John V. Hinshaw
Deși aceste detectoare de ionizare au în comun mai multe caracteristici, implementările lor diferă semnificativ. Caracteristicile de performanță ale detectorului (sensibilitate, cantitate minimă detectabilă, liniaritate și selectivitate) sunt puternic afectate de tipul de mecanism de ionizare, de dispunerea electrozilor interni și de componentele electronice.
FID
Dispoziția internă a unui detector tipic de ionizare cu flacără este prezentată în figura 1. Gazul purtător din coloană intră în partea de jos a detectorului și este amestecat cu gazul de ardere a hidrogenului plus gazul de adaos opțional în zona de sub jetul de flacără. Acest amestec este apoi combinat cu aerul și ars chiar deasupra vârfului jetului. Se aplică o tensiune de polarizare negativă între vârful jetului și un electrod colector; pe măsură ce se formează electroni, aceștia sunt accelerați de câmpul electric de-a lungul distanței dintre vârful jetului și colector și sunt trimiși la un electrometru. În funcție de modelul FID, fie colectorul, fie vârful jetului este menținut la potențialul de masă; figura 1 prezintă un model de colector împământat. Gazele de evacuare de aer, dioxid de carbon și apă sunt evacuate prin partea superioară a corpului detectorului. La unele detectoare cu ionizare cu flacără, o bujie incandescentă funcționează momentan pentru a aprinde flacăra.
Tabelul I: Sensibilități relative FID pentru diverși compuși și clase
Figura 2 prezintă o schemă a sistemului electronic al detectorului. De la stânga la dreapta: o tensiune de polarizare de 200 V este aplicată între jetul de flacără și colector. Electronii formați în flacără prin arderea hidrocarburilor sunt colectați sub influența câmpului electric, iar curentul rezultat este convertit într-o tensiune de către un electrometru care poate avea unul sau mai multe domenii de funcționare. Tensiunea este amplificată, iar componentele de înaltă frecvență sunt filtrate. Semnalul detectorului este convertit în eșantioane digitale discrete de către un convertor A/D și se aplică o prelucrare suplimentară a semnalului, după caz. Aceasta este o implementare tipică; există multe alte posibilități. În mod obișnuit, sunt disponibile mai multe intervale de amplificare, variind de la aproximativ 1 pA (intrare)/mV la cea mai mare sensibilitate de ieșire până la aproximativ 10 nA (10 X 10-9 A)/mV la cea mai mică sensibilitate de ieșire. Unele sisteme GC utilizează un amplificator logaritmic care acoperă întreaga gamă dinamică. Semnalul detectorului este filtrat pentru a elimina zgomotul nedorit de înaltă frecvență. Zgomotul este produs de instabilitățile fluxului de compuși ionizabili din gazul purtător, de flacăra însăși, de circuitul electronic și de inducția semnalelor electromagnetice rătăcitoare (de la telefoanele mobile, de exemplu). Electrometrul FID și circuitele de amplificare impun o limită electronică asupra vitezei de răspuns, iar procesarea suplimentară și mai sofisticată a semnalelor se realizează în firmware-ul GC, precum și în sistemul de date. Pentru majoritatea vârfurilor GC capilare, un timp de răspuns de aproximativ 200 ms este adecvat și va respinge majoritatea zgomotului detectorului, oferind în același timp o fidelitate a formei vârfului mai bună de 95%. Un timp de răspuns de 50 ms sau mai mic este necesar pentru vârfurile capilare rapide (lățimea la jumătatea înălțimii << 1 s), așa cum se întâlnește în separările GC X GC de mare viteză sau complete. Un răspuns prea rapid nu va afecta formele vârfurilor, dar va transmite zgomot suplimentar prin sistem și poate înrăutăți cantitățile minime detectabile. Rata de conversie A/D afectează, de asemenea, fidelitatea semnalului. În general, rata de eșantionare trebuie să fie de două ori mai mare decât frecvența maximă de interes a semnalului. De exemplu, un timp de răspuns de 200 ms corespunde aproximativ la 5 Hz și, prin urmare, va fi eșantionat la 10 Hz sau mai mult. Un episod recent din „GC Connections” a discutat mai detaliat despre procesarea semnalelor și forma vârfurilor (1).
