John V. Hinshaw
Bien que ces détecteurs à ionisation partagent plusieurs caractéristiques, leurs mises en œuvre diffèrent considérablement. Les caractéristiques de performance des détecteurs (sensibilité, quantité minimale détectable, linéarité et sélectivité) sont fortement affectées par le type de mécanisme d’ionisation, la disposition des électrodes internes et l’électronique.
FID
L’arrangement interne d’un détecteur à ionisation de flamme typique est illustré à la figure 1. Le gaz porteur provenant de la colonne entre au fond du détecteur et est mélangé au gaz de combustion de l’hydrogène plus un gaz d’appoint facultatif dans la zone située sous le jet de flamme. Ce mélange est ensuite combiné à l’air et brûlé juste au-dessus de la pointe du jet. Une tension de polarisation négative est appliquée entre l’extrémité du jet et une électrode collectrice ; lorsque des électrons sont formés, ils sont accélérés par le champ électrique à travers l’espace entre l’extrémité du jet et le collecteur et envoyés vers un électromètre. Selon la conception du FID, le collecteur ou la pointe du jet sont maintenus au potentiel de la terre ; la figure 1 montre un collecteur mis à la terre. Les gaz d’échappement (air, dioxyde de carbone et eau) sont évacués par le haut du corps du détecteur. Dans certains détecteurs à ionisation de flamme, une bougie de préchauffage fonctionne momentanément pour allumer la flamme.
Tableau I : Sensibilités relatives du FID pour divers composés et classes
La figure 2 montre un schéma de l’électronique du détecteur. De gauche à droite : une tension de polarisation de 200 V est appliquée aux bornes du jet de flamme et du collecteur. Les électrons formés dans la flamme par la combustion des hydrocarbures sont collectés sous l’influence du champ électrique, et le courant résultant est converti en une tension par un électromètre qui peut avoir une ou plusieurs plages de fonctionnement. La tension est amplifiée et les composantes haute fréquence sont filtrées. Le signal du détecteur est converti en échantillons numériques discrets par un convertisseur A/N et un traitement supplémentaire du signal est appliqué si nécessaire. Il s’agit d’une mise en œuvre typique ; il existe de nombreuses autres possibilités. Plusieurs gammes d’amplification sont généralement disponibles, allant d’environ 1 pA (entrée)/mV à la sensibilité de sortie la plus élevée à environ 10 nA (10 X 10-9 A)/mV à la sensibilité de sortie la plus faible. Certains systèmes GC utilisent un amplificateur logarithmique qui couvre toute la gamme dynamique. Le signal du détecteur est filtré pour éliminer le bruit haute fréquence indésirable. Le bruit est produit par les instabilités du flux de composés ionisables dans le gaz porteur, par la flamme elle-même, par le circuit électronique et par l’induction de signaux électromagnétiques parasites (provenant de téléphones portables, par exemple). Les circuits de l’électromètre et de l’amplificateur du FID imposent une limite électronique à la vitesse de réponse, et un traitement supplémentaire et plus sophistiqué du signal est effectué dans le microprogramme du GC ainsi que dans le système de données. Pour la plupart des pics de chromatographie en phase gazeuse capillaire, un temps de réponse d’environ 200 ms est approprié et permet de rejeter la majorité du bruit du détecteur tout en assurant une fidélité de la forme du pic supérieure à 95 %. Un temps de réponse de 50 ms ou moins est nécessaire pour les pics capillaires rapides (largeur à mi-hauteur << 1 s) tels qu’on les rencontre dans les séparations GC X GC rapides ou complètes. Une réponse trop rapide n’affectera pas la forme des pics, mais fera passer du bruit supplémentaire dans le système et détériorera potentiellement les quantités minimales détectables. Le taux de conversion A/N affecte également la fidélité du signal. En général, la fréquence d’échantillonnage doit être égale à deux fois la fréquence maximale d’intérêt du signal. Par exemple, un temps de réponse de 200 ms correspond approximativement à 5 Hz et doit donc être échantillonné à 10 Hz ou plus. Un récent épisode de « Connexions GC » a abordé le traitement du signal et la forme des pics de manière plus détaillée (1).
