John V. Hinshaw
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Embora esses detectores de ionização compartilhem várias características, suas implementações diferem significativamente. As características de desempenho dos detectores (sensibilidade, quantidade mínima detectável, linearidade e seletividade) são fortemente afetadas pelo tipo de mecanismo de ionização, a disposição interna dos eletrodos e a eletrônica.
FID
A disposição interna de um detector de ionização de chama típico é mostrada na Figura 1. O gás portador da coluna entra na parte inferior do detector e é misturado com gás de combustão de hidrogênio mais gás de maquiagem opcional na área abaixo do jato de chama. Esta mistura é então combinada com ar e queimada logo acima da ponta do jato. Uma tensão polarizante negativa é aplicada entre a ponta do jato e um eletrodo coletor; conforme os elétrons são formados, eles são acelerados através do intervalo entre a ponta do jato e o coletor pelo campo elétrico e enviados para um eletrometro. Dependendo do projeto do FID, ou o coletor ou a ponta do jato é mantida em potencial de aterramento; a Figura 1 mostra um projeto de coletor aterrado. O ar, dióxido de carbono e gases de escape de água são ventilados do topo do corpo do detector. Em alguns detectores de ionização de chamas, uma vela de incandescência opera momentaneamente para acender a chama.
Tabela I: Sensibilidades relativas do FID para vários compostos e classes
Figure 2 mostra um esquema da electrónica do detector. Da esquerda para a direita: uma tensão de polarização de 200-V é aplicada através do jato de chama e do coletor. Os electrões formados na chama por combustão de hidrocarbonetos são recolhidos sob a influência do campo eléctrico, e a corrente resultante é convertida numa tensão por um electrómetro que pode ter uma ou mais gamas de funcionamento. A tensão é amplificada e os componentes de alta frequência são filtrados. O sinal do detector é convertido em amostras digitais discretas por um conversor A/D e um processamento de sinal adicional é aplicado conforme necessário. Esta é uma implementação típica; existem muitas outras possibilidades. Várias faixas de amplificação estão disponíveis tipicamente, variando de cerca de 1 pA (entrada)/mV na maior sensibilidade de saída até cerca de 10 nA (10 X 10-9 A)/mV na menor sensibilidade de saída. Alguns sistemas GC usam um amplificador logarítmico que cobre toda a faixa dinâmica. O sinal do detector é filtrado para remover ruídos indesejados de alta frequência. O ruído é produzido por instabilidades no fluxo de compostos ionizáveis no gás portador, pela própria chama, pelo circuito eletrônico e pela indução de sinais eletromagnéticos perdidos (de telefones celulares, por exemplo). O electrómetro FID e os circuitos amplificadores impõem um limite electrónico à velocidade de resposta, e o processamento de sinais adicionais e mais sofisticados é efectuado no firmware do GC, bem como no sistema de dados. Para a maioria dos picos capilares de GC, um tempo de resposta de cerca de 200 ms é apropriado e rejeitará a maioria do ruído do detector enquanto fornece uma fidelidade superior a 95% do pico. Um tempo de resposta de 50 ms ou inferior é necessário para picos capilares rápidos (largura a meia altura << 1 s) como encontrado em separações de GC X GC de alta velocidade ou abrangentes. Uma resposta muito rápida não afetará as formas dos picos, mas passará ruído extra através do sistema e potencialmente piorará as quantidades mínimas detectáveis. A taxa de conversão A/D também afeta a fidelidade do sinal. Em geral, a taxa de amostragem deve ser o dobro da frequência máxima de interesse no sinal. Por exemplo, um tempo de resposta de 200 ms corresponde aproximadamente a 5 Hz e, portanto, seria amostrado a 10 Hz ou mais. Uma parcela recente de “Conexões GC” discutiu o processamento do sinal e a forma de pico com mais detalhes (1).
