John V. Hinshaw
Och även om dessa joniseringsdetektorer har flera gemensamma egenskaper skiljer sig deras implementering avsevärt åt. Detektorns prestandaegenskaper (känslighet, minsta detekterbara mängd, linjäritet och selektivitet) påverkas starkt av typen av joniseringsmekanism, det interna elektrodarrangemanget och elektroniken.
FID
Det interna arrangemanget av en typisk flamjoniseringsdetektor visas i figur 1. Bärgasen från kolonnen kommer in i botten av detektorn och blandas med väteförbränningsgas plus valfri sminkgas i området under flamstrålen. Denna blandning kombineras sedan med luft och förbränns strax ovanför flamspetsen. När elektroner bildas accelereras de av det elektriska fältet över spalten mellan strålspetsen och kollektorn och skickas till en elektrometer. Beroende på FID-utformningen hålls antingen kollektorn eller strålspetsen på jordpotential; figur 1 visar en jordad kollektorutformning. Luft-, koldioxid- och vattenavgaser ventileras från den övre delen av detektorkroppen. I vissa flamjoniseringsdetektorer fungerar en glödplugg tillfälligt för att tända lågan.
Tabell I: FID:s relativa känslighet för olika föreningar och klasser
Figur 2 visar en schematisk bild av detektorelektroniken. Från vänster till höger: En polariseringsspänning på 200 V läggs över flamstrålen och kollektorn. Elektroner som bildas i lågan genom förbränning av kolväten samlas in under inflytande av det elektriska fältet, och den resulterande strömmen omvandlas till en spänning av en elektrometer som kan ha ett eller flera arbetsområden. Spänningen förstärks och högfrekventa komponenter filtreras bort. Detektorsignalen omvandlas till diskreta digitala samplingar av en A/D-omvandlare och ytterligare signalbehandling tillämpas vid behov. Detta är ett typiskt utförande, men det finns många andra möjligheter. Flera förstärkningsområden finns normalt tillgängliga, från cirka 1 pA (ingång)/mV vid den högsta utgångskänsligheten till cirka 10 nA (10 X 10-9 A)/mV vid den lägsta utgångskänsligheten. Vissa GC-system använder en logaritmisk förstärkare som täcker hela det dynamiska området. Detektorsignalen filtreras för att avlägsna oönskat högfrekvensbrus. Brus produceras av instabiliteter i flödet av joniserbara föreningar i bärgasen, av själva lågan, av den elektroniska kretsen och av induktion av elektromagnetiska strömsignaler (t.ex. från mobiltelefoner). FID-elektrometern och förstärkarkretsarna sätter en elektronisk gräns för svarshastigheten, och ytterligare, mer sofistikerad signalbehandling utförs i GC:s fasta programvara samt i datasystemet. För de flesta kapillär-GC-toppar är en svarstid på cirka 200 ms lämplig och kommer att avvisa majoriteten av detektorbruset samtidigt som den ger en bättre än 95 % tillförlitlighet av toppformen. En svarstid på 50 ms eller mindre krävs för snabba kapillärtoppar (bredd vid halvhöjd << 1 s) som förekommer vid höghastighets- eller omfattande GC X GC-separationer. En alltför snabb respons påverkar inte toppformerna, men leder till extra brus genom systemet och försämrar potentiellt de minsta detekterbara mängderna. A/D-omvandlingshastigheten påverkar också signalens tillförlitlighet. I allmänhet bör samplingsfrekvensen vara dubbelt så hög som den maximala frekvensen av intresse i signalen. Exempelvis motsvarar en svarstid på 200 ms ungefär 5 Hz och skulle därför samplas med 10 Hz eller mer. I ett nyligen publicerat avsnitt av ”GC Connections” diskuterades signalbehandling och toppform mer ingående (1).
