John V. Hinshaw
Bár ezek az ionizációs detektorok számos közös tulajdonsággal rendelkeznek, megvalósításuk jelentősen különbözik. A detektor teljesítményjellemzőit (érzékenység, minimális detektálható mennyiség, linearitás és szelektivitás) erősen befolyásolja az ionizációs mechanizmus típusa, a belső elektródák elrendezése és az elektronika.
FID
A tipikus lángionizációs detektor belső elrendezését az 1. ábra mutatja. Az oszlopból származó vivőgáz a detektor alján lép be, és a lángsugár alatti területen összekeveredik a hidrogén égésgázzal és az opcionális pótgázzal. Ez a keverék ezután levegővel egyesül, és közvetlenül a fúvókacsúcs felett ég el. A sugárcsúcs és a kollektorelektróda között negatív polarizáló feszültséget alkalmaznak; amint elektronok keletkeznek, azokat az elektromos tér a sugárcsúcs és a kollektor közötti résen keresztül felgyorsítja, és egy elektrométerbe küldi. A FID kialakításától függően a kollektort vagy a sugárcsúcsot földpotenciálon tartják; az 1. ábra egy földelt kollektoros kialakítást mutat. A levegő, a szén-dioxid és a víz kipufogógázai a detektortest tetején távoznak. Néhány lángionizációs detektorban a láng meggyújtásához pillanatnyilag egy izzógyertya működik.
I. táblázat: FID relatív érzékenységek különböző vegyületek és osztályok esetében
A 2. ábra a detektor elektronikájának vázlatát mutatja. Balról jobbra: 200 V-os polarizációs feszültséget alkalmazunk a lángsugáron és a kollektoron keresztül. A lángban a szénhidrogének égése során keletkező elektronokat az elektromos tér hatására összegyűjtik, és a keletkező áramot egy elektrométerrel, amelynek egy vagy több működési tartománya lehet, feszültséggé alakítják. A feszültséget felerősítik, és a nagyfrekvenciás komponenseket kiszűrik. Az érzékelő jelét egy A/D átalakító diszkrét digitális mintává alakítja, és szükség szerint további jelfeldolgozást alkalmaz. Ez egy tipikus megvalósítás; sok más lehetőség is létezik. Jellemzően többféle erősítési tartomány áll rendelkezésre, a legmagasabb kimeneti érzékenységnél kb. 1 pA (bemenet)/mV-tól a legalacsonyabb kimeneti érzékenységnél kb. 10 nA (10 X 10-9 A)/mV-ig. Egyes GC-rendszerek logaritmikus erősítőt használnak, amely a teljes dinamikatartományt lefedi. A detektor jelét szűrik a nem kívánt magas frekvenciájú zaj eltávolítása érdekében. A zajt a vivőgázban lévő ionizálható vegyületek áramlásának instabilitása, maga a láng, az elektronikus áramkör és a kóbor elektromágneses jelek (például mobiltelefonoktól származó) indukciója okozza. A FID elektrométer és az erősítő áramkörök elektronikus korlátot szabnak a válaszsebességnek, és további, bonyolultabb jelfeldolgozást végeznek a GC firmware-ben, valamint az adatrendszerben. A legtöbb kapilláris GC-csúcs esetében a kb. 200 ms-os válaszidő megfelelő, és a detektorzaj nagy részét visszautasítja, miközben 95%-nál jobb csúcsforma-hűséget biztosít. A nagysebességű vagy átfogó GC X GC elválasztásoknál előforduló gyors kapilláris csúcsokhoz (szélesség félmagasságnál << 1 s) 50 ms vagy annál alacsonyabb válaszidőre van szükség. A túl gyors válaszidő nem befolyásolja a csúcsformákat, de extra zajt enged át a rendszeren, és potenciálisan rontja a minimálisan kimutatható mennyiségeket. Az A/D konverziós sebesség is befolyásolja a jelhűséget. Általában a mintavételi sebességnek a jel maximálisan érdekes frekvenciájának kétszeresének kell lennie. Például egy 200 ms-os válaszidő nagyjából 5 Hz-nek felel meg, és ezért 10 Hz-es vagy annál nagyobb mintavételezési frekvenciával kell mintavételezni. A “GC Connections” nemrégiben megjelent része részletesebben tárgyalta a jelfeldolgozást és a csúcsformát (1).
1. ábra: Lángionizációs detektor keresztmetszete. 1 elektrométercsatlakozás, 2 = kiáramló kilépés, 3 = gyújtótekercs, 4 = gyújtó tápcsatlakozás, 5 = polarizáló feszültségellátás csatlakozása, 6 = levegő bemenet, 7 = oszlopcsatlakozás, 8 = hidrogén bemenet, 9 = lángsugár, 10 = kollektorelektród. (A PerkinElmer Instruments (Shelton, Connecticut) jóvoltából származó ábra).
