor sensibilidad y rango dinámico lineal. En segundo lugar, en algunos detectores el flujo de reposición barre la zona bajo el chorro y dentro de la base del detector, aliviando cualquier ensanchamiento de los picos que pueda producirse al encontrarse los picos capilares con pasillos internos de mayor diámetro. Siga las instrucciones del fabricante del instrumento con respecto al gas de reposición y su flujo.
El hidrógeno, aunque a veces se utiliza como gas portador para las columnas empaquetadas, se suele utilizar con las columnas capilares. El portador de hidrógeno proporciona una gama más amplia de velocidades o flujos lineales óptimos, es menos costoso que el helio y puede generarse a partir del agua bajo demanda con un generador de hidrógeno apropiado. Con el FID, es conveniente compensar el hidrógeno del gas portador añadido reduciendo el flujo de hidrógeno del detector de forma correspondiente. Para un flujo de columna de 5 mL/min, por ejemplo, el flujo de hidrógeno del detector debe reducirse en 5 mL/min para que el flujo total de hidrógeno a través del chorro esté en el nivel óptimo.
La temperatura del horno de la columna podría afectar a los caudales del portador, dependiendo del modo de funcionamiento del suministro del portador. Al cambiar la temperatura del horno, el flujo total de hidrógeno a través del detector debe permanecer constante. Los sistemas electrónicos de programación de la presión logran esto determinando el caudal de gas portador a medida que cambia la temperatura del horno y ajustando el caudal de hidrógeno del detector en consecuencia. Si se trabaja en modo de presión constante, el flujo de gas portador disminuirá a medida que la temperatura del horno aumente; el flujo de hidrógeno del detector se incrementará en consecuencia. Si se ejecuta en modo de flujo de gas portador constante, entonces el flujo de hidrógeno del FID también se mantendría constante.
Temperatura del detector: La sensibilidad de un detector de ionización de llama no depende mucho de su temperatura, siempre que se cumplan algunas condiciones. La temperatura adecuada del detector se determina por la mayor de las dos condiciones siguientes: una temperatura mínima de 150 °C para un funcionamiento estable del detector y una temperatura mínima de aproximadamente 20-50 °C por encima de la temperatura más alta de la columna. El detector produce una gran cantidad de vapor de agua, que puede condensarse en las zonas superiores más frías alrededor del colector si la temperatura de la base del detector es inferior a unos 150 °C; este vapor de agua condensado puede producir ruido y desviación de la línea de base. Por otra parte, la base del detector debe estar lo suficientemente caliente para evitar la condensación de los picos a medida que se eluyen de la columna, por lo que debe mantenerse algo más caliente que la temperatura más alta de la columna en funcionamiento.
Si se instala una columna capilar con su extremo insertado en la base del detector hasta el chorro y se opera a temperaturas del horno que se acercan a la temperatura nominal máxima de la columna, es posible que el extremo de la columna se sobrecaliente en una base del detector que esté otros 20 °C más caliente. Este sobrecalentamiento puede producir un ruido excesivo en el detector debido a la descomposición de la fase estacionaria, provocar la adsorción de solutos en las superficies de la columna expuestas posteriormente y reducir la vida útil de la columna. Un adaptador de detector de columna capilar que coloca el extremo de la columna de separación en el horno y conduce el flujo de gas portador a lo largo de un tubo revestido de vidrio o a través de un trozo de sílice fundida desactivada hacia el chorro del detector ayudará a aliviar tales problemas.
Configuración de un detector de ionización de llama
Las purezas, presiones y caudales de los gases portadores y de combustión, así como las temperaturas del detector y de la columna, son consideraciones importantes a la hora de configurar un detector de ionización de llama. Hay que seguir varios pasos. En primer lugar, asegúrese de que todos los gases son de una pureza suficientemente alta y que sus presiones de suministro son lo suficientemente estables como para proporcionar un funcionamiento fiable. A continuación, con el instrumento encendido pero sin calentar, ajuste los flujos de gas necesarios. Por último, caliente el inyector, el detector y la columna hasta sus temperaturas de funcionamiento y encienda la llama. Estos pasos se detallan en esta sección.
