John V. Hinshaw
Vaikka näillä ionisaatioilmaisimilla on useita yhteisiä piirteitä, niiden toteutukset eroavat toisistaan huomattavasti. Ilmaisimen suorituskykyominaisuuksiin (herkkyys, pienin havaittava määrä, lineaarisuus ja selektiivisyys) vaikuttavat voimakkaasti ionisaatiomekanismin tyyppi, sisäinen elektrodijärjestely ja elektroniikka.
FID
Tyypillisen liekki-ionisaatioilmaisimen sisäinen järjestely on esitetty kuvassa 1. Kolonnista tuleva kantokaasu tulee detektorin alaosasta ja sekoittuu vedyn palamiskaasuun sekä valinnaiseen lisäkaasuun liekkisuihkun alapuolella olevalla alueella. Tämä seos yhdistetään sitten ilmaan ja poltetaan juuri suihkun kärjen yläpuolella. Suihkukärjen ja keräyselektrodin väliin kytketään negatiivinen polarisoiva jännite; kun elektroneja muodostuu, sähkökenttä kiihdyttää ne suihkukärjen ja keräyselektrodin välisen raon yli ja lähettää ne sähkömittariin. FID:n rakenteesta riippuen joko keräin tai suihkukärki pidetään maapotentiaalissa; kuvassa 1 on esitetty maadoitettu keräinrakenne. Ilma, hiilidioksidi ja veden poistokaasut poistuvat ilmaisimen rungon yläosasta. Joissakin liekki-ionisaatioilmaisimissa hehkutulppa toimii hetkellisesti liekin sytyttämiseksi.
Taulukko I: FID:n suhteelliset herkkyydet eri yhdisteille ja luokille
Kuvassa 2 on kaaviokuva ilmaisimen elektroniikasta. Vasemmalta oikealle: 200 V:n polarisaatiojännite syötetään liekkisuihkun ja keräimen yli. Hiilivetyjen palamisessa liekissä muodostuvat elektronit kerätään sähkökentän vaikutuksesta, ja syntyvä virta muunnetaan jännitteeksi sähkömittarilla, jolla voi olla yksi tai useampi toiminta-alue. Jännite vahvistetaan ja korkeataajuiset komponentit suodatetaan pois. Ilmaisimen signaali muunnetaan erillisiksi digitaalisiksi näytteiksi A/D-muuntimella, ja signaalin lisäkäsittelyä suoritetaan tarpeen mukaan. Tämä on tyypillinen toteutus; on olemassa monia muitakin mahdollisuuksia. Käytettävissä on tyypillisesti useita vahvistusalueita, jotka vaihtelevat noin 1 pA (tulo)/mV:stä suurimmalla lähtöherkkyydellä noin 10 nA:iin (10 X 10-9 A)/mV:hen pienimmällä lähtöherkkyydellä. Joissakin GC-järjestelmissä käytetään logaritmista vahvistinta, joka kattaa koko dynaamisen alueen. Detektorisignaali suodatetaan ei-toivotun korkeataajuisen kohinan poistamiseksi. Kohinaa syntyy kantajakaasun ionisoituvien yhdisteiden virtauksen epävakaisuudesta, itse liekistä, elektroniikkapiiristä ja hajasähkömagneettisten signaalien induktiosta (esimerkiksi matkapuhelimista). FID-elektrometri- ja vahvistinpiirit asettavat vastenopeudelle elektronisen rajan, ja GC:n laiteohjelmistossa sekä datajärjestelmässä suoritetaan ylimääräistä, kehittyneempää signaalinkäsittelyä. Useimmille kapillaarisen GC:n piikeille noin 200 ms:n vasteaika on sopiva, ja se hylkää suurimman osan detektorin kohinasta ja tuottaa yli 95 prosentin tarkkuuden piikin muodon suhteen. Nopeille kapillaaripiikeille (leveys puolikorkeudella << 1 s), joita esiintyy nopeissa tai kattavissa GC X GC -erotuksissa, tarvitaan 50 ms tai pienempi vasteaika. Liian nopea vasteaika ei vaikuta piikkien muotoihin, mutta siirtää ylimääräistä kohinaa järjestelmän läpi ja mahdollisesti huonontaa havaittavia vähimmäismääriä. Myös A/D-muunnosnopeus vaikuttaa signaalin uskollisuuteen. Yleensä näytteenottotaajuuden tulisi olla kaksi kertaa suurempi kuin signaalin suurin kiinnostava taajuus. Esimerkiksi 200 ms:n vasteaika vastaa karkeasti 5 Hz:n taajuutta, joten näytteenottotaajuus olisi vähintään 10 Hz. GC Connections -lehden viimeisimmässä osassa käsiteltiin yksityiskohtaisemmin signaalinkäsittelyä ja huippujen muotoa (1).