Figure 1 : Coupe transversale du détecteur à ionisation de flamme. 1 connexion de l’électromètre, 2 = sortie de l’effluent, 3 = bobine de l’allumeur, 4 = connexion d’alimentation de l’allumeur, 5 = connexion d’alimentation en tension de polarisation, 6 = entrée d’air, 7 = connexion de la colonne, 8 = entrée d’hydrogène, 9 = jet de flamme, 10 = électrode collectrice. (Dérivé d’une figure fournie gracieusement par PerkinElmer Instruments, Shelton, Connecticut).
Sensibilité du FID
La sensibilité globale du FID dépend des débits de gaz de combustion, du débit de gaz porteur, du diamètre de sortie du jet de flamme, des positions relatives du jet et du collecteur, et – à un moindre degré – de la température du détecteur.
Débits de gaz de combustion : Les débits des gaz de combustion doivent être réglés correctement pour un bon fonctionnement du FID ; suivez les recommandations du fabricant pour les réglages des débits d’air et d’hydrogène. En général, le rapport air/hydrogène doit être d’environ 10:1. Un débit d’hydrogène de 30-45 mL/min avec un débit d’air correspondant de 300-450 mL/min est courant. La sensibilité du FID sera réduite lorsque le débit d’hydrogène s’écarte de la valeur optimale, comme l’illustre la figure 3. La gamme dynamique linéaire est également affectée par le débit d’hydrogène : des débits plus élevés ont tendance à réduire la gamme dynamique linéaire. Il n’y a guère de raison de faire fonctionner un détecteur à ionisation de flamme en dehors des réglages de débit de gaz du fabricant ; ils ont été soigneusement optimisés pour ce détecteur spécifique. Le débit d’air est moins critique que le débit d’hydrogène, mais un excès d’air déstabilisera la flamme, provoquant du bruit et une éventuelle extinction de la flamme. Pas assez d’air réduira la sensibilité et raccourcira la gamme dynamique linéaire.
Figure 2 : électronique du détecteur à ionisation de flamme.
Avertissement : L’hydrogène est hautement inflammable et peut provoquer une grave explosion si on le laisse s’accumuler dans un espace clos tel que le four GC. Ne mettez jamais en marche le flux d’hydrogène sans qu’une colonne ou un raccord vierge ne soit fixé à la base du détecteur pour empêcher l’hydrogène de fuir dans le four.
Diamètre du jet : Les jets FID standard ont des diamètres de sortie d’environ 0,5-0,7 mm, ce qui convient à la plupart des applications. Un jet plus petit d’environ 0,3 mm de diamètre intérieur est parfois utilisé avec des colonnes capillaires pour gagner en sensibilité (environ 1,5X) ; rarement, des problèmes peuvent être rencontrés avec la flamme de pointe du solvant. Un jet FID étroit n’est pas recommandé pour l’utilisation de colonnes garnies, car le support de garnissage de la colonne peut facilement obstruer le passage du jet. Inversement, des jets plus étroits empêchent la pointe d’un capillaire de dépasser accidentellement dans la flamme.
Débit de gaz porteur : Le débit du gaz porteur est une considération importante pour la sensibilité du détecteur. Pour les colonnes emballées ou micro emballées, le débit du gaz porteur sera normalement supérieur à environ 8-10 mL/min. Si le débit de la colonne garnie est inférieur à 40 mL/min, il n’est pas nécessaire de modifier le débit d’hydrogène standard. Lorsque le débit de la colonne garnie dépasse 40 mL/min, il peut être nécessaire d’augmenter quelque peu le débit d’hydrogène pour obtenir une flamme stable et sensible. Des diamètres de jet plus grands (0,7 mm) sont également bénéfiques à des débits de porteurs plus élevés. Le choix du gaz porteur – autre que l’hydrogène – tel que l’hélium, l’azote ou l’argon n’affecte pas de manière significative le fonctionnement du détecteur.
Figure 3 : Effet du débit d’hydrogène sur la sensibilité relative du FID. Il s’agit d’une représentation de résultats typiques.