FID-érzékenység
A teljes FID-érzékenység függ az égési gázáramtól, a vivőgázáramtól, a lángsugár kilépési átmérőjétől, a sugár és a kollektor relatív helyzetétől, és – kisebb mértékben – a detektor hőmérsékletétől.
Az égési gázok áramlási sebessége: Az égési gázok áramlási sebességét helyesen kell beállítani a FID megfelelő működéséhez; kövesse a gyártó ajánlásait a levegő- és hidrogénáram beállítására vonatkozóan. Általában a levegő:hidrogén aránynak körülbelül 10:1 arányúnak kell lennie. Általában 30-45 ml/perc hidrogénáramlási sebességet alkalmaznak 300-450 ml/perc levegőáramlás mellett. A FID érzékenysége csökken, ha a hidrogénáramlás az optimális értéktől eltér, amint azt a 3. ábra szemlélteti. A lineáris dinamikai tartományt is befolyásolja a hidrogénáramlás: a nagyobb áramlás általában csökkenti a lineáris dinamikai tartományt. Kevés ok van arra, hogy egy lángionizációs detektort a gyártó gázáram-beállításaitól messze eltérően üzemeltessünk; ezeket gondosan optimalizálták az adott detektorra. A levegőáramlás kevésbé kritikus, mint a hidrogénáramlás, de a túl sok levegő destabilizálja a lángot, ami zajt és lehetséges lángkimaradást okoz. A kevés levegő csökkenti az érzékenységet és lerövidíti a lineáris dinamikai tartományt.
2. ábra: Lángionizációs detektor elektronikája.
Vigyázat! A hidrogén erősen gyúlékony, és súlyos robbanást okozhat, ha zárt térben, például a GC-kemencében hagyja felhalmozódni. Soha ne kapcsolja be a hidrogénáramlást anélkül, hogy a detektor talapzatához oszlopot vagy üres szerelvényt csatlakoztatott volna, hogy megakadályozza a hidrogén kiszivárgását a sütőbe.
Fúvóka átmérője: A szabványos FID fúvókák kilépési átmérője körülbelül 0,5-0,7 mm, ami a legtöbb alkalmazáshoz megfelelő. Kapilláris oszlopokkal néha kisebb, kb. 0,3 mm belső átmérőjű fúvókát használnak az érzékenység növelése érdekében (kb. 1,5X); ritkán problémák merülhetnek fel az oldószer-csúcs kiégésével. A keskeny FID sugár nem ajánlott töltött oszlopos használatra, mivel a kóbor oszloptöltet könnyen eltömítheti a sugár átjáróját. Ezzel szemben a keskenyebb fúvókák megakadályozzák, hogy a kapilláris hegye véletlenül a lángba nyúljon.
Hordozógáz áramlási sebessége: A vivőgáz áramlási sebessége fontos szempont a detektor érzékenysége szempontjából. Tömött vagy mikrotömött oszlopok esetén a vivőgázáram általában nagyobb, mint kb. 8-10 ml/perc. Ha a töltött oszlop áramlása 40 ml/min alatt van, akkor a szabványos hidrogénáramot nem kell megváltoztatni. Ha a töltött oszlop áramlási sebessége meghaladja a 40 ml/perc értéket, a stabil, érzékeny láng eléréséhez szükség lehet a hidrogénáram némi növelésére. A nagyobb sugárátmérő (0,7 mm) szintén előnyös nagyobb hordozóáramnál. A vivőgáz – a hidrogénen kívül -, például hélium, nitrogén vagy argon kiválasztása nem befolyásolja jelentősen a detektor működését.
3. ábra: A hidrogénáram hatása a relatív FID érzékenységre. Ez tipikus eredmények ábrázolása.
Kapilláris oszlopok esetén eltérő áramlási megfontolások érvényesek. A kromatográfusok választhatják, hogy a 0,53 mm és nagyobb belső átmérőjű oszlopokat jóval az optimumuk felett, viszonylag nagy, 10-20 ml/perc hordozóáramlási sebességgel üzemeltetik. Normális esetben a lángionizációs detektor ilyen körülmények között nem igényel különösebb figyelmet. Ha 0,32 mm vagy annál kisebb belső átmérőjű kapilláris oszlopokat használnak, vagy ha a széles furatú oszlopokat 10 ml/perc alatti optimális áramlási sebességhez közelebb, 10 ml/percnél kisebb áramlási sebességgel üzemeltetik, a lángionizációs detektorok számára előnyös lehet a hordozóáramhoz pótgáz hozzáadása, mielőtt belépnének a sugárterületre. A pótgáznak két fontos hatása van. Először is, fenntartja az optimális vivőgázáramot a fúvókán keresztül, és a detektort a legjobb érzékenységgel és lineáris dinamikai tartományban működteti. Másodszor, egyes detektorok esetében a pótgázáram kisöpri a sugár alatti és a detektor alapjának belsejében lévő területet, enyhítve a csúcsok kiszélesedését, amely a kapilláris csúcsok nagyobb átmérőjű belső átjárókkal való találkozásakor keletkezhet. Kövesse a műszer gyártójának a pótgázzal és annak áramlásával kapcsolatos utasításait.
