火焰光度检测器：原理、应用及优势

火焰光度检测器（Flame Photometric Detector，FPD）是一种选择性很强的检测器，它只对硫或磷有响应，含硫、磷的化合物在富氢-空气火焰中燃烧时，可发出特征光谱，光强度与样品中硫、磷化合物的浓度成正比。这种特征光谱经滤光片（S硫的特征光谱为394 nm紫色光，P磷为526 nm黄色光）滤波后由光电倍增管接收，再经微电流放大器放大，信号处理后得到样品中硫、磷化合物的含量。通常低含硫量的样品气均可用火焰光度检测器检测，如SO2、H2S、COS、CS2、硫醇、硫醚等。

（1）火焰光度检测器的结构

图9.19是火焰光度检测器的结构示意图，它由气路部分、发光部分和光电检测部分组成。

图9.19　火焰光度检测器结构示意图

气路部分与FID相同。发光部分由燃烧室、火焰喷嘴、遮光罩、石英管组成，喷嘴由不锈钢制成，内径比FID大，为1.0~1.2 mm，双火焰的下火焰喷嘴内径为0.5~0.8 mm，上火焰喷嘴内径为1.5~2.0mm。遮光罩高2~4 mm，目的是挡住火焰发光，降低本底噪声，遮光罩有固定式和可调式，也有不用遮光罩，采取降低喷嘴位置的办法。石英管的作用主要是保证发光区在容易接收的中心位置，提高光强度，并具有保护滤光片的隔热作用，防止有害物质对FPD内腔及滤光片的腐蚀和玷污。将石英管的一半镀上有反光作用的材料，可增强光信号。

光电检测部分由滤光片、光电倍增管组成。滤光片的作用是滤去非硫、磷发光的光信号。光电倍增管是探测微弱光信号的高灵敏光电器件，是唯一能由单一光电子产生毫安级输出电流而响应时间以毫微秒计的电子器件。用在FPD上的工作电压为-800~-700 V。

（2）火焰光度检测器的响应机理

FPD对硫和磷的响应机理不同。一般认为含硫化合物在富氢焰条件下产生不可逆的分解，生成硫原子，并在外围冷焰区生成激发态的硫分子，当其跃迁回基态时，发射出350~430 nm的特征分子光谱。光发射强度与的浓度成正比，但线性范围比较窄，一般为102~103。

含磷化合物的响应机理是含磷化合物在火焰中先分解成PO分子，然后反应生成激发态HPO∗：

磷的响应值正比于HPO∗产生的数量，即与含磷化合物的量成正比，线性范围为103~105。(https://www.xing528.com)

（3）火焰光度检测器操作条件的选择

1）各种气体的流量

在用FPD检测含硫化合物时，氮气、氢气和空气的流量变化直接影响检测灵敏度、信噪比和线性范围。

对硫化物的检测表现出峰高与峰面积随氮气流量增加而增大，加到一定量时，峰高、峰面积会逐渐下降。这是因为氮气作为稀释气增加时使火焰温度降低，有利于硫的响应，当达到最佳值后则不利于硫的响应。而氮气流量在通常范围内变化对磷的检测无影响。

无论是硫或磷的测定，都有各自的氢气与空气的最佳比值，并随FPD结构差异而不同，测磷比测硫需要更大的氢气流量。初次使用FPD时应参考仪器说明书给定的条件，以确定其测硫或磷时氢气与空气的最佳比值，保证其较高的测量灵敏度。

实际工作中，也可采用逐渐逼近法调节氢气和空气的比例，直至FPD对硫和磷的灵敏度达到最佳值。调节时使氢气流量保持不变，改变空气流量；或使空气流量不变，改变氢气流量，用同一硫化物或磷化物标样进行对比。使用这种方法必须注意空气流量变大，而氢气流量太小时，会使火焰温度升高，灵敏度下降。

2）检测系统各部分的温度

火焰光度检测系统各部分对温度的要求是不一样的，在使用中应注意以下4点：

①色谱柱温度设置不宜太高，否则固定液流失加快，会使检测器基流或噪声增大。

②色谱柱出口至燃烧喷嘴之间温度要高于柱温，防止水蒸气在这里冷凝，返回到色谱柱中或进入燃烧室中。还要避免柱出口高沸点物质凝结在燃烧室底座或喷嘴上，引起堵塞或产生假峰。

③燃烧室温度需保持在150℃上下，防止水气冷凝，使水气随载气顺利排出系统。

④光电倍增管使用时环境温度不得超过50℃，且越低越好，以减小暗电流，同时降低热噪声。因此要求带有散热片，采用强制风冷或水冷措施。