Figura 1: Secțiune transversală a detectorului de ionizare în flacără. 1 conexiune electrometrică, 2 = ieșire efluent, 3 = bobină de aprindere, 4 = conexiune de alimentare a aprinzătorului, 5 = conexiune de alimentare cu tensiune de polarizare, 6 = intrare aer, 7 = conexiune coloană, 8 = intrare hidrogen, 9 = jet de flacără, 10 = electrod colector. (Derivat dintr-o figură obținută prin amabilitatea PerkinElmer Instruments, Shelton, Connecticut).
Sensibilitatea FID
Sensibilitatea generală a FID depinde de debitul gazului de ardere, de debitul gazului purtător, de diametrul de ieșire a jetului de flacără, de pozițiile relative ale jetului și colectorului și – într-o măsură mai mică – de temperatura detectorului.
Debite de gaz de combustie: Debitele de gaz de combustie trebuie să fie setate corect pentru o funcționare corectă a FID; urmați recomandările producătorului pentru reglarea debitelor de aer și hidrogen. În general, raportul aer:hidrogen trebuie să fie de aproximativ 10:1. Un debit de hidrogen de 30-45 ml/min cu un debit de aer corespunzător de 300-450 ml/min este obișnuit. Sensibilitatea FID va fi redusă pe măsură ce debitul de hidrogen se abate peste sau sub nivelul optim, așa cum este ilustrat în figura 3. Domeniul dinamic liniar este, de asemenea, afectat de debitul de hidrogen: debitele mai mari tind să reducă domeniul dinamic liniar. Există puține motive pentru a opera un detector cu ionizare de flacără departe de setările de debit de gaz ale producătorului; acestea au fost optimizate cu atenție pentru acel detector specific. Debitul de aer este mai puțin critic decât debitul de hidrogen, dar o cantitate prea mare de aer va destabiliza flacăra, provocând zgomot și o posibilă stingere a flăcării. O cantitate insuficientă de aer va reduce sensibilitatea și va scurta domeniul dinamic liniar.
Figura 2: Electronica detectorului de ionizare a flăcării.
Atenție: Hidrogenul este foarte inflamabil și poate provoca o explozie gravă dacă se lasă să se acumuleze într-un spațiu închis, cum ar fi cuptorul GC. Nu porniți niciodată fluxul de hidrogen fără o coloană sau un racord gol atașat la baza detectorului pentru a preveni scurgerea hidrogenului în cuptor.
Diametrul jetului: Jeturile standard FID au diametre de ieșire de aproximativ 0,5-0,7 mm, ceea ce este potrivit pentru majoritatea aplicațiilor. Un jet mai mic, cu un diametru interior de aproximativ 0,3 mm, este uneori utilizat cu coloane capilare pentru a se obține o sensibilitate mai mare (aproximativ 1,5X); rareori, se pot întâmpina probleme legate de ieșirea din flacără a vârfului de solvent. Un jet FID îngust nu este recomandat pentru utilizarea cu coloane împachetate, deoarece suportul de împachetare a coloanei rătăcită poate bloca cu ușurință trecerea jetului. În schimb, jeturile mai înguste previn ca vârful unui capilar să iasă accidental în flacără.
Debitul gazului purtător: Debitul gazului purtător este un aspect important pentru sensibilitatea detectorului. Pentru coloanele împachetate sau micropachetate, debitul de gaz purtător va fi, în mod normal, mai mare de aproximativ 8-10 ml/min. Dacă debitul coloanei împachetate este sub 40 mL/min, atunci nu este necesar să se modifice debitul standard de hidrogen. În cazul în care debitul coloanei împachetate depășește 40 mL/min, ar putea fi necesară o oarecare creștere a debitului de hidrogen pentru a obține o flacără stabilă și sensibilă. Diametrele mai mari ale jetului (0,7 mm) sunt, de asemenea, benefice la debite mai mari de purtător. Alegerea gazului purtător – altul decât hidrogenul – cum ar fi heliu, azot sau argon nu afectează semnificativ funcționarea detectorului.
Figura 3: Efectul debitului de hidrogen asupra sensibilității relative a FID. Aceasta este o reprezentare a rezultatelor tipice.