Figur 1: Flamjoniseringsdetektorens tvärsnitt. 1 Elektrometeranslutning, 2 = utflödesutgång, 3 = tändspole, 4 = strömanslutning för tändare, 5 = polariseringsspänningsförsörjningsanslutning, 6 = luftinmatning, 7 = kolonnanslutning, 8 = väteinmatning, 9 = flamstråle, 10 = kollektorelektrod. (Härrör från en figur som PerkinElmer Instruments, Shelton, Connecticut, har ställt till förfogande).
FID-känslighet
Den totala FID-känsligheten beror på flödet av förbränningsgasen, flamstrålens utgångsdiameter, strålens och kollektorns relativa positioner och – i mindre utsträckning – på detektortemperaturen.
Förbränningsgasflöden: Förbränningsgasflödet måste ställas in korrekt för att FID ska fungera korrekt; följ tillverkarens rekommendationer för inställningar av luft- och vätgasflödet. I allmänhet bör förhållandet mellan luft och väte vara ungefär 10:1. Ett vätgasflöde på 30-45 mL/min med ett motsvarande luftflöde på 300-450 mL/min är vanligt. FID-känsligheten minskar när vätgasflödet avviker över eller under det optimala värdet, vilket illustreras i figur 3. Det linjära dynamiska området påverkas också av vätgasflödet: högre flöden tenderar att minska det linjära dynamiska området. Det finns liten anledning att använda en flamjoniseringsdetektor långt ifrån tillverkarens gasflödesinställningar; de har noggrant optimerats för den specifika detektorn. Luftflödet är mindre kritiskt än väteflödet, men för mycket luft destabiliserar flamman och orsakar buller och eventuell flamning. För lite luft minskar känsligheten och förkortar det linjära dynamiska området.
Figur 2: Flamjoniseringsdetektorns elektronik.
Försiktighet: Vätgas är mycket lättantändligt och kan orsaka en allvarlig explosion om den tillåts samlas i ett slutet utrymme som GC-ugnen. Slå aldrig på vätgasflödet utan att en kolonn eller en blindkoppling är fäst vid detektorns bas för att förhindra att vätgas läcker in i ugnen.
Jetdiameter: Standard FID-strålar har en utgångsdiameter på cirka 0,5-0,7 mm, vilket är lämpligt för de flesta tillämpningar. En mindre jet på ca 0,3 mm i.d. används ibland med kapillärkolonner för att öka känsligheten (ca 1,5X); sällan kan problem uppstå med flamning av lösningsmedelstopp. En smal FID-stråle rekommenderas inte för användning av packade kolonner eftersom irrande kolonnpackningsstöd lätt kan täppa till strålpassagen. Omvänt förhindrar smalare strålar att kapillärens spets oavsiktligt sticker ut i flamman.
Flödeshastighet för bärgas: Bärgasflödet är en viktig faktor för detektorns känslighet. För packade eller mikropackade kolonner kommer bärgasflödet normalt att vara större än ca 8-10 mL/min. Om flödet i den packade kolonnen är mindre än 40 mL/min behöver standardväteflödet inte ändras. När flödet i den packade kolonnen överstiger 40 mL/min kan det vara nödvändigt att öka vätgasflödet något för att uppnå en stabil, känslig låga. Större jetdiametrar (0,7 mm) är också fördelaktiga vid högre bärarflöden. Valet av annan bärargas än väte, t.ex. helium, kväve eller argon, påverkar inte detektorns funktion nämnvärt.
Figur 3: Vätgasflödets inverkan på den relativa FID-känsligheten. Detta är en representation av typiska resultat.