Des considérations de débit différentes s’appliquent aux colonnes capillaires. Les chromatographes peuvent choisir de faire fonctionner les colonnes avec des diamètres intérieurs de 0,53 mm et plus bien au-dessus de leurs optima à des débits de porteurs relativement élevés de 10-20 mL/min. Normalement, un détecteur à ionisation de flamme ne nécessite pas d’attention particulière dans de telles conditions. Lorsque des colonnes capillaires d’un diamètre intérieur de 0,32 mm ou moins sont utilisées, ou lorsque des colonnes à grand diamètre sont utilisées à des débits plus proches des débits optimaux de moins de 10 mL/min, les détecteurs d’ionisation de flamme peuvent bénéficier de l’ajout de gaz d’appoint au courant porteur avant d’entrer dans la zone du jet. Le gaz d’appoint a deux effets importants. Premièrement, il maintient un débit optimal de gaz porteur à travers le jet et permet au détecteur de fonctionner avec la meilleure sensibilité et la meilleure gamme dynamique linéaire. Ensuite, pour certains détecteurs, le flux d’appoint balaie la zone située sous le jet et à l’intérieur de la base du détecteur, ce qui atténue l’élargissement du pic qui pourrait être produit lorsque les pics capillaires rencontrent des passages internes de plus grand diamètre. Suivez les instructions du fabricant de l’instrument concernant le gaz d’appoint et son débit.
L’hydrogène, bien que parfois utilisé comme gaz porteur pour les colonnes garnies, est couramment utilisé avec les colonnes capillaires. Le porteur d’hydrogène donne une gamme plus large de vitesses linéaires ou de flux optimaux, est moins coûteux que l’hélium, et peut être généré à partir de l’eau à la demande avec un générateur d’hydrogène approprié. Avec le FID, il est pratique de compenser l’hydrogène ajouté au gaz porteur en réduisant d’autant le débit d’hydrogène du détecteur. Pour un débit de colonne de 5 mL/min, par exemple, le débit d’hydrogène du détecteur doit être réduit de 5 mL/min de sorte que le débit total d’hydrogène à travers le jet soit au niveau optimal.
La température du four de la colonne pourrait affecter les débits des porteurs, en fonction du mode de fonctionnement de l’alimentation en porteurs. Lorsque l’on modifie la température du four, le débit total d’hydrogène à travers le détecteur doit rester constant. Les systèmes électroniques de programmation de la pression y parviennent en déterminant le débit de gaz porteur lorsque la température du four change et en ajustant le débit d’hydrogène du détecteur en conséquence. En cas de fonctionnement en mode de pression constante, le débit de gaz porteur diminue lorsque la température du four augmente ; le débit d’hydrogène du détecteur est augmenté en conséquence. Si l’on fonctionne en mode de débit constant de gaz porteur, alors le débit d’hydrogène du FID resterait également constant.
Température du détecteur : La sensibilité d’un détecteur à ionisation de flamme ne dépend pas fortement de sa température, si certaines conditions sont remplies. La température appropriée du détecteur est déterminée par la plus grande des deux conditions suivantes : une température minimale de 150 °C pour un fonctionnement stable du détecteur et une température minimale d’environ 20 à 50 °C au-dessus de la température la plus élevée de la colonne. Le détecteur produit une grande quantité de vapeur d’eau, qui peut se condenser dans les zones supérieures plus froides autour du collecteur si la température de base du détecteur est inférieure à environ 150 °C ; cette vapeur d’eau condensée peut produire du bruit et une dérive de la ligne de base. D’autre part, la base du détecteur doit être suffisamment chaude pour empêcher la condensation des pics lorsqu’ils sont élués de la colonne, elle doit donc être maintenue un peu plus chaude que la température de fonctionnement la plus élevée de la colonne.
Si une colonne capillaire est installée avec son extrémité insérée dans la base du détecteur jusqu’au jet et qu’elle est utilisée à des températures de four approchant la température nominale maximale de la colonne, alors il est possible que l’extrémité de la colonne soit surchauffée dans une base de détecteur qui est encore 20 °C plus chaude. Cette surchauffe peut produire un bruit de détecteur excessif dû à la décomposition de la phase stationnaire, provoquer l’adsorption de solutés sur les surfaces de la colonne exposées par la suite et réduire la durée de vie de la colonne. Un adaptateur de détecteur à colonne capillaire qui positionne l’extrémité de la colonne de séparation dans le four et conduit le flux de gaz porteur le long d’un tube revêtu de verre ou via un morceau de silice fondue désactivée dans le jet du détecteur aidera à atténuer de tels problèmes.