Se aplică considerații diferite privind debitul pentru coloanele capilare. Cromatografii pot alege să opereze coloane cu diametre interioare de 0,53 mm și mai mari cu mult peste valorile optime ale acestora la debite de purtător relativ mari, de 10-20 ml/min. În mod normal, un detector cu ionizare de flacără nu necesită o atenție specială în astfel de condiții. Atunci când se utilizează coloane capilare cu diametre interioare de 0,32 mm sau mai mici sau când coloanele cu alezaj larg sunt exploatate mai aproape de debitele optime de mai puțin de 10 mL/min, detectoarele de ionizare cu flacără pot beneficia de adăugarea de gaz de substituție la fluxul de purtător înainte de a intra în zona de jet. Gazul de adaos are două efecte importante. În primul rând, menține un debit optim de gaz purtător prin jet și menține detectorul funcționând la cea mai bună sensibilitate și la cea mai bună gamă dinamică liniară. În al doilea rând, în cazul anumitor detectoare, fluxul de compensare mătură zona de sub jet și din interiorul bazei detectorului, atenuând orice lărgire a vârfurilor care ar putea fi produsă atunci când vârfurile capilare întâlnesc pasaje interne de diametru mai mare. Urmați instrucțiunile producătorului instrumentului în ceea ce privește gazul de compensare și debitul acestuia.
Hidrogenul, deși este utilizat uneori ca gaz purtător pentru coloanele compacte, este utilizat în mod obișnuit cu coloanele capilare. Hidrogenul purtător oferă o gamă mai largă de viteze sau debite liniare optime, este mai puțin costisitor decât heliul și poate fi generat la cerere din apă cu un generator de hidrogen adecvat. În cazul FID, este convenabil să se compenseze hidrogenul adăugat ca gaz purtător prin reducerea corespunzătoare a debitului de hidrogen din detector. Pentru un debit al coloanei de 5 ml/min, de exemplu, debitul de hidrogen al detectorului trebuie redus cu 5 ml/min, astfel încât debitul total de hidrogen prin jet să fie la nivelul optim.
Temperatura cuptorului coloanei ar putea afecta debitul purtătorului, în funcție de modul de funcționare a alimentării cu purtător. Atunci când se modifică temperatura cuptorului, debitul total de hidrogen prin detector trebuie să rămână constant. Sistemele electronice de programare a presiunii realizează acest lucru prin determinarea debitului de gaz purtător pe măsură ce se modifică temperatura cuptorului și prin reglarea corespunzătoare a debitului de hidrogen al detectorului. Dacă funcționează în modul de presiune constantă, debitul de gaz purtător va scădea pe măsură ce temperatura cuptorului crește; debitul de hidrogen al detectorului va fi mărit în consecință. Dacă funcționează în modul de funcționare cu debit constant de gaz purtător, atunci și debitul de hidrogen al FID va rămâne constant.
Temperatura detectorului: Sensibilitatea unui detector cu ionizare de flacără nu depinde foarte mult de temperatura acestuia, cu condiția să fie îndeplinite anumite condiții. Temperatura adecvată a detectorului este determinată de cea mai mare dintre următoarele două condiții: o temperatură minimă de 150 °C pentru o funcționare stabilă a detectorului și o temperatură minimă de aproximativ 20-50 °C peste temperatura cea mai ridicată a coloanei. Detectorul produce o cantitate mare de vapori de apă, care se pot condensa în zonele superioare mai reci din jurul colectorului în cazul în care temperatura de bază a detectorului este mai mică de aproximativ 150 °C; acești vapori de apă condensată pot produce zgomot și deviații ale liniei de bază. Pe de altă parte, baza detectorului trebuie să fie suficient de caldă pentru a preveni condensarea vârfurilor pe măsură ce acestea sunt eluate din coloană, astfel încât aceasta trebuie menținută ceva mai caldă decât cea mai ridicată temperatură de funcționare a coloanei.
Dacă o coloană capilară este instalată cu capătul ei introdus în baza detectorului până la jet și este exploatată la temperaturi ale cuptorului care se apropie de temperatura nominală maximă a coloanei, atunci este posibil ca capătul coloanei să se supraîncălzească într-o bază detector care este cu încă 20 °C mai caldă. O astfel de supraîncălzire poate produce un zgomot excesiv al detectorului din cauza descompunerii fazei staționare, poate cauza adsorbția solutului pe suprafețele coloanei expuse ulterior și poate reduce durata de viață a coloanei. Un adaptor de detector cu coloană capilară care poziționează capătul coloanei de separare în cuptor și conduce fluxul de gaz purtător de-a lungul unui tub căptușit cu sticlă sau printr-o bucată de silice topită dezactivată în jetul detectorului va contribui la atenuarea acestor probleme.