Andra flödesöverväganden gäller för kapillärkolonner. Kromatografer kan välja att använda kolonner med innerdiametrar på 0,53 mm och större långt över sina optima vid relativt höga flöden av bärare på 10-20 ml/min. Normalt kräver en flamjoniseringsdetektor ingen särskild uppmärksamhet under sådana förhållanden. När kapillärkolonner med innerdiametrar på 0,32 mm eller mindre används, eller när kolonner med bred borrning drivs närmare optimala flödeshastigheter på mindre än 10 mL/min, kan flamjoniseringsdetektorer dra nytta av att tillsätta en komprimeringsgas till bärarströmmen innan de kommer in i jetområdet. Kompletteringsgasen har två viktiga effekter. För det första upprätthåller den ett optimalt flöde av bärargas genom strålen och håller detektorn i drift med bästa känslighet och linjärt dynamiskt område. För det andra sveper sminkflödet för vissa detektorer ut området under jetstrålen och inne i detektorbasen, vilket minskar den breddning av topparna som kan uppstå när kapillärtoppar möter inre passager med större diameter. Följ instrumenttillverkarens anvisningar om s.k. makeupgas och dess flöde.
Väte, som ibland används som bärgas för packade kolonner, används vanligen med kapillärkolonner. Vätgasbäraren ger ett större intervall av optimala linjära hastigheter eller flöden, är billigare än helium och kan genereras från vatten på begäran med en lämplig vätgasgenerator. Med FID är det lämpligt att kompensera för den tillsatta vätgasen genom att minska detektorns vätgasflöde i motsvarande grad. För ett kolonnflöde på 5 mL/min bör t.ex. detektorns vätgasflöde minskas med 5 mL/min så att det totala vätgasflödet genom strålen ligger på den optimala nivån.
Temperaturen i kolonnugnen kan påverka vätgasflödet, beroende på driftläget för vätgastillförseln. När ugnstemperaturen ändras bör det totala vätgasflödet genom detektorn förbli konstant. Elektroniska tryckprogrammeringssystem åstadkommer detta genom att bestämma bärargasflödet när ugnstemperaturen ändras och justera detektorns väteflöde i enlighet med detta. Vid drift med konstant tryck kommer transportgasflödet att minska när ugnstemperaturen ökar och vätgasflödet i detektorn ökas i enlighet med detta. Om det är fråga om ett konstant flöde av bärargas, kommer även FID-väteflödet att förbli konstant.
Detektortemperatur: Känsligheten hos en flamjoniseringsdetektor är inte starkt beroende av dess temperatur, förutsatt att vissa villkor är uppfyllda. Den lämpliga detektortemperaturen bestäms av det största av följande två villkor: en minimitemperatur på 150 °C för stabil detektordrift och en minimitemperatur på cirka 20-50 °C över den högsta kolonntemperaturen. Detektorn producerar en stor mängd vattenånga, som kan kondensera i de kallare övre områdena runt kollektorn om detektorns bastemperatur är lägre än cirka 150 °C. Denna kondenserade vattenånga kan ge upphov till brus och grundlinjedrift. Å andra sidan måste detektorbasen vara tillräckligt varm för att förhindra kondensering av toppar när de elueras från kolonnen, så den bör hållas något varmare än den högsta kolonntemperaturen i drift.
Om en kapillärkolonn installeras med sin ände införd i detektorbasen upp till strålen och drivs vid ugnstemperaturer som närmar sig kolonnens högsta nominella temperatur, är det möjligt att kolonnens ände överhettas i en detektorbas som är ytterligare 20 °C varmare. En sådan överhettning kan ge upphov till överdrivet detektorbrus från sönderfallande stationär fas, orsaka adsorption av lösta ämnen på senare exponerade kolonnytor och förkorta kolonnens livslängd. En kapillärkolonndetektoradapter som placerar separationskolonnens ände i ugnen och leder transportgasflödet längs ett glasfodrat rör eller via en bit deaktiverad kiseldioxid in i detektorstrålen bidrar till att lindra sådana problem.
Inställning av en flamjoniseringsdetektor
Transport- och förbränningsgasens renhet, tryck och flödeshastigheter samt detektor- och kolonntemperaturer är alla viktiga överväganden när man ställer in en flamjoniseringsdetektor. Det finns flera steg att följa. Först måste man se till att alla gaser är av tillräckligt hög renhet och att deras matningstryck är tillräckligt stabila för att ge tillförlitlig drift. Ställ sedan in de erforderliga gasflödena med instrumentet påslaget men ouppvärmt. Slutligen värms injektorn, detektorn och kolonnen upp till arbetstemperatur och flamman antänds. Dessa steg beskrivs i detalj i detta avsnitt.