Fuente de gas
Los detectores de ionización de llama son bastante sensibles a las impurezas de hidrocarburos que pueden estar presentes en las botellas de gas o en los tubos de conexión. Las impurezas de hidrocarburos en los gases de combustión provocarán un aumento de los niveles de ruido del detector, así como mayores niveles de señal de referencia. Se recomienda la instalación de filtros de hidrocarburos en las conexiones externas del GC para el aire, el hidrógeno, el gas de reposición y, por supuesto, el gas portador. No es necesario eliminar el oxígeno de la corriente de hidrógeno del FID, pero también se recomienda encarecidamente un filtro de oxígeno en la línea portadora, así que asegúrese de atrapar el oxígeno si también se utiliza gas de llama de hidrógeno como gas portador.
El hidrógeno sólo para el FID debe tener una pureza del 99,995% o superior. Si se utiliza como gas portador, es preferible que tenga una pureza del 99,999% o superior. Hay varios generadores de hidrógeno comerciales excelentes que pueden producir suficiente hidrógeno de grado portador para abastecer a los detectores de ionización de llama dobles más uno o dos canales portadores con inyectores divididos. Si se utiliza un generador de hidrógeno electrolítico, hay que asegurarse de que el agua que se añade está libre de impurezas de hidrocarburos.
El aire para el FID debe contener menos de 100 ppb de impurezas de hidrocarburos. Aparte de los tanques de gas comprimido estándar, existe una variedad de generadores de aire purificado adecuados con capacidades que van desde un par de cromatógrafos hasta el valor de todo un laboratorio. Los compresores de aire más antiguos, o los llamados suministros de aire «doméstico», no deben utilizarse con los cromatógrafos de gas, salvo para suministrar presión de funcionamiento a los actuadores de las válvulas neumáticas.
La pureza del gas portador también es importante para el correcto funcionamiento del detector, con o sin gas de reposición. Las impurezas del gas de reposición afectan al detector de la misma manera que las impurezas del gas de combustión. Incluso sin gas de reposición, las impurezas del gas portador pueden atravesar la columna y llegar al detector. En el funcionamiento programado por temperatura, estas impurezas pueden aparecer como picos fantasma amplios durante una carrera o como una línea de base en constante aumento, similar a la sangría en fase estacionaria de la columna. En el funcionamiento isotérmico, las impurezas pueden aparecer como una línea de base que aumenta lentamente con un ruido creciente, a menudo durante un período de horas a días. Por desgracia, un cromatógrafo de gases muy contaminado suele ser difícil de limpiar. Aunque la columna pueda ser horneada o sustituida, las impurezas pueden permanecer en los conductos de gas internos, las válvulas y los reguladores una vez corregida la fuente de contaminación. El mejor procedimiento es asumir que puede haber un problema de pureza del gas desde el principio e instalar los filtros adecuados. Tenga en cuenta que el mejor filtro es el que nunca se necesita porque el gas entrante es constantemente puro. Por otro lado, asuma que habrá un problema con la pureza del gas entrante en algún momento futuro. Los filtros son una excelente póliza de seguro contra la contaminación de un instrumento.
La conexión de los tubos desde la fuente de gas hasta el instrumento también puede causar problemas de contaminación. Asegúrese de utilizar tubos de cobre o de acero inoxidable especialmente limpiados para aplicaciones cromatográficas. No utilice nunca tubos de plástico porque puede haber cantidades significativas de plastificante o monómero. Además, todos los tubos de plástico son permeables al oxígeno atmosférico. Los accesorios con fugas también pueden ser una fuente de contaminación: permiten que algunos gases atmosféricos entren en la corriente de gas del instrumento en su interior. Evite las fugas asegurándose de que todos los racores y férulas están en buen estado y no están demasiado apretados. Es mejor cortar unos pocos centímetros de tubo e instalar una nueva tuerca y férulas que intentar sellar una conexión con fugas apretando en exceso.
