用于錄井專用氣相色譜儀的FID檢測器

摘 要：本文介紹了一種用于錄井專用氣相色譜儀FID 檢測器，結構合理而緊湊，使用方便，其在錄井氣體色譜分析過程中，噴嘴固定座和呈直角的噴嘴的設置，便于色譜柱件從側面插入噴嘴固定座，使色譜柱箱體積減小，從而減少了整個色譜儀的占據空間。

關鍵詞：錄井專用氣相色譜儀；FID檢測器

氣相色譜儀是綜合錄井儀的核心部分，而FID 檢測器又是氣相色譜儀氣體分析的重要組成部分。現有錄井用的氣相色譜儀采用的FID 檢測器為通用型氣相色譜FID 檢測器，其結構決定了色譜柱由下至上垂直插入，因此，增大了檢測器的占據空間，從而導致整個氣相色譜儀的占據空間較大，在實際使用過程中還存在保養維修不便等問題。本設計提供了一種用于錄井專用氣相色譜儀的石英噴嘴型FID 檢測器，克服了上述現有技術之不足，其效解決了現有通用型氣相色譜FID 檢測器與錄井氣相色譜適應差的問題。

1 FID檢測器工作原理

如圖1，氫火焰離子化檢測器（Flame Ionization Detector，FID） 簡稱氫焰檢測器。它的主要部件是一個用不銹鋼制成的離子室。離子室由收集極、極化極（發射極）、氣體入口及火焰噴嘴組成。在離子室下部，氫氣與氣混合后通過噴嘴，再與空氣混合點火燃燒，形成氫火焰。無樣品時兩極間離子很少，當有機物進入火焰時 ，發生離子化反應，生成許多離子。在火焰上方收集極和極化極所形成的靜電場作用下，離子流向收集極形成離子流。離子流經放大、記錄即得色譜峰。有機物在氫火焰中離子化反應的過程如下：當氫和空氣燃燒時，進入火焰的有機物發生高溫裂解和氧化反應生成自由基，自由基又與氧作用產生離子。在外加電壓作用下，這些離子形成離子流，經放大后被記錄下來。所產生的離子數與單位時間內進入火焰的碳原子質量有關，因此，氫焰檢測器是一種質量型檢測器。這種檢測器對絕大多數有機物都有響應，其靈敏度高，適合烴類有機物分析檢測。

2 原用FID檢測器結構缺點

公司錄井色譜分析儀器，采用的是外購整套的通用型氣相色譜FID 檢測器， 這種FID檢測器與色譜柱連接方式是由下至上垂直插入FID 檢測器下部的連接通道內，此結構決定了檢測器的垂直尺寸大，在色譜柱箱內占據空間，色譜柱安裝更換不方便等的問題。原有結構中：點火頭為耗材，需要經常更換，但其采用的是定做的鉑合金點火頭，批量小，成本高；收集極絕緣墊采用的陶瓷墊片，在安裝受力時，易破碎；收集極輸出線纜采用的是壓接方式，直接壓接在陶瓷片和收集極的凸臺之間，連接可靠性差，長時間使用易生銹，斷裂，更換也不方便；加熱塊采用的是普通加熱棒加熱方式，在溫控失效的情況下，加熱棒溫度會不斷上升，整個加熱體甚至會燒紅，造成整個檢測器甚至整套儀器的損壞。如圖2，為原用FID檢測器結構圖。

3 改進設計后的FID結構特點

針對上述原有FID檢測器的缺陷，全新設計了一款FID檢測器，提供了一種用于錄井專用氣相色譜儀FID 檢測器，克服了上述現有技術之不足，其有效解決現有通用型氣相色譜FID 檢測器與錄井專用色譜儀的適用性問題。其結構包括收集極、點火頭、噴嘴、噴嘴固定座、燃燒室和加熱裝座等。具體構成形式，整個檢測器固定在加熱座內，收集極的下端與燃燒室的上端固定在一起，在燃燒腔內有呈直角的噴嘴，在收集極內側固定有收集極筒，噴嘴固定座的右端與燃燒室的左端外側固定在一起，在噴嘴固定座內有橫向貫通的色譜柱安裝通道，噴嘴的左下部固定在色譜柱安裝通道右部，噴嘴的右部上端與收集極筒的下端內外對應，在噴嘴固定座上固定有與色譜柱安裝通道相通的氫氣管，在燃燒室的左部固定有與內腔相通的空氣管，在收集極的上部固定有點火頭，在收集極的中部固定有導電桿，導電桿的左端與收集極筒固定在一起，導電桿的右端固定安裝有SMA 接頭，在燃燒室的上部固定有極化電極，極化電極的左部與噴嘴的上部固定在一起。如圖3，全新設計的FID檢測器結構。

本檢測器針對原有檢測器，有以下改進特點：

1）將檢測器下部的燃燒室，進行了優化設計，采用圓形腔體型結構，將噴嘴固定座座與色譜柱接頭部分獨立為單獨部件，噴嘴采用獨特的L型結構，色譜柱可在色譜柱箱內橫向插入，噴嘴座內部安裝通道內，從而改變了色譜柱與檢測器的連接形式，大大降低了柱箱的高度。

2）收集極與離子信號線纜連接方式的優化設計，將收集極筒中間凸臺加大，在凸臺側面開有螺紋孔，通過螺紋孔與不銹鋼針型導電桿的一端連接，導電桿的另一端與標準SMA接頭連接，離子信號線纜接頭與標準SMA接頭連接，這樣優化設計使離子信號連接傳輸的可靠性大大加強了。

3）將收集極與外殼之間的絕緣墊材質改為聚四氟（PTFE）材質，其具有良好絕緣性，耐高溫性，和易加工性且受外時不會破裂，相比陶瓷材質更適合在此應用。

4）將原有點火頭更換為航模用的熱火頭，可以達到同樣的點火性能，價格只有原來的1/10左右，大大降低了使用成本。

4 應用效果

在經過測試后，全新設計的FID檢測器各項性能參數都達達到使用要求。如圖4，為新檢測器的C1-C5的分析圖譜，最小檢測濃度10ppm ，檢測范圍10ppm～100%，線性度：99.9%。在公司的色譜分析儀器開發設計中，此款檢測器應用，使色譜分析儀器達到了小型化設計需求，將原有色譜主機的6U機箱縮小到現在的4U機箱，體積大大縮小，結構更加簡單緊湊，方便運輸攜帶，安裝。

5 結論

錄井專用氣相色譜儀FID檢測器的結構設計創新。使錄井專用的氣相色譜儀有了配套的專用FID檢測器，提高了錄井核心儀器的整體水平，使之能更好的服務于現場工作，有利于提高新疆石油企業的勘探開發生產水平，有利于提高企業經濟效益。

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[2]張鐵強，郭山河，申茲京，等.儀器儀表學報，1995，16 （2）：208-211.

[3]曾慧麗.分析儀器，2006，（4）：53-55.

作者簡介：武志超（1982-），男，漢族，新疆克拉瑪依人，本科，初級職稱，機電工程。