Gaskälla
Flamjoniseringsdetektorer är ganska känsliga för kolväteföroreningar som kan finnas i gasflaskor eller anslutningsslangar. Kolväteföroreningar i förbränningsgaserna kommer att orsaka ökade detektorbrusnivåer samt högre baslinjesignalnivåer. Kolvätefilter rekommenderas för installation vid de externa GC-skottkopplingarna för luft, väte, sminkgas och naturligtvis bärgasen. Det är inte nödvändigt att avlägsna syre från FID-väteflödet, men ett syrefilter på bärarledningen rekommenderas också starkt, så se till att fånga upp syre om väteflamgas också används som bärargas.
Väte för enbart FID bör ha en renhet på 99,995 % eller bättre. Om det används som bärgas är 99,999 % eller högre renhet att föredra. Det finns flera utmärkta kommersiella vätgasgeneratorer som kan producera tillräckligt med vätgas av bärarkvalitet för att försörja dubbla flamjoniseringsdetektorer plus en eller två bärarkanaler med delade injektorer. Om en elektrolytisk vätgasgenerator används, se till att vattnet du tillsätter är fritt från kolväteföroreningar.
Luft för FID bör innehålla mindre än 100 ppb kolväteföroreningar. Förutom vanliga tryckgastankar finns det en mängd olika lämpliga generatorer för renad luft med kapacitet som sträcker sig från ett par kromatografer upp till ett helt laboratoriums värde. Äldre luftkompressorer, eller s.k. ”husluft”, bör inte användas tillsammans med gaskromatografer, utom för att leverera arbetstryck till pneumatiska ventilställdon.
Renheten hos bärgasen är också viktig för att detektorn skall fungera korrekt – med eller utan komprimeringsgas. Föroreningar i make up-gasen påverkar detektorn på ungefär samma sätt som föroreningar i förbränningsgasen. Även utan sminkgas kan föroreningar i bärgasen så småningom passera genom kolonnen och in i detektorn. Vid temperaturprogrammerad drift kan sådana föroreningar uppträda som breda spökpikar under en körning eller som en stadigt stigande baslinje som liknar kolonnens stationära fasavgång. Vid isotermisk drift kan föroreningar uppträda som en långsamt stigande baslinje med ökande brus, ofta under en period av timmar till dagar. Tyvärr visar sig en kraftigt förorenad gaskromatograf ofta vara svår att rengöra. Även om kolonnen kan bakas ut eller bytas ut kan föroreningar finnas kvar i de interna gasledningarna, ventilerna och regulatorerna efter det att föroreningskällan har åtgärdats. Det bästa förfarandet är att anta att det kan finnas ett problem med gasrenheten redan från början och installera lämpliga filter. Tänk på att det bästa filtret är ett filter som aldrig behövs eftersom den inkommande gasen är konsekvent ren. Å andra sidan bör man anta att det någon gång i framtiden kommer att uppstå ett problem med den inkommande gasens renhet. Filter är en utmärkt försäkring mot att kontaminera ett instrument.
Anslutning av slangar från gaskällan till instrumentet kan också ibland orsaka problem med kontaminering. Var noga med att använda slangar av koppar eller rostfritt stål som är speciellt rengjorda för kromatografiska tillämpningar. Använd aldrig plastslangar eftersom betydande mängder mjukgörare eller monomer kan förekomma. Dessutom är alla plastslangar genomsläppliga för atmosfäriskt syre. Läckande kopplingar kan också vara en föroreningskälla: De tillåter vissa atmosfäriska gaser att komma in i instrumentets gasflöde inuti. Undvik läckage genom att se till att alla kopplingar och hylsor är i gott skick och inte är för hårt åtdragna. Det är bättre att klippa av några centimeter slang och installera en ny mutter och nya hylsor än att försöka täta en läckande anslutning genom att dra åt för hårt.