Figure 1: Corte transversal do detector de ionização de chamas. 1 conexão de eletrometro, 2 = saída de efluentes, 3 = bobina de ignição, 4 = conexão de energia de ignição, 5 = conexão de alimentação de tensão de polarização, 6 = entrada de ar, 7 = conexão de coluna, 8 = entrada de hidrogênio, 9 = jato de chama, 10 = eletrodo coletor. (Derivado de uma figura cortesia da PerkinElmer Instruments, Shelton, Connecticut).
Sensibilidade do FID
Sensibilidade do FID em excesso depende do fluxo de gás de combustão, do fluxo de gás portador, do diâmetro de saída do jato de chama, das posições relativas do jato e do coletor, e – em menor grau – da temperatura do detector.
Vazão do gás de combustão: As vazões de gás de combustão devem ser ajustadas corretamente para o funcionamento adequado do FID; siga as recomendações do fabricante para ajustes de fluxo de ar e hidrogênio. Em geral, a relação ar:hidrogénio deve ser de aproximadamente 10:1. Um caudal de hidrogénio de 30-45 mL/min com um caudal de ar correspondente de 300-450 mL/min é comum. A sensibilidade do FID será reduzida à medida que o fluxo de hidrogênio se desviar acima ou abaixo do ideal, conforme ilustrado na Figura 3. A faixa dinâmica linear também é afetada pelo fluxo de hidrogênio: fluxos mais altos tendem a reduzir a faixa dinâmica linear. Há poucos motivos para operar um detector de ionização de chama longe dos ajustes de fluxo de gás do fabricante; eles foram cuidadosamente otimizados para aquele detector específico. O fluxo de ar é menos crítico que o fluxo de hidrogênio, mas muito ar desestabilizará a chama causando ruído e possível extinção da chama. Não há ar suficiente para reduzir a sensibilidade e encurtar a faixa dinâmica linear.
Figure 2: Electrónica do detector de ionização de chama.
Cautela: O hidrogénio é altamente inflamável e pode causar uma explosão grave se for permitido acumular-se num espaço fechado, como o forno GC. Nunca ligue o fluxo de hidrogênio sem uma coluna ou encaixe em branco preso à base do detector para evitar que o hidrogênio vaze para o forno.
Diâmetro do jato: Os jatos FID padrão têm diâmetros de saída de aproximadamente 0,5-0,7 mm, o que é adequado para a maioria das aplicações. Um jato menor de cerca de 0,3 mm i.d. é às vezes usado com colunas capilares para ganhar sensibilidade (cerca de 1,5X); raramente, problemas podem ser encontrados com a saída de chama por pico de solvente. Um jato FID estreito não é recomendado para o uso de colunas de enchimento porque o suporte de enchimento de colunas perdidas pode facilmente entupir a passagem do jato. Por outro lado, jatos mais estreitos evitam que a ponta de um capilar se projete acidentalmente para a chama.
Fluxo de gás portador: O fluxo de gás portador é uma consideração importante para a sensibilidade do detector. Para colunas embaladas ou micropacked, o fluxo do transportador normalmente será maior do que cerca de 8-10 mL/min. Se o fluxo da coluna embalada for inferior a 40 mL/min, então o fluxo padrão de hidrogênio não precisa ser alterado. Quando o fluxo da coluna embalada exceder 40 mL/min, poderá ser necessário aumentar um pouco o fluxo de hidrogênio para se obter uma chama estável e sensível. Diâmetros de jato maiores (0,7 mm) também são benéficos em fluxos de transporte mais altos. A escolha do gás portador – diferente do hidrogênio – como hélio, nitrogênio ou argônio não afeta significativamente a operação do detector.
Figure 3: Efeito do fluxo de hidrogênio na sensibilidade relativa do FID. Esta é uma representação de resultados típicos.
