提起LDAR，就不得不介绍一下FID，可以说，市面上绝大多数用于LDAR检测的仪器，采用的都是FID技术。
根据《中华人民共和国大气污染防治法》《大气污染防治行动计划》《重点行业挥发性有机物综合治理方案》等文件的要求，挥发性有机物（VOCs）的治理已成为生态环境保护的重点工作。设备动静密封点泄漏是VOCs无组织排放的重要源项之一，《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB37822—2019）及相关行业标准中均明确要求企业中载有气态或液态VOCs物料的设备与管线组件的密封点大于等于2000个，应开展泄漏检测与修复工作（LDAR）。
为规范泄漏检测与修复的工作流程，实现科学监管，生态环境部印发的《工业企业挥发性有机物泄漏检测与修复技术指南》（HJ 1230—2021），已经于2022年4月1日起开始实施，适用于所有工业企业。
该项标准明确要求工业企业开展LDAR现场检测时，常规检测应配备氢火焰离子化（FID）检测仪。如行业污染物排放标准另有规定，按行业污染物排放标准执行。选择PID等仪器为非常规检测仪器。
今天，小编就带大家一起来系统的了解一下氢火焰离子化检测器（FID）。氢火焰离子化检测器（FID）是典型的破坏性、质量型检测器，结构简单、性能优异、稳定可靠、操作方便，所以自1958年FID研制成功，经过60多年的发展，今天的FID结构仍无实质性的变化。FID主要是利用氢火焰（氢气和空气燃烧生产火焰）作为能源，当有机物进入火焰，在高温下产生化学电离，电离产生的比基流高几个数量级的离子，在高压电厂作用下定向移动，形成离子流（10-12---10-8A），离子流经过高阻（10的6次方----10的11次方欧姆）放大，成为与进入火焰的有机化合物量成正比的电信号，再根据电信号定量分析。其主要特点是对几乎所有挥发性的有机化合物均有响应，对所有烃类化合物（碳数≥3）的相对响应值几乎相等，对含杂原子的烃类有机物中的同系物（碳数≥3）的相对响应值也几乎相等。这给化合物的定量带来很大的方便，而且具有灵敏度高（10-13～10-10g/s），基流小（10-14～10-13A），线性范围宽（106～107），死体积小（≤1µL），响应快（1ms），可以和毛细管柱直接联用，对气体流速、压力和温度变化不敏感等优点，所以成为应用最广泛的气相色谱检测器。其主要缺点是需要三种气源及其流速控制系统，尤其是对防爆有严格的要求。所以在购买FID检测仪时，一定要确认有无防爆认证书，千万不能图便宜买无防爆产品。氢火焰离子化检测器（FID）由电离室和放大电路组成，分别如图2-9(a)，(b)所示。FID的电离室由金属圆筒作外罩，底座中心有喷嘴；喷嘴附近有环状金属圈(极化极，又称发射极)，上端有一个金属圆筒(收集极)。两者间加90～300V的直流电压，形成电离电场加速电离的离子。收集极捕集的离子硫经放大器的高组产生信号、放大后物送至数据采集系统；燃烧气、辅助气和色谱柱由底座引入；燃烧气及水蒸气由外罩上方小孔逸出。FID的工作原理是以氢气在空气中燃烧为能源，载气（N2）携带被分析组分和可燃气（H2）从喷嘴进入检侧器，助燃气(空气)从四周导入，被侧组分在火焰中被解离成正负离离子，在极化电压形成的电场中，正负离子向各自相反的电极移动，形成的离子流被收集极收、输出，经阻抗转化，放大器（放大107～1010倍）便获得可测量的电信号，FID离子化的机理近年才明朗化，但对烃类和非烃类其机理是不同的。1、对烃类化合物而言：在火焰内燃烧的碳氮化合物中的每一个碳原子均定里转化成最基本的、共同的响应单位——甲烷，再经过下面的反应过程与空气中氧反应生成CHO+正离子和电子。所以，FID对烃是登碳响应，这是最主要的反应，成为电荷传送的主要介质。在电场作用下，正离子和电子e分别向收集极和发射极移动，形成离子流，但在碳原子中产生CH的概率仅有1/106，因此提高离子化效率是提高FID灵敏度最有效的途径，目前仍然有不少关于这方面的研究和报道。2、对非烃类化合物，其响应机理比较复杂，随所含官能团的不同而异，基本规律是不与杂原子相连的碳原子均转化成甲烷。杂原子及其相连的碳原子（C杂）的转化产物见表1-8。由于杂原子可能进一步与C转生成氢火焰检测器不响应的CO、HCN，因此按相对质量响应值计，这些化合物的RRF值都很低，不符合等碳响应规律。
