氣相色譜儀的維護(hù)和保養(yǎng)研究

張樣盛++肖霏++呂萍

摘要：探討了氣相色譜儀氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)和檢測(cè)器的維護(hù)和保養(yǎng)，以期為色譜工作者維護(hù)和保養(yǎng)好氣相色譜儀提供參考。

關(guān)鍵詞：氣相色譜儀； 系統(tǒng)； 維護(hù)；保養(yǎng)

中圖分類號(hào)：R955

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）12026003

1引言

自1952年馬丁和詹姆斯發(fā)明了氣-液色譜方法以來，特別是1957年戈雷發(fā)明了開口毛細(xì)管柱，使得氣相色譜得到快速發(fā)展。當(dāng)前，氣相色譜法在環(huán)境科學(xué)研究、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品檢測(cè)、石油化工等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，由于其靈敏度高、選擇性好、分離效率高、分析速度快等特點(diǎn)，已成為環(huán)境污染物分析的兩大支柱之一[1，2]。在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）109項(xiàng)因子中有59項(xiàng)用氣相色譜法分析[3]。

盡管氣相色譜儀的外形、結(jié)構(gòu)多種多樣，但組成總是包括氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5個(gè)部分[4]，熟練掌握氣相色譜儀各個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，有助于對(duì)其進(jìn)行合理的維護(hù)保養(yǎng)，確保氣相色譜儀的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，從而節(jié)約分析成本，延長氣相色譜儀的使用壽命。

2氣路系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)

氣路系統(tǒng)主要由鋼瓶、減壓閥、氣體管線、連接頭、捕集阱和流量控制裝置等組成，氣路系統(tǒng)的氣體對(duì)氣相色譜儀就像血液對(duì)人體一樣，對(duì)氣相色譜儀的性能起非常重要作用。為此對(duì)氣路系統(tǒng)的維護(hù)有以下要求。

（1）因塑料管道會(huì)滲透氧氣和其他污染物，因此只能使用銅或不銹鋼材質(zhì)的管線和連接，還應(yīng)確保管線的潔凈。使用之前用甲醇沖洗干凈，載氣吹干。

（2）確保氣體的純度在99.999%以上。一般情況下，鋼瓶中的氣體會(huì)含有微量的水、氧氣和烴類化合物，水的存在對(duì)電子流量控制裝置、色譜柱（特別是極性色譜柱）、檢測(cè)器（電子捕獲檢測(cè)器）均有較大的損害，降低其使用壽命；氧氣的存在會(huì)破壞色譜柱的固定相，降低電子捕獲檢測(cè)器的性能；烴的存在會(huì)提高檢測(cè)器的本底輸出，增大噪聲。

安裝和定期更換水、烴、氧捕集阱，定期對(duì)所有接頭進(jìn)行檢漏可以有效降低水、烴、氧對(duì)氣相色譜儀的影響，防止發(fā)生氣體污染。

（3）氣體的使用壓力要合適。長期的高壓會(huì)損壞電子流量控制裝置。

3進(jìn)樣系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)

進(jìn)樣系統(tǒng)一般有分流/不分流進(jìn)樣口、隔墊吹掃填充柱進(jìn)樣口、冷柱頭進(jìn)樣口、多模式進(jìn)樣口、揮發(fā)進(jìn)樣口等類型。日常分析中，分流/不分流進(jìn)樣口使用最多也最為廣泛，下面以分流/不分流進(jìn)樣口為例，介紹進(jìn)樣口的組成及維護(hù)。

分流/不分流進(jìn)樣口主要由密封隔墊、O形圈、襯管、分流平板、壓力和流量傳感器、比例閥、分流出口捕集阱、加熱模塊、密封墊圈、固定連接保溫裝置等組成，其主要作用是使液體樣品快速氣化，將樣品推入色譜柱進(jìn)行分離。由于其需要維護(hù)的配件很多，進(jìn)樣口也是最容易出現(xiàn)故障的地方，據(jù)氣相色譜故障統(tǒng)計(jì)，有90%的問題出現(xiàn)在進(jìn)樣口。其中密封隔墊、O形圈、襯管、分流平板、密封墊圈、分流出口捕集阱是需要經(jīng)常維護(hù)和保養(yǎng)的。