Diferentes considerações de fluxo aplicam-se às colunas capilares. Os cromatógrafos podem optar por operar colunas com diâmetros internos de 0,53 mm e superiores bem acima de sua ótica com taxas de fluxo relativamente altas de 10-20 mL/min. Normalmente, um detector de ionização de chamas não requer nenhuma atenção especial sob tais condições. Quando são utilizadas colunas capilares com diâmetros internos de 0,32 mm ou menos, ou quando as colunas de furo largo são operadas mais próximas de taxas ótimas de fluxo inferior a 10 mL/min, os detectores de ionização de chama podem se beneficiar da adição de gás de maquiagem ao fluxo portador antes de entrar na área do jato. O gás de maquiagem tem dois efeitos importantes. Primeiro, mantém um fluxo óptimo de gás de transporte através do jacto e mantém o detector a operar na melhor sensibilidade e na gama dinâmica linear. Segundo, para alguns detectores, o fluxo de maquiagem varre a área sob o jato e dentro da base do detector, aliviando qualquer alargamento de pico que possa ser produzido quando os picos capilares encontram passagens internas de maior diâmetro. Siga as instruções do fabricante do instrumento em relação ao gás de maquiagem e seu fluxo.
Hidrogênio, embora às vezes usado como gás de transporte para colunas de enchimento, é comumente usado com colunas capilares. O transportador de hidrogênio proporciona uma gama mais ampla de velocidades ou vazões lineares ideais, é menos caro que o hélio e pode ser gerado a partir de água sob demanda com um gerador de hidrogênio apropriado. Com o FID, é conveniente compensar o hidrogênio portador de gás adicionado reduzindo o fluxo de hidrogênio do detector de forma correspondente. Para um fluxo de coluna de 5 mL/min, por exemplo, o fluxo de hidrogênio detector deve ser reduzido em 5 mL/min para que o fluxo total de hidrogênio através do jato esteja no nível ideal.
A temperatura da estufa da coluna pode afetar o fluxo de transporte, dependendo do modo de operação do fornecimento de transporte. Ao alterar a temperatura da câmara de cozimento, o fluxo total de hidrogênio através do detector deve permanecer constante. Os sistemas eletrônicos de programação de pressão conseguem isso determinando o fluxo de gás de suporte à medida que a temperatura da câmara de cozimento muda e ajustando o fluxo de hidrogênio do detector de acordo. Se o funcionamento em modo de pressão constante, o fluxo de gás de suporte diminuirá à medida que a temperatura da câmara de cozimento aumentar; o fluxo de hidrogênio do detector será aumentado de acordo. Se estiver funcionando no modo de fluxo de gás de transporte constante, o fluxo de hidrogênio do FID também permanecerá constante.
Temperatura do detector: A sensibilidade de um detector de ionização de chamas não depende muito da sua temperatura, desde que algumas condições sejam cumpridas. A temperatura adequada do detector é determinada pela maior das duas condições seguintes: uma temperatura mínima de 150 °C para um funcionamento estável do detector e uma temperatura mínima de aproximadamente 20-50 °C acima da temperatura mais alta da coluna. O detector produz uma grande quantidade de vapor de água, que pode condensar nas áreas superiores mais frias ao redor do coletor se a temperatura base do detector for inferior a cerca de 150 °C; este vapor de água condensado pode produzir ruído e deriva da linha de base. Por outro lado, a base do detector deve estar quente o suficiente para evitar a condensação dos picos à medida que são eluídos da coluna, por isso deve ser mantida um pouco mais quente do que a temperatura mais alta da coluna de operação.
Se uma coluna capilar for instalada com a sua extremidade inserida na base do detector até ao jacto e for operada a temperaturas de forno próximas da temperatura nominal máxima da coluna, então é possível que a extremidade da coluna seja sobreaquecida numa base do detector que esteja mais 20 °C mais quente. Tal superaquecimento pode produzir um ruído excessivo do detector devido à decomposição da fase estacionária, causar a adsorção do soluto nas superfícies expostas subseqüentemente da coluna e reduzir a vida útil da coluna. Um adaptador capilar do detector de coluna que posiciona a extremidade da coluna de separação no forno e conduz o fluxo de gás portador ao longo de um tubo revestido de vidro ou através de um pedaço de sílica fundida desativada no jato detector ajudará a aliviar tais problemas.