Mise en place d’un détecteur à ionisation de flamme
Les puretés, les pressions et les débits du gaz porteur et du gaz de combustion ainsi que les températures du détecteur et de la colonne sont autant de considérations importantes lors de la mise en place d’un détecteur à ionisation de flamme. Il y a plusieurs étapes à suivre. Tout d’abord, il faut s’assurer que tous les gaz sont d’une pureté suffisamment élevée et que leurs pressions d’alimentation sont suffisamment stables pour assurer un fonctionnement fiable. Ensuite, l’instrument étant allumé mais non chauffé, réglez les débits de gaz requis. Enfin, chauffez l’injecteur, le détecteur et la colonne à leur température de fonctionnement et allumez la flamme. Ces étapes sont détaillées dans cette section.
Source de gaz
Les détecteurs à ionisation de flamme sont assez sensibles aux impuretés d’hydrocarbures qui peuvent être présentes dans les bouteilles de gaz ou les tubes de raccordement. Les impuretés d’hydrocarbures dans les gaz de combustion entraîneront une augmentation des niveaux de bruit du détecteur ainsi que des niveaux de signal de base plus élevés. Il est recommandé d’installer des filtres à hydrocarbures sur les raccords de cloison externes du GC pour l’air, l’hydrogène, le gaz d’appoint et, bien sûr, le gaz porteur. Il n’est pas nécessaire d’éliminer l’oxygène du flux d’hydrogène FID, mais un filtre à oxygène sur la ligne porteuse est fortement recommandé également, donc assurez-vous de piéger l’oxygène si le gaz de flamme d’hydrogène est utilisé comme gaz porteur également.
L’hydrogène pour le FID seul devrait être d’une pureté de 99,995% ou mieux. S’il est utilisé comme gaz porteur, alors une pureté de 99,999% ou mieux est préférable. Il existe plusieurs excellents générateurs d’hydrogène commerciaux qui peuvent produire suffisamment d’hydrogène de qualité porteur pour alimenter deux détecteurs à ionisation de flamme et un ou deux canaux porteurs avec injecteurs séparés. Si un générateur d’hydrogène électrolytique est utilisé, assurez-vous que l’eau que vous ajoutez est exempte d’impuretés d’hydrocarbures.
L’air destiné au FID doit contenir moins de 100 ppb d’impuretés d’hydrocarbures. En dehors des réservoirs de gaz comprimé standard, il existe une variété de générateurs d’air purifié adaptés, avec des capacités allant d’un couple de chromatographes jusqu’à la valeur d’un laboratoire entier. Les anciens compresseurs d’air, ou les alimentations en air dites « domestiques », ne doivent pas être utilisés avec les chromatographes à gaz, sauf pour fournir la pression de fonctionnement des actionneurs de vannes pneumatiques.
La pureté du gaz porteur est également importante pour le bon fonctionnement du détecteur – avec ou sans gaz d’appoint. Les impuretés du gaz d’appoint affectent le détecteur de la même manière que les impuretés des gaz de combustion. Même sans gaz d’appoint, les impuretés du gaz porteur peuvent éventuellement traverser la colonne et atteindre le détecteur. Dans le cas d’un fonctionnement programmé en fonction de la température, ces impuretés peuvent apparaître sous la forme de larges pics fantômes au cours d’une analyse ou sous la forme d’une ligne de base en augmentation constante, similaire à une purge en phase stationnaire de la colonne. En fonctionnement isotherme, les impuretés peuvent apparaître sous la forme d’une ligne de base qui augmente lentement avec un bruit croissant, souvent sur une période de quelques heures à quelques jours. Malheureusement, un chromatographe en phase gazeuse fortement contaminé s’avère souvent difficile à nettoyer. Même si la colonne peut être éliminée par cuisson ou remplacée, les impuretés peuvent rester dans les conduites de gaz internes, les vannes et les régulateurs après la correction de la source de contamination. La meilleure procédure consiste à supposer qu’il peut y avoir un problème de pureté du gaz dès le départ et à installer des filtres appropriés. Gardez à l’esprit que le meilleur filtre est celui qui n’est jamais nécessaire car le gaz entrant est toujours pur. D’autre part, supposez qu’il y aura un problème de pureté du gaz entrant à un moment donné. Les filtres sont une excellente police d’assurance contre la contamination d’un instrument.