A hidrogént, bár néha töltött oszlopok vivőgázaként használják, általában kapilláris oszlopoknál használják. A hidrogén vivőgáz az optimális lineáris sebességek vagy áramlások szélesebb tartományát adja, olcsóbb, mint a hélium, és megfelelő hidrogéngenerátorral igény szerint vízből is előállítható. FID esetén a hozzáadott vivőgáz-hidrogént a detektor hidrogénáramának megfelelő csökkentésével lehet kompenzálni. Például 5 ml/perc oszlopáram esetén a detektor hidrogénáramát 5 ml/perc értékkel kell csökkenteni, hogy a fúvókán átáramló teljes hidrogénáram az optimális szinten legyen.
Az oszlopkemencehőmérséklet a hordozóellátás üzemmódjától függően befolyásolhatja a hordozóáramlási sebességet. A kemencehőmérséklet változtatásakor a detektoron áthaladó teljes hidrogénáramnak állandónak kell maradnia. Az elektronikus nyomásprogramozó rendszerek ezt úgy érik el, hogy a kemencehőmérséklet változásával meghatározzák a vivőgáz áramlási sebességét, és ennek megfelelően állítják be a detektor hidrogénáramát. Állandó nyomású üzemmódban történő működés esetén a vivőgáz áramlása a sütő hőmérsékletének növekedésével csökken; a detektor hidrogénáramlása ennek megfelelően nő. Ha állandó vivőgázáram üzemmódban működik, akkor a FID hidrogénáram is állandó marad.
A detektor hőmérséklete: A lángionizációs detektor érzékenysége nem függ erősen a hőmérsékletétől, feltéve, hogy bizonyos feltételek teljesülnek. A megfelelő detektorhőmérsékletet a következő két feltétel közül a nagyobbik határozza meg: a stabil detektor működéséhez legalább 150 °C-os hőmérséklet és a legmagasabb oszlophőmérséklet felett kb. 20-50 °C-kal magasabb hőmérséklet. A detektor nagy mennyiségű vízgőzt termel, amely a kollektor körüli hűvösebb felső területeken kondenzálódhat, ha a detektor alaphőmérséklete körülbelül 150 °C-nál alacsonyabb; ez a kondenzált vízgőz zajt és alapvonal-eltolódást okozhat. Másrészt a detektor alapjának elég melegnek kell lennie ahhoz, hogy megakadályozza a csúcsok kondenzálódását az oszlopból történő eluálás során, ezért valamivel melegebbnek kell lennie, mint az oszlop legmagasabb üzemi hőmérséklete.
Ha egy kapilláris oszlopot úgy szerelnek fel, hogy a végét a sugárig a detektoralapba helyezik, és az oszlop maximális névleges hőmérsékletét megközelítő kemencehőmérsékleten üzemeltetik, akkor lehetséges, hogy az oszlop vége túlmelegszik a további 20 °C-kal melegebb detektoralapban. Az ilyen túlmelegedés a bomló állófázisból eredő túlzott detektorzajt okozhat, oldott anyag adszorpcióját okozhatja a később szabaddá váló oszlopfelületeken, és csökkentheti az oszlop élettartamát. Egy olyan kapilláris oszlopdetektor-adapter, amely az elválasztó oszlop végét a kemencében helyezi el, és a vivőgáz áramlását egy üveggel bélelt cső mentén vagy egy darab deaktivált olvasztott szilícium-dioxidon keresztül vezeti a detektorsugárba, segít enyhíteni az ilyen problémákat.
Lángionizációs detektor beállítása
A lángionizációs detektor beállításakor fontos szempontok a hordozógáz és az égési gáz tisztasága, nyomása és áramlási sebessége, valamint a detektor és az oszlop hőmérséklete. Számos lépést kell követni. Először is győződjön meg arról, hogy minden gáz kellően nagy tisztaságú, és hogy az ellátási nyomásaik elég stabilak a megbízható működéshez. Ezután a műszer bekapcsolt, de fűtetlen állapotában állítsa be a szükséges gázáramokat. Végül melegítse fel az injektort, a detektort és az oszlopot üzemi hőmérsékletre, és gyújtsa meg a lángot. Ezeket a lépéseket ebben a szakaszban részletezzük.
