火焰光度檢測器的構造及分析原理

山東譜析科學儀器有限公司生產的GC-17氣相色譜儀配備火焰光度檢測器，分析食品、藥品農藥硫、磷殘留量。

火焰光度檢測器是一種高選擇性、高靈敏度的質量型破壞型檢測器。它在氣相色譜中的應用面之廣，要算第四位。

1、FPD的結構和檢測原理
    FPD檢測器火焰部分的結構與FID較類似。其結構示意圖3-8。它由火焰和光度兩部分組成。火焰為光譜發射的能源。故各種氣體的入口及各種氣體的比例，都應從更有利于發光體的形成考慮。火焰部分：由燃燒器（4 ）和發光室（2）組成，叢柱后流出的氣體與空氣（或氧氣）混合進入中心孔，氫氣從中心孔的四周環型孔流出，形成一個擴散富氫焰。硫和磷化合物在火焰上部富氫焰中發光。烴類主要在火焰的底部富氧焰中發光，故在火焰底部要加一個不透明的光罩（3），擋住烴類發出的光，以提高FPD的選擇性。火焰上方的石英管（1）是為了減少FPD燃燒室空間體積，以降低響應時間。

電源和微電流放大器組成。用石英窗（5）和散熱片（6）將發光體和光電系統隔開。石英窗是為了保護慮光片免受燃燒產生的水和其他腐蝕性氣體的侵蝕。光學系統需絕熱，故在石英窗和濾光片之間裝有金屬散熱片（6）或水冷卻管。光電倍增管使光照射到陰極上產生電子，而且可使光電子倍增105-108倍，從而使微弱的光信號變成強大的電流信號。
磷的檢測：有機磷化物在燃燒中生成磷的氧化物，然后被富氫焰中的氫還原成HPO，被火焰高溫激發成激發態磷裂片（HPO*）回到基態時，發出一系列波長的光，波長為480-580nm，最大波長為526nm。可用526nm的慮光片，使磷的最大發射光透過，慮出其他波長的發射光，達到選擇檢測的目的。實驗數據已證明，磷的響應值正比于HPO濃度。用響應信號對HPO濃度作圖，成一直線。FPD是線性檢測器。
硫的檢測：當硫化物進入火焰，形成激發態的S*分子，當其返回基態時，發射出波長為320-480nm的光。最大發射波長為394nm。用394nm的慮光片，只能是394nm附近的光透過。硫化物在富氫焰中有如下反應：
RS+2O2            SO2+CO2
2SO2+8H         2S+4H2O
 S+S  390℃   S*
S*       S2+  hv
從以上反應式可知，發光強度正比與[S*2]，而激發態的[S*2]與[S][S]成正比，即與[S]2成正比，用響應信號對硫化物濃度的平方作圖，也可得一條斜率近于2.0的直線。實驗證明，對SO2所得直線斜率為1.95±0.03，H2S為1.91±0.04，CH3S為1.82±0.04，故FPD測硫化物是非線性檢測器。
富氫焰是指H2:O2>3:1.當FPD檢測室中用相當濃度的H2存在，溫度又足夠高時，H2  H+H，此時氧化生成的SO2被H還原成S原子，兩個S原子在合適的溫度（約390℃下，生成激發態S2分子（發光分子），一般FPD火焰上部的溫度遠遠高于390℃。若在火焰上加一冷卻罩或降低各種氣體流速時，對硫的檢測靈敏度就會明顯增加。超過或低于390℃，硫的信號都會降低，所以火焰溫度對硫化物的靈敏度有較大影響。

2、雙火焰火焰光度檢測器（DFPD）
    上述單火焰氣路結構，火焰穩定，線性范圍寬。但當有烴類化合物與硫或磷化合物同時流出時，因火焰條件短暫變化，致使硫和磷的光的發射被嚴重淬火，當進樣量大于1ml時或試樣蒸汽阻礙了氧分子進入火焰，缺氧導致滅火。為了克服淬火問題，開發了雙火焰的FPD。
將單火焰改為上下雙火焰，下面的火焰為富氧焰。富氧焰將進入火焰的化合物中所有元素燃燒成CO2、SO2、P2O5和H2O等，上面的火焰則是富氫焰，將SO2、P2O5還原成S2。HPO是易被激發的基團產生檢測信號。而烴類燃燒產物CO2和H2O等在富氧焰中無信號，從而消除了干擾。這樣不單提高選擇性，還改善了信號的線性范圍，適當的加大下火焰的空氣流速（80ml/分），就可以防止溶劑淬火。

3、操作參數
1）． 火焰必須是富氫焰。O/H的比值在0.2—0.5范圍為最敏感。當O/H的比值為0.1或0.7時，信號幾乎是零。空氣中的氧應按21%進行換算。
2）． 磷和硫有最佳的操作條件。測硫時火焰溫度要相應比測磷時低。在保持O/H為0.2—0.5的比值下，測硫時氧和空氣的流速要相應低一些。同時加大尾吹N2氣流速。不同儀器，不同被測物有不同的最佳氣體比值。
3）． 為了避免水汽冷凝，檢測室上部的排氣管要保溫或加熱，為避免光電倍增管的塑料套管過熱受損，石英窗口處最好用冷卻水冷卻。
以上很粗淺的介紹了最常用的幾種檢測器。