Kuva 1: Liekki-ionisaatioilmaisimen poikkileikkaus. 1 sähkömittarin liitäntä, 2 = ulostulon ulostulo, 3 = sytyttimen kela, 4 = sytyttimen virtaliitäntä, 5 = polarisoivan jännitteen syöttöliitäntä, 6 = ilmansyöttö, 7 = kolonnin liitäntä, 8 = vedyn syöttö, 9 = liekkisuihku, 10 = keräyselektrodi. (Johdettu kuvasta, jonka on toimittanut PerkinElmer Instruments, Shelton, Connecticut).
FID-herkkyys
Kokonaisuudessaan FID-herkkyys riippuu palamiskaasun virtausnopeudesta, kantokaasun virtausnopeudesta, liekkisuihkun ulostulon läpimitasta, suihkun ja kollektorin suhteellisista sijainneista ja – vähäisemmässä määrin – detektorin lämpötilasta.
Polttokaasun virtausnopeudet: Polttokaasun virtausnopeudet on asetettava oikein, jotta FID toimii oikein; noudata valmistajan suosituksia ilman ja vedyn virtausasetuksista. Yleensä ilma:vety-suhteen tulisi olla noin 10:1. Vetyvirtausnopeus 30-45 ml/min ja vastaava ilmavirtaus 300-450 ml/min on yleinen. FID:n herkkyys heikkenee, kun vedyn virtaus poikkeaa optimaalisen tason ylä- tai alapuolelle, kuten kuvassa 3 on esitetty. Vedyn virtaus vaikuttaa myös lineaariseen dynaamiseen alueeseen: suuremmilla virtauksilla on taipumus pienentää lineaarista dynaamista aluetta. Liekki-ionisaatioilmaisinta ei ole syytä käyttää kaukana valmistajan kaasuvirtausasetuksista; ne on optimoitu huolellisesti kyseiselle ilmaisimelle. Ilmavirta ei ole yhtä kriittinen kuin vedyn virtaus, mutta liian suuri ilmamäärä horjuttaa liekkiä aiheuttaen kohinaa ja mahdollista liekkien sammumista. Liian vähän ilmaa vähentää herkkyyttä ja lyhentää lineaarista dynaamista aluetta.
Kuva 2: Liekki-ionisaatioilmaisimen elektroniikka.
Varoitus: Vety on erittäin helposti syttyvää ja voi aiheuttaa vakavan räjähdyksen, jos sen annetaan kerääntyä suljettuun tilaan, kuten GC-uuniin. Älä koskaan kytke vetyvirtausta päälle ilman, että kolonni tai tyhjä sovite on kiinnitetty detektorin pohjaan, jotta vety ei pääse vuotamaan uuniin.
Suihkun halkaisija: Vakiomallisten FID-suihkujen ulostulohalkaisijat ovat noin 0,5-0,7 mm, mikä sopii useimpiin sovelluksiin. Kapillaaripylväiden kanssa käytetään joskus pienempää, noin 0,3 mm:n sisähalkaisijaltaan olevaa suihkua herkkyyden lisäämiseksi (noin 1,5-kertainen); harvoin voi esiintyä ongelmia liuotinhuipun syttymisen kanssa. Kapeaa FID-suihkua ei suositella pakattujen kolonnien käyttöön, koska harhaileva kolonnin pakkaustuki voi helposti tukkia suihkun läpiviennin. Sitä vastoin kapeampi suihku estää kapillaarin kärkeä työntymästä vahingossa liekkiin.
Kantajakaasun virtausnopeus: Kantokaasun virtausnopeus on tärkeä seikka ilmaisimen herkkyyden kannalta. Pakatuissa tai mikropakatuissa kolonneissa kantoaineen virtaus on yleensä suurempi kuin noin 8-10 ml/min. Jos pakatun kolonnin virtaus on alle 40 ml/min, standardivetyvirtausta ei tarvitse muuttaa. Kun pakatun kolonnin virtausnopeus ylittää 40 ml/min, voi olla tarpeen lisätä vetyvirtausta jonkin verran vakaan, herkän liekin aikaansaamiseksi. Suuremmat suihkun halkaisijat (0,7 mm) ovat myös hyödyllisiä suuremmilla kantoainevirroilla. Muun kantokaasun kuin vedyn, kuten heliumin, typen tai argonin, valinta ei vaikuta merkittävästi detektorin toimintaan.
Kuva 3: Vedyn virtauksen vaikutus suhteelliseen FID-herkkyyteen. Tämä on esitys tyypillisistä tuloksista.