Configurar um detector de ionização por chama
Purezas, pressões e vazões de gases de combustão e de gás portador, assim como as temperaturas do detector e da coluna, são considerações importantes na configuração de um detector de ionização por chama. Há vários passos a seguir. Primeiro, certifique-se de que todos os gases sejam de pureza suficientemente alta e que suas pressões de suprimento sejam estáveis o suficiente para proporcionar uma operação confiável. Em seguida, com o instrumento ligado mas não aquecido, defina os fluxos de gás necessários. Finalmente, aqueça o injector, o detector e a coluna à sua temperatura de funcionamento e acenda a chama. Estas etapas estão detalhadas nesta seção.
Fonte de gás
Os detectores de ionização de chama são bastante sensíveis às impurezas de hidrocarbonetos que podem estar presentes nos cilindros de gás ou nas tubulações de conexão. As impurezas de hidrocarbonetos nos gases de combustão causarão um aumento dos níveis de ruído do detector, assim como níveis de sinal de linha de base mais altos. Os filtros de hidrocarboneto são recomendados para instalação nas conexões externas do anteparo GC para ar, hidrogênio, gás de maquiagem e, é claro, o gás de transporte. Não é necessário remover o oxigênio do fluxo de hidrogênio do FID, mas um filtro de oxigênio na linha de suporte também é altamente recomendado, portanto, certifique-se de reter o oxigênio se o gás de chama de hidrogênio for usado como gás de suporte também.
Hidrogênio para FID sozinho deve ser de 99,995% de pureza ou melhor. Se usado para gás portador, então 99,999% ou melhor pureza é preferível. Existem vários excelentes geradores comerciais de hidrogênio que podem produzir hidrogênio de grau de transporte suficiente para fornecer detectores de ionização de chama dupla mais um ou dois canais de transporte com injetores separados. Se for usado um gerador de hidrogênio eletrolítico, certifique-se de que a água que você adiciona esteja livre de impurezas de hidrocarbonetos.
Air para FID deve conter menos de 100 ppb de impurezas de hidrocarboneto. Além dos tanques de gás comprimido padrão, uma variedade de geradores de ar purificado adequados estão disponíveis com capacidades que vão desde um par de cromatógrafos até um laboratório inteiro. Compressores de ar mais antigos, ou o chamado “house” air supplies, não devem ser usados com cromatógrafos de gás, exceto para fornecer pressão de operação para atuadores de válvulas pneumáticas.
Pureza do gás portador é também importante para o funcionamento adequado do detector – com ou sem gás de maquilhagem. As impurezas do gás de maquilhagem afectam o detector da mesma forma que as impurezas do gás de combustão. Mesmo sem gás de maquilhagem, as impurezas no gás de transporte podem eventualmente passar através da coluna e para o detector. Na operação programada por temperatura, tais impurezas podem aparecer como picos fantasma amplos durante uma corrida ou como uma linha de base em constante ascensão semelhante à hemorragia estacionária da coluna. Na operação isotérmica, as impurezas podem aparecer como uma linha de base que aumenta lentamente com o aumento do ruído, muitas vezes durante um período de horas a dias. Infelizmente, um cromatógrafo de gás altamente contaminado frequentemente revela-se difícil de limpar. Mesmo que a coluna possa ser cozida ou substituída, as impurezas podem permanecer nas linhas internas de gás, válvulas e reguladores depois que a fonte de contaminação for corrigida. O melhor procedimento é assumir que pode haver um problema de pureza de gás logo no início e instalar filtros apropriados. Tenha em mente que o melhor filtro é aquele que nunca é necessário porque o gás de entrada é consistentemente puro. Por outro lado, assuma que haverá um problema com a pureza do gás de entrada em algum momento futuro. Os filtros são uma excelente apólice de seguro contra a contaminação de um instrumento.
A ligação da tubagem da fonte de gás ao instrumento também pode, por vezes, causar problemas de contaminação. Certifique-se de usar tubos de cobre ou aço inoxidável especialmente limpos para aplicações cromatográficas. Nunca utilize tubos de plástico porque podem estar presentes quantidades significativas de plastificante ou monômero. Além disso, todos os tubos de plástico são permeáveis ao oxigênio atmosférico. Acessórios com vazamento também podem ser uma fonte de contaminação: eles permitem que alguns gases atmosféricos entrem na corrente de gás do instrumento no interior. Evite vazamentos, assegurando que todas as conexões e virolas estejam em boa forma e não estejam excessivamente apertadas. É melhor cortar alguns centímetros de tubulação e instalar uma nova porca e virola do que tentar vedar uma conexão com vazamento por aperto excessivo.
