離子色譜自動進樣器的故障分析及維護

王冠宇 高冬 肖坤 祝仁濤 韓志剛

【摘要】離子色譜儀用于分析測定陰、陽離子或者離子型化合物，并以選擇性好、穩(wěn)定性好、容載量高、方便、快捷、價廉等優(yōu)勢備受青睞。本文根據(jù)故障維修案例，分析了故障原因及解決辦法，并總結(jié)了離子色譜儀在日常使用中容易出現(xiàn)的故障及必要的日常維護方法，有助于離子色譜儀的正常運行并延長使用壽命。

【關(guān)鍵詞】離子色譜儀；故障排除；日常維護

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.01.029

Failure Analysis and Maintenance of Automatic Sampler for Ion Chromatography

WANG Guan-yu，GAO Dong，XIAO Kun，ZHU Ren-tao，HAN Zhi-gang

（Fushun Food Inspection and Testing Center，F(xiàn)ushun 113006，China）

Abstract：Analysis and determination of anionic， cationic， or ionic compounds by ion chromatography. Its advantages of good selectivity，good stability，high capacity，convenience，rapidity，and low price. According to the fault maintenance cases，the fault causes and solutions are analyzed，the trouble and troubleshooting during routine maintenance and use were put forward，it facilitated the ion chromatography instrument to work effectively and prolong the service life of the instrument.

Key words：ion chromatography；troubleshooting；routine maintenance

在1975年之前奧地利人利用氫離子（酸）做洗脫離子，通過輸液泵送到苯系陽離子交換樹脂中洗脫鈉離子，并用計數(shù)器測定[1]。到了1975年美國戴安公司（Dow Ion Exchange）的H.Small等人成功地解決了用電導檢測器連續(xù)檢測柱流出物的難題[2]，然后發(fā)表了第一篇抑制型離子色譜的文章并申請了專利。1979年，Gjerde等[3]用弱電解質(zhì)作流動相，從而衍生出雙柱離子色譜法或抑制型離子色譜法。在常見的離子色譜中，能夠檢測到以離子狀態(tài)存在于被分析物和淋洗液中的可離解物質(zhì)，進而使用電導檢測器測定出淋洗液中所有離子的總電導率。同時為了更加準確檢測待測離子，通常會使用抑制器將淋洗液中與之極性相反的離子除去，通過降低基線的背景噪音提升響應值。正是因為抑制器的發(fā)明才促使離子色譜應用為一種分析手段。

離子色譜（Ion Chromatography）是高效液相色譜（HPLC）的一種，可作為液相色譜方法分析陰離子和陽離子[4]。離子色譜法檢測具有選擇性好、快捷、方便、價廉等優(yōu)勢，該方法可以同時分析多種陰、陽離子及離子型化合物，可同時測定多種組分，并且該方法穩(wěn)定性好、容載量高，所以在20世紀70年代后期發(fā)展快速，受到多個部門實驗分析人員的青睞，尤其在水質(zhì)分析領域有著不可或缺的重要地位。

離子色譜儀主要由流動相傳輸部分、壓力系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、抑制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成[5]，并且通過流動相與固定相之間的相互作用，使流動相中的不同組分在兩相中達到重新分配，再根據(jù)各個組分在分離柱中滯留時間的區(qū)別最終達到分離的目的[6]。在實驗過程中，應首先使用待測離子的標準工作溶液，從而繪制出標準曲線，并確定待測離子的保留時間，繼而可以對樣品的待測組分進行定性及定量分析。

1維修案例分析

本案例涉及的自動進樣器為Thermo的AS-DV自動進樣器，這是一款專門應用于離子色譜儀的性能高且全自動的進樣器。它不但可以方便、快捷、全自動地將進樣瓶中的樣品送入離子色譜儀中，還能通過軟件操作，自主定義以及優(yōu)化相關(guān)參數(shù)，并將待測樣品送至定量環(huán)或者濃縮柱中。

1.1故障現(xiàn)象

故障表現(xiàn)為圓盤自動進樣器無法進樣，電腦端能夠接收進樣指令，進樣針無法吸取樣品，并在進樣器下降過程中發(fā)出嗡嗡噪音。軟件故障報警顯示內(nèi)容為：“馬達速度下降到上一個的？因為過度裝載?！?/p>