Kapillaarikolonniin sovelletaan erilaisia virtausnäkökohtia. Kromatografit voivat halutessaan käyttää kolonnia, jonka sisähalkaisija on 0,53 mm tai suurempi, reilusti optimiarvojensa yläpuolella suhteellisen suurilla kantoaineen virtausnopeuksilla 10-20 ml/min. Tavallisesti liekki-ionisaatiodetektori ei vaadi erityistä huomiota tällaisissa olosuhteissa. Kun käytetään kapillaarikolonneja, joiden sisähalkaisija on 0,32 mm tai pienempi, tai kun laajareikäisiä kolonneja käytetään lähempänä optimaalista virtausnopeutta, joka on alle 10 ml/min, liekki-ionisaatioilmaisimet voivat hyötyä lisäkaasun lisäämisestä kantoainevirtaan ennen suihkualueelle tuloa. Täydennyskaasulla on kaksi tärkeää vaikutusta. Ensinnäkin se ylläpitää optimaalisen kantokaasuvirtauksen suihkun läpi ja pitää detektorin toiminnassa parhaan herkkyyden ja lineaarisen dynaamisen alueen. Toiseksi joissakin ilmaisimissa täydennysvirtaus pyyhkäisee suihkun alla ja ilmaisimen pohjan sisäpuolella olevan alueen, mikä lieventää piikin levenemistä, joka saattaa syntyä, kun kapillaaripiikit törmäävät halkaisijaltaan suurempiin sisäisiin läpivientikäytäviin. Noudata laitteen valmistajan ohjeita lisäkaasusta ja sen virtauksesta.
Vetyä, jota käytetään joskus kantokaasuna pakatuissa kolonneissa, käytetään yleisesti kapillaarikolonneissa. Vetykantaja antaa laajemman alueen optimaalisia lineaarisia nopeuksia tai virtauksia, on edullisempi kuin helium, ja sitä voidaan tuottaa vedestä tarpeen mukaan sopivalla vetygeneraattorilla. FID:ssä on kätevää kompensoida lisätty kantokaasuvety vähentämällä vastaavasti detektorin vetyvirtausta. Jos kolonnin virtausnopeus on esimerkiksi 5 ml/min, detektorivetyvirtausta on vähennettävä 5 ml/min, jotta vedyn kokonaisvirtaus suihkun läpi on optimaalisella tasolla.
Kolonnin uunin lämpötila saattaa vaikuttaa kantoaineen virtausnopeuteen kantoaineen syöttötilan mukaan. Kun uunin lämpötilaa muutetaan, ilmaisimen läpi kulkevan kokonaisvetyvirtauksen pitäisi pysyä vakiona. Elektroniset paineohjelmointijärjestelmät saavuttavat tämän määrittämällä kantokaasun virtausnopeuden uunin lämpötilan muuttuessa ja säätämällä detektorin vedyn virtausta sen mukaisesti. Jos käytetään vakiopaineohjelmointitilaa, kantokaasun virtaus vähenee uunin lämpötilan noustessa; ilmaisimen vedyn virtaus kasvaa vastaavasti. Jos kantokaasun virtaus on vakio, myös FID:n vedyn virtaus pysyy vakiona.
Detektorin lämpötila: Liekki-ionisaatioilmaisimen herkkyys ei riipu voimakkaasti sen lämpötilasta, jos tietyt ehdot täyttyvät. Sopiva detektorilämpötila määräytyy kahdesta seuraavasta ehdosta sen mukaan, kumpi niistä on suurempi: 150 °C:n vähimmäislämpötila detektorin vakaan toiminnan varmistamiseksi ja noin 20-50 °C:n vähimmäislämpötila kolonnin korkeimman lämpötilan yläpuolella. Ilmaisin tuottaa suuren määrän vesihöyryä, joka voi tiivistyä keräintä ympäröiville viileämmille yläalueille, jos ilmaisimen peruslämpötila on alle 150 °C. Tämä tiivistynyt vesihöyry voi aiheuttaa kohinaa ja perusviivan siirtymistä. Toisaalta detektorin pohjan on oltava riittävän kuuma, jotta estetään piikkien tiivistyminen, kun ne eluoituvat pylväästä, joten se on pidettävä hieman lämpimämpänä kuin pylvään korkein käyttölämpötila.
Jos kapillaaripylväs on asennettu siten, että sen pää on työnnetty detektoripohjaan suihkua myöten, ja sitä käytetään uunin lämpötiloissa, jotka lähestyvät pylvään suurinta nimellislämpötilaa, on mahdollista, että pylvään pää ylikuumenee vielä 20 °C lämpimämmässä detektoripohjassa. Tällainen ylikuumeneminen voi aiheuttaa liiallista detektorin kohinaa hajoavasta stationäärifaasista, aiheuttaa liuenneen aineen adsorptiota myöhemmin altistuville kolonnin pinnoille ja lyhentää kolonnin käyttöikää. Kapillaaripylväsdetektorisovitin, joka sijoittaa erotuskolonnin pään uuniin ja johtaa kantokaasuvirtauksen lasivuorattua putkea pitkin tai deaktivoidun sulatetun piidioksidin palan kautta detektorisuihkuun, auttaa lieventämään tällaisia ongelmia.