Configurarea unui detector de ionizare cu flacără
Puritățile, presiunile și debitele gazelor purtătoare și de combustie, precum și temperaturile detectorului și ale coloanei sunt toate considerații importante atunci când se configurează un detector de ionizare cu flacără. Există mai mulți pași care trebuie urmați. În primul rând, asigurați-vă că toate gazele sunt de o puritate suficient de ridicată și că presiunile lor de alimentare sunt suficient de stabile pentru a asigura o funcționare fiabilă. Apoi, cu instrumentul pornit, dar neîncălzit, setați debitele de gaz necesare. În cele din urmă, încălziți injectorul, detectorul și coloana la temperaturile lor de funcționare și aprindeți flacăra. Aceste etape sunt detaliate în această secțiune.
Sursa de gaz
Detectoarele de ionizare a flăcării sunt destul de sensibile la impuritățile de hidrocarburi care pot fi prezente în buteliile de gaz sau în tuburile de legătură. Impuritățile de hidrocarburi din gazele de combustie vor determina creșterea nivelului de zgomot al detectorului, precum și niveluri mai ridicate ale semnalului de bază. Se recomandă instalarea filtrelor de hidrocarburi la racordurile exterioare ale pereților etanși GC pentru aer, hidrogen, gaz de compensare și, bineînțeles, pentru gazul purtător. Nu este necesar să se elimine oxigenul din fluxul de hidrogen FID, dar un filtru de oxigen pe conducta purtătoare este, de asemenea, foarte recomandat, așa că asigurați-vă că prindeți oxigenul dacă se utilizează gazul de flacără de hidrogen și ca gaz purtător.
Hidrogenul doar pentru FID trebuie să fie de o puritate de 99,995% sau mai bună. Dacă este utilizat ca gaz purtător, atunci este preferabilă o puritate de 99,999% sau mai bună. Există mai multe generatoare de hidrogen comerciale excelente care pot produce suficient hidrogen de calitate purtător pentru a alimenta detectoare duble de ionizare cu flacără plus unul sau două canale purtătoare cu injectoare divizate. Dacă se utilizează un generator de hidrogen electrolitic, asigurați-vă că apa pe care o adăugați este lipsită de impurități de hidrocarburi.
Aerul pentru FID trebuie să conțină mai puțin de 100 ppb de impurități de hidrocarburi. În afară de rezervoarele standard de gaz comprimat, sunt disponibile o varietate de generatoare de aer purificat adecvate, cu capacități care variază de la câteva cromatografe până la valoarea unui întreg laborator. Compresoarele de aer mai vechi, sau așa-numitele surse de aer „de uz casnic”, nu ar trebui să fie utilizate cu cromatografele cu gaz, cu excepția furnizării presiunii de funcționare pentru actuatoarele de supape pneumatice.
Purătatea gazului purtător este, de asemenea, importantă pentru funcționarea corectă a detectorului – cu sau fără gaz de compensare. Impuritățile din gazul de adaos afectează detectorul în același mod ca și impuritățile din gazul de combustie. Chiar și fără gaz de compensare, impuritățile din gazul purtător pot trece în cele din urmă prin coloană și pe detector. În cazul funcționării programate în funcție de temperatură, astfel de impurități pot apărea sub forma unor vârfuri fantomatice largi în timpul unei rulări sau sub forma unei linii de bază în creștere constantă, asemănătoare cu sângerarea în fază staționară a coloanei. În cazul funcționării izotermice, impuritățile pot apărea sub forma unei linii de bază în creștere lentă, cu zgomot în creștere, adesea pe o perioadă de câteva ore sau zile. Din păcate, un cromatograf cu gaz puternic contaminat se dovedește adesea dificil de curățat. Chiar dacă coloana poate fi coaptă sau înlocuită, impuritățile pot rămâne în conductele interne de gaz, supape și regulatoare după ce sursa de contaminare este corectată. Cea mai bună procedură este de a presupune că poate exista o problemă de puritate a gazului încă de la început și de a instala filtre adecvate. Țineți cont de faptul că cel mai bun filtru este cel care nu este niciodată necesar, deoarece gazul care intră este în mod constant pur. Pe de altă parte, presupuneți că va exista o problemă cu puritatea gazului de intrare la un moment dat în viitor. Filtrele sunt o poliță de asigurare excelentă împotriva contaminării unui instrument.