（1）及時(shí)更換密封隔墊。由于密封隔墊經(jīng)常被進(jìn)樣針刺穿，如果不及時(shí)更換會(huì)發(fā)生系統(tǒng)漏氣、出現(xiàn)鬼峰等現(xiàn)象，還會(huì)有隔墊碎屑掉入襯管，影響分析。

（2）及時(shí)更換O形圈。O形圈由于經(jīng)常處在高溫條件下，其中的塑化劑會(huì)逐漸降解老化而變硬，起不到密封作用導(dǎo)致漏氣。

（3）定期檢查襯管，必要時(shí)進(jìn)行清洗或更換。襯管是液體樣品氣化的地方，大多數(shù)分流/不分流襯管中間或下端均填充了去活的玻璃棉，玻璃棉可以提供更多的表面積，使樣品快速氣化，減少熱量不均勻現(xiàn)象，可以捕集隔墊碎片和不揮發(fā)組分，防止這些物質(zhì)進(jìn)入色譜柱，還可擦拭針頭殘留樣品，防止樣品在隔墊上累積。為此襯管玻璃棉和襯管內(nèi)壁是很容易臟的地方，對(duì)于污染嚴(yán)重的襯管應(yīng)直接更換，對(duì)于污染不太嚴(yán)重的襯管可以進(jìn)行清洗，清洗步驟為：從氣相色譜儀中取出襯管，移去玻璃棉，然后在有機(jī)溶劑或弱硝酸中超聲處理，然后清洗干燥，更換去活性的玻璃棉，再在專用硅烷化試劑中進(jìn)行脫活處理，最后進(jìn)行干燥，完畢后裝入進(jìn)樣口內(nèi)，整個(gè)過程要避免劃傷襯管內(nèi)表面。但也有部分襯管不需要硅烷化處理。

（4）定期檢查分流平板，必要時(shí)進(jìn)行清洗或更換。分流平板起一個(gè)分流的作用，將不進(jìn)入色譜柱的載氣和樣品從分流出口排出，容易受到從襯管掉落的隔墊碎片和不揮發(fā)組分的污染，導(dǎo)致重現(xiàn)性差和出現(xiàn)鬼峰，污染較輕的可以通過有機(jī)溶劑超聲處理，清洗掉污染物，烘干后進(jìn)行硅烷化。

（5）定期更換分流出口捕集阱濾芯。當(dāng)捕集阱飽和的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致基線不穩(wěn)或出現(xiàn)鬼峰，甚至堵塞分流出口，必要時(shí)應(yīng)更換捕集阱內(nèi)的濾芯。

（6）清洗進(jìn)樣口。當(dāng)在更換襯管等部件后，出現(xiàn)的問題仍未解決，則需要清洗進(jìn)樣口了，將進(jìn)樣口上方的隔墊、襯管，下方的色譜柱、分流平板全部取出，在進(jìn)樣口下放置一燒杯，用蘸有有機(jī)溶劑的清潔刷刷洗干凈，晾干后裝上分流平板、襯管、色譜柱等，用載氣吹掃20 min。

4分離系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)

分離系統(tǒng)有色譜柱和柱溫箱兩個(gè)部分，毛細(xì)管色譜柱一般是外層涂有聚酰亞胺保護(hù)層具有彈性的熔融石英管，里面的固定液是聚二甲基硅氧烷類、聚乙二醇類等高分子聚合物。其工作原理是使混合物中各組分在流動(dòng)相和固定相之間進(jìn)行分配，當(dāng)流動(dòng)相中所含混合物經(jīng)過固定相時(shí)，就會(huì)與固定相發(fā)生作用，由于各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相發(fā)生作用的大小、強(qiáng)弱也有差異，因此在統(tǒng)一載氣推動(dòng)力的作用下，按先后不同的次序從固定相中流出至檢測(cè)器。 因此，對(duì)色譜柱進(jìn)行合理的維護(hù)是非常重要的。