Inställning av FID-flöden: Två situationer uppstår när man ställer in FID-flödeshastigheter, beroende på om gaserna är elektroniskt tryckstyrda (EPC) eller manuellt styrda. Med EPC-system ställs flödena in på instrumentets knappsats. Anta dock inte att flödena är korrekta – regelbunden flödeskalibrering rekommenderas starkt. Jag gillar att mäta detektorns flödeshastigheter i alla fall. Var noga med att ange de relaterade inställningarna som styr bärgasens driftsläge (konstant tryck, konstant flöde eller konstant hastighet) och sminkgasflödet. Tänk också på att i vissa GC-system beror flödeshastigheterna på trycket i den inkommande gasen – om trycket ändras bör flödesregulatorerna kalibreras på nytt.
För manuellt styrda detektorgaser, liksom vid direkt mätning av detektorgasflöden, är det enklast att arbeta med kolonnanslutningen i ugnen blockerad med en tom hylsa eller en pluggkoppling. Om kolonnen är installerad bör bärarflödet aktiveras för kapillärkolonninstallationer, där kolonnänden är i detektorn. I denna situation måste operatören korrigera uppmätta flöden av förbränningsgas och makeup för kolonnens flödeshastighet. Fäst en kalibrerad flödesmätare vid detektorns utgång med lämplig adapter och stäng av luft-, väte-, makeup- och bärgasflödena vid instrumentet. Se till att ställa in tankregulatorerna på rekommenderade tryck och slå på eventuella avstängningsventiler i linjen. Vätgasflödet är det första som ställs in. Slå på vätgasen och ställ in rätt flödeshastighet genom att följa inställningsanvisningarna i manualen. Efter att ha slagit på flödet ska du vänta någon minut eller så för att luft ska kunna rensas ut ur vätgasledningarna för att få en mer exakt avläsning.
Nästan ska du ställa in det eventuella sminkflödet. Stäng av vätgasflödet och sätt sedan på, mät och justera påfyllnadsflödet. Om vätgasen inte kan stängas av på ett lämpligt sätt, subtrahera då det uppmätta vätgasflödet för att hitta kompensationsflödet. Var dock försiktig när du använder en elektronisk flödesmätare. Om mätaren har inställningar för att välja typ av gas som mäts kommer den att ge felaktiga mätvärden för gasblandningar. Detta är inget problem för en enkel flödesmätare för tvålbubblor, även om avläsningarna bör korrigeras för omgivningstryck, temperatur och tvålbubblelösningens ångtryck. Detaljer om hur man använder en bubbelflödesmätare finns i referens 3 samt i många instrumentmanualer och andra kromatografiböcker.
För det tredje, ställ in luftflödet. Detta kan kräva en flödesmätare med större volym för att noggrant mäta det 10 gånger högre flödet. Återigen är det bäst att stänga av vätgas- och sminkflödet, men du kan korrigera det uppmätta luftflödet om det behövs.
Slutligt, om det inte redan är på, ställer du in bärgasflödet. Om du vill mäta bärgasflödet direkt vid detektorn stänger du av luft-, smink- och vätgasflödet. Justera styrenheten för bärgasflödet, tryckregulatorn eller EPC-systemet efter behov. När kolonnflödet är etablerat, och inte tidigare, kan kolonnen och detektorn värmas upp till arbetstemperatur.