La connexion des tubes de la source de gaz à l’instrument peut aussi parfois causer des problèmes de contamination. Veillez à utiliser des tubes en cuivre ou en acier inoxydable spécialement nettoyés pour les applications chromatographiques. N’utilisez jamais de tubes en plastique car des quantités importantes de plastifiant ou de monomère peuvent être présentes. En outre, tous les tubes en plastique sont perméables à l’oxygène atmosphérique. Les raccords non étanches peuvent également être une source de contamination : ils permettent à certains gaz atmosphériques de pénétrer à l’intérieur du flux de gaz de l’instrument. Évitez les fuites en vous assurant que tous les raccords et les bagues sont en bon état et ne sont pas trop serrés. Il est préférable de couper quelques pouces de tube et d’installer un nouvel écrou et de nouvelles viroles que d’essayer de colmater un raccord qui fuit en le serrant trop fort.
Réglage des débits des FID : Deux situations se présentent lors du réglage des débits des FID, selon que les gaz sont contrôlés par pression électronique (EPC) ou manuellement. Avec les systèmes EPC, les débits sont réglés sur le clavier de l’instrument. Ne supposez pas, cependant, que les débits sont corrects – un étalonnage régulier des débits est fortement recommandé. J’aime de toute façon mesurer les débits des détecteurs. Veillez à saisir les paramètres connexes qui contrôlent le mode de fonctionnement du gaz porteur (pression constante, débit constant ou vitesse constante) et le débit du gaz d’appoint. Gardez également à l’esprit que dans certains systèmes GC, les débits dépendent de la pression du gaz entrant – si la pression change, alors les contrôleurs de débit doivent être recalibrés.
Pour les gaz de détection contrôlés manuellement, ainsi que lors de la mesure directe des débits de gaz de détection, il est plus facile de fonctionner avec le raccordement de la colonne dans le four bloqué par une virole vierge ou un raccord à bouchon. Si la colonne est installée, le débit du transporteur doit être activé pour les installations de colonnes capillaires, dans lesquelles l’extrémité de la colonne se trouve dans le détecteur. Dans cette situation, l’opérateur devra corriger les débits mesurés de gaz de combustion et d’appoint pour le débit de la colonne. Fixez un débitmètre étalonné à la sortie du détecteur avec l’adaptateur approprié et coupez les flux d’air, d’hydrogène, d’appoint et de gaz porteur au niveau de l’instrument. Veillez à régler les régulateurs des réservoirs aux pressions recommandées et à ouvrir toutes les vannes d’arrêt en ligne. Le débit d’hydrogène est le premier à être réglé. Mettez l’hydrogène en marche et réglez le débit correct, en suivant les instructions de réglage du manuel. Après avoir mis en marche le débit, assurez-vous d’attendre une minute ou deux pour que l’air soit purgé des lignes d’hydrogène pour une lecture plus précise.
Puis, réglez le débit d’appoint, s’il est utilisé. Coupez le débit d’hydrogène, puis mettez en marche, mesurez et réglez le débit d’appoint. Si l’hydrogène ne peut pas être coupé commodément, soustrayez alors le débit d’hydrogène mesuré pour trouver le débit d’appoint. Soyez prudent, cependant, lorsque vous utilisez un débitmètre électronique. Si votre compteur a des réglages pour sélectionner le type de gaz mesuré, il produira des lectures inexactes pour les mélanges de gaz. Ce n’est pas un problème pour un simple débitmètre à bulles de savon, bien que les lectures doivent être corrigées en fonction de la pression ambiante, de la température et de la pression de vapeur de la solution de bulles de savon. Les détails de l’utilisation d’un débitmètre à bulles se trouvent dans la référence 3 ainsi que dans de nombreux manuels d’instruments et autres livres de chromatographie.
Troisièmement, réglez le débit d’air. Cela pourrait nécessiter un débitmètre à plus grand volume pour mesurer avec précision le débit 10 fois plus élevé. Encore une fois, il est préférable de couper les flux d’hydrogène et d’appoint, mais vous pouvez corriger le débit d’air mesuré si nécessaire.
Enfin, si ce n’est pas déjà fait, réglez alors le débit du gaz vecteur. Si vous voulez mesurer le débit de gaz porteur directement au détecteur, alors coupez les flux d’air, d’appoint et d’hydrogène. Réglez le contrôleur de débit de gaz vecteur, le régulateur de pression ou le système EPC selon les besoins. Une fois que le débit de la colonne est établi, et pas avant, la colonne et le détecteur peuvent être chauffés à leurs températures de fonctionnement.