Lekki-ionisaatioilmaisimen asettaminen
Kantaja- ja palamiskaasun puhtaudet, paineet ja virtausnopeudet sekä ilmaisimen ja kolonnin lämpötilat ovat kaikki tärkeitä seikkoja liekki-ionisaatioilmaisinta asetettaessa. On useita vaiheita, joita on noudatettava. Varmista ensin, että kaikki kaasut ovat riittävän puhtaita ja että niiden syöttöpaineet ovat riittävän vakaita luotettavan toiminnan varmistamiseksi. Aseta sitten tarvittavat kaasuvirrat, kun laite on kytketty päälle, mutta sitä ei ole lämmitetty. Lämmitä lopuksi injektori, ilmaisin ja kolonni käyttölämpötilaansa ja sytytä liekki. Nämä vaiheet on esitetty yksityiskohtaisesti tässä osassa.
Kaasulähde
Liekki-ionisaatioilmaisimet ovat melko herkkiä hiilivetyepäpuhtauksille, joita voi olla kaasupulloissa tai liitäntäputkissa. Hiilivetyepäpuhtaudet palamiskaasuissa aiheuttavat kohonneen ilmaisimen kohinatason sekä korkeamman lähtötason signaalitason. Hiilivetyjen suodattimia suositellaan asennettavaksi ulkoisiin GC:n laipioliittimiin ilmaa, vetyä, lisäkaasua ja tietenkin kantokaasua varten. Happea ei ole tarpeen poistaa FID-vetyvirrasta, mutta happisuodatinta kantokaasulinjassa suositellaan myös erittäin suositeltavaksi, joten varmista, että happi eristetään, jos kantokaasuna käytetään myös vetyliekkikaasua.
Pelkästään FID:ssä käytettävän vedyn tulisi olla 99,995 %:n tai parempaa puhtautta. Jos sitä käytetään kantokaasuna, 99,999 %:n tai parempi puhtaus on suositeltavaa. On olemassa useita erinomaisia kaupallisia vetygeneraattoreita, jotka voivat tuottaa riittävästi kantoaineen laatuista vetyä kahden liekki-ionisaatioilmaisimen ja yhden tai kahden kantoaineen kanavan syöttämiseen jaetuilla injektoreilla. Jos käytetään elektrolyyttistä vetygeneraattoria, on varmistettava, että lisättävässä vedessä ei ole hiilivetyepäpuhtauksia.
FID:n ilman tulisi sisältää alle 100 ppb hiilivetyepäpuhtauksia. Tavallisten paineistettujen kaasusäiliöiden lisäksi on saatavilla erilaisia sopivia puhdistetun ilman generaattoreita, joiden kapasiteetti vaihtelee parista kromatografista koko laboratorion tarpeisiin. Vanhempia ilmakompressoreita tai niin sanottuja ”talon” ilmansyöttölaitteita ei pitäisi käyttää kaasukromatografien kanssa, paitsi pneumaattisten venttiilien toimilaitteiden käyttöpaineen tuottamiseen.
Kantokaasun puhtaus on myös tärkeää detektorin moitteettoman toiminnan kannalta – täydennyskaasun kanssa tai ilman. Lisäkaasun epäpuhtaudet vaikuttavat detektoriin paljolti samalla tavalla kuin palamiskaasun epäpuhtaudet. Jopa ilman lisäkaasua kantokaasun epäpuhtaudet voivat lopulta kulkeutua kolonnin läpi detektoriin. Lämpötilaohjelmoidussa käytössä tällaiset epäpuhtaudet saattavat näkyä laajoina haamupiikkeinä ajon aikana tai tasaisesti nousevana perusviivana, joka on samanlainen kuin kolonnin pysyvän faasin vuoto. Isotermisessä käytössä epäpuhtaudet saattavat näkyä hitaasti nousevana perusviivana, jonka kohina kasvaa, usein tuntien tai päivien aikana. Valitettavasti voimakkaasti saastunutta kaasukromatografia on usein vaikea puhdistaa. Vaikka kolonni voidaan poistaa tai vaihtaa, epäpuhtaudet voivat jäädä sisäisiin kaasulinjoihin, venttiileihin ja säätimiin sen jälkeen, kun epäpuhtauslähde on korjattu. Paras menettelytapa on olettaa, että kaasun puhtausongelma voi olla olemassa heti alusta alkaen, ja asentaa asianmukaiset suodattimet. Muista, että paras suodatin on sellainen, jota ei koskaan tarvita, koska tuleva kaasu on jatkuvasti puhdasta. Toisaalta on syytä olettaa, että tulevan kaasun puhtausongelma ilmenee joskus tulevaisuudessa. Suodattimet ovat erinomainen vakuutus laitteen saastumisen varalta.