Conectarea tubulaturii de la sursa de gaz la instrument poate, de asemenea, cauza uneori probleme de contaminare. Asigurați-vă că folosiți tuburi din cupru sau oțel inoxidabil curățate special pentru aplicații cromatografice. Nu folosiți niciodată tuburi din plastic, deoarece pot fi prezente cantități semnificative de plastifiant sau monomer. În plus, toate tuburile din plastic sunt permeabile la oxigenul atmosferic. Fitingurile care prezintă scurgeri pot fi, de asemenea, o sursă de contaminare: permit ca unele gaze atmosferice să pătrundă în interiorul fluxului de gaze al instrumentului. Evitați scurgerile asigurându-vă că toate fitingurile și îmbinările sunt în stare bună și nu sunt prea strânse. Este mai bine să tăiați câțiva centimetri de tubulatură și să instalați o nouă piuliță și îmbinări decât să încercați să etanșați o conexiune care prezintă scurgeri prin strângere excesivă.
Setarea debitelor FID: La setarea debitelor FID apar două situații, în funcție de faptul că gazele sunt controlate electronic prin presiune (EPC) sau manual. În cazul sistemelor EPC, debitele sunt setate pe tastatura instrumentului. Cu toate acestea, nu presupuneți că debitele sunt corecte – este foarte recomandată calibrarea regulată a debitului. Oricum, îmi place să măsor debitele detectorului. Aveți grijă să introduceți setările aferente care controlează modul de funcționare a gazului purtător (presiune constantă, debit constant sau viteză constantă) și debitul de gaz de adaos. De asemenea, țineți cont de faptul că, în unele sisteme GC, debitele depind de presiunea gazului de intrare – dacă presiunea se modifică, atunci regulatoarele de debit trebuie recalibrate.
Pentru gazele detectoare controlate manual, precum și atunci când se măsoară direct debitele gazelor detectoare, cel mai simplu este să se opereze cu conexiunea coloanei din cuptor blocată cu o ferulă goală sau un racord cu dop. Dacă coloana este instalată, atunci fluxul purtătorului trebuie să fie activat pentru instalațiile cu coloană capilară, în care capătul coloanei este în detector. În această situație, operatorul va trebui să corecteze debitele măsurate ale gazului de combustie și de compensare pentru debitul coloanei. Atașați un debitmetru calibrat la ieșirea din detector cu ajutorul adaptorului corespunzător și opriți debitele de aer, hidrogen, gaz de adaos și gaz purtător la instrument. Asigurați-vă că ați reglat regulatoarele rezervorului la presiunile recomandate și că ați deschis toate supapele de închidere în linie. Debitul de hidrogen este primul care se reglează. Porniți hidrogenul și setați debitul corect, urmând instrucțiunile de reglare din manual. După pornirea debitului, asigurați-vă că așteptați aproximativ un minut pentru ca aerul să fie purjat din liniile de hidrogen pentru o citire mai precisă.
În continuare, setați debitul de compensare, dacă este utilizat. Opriți debitul de hidrogen și apoi porniți, măsurați și reglați debitul de compensare. Dacă hidrogenul nu poate fi oprit în mod convenabil, atunci scădeți debitul de hidrogen măsurat pentru a găsi debitul de compensare. Aveți grijă, totuși, atunci când utilizați un debitmetru electronic. Dacă contorul are setări pentru a selecta tipul de gaz măsurat, atunci acesta va produce citiri inexacte pentru amestecuri de gaze. Aceasta nu este o problemă pentru un debitmetru simplu cu bule de săpun, deși citirile trebuie corectate în funcție de presiunea mediului ambiant, de temperatură și de presiunea de vapori a soluției de bule de săpun. Detaliile de utilizare a unui debitmetru cu bule de săpun se găsesc în referința 3, precum și în multe manuale de instrumente și alte cărți de cromatografie.
În al treilea rând, se stabilește debitul de aer. Acest lucru ar putea necesita un debitmetru de volum mai mare pentru a măsura cu exactitate debitul de 10 ori mai mare. Din nou, cel mai bine este să opriți debitul de hidrogen și cel de compensare, dar puteți corecta debitul de aer măsurat dacă este necesar.
În cele din urmă, dacă nu este deja activat, setați apoi debitul de gaz purtător. Dacă doriți să măsurați debitul de gaz purtător direct la detector, atunci opriți debitele de aer, de machiaj și de hidrogen. Reglați regulatorul de debit al gazului purtător, regulatorul de presiune sau sistemul EPC, după cum este necesar. Odată stabilit debitul coloanei, și nu înainte, coloana și detectorul pot fi încălzite la temperaturile lor de funcționare.