（1）正確安裝色譜柱。選擇適合于進(jìn)樣口、色譜柱和檢測(cè)器的密封墊，在安裝色譜柱之前，用柱切割工具將色譜柱的兩端切割掉4～5 cm，將色譜柱裝入進(jìn)樣口和檢測(cè)器，插入的距離按儀器使用說明書的要求執(zhí)行，色譜柱須置于柱架上，不能接觸柱箱壁。

（2）正確老化色譜柱。老化是驅(qū)除色譜柱的殘余的揮發(fā)性有機(jī)物，使固定液均勻的附著于色譜柱管壁，提高柱效，其方法是將柱箱溫度設(shè)定為最高分析溫度以上20℃ 或者色譜柱的最高使用溫度（以低者為準(zhǔn)）老化2 h。

（3）先開氣再開機(jī)，先關(guān)機(jī)再關(guān)氣。使用氣相色譜儀全過程中，確保載氣一直流過色譜柱，關(guān)機(jī)時(shí)，柱溫箱在50℃以下才能關(guān)機(jī)關(guān)氣。

（4）使用過程中，柱箱的最高使用溫度設(shè)置在色譜柱最高使用溫度以下，防止色譜柱發(fā)生熱損壞。

（5）防止色譜柱發(fā)生物理損壞、化學(xué)損壞、熱損壞、氧損壞和被污染。但在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，或多或少會(huì)出現(xiàn)以上問題，可以通過切割已損壞或被污染的一段來修復(fù)色譜柱，如果僅被污染也可通過高溫烘烤或用溶劑清洗來修復(fù)色譜柱[5]。

（6）正確存放色譜柱。色譜柱從柱箱取出后，柱兩端要用硅橡膠隔墊密封好，防止氧氣和灰塵進(jìn)入，氧化、污染色譜柱，存放于陰涼干燥處。

5檢測(cè)器的維護(hù)和保養(yǎng)

氣相色譜儀的檢測(cè)器是感應(yīng)載氣中組分變化并將相關(guān)信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置，有10多種類型，在日常分析中，氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）、電子捕獲檢測(cè)器（ECD）和火焰光度檢測(cè)器（FPD）的使用相對(duì)頻繁，下面主要介紹FID、ECD和FPD的組成及如何對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。

5.1FID的維護(hù)和保養(yǎng)

FID是一個(gè)破壞性、質(zhì)量型檢測(cè)器。當(dāng)含碳有機(jī)化合物燃燒時(shí)，火焰中產(chǎn)生大量的碳正離子，極化電壓將碳正離子吸引到火焰旁邊的收集極上，產(chǎn)生的電流與燃燒的樣品量在一定范圍內(nèi)成正比，進(jìn)而進(jìn)行定性和定量分析。其主要由收集極、點(diǎn)火線圈、絕緣片、靜電計(jì)、噴嘴、加熱模塊和傳感器及連接保溫裝置組成，分析樣品時(shí)，如長期使用硅酮類固定液時(shí)，由于固定液揮發(fā)燃燒產(chǎn)生的二氧化硅容易沉積在收集極表面和堵塞噴嘴，導(dǎo)致其靈敏度下降和點(diǎn)火困難，可以從以下幾個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。

（1） 根據(jù)使用情況不定期清洗收集極。從FID上拆下收集極，將收集極和絕緣片放入水溶性溶劑中超聲5～10 min，取出用尼龍刷子刷洗每一部分，后超聲清洗5～10 min，用鑷子取出，先用自來出沖洗干凈，再用色譜純甲醇沖洗，放在紙巾上晾干。

（2） 根據(jù)使用情況不定期清洗噴嘴。從FID上拆下噴嘴，用清洗金屬絲從噴嘴頂部穿入，小心插入拉出數(shù)次，直到金屬絲可光滑移動(dòng)，勿在噴嘴上造成劃痕，然后將噴嘴置于水溶性洗滌劑中，超聲5 min，取出使用噴嘴鉸刀清洗噴嘴內(nèi)側(cè)，再超聲清洗5 min，用鑷子取出噴嘴，先用熱自來水，然后用少量色譜級(jí)甲醇徹底淋洗噴嘴，再用氮?dú)鈿饬骺焖俅蹈蓢娮?，放在紙巾上晾干?/p>