La mesure directe précise d’un débit de colonne capillaire inférieur à environ 5 mL/min nécessite un dispositif de mesure de débit adapté et de faible volume. Pour un système EPC, il faut se rappeler qu’avec un système à entrée séparée en mode débit constant ou programmé, le système maintient le débit de la colonne en calculant et en réglant la chute de pression nécessaire pour produire le débit de colonne désiré en fonction de la température du four, du type de gaz porteur et des dimensions de la colonne entrées par l’opérateur. Si les dimensions entrées ne reflètent pas exactement les dimensions réelles, il en résultera des erreurs de débit et de vitesse de la colonne. En cas de doute, voir le manuel de l’instrument pour une procédure de réglage, de mesure et de correction des dimensions sur la base de la vitesse linéaire moyenne de la colonne mesurée du gaz porteur.
Ignition : Pendant que l’instrument chauffe, remettez en marche le gaz de combustion et les flux d’appoint si nécessaire. Vous pouvez allumer la flamme dès que la température du détecteur a dépassé 100 °C. La plupart des détecteurs à ionisation de flamme obligent les utilisateurs à réduire temporairement le débit d’air pendant l’allumage. Comme le starter d’une voiture, cette réduction du débit d’air crée un mélange momentanément riche qui est plus facile à enflammer. Certains instruments sont équipés d’allumeurs intégrés qui sont actionnés par un bouton-poussoir ou par le clavier, tandis que d’autres ont des allumeurs manuels qui doivent être maintenus au-dessus du détecteur pendant qu’un fil incandescent interne est chauffé électriquement. Certains utilisent un allumeur piézoélectrique. Dans tous les cas, l’allumage est le plus souvent accompagné d’un « pop » audible.
Attention : Ne vous penchez pas au-dessus du FID pour voir la flamme (elle est invisible), et portez toujours une protection oculaire appropriée. Ne laissez aucun vêtement s’approcher de la sortie du détecteur.
Après que la flamme semble avoir été allumée, vérifiez la présence de vapeur d’eau de combustion en tenant un objet froid et brillant, tel qu’un miroir ou l’extrémité polie d’une clé, directement au-dessus de la sortie du FID – vous devriez observer de la « vapeur » se condenser sur la surface froide. Si vous ne le faites pas, la flamme ne s’est probablement pas allumée ou s’est éteinte immédiatement.
Les problèmes d’allumage de la flamme ont plusieurs causes. La plus importante est un réglage incorrect du débit – ou peut-être avez-vous oublié d’allumer l’un des débits. Assurez-vous que tous les flux sont corrects et que les gaz sont correctement connectés à l’arrière de l’instrument. Les détecteurs à ionisation de flamme produisent un » pop » très fort à l’allumage si les lignes d’hydrogène et d’air sont inversées, mais généralement la flamme s’éteint immédiatement. Soyez très prudent dans ce cas, car une grande flamme d’hydrogène invisible qui s’étend sur plusieurs centimètres au-dessus du détecteur peut résulter de l’inversion des connexions.
Une difficulté d’allumage continue pourrait être due à un allumeur défectueux ou à un autre problème matériel. Pour vérifier un allumeur intégré, coupez d’abord le flux d’hydrogène. Appuyez ensuite sur le bouton de l’allumeur tout en observant indirectement l’intérieur du détecteur avec un petit miroir d’inspection incliné. Pour un allumeur manuel, observez l’élément interne ; vous devriez voir une lueur orange, ou avec un allumeur piézoélectrique, vous verrez l’étincelle. Si ce n’est pas le cas, vérifiez alors les connexions de l’allumeur et remplacez l’élément de l’allumeur si nécessaire.
Les autres problèmes matériels qui provoquent un allumage difficile comprennent un jet de flamme cassé ou fissuré, une mauvaise installation du détecteur ou de la colonne provoquant des fuites autour du corps du détecteur, ou un bouchon d’adaptateur de mesure de débit mal ajusté qui donne des mesures de débit inexactes. Si le détecteur fonctionnait bien et s’est soudainement arrêté, vérifiez que l’extrémité du jet n’est pas bloquée en mesurant le débit d’hydrogène. Si nécessaire, remplacez ou retirez et nettoyez soigneusement le jet avec un fil de nettoyage, en suivant les procédures d’entretien du fabricant.