För noggrann direktmätning av kapillärkolonnflöde under ca 5 ml/min krävs en lämplig flödesmätningsanordning med låg volym. För ett EPC-system bör man komma ihåg att med ett system med delat inlopp i konstant eller programmerat flödesläge upprätthåller systemet kolonnflödet genom att beräkna och ställa in det tryckfall som krävs för att producera det önskade kolonnflödet baserat på ugnstemperaturen, typen av bärargas och de kolonndimensioner som operatören angett. Om de inmatade dimensionerna inte återspeglar de faktiska dimensionerna exakt kommer fel i kolonnflödet och hastigheten att uppstå. Om det finns några tvivel, se instrumenthandboken för en procedur för att ställa in, mäta och korrigera dimensionerna på grundval av den uppmätta genomsnittliga linjära bärgashastigheten i kolonnen.
Tändning: Medan instrumentet värms upp, slå på förbränningsgasen och sminkflödet igen om det behövs. Du kan tända lågan så snart detektortemperaturen har passerat 100 °C. De flesta flamjoniseringsdetektorer kräver att användaren tillfälligt minskar luftflödet under tändningen. Likt en choke på en bil skapar detta reducerade luftflöde en tillfällig rik blandning som är lättare att antända. Vissa instrument har inbyggda tändare som manövreras med en tryckknapp eller från knappsatsen, medan andra har manuella tändare som måste hållas över detektorn när en intern glödtråd värms upp elektriskt. Vissa använder sig av en piezoelektrisk tändare. I vilket fall som helst åtföljs tändningen oftast av ett hörbart ”pop”.
Varning: Luta dig inte över FID för att se lågan (den är osynlig) och bär alltid lämpligt ögonskydd. Låt inga kläder komma i närheten av detektorns utgång.
När lågan verkar ha antänts, kontrollera om det finns vattenånga från förbränning genom att hålla ett kallt, glänsande föremål, t.ex. en spegel eller den polerade änden på en skiftnyckel, direkt över FID-utgången – du bör observera att ”ånga” kondenserar på den kalla ytan. Om du inte gör det, har lågan förmodligen inte antänts eller slocknat omedelbart.
Problem med antändning av flamman har flera orsaker. Den främsta är en felaktig flödesinställning – eller möjligen har du glömt att slå på ett av flödena. Kontrollera att alla flöden är rätt inställda och att gaserna är korrekt anslutna på baksidan av instrumentet. Flamjoniseringsdetektorer ger ett mycket högt ”pop” vid tändning om vätgas- och luftledningarna är omvända, men vanligtvis slocknar lågan omedelbart. Var mycket försiktig i sådana fall eftersom en stor, osynlig vätgasflamma som sträcker sig flera centimeter över detektorn kan bli resultatet av omvända anslutningar.
Fortsatta tändningssvårigheter kan bero på en defekt tändare eller ett annat hårdvaruproblem. För att kontrollera en inbyggd tändare stänger du först av vätgasflödet. Tryck sedan på tändningsknappen medan du indirekt observerar insidan av detektorn med en liten vinklad inspektionsspegel. För en manuell tändare, observera det inre elementet; du bör se en orange glöd, eller med en piezoelektrisk tändare kommer du att se gnistan. Om inte, kontrollera tändaranslutningarna och byt ut tändelementet vid behov.
Andra hårdvaruproblem som orsakar svår tändning är t.ex. en trasig eller sprucken flamstråle, dålig installation av detektor eller kolonn som orsakar läckage runt detektorkroppen, eller en dåligt passande adapterplugg för flödesmätning som ger felaktiga flödesmätningar. Om detektorn har fungerat bra och sedan plötsligt slutar fungera, kontrollera om det finns en blockerad jetspets genom att mäta vätgasflödet. Om det behövs, byt ut eller ta bort och rengör strålen noggrant med en rengöringstråd och följ tillverkarens underhållsrutiner.
Ibland kan lågan blåsa ut precis efter injektionen; lösningsmedelstoppet kan vara tillräckligt stort för att avbryta lågan. Om detta inträffar ofta, byt om möjligt till en flamstråle med större innerdiameter och justera vätgasflödet så att det bättre motsvarar bärarflödet, med tanke på en eventuell känslighetskompromiss. Om problemet kvarstår bör du försöka minska den injicerade mängden, använda ett lägre flöde av bärargas eller båda. Om du använder en kapillärkolonn med 0,53 eller 0,75 mm i.d. kan problemet bero på att kolonnutgången ligger nära flamstrålen. Det kan vara till hjälp att dra tillbaka kolonnen något eller att installera en adapter för detektorkolonn med glasfodral eller en bit deaktiverad kiseldioxid mellan kolonnspetsen och flamstrålen.