Definir o fluxo do FID: Duas situações surgem quando se fixa o caudal do FID, dependendo se os gases são controlados por pressão electrónica (EPC) ou manualmente. Com sistemas EPC, os caudais são ajustados no teclado do instrumento. Não assuma, no entanto, que os fluxos estão corretos – a calibração regular do fluxo é altamente recomendada. Eu gosto de medir os caudais do detector de qualquer maneira. Tenha cuidado para introduzir as configurações relacionadas que controlam o modo de operação do gás portador (pressão constante, fluxo constante ou velocidade constante) e o fluxo de gás de maquilhagem. Além disso, tenha em mente que em alguns sistemas de GC, os caudais dependem da pressão do gás de entrada – se a pressão mudar, então os controladores de caudal devem ser recalibrados.
Para gases detectores controlados manualmente, assim como na medição direta do fluxo de gás detector, é mais fácil de operar com a conexão da coluna no forno bloqueada com uma ponteira ou encaixe de plugue em branco. Se a coluna for instalada, então o fluxo de transporte deve ser ativado para instalações de coluna capilar, na qual a extremidade da coluna está no detector. Nesta situação, o operador terá de corrigir os fluxos medidos de gás de combustão e de maquilhagem para o caudal da coluna. Fixe um caudalímetro calibrado à saída do detector com o adaptador apropriado e desligue os fluxos de ar, hidrogénio, maquilhagem e gás portador no instrumento. Certifique-se de ajustar os reguladores do tanque para as pressões recomendadas e ligue quaisquer válvulas de fechamento em linha. O fluxo de hidrogênio é o primeiro a ser ajustado. Ligue o hidrogênio e ajuste a vazão correta, seguindo as instruções de ajuste no manual. Depois de ligar o fluxo, certifique-se de esperar um minuto ou mais para que o ar seja purgado para fora das linhas de hidrogênio para uma leitura mais precisa.
Próximo, ajuste o fluxo de maquilhagem, se utilizado. Desligue o fluxo de hidrogênio e depois ligue, meça e ajuste o fluxo de maquiagem. Se o hidrogênio não puder ser desligado convenientemente, então subtraia o fluxo de hidrogênio medido para encontrar o fluxo de maquiagem. Tenha cuidado, no entanto, quando utilizar um medidor de caudal electrónico. Se o seu medidor tiver configurações para selecionar o tipo de gás a ser medido, então ele produzirá leituras imprecisas para misturas de gás. Isto não é um problema para um simples fluxómetro de bolhas de sabão, embora as leituras devam ser corrigidas para a pressão ambiente, temperatura e pressão do vapor da solução de bolhas de sabão. Os detalhes da utilização de um medidor de vazão de bolhas de sabão encontram-se na referência 3, assim como em muitos manuais de instrumentos e outros livros de cromatografia.
Terceiro, ajuste a vazão de ar. Isto pode requerer um caudalímetro de maior volume para medir com precisão o caudal 10 vezes maior. Novamente, é melhor desligar os fluxos de hidrogênio e maquiagem, mas você pode corrigir o fluxo de ar medido, se necessário.
Finalmente, se ainda não estiver ligado, então defina o fluxo de gás portador. Se você quiser medir o fluxo de gás portador diretamente no detector, então desligue o ar, a maquiagem e os fluxos de hidrogênio. Ajuste o controlador de fluxo de gás portador, o regulador de pressão ou o sistema EPC conforme necessário. Uma vez estabelecido o fluxo da coluna, e não antes, a coluna e o detector podem ser aquecidos às suas temperaturas de funcionamento.