Gázforrás
A lángionizációs detektorok meglehetősen érzékenyek a szénhidrogén szennyeződésekre, amelyek jelen lehetnek a gázpalackokban vagy a csatlakozó csövekben. Az égési gázokban lévő szénhidrogén szennyeződések megnövekedett detektorzajszintet, valamint magasabb alapjelszintet okoznak. A szénhidrogénszűrőket a külső GC válaszfalcsatlakozókhoz ajánlott felszerelni a levegő, a hidrogén, a pótgáz és természetesen a vivőgáz számára. Az oxigént nem szükséges eltávolítani a FID hidrogénáramból, de egy oxigénszűrő a hordozóvezetéken is erősen ajánlott, ezért mindenképpen gondoskodjon az oxigén csapdázásáról, ha hordozógázként hidrogénláng gázt is használ.
A kizárólag FID-hez használt hidrogénnek 99,995%-os vagy annál jobb tisztaságúnak kell lennie. Ha vivőgázként használják, akkor a 99,999%-os vagy jobb tisztaság az előnyös. Számos kiváló kereskedelmi hidrogéngenerátor létezik, amely elegendő vivőgáz minőségű hidrogént képes előállítani a kettős lángionizációs detektorok és egy vagy két vivőgázcsatorna ellátására osztott injektorokkal. Ha elektrolitikus hidrogéngenerátort használ, győződjön meg arról, hogy a hozzáadott víz mentes a szénhidrogén szennyeződésektől.
A FID-hez használt levegőnek kevesebb mint 100 ppb szénhidrogén szennyeződést kell tartalmaznia. A szabványos sűrített gáztartályok mellett számos megfelelő tisztított levegő generátor kapható, amelyek kapacitása néhány kromatográftól akár egy egész laboratóriumig terjedhet. A régebbi légkompresszorok vagy az úgynevezett “házi” levegőellátás nem használható gázkromatográfokkal, kivéve a pneumatikus szelepműködtetők üzemi nyomásának biztosítására.
A vivőgáz tisztasága szintén fontos a detektor megfelelő működéséhez – pótgázzal vagy anélkül. A pótgáz szennyeződések ugyanúgy befolyásolják a detektort, mint az égési gáz szennyeződések. A vivőgázban lévő szennyeződések még pótgáz nélkül is átjuthatnak az oszlopon keresztül a detektorra. Hőmérséklet-programozott üzemben az ilyen szennyeződések széles szellemcsúcsok formájában jelenhetnek meg a futtatás során, vagy az oszlop állófázisú vérzéséhez hasonló, folyamatosan emelkedő alapvonal formájában. Izotermikus üzemben a szennyeződések lassan emelkedő alapvonal formájában jelenhetnek meg, növekvő zajjal, gyakran órák vagy napok alatt. Sajnos egy erősen szennyezett gázkromatográfot gyakran nehéz megtisztítani. Még ha az oszlopot ki is lehet sütni vagy ki lehet cserélni, a szennyeződések a belső gázvezetékekben, szelepekben és szabályozókban maradhatnak, miután a szennyeződés forrását kijavították. A legjobb eljárás, ha már a kezdetektől fogva feltételezzük, hogy a gáztisztasággal probléma lehet, és megfelelő szűrőket szerelünk be. Ne feledje, hogy a legjobb szűrő az, amelyre soha nincs szükség, mert a bejövő gáz állandóan tiszta. Másrészt feltételezze, hogy valamikor a jövőben probléma lesz a bejövő gáz tisztaságával. A szűrők kiváló biztosítékot jelentenek a műszer szennyeződése ellen.
A gázforrástól a műszerhez vezető csövek csatlakoztatása is okozhat néha szennyeződési problémákat. Ügyeljen arra, hogy kifejezetten kromatográfiás alkalmazásokhoz tisztított réz- vagy rozsdamentes acélcsöveket használjon. Soha ne használjon műanyag csöveket, mert jelentős mennyiségű lágyítószer vagy monomer lehet jelen. Ezenkívül minden műanyag cső átjárható a légköri oxigénnel szemben. A szivárgó szerelvények szintén szennyeződési forrást jelenthetnek: lehetővé teszik, hogy bizonyos légköri gázok bejussanak a műszer belső gázáramába. Kerülje el a szivárgást annak biztosításával, hogy az összes szerelvény és kötőelem jó állapotban legyen, és ne legyen túlhúzva. Jobb néhány hüvelyknyi csövet levágni, és új anyát és kötőelemet felszerelni, mint túlhúzással próbálni lezárni egy szivárgó csatlakozást.