Rutinmässig felsökning
Flamjoniseringsdetektorer är i allmänhet tillförlitliga när de väl är korrekt inställda. Operatörerna kan kontrollera några nyckelområden omedelbart när tidigare goda detektorprestanda faller under det minimum som krävs för applikationen. Flamjoniseringsdetektorer är föremål för två breda problemkategorier: kontaminering och elektronik. Av dessa är kontaminering den överlägset vanligaste.
Kontaminering: Allt som passerar genom en flamjoniseringsdetektor förbränns i vätgaslågan. För kolbaserade ämnen inom normala nivåer bildas koldioxid och vatten. Stora mängder klorerade föreningar eller koldisulfid förbränns dock inte lika effektivt som kolväten. Dessa material kan ge upphov till betydande mängder kolpartiklar (sot) samt väteklorid när det gäller klormetaner och koltetraklorid. Kolpartiklar tenderar att samlas mellan strålen och kollektorn och bildar en elektrisk läckageväg, vilket leder till en hög och bullrig baslinje. Väteklorid från klorerade lösningsmedel kan tolereras i små mängder, men efter långvarig exponering i kombination med förbränningsvattnet saltsyra börjar detektorns inre ytor korrodera, vilket ger upphov till elektriska läckagevägar och en hög, bullrig baslinje.
En annan vanlig föroreningskälla är avläckage från den stationära fasen från kolonnen till detektorn. Även om detta i allmänhet inte är ett problem för de flesta kapillärkolonner, kan packade kolonner liksom tjockfilmskapillärer avge betydande mängder stationär fas under sin livstid, särskilt vid förhöjda temperaturer. Siloxanpolymerer producerar kiseldioxid när de bränns i en vätgaslåga. I en flamjoniseringsdetektor tenderar dessa kiseldioxidpartiklar att starkt fästa vid strål- och kollektorytorna inne i detektorn. Dessa kan i sin tur minska detektorns känslighet och öka bakgrundssignalnivån.
För att kontrollera om detektorn är kontaminerad, stäng av förbränningsgasflödena och stäng av strömmen till instrumentet. När instrumentet har svalnat tillräckligt, ta bort detektorkåporna och undersök utsidan av detektorkroppen nära detektorutgången. Den ska vara ren och helt fri från färgade avlagringar. Titta ner i detektorn. Återigen ska ytorna vara rena och fria från avlagringar. Om du observerar något färgat material inuti detektorn ska du ta bort kollektorelektroden för att titta närmare på den. En svart avlagring tyder på kolbildning. Vita eller grå avlagringar är typiska för kiselföroreningar, och gröna eller blågröna avlagringar eller korroderade områden är ett tecken på överdriven syrabildning.
Lätta avlagringar av kiseldioxid eller kol kan vanligtvis avlägsnas från kollektorn genom försiktig skrubbning med destillerat vatten och tensider eller i ett ultraljudsbad. Se till att först avlägsna kollektorelektroden från alla anslutna elektriska anslutningar. Keramiska isolatorer från insidan av detektorn kan också rengöras på detta sätt. Följ i allmänhet tillverkarens rekommenderade underhållsrutiner. Detektordelar som har blivit korroderade bör bytas ut eftersom rengöring vanligtvis är ineffektiv.
När detektorn monteras ihop igen, se till att interna anslutningar för polariseringsspänningen eller kollektorelektroden är säkra. Elektriska kontakter kan rengöras genom att försiktigt torka av dem med ett rent blyertsgummi. Använd inte några slipmedel eller slips på detektordelar – du kommer att orsaka mer skada än nytta.
