氣相色譜儀常見(jiàn)故障分析與排除方法

      氣相色譜儀由六大單元組成，任一單元出現問(wèn)題zui終都會(huì )反映到色譜圖上?，F代的氣相色譜儀很多都具備故障診斷功能，不同程度地給出儀器故障的判斷。盡管如此，許多的問(wèn)題尤其操作失誤的問(wèn)題仍須靠工作人員的努力。故障和失誤可以采用逐個(gè)單元檢查排除法，本節從分析人員的角度來(lái)討論儀器故障的排除和分析人員操作失誤或操作不當引起問(wèn)題的排除。

一、氣路

氣路的檢查在故障的排除中往往十分有效，主要是檢查：

（1）氣源是否充足（一般要求氣瓶壓力必須≥3MPa，以防瓶底殘留物對氣路的污染）；

（2）閥件是否有堵塞、氣路是否有泄漏（采用分段憋壓試漏或用皂液試漏）；

（3）凈化器是否失效（看凈化劑的顏色及色譜基流穩定情況）；

（4）閥件是否失效或堵塞（看壓力表及閥出口流量）；

（5）氣化室內襯管是否有樣品殘留物及隔墊和密封圈的顆粒物（看色譜基流穩定情況）；

（6）噴口是否堵塞（看點(diǎn)火是否正常）；

（7）對敏感化合物的分析，氣化室的襯管和石英玻璃毛還必須經(jīng)過(guò)失活處理。

二、色譜柱系統

     色譜柱是分析的心臟部分，往往色譜圖上的許多問(wèn)題都與色譜柱系統密切相關(guān)，為此必第按以下步驟檢查柱系統：

1.色譜柱的連接

     檢查柱后是否有載氣；柱子連接是否有問(wèn)題；尤其是毛細管柱的柱頭是否堵塞；切割是否平整；是否有聚酰亞胺涂層伸過(guò)柱端；毛細管柱兩頭插入氣化室和檢測器的位置是否正確；柱子是否超溫運行或未老化好；密封圈選擇是否合理。

      毛細管柱在選用密封圈時(shí)必須考慮；石墨墊易變形，有*的再密封性，其上限溫度是450℃；Vespe ^TM很堅硬，再密封性受影響，其上限溫度為350℃，VG1和VG2是由石墨和 VeseyT^M組成，改善了再密封性，可重復使用，上限溫度為400℃。

     不銹鋼填充柱在高于200℃時(shí)，可選用石墨、不銹鋼或紫銅作密封圈：在低于200℃時(shí)，可選用硅橡膠或聚四氟乙烯作密封圈。玻璃填充柱可根據使用溫度分別選用石墨、硅橡膠或聚四氟乙烯做密封圈。

2.色譜柱的柱容量

      柱容量在柱分析中是很重要的影響因素。柱容量的定義:在色譜峰不發(fā)生畸變的條件下，允許注入色譜柱的單個(gè)組分的zui大量（以ng計）。當注入色譜柱的單個(gè)組分的量超出柱容量，則出現前伸峰。

      柱容量與單位柱長(cháng)內所存在的固定相數量有關(guān)典型的例子是采用0.25mm內徑、液膜厚度為0.25m的毛細管柱，分析組分濃度為1％～2％，進(jìn)樣1L時(shí)，其分流比就必須控制在1：100，這時(shí)被分析組分的量為125～175n，若分析組分濃度高于1％～2％，就必須減少進(jìn)樣量或增加分流比，否則就會(huì )出現前沿峰，其他類(lèi)推。

3.載氣的線(xiàn)速

      載氣在氣相色譜分析中的影響不僅表現在載氣速度影響溶質(zhì)分子沿柱的移動(dòng)速度，而且溶質(zhì)擴散會(huì )通過(guò)載氣影響色譜峰的擴張，通常表現在對理論塔板高度的影響上。

      在維持柱效降低不大于20％的情況下，氫氣、氦氣、氮氣的線(xiàn)速分別可采用35～120cm/s、20～60cm/s、10～30cm/s，從而可以看出采用不同的載氣，可適用的線(xiàn)速范圍有很大的不同。相同載氣在不同管徑的氣相色譜毛細管柱上的*線(xiàn)速和流量也略有不同，如He可參考表15-1進(jìn)行調節以獲取*分離效果。

表1毛細管柱*線(xiàn)速和流量（He）

4.色譜柱的流失

     柱流失一直是色譜工作者關(guān)心的課題，當系統泄漏進(jìn)入氧氣或有樣品污染，都會(huì )導致色譜柱內固定相分解，zui后表現在基線(xiàn)上，其現象與處理分別如下:①基線(xiàn)急劇上升，形成峰后呈下降趨勢，這可能是因為系統曾泄漏進(jìn)入氧氣，這時(shí)色譜柱需老化至基線(xiàn)正常。②基線(xiàn)急劇上升，伴有假峰持續出現，基線(xiàn)到達較高處后成持續下降趨勢，這可能是有非揮發(fā)性樣品污染色譜柱，導致過(guò)量柱流失，解決的方法是先截取色譜柱柱頭0.5m，而后在高溫下老化色譜柱至基線(xiàn)正常。③基線(xiàn)急劇上升，一直維持在某一水平，這可能是一個(gè)未知因素未被排除，必須想法排除。