FID áramlási sebességek beállítása: A FID áramlási sebességek beállításakor két helyzet adódik, attól függően, hogy a gázok elektronikus nyomásszabályozásúak (EPC) vagy kézi vezérlésűek. EPC rendszerek esetén az áramlások beállítása a műszer billentyűzetén történik. Ne feltételezze azonban, hogy az áramlások helyesek – a rendszeres áramláskalibrálás erősen ajánlott. Az érzékelő áramlási sebességét egyébként is szeretem megmérni. Ügyeljen a kapcsolódó beállítások megadására, amelyek a vivőgáz üzemmódot (állandó nyomás, állandó áramlás vagy állandó sebesség) és a pótgázáramot szabályozzák. Ne feledje azt sem, hogy egyes GC-rendszerekben az áramlási sebességek a bejövő gáznyomástól függnek – ha a nyomás megváltozik, akkor az áramlásszabályozókat újra kell kalibrálni.
Kézi vezérlésű detektorgázok esetén, valamint a detektorgáz áramlási sebességének közvetlen mérésekor a legegyszerűbb úgy működni, hogy a kemencében lévő oszlopcsatlakozást egy üres gyűrűvel vagy dugós szerelvénnyel elzárjuk. Ha az oszlop be van szerelve, akkor a hordozóáramlást engedélyezni kell a kapilláris oszlopok olyan telepítése esetén, ahol az oszlop vége a detektorban van. Ebben a helyzetben a kezelőnek korrigálnia kell a mért égési gáz- és pótlási áramlásokat az oszlop áramlási sebességéhez. Csatlakoztasson egy kalibrált áramlásmérőt a detektor kimenetéhez a megfelelő adapterrel, és zárja el a levegő, a hidrogén, a pótlás és a vivőgáz áramlását a műszernél. Ügyeljen arra, hogy a tartályszabályozókat az ajánlott nyomásra állítsa be, és kapcsolja be a vezetékben lévő elzárószelepeket. A hidrogénáramot kell először beállítani. Kapcsolja be a hidrogént, és állítsa be a megfelelő áramlási sebességet a kézikönyvben található beállítási utasításokat követve. Az áramlás bekapcsolása után várjon egy percet, hogy a levegő kiürüljön a hidrogénvezetékekből a pontosabb leolvasás érdekében.
Ezután állítsa be a pótlási áramlást, ha van ilyen. Kapcsolja ki a hidrogénáramlást, majd kapcsolja be, mérje meg és állítsa be a pótlási áramlást. Ha a hidrogén nem kapcsolható ki kényelmesen, akkor vonja le a mért hidrogénáramot, hogy megtalálja a pótlási áramlási sebességet. Legyen azonban óvatos, ha elektronikus áramlásmérőt használ. Ha a mérőműszer rendelkezik a mérendő gáztípus kiválasztására szolgáló beállításokkal, akkor gázkeverékek esetén pontatlan mérési eredményeket fog produkálni. Ez nem jelent problémát egy egyszerű szappanbuborék-áramlásmérő esetében, bár a leolvasott értékeket korrigálni kell a környezeti nyomás, a hőmérséklet és a szappanbuborék-oldat gőznyomása szerint. A buborékos áramlásmérő használatának részletei megtalálhatók a 3. hivatkozásban, valamint számos műszerkézikönyvben és más kromatográfiával foglalkozó könyvben.
Harmadszor, állítsa be a levegő áramlási sebességét. Ehhez szükség lehet egy nagyobb térfogatú áramlásmérőre a 10-szer nagyobb áramlás pontos méréséhez. Ismét az a legjobb, ha kikapcsolja a hidrogén- és a pótáramlást, de szükség esetén korrigálhatja a mért levegőáramlási sebességet.
Végül, ha még nincs bekapcsolva, akkor állítsa be a vivőgáz áramlását. Ha a vivőgáz áramlási sebességét közvetlenül az érzékelőnél akarja mérni, akkor kapcsolja ki a levegő-, a pótlás- és a hidrogénáramlást. Szükség szerint állítsa be a vivőgázáram-szabályozót, a nyomásszabályozót vagy az EPC-rendszert. Miután az oszlopáramlás beállt, de nem előbb, az oszlopot és a detektort fel lehet melegíteni az üzemi hőmérsékletre.