Myös letkujen liittäminen kaasulähteestä laitteeseen voi joskus aiheuttaa kontaminaatio-ongelmia. Varmista, että käytät kupari- tai ruostumattomasta teräksestä valmistettuja putkia, jotka on erityisesti puhdistettu kromatografiasovelluksia varten. Älä koskaan käytä muoviputkia, koska niissä voi olla merkittäviä määriä pehmitintä tai monomeeria. Lisäksi kaikki muoviletkut läpäisevät ilmakehän hapen. Myös vuotavat liittimet voivat olla kontaminaation lähde: ne sallivat joidenkin ilmakehän kaasujen pääsyn laitteen sisällä olevaan kaasuvirtaan. Vältä vuodot varmistamalla, että kaikki liittimet ja liitoskappaleet ovat hyvässä kunnossa ja että niitä ei ole kiristetty liikaa. On parempi katkaista muutama sentti letkua ja asentaa uusi mutteri ja laippa kuin yrittää tiivistää vuotava liitos ylikiristämällä.
FID-virtausnopeuden asettaminen: FID-virtausnopeuksia asetettaessa syntyy kaksi tilannetta riippuen siitä, ovatko kaasut elektronisesti paineohjattuja (EPC) vai manuaalisesti ohjattuja. EPC-järjestelmissä virtaukset asetetaan laitteen näppäimistöllä. Älä kuitenkaan oleta, että virtaukset ovat oikeita – säännöllistä virtausten kalibrointia suositellaan. Haluan joka tapauksessa mitata ilmaisimen virtausnopeudet. Muista syöttää asiaan liittyvät asetukset, joilla ohjataan kantokaasun toimintatapaa (vakiopaine, vakiovirtaus tai vakionopeus) ja lisäkaasuvirtausta. Muista myös, että joissakin GC-järjestelmissä virtausnopeudet riippuvat tulevan kaasun paineesta – jos paine muuttuu, virtaussäätimet on kalibroitava uudelleen.
Manuaalisesti ohjattuja detektorikaasuja varten sekä mitattaessa suoraan detektorikaasun virtausnopeuksia on helpointa toimia siten, että uunin kolonniliitäntä on tukittu tyhjällä ferruleilla tai tulppaliitoksella. Jos kolonni on asennettu, kantoaineen virtaus on otettava käyttöön kapillaarikolonniasennuksissa, joissa kolonnin pää on ilmaisimessa. Tässä tilanteessa käyttäjän on korjattava mitatut palamiskaasu- ja lisäysvirrat kolonnin virtausnopeuden mukaan. Kiinnitä kalibroitu virtausmittari ilmaisimen ulostuloon asianmukaisella sovittimella ja sulje ilma-, vety-, lisäys- ja kantokaasuvirrat laitteesta. Muista asettaa säiliön säätimet suositeltuihin paineisiin ja kytkeä kaikki linjassa olevat sulkuventtiilit päälle. Vetyvirtaus asettuu ensimmäisenä. Kytke vety päälle ja aseta oikea virtaus käsikirjan säätöohjeiden mukaisesti. Kun olet kytkenyt virtauksen päälle, odota noin minuutti, jotta ilma poistuu vetylinjoista tarkemman lukeman saamiseksi.
Seuraavaksi aseta lisävirtaus, jos sitä käytetään. Kytke vetyvirtaus pois päältä ja käynnistä, mittaa ja säädä sitten täydennysvirtaus. Jos vetyä ei voida kytkeä pois päältä sopivasti, vähennä mitattu vetyvirtaus täydennysvirtausmäärän löytämiseksi. Ole kuitenkin varovainen, kun käytät elektronista virtausmittaria. Jos mittarissa on asetukset mitattavan kaasun tyypin valitsemiseksi, se tuottaa epätarkkoja lukemia kaasuseoksille. Tämä ei ole ongelma yksinkertaiselle saippuakuplavirtamittarille, vaikka lukemat on korjattava ympäristön paineen, lämpötilan ja saippuakuplaliuoksen höyrynpaineen mukaan. Saippuakuplavirtamittarin käytön yksityiskohdat löytyvät viitteestä 3 sekä monista laiteoppaista ja muista kromatografiakirjoista.
Kolmanneksi asetetaan ilman virtausnopeus. Tämä saattaa vaatia suuremman tilavuuden virtausmittarin, jotta 10-kertainen suurempi virtaus voidaan mitata tarkasti. Jälleen kerran on parasta sulkea vety- ja täydennysvirtaukset, mutta voit tarvittaessa korjata mitattua ilmavirtausta.
Viimeiseksi, jos se ei ole jo päällä, aseta kantokaasun virtaus. Jos haluat mitata kantokaasun virtausnopeuden suoraan ilmaisimesta, sammuta ilma-, makeup- ja vetyvirtaukset. Säädä kantokaasun virtaussäädin, paineensäädin tai EPC-järjestelmä tarpeen mukaan. Kun kolonnin virtaus on vakiintunut, mutta ei ennen sitä, kolonni ja ilmaisin voidaan lämmittää käyttölämpötilaansa.
