CN101750463B - 一种小型氢火焰离子化检测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小型氢火焰离子化检测器，四通的左右两端口分别为空气入口和引出微电流信号线出口，引出微电流信号线从一压帽中串过，压帽封堵于信号线出口处；一金属收集极通过耐高温绝缘套管A固定在四通的纵向通孔中，耐高温绝缘套管A设置于四通纵向方向的上端口内侧、并与四通上端口紧密贴合；金属收集极的上端与耐高温绝缘套管A内侧壁紧密贴合，下端悬置于四通纵向方向的下端口内侧；四通的下端通过套管固接有二通；喷口固接于一引管的一端，引管外套设有耐高温绝缘套管B，并通过耐高温绝缘套管B套设于二通内壁上，使喷口伸入至二通内。本发明整体结构简单，便于组装和拆卸，气体消耗量小、能耗低、灵敏度与常规尺寸的FID检测器相当。

Description

一种小型氢火焰离子化检测器
技术领域
本发明是氢火焰离子化检测器，特别是一种小型氢火焰离子化检测器，适用于便携式气相色谱仪和总烃分析仪。
技术背景
氢火焰离子化检测器是在1958年分别由澳大利亚和南非的学者提出的，其工作原理是有机物在氢火焰中发生化学电离，离解为碳正离子，在电场的作用下，碳正离子向收集极定向移动，所形成的微电流经静电放大器得到可测量的信号，反映出色谱流出组分的相应信息。氢火焰离子化检测器对于绝大多有机物都有响应，且灵敏度高，是目前气相色谱中最常用的通用型检测器。
便携式小型或微型气相色谱仪因其所具有的现场分析能力而得到普遍的重视。传统的氢火焰离子化检测器由于体积大、能耗和工作气源消耗高，并不适合便携式或微型气相色谱仪，所以发达国家都在发展小型氢火焰离子化检测器。
例如：国内张祥民等[张祥民，邓春晖等，微型火焰离子化检测器，中华人民共和国国家知识产权局，ZL专利号02215763.8]采用将常规FID小型化的方法，研制的小型FID，用流量为7mL/min的氢气作为小型FID的尾吹气和燃烧气，减少了气源的种类，并降低了气体消耗；S.Zimmermanna和P.Krippner等[S.Zimmermanna，P.Krippne Micro flame ionization detectorand micro flame spectrometer，sensors and actuators，B63(2000)159-163]采用微加工技术，在三层单晶硅结构上制作出微型FID，气体消耗大为降低，使其适合于芯片式微型色谱仪器系统和便携式气相色谱仪；K.B.Thurbide；T.C.Hayward[K.B.Thurbide；T.C.Hayward Improved micro-flame ionizationdetection method for gas chromatography，Anal Chim Acta，519(2004)121-128]采取了氧气和氢气相对流动的方式，不仅最大限度地简化了结构，而且得到小而稳定的氢火焰，一定程度上提高了微型FID的性能，可直接检出50ppb浓度水平的组分。但是，已报到的微型FID只适合细内径毛细管使用，不适合大口径毛细管和填充柱使用。
发明内容
基于上述技术背景，本发明提供了一种基于常规机械加工手段实现的小型FID。与已有设计不同的是，检测器的内部辅助燃烧气不是从氢火焰喷嘴下部流出，而是从位于喷嘴上方的收集极与壳体之间的缝隙流出，使助燃气分布更加均匀，火焰燃烧的更加稳定，完全消除了燃烧室死体积，明显降低了检测器的本底噪音。另外，氢火焰喷嘴的极化电压不是从喷口的侧面施加上的，而是从与喷嘴连接的金属导管引入的，避免了在检测器内部拥挤空间内连接电极的问题。
为实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：
一种小型氢火焰离子化检测器，包括四通和喷口组件，四通横向上的、左右两端口分别为空气入口和引出微电流信号线出口，引出微电流信号线从一压帽中串过，压帽封堵于信号线出口处；
一金属收集极通过耐高温绝缘套管A固定在四通的纵向通孔中，耐高温绝缘套管A设置于四通纵向方向的上端口内侧、并与四通上端口紧密贴合；金属收集极的上端与耐高温绝缘套管A内侧壁紧密贴合，下端悬置于四通纵向方向的下端口内侧；
四通的下端通过套管固接有二通；喷口固接于一引管的一端，引管外套设有耐高温绝缘套管B，并通过耐高温绝缘套管B套设于二通内壁上，使喷口伸入至二通内。
引出微电流信号线从一压帽中串过，压帽通过卡套A封堵于信号线出口处，卡套A与四通的引出微电流信号线出口端相螺合。