Parfois, la flamme peut s’éteindre juste après l’injection ; le pic de solvant peut être suffisamment important pour interrompre la flamme. Si cela se produit souvent, changez pour un jet de flamme avec un diamètre interne plus grand si possible, et ajustez le débit d’hydrogène pour qu’il corresponde plus étroitement au débit du porteur, en étant conscient d’un compromis possible de sensibilité. Si le problème persiste, vous devez essayer de réduire la quantité injectée, d’utiliser un débit de gaz porteur plus faible, ou les deux. Si vous utilisez une colonne capillaire de 0,53 ou 0,75 mm de diamètre interne, le problème peut être dû à la proximité de la sortie de la colonne avec le jet de flamme. Il pourrait être utile de retirer quelque peu la colonne ou d’installer un adaptateur détecteur-colonne revêtu de verre ou un morceau de silice fondue désactivée entre l’extrémité de la colonne et le jet de flamme.
Dépannage de routine
Les détecteurs à ionisation de flamme sont généralement fiables une fois qu’ils sont correctement réglés. Les opérateurs peuvent vérifier immédiatement quelques zones clés lorsque les performances du détecteur, auparavant bonnes, tombent en dessous du minimum requis pour l’application. Les détecteurs à ionisation de flamme sont sujets à deux grandes catégories de problèmes : la contamination et l’électronique. Parmi celles-ci, la contamination est de loin la plus courante.
Contamination : Tout ce qui passe à travers un détecteur à ionisation de flamme est brûlé dans la flamme d’hydrogène. Pour les substances à base de carbone dans les limites normales, du dioxyde de carbone et de l’eau sont formés. De grandes quantités de composés chlorés ou de disulfure de carbone, cependant, ne sont pas brûlées aussi efficacement que les hydrocarbures. Ces matériaux peuvent produire des quantités importantes de particules de carbone (suie) ainsi que du chlorure d’hydrogène dans le cas des chlorométhanes et du tétrachlorure de carbone. Les particules de carbone ont tendance à s’agréger entre le jet et le collecteur, formant un chemin de fuite électrique, et le résultat est une ligne de base élevée et bruyante. Le chlorure d’hydrogène provenant des solvants chlorés peut être toléré en petites quantités, mais après une exposition prolongée en combinaison avec l’eau de l’acide chlorhydrique de combustion, commencera à corroder les surfaces internes du détecteur, produisant des chemins de fuite électrique et une ligne de base élevée et bruyante.
Une autre source de contamination courante est la purge de la phase stationnaire de la colonne dans le détecteur. Bien que cela ne soit généralement pas un problème pour la plupart des colonnes capillaires, les colonnes garnies ainsi que les capillaires à couche épaisse peuvent émettre des quantités importantes de phase stationnaire au cours de leur vie, en particulier à des températures élevées. Les polymères de siloxane produisent de la silice lorsqu’ils sont brûlés dans une flamme d’hydrogène. Dans un détecteur à ionisation de flamme, ces particules de silice ont tendance à adhérer fortement aux surfaces du jet et du collecteur à l’intérieur du détecteur. Celles-ci, à leur tour, peuvent réduire la sensibilité du détecteur et augmenter le niveau du signal de fond.
Pour vérifier la contamination du détecteur, arrêtez les flux de gaz de combustion et mettez l’instrument hors tension. Après que l’instrument ait suffisamment refroidi, retirez les couvercles du détecteur et examinez l’extérieur du corps du détecteur près de la sortie du détecteur. Il doit être propre et totalement exempt de dépôts colorés. Regardez vers le bas dans le détecteur. Là encore, les surfaces doivent être propres et exemptes de dépôts. Si vous observez un matériau coloré à l’intérieur du détecteur, retirez l’électrode collectrice pour l’examiner de plus près. Un dépôt noir indique la formation de carbone. Les dépôts blancs ou gris sont typiques d’une contamination par la silice, et les dépôts verts ou bleu-vert ou les zones corrodées sont un signe de formation excessive d’acide.
Les légers dépôts de dioxyde de silicium ou de carbone peuvent généralement être éliminés du collecteur en le frottant doucement avec de l’eau distillée et des agents de surface ou dans un bain à ultrasons. Veillez à retirer d’abord l’électrode du collecteur de toute connexion électrique attachée. Les isolateurs en céramique à l’intérieur du détecteur peuvent également être nettoyés de cette manière. En général, suivez les procédures d’entretien recommandées par le fabricant. Les pièces du détecteur qui ont été corrodées doivent être remplacées car le nettoyage est généralement inefficace.
