谱析仪器：火焰光度检测器的构造及分析原理

火焰光度检测器的构造及分析原理

山东谱析科学仪器有限公司生产的GC-17气相色谱仪配备火焰光度检测器，分析食品、药品农药硫、磷残留量。

火焰光度检测器是一种高选择性、高灵敏度的质量型破坏型检测器。它在气相色谱中的应用面之广，要算第四位。

1、FPD的结构和检测原理
    FPD检测器火焰部分的结构与FID较类似。其结构示意图3-8。它由火焰和光度两部分组成。火焰为光谱发射的能源。故各种气体的入口及各种气体的比例，都应从更有利于发光体的形成考虑。火焰部分：由燃烧器（4 ）和发光室（2）组成，丛柱后流出的气体与空气（或氧气）混合进入中心孔，氢气从中心孔的四周环型孔流出，形成一个扩散富氢焰。硫和磷化合物在火焰上部富氢焰中发光。烃类主要在火焰的底部富氧焰中发光，故在火焰底部要加一个不透明的光罩（3），挡住烃类发出的光，以提高FPD的选择性。火焰上方的石英管（1）是为了减少FPD燃烧室空间体积，以降低响应时间。

电源和微电流放大器组成。用石英窗（5）和散热片（6）将发光体和光电系统隔开。石英窗是为了保护虑光片免受燃烧产生的水和其他腐蚀性气体的侵蚀。光学系统需绝热，故在石英窗和滤光片之间装有金属散热片（6）或水冷却管。光电倍增管使光照射到阴极上产生电子，而且可使光电子倍增105-108倍，从而使微弱的光信号变成强大的电流信号。
磷的检测：有机磷化物在燃烧中生成磷的氧化物，然后被富氢焰中的氢还原成HPO，被火焰高温激发成激发态磷裂片（HPO*）回到基态时，发出一系列波长的光，波长为480-580nm，最大波长为526nm。可用526nm的虑光片，使磷的最大发射光透过，虑出其他波长的发射光，达到选择检测的目的。实验数据已证明，磷的响应值正比于HPO浓度。用响应信号对HPO浓度作图，成一直线。FPD是线性检测器。
硫的检测：当硫化物进入火焰，形成激发态的S*分子，当其返回基态时，发射出波长为320-480nm的光。最大发射波长为394nm。用394nm的虑光片，只能是394nm附近的光透过。硫化物在富氢焰中有如下反应：
RS+2O2            SO2+CO2
2SO2+8H         2S+4H2O
 S+S  390℃   S*
S*       S2+  hv
从以上反应式可知，发光强度正比与[S*2]，而激发态的[S*2]与[S][S]成正比，即与[S]2成正比，用响应信号对硫化物浓度的平方作图，也可得一条斜率近于2.0的直线。实验证明，对SO2所得直线斜率为1.95±0.03，H2S为1.91±0.04，CH3S为1.82±0.04，故FPD测硫化物是非线性检测器。
富氢焰是指H2:O2>3:1.当FPD检测室中用相当浓度的H2存在，温度又足够高时，H2  H+H，此时氧化生成的SO2被H还原成S原子，两个S原子在合适的温度（约390℃下，生成激发态S2分子（发光分子），一般FPD火焰上部的温度远远高于390℃。若在火焰上加一冷却罩或降低各种气体流速时，对硫的检测灵敏度就会明显增加。超过或低于390℃，硫的信号都会降低，所以火焰温度对硫化物的灵敏度有较大影响。

2、双火焰火焰光度检测器（DFPD）
    上述单火焰气路结构，火焰稳定，线性范围宽。但当有烃类化合物与硫或磷化合物同时流出时，因火焰条件短暂变化，致使硫和磷的光的发射被严重淬火，当进样量大于1ml时或试样蒸汽阻碍了氧分子进入火焰，缺氧导致灭火。为了克服淬火问题，开发了双火焰的FPD。
将单火焰改为上下双火焰，下面的火焰为富氧焰。富氧焰将进入火焰的化合物中所有元素燃烧成CO2、SO2、P2O5和H2O等，上面的火焰则是富氢焰，将SO2、P2O5还原成S2。HPO是易被激发的基团产生检测信号。而烃类燃烧产物CO2和H2O等在富氧焰中无信号，从而消除了干扰。这样不单提高选择性，还改善了信号的线性范围，适当的加大下火焰的空气流速（80ml/分），就可以防止溶剂淬火。

3、操作参数
1）． 火焰必须是富氢焰。O/H的比值在0.2—0.5范围为最敏感。当O/H的比值为0.1或0.7时，信号几乎是零。空气中的氧应按21%进行换算。
2）． 磷和硫有最佳的操作条件。测硫时火焰温度要相应比测磷时低。在保持O/H为0.2—0.5的比值下，测硫时氧和空气的流速要相应低一些。同时加大尾吹N2气流速。不同仪器，不同被测物有不同的最佳气体比值。
3）． 为了避免水汽冷凝，检测室上部的排气管要保温或加热，为避免光电倍增管的塑料套管过热受损，石英窗口处最好用冷却水冷却。
以上很粗浅的介绍了最常用的几种检测器。