（3）注射氟利昂樣品。FID在高溫燃燒時(shí)，氟利昂將與收集極和噴嘴上的二氧化硅發(fā)生反應(yīng)生成揮發(fā)性的SiF4而去除二氧化硅。

5.2ECD的維護(hù)和保養(yǎng)

ECD主要由收集極和一個(gè)鍍有63Ni的檢測(cè)池等部件組成，其工作原理是，63Ni釋放β射線， β射線與載氣N2分子碰撞，產(chǎn)生低能電子和N+2，這些自由電子形成小電流，在一個(gè)脈沖回路中被收集并被測(cè)定，當(dāng)樣品組分的分子進(jìn)入并與自由電子碰撞，電子被樣品分子捕獲而產(chǎn)生負(fù)電荷離子，池兩極被通以脈沖電壓以收集剩余自由電子，而較重的離子相對(duì)不受影響并且由載氣帶出檢測(cè)器出口，收集極的電流就會(huì)下降，在一定范圍內(nèi)電流下降的程度和樣品濃度成正比，進(jìn)而進(jìn)行定性和定量分析。隨著ECD使用時(shí)間的增長，儀器的基線噪聲或者輸出值會(huì)逐漸升高，檢測(cè)器內(nèi)可能存在由柱流出物帶入的污染物，由于ECD內(nèi)有放射性元素，不允許拆開維護(hù)，要清除污染只能通過對(duì)檢測(cè)器熱清洗和更換熔融石英襯管來進(jìn)行。

將色譜柱從檢測(cè)器上取下，用色譜柱螺帽和無孔密封墊堵住檢測(cè)器接頭；

將檢測(cè)器溫度設(shè)為300～375℃，尾吹氣設(shè)為60 mL/min，柱箱溫度設(shè)為250℃；

熱清洗4～5 h后，將系統(tǒng)冷卻至正常操作溫度，檢查輸出值。

及時(shí)更換被污染了的熔融石英襯管。取下熔融石英混合襯管并檢查。如果損壞或沾染了樣品或石墨，則需更換。

分析樣品時(shí)，檢測(cè)器出口管線必須通往室外。

5.3FPD的維護(hù)和保養(yǎng)

FPD是利用富氫火焰使含硫，磷雜原子的有機(jī)物分解，形成激發(fā)態(tài)分子，當(dāng)它們回到基態(tài)時(shí)，發(fā)射出一定波長的光。此光強(qiáng)度與被測(cè)組分量成比例。所以它是以物質(zhì)與光的相互關(guān)系為機(jī)理的檢側(cè)方法，屬光度法。其主要由燃燒室、噴嘴、濾光片、光電倍增管、加熱快等部件組成，日常的維護(hù)主要是清潔和更換濾光片，一般不建議拆開維護(hù)。

準(zhǔn)備好帶濾光擋片的硫?yàn)V光片、磷濾光片、棉簽或牙簽、擦鏡紙和不脫毛手套等；

關(guān)閉靜電計(jì)、氫氣和加熱塊；

將光電倍增管拆下，開口向下放置，避免光照入管中；

帶上不脫毛的手套，將濾光片拆卸下，拆卸時(shí)避免劃傷濾光片。如果濾光片表面有污染物，用擦鏡紙擦拭干凈；

按照說明書要求安裝擦拭干凈的濾光片或更換另外一個(gè)濾光片；

裝入光電倍增管；

分析樣品室，應(yīng)避免使用腐蝕性強(qiáng)的氯化有機(jī)溶劑和確保鋼瓶及發(fā)生器安裝的為不含S的密封圈。

6結(jié)語

氣相色譜已成為檢驗(yàn)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)配的大型儀器設(shè)備，這就要求分析人員不僅熟練操作儀器，還要學(xué)會(huì)如何維護(hù)和保養(yǎng)好儀器，才能確保氣相色譜儀的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，得到準(zhǔn)確可靠的分析數(shù)據(jù)，同時(shí)也節(jié)約分析成本，延長氣相色譜儀的使用壽命，為實(shí)驗(yàn)室?guī)斫?jīng)濟(jì)效益。

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