Lorsque le détecteur est réassemblé, assurez-vous que les connexions internes pour la tension de polarisation ou l’électrode collectrice sont sécurisées. Les contacts électriques peuvent être nettoyés en les essuyant doucement avec une gomme à crayon propre. N’utilisez pas de produits abrasifs ou de toile émeri sur les pièces du détecteur – vous feriez plus de mal que de bien.
Des problèmes électroniques : Les détecteurs à ionisation de flamme produisent des courants infimes de l’ordre du picoampère. Le circuit électromètre-amplificateur est donc très sensible. Bien que les amplificateurs et les alimentations modernes soient très fiables, ils tombent occasionnellement en panne. Souvent, cependant, ce qui semble être un problème électronique est en fait dû à une erreur de l’opérateur. Vérifiez tous les réglages de l’instrument et les connexions externes avant de supposer que le problème est électronique. La plupart des défaillances électroniques internes requièrent l’attention d’un technicien de service qualifié. Cependant, vous pouvez enquêter et éventuellement remédier à certaines d’entre elles.
La défaillance de l’alimentation en tension de polarisation est indiquée par une taille de pic réduite et par des réponses très variables pour différentes substances. Si votre instrument a une connexion discrète de tension de polarisation au jet de flamme, vous pouvez vérifier l’alimentation. Ces instruments ont généralement un ou deux fils ou câbles séparés allant au détecteur en plus du câble de l’allumeur, le cas échéant. S’il n’y a qu’un seul câble, votre détecteur a probablement un jet de flamme mis à la terre. N’essayez pas de vérifier la tension de polarisation de ce type de détecteur, mais essayez plutôt de remplacer l’amplificateur par un bon amplificateur.
Attention : La tension de polarisation du FID est une haute tension et est potentiellement dangereuse. Éteignez les flux de gaz de combustion et déconnectez la tension de polarisation au niveau du détecteur avant d’effectuer toute mesure.
Utilisez un voltmètre numérique à haute impédance pour mesurer la tension de polarisation par rapport à la masse. Assurez-vous que l’instrument est allumé et que le détecteur est activé (certains chromatographes en phase gazeuse coupent la tension de polarisation lorsque le détecteur n’est pas actif). S’il n’y a pas de tension, l’alimentation doit être réparée par un technicien qualifié. Si une lecture de 180-250 V est obtenue, éteignez l’instrument, déconnectez l’alimentation en tension de polarisation et vérifiez la résistance entre la connexion du polariseur sur le détecteur et la terre ou entre la pointe du jet de flamme et la terre. Vous devez obtenir une lecture de « circuit ouvert ». Il y a un chemin de fuite significatif si la résistance est inférieure à environ 10 Mo, et le détecteur doit être nettoyé, le jet remplacé, ou les deux. Si possible, vous pouvez également échanger un électromètre suspect pour un autre connu pour être correct.
Les réchauffeurs de détecteur et les capteurs de température doivent être testés ou remplacés uniquement par un technicien de service qualifié. Si le détecteur ne chauffe pas ou si l’instrument signale que le capteur de température est défectueux, vous ne devez pas essayer de résoudre le problème vous-même. Faites appel à un technicien qualifié.
Sommaire
Le FID est le système de détection GC le plus familier et le plus utilisé, voire le plus simple. Il offre une grande sensibilité à une large gamme de composés ainsi qu’un fonctionnement de routine fiable. Les problèmes courants du FID sont peu nombreux et faciles à identifier. Cependant, il est très important de se rappeler qu’un chromatographe en phase gazeuse est un système qui repose sur le bon fonctionnement de tous ses composants discrets. Un problème qui semble être lié au détecteur peut en fait provenir d’ailleurs. Effectuez au moins une brève vérification de tous les composants connexes de l’instrument avant de conclure que le détecteur est en cause.
John V. Hinshaw Rédacteur en chef de « GC Connections » John V. Hinshaw est ingénieur principal du personnel chez Serveron Corp, Hillsboro, Oregon, et membre du comité consultatif de rédaction de LCGC. Adressez toute correspondance au sujet de cette chronique à « GC Connections », LCGC, Woodbridge Corporate Plaza, 485 Route 1 South, Building F, First Floor, Iselin, NJ 08830, e-mail [email protected]
Pour une discussion continue sur les questions de GC avec John Hinshaw et d’autres chromatographes, visitez le groupe de discussion Chromatography Forum à http://www.chromforum.com.
.