A kb. 5 ml/perc alatti kapilláris-oszlop áramlás pontos közvetlen méréséhez megfelelő, kis térfogatú áramlásmérő eszközre van szükség. EPC-rendszer esetén ne feledje, hogy állandó vagy programozott áramlási módban lévő osztott bemeneti rendszer esetén a rendszer az oszlopáramlást úgy tartja fenn, hogy kiszámítja és beállítja a kívánt oszlopáramlás előállításához szükséges nyomásesést a kemencehőmérséklet, a vivőgáz típusa és a kezelő által megadott oszlopméretek alapján. Ha a megadott méretek nem tükrözik pontosan a tényleges méreteket, akkor oszlopáramlási és sebességhibák keletkeznek. Kétség esetén a műszer kézikönyvében talál egy eljárást a méretek beállítására, mérésére és korrigálására a mért oszlop átlagos lineáris vivőgázsebesség alapján.
Gyújtás: Miközben a műszer felmelegszik, szükség esetén kapcsolja vissza az égési gáz és a pótlási áramlásokat. A lángot meggyújthatja, amint a detektor hőmérséklete meghaladta a 100 °C-ot. A legtöbb lángionizációs detektor megköveteli a felhasználóktól, hogy a gyújtás során átmenetileg csökkentsék a légáramlást. Mint a fojtószelep az autóban, ez a csökkentett légáramlás egy pillanatnyilag gazdag keveréket hoz létre, amely könnyebben meggyújtható. Egyes műszerek beépített gyújtókkal rendelkeznek, amelyek nyomógombbal vagy a billentyűzetről működtethetők, míg mások kézi gyújtókkal rendelkeznek, amelyeket az érzékelő fölé kell tartani, miközben egy belső izzóhuzal elektromosan melegszik. Egyesek piezoelektromos gyújtószerkezetre támaszkodnak. Minden esetben a gyújtást leggyakrabban egy hallható “pukkanás” kíséri.
Vigyázat! Ne hajoljon a FID fölé, hogy lángot lásson (az láthatatlan), és mindig viseljen megfelelő szemvédelmet. Ne engedjen semmilyen ruhadarabot az érzékelő kijáratának közelébe.
Miután úgy tűnik, hogy a láng meggyulladt, ellenőrizze az égési vízgőzt, ha egy hideg, fényes tárgyat, például egy tükröt vagy egy csőkulcs csiszolt végét közvetlenül a FID kimenete fölé tart – a hideg felületen kondenzálódó “gőzt” kell megfigyelnie. Ha nem látja, a láng valószínűleg nem gyulladt meg, vagy azonnal kialudt.
A lánggyújtási problémáknak több oka is lehet. Az első a helytelen áramlásbeállítás – vagy esetleg elfelejtette bekapcsolni az egyik áramlást. Ellenőrizze, hogy minden áramlás helyes-e, és hogy a gázok megfelelően vannak-e csatlakoztatva a készülék hátulján. A lángionizációs detektorok gyújtáskor nagyon hangos “pukkanást” produkálnak, ha a hidrogén- és a légvezetékek felcserélődnek, de általában a láng azonnal kialszik. Ilyen esetekben nagyon óvatosnak kell lenni, mert a megfordított csatlakozások következtében nagy, láthatatlan hidrogénláng keletkezhet, amely több centiméterrel a detektor fölé nyúlik.
A gyújtási nehézségek fennállása hibás gyújtószerkezet vagy más hardverprobléma következménye lehet. A beépített gyújtó ellenőrzéséhez először zárja el a hidrogénáramlást. Ezután nyomja meg a gyújtógombot, miközben közvetve egy kis szögben elhelyezett ellenőrző tükörrel megfigyeli az érzékelő belsejét. Kézi gyújtó esetén figyelje meg a belső elemet; narancssárga izzást kell látnia, vagy piezoelektromos gyújtó esetén a szikrát. Ha nem, akkor ellenőrizze a gyújtó csatlakozásait, és szükség esetén cserélje ki a gyújtóelemet.
A nehéz gyújtást okozó egyéb hardverproblémák közé tartozik a törött vagy repedt lángszóró, az érzékelő vagy az oszlop rossz felszerelése, amely szivárgást okoz az érzékelőtest körül, vagy a rosszul illeszkedő áramlásmérő adapterdugó, amely pontatlan áramlásmérést eredményez. Ha a detektor korábban jól működött, majd hirtelen leállt, a hidrogénáram mérésével ellenőrizze, hogy a fúvókacsúcs nem eltömődött-e. Ha szükséges, cserélje ki vagy vegye ki és tisztítsa ki a fúvókát gondosan egy tisztítóhuzal segítségével, a gyártó karbantartási eljárásait követve.