Măsurarea directă precisă a debitului coloanei capilare sub aproximativ 5 ml/min necesită un dispozitiv adecvat de măsurare a debitului de volum mic. Pentru un sistem EPC, rețineți că, în cazul unui sistem cu intrare divizată în modul de debit constant sau programat, sistemul menține debitul coloanei prin calcularea și setarea căderii de presiune necesare pentru a produce debitul dorit al coloanei pe baza temperaturii cuptorului, a tipului de gaz purtător și a dimensiunilor coloanei introduse de operator. Dacă dimensiunile introduse nu reflectă cu exactitate dimensiunile reale, atunci se vor produce erori de debit și viteză a coloanei. În cazul în care există îndoieli, consultați manualul instrumentului pentru o procedură de setare, măsurare și corectare a dimensiunilor pe baza vitezei medii liniare medii a coloanei măsurate a gazului purtător.
Aprindere: În timp ce instrumentul se încălzește, porniți din nou gazul de combustie și fluxurile de compensare, dacă este necesar. Puteți aprinde flacăra de îndată ce temperatura detectorului a depășit 100 °C. Majoritatea detectoarelor cu ionizare de flacără necesită ca utilizatorii să reducă temporar fluxul de aer în timpul aprinderii. La fel ca un starter la un automobil, acest flux de aer redus creează un amestec momentan bogat care este mai ușor de aprins. Unele instrumente au aprinzătoare încorporate care sunt acționate prin buton sau de la tastatură, în timp ce altele au aprinzătoare manuale care trebuie ținute deasupra detectorului în timp ce un fir incandescent intern este încălzit electric. Unele se bazează pe un aprinzător piezoelectric. În orice caz, aprinderea este cel mai adesea însoțită de un „pop” sonor.
Atenție: Nu vă aplecați deasupra FID pentru a vedea flacăra (aceasta este invizibilă) și purtați întotdeauna ochelari de protecție adecvați. Nu permiteți ca nicio haină să se apropie de ieșirea detectorului.
După ce flacăra pare să se fi aprins, verificați dacă există vapori de apă de ardere ținând un obiect rece și strălucitor, cum ar fi o oglindă sau capătul lustruit al unei chei, direct deasupra ieșirii FID – ar trebui să observați „aburi” care se condensează pe suprafața rece. Dacă nu observați nimic, probabil că flacăra nu s-a aprins sau s-a stins imediat.
Problemele de aprindere a flăcării au mai multe cauze. Cea dintâi este o setare incorectă a debitului – sau posibil să fi uitat să porniți unul dintre debite. Asigurați-vă că toate fluxurile sunt corecte și că gazele sunt conectate corect în partea din spate a instrumentului. Detectoarele de ionizare a flăcării vor produce un „pop” foarte puternic la aprindere dacă liniile de hidrogen și de aer sunt inversate, dar de obicei flacăra se va stinge imediat. Fiți foarte precaut în astfel de cazuri, deoarece o flacără mare și invizibilă de hidrogen care se extinde cu câțiva centimetri deasupra detectorului poate rezulta din conexiunile inversate.
Dificultatea continuă de aprindere se poate datora unui aprinzător defect sau unei alte probleme hardware. Pentru a verifica un aprinzător încorporat, opriți mai întâi fluxul de hidrogen. Apoi apăsați butonul de aprindere în timp ce observați indirect interiorul detectorului cu o mică oglindă de inspecție înclinată. În cazul unui aprinzător manual, observați elementul intern; ar trebui să vedeți o strălucire portocalie sau, în cazul unui aprinzător piezoelectric, veți vedea scânteia. În caz contrar, verificați conexiunile aprinzătorului și înlocuiți elementul de aprindere, dacă este necesar.
Alte probleme hardware care cauzează o aprindere dificilă includ un jet de flacără spart sau fisurat, o instalare necorespunzătoare a detectorului sau a coloanei care cauzează scurgeri în jurul corpului detectorului sau un dop adaptor de măsurare a debitului prost montat care dă măsurători inexacte ale debitului. Dacă detectorul a funcționat bine și apoi s-a oprit brusc, verificați dacă vârful jetului este blocat prin măsurarea debitului de hidrogen. Dacă este necesar, înlocuiți sau scoateți și curățați jetul cu atenție cu un fir de curățare, urmând procedurile de întreținere ale producătorului.