Medição direta precisa do fluxo da coluna capilar abaixo de cerca de 5 mL/min requer um dispositivo de medição de fluxo adequado e de baixo volume. Para um sistema EPC, lembrar que com um sistema de entrada dividida em modo de fluxo constante ou programado, o sistema mantém o fluxo da coluna calculando e ajustando a queda de pressão necessária para produzir o fluxo desejado da coluna com base na temperatura do forno, no tipo de gás de transporte e nas dimensões da coluna inseridas pelo operador. Se as dimensões inseridas não refletirem as dimensões reais com exatidão, então resultarão erros no fluxo da coluna e na velocidade. Em caso de dúvida, consulte o manual do instrumento para um procedimento para definir, medir e corrigir as dimensões com base na velocidade média do gás de transporte linear da coluna medida.
Ignição: Enquanto o instrumento está aquecendo, ligue o gás de combustão e a maquiagem, se necessário. A chama pode ser acesa assim que a temperatura do detector tiver ultrapassado os 100 °C. A maioria dos detectores de ionização de chama requerem que os usuários reduzam temporariamente o fluxo de ar durante a ignição. Como um engarrafamento num automóvel, este fluxo de ar reduzido cria uma mistura momentaneamente rica que é mais fácil de acender. Alguns instrumentos têm ignitores integrados que são operados por botão de pressão ou pelo teclado, enquanto outros têm ignitores manuais que devem ser segurados sobre o detector, pois um fio de incandescência interno é aquecido eletricamente. Alguns dependem de uma ignição piezoelétrica. Em qualquer caso, a ignição é mais frequentemente acompanhada por um “pop” audível.
Cautela: Não se incline sobre o FID para ver a chama (ela é invisível), e use sempre uma protecção apropriada para os olhos. Não permita que nenhuma roupa se aproxime da saída do detector.
Após a chama parecer ter sido acesa, verifique o vapor de água de combustão segurando um objecto frio e brilhante como um espelho ou a extremidade polida de uma chave directamente sobre a saída do FID – deve observar a condensação do “vapor” na superfície fria. Se não o fizer, a chama provavelmente não se acendeu ou apagou-se imediatamente.
Problemas de ignição da chama têm várias causas. O mais importante é um ajuste de fluxo incorreto – ou possivelmente você esqueceu de ligar um dos fluxos. Certifique-se de que todos os fluxos estão corretos e que os gases estão conectados corretamente na parte de trás do instrumento. Os detectores de ionização de chama produzirão um “estouro” muito alto na ignição se as linhas de hidrogênio e ar forem invertidas, mas geralmente a chama se apagará imediatamente. Seja muito cauteloso nesses casos, pois uma chama de hidrogênio grande e invisível que se estende vários centímetros acima do detector pode resultar de conexões invertidas.
Dificuldade de ignição contínua pode ser devida a um detonador defeituoso ou outro problema de hardware. Para verificar uma ignição embutida, primeiro desligue o fluxo de hidrogênio. Em seguida, pressione o botão de ignição enquanto observa indiretamente o interior do detector com um pequeno espelho de inspeção em ângulo. Para uma ignição manual, observe o elemento interno; você deve ver um brilho laranja, ou com uma ignição piezoelétrica, você verá a faísca. Se não, então verifique as conexões da ignição e substitua o elemento de ignição, se necessário.
Outros problemas de hardware que causam ignição difícil incluem um jato de chama quebrado ou rachado, má instalação do detector ou da coluna causando vazamentos ao redor do corpo do detector, ou uma vela adaptadora de medição de fluxo mal encaixada que fornece medições de fluxo imprecisas. Se o detector estivesse operando bem e de repente parasse, verifique uma ponta de jato bloqueada medindo o fluxo de hidrogênio. Se necessário, substitua ou remova e limpe cuidadosamente o jato com um fio de limpeza, seguindo os procedimentos de manutenção do fabricante.
