Vorgänge in der FID-MeßzelleVorgänge in der FID-Meßzelle

Vorgänge in der FID-Meßzelle

Das Meßprinzip des Flammenionisationsdetektors (FID) beruht auf der Ionisation von Kohlenwasserstoffmolekülen in einer Wasserstoff- Diffusionsflamme und der anschließenden Absaugung der freien Ladungsträger durch eine Elektrode im elektrisches Feld. Die Ionisierung erfolgt durch Chemiionisation. Der Bereich der Diffusionsflamme ist folgendermaßen aufgebaut

(A) Brennerdüse

Durch die Düsenbohrung strömt ein Gemisch aus Wasserstoff und Probengas (enthält die zu messenden Kohlenwasserstoffe), an der Außenseite strömt die Brennluft für die Flamme vorbei,

 

(B) Innere Flammenzone (=Pyrolysezone; unmittelbar am Austritt der Düsenbohrung)

Das Gemisch aus Wasserstoff und Probengas wird nach dem Austritt aus der Brennerdüse erhitzt.

Im weiteren Verlauf finden pyrolytische Spaltungsprozesse statt, z.B.

C2H6 + H* ---> C2H5* + H2

C2H5" + H* ---> 2 CH3*

Dadurch entstehen Radikale wie z.B. CH2*, CH*, C*

 

(C) Äußere Flammenzone (=Oxidationszone; hüllt die Pyrolysezone ein)

Diese ist nur wenige 1/100 mm dick. In ihr finden die Hauptreaktionen zur Ionenentstehung statt. Von der außen vorbeistreichenden Brennluft diffundiert (deswegen "Diffusionsflamme"!) Sauerstoff ein und von innen aus der Düsenbohrung der Wasserstoff und die Kohlenwasserstoffradikale aus der Pyrolysezone. Die wichtigste auftretende Reaktion ist:

CH* + O* ---> CHO (angeregter Zustand) ---> CHO+ + e-

Dieser Vorgang wird Chemiionisation genannt. Das CHO+ -Ion ist der primär für das Detektorsignal verantwortliche Ladungsträger. Die lonenausbeute dieser Reaktion ist relativ gering. Nur etwa eines unter 500000 Kohlenwasserstoffatomen bildet ein lonenpaar. Da die Grundionisation der reinen Wasserstoffflamme jedoch um mehrere Größenordnungen geringer ist, hat der FID trotzdem eine relativ niedrige Nachweisgrenze.(Nachweisgrenzen bis unter 50 ppb Methan sind möglich.) Anorganische Verbindungen wie CC14, CS2, HC1 usw., welche keine CH* -Radikale bilden können, werden vom FID nicht oder mit einer um mehrere Größenordnungen geringeren Empfindlichkeit erfasst.

 

(D) Umgebende oxidierende Atmosphäre

Die Verbrennungsprodukte aus der Zone (C) werden an die äußere Atmosphäre abgegeben. Auch die entstandenen Ionen passieren diesen Bereich. Auf dem Weg zu den Absaugelektroden können dabei noch Rekombinationsprozesse auftreten, welche die Detektorempfindlichkeit verringern, z.B.

CHO+ + 0H --> CHO + OH

H30+ + e- --> H20 + H