Câteodată flacăra se poate stinge imediat după injecție; vârful de solvent poate fi suficient de mare pentru a întrerupe flacăra. Dacă acest lucru se întâmplă des, treceți la un jet de flacără cu un diametru intern mai mare, dacă este posibil, și reglați debitul de hidrogen pentru a se potrivi mai bine cu debitul purtătorului, fiind atenți la un posibil compromis de sensibilitate. Dacă problema persistă, ar trebui să încercați să reduceți cantitatea injectată, să utilizați un debit mai mic de gaz purtător sau ambele. Dacă utilizați o coloană capilară cu diametru interior de 0,53 sau 0,75 mm, este posibil ca problema să se datoreze apropierii ieșirii coloanei de jetul de flacără. Ar putea fi util să retrageți puțin coloana sau să instalați un adaptor detector-coloană căptușit cu sticlă sau o bucată de silice topită dezactivată între vârful coloanei și jetul de flacără.
Dezolvarea problemelor de rutină
Detectoarele de ionizare cu flacără sunt, în general, fiabile odată ce sunt configurate corect. Operatorii pot verifica imediat câteva domenii cheie atunci când performanțele anterior bune ale detectorului scad sub nivelul minim necesar pentru aplicație. Detectoarele cu ionizare de flacără sunt supuse la două mari categorii de defecțiuni: contaminare și electronică. Dintre acestea, contaminarea este de departe cea mai frecventă.
Contaminare: Tot ceea ce trece printr-un detector cu ionizare de flacără este ars în flacăra de hidrogen. Pentru substanțele pe bază de carbon, în limitele normale, se formează dioxid de carbon și apă. Cu toate acestea, cantități mari de compuși clorurați sau de disulfură de carbon nu sunt arse la fel de eficient ca și hidrocarburile. Aceste materiale pot produce cantități semnificative de particule de carbon (funingine), precum și clorură de hidrogen în cazul clorometanilor și al tetraclorurii de carbon. Particulele de carbon au tendința de a se agrega între jet și colector, formând o cale de scurgere electrică, iar rezultatul este o linie de bază ridicată și zgomotoasă. Clorura de hidrogen din solvenții clorurați poate fi tolerată în cantități mici, dar după o expunere prelungită, în combinație cu acidul clorhidric din apa de ardere, va începe să corodeze suprafețele interioare ale detectorului, producând căi de scurgere electrică și o linie de bază ridicată și zgomotoasă.
O altă sursă comună de contaminare este sângerarea fazei staționare din coloană în detector. Deși aceasta nu este, în general, o problemă pentru majoritatea coloanelor capilare, coloanele împachetate, precum și capilarele cu peliculă groasă pot emite cantități semnificative de fază staționară în timpul vieții lor, în special la temperaturi ridicate. Polimerii siloxanici produc silice atunci când sunt arși într-o flacără de hidrogen. Într-un detector cu ionizare cu flacără, aceste particule de silice tind să adere puternic la suprafețele jetului și ale colectorului din interiorul detectorului. Acestea, la rândul lor, pot reduce sensibilitatea detectorului și pot crește nivelul semnalului de fond.
Pentru a verifica contaminarea detectorului, închideți fluxurile de gaze de ardere și opriți alimentarea instrumentului. După ce instrumentul s-a răcit suficient, îndepărtați capacele detectorului și examinați partea exterioară a corpului detectorului în apropierea ieșirii detectorului. Acesta trebuie să fie curat și complet lipsit de depuneri colorate. Priviți în jos în detector. Din nou, suprafețele ar trebui să fie curate și lipsite de depuneri. Dacă observați unele materiale colorate în interiorul detectorului, scoateți electrodul colector pentru o privire mai atentă. Un depozit negru indică formarea de carbon. Depozitele albe sau gri sunt tipice pentru contaminarea cu siliciu, iar depozitele verzi sau albastru-verzui sau zonele corodate sunt un semn de formare excesivă de acid.
Depozitele ușoare de dioxid de siliciu sau carbon pot fi de obicei îndepărtate de pe colector prin frecare ușoară cu apă distilată și agenți tensioactivi sau într-o baie cu ultrasunete. Asigurați-vă că mai întâi îndepărtați electrodul colectorului de orice conexiuni electrice atașate. Izolatorii ceramici din interiorul detectorului pot fi, de asemenea, curățați în acest mod. În general, urmați procedurile de întreținere recomandate de producător. Piesele detectorului care au fost corodate trebuie înlocuite, deoarece curățarea este de obicei ineficientă.