Por vezes a chama pode soprar logo após a injeção; o pico do solvente pode ser grande o suficiente para interromper a chama. Se isso ocorrer frequentemente, mude para um jato de chama com um diâmetro interno maior, se possível, e ajuste o fluxo de hidrogênio para que corresponda mais de perto ao fluxo do transportador, tendo em mente um possível comprometimento da sensibilidade. Se o problema persistir, você deve tentar reduzir a quantidade injetada, usando um fluxo de gás portador mais baixo, ou ambos. Se você estiver usando uma coluna capilar de 0,53 ou 0,75 mm de diâmetro interno, o problema pode ser devido à proximidade da saída da coluna com o jato de chama. Pode ser útil retirar um pouco a coluna ou instalar um adaptador de coluna de detector com revestimento de vidro ou um pedaço de sílica fundida desativado entre a ponta da coluna e o jato de chama.
Routina Resolução de Problemas
Detectores de ionização de chama geralmente são confiáveis uma vez que estejam devidamente configurados. Os operadores podem verificar imediatamente algumas áreas chave quando o bom desempenho do detector anteriormente cai abaixo do mínimo exigido para a aplicação. Os detectores de ionização de chama estão sujeitos a duas grandes categorias de problemas: contaminação e eletrônica. Destes, a contaminação é de longe a mais comum.
Contaminação: Tudo o que passa por um detector de ionização de chamas é queimado na chama de hidrogénio. Para substâncias à base de carbono dentro dos níveis normais, formam-se dióxido de carbono e água. Grandes quantidades de compostos clorados ou dissulfeto de carbono, no entanto, não são queimados de forma tão eficiente como os hidrocarbonetos. Estes materiais podem produzir quantidades significativas de partículas de carbono (fuligem), bem como cloreto de hidrogénio no caso dos clorometanos e do tetracloreto de carbono. As partículas de carbono tendem a se agregar entre o jato e o coletor, formando um caminho de fuga elétrica, e o resultado é uma linha de base alta e barulhenta. O cloreto de hidrogênio de solventes clorados pode ser tolerado em pequenas quantidades, mas após exposição prolongada em combinação com a água do ácido clorídrico de combustão, começará a corroer as superfícies internas do detector, produzindo caminhos de fuga elétrica e uma linha de base alta e ruidosa.
Uma outra fonte de contaminação comum é a hemorragia de fase estacionária da coluna para o detector. Embora isto não seja geralmente um problema para a maioria das colunas capilares, as colunas embaladas, bem como os capilares de película espessa podem emitir quantidades significativas de fase estacionária durante a sua vida útil, especialmente a temperaturas elevadas. Os polímeros de siloxano produzem sílica quando queimados em uma chama de hidrogênio. Em um detector de ionização de chama, estas partículas de sílica tendem a aderir fortemente às superfícies do jato e do coletor no interior do detector. Estas, por sua vez, podem reduzir a sensibilidade do detector e aumentar o nível do sinal de fundo.
Para verificar a contaminação do detector, desligue os fluxos de gás de combustão e desligue a energia do instrumento. Após o instrumento ter arrefecido suficientemente, remover as tampas do detector e examinar o exterior do corpo do detector perto da saída do detector. Ele deve estar limpo e completamente livre de depósitos coloridos. Olhe para baixo para dentro do detector. Novamente, as superfícies devem estar limpas e livres de depósitos. Se você observar algum material colorido dentro do detector, remova o eletrodo coletor para um olhar mais próximo. Um depósito preto indica formação de carbono. Depósitos brancos ou cinzas são típicos da contaminação por sílica, e depósitos verdes ou verde-azulados ou áreas corroídas são um sinal de formação excessiva de ácido.
Depósitos leves de dióxido de silício ou carbono normalmente podem ser removidos do colector através de uma lavagem suave com água destilada e surfactantes ou num banho ultra-sónico. Certifique-se de remover primeiro o eletrodo coletor de qualquer conexão elétrica acoplada. Os isoladores cerâmicos do interior do detector também podem ser limpos desta forma. Em geral, siga os procedimentos de manutenção recomendados pelo fabricante. As peças do detector que foram corroídas devem ser substituídas, pois a limpeza é geralmente ineficaz.