FID的灵敏度和稳定性主要取决于，①如何提高有机物在火焰中离子化的效率，②如何提高收集极对离子收集的效率。离子化的效率取决于火焰的温度、形状、喷嘴的材料、孔径；载气、氢气、空气的流量比等。离子收集的效率则与收集极的形状、极化电压、电极性、发射极与收集极之间距离等参数有关。一个好的检测器的结构设计是综合考虑以上各种因素，所以使用者在拆装清洗时必须按说明书要求，尤其是安装尺寸方面，严禁收集极、极化极、喷嘴与外壳短路，要求其绝缘电阻值大于1014Ω。另外，要求极化极必须在喷嘴出口平面中心，不适宜在火焰上，否则会造成嗓声增加；也不宜过低，极化极低于喷嘴，离子收集的效率会降低，检测器的灵敏度相应也降低。喷嘴通常采用内径0.4～0.6mm的金属或石英制成，但灵敏度高的仪器在喷嘴的选择上也有严格的要求。火焰温度，离子化程度和收集效率都与载气、氢气、空气的流量和相对比值有关。其影响如下所述。氢气作为燃烧气与氮气(载气)预混合后进入喷嘴当氮气流速固定时，随着氢气流速的增加，输出信号也随之增加，并达到一个最大值后迅速下降。如图2-10所示。由图可见：通常氢气的最佳流速为40～60mL/min。有时是氢气作为载气，氮气作为补充气，其效果是一样的。在我国多用N2作载气，H2作为柱后吹扫气进入检测器，对不同k值的化合物，氮气流速在一定范围增加时，其响应值也增加，在30mL/min左右达到一个最大值而后迅速下降，如图2-11所示。这是由于氮气流量小时，减少了火焰中的传导作用，导致火焰温度降低，从而减少电离效率，使响应降低；而氮气流量太大时，火焰因受高线速气流的干扰而燃烧不稳定，不仅使电离效率和收集效率降低，导致响应降低，同时噪声也会因火焰不稳定而响应增加。所以氮气一般采用流量在30mL/min左右，检测器可以得到较好的灵敏度。在用H2作载气时，N2作为柱后吹扫气与H2预混合后进入喷嘴，其效果也是一样的。此外氮气和氢气的体积比不一样时，火焰燃烧的效果也不相同，因而直接影响FID的响应。从图2-12可知N2∶H2的最佳流量比为1～1.5。也有文献报道，在补充气中加一定比例NH3，可增加FID的灵敏度。空气是助燃气，为生成CHO+提供O2。同时还是燃烧生成的H2O和CO2的清扫气。空气流量往往比保证完全燃烧所需要的量大许多，这是由于大流量的空气在喷嘴周围形成快速均匀流场。可减少峰的拖尾和记忆效应。其影响如图2-13所示。由图2-13可知空气最佳流速需大于300mL/min，一般采用空气与氢气量比为1∶10左右。由于不同厂家不同型号的色谱仪配置的FID其喷口的内径不相同，其氢气、氮气和空气的最佳流量也不相同，可以参考说明书进行调节，但其原理是相同的。增加FID的温度会同时增大响应和噪声；相对其他检测器而言，FID的温度不是主要的影响因素，一般将检测器的温度设定比柱温稍高一些，以保证样品在FID内不冷凝；此外FID温度不可低于100℃，以免水蒸气在离子室冷凝，导致离子室内电绝缘下降，引起噪声骤增；所以FID停机时必须在100℃以上灭火（通常是先停H2，后停FID检测器的加热电流），这是FID检测器使用时必须严格遵守的操作。从FID检测器本身性能来讲，在常量分析时，要求氢气、氮气、空气的纯度为99.9％以上即可，但是在痕量分析时，则要求纯度高于99.999％，尤其空气的总烃要低于0.1µL/L，否则会造成FID的噪声和基线漂移，影响定量分析。1：FID为质量型检测器，峰面积取决于单位时间内进入检测器中组分的质量，在进样量一定时，峰高与流速成正比，在用色谱峰高进行定量时，需要保证载气流速稳定，用峰面积进行定性分析则与流速无关。2：FID多用氮气作载气，通常N2：H2（燃气）=1：1~1：1。5，H2:空气（助燃气）=1：10，FID的灵敏度与氢气、空气、氮气的纯度有直接关系，若气体不纯，则会导致基线不平，基线噪音大等问题。3：为了防止检测器污染，应当设置检测器的温度高于色谱柱20~50℃，如果检测器污染，轻则灵敏度下降，或者噪音增大，重则点不着火等。4：当气相系统停止使用时，严格按照先关闭空气，氢气，熄火降温，最后关闭载气。在开机时，如果温度低于100℃点火，容易造成FID收集极积水而绝缘性下降，导致基线不稳。5：如果长时间不用，在重新操作之前，在150℃下烘烤两个小时。小结
需要说明的是：来自同一制造商的FID的响应因子差异并不大，可以计算出同一制造商的FID的变异系数范围为0~19.17%；而不同制造商生产的FID的结构及工作参数不同，各自的响应因子差异也较大，这是响应因子均随FID型号有显著变化的主要原因。随着我国政府的不断推行，LDAR行业逐渐壮大，FID检测分析仪器必将会迎来需求狂潮，望各相关企业在购买之前一定要精挑细选，选择符合自己需求的，以及一定要购买拥有防爆认证的FID检测仪。
发布时间：2022-11-01 
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