Ajuste de los caudales del FID: Al ajustar los caudales del FID se presentan dos situaciones, dependiendo de si los gases están controlados por presión electrónica (EPC) o manualmente. En los sistemas EPC, los caudales se ajustan en el teclado del instrumento. Sin embargo, no hay que dar por sentado que los caudales son correctos: es muy recomendable realizar una calibración periódica de los caudales. De todos modos, mida los caudales de los detectores. Tenga cuidado de introducir los ajustes relacionados que controlan el modo de funcionamiento del gas portador (presión constante, flujo constante o velocidad constante) y el flujo de gas de reposición. Además, tenga en cuenta que en algunos sistemas GC, las tasas de flujo dependen de la presión del gas entrante – si la presión cambia, entonces los controladores de flujo deben ser recalibrados.
En el caso de los gases detectores controlados manualmente, así como cuando se miden directamente los caudales de los gases detectores, lo más fácil es operar con la conexión de la columna en el horno bloqueada con una férula vacía o un accesorio de enchufe. Si la columna está instalada, debe habilitarse el flujo del portador para las instalaciones de columnas capilares, en las que el extremo de la columna está en el detector. En esta situación, el operador deberá corregir los flujos medidos de gas de combustión y de reposición para el caudal de la columna. Conecte un medidor de flujo calibrado a la salida del detector con el adaptador adecuado y cierre los flujos de aire, hidrógeno, reposición y gas portador en el instrumento. Asegúrese de ajustar los reguladores de los tanques a las presiones recomendadas y encienda cualquier válvula de cierre en línea. El flujo de hidrógeno es el primero en ajustarse. Encienda el hidrógeno y establezca el caudal correcto, siguiendo las instrucciones de ajuste del manual. Después de encender el flujo, asegúrese de esperar un minuto más o menos para que se purgue el aire de los conductos de hidrógeno para obtener una lectura más precisa.
A continuación, ajuste el caudal de reposición, si se utiliza. Apague el flujo de hidrógeno y luego encienda, mida y ajuste el flujo de reposición. Si el hidrógeno no puede apagarse convenientemente, reste el caudal de hidrógeno medido para encontrar el caudal de reposición. No obstante, tenga cuidado cuando utilice un caudalímetro electrónico. Si su medidor tiene ajustes para seleccionar el tipo de gas que se está midiendo, entonces producirá lecturas inexactas para las mezclas de gases. Esto no es un problema para un simple caudalímetro de burbujas de jabón, aunque las lecturas deben corregirse en función de la presión ambiental, la temperatura y la presión de vapor de la solución de burbujas de jabón. Los detalles del uso de un caudalímetro de burbujas se encuentran en la referencia 3, así como en muchos manuales de instrumentos y otros libros de cromatografía.
En tercer lugar, ajuste el caudal de aire. Esto podría requerir un caudalímetro de mayor volumen para medir con precisión el flujo 10 veces mayor. De nuevo, es mejor apagar los flujos de hidrógeno y de reposición, pero puede corregir el caudal de aire medido si es necesario.
Por último, si no está ya activado, ajuste el flujo de gas portador. Si desea medir el caudal de gas portador directamente en el detector, entonces apague los caudales de aire, reposición e hidrógeno. Ajuste el controlador de flujo de gas portador, el regulador de presión o el sistema EPC según sea necesario. Una vez establecido el flujo de la columna, y no antes, la columna y el detector pueden calentarse hasta sus temperaturas de funcionamiento.