Kapillaarikolonnivirtauksen tarkka suora mittaus alle noin 5 ml/min edellyttää sopivaa, pienen tilavuuden virtauksen mittauslaitetta. EPC-järjestelmän osalta on muistettava, että jaetun sisääntulon järjestelmän ollessa vakio- tai ohjelmoidussa virtaustilassa järjestelmä ylläpitää kolonnivirtausta laskemalla ja asettamalla painehäviön, joka tarvitaan halutun kolonnivirtauksen aikaansaamiseksi uunin lämpötilan, kantokaasutyypin ja käyttäjän syöttämien kolonnin mittojen perusteella. Jos syötetyt mitat eivät vastaa tarkasti todellisia mittoja, seurauksena on kolonnivirtaus- ja nopeusvirheitä. Jos on epäilyksiä, katso laitteen käsikirjasta menettely, jolla mitat asetetaan, mitataan ja korjataan mitat mitatun kolonnin keskimääräisen lineaarisen kantokaasunopeuden perusteella.
Sytytys: Laitteen lämmetessä kytke tarvittaessa palamiskaasu ja lisävirtaukset takaisin päälle. Voit sytyttää liekin heti, kun ilmaisimen lämpötila on ylittänyt 100 °C. Useimmat liekki-ionisaatioilmaisimet vaativat käyttäjiä vähentämään tilapäisesti ilmavirtaa sytytyksen aikana. Kuten auton kuristin, tämä ilmavirran vähentäminen luo hetkellisesti rikkaan seoksen, joka on helpompi sytyttää. Joissakin laitteissa on sisäänrakennetut sytyttimet, joita käytetään painikkeella tai näppäimistöltä, kun taas toisissa on manuaaliset sytyttimet, joita on pidettävä ilmaisimen päällä, kun sisäinen hehkulanka kuumennetaan sähköisesti. Joissakin käytetään pietsosähköistä sytytintä. Joka tapauksessa syttymiseen liittyy useimmiten äänimerkki ”pop”.
Varoitus: Älä kumarru FID:n päälle nähdäksesi liekin (se on näkymätön), ja käytä aina asianmukaisia silmäsuojaimia. Älä päästä vaatteita lähelle ilmaisimen ulostuloaukkoa.
Kun liekki näyttää syttyneen, tarkista palamisvesihöyryn esiintyminen pitämällä kylmää, kiiltävää esinettä, kuten peiliä tai kiillotetun jakoavaimen kiillotettua päätä, suoraan FID:n ulostulon yläpuolella – sinun pitäisi havaita ”höyryn” tiivistyvän kylmälle pinnalle. Jos näin ei tapahdu, liekki ei todennäköisesti ole syttynyt tai se on sammunut välittömästi.
Liekin syttymisongelmilla on useita syitä. Tärkein on väärä virtausasetus – tai mahdollisesti unohdit kytkeä jonkin virtauksen päälle. Varmista, että kaikki virtaukset ovat oikein ja että kaasut on kytketty oikein laitteen takaosassa. Liekki-ionisaatioilmaisimet tuottavat hyvin äänekkään ”poksahduksen” sytytyksen yhteydessä, jos vety- ja ilmalinjat ovat väärinpäin, mutta yleensä liekki sammuu välittömästi. Ole tällaisissa tapauksissa hyvin varovainen, koska käänteisistä liitännöistä voi seurata suuri, näkymätön vetyliekki, joka ulottuu useita senttimetrejä ilmaisimen yläpuolelle.
Jatkuvat syttymisvaikeudet saattavat johtua viallisesta sytyttimestä tai muusta laitteisto-ongelmasta. Sisäänrakennetun sytyttimen tarkistamiseksi katkaise ensin vedyn virtaus. Paina sitten sytytyspainiketta samalla kun tarkkailet epäsuorasti ilmaisimen sisäpuolta pienellä kulmikkaalla tarkastuspeilillä. Jos kyseessä on manuaalinen sytytin, tarkkaile sisäistä elementtiä; sinun pitäisi nähdä oranssi hehku, tai pietsosähköisessä sytyttimessä näet kipinän. Jos näin ei ole, tarkista sytyttimen liitännät ja vaihda sytytinelementti tarvittaessa.
Muita laitteisto-ongelmia, jotka aiheuttavat vaikean syttymisen, ovat esimerkiksi rikkoutunut tai haljennut liekkisuihku, huono ilmaisimen tai pylvään asennus, joka aiheuttaa vuotoja ilmaisimen rungon ympärillä, tai huonosti istuva virtausmittaussovittimen pistoke, joka antaa epätarkkoja virtausmittauksia. Jos ilmaisin on toiminut hyvin ja sitten yhtäkkiä sammunut, tarkista, onko suuttimen kärki tukossa mittaamalla vedyn virtaus. Tarvittaessa vaihda tai irrota ja puhdista suihkukärki huolellisesti puhdistuslangalla valmistajan huoltomenetelmiä noudattaen.