5.溶劑樣晶的分析

      許多樣品分析時(shí)會(huì )出現異?，F象，zui常見(jiàn)的是溶劑樣品的分析，其特例為水樣的分析。從氣相色譜的角度來(lái)看，*水不是一種理想的溶劑，主要由于以下幾方面原因：①它有很大的蒸發(fā)膨脹體積；②在許多固定相中水的潤濕性和溶解性較差；③水會(huì )影響某些檢測器的正常檢測和會(huì )對色譜柱的固定相造成化學(xué)損傷。

      在常用的色譜溶劑中，水具有zui大的氣化膨脹體積。通常色譜儀的進(jìn)樣器的襯管體積200～900μL，當進(jìn)1μL水樣時(shí)，其氣化后的蒸汽體積（大約1010μL）會(huì )膨脹溢出襯管，稱(chēng)為倒灌。其將導致氣化的樣品返入載氣和吹掃氣路，由于載氣和吹掃氣路的溫度較氣化室低許多，樣品會(huì )凝結在這兒，在后來(lái)的分析中被氣體吹入分析系統形成鬼峰。避免的方法可采用加大襯管體積、減小進(jìn)樣體積、降低進(jìn)樣器溫度、提高進(jìn)樣器壓力或增加載氣流速以減少倒灌現象。

      水進(jìn)入色譜柱，水的形態(tài)對色譜柱的固定相具有破壞性。因為水的表面能很高，而大部分毛細管柱固定相的表面能都較低，這導致水對固定相的濕潤性很差，不能在色譜柱壁上形成光滑的溶劑膜均勻地流過(guò)色譜柱，而形成液滴，導致色譜柱性能變差。由于水的這種很差的潤濕性和相對其他溶劑較高的沸點(diǎn)，通常在較低柱溫的情況下，一部分水以液體狀態(tài)流過(guò)色譜柱，使在水中具有良好溶解性的溶質(zhì)也會(huì )表現出譜帶展寬，在的情況，表現出色譜峰分裂。

      在柱上進(jìn)樣時(shí)，不揮發(fā)的化合物，如水溶性的鹽類(lèi)，也會(huì )被液態(tài)水帶入色譜柱，污染色譜柱和分析系統。

     水也會(huì )引起檢測器出問(wèn)題：例如水會(huì )使FID和FPD滅火；當進(jìn)較大水樣時(shí)，為了避免檢測器滅火，可以加大氫氣流量以損失靈敏度為代價(jià)有助于穩定火焰；水也會(huì )降低ECD的靈敏度，為避免水的影響，可采用厚液膜柱，使被分析組分保留足夠長(cháng)時(shí)間，以保證出峰時(shí)，ECD的性能可以在水流過(guò)檢測器后得以恢復。

     更為嚴重的問(wèn)題是水會(huì )引起許多固定相的降解，直接破壞色譜柱的性能。在色譜分析時(shí)，反映出色譜峰分離性能下降、基流不穩、噪聲增大。

      所以進(jìn)水樣分析及含水量較大的樣品時(shí)必須十分小心。這在溶劑分析的情況也會(huì )出現。典型的是微量有機萃取物的分析，無(wú)論用二氯甲烷還是二硫化碳做溶劑，進(jìn)樣1μL時(shí)，體積膨脹大約為300L，當進(jìn)樣插管體積小于300μL時(shí)，就很容易形成倒灌。所以無(wú)論什么樣品，其進(jìn)樣量的大小都必須與進(jìn)樣器內插管的體積相適應，這方面各種型號的儀器都配有多種不同形式的進(jìn)樣插管以供選用；同時(shí)大量溶劑也會(huì )對固定相形成洗滌作用，直接破壞色譜柱的性能，在色譜分析時(shí)，反映出保留時(shí)間提前、色譜峰分離性能下降、基流不穩、噪聲增大。所以在分析稀溶液樣品時(shí)必須注意溶劑和進(jìn)樣量的選擇。

三、各系統的加熱控制

      各系統加熱控制的檢查更多的是屬于儀器上的問(wèn)題，檢查各系統的加熱控制是否正常，一般可先用手感，后用測溫計測量溫度，看是否與顯示值一致。有問(wèn)題先看加熱元件和測溫元件是否正常，然后檢查溫控板。常見(jiàn)的是加熱元件和測溫元件出問(wèn)題，可以更換相應元件。檢查溫控板是否有問(wèn)題，可以采用更換溫控板后重新測試的辦法，溫控板有問(wèn)題一般采用換板。

四、放大器

      正常情況放大器輸出與采集系統已連接好，檢查放大器時(shí)可先將放大器輸入端與檢測器斷開(kāi)，采集系統反映出來(lái)是基線(xiàn)跳到一個(gè)新水平，此時(shí)基線(xiàn)應平穩為一直線(xiàn)，且基流高低與放大器衰減和增益都成正比，極性倒向時(shí)基流有很大跳躍，調零功能也應正常反映到基流上，否則放大系統就有問(wèn)題需檢修。若是基線(xiàn)抖動(dòng)，噪聲大，可能是放大器受潮，輸入極絕緣性能下降所致；可以將放大器的絕緣盒打開(kāi)，用紅外燈烘烤，或將放大器放入燥器中1～2天。