Néha előfordulhat, hogy a láng közvetlenül a befecskendezés után kialszik; az oldószercsúcs elég nagy lehet ahhoz, hogy megszakítsa a lángot. Ha ez gyakran előfordul, lehetőség szerint váltson nagyobb belső átmérőjű lángfúvókára, és állítsa be a hidrogénáramot úgy, hogy az jobban illeszkedjen a hordozó áramlási sebességéhez, szem előtt tartva az esetleges érzékenységi kompromisszumot. Ha a probléma továbbra is fennáll, próbálja meg csökkenteni a befecskendezett mennyiséget, alacsonyabb vivőgáz-áramlási sebességet használni, vagy mindkettőt. Ha 0,53 vagy 0,75 mm belső átmérőjű kapilláris oszlopot használ, a probléma oka lehet az oszlop kilépésének és a lángsugárnak a közelsége. Hasznos lehet az oszlopot kissé visszahúzni, vagy egy üveggel bélelt detektor-oszlop adaptert vagy egy darab inaktivált olvasztott szilícium-dioxidot telepíteni az oszlop csúcsa és a lángsugár közé.
Rutin hibaelhárítás
A lángionizációs detektorok általában megbízhatóak, ha megfelelően vannak beállítva. A kezelők azonnal ellenőrizhetnek néhány kulcsfontosságú területet, ha a korábban jó detektorteljesítmény az alkalmazáshoz szükséges minimum alá csökken. A lángionizációs detektorokra két nagy hibakategória jellemző: a szennyeződés és az elektronika. Ezek közül messze a szennyeződés a gyakoribb.
Szennyeződés: Minden, ami áthalad egy lángionizációs detektoron, elég a hidrogénlángban. A szénalapú anyagok esetében a normál értékeken belül szén-dioxid és víz keletkezik. Nagy mennyiségű klórozott vegyületek vagy széndiszulfid azonban nem égnek el olyan hatékonyan, mint a szénhidrogének. Ezek az anyagok jelentős mennyiségű szénrészecskét (kormot), valamint a klórmetánok és a széntetraklorid esetében hidrogén-kloridot termelhetnek. A szénrészecskék hajlamosak aggregálódni a sugár és a kollektor között, elektromos szivárgási utat képezve, és az eredmény egy magas, zajos alapvonal. A klórozott oldószerekből származó hidrogén-klorid kis mennyiségben elviselhető, de hosszabb expozíció után az égési sósavval kombinálva elkezdi korrodálni a detektor belső felületeit, ami elektromos szivárgási utakat és magas, zajos alapvonalat eredményez.
Egy másik gyakori szennyeződési forrás az oszlopból a detektorba szivárgó állófázis. Bár ez általában nem jelent problémát a legtöbb kapilláris oszlop esetében, a töltött oszlopok, valamint a vastagfilmes kapillárisok élettartamuk alatt jelentős mennyiségű állófázist bocsátanak ki, különösen magas hőmérsékleten. A sziloxán polimerek hidrogénlángban elégetve szilícium-dioxidot termelnek. Lángionizációs detektorban ezek a szilícium-dioxid-részecskék hajlamosak erősen megtapadni a detektor belsejében lévő sugár- és kollektorfelületeken. Ezek viszont csökkenthetik a detektor érzékenységét és növelhetik a háttérjelszintet.
A detektor szennyeződésének ellenőrzéséhez zárja el az égési gázáramokat, és kapcsolja ki a műszer áramellátását. Miután a műszer kellőképpen lehűlt, távolítsa el a detektor fedeleit, és vizsgálja meg a detektortest külsejét a detektor kijáratának közelében. Tisztának és színezett lerakódásoktól teljesen mentesnek kell lennie. Nézzen lefelé a detektorba. A felületeknek ismét tisztának és lerakódásoktól mentesnek kell lenniük. Ha az érzékelő belsejében színes anyagot észlel, vegye le a kollektorelektródát, hogy közelebbről megnézhesse. A fekete lerakódás szénképződésre utal. A fehér vagy szürke lerakódások szilícium-dioxid-szennyeződésre jellemzőek, a zöld vagy kékeszöld lerakódások vagy korrodált területek pedig túlzott savképződésre utalnak.
A szilícium-dioxid vagy szén könnyű lerakódásait általában desztillált vízzel és felületaktív anyagokkal vagy ultrahangos fürdőben történő kíméletes súrolással lehet eltávolítani a kollektorról. Ügyeljen arra, hogy először távolítsa el a kollektorelektródát minden csatlakoztatott elektromos csatlakozástól. A detektor belsejéből származó kerámia szigetelőket is meg lehet tisztítani ilyen módon. Általában kövesse a gyártó által ajánlott karbantartási eljárásokat. A korrodált érzékelőalkatrészeket ki kell cserélni, mivel a tisztítás általában hatástalan.
