实验室分析仪器--火焰光度检测器结构、原理及操作分析
一、FPD的结构
FPD的结构如图1所示。可分为气路发光和光接收三部分。气路与FID相同，采用空气从喷嘴中心流出，氢气和氮气预混合后从喷嘴周围流出。这是单火焰的气路结构，其缺点是大量烃类化合物与含S、P的化合物同时流出时，由于火焰条件的短暂改变和火焰内产生不利于激发态生成的碰撞与反应，会使光发射产生猝灭效应（响应值因此降低），甚至灭火，所以目前广泛采用双火焰结构，如图2所示。其优点是:各种有机物在第一个火焰中（富氧焰）充分燃烧，生成CO2、H2O、SO2和P2O5，而后所有燃烧产物进入第二个火焰（富氢焰），CO2和H2O无效应，SO2、P2O3被氢还原发光。因此双火可消除烃类化合物的干扰，选择性得到提高。
图6-16FPD结构示意图
1一高压电输入；2一信号输出；3一光电倍增管；4滤光片；5石英玻璃管；6遮光罩
7一空气入口；8—氢气入口；9载气入口
发光部分有火焰喷嘴、遮光罩、石英管，喷嘴由不锈钢制成，内径比FD大。单火焰喷嘴内径为10～1.2mm。双火焰的下喷嘴内径为0.5~0.8mm，上喷嘴内径为1.7～2.0mm。遮光罩高2～4mm，用于阻隔火焰的发光，降低本底噪声。石英管主要用于保证发光区在中心位置，提高光强度，并且有保护滤光片的隔热作用和防止有害物质对FPD内腔及滤光片的污染和腐蚀。光接收部分包括滤光片、光电倍增管。滤光片的作用是滤去非S、P发出的光信号。通过滤光片的光信号，由光电倍增管转换为电信号，将倍增放大后的电信号送入记录器。
图6-17双火焰喷嘴示意图
1—上火焰空气入口；2一氢气入口，3一下火焰空气A口:4一载气入口
二、原理
在富氢焰中，氢气在高温下分解：
H2⇌H＋H
含硫化合物（RS）首先被氧化成SO2，然后被H还原成S原子。
RS＋2O2═SO2＋RO2
SO2＋4H═S＋2H20
在外围冷焰区（约390℃）经以下反应生成激发态S*2
S＋S═S*2
H＋H＋S2═S*2＋H2
H＋OH＋S2═S*2＋H2O
S＋S＋M═S*2＋M
其中，M为气体分子。激发态S*2分子返回基态时产生350～430mm的光谱：
S*2═S2＋hv（350～430nm）
对于含磷化合物，则是先被氧化成磷的氧化物PO，然后被H还原成发态HPO*，可产生480～600nm的光谱：
PO＋H═HPO
HPO*═HPO＋hv（480～600nm）
三、操作条件的影响
氮气（载气）、氢气和空气流速的变化直接影响FPD的灵敏度、信噪比、选择性和线性范围。氮气流速在一定范围变化时，对的检测无影响。对S的检测，表现出峰高与峰面积随氮气流量增加而增大；继续增加时，峰高和峰面积逐渐下降。这是因为作为稀释剂的气流量增加时，火焰温度降低，有利于S的响应，超过最佳值后，则不利于S的响应，无论S还是P的测定，都有各自最佳的氮气和空气的比值并随FPD的结构差异而不同，测P比测S需要更大的氢气流速。
极性的含S化合物容易被各种固体表面（金属管壁、载体表面）吸附，分析二氧化硫硫化氢、甲硫醇等低分子硫化物时，甚至须采用全聚四氟乙烯系统
美国 Varian公司推出的脉冲式火焰光度检测器（PFPD）在检测技术上有新突破，结构如图3所示。独特的脉冲火焰设计为检测S、P、N化合物提供了最佳的选择性和灵敏度。空气和氢气的消耗也比标准的FPD降低10倍，比化学荧光检测器降低20倍。并且解决了FPD的淬火问题。PFPD包括点火源和燃烧气流，由于燃烧气流量不足，所以不能维持连续火焰。工作时燃烧的火焰扩散到检测器，使样品燃烧，在可燃混合物消耗完后，火焰熄灭，产生脉冲光辐射。使用特殊的电子设各和适当的S、P、N过滤器，就可以在元素发射过程中观察到信号，从而提供最佳的选择性和检测限。
图3PFPD示意图
1一点火室；2一点火器；3一燃烧室；4一窗口；5一过滤器（S、P或N）；6一光管