Joskus liekki voi sammua heti injektion jälkeen; liuotinpiikki voi olla riittävän suuri katkaisemaan liekin. Jos näin tapahtuu usein, vaihda mahdollisuuksien mukaan isomman sisähalkaisijan omaavaan liekkisuihkuun ja säädä vedyn virtaus vastaamaan paremmin kantoaineen virtausnopeutta, ottaen huomioon mahdollisen herkkyyskompromissin. Jos ongelma jatkuu, kannattaa yrittää vähentää ruiskutettavaa määrää, käyttää pienempää kantokaasun virtausnopeutta tai molempia. Jos käytät 0,53 tai 0,75 mm:n kapillaarikolonnia, ongelma saattaa johtua siitä, että kolonnin ulostulo on lähellä liekkisuihkua. Saattaa olla hyödyllistä vetää kolonnia jonkin verran taaksepäin tai asentaa kolonnin kärjen ja liekkisuihkun väliin lasivuorattu detektori-kolonnisovitin tai pala deaktivoitua sulatettua piidioksidia.
Rutiininomainen vianetsintä
Liekki-ionisaatioilmaisimet ovat yleensä luotettavia, kun ne on asetettu oikein. Käyttäjät voivat tarkistaa muutaman keskeisen alueen välittömästi, kun aiemmin hyvä ilmaisimen suorituskyky laskee alle sovelluksen vaatiman vähimmäistason. Liekki-ionisaatioilmaisimiin liittyy kaksi laajaa vikaluokkaa: saastuminen ja elektroniikka. Näistä saastuminen on ylivoimaisesti yleisempi.
Kontaminaatio: Kaikki, mikä kulkee liekki-ionisaatioilmaisimen läpi, palaa vetyliekissä. Hiilipohjaisista aineista muodostuu normaalissa määrin hiilidioksidia ja vettä. Suuret määrät kloorattuja yhdisteitä tai hiilidisulfidia eivät kuitenkaan pala yhtä tehokkaasti kuin hiilivedyt. Nämä aineet voivat tuottaa merkittäviä määriä hiilihiukkasia (nokea) sekä kloorivetyä kloorimetaanien ja hiilitetrakloridin tapauksessa. Hiilihiukkasilla on taipumus kerääntyä suihkun ja keräimen väliin muodostaen sähköisen vuotoreitin, ja tuloksena on korkea, meluisa perusviiva. Klooratuista liuottimista peräisin olevaa kloorivetyä voidaan sietää pieninä määrinä, mutta pitkäaikaisen altistumisen jälkeen yhdessä palamisveden ja suolahapon kanssa se alkaa syövyttää ilmaisimen sisäpintoja, mikä aiheuttaa sähköisiä vuotoratoja ja korkean, kohisevan perusviivan.
Toinen yleinen kontaminaatiolähde on stationäärifaasin vuotaminen kolonnista detektoriin. Vaikka tämä ei yleensä ole ongelma useimmille kapillaaripylväille, pakatut pylväät sekä paksukalvokapillaarit voivat vapauttaa huomattavia määriä stationäärifaasia käyttöikänsä aikana, erityisesti korkeissa lämpötiloissa. Siloksaanipolymeerit tuottavat piidioksidia, kun niitä poltetaan vetyliekissä. Liekki-ionisaatiodetektorissa näillä piihiukkasilla on taipumus tarttua voimakkaasti detektorin sisällä oleviin suihku- ja keräinpintoihin. Nämä puolestaan voivat heikentää detektorin herkkyyttä ja lisätä taustasignaalin tasoa.
Tarkistaaksesi detektorin kontaminaation, sulje palamiskaasuvirrat ja katkaise laitteesta virta. Kun laite on jäähtynyt riittävästi, poista ilmaisimen suojukset ja tutki ilmaisimen rungon ulkopuoli lähellä ilmaisimen ulostuloaukkoa. Sen pitäisi olla puhdas ja täysin vapaa värillisistä saostumista. Katso ilmaisimen sisään. Jälleen kerran pintojen pitäisi olla puhtaita ja vapaita saostumista. Jos havaitset jonkin verran värillistä materiaalia ilmaisimen sisällä, irrota keräyselektrodi tarkempaa tarkastelua varten. Musta kerrostuma viittaa hiilen muodostumiseen. Valkoiset tai harmaat saostumat ovat tyypillisiä piidioksidisaastumiselle, ja vihreät tai sinivihreät saostumat tai syöpyneet alueet ovat merkki liiallisesta haponmuodostuksesta.
Kevyet piidioksidi- tai hiilikerrostumat voidaan yleensä poistaa keräimestä tislatulla vedellä ja pinta-aktiivisilla aineilla tai ultraäänihauteessa tapahtuvalla hellävaraisella hankauksella. Muista ensin irrottaa keräyselektrodi kaikista siihen kiinnitetyistä sähköliitännöistä. Myös ilmaisimen sisällä olevat keraamiset eristeet voidaan puhdistaa tällä tavoin. Noudata yleensä valmistajan suosittelemia huoltomenetelmiä. Korrodoituneet ilmaisimen osat on vaihdettava, koska puhdistus ei yleensä tehoa.