套管从一螺帽中串过，套管通过卡套B固接于二通内，卡套B与二通的外壁相螺合。
喷口为金属管，喷口内径为60～190μm，外径为250μm～1mm。
喷口与不锈钢引管之间通过压接、焊接或无机胶粘结形成结合部；
喷口位于金属收集极下方2mm至伸入金属收集极内部1.6mm深处均可。
检测器的极化电压从检测器池体外部通过金属引管引入到喷口，金属引管作为极化电压引入极，且与喷口成为一体；所述极化电压在150～800V之间。
本发明具有以下特点：
1)改变了传统FID的结构组成，使FID各部分在空间分布的位置关系更加合理。助燃气体在燃烧室内的均匀分布，无涡旋流动流形，使得检测器基流噪音十分低，在总离子流较低的情况下得到很高的信噪比；
2)采用金属毛细管作为喷口，比使用石英喷口获得了更高的响应值和信噪比，检出限可达50ppb；
3)极化电压从检测器外部引入，避免了在检测器内部拥挤空间内连接电极的问题；
4)气体消耗量仅为常规检测器的1/3～1/4，加热至150℃时能耗为5W；
5)结构简单，便于组装、拆卸和清洗。
附图说明
图1为本发明m-FID的整体示意图。
图2为本发明m-FID的结构分解示意图。
其中：101-四通；102-耐高温绝缘套管A；103-收集极；104-收集极引出电极；105-空气引入口；106-压帽；107-卡套A；201-不锈钢套管；300-燃烧室；301-二通；302-螺帽；303-卡套B；401-喷口金属毛细管；402-引管；403-耐高温绝缘管B；404-喷口与引管之间结合部。
图3为利用本发明m-FID分析烷烃的谱图。
具体实施方式
本发明整个m-FID都采用普通机械加工的零部件实现，包括四通，二通，不同规格的金属管，金属毛细管，耐高温绝缘套管，卡套和压帽等。所以便于组装且成本低廉。
由金属四通左右两入口分别接入空气导管和微电流放大器屏蔽导线，并用卡套固定和密封。
收集极通过耐高温绝缘管以紧配合的方式固定在四通的纵向通孔中，四通的上端出口加防尘螺帽，其下端出口接金属套管，套管和收集极之间的缝隙为空气的通道，套管下连接二通，包括喷口和极化极的整体结构通过卡套与之固定。
喷口与引管同轴固定，色谱毛细管插入到喷口底部，燃烧气兼做吹扫气，死体积可以忽略。金属引管外套耐高温绝缘管，成为喷口的整体结构，极化电压通过耐高温绝缘管的缺口加到金属引管上。
实施例1
参见图1和图2，一种可用于便携式气相色谱的小型离子化检测器，组成部分如图所示。
一种小型氢火焰离子化检测器，包括四通和喷口组件，四通101横向上的、左右两端口分别为空气入口105和引出微电流信号线104出口，引出微电流信号线104从一压帽106中串过，压帽106封堵于信号线出口处，卡套A107与四通101的引出微电流信号线104出口端相螺合；
一金属收集极103通过耐高温绝缘套管A102固定在四通101的纵向通孔中，耐高温绝缘套管A102设置于四通101纵向方向的上端口内侧、并与四通101上端口紧密贴合；金属收集极103的上端与耐高温绝缘套管A102内侧壁紧密贴合，下端悬置于四通101纵向方向的下端口内侧；
四通101的下端通过套管201固接有二通301，套管201从一螺帽302中串过，套管201通过卡套B303固接于二通301内，卡套B303与二通301的外壁相螺合；喷口401固接于一引管402的一端，引管402外套设有耐高温绝缘套管B403，并通过耐高温绝缘套管B403套设于二通301内壁上，使喷口401伸入至二通301内，由401、402和403构成一个喷口组件。
喷口401为金属管，喷口内径为60～190μm，外径为250μm～1mm；喷口401与不锈钢引管402之间通过压接、焊接或无机胶粘结形成结合部404；喷口401位于金属收集极103下方2mm至伸入金属收集极103内部1.6mm深处均可。
检测器的极化电压从检测器池体外部通过金属引管402引入到喷口401，金属引管402作为极化电压引入极，且与喷口成为一体。
所述极化电压在150～800V之间。
空气从四通的左端入口进入，沿收集极与四通之间的缝隙下行流入燃烧室(金属收集极的下端与二通上端间的空腔形成燃烧室300；通过收集极的内部向上流出检测器；助燃空气吹扫了燃烧室内部件的接缝和喷口底部的死区，消除了燃烧室的死体积，使溶剂峰拖尾减小。
1.极化极和喷嘴：
1.1引管402为长35mm、外径1.6mm的不锈钢管；
1.2喷口401为长8mm、内径150μm、外径360μm的不锈钢毛细管。将其套入不锈钢引管402中，用无机胶粘牢；