Az érzékelő újbóli összeszerelésekor győződjön meg arról, hogy a polarizációs feszültség vagy a kollektorelektróda belső csatlakozói biztonságosan vannak-e rögzítve. Az elektromos érintkezőket tiszta ceruzaradírral való óvatos áttörléssel lehet megtisztítani. Ne használjon semmilyen csiszolóanyagot vagy csiszolórongyot az érzékelő alkatrészein – ezzel több kárt okoz, mint hasznot.
Elektronikai problémák: A lángionizációs detektorok parányi pikoampere áramot termelnek. Az elektrométer-erősítő áramkör ezért nagyon érzékeny. Bár a modern erősítők és tápegységek nagyon megbízhatóak, időnként mégis meghibásodnak. Gyakran azonban az, ami elektronikus problémának tűnik, valójában kezelői hiba következménye. Ellenőrizzen minden műszerbeállítást és külső csatlakozást, mielőtt feltételezné, hogy a probléma elektronikus. A legtöbb belső elektronikus hiba képzett szerviztechnikus figyelmét igényli. Néhányat azonban Ön is kivizsgálhat és esetleg orvosolhat.
A polárfeszültség-ellátás meghibásodását a csökkent csúcsméret és a különböző anyagok esetében nagymértékben eltérő válaszok jelzik. Ha a műszere diszkrét polarizálófeszültség-csatlakozással rendelkezik a lángfúvókához, akkor ellenőrizheti a tápellátást. Az ilyen műszereken általában egy vagy két külön vezeték vagy kábel megy a detektorhoz a gyújtókábelen kívül, ha van ilyen. Ha csak egy kábel van, akkor az érzékelője valószínűleg földelt lángszóróval rendelkezik. Ne próbálja meg ellenőrizni az ilyen típusú detektoroknál a polarizációs feszültséget, hanem próbálja meg kicserélni az erősítőt egy jó erősítőre.
Vigyázat! A FID polarizációs feszültség magas feszültség, és potenciálisan veszélyes. Kapcsolja ki az égéstermék-áramlást, és a mérések elvégzése előtt kapcsolja le a polarizáló feszültséget a detektoron.
Egy nagyimpedanciájú digitális feszültségmérővel mérje a polarizációs feszültséget a földhöz képest. Győződjön meg róla, hogy a műszer be van kapcsolva és a detektor aktiválva van (egyes gázkromatográfok kikapcsolják a polarizációs feszültséget, ha a detektor nem aktív). Ha nincs feszültség, a tápegységet képzett szakembernek kell szervizelnie. Ha 180-250 V-os értéket kap, kapcsolja ki a műszert, válassza le a polarizálófeszültség-ellátást, és ellenőrizze az ellenállást a detektoron lévő polarizátorcsatlakozástól a földig vagy a lángszórócsúcstól a földig. “Nyitott áramkör” értéket kell kapnia. Jelentős szivárgási útvonalról van szó, ha az ellenállás kevesebb, mint kb. 10 Mo, és a detektort meg kell tisztítani, a fúvókát ki kell cserélni, vagy mindkettőt. Ha lehetséges, a gyanús elektrométert is kicserélheti egy olyanra, amelyről tudjuk, hogy rendben van.
A detektor fűtőelemeit és hőmérséklet-érzékelőit csak képzett szerviztechnikus vizsgálhatja vagy cserélheti ki. Ha az érzékelő nem melegszik, vagy a műszer azt jelzi, hogy a hőmérséklet-érzékelő hibás, ne próbálja meg saját maga orvosolni a problémát. Hívjon képzett szakembert.
Összefoglaló
A FID a legismertebb és legszélesebb körben használt GC detektáló rendszer, ha nem is a legegyszerűbb. Nagy érzékenységet biztosít a vegyületek széles skálájára, valamint megbízható rutinszerű működést. A gyakori FID-problémák száma kevés és könnyen azonosítható. Nagyon fontos azonban megjegyezni, hogy a gázkromatográf egy olyan rendszer, amely az összes különálló komponensének megfelelő működésére támaszkodik. A detektorral kapcsolatosnak tűnő probléma valójában máshonnan is eredhet. Végezze el legalább az összes kapcsolódó műszerkomponens rövid ellenőrzését, mielőtt arra a következtetésre jutna, hogy a detektor hibás.
John V. Hinshaw “GC Connections” szerkesztő John V. Hinshaw a Serveron Corp. vezető mérnöke (Hillsboro, Oregon) és az LCGC szerkesztői tanácsadó testületének tagja. A rovattal kapcsolatos levelezést a “GC Connections,” LCGC, Woodbridge Corporate Plaza, 485 Route 1 South, Building F, First Floor, Iselin, NJ 08830, e-mail [email protected]
A GC témák folyamatos megvitatásához John Hinshaw-val és más kromatográfusokkal látogasson el a Chromatography Forum vitakörbe a http://www.chromforum.com.
címen.