Elektroniska problem: Flamjoniseringsdetektorer producerar små picoampere strömmar. Elektrometerförstärkarkretsen är därför mycket känslig. Även om moderna förstärkare och strömförsörjningar är mycket tillförlitliga, går de ibland sönder. Ofta beror dock det som verkar vara ett elektroniskt problem i själva verket på ett operatörsfel. Kontrollera alla instrumentinställningar och externa anslutningar innan du antar att problemet är elektroniskt. De flesta interna elektroniska fel kräver uppmärksamhet av en utbildad servicetekniker. Du kan dock undersöka och eventuellt åtgärda vissa av dem.
Fel i polariseringsspänningsförsörjningen indikeras av minskad toppstorlek och av mycket varierande svar för olika ämnen. Om ditt instrument har en diskret polariseringsspänningsanslutning till flamstrålen kan du kontrollera försörjningen. Sådana instrument har vanligtvis en eller två separata trådar eller kablar som går till detektorn utöver den eventuella tändkabeln. Om det bara finns en kabel har din detektor förmodligen en jordad flamstråle. Försök inte att kontrollera den här typen av detektor med avseende på polariseringsspänningen, utan försök i stället att byta ut förstärkaren mot en bra förstärkare.
Försiktighet: FID polariseringsspänning är en hög spänning och är potentiellt farlig. Stäng av förbränningsgasflödena och koppla bort den polariserande spänningen vid detektorn innan du gör några mätningar.
Använd en digital voltmeter med högimpedans för att mäta polariseringsspänningen i förhållande till jord. Se till att instrumentet är påslaget och att detektorn är aktiverad (vissa gaskromatografer stänger av den polariserande spänningen när detektorn inte är aktiv). Om det inte finns någon spänning krävs service av en utbildad tekniker. Om en 180-250 V-avläsning erhålls, stäng av instrumentet, koppla bort polariseringsspänningsförsörjningen och kontrollera motståndet från polarisatoranslutningen på detektorn till jord eller från flamstrålespetsen till jord. Du bör få en avläsning av ”öppen krets”. Det finns en betydande läckageväg om motståndet är mindre än cirka 10 Mo, och detektorn bör rengöras eller bytas ut, eller båda. Om möjligt kan du också byta ut en misstänkt elektrometer mot en som är känd för att vara okej.
Detektorvärmare och temperatursensorer bör endast testas eller bytas ut av en utbildad servicetekniker. Om detektorn inte värms upp eller om instrumentet rapporterar att temperatursensorn är defekt ska du inte försöka åtgärda problemet själv. Ring upp en kvalificerad tekniker.
Sammanfattning
FID är det mest välkända och allmänt använda GC-detektionssystemet, om inte det enklaste. Det ger hög känslighet för ett brett spektrum av föreningar samt tillförlitlig rutinmässig drift. Vanliga FID-problem är få och lätta att identifiera. Det är dock mycket viktigt att komma ihåg att en gaskromatograf är ett system som är beroende av att alla dess diskreta komponenter fungerar korrekt. Ett problem som verkar vara detektorrelaterat kan i själva verket ha sitt ursprung någon annanstans. Gör åtminstone en kort kontroll av alla relaterade instrumentkomponenter innan du drar slutsatsen att det är fel på detektorn.
John V. Hinshaw Redaktör för ”GC Connections” John V. Hinshaw är senior personal engineer på Serveron Corp, Hillsboro, Oregon, och medlem av LCGC:s redaktionella rådgivande kommitté. Korrespondens om denna kolumn skickas till ”GC Connections”, LCGC, Woodbridge Corporate Plaza, 485 Route 1 South, Building F, First Floor, Iselin, NJ 08830, e-post [email protected]
För en fortlöpande diskussion om GC-frågor med John Hinshaw och andra kromatografer, besök diskussionsgruppen Chromatography Forum på http://www.chromforum.com.
.