Când detectorul este reasamblat, asigurați-vă că conexiunile interne pentru tensiunea de polarizare sau pentru electrodul colector sunt sigure. Contactele electrice pot fi curățate prin ștergerea ușoară a acestora cu o radieră curată de creion. Nu folosiți materiale abrazive sau pânză de șmirghel pe piesele detectorului – veți provoca mai mult rău decât bine.
Probleme electronice: Detectoarele cu ionizare de flacără produc curenți minusculi de picoamperi. Circuitul electrometru-amplificator este astfel foarte sensibil. Deși amplificatoarele și sursele de alimentare moderne sunt foarte fiabile, ele se defectează ocazional. Adesea, însă, ceea ce pare a fi o problemă electronică se datorează de fapt unei erori a operatorului. Verificați toate setările instrumentului și conexiunile externe înainte de a presupune că problema este de natură electronică. Majoritatea defecțiunilor electronice interne necesită atenția unui tehnician de service calificat. Cu toate acestea, puteți investiga și, eventual, remedia unele dintre ele.
Funcționarea defecțiunii de alimentare cu tensiune de polarizare este indicată de mărimea redusă a vârfului și de răspunsuri foarte diferite pentru diferite substanțe. Dacă instrumentul dumneavoastră are o conexiune discretă de tensiune de polarizare la jetul de flacără, puteți verifica alimentarea. Astfel de instrumente au, de obicei, unul sau două fire sau cabluri separate care merg la detector, în plus față de cablul de aprindere, dacă există. Dacă există un singur cablu, detectorul dumneavoastră are probabil un jet de flacără împământat. Nu încercați să verificați acest tip de detector pentru tensiunea de polarizare, ci încercați să schimbați amplificatorul cu un amplificator bun.
Atenție: Tensiunea de polarizare FID este o tensiune înaltă și este potențial periculoasă. Opriți fluxurile de gaze de combustie și deconectați tensiunea de polarizare la detector înainte de a face orice măsurători.
Utilizați un voltmetru digital de înaltă impedanță pentru a măsura tensiunea de polarizare în raport cu masa. Asigurați-vă că instrumentul este pornit și că detectorul este activat (unele cromatografe de gaze deconectează tensiunea de polarizare atunci când detectorul nu este activ). Dacă nu există tensiune, alimentarea necesită reparații de către un tehnician calificat. Dacă se obține o tensiune de 180-250 V, opriți instrumentul, deconectați alimentarea cu tensiune de polarizare și verificați rezistența de la conexiunea polarizatorului de pe detector la masă sau de la vârful jetului de flacără la masă. Ar trebui să obțineți o citire de „circuit deschis”. Există o cale de scurgere semnificativă dacă rezistența este mai mică de aproximativ 10 Mo, iar detectorul trebuie curățat, jetul trebuie înlocuit sau ambele. Dacă este posibil, puteți, de asemenea, să schimbați un electrometru suspect cu unul despre care se știe că este în regulă.
Încălzitoarele detectoarelor și senzorii de temperatură trebuie testate sau înlocuite numai de către un tehnician de service calificat. Dacă detectorul nu se încălzește sau dacă instrumentul raportează că senzorul de temperatură este defect, nu trebuie să încercați să remediați singur problema. Chemați un tehnician calificat.
Rezumat
FID este cel mai familiar și cel mai utilizat sistem de detecție GC, dacă nu chiar cel mai simplu. Acesta oferă o sensibilitate ridicată la o gamă largă de compuși, precum și o funcționare de rutină fiabilă. Problemele comune ale FID sunt puține și ușor de identificat. Cu toate acestea, este foarte important să ne amintim că un cromatograf în fază gazoasă este un sistem care se bazează pe buna funcționare a tuturor componentelor sale discrete. O problemă care pare a fi legată de detector poate proveni, de fapt, din altă parte. Efectuați cel puțin o scurtă verificare a tuturor componentelor conexe ale instrumentului înainte de a concluziona că detectorul este defect.
John V. Hinshaw Editorul „GC Connections” John V. Hinshaw este inginer senior al personalului de la Serveron Corp. din Hillsboro, Oregon, și membru al consiliului consultativ editorial al LCGC. Corespondență directă despre această rubrică la „GC Connections”, LCGC, Woodbridge Corporate Plaza, 485 Route 1 South, Building F, First Floor, Iselin, NJ 08830, e-mail [email protected]
Pentru o discuție continuă despre problemele GC cu John Hinshaw și alți cromatografi, vizitați grupul de discuții Chromatography Forum la http://www.chromforum.com.
.