五、檢測器

     在前面的基礎上將色譜柱、檢測器、放大器與采集系統都連接好，通載氣并啟動(dòng)檢測器（FID、PID、NPD升溫后點(diǎn)火，TCD、ED加工作電流），則采集系統反映出來(lái)的是基流跳到一個(gè)新的水平。改變工作電流或氫氣流量（FID、PID），基流都會(huì )明顯改變，這說(shuō)明檢測器信號已到達采集系統。在氣化室和柱溫維持常溫的條件下，基流若平穩，則說(shuō)明檢測器沒(méi)問(wèn)題。若基線(xiàn)不滿(mǎn)足要求，可能是檢測器污染或檢測器其他方面的故障，必須加以排除。在氣化室和色譜爐升溫的條件下，若基線(xiàn)不滿(mǎn)足要求，可能是氣化室中襯管或硅橡膠墊污染，也可能是色譜柱未老化好或色譜柱污染，必須逐一加以排除。

      氣相色譜儀中的不同檢測器機理各不相同，為了保證檢測器的正常運行，在使用時(shí)有不同的注意事項。

下面主要介紹FID和TCD在使用時(shí)的注意事項，其他檢測器的使用可以參照儀器說(shuō)明書(shū)。

1.氫火焰檢測器在使用中的注意事項

由于FID對烴類(lèi)組分的檢測靈敏度較高，為了保證基線(xiàn)穩定，必須注意以下幾點(diǎn)：

（1）三種氣體的凈化管內必須填裝活性炭去除氣體中微量烴類(lèi)組分。

（2）色譜柱的固定相必須在zui高使用溫度下充分老化，減少固定液流失和固定液中溶劑的揮發(fā)所造成的基線(xiàn)漂移。

（3）高溫下使用時(shí)，氣化室硅橡膠墊必須事先高溫老化。

（4）FID系統停機時(shí)，必須先將H2關(guān)閉，即先關(guān)H2熄火，然后再關(guān)檢測器的溫度控制器和色譜爐降溫，后關(guān)載氣和空氣。如果開(kāi)機時(shí)，FID溫度低于100℃時(shí)就通H2點(diǎn)火；或關(guān)機時(shí)，不先關(guān)H2熄火后降溫，則容易造成FID收集極積水而絕緣下降，會(huì )引起基線(xiàn)不穩。

（5）分析時(shí)，應注意保證溶劑和主組分燃燒*。當空氣不足時(shí)，由于燃燒不*，噴口，收集極形成結炭和污染，導致噪聲增大收集效率降低從而影響使用，所以空氣量的保證是很重要的。

2.熱導檢測器在使用中的注意事項

通常熱導檢測器的惠更斯電橋中加熱絲在60～700℃的高溫下工作，因此必須注意以下事項：

（1）嚴格遵守熱導檢測器先通載氣后通熱導工作電流的操作原則，在長(cháng)期停機后重新啟動(dòng)操作時(shí)，應先通載氣15min以上然后加熱導工作電流，以保證熱導元件不被氧化或燒壞，熱導池尾氣排空處的載氣流量是鑒別熱導池是否通氣的有效方法。

（2）給定橋電流的大小與載氣種類(lèi)有關(guān)，也與熱導池工作溫度有關(guān)，并需考慮被分析對象對檢測器的靈敏度要求，具體詳細數值參照所用儀器說(shuō)明書(shū)中熱導池橋電流給定曲線(xiàn)。

（3）關(guān)機時(shí)必須關(guān)閉檢測器的工作電流，其次必須在柱箱和檢測器溫度降到70℃以下，才能關(guān)閉氣源。

（4）TCD的穩定性受外界條件影響，熱絲溫度對TCD響應影響zui大，熱絲的溫度主要受橋電流影響，但也受檢測器的溫度和載氣流量大小的影響。除了設計上要求橋電流穩定外，對載氣流速和檢測器的溫度也有較高的要求：一般情況下，檢測器的溫度波動(dòng)應小于±0.01℃，載氣流量波動(dòng)應小于±1％。

六、采集系統

      數據采集與處理系統目前多用計算機，無(wú)論是工作站、微處理機還是記錄器，可將其輸入端短路，基線(xiàn)一定回零，而且平穩走直線(xiàn)，松開(kāi)后基線(xiàn)跳到一個(gè)新水平。用手觸輸入端基線(xiàn)明顯跳躍，則為正常。否則就應該找人員解決。一般情況下，計算機要求外殼有很好的接地，是單獨接地。采集系統正常后可以聯(lián)入色譜儀系統，在儀器正常操作的條件下，可以對通過(guò)采集的信號判斷排除故障。

在以上六個(gè)單元都檢查的基礎上仍未找出原因，可以根據譜圖的不同現象按表15-2逐一排除故障。

                                                                                           文章來(lái)源：EWG1990儀器學(xué)習網(wǎng)