2.收集极103为长20mm、内径2.2mm、外径3.0mm的不锈钢管；
3.黄铜四通101的上下两通孔内径为4mm，左右两接口分别用于空气管路和收集极引线；
4.不锈钢二通301内径为3mm；
5.M6×1黄铜螺帽401和压帽106，用于池体接入零件的固定和密封；
6.收集极103和四通101间的耐高温绝缘管A102为外径3.8mm的聚四氟乙烯管；
7.引管402和二通间的耐高温绝缘管B403为一定长度内径1.6mm外径2.5mm的聚四氟乙烯管；
8、m-FID的安装：把加工好的零部件按照图1的方式组装，控制喷嘴和收集极之间的位置关系，如附图1所示，把m-FID固定好，之后安装到测试仪器上，连接好空气、氢气及载气的管路，加极化电压，连接屏蔽线，即可。
实施例2
1.极化极和喷嘴：
1.1引管402为长30mm，内径800μm，外径1.6mm的镍管；
1.2喷口401为长7mm，内径250μm，外径790μm不锈钢毛细管，插入镍引管4022mm深并焊接；
2.收集极103为长24mm、内径3mm、外径4mm的不锈钢管；
3.不锈钢四通101的上下两通孔内径为6.0mm，左右两接口分别用于空气管路和收集极引线；
4.不锈钢二通301内径为4mm；
5.M6×1黄铜螺帽401和压帽106，用于池体接入零件的固定和密封；
6.收集极103和四通101间的耐高温绝缘管A102为外径5.0mm的聚醚醚酮管；
7.引管402和二通间的耐高温绝缘管B403为一定长度内径1.8mm，外径3.2mm的陶瓷管，用无机胶套粘在引管402的外壁；
组装步骤同实施例1。
应用例1
应用本发明分析烷烃样品
色谱条件：OV-130M×0.53mm×1.0μm弹性石英毛细管柱；进样口温度250℃；检测器温度180℃；柱箱温度：程序升温；载气(氢气)流量：8mL/min；空气流量：90mL/min；省略尾吹气；分流比20∶1，所得谱图如附图3所示。

Claims (7)

1.一种小型氢火焰离子化检测器，包括四通和喷口组件，其特征在于：四通(101)横向上的、左右两端口分别为空气入口(105)和引出微电流信号线(104)出口，引出微电流信号线(104)从一压帽(106)中串过，压帽(106)封堵于信号线出口处；
一金属收集极(103)通过耐高温绝缘套管A(102)固定在四通(101)的纵向通孔中，耐高温绝缘套管A(102)设置于四通(101)纵向方向的上端口内侧、并与四通(101)上端口紧密贴合；金属收集极(103)的上端与耐高温绝缘套管A(102)内侧壁紧密贴合，下端悬置于四通(101)纵向方向的下端口内侧；
四通(101)的下端通过套管(201)固接有二通(301)；喷口(401)固接于一引管(402)的一端，引管(402)外套设有耐高温绝缘套管B(403)，并通过耐高温绝缘套管B(403)套设于二通(301)内壁上，使喷口(401)伸入至二通(301)内，由喷口(401)、引管(402)和耐高温绝缘套管B(403)构成一个喷口组件；
喷口(401)为金属管，喷口内径为60～190μm，外径为250μm～1mm。
2.根据权利要求1所述的小型氢火焰离子化检测器，其特征在于：引出微电流信号线(104)从一压帽(106)中串过，压帽(106)通过卡套A(107)封堵于信号线出口处，卡套A(107)与四通(101)的引出微电流信号线(104)出口端相螺合。
3.根据权利要求1所述的小型氢火焰离子化检测器，其特征在于：套管(201)从一螺帽(302)中串过，套管(201)通过卡套B(303)固接于二通(301)内，卡套B(303)与二通(301)的外壁相螺合。
4.根据权利要求1所述的小型氢火焰离子化检测器，其特征在于：喷口(401)与不锈钢引管(402)之间通过压接、焊接或无机胶粘结形成结合部(404)。
5.根据权利要求1所述的小型氢火焰离子化检测器，其特征在于：喷口(401)位于金属收集极(103)下方2mm至伸入金属收集极(103)内部1.6mm深处均可。
6.根据权利要求1所述的小型氢火焰离子化检测器，其特征在于：检测器的极化电压从检测器池体外部通过金属引管(402)引入到喷口(401)，金属引管(402)作为极化电压引入极，且与喷口成为一体。
7.根据权利要求6所述的小型氢火焰离子化检测器，其特征在于：所述极化电压在150～800V之间。
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