Kun ilmaisin kootaan uudelleen, varmista, että polarointijännitteen tai kollektorielektrodin sisäiset liitännät ovat kunnossa. Sähkökontaktit voidaan puhdistaa pyyhkimällä ne varovasti puhtaalla lyijykynän pyyhekumilla. Älä käytä ilmaisimen osiin mitään hankausaineita tai kiillotuskangasta – siitä on enemmän haittaa kuin hyötyä.
Elektroniset ongelmat: Liekki-ionisaatioilmaisimet tuottavat pieniä picoampere-virtoja. Sähkömittari-vahvistinpiiri on siten hyvin herkkä. Vaikka nykyaikaiset vahvistimet ja virtalähteet ovat erittäin luotettavia, ne vikaantuvat toisinaan. Usein kuitenkin se, mikä näyttää elektroniselta ongelmalta, johtuu todellisuudessa käyttäjän virheestä. Tarkista kaikki laitteen asetukset ja ulkoiset liitännät ennen kuin oletat, että ongelma on elektroninen. Useimmat sisäiset elektroniset viat vaativat koulutetun huoltoteknikon huomiota. Voit kuitenkin itse tutkia ja mahdollisesti korjata joitakin niistä.
Polarointijännitteen syötön vikaantuminen näkyy pienentyneenä piikin suuruutena ja hyvin erilaisina vasteina eri aineille. Jos laitteessasi on erillinen polarisointijännitteen liitäntä liekkisuihkuun, voit tarkistaa syötön. Tällaisissa laitteissa on yleensä yksi tai kaksi erillistä johdinta tai kaapelia, jotka menevät ilmaisimelle mahdollisen sytytyskaapelin lisäksi. Jos kaapeleita on vain yksi, ilmaisimessasi on todennäköisesti maadoitettu liekkisuihku. Älä yritä tarkistaa tämäntyyppisen ilmaisimen napajännitettä, vaan yritä sen sijaan vaihtaa vahvistin hyvään vahvistimeen.
Varoitus: FID-polarointijännite on korkea jännite ja mahdollisesti vaarallinen. Sammuta polttokaasuvirrat ja katkaise polarointijännite ilmaisimesta ennen mittausten tekemistä.
Käytä korkea-impedanssista digitaalista volttimittaria polarointijännitteen mittaamiseen suhteessa maahan. Varmista, että laite on kytketty päälle ja että ilmaisin on aktivoitu (jotkut kaasukromatografit kytkevät polarointijännitteen pois päältä, kun ilmaisin ei ole aktiivinen). Jos jännitettä ei ole, syöttölaite vaatii koulutetun teknikon huoltoa. Jos saadaan 180-250 V:n lukema, sammuta laite, irrota polarointijännitesyöttö ja tarkista vastus detektorin polarisaattorin liitännästä maahan tai liekkisuihkun kärjestä maahan. Sinun pitäisi saada ”avoimen piirin” lukema. Jos vastus on pienempi kuin noin 10 mo, kyseessä on merkittävä vuotorata, ja ilmaisin on puhdistettava, suihku vaihdettava tai molemmat on vaihdettava. Jos mahdollista, voit myös vaihtaa epäilyttävän sähkömittarin sellaiseen, jonka tiedetään olevan kunnossa.
Detektorin lämmittimet ja lämpötila-anturit saa testata tai vaihtaa vain koulutettu huoltoteknikko. Jos ilmaisin ei lämpene tai laite ilmoittaa, että lämpötila-anturi on viallinen, älä yritä korjata ongelmaa itse. Kutsu paikalle pätevä teknikko.
Yhteenveto
FID on tunnetuin ja laajimmin käytetty GC-ilmaisinjärjestelmä, ellei jopa yksinkertaisin. Se tarjoaa suuren herkkyyden monille yhdisteille sekä luotettavan rutiinikäytön. Yleisiä FID-ongelmia on vähän ja ne on helppo tunnistaa. On kuitenkin erittäin tärkeää muistaa, että kaasukromatografi on järjestelmä, joka perustuu kaikkien sen erillisten komponenttien moitteettomaan toimintaan. Ongelma, joka näyttää liittyvän detektoriin, voi itse asiassa johtua muualta. Tarkista ainakin lyhyesti kaikki laitteeseen liittyvät komponentit, ennen kuin päättelet, että vika on detektorissa.
John V. Hinshaw ”GC Connections” -toimittaja John V. Hinshaw on vanhempi henkilöstöinsinööri Serveron Corp:ssa, Hillsborossa, Oregonissa, ja LCGC:n toimituksellisen neuvottelukunnan jäsen. Suorita tätä palstaa koskeva kirjeenvaihto osoitteeseen ”GC Connections,” LCGC, Woodbridge Corporate Plaza, 485 Route 1 South, Building F, First Floor, Iselin, NJ 08830, sähköposti [email protected]
Jatkuvaa keskustelua GC-kysymyksistä John Hinshaw’n ja muiden kromatografien kanssa voit käydä Chromatography Forum -keskusteluryhmässä osoitteessa http://www.chromforum.com.
.