La medición directa y precisa del flujo de la columna capilar por debajo de unos 5 mL/min requiere un dispositivo de medición de flujo adecuado y de bajo volumen. Para un sistema EPC, recuerde que con un sistema de entrada dividida en modo de flujo constante o programado, el sistema mantiene el flujo de la columna calculando y ajustando la caída de presión necesaria para producir el flujo deseado de la columna en función de la temperatura del horno, el tipo de gas portador y las dimensiones de la columna introducidas por el operador. Si las dimensiones introducidas no reflejan con exactitud las dimensiones reales, se producirán errores en el flujo y la velocidad de la columna. En caso de duda, consulte en el manual del instrumento un procedimiento para ajustar, medir y corregir las dimensiones sobre la base de la velocidad media de la columna del gas portador.
Encendido: Mientras el instrumento se calienta, vuelva a encender el gas de combustión y los flujos de reposición si es necesario. Puede encender la llama tan pronto como la temperatura del detector haya superado los 100 °C. La mayoría de los detectores de ionización de llama requieren que los usuarios reduzcan temporalmente el flujo de aire durante el encendido. Al igual que un estrangulador en un automóvil, esta reducción del flujo de aire crea una mezcla momentáneamente rica que es más fácil de encender. Algunos instrumentos tienen encendedores incorporados que se accionan mediante un pulsador o desde el teclado, mientras que otros tienen encendedores manuales que deben mantenerse sobre el detector mientras un hilo incandescente interno se calienta eléctricamente. Algunos cuentan con un encendedor piezoeléctrico. En cualquier caso, el encendido suele ir acompañado de un «pop» audible.
Precaución: No se incline sobre el FID para ver la llama (es invisible), y lleve siempre una protección ocular adecuada. No permita que ninguna ropa se acerque a la salida del detector.
Después de que la llama parezca haberse encendido, compruebe si hay vapor de agua de combustión sosteniendo un objeto frío y brillante, como un espejo o el extremo pulido de una llave inglesa, directamente sobre la salida del FID: debería observar que se condensa «vapor» en la superficie fría. Si no lo hace, la llama probablemente no se ha encendido o se ha apagado inmediatamente.
Los problemas de encendido de la llama tienen varias causas. La principal es un ajuste incorrecto del flujo – o posiblemente se olvidó de encender uno de los flujos. Asegúrese de que todos los flujos son correctos y que los gases están conectados correctamente en la parte posterior del instrumento. Los detectores de ionización de llama producirán un «pop» muy fuerte al encenderse si las líneas de hidrógeno y aire están invertidas, pero normalmente la llama se apagará inmediatamente. Tenga mucha precaución en estos casos porque una llama de hidrógeno grande e invisible que se extiende varios centímetros por encima del detector puede resultar de las conexiones invertidas.
La dificultad de encendido continua puede deberse a un encendedor defectuoso o a otro problema de hardware. Para comprobar un encendedor incorporado, primero apague el flujo de hidrógeno. A continuación, pulse el botón del encendedor mientras observa indirectamente el interior del detector con un pequeño espejo de inspección angular. En el caso de un encendedor manual, observe el elemento interno; debería ver un resplandor naranja, o con un encendedor piezoeléctrico verá la chispa. Si no es así, compruebe las conexiones del encendedor y sustituya el elemento de encendido si es necesario.
Otros problemas de hardware que causan un encendido difícil incluyen un chorro de llama roto o agrietado, una mala instalación del detector o de la columna que causa fugas alrededor del cuerpo del detector, o un tapón adaptador de medición de flujo mal ajustado que da mediciones de flujo inexactas. Si el detector ha funcionado bien y de repente deja de funcionar, compruebe si la punta del chorro está obstruida midiendo el flujo de hidrógeno. Si es necesario, sustituya o retire y limpie el chorro cuidadosamente con un alambre de limpieza, siguiendo los procedimientos de mantenimiento del fabricante.