Quando o detector for remontado, certifique-se de que as conexões internas para a tensão polarizadora ou o eletrodo coletor estão seguras. Os contactos eléctricos podem ser limpos, limpando-os suavemente com um apagador de lápis limpo. Não use nenhum abrasivo ou pano de esmeril nas peças do detector – você causará mais danos do que bem.
Problemas electrónicos: Os detectores de ionização de chamas produzem correntes de picoampere minúsculas. O circuito do electrómetro-amplificador é, portanto, muito sensível. Embora os amplificadores e fontes de alimentação modernos sejam muito confiáveis, eles falham ocasionalmente. Muitas vezes, no entanto, o que parece ser um problema electrónico deve-se, na realidade, a um erro do operador. Verifique todas as configurações do instrumento e conexões externas antes de assumir que o problema é eletrônico. A maioria das falhas eletrônicas internas requer a atenção de um técnico de serviço treinado. No entanto, é possível investigar e possivelmente remediar algumas delas.
Polarização da falha na alimentação de tensão é indicada por um tamanho de pico reduzido e por respostas muito variadas para diferentes substâncias. Se o seu instrumento tem uma ligação de tensão de polarização discreta ao jato de chama, você pode verificar a alimentação. Tais instrumentos geralmente têm um ou dois fios ou cabos separados que vão para o detector, além do cabo de ignição, se houver. Se houver apenas um cabo, o seu detector provavelmente tem um jato de chama aterrado. Não tente verificar a tensão de polarização deste tipo de detector, mas tente trocar o amplificador por um bom amplificador.
Cautela: A tensão de polarização do FID é uma tensão alta e é potencialmente perigosa. Desligue os fluxos de gás de combustão e desconecte a tensão de polarização no detector antes de fazer quaisquer medições.
Utilizar um voltímetro digital de alta impedância para medir a tensão polarizadora em relação à terra. Certifique-se que o instrumento está ligado e que o detector está ativado (alguns cromatógrafos de gás desligam a tensão polarizadora quando o detector não está ativo). Se não houver tensão, a alimentação requer a manutenção por um técnico treinado. Se for obtida uma leitura de 180-250 V, desligar o instrumento, desligar a alimentação de tensão polarizadora e verificar a resistência da ligação do polarizador do detector à terra ou da ponta do jacto de chama à terra. Você deve obter uma leitura de “circuito aberto”. Existe um caminho de fuga significativo se a resistência for inferior a cerca de 10 Mo, e o detector deve ser limpo, o jacto deve ser substituído, ou ambos. Se possível, você também pode trocar um suposto eletrometro por um que se saiba estar bem.
Os aquecedores de detecção e os sensores de temperatura devem ser testados ou substituídos apenas por um técnico de manutenção treinado. Se o detector não aquece ou o instrumento informa que o sensor de temperatura está defeituoso, você não deve tentar resolver o problema você mesmo. Chame um técnico qualificado.
Sumário
FID é o sistema de detecção de GC mais familiar e amplamente utilizado, se não o mais simples. Ele fornece alta sensibilidade a uma grande variedade de compostos, bem como uma operação de rotina confiável. Os problemas comuns de FID são poucos e facilmente identificados. Entretanto, é muito importante lembrar que um cromatógrafo de gás é um sistema que depende do funcionamento adequado de todos os seus componentes discretos. Um problema que parece estar relacionado com um detector pode, de facto, ter origem noutro local. Faça pelo menos uma breve verificação de todos os componentes do instrumento relacionados antes de concluir que o detector está em falha.
John V. Hinshaw editor “GC Connections” John V. Hinshaw é engenheiro sênior da Serveron Corp., Hillsboro, Oregon, e um membro do conselho consultivo editorial da LCGC. Correspondência direta sobre esta coluna para “GC Connections”, LCGC, Woodbridge Corporate Plaza, 485 Route 1 South, Building F, First Floor, Iselin, NJ 08830, e-mail [email protected]
Para uma discussão contínua sobre questões de GC com John Hinshaw e outros cromatógrafos, visite o grupo de discussão do Fórum de Cromatografia em http://www.chromforum.com.