A veces la llama puede apagarse justo después de la inyección; el pico de disolvente puede ser lo suficientemente grande como para interrumpir la llama. Si esto ocurre a menudo, cambie a un chorro de llama con un diámetro interno mayor si es posible, y ajuste el flujo de hidrógeno para que coincida más con el caudal del portador, teniendo en cuenta un posible compromiso de la sensibilidad. Si el problema persiste, debe intentar reducir la cantidad inyectada, utilizar un menor caudal de gas portador, o ambas cosas. Si utiliza una columna capilar de 0,53 o 0,75 mm de diámetro interior, el problema puede deberse a la proximidad de la salida de la columna al chorro de llama. Podría ser útil retirar un poco la columna o instalar un adaptador de columna-detector revestido de vidrio o un trozo de sílice fundida desactivada entre la punta de la columna y el chorro de llama.
Solución de problemas rutinarios
Los detectores de ionización de llama suelen ser fiables una vez que se han configurado correctamente. Los operadores pueden comprobar inmediatamente algunas áreas clave cuando el rendimiento del detector, que antes era bueno, cae por debajo del mínimo requerido para la aplicación. Los detectores de ionización de llama están sujetos a dos amplias categorías de problemas: contaminación y electrónica. De ellas, la contaminación es, con mucho, la más común.
Contaminación: Todo lo que pasa por un detector de ionización de llama se quema en la llama de hidrógeno. Para las sustancias basadas en el carbono dentro de los niveles normales, se forman dióxido de carbono y agua. Sin embargo, grandes cantidades de compuestos clorados o de disulfuro de carbono no se queman con la misma eficacia que los hidrocarburos. Estos materiales pueden producir cantidades significativas de partículas de carbono (hollín), así como cloruro de hidrógeno en el caso de los clorometanos y el tetracloruro de carbono. Las partículas de carbono tienden a agregarse entre el chorro y el colector, formando una vía de fuga eléctrica, y el resultado es una línea de base alta y ruidosa. El cloruro de hidrógeno de los disolventes clorados puede tolerarse en pequeñas cantidades, pero tras una exposición prolongada en combinación con el agua del ácido clorhídrico de la combustión, comenzará a corroer las superficies internas del detector, produciendo vías de fuga eléctrica y una línea de base alta y ruidosa.
Otra fuente común de contaminación es el sangrado de la fase estacionaria desde la columna hacia el detector. Aunque esto no suele ser un problema para la mayoría de las columnas capilares, las columnas empaquetadas, así como los capilares de película gruesa, pueden emitir cantidades significativas de fase estacionaria durante su vida útil, especialmente a temperaturas elevadas. Los polímeros de siloxano producen sílice cuando se queman en una llama de hidrógeno. En un detector de ionización de llama, estas partículas de sílice tienden a adherirse fuertemente a las superficies del chorro y del colector dentro del detector. Estas, a su vez, pueden reducir la sensibilidad del detector y aumentar el nivel de la señal de fondo.
Para comprobar si hay contaminación en el detector, cierre los flujos de gases de combustión y desconecte la alimentación del instrumento. Una vez que el instrumento se haya enfriado lo suficiente, retire las cubiertas del detector y examine el exterior del cuerpo del detector cerca de la salida del mismo. Debe estar limpio y completamente libre de depósitos de color. Mire hacia abajo en el detector. De nuevo, las superficies deben estar limpias y libres de depósitos. Si observa algún material coloreado en el interior del detector, retire el electrodo colector para verlo más de cerca. Un depósito negro indica la formación de carbono. Los depósitos blancos o grises son típicos de la contaminación por sílice, y los depósitos verdes o azul-verdosos o las zonas corroídas son un signo de formación excesiva de ácido.
Los depósitos ligeros de dióxido de silicio o carbono suelen poder eliminarse del colector frotando suavemente con agua destilada y tensioactivos o en un baño de ultrasonidos. Asegúrese de retirar primero el electrodo del colector de cualquier conexión eléctrica conectada. Los aislantes cerámicos del interior del detector también pueden limpiarse de esta manera. En general, siga los procedimientos de mantenimiento recomendados por el fabricante. Las piezas del detector que se hayan corroído deben ser sustituidas, ya que la limpieza suele ser ineficaz.
Cuando se vuelva a montar el detector, asegúrese de que las conexiones internas para la tensión de polarización o el electrodo colector estén bien sujetas. Los contactos eléctricos pueden limpiarse pasando suavemente un borrador de lápiz limpio. No utilice ningún tipo de abrasivo o tela de esmeril en las piezas del detector, ya que causará más daño que beneficio.
Problemas electrónicos: Los detectores de ionización de llama producen diminutas corrientes de picoamperios. Por lo tanto, el circuito del electrómetro-amplificador es muy sensible. Aunque los amplificadores y fuentes de alimentación modernos son muy fiables, fallan ocasionalmente. Sin embargo, a menudo lo que parece ser un problema electrónico se debe en realidad a un error del operador. Compruebe todos los ajustes del instrumento y las conexiones externas antes de asumir que el problema es electrónico. La mayoría de los fallos electrónicos internos requieren la atención de un técnico de servicio capacitado. Sin embargo, usted puede investigar y posiblemente remediar algunos de ellos.
Los fallos en el suministro de tensión de polarización se indican por la reducción del tamaño de los picos y por la amplia variación de las respuestas para diferentes sustancias. Si su instrumento tiene una conexión de tensión de polarización discreta al chorro de llama, puede comprobar el suministro. Estos instrumentos suelen tener uno o dos hilos o cables separados que van al detector, además del cable del encendedor, si lo hay. Si sólo hay un cable, su detector probablemente tiene un chorro de llama conectado a tierra. No intente comprobar la tensión de polarización en este tipo de detectores, sino que intente cambiar el amplificador por uno bueno.
Precaución: La tensión de polarización del FID es una tensión alta y es potencialmente peligrosa. Apague los flujos de gas de combustión y desconecte la tensión de polarización en el detector antes de realizar cualquier medición.
Utilice un voltímetro digital de alta impedancia para medir la tensión de polarización respecto a tierra. Asegúrese de que el instrumento está encendido y el detector activado (algunos cromatógrafos de gases desactivan la tensión de polarización cuando el detector no está activo). Si no hay tensión, el suministro requiere el servicio de un técnico capacitado. Si se obtiene una lectura de 180-250 V, apague el instrumento, desconecte el suministro de tensión de polarización y compruebe la resistencia de la conexión del polarizador en el detector a tierra o de la punta del chorro de llama a tierra. Debería obtener una lectura de «circuito abierto». Si la resistencia es inferior a unos 10 Mo, hay una vía de fuga importante y hay que limpiar el detector, cambiar el chorro o ambas cosas. Si es posible, también puede cambiar un electrómetro sospechoso por uno que se sabe que está bien.
Los calentadores y sensores de temperatura del detector deben ser probados o sustituidos únicamente por un técnico de servicio capacitado. Si el detector no calienta o el instrumento informa que el sensor de temperatura está defectuoso, no debe intentar solucionar el problema usted mismo. Llame a un técnico cualificado.
Resumen
El FID es el sistema de detección de GC más conocido y utilizado, si no el más sencillo. Proporciona una alta sensibilidad a una amplia gama de compuestos, así como un funcionamiento rutinario fiable. Los problemas comunes del FID son pocos y fáciles de identificar. Sin embargo, es muy importante recordar que un cromatógrafo de gases es un sistema que depende del buen funcionamiento de todos sus componentes discretos. Un problema que parece estar relacionado con el detector puede, de hecho, originarse en otra parte. Realice al menos una breve comprobación de todos los componentes relacionados del instrumento antes de concluir que el detector es el culpable.
John V. Hinshaw Editor de «GC Connections» John V. Hinshaw es ingeniero sénior de Serveron Corp., Hillsboro, Oregón, y miembro del consejo editorial de LCGC. Dirija la correspondencia sobre esta columna a «GC Connections», LCGC, Woodbridge Corporate Plaza, 485 Route 1 South, Building F, First Floor, Iselin, NJ 08830, correo electrónico [email protected]
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