1.2故障分析與處理

1.2.1機械部分

先用手動進樣代替自動進樣，離子色譜儀運行正常，所以判定這屬于自動進樣器故障，針對進樣針無法吸取樣品的情況，初步判定為自動進樣器樣品傳輸管線堵塞。因為進樣器下降過程中發(fā)出“嗡嗡”噪音，也有可能是自動進樣器內(nèi)部進樣閥套件機械部分發(fā)生故障。

結(jié)合故障報警內(nèi)容，并遵循先機械后電氣、先簡單后復雜、先特殊后一般的原則，首先排查機械部分故障。自動進樣器主要依靠皮帶、齒輪和絲杠來完成工作。用垂直法檢查絲杠，發(fā)現(xiàn)絲杠并沒有彎曲或傾斜現(xiàn)象，細看齒輪和絲杠螺紋也沒有發(fā)現(xiàn)損壞現(xiàn)象。機械故障最主要原因是摩擦或者阻力增大，導致無法完成預定動作，甚至儀器開機時的自檢都無法通過，引起故障的原因可能是空氣中的灰塵。因為空氣中的灰塵會吸附在皮帶、螺桿和齒輪上，所以在這種情況下，應該先用干凈且不掉纖維的無紡布來擦拭絲杠等傳動裝置部分，此時要注意不應隨意涂抹潤滑油，因為潤滑油會加重傳動裝置對灰塵的吸附，擦拭完后嘗試重新運行離子色譜儀。

如果故障未排除，下一步將自動進樣器外殼拆開，斷開進樣針和換線與傳動部分的連接，使自動進樣器無進樣針運行，發(fā)現(xiàn)進樣器在下降過程中發(fā)出的“嗡嗡”噪聲消失，可判定噪聲是由于自動進樣器樣品傳輸線堵塞而產(chǎn)生的，所以可以排除進樣閥套件機械部分故障。

1.2.2管路部分

為確定判斷，重新連接進樣針和換線與傳動部分，運行進樣程序噪聲出現(xiàn)，再斷開peek管與六通閥的連接頭，再次運行進樣程序，觀察斷開處流出液情況，結(jié)果噪音繼續(xù)出現(xiàn)，連接頭處流出液體緩慢，可確認之前的判定。

此離子色譜儀中連接Tefzel ETFE傳輸管路的Kel-F PCTFE柱塞的樣品傳輸管長142 cm，內(nèi)徑0.012 in，如發(fā)生堵塞不易排查堵塞點，重新更換peek管是最為快捷的維修方式，但同時管線兩端堵塞的可能性也是最大、最容易發(fā)生的。進樣針端長期伸拉以及和機械部分摩擦，容易擠壓變形，連接到六通閥的接頭如果擰得太緊，同樣容易發(fā)生管體變形、堵塞。將進樣針端及連接六通閥端的peek管各截掉一段后重新連接，并運行進樣程序，觀察接頭處流出液情況，發(fā)現(xiàn)明顯速度變快，旋好六通閥處的接頭重新運行程序，噪音消失，儀器運行正常，無故障報警，連續(xù)運行樣品后離子色譜儀運轉(zhuǎn)正常。

1.3小結(jié)

1.3.1故障類型特點

離子色譜儀故障可以分成兩種：一種是功能性故障。這種故障主要的特點是由于硬件損壞或者軟件不能正常運行而導致的某個功能性故障。功能性故障需要逐一排查故障點，確定故障后更換或維修損壞的硬件，或者修復軟件就能恢復正常運行。

另一種是儀器無法穩(wěn)定運行故障。這類故障可能存在于色譜柱方面，也可能存在于進樣器方面，還有可能存在于檢測器方面。它會導致數(shù)據(jù)的重復性、精密度或者設備基線不穩(wěn)。此種故障下儀器可以運行，但數(shù)據(jù)不準確，檢測人員需要在實驗中總結(jié)經(jīng)驗，分析故障點。

1.3.2預防故障方法

離子色譜儀在食品檢測領域使用效率并不高，所以日常維護保養(yǎng)尤為重要，堵塞故障如未能及時發(fā)現(xiàn)易造成儀器壓力突升，長期不處理則可造成機械部分損壞，甚至其他部件被污染。隨著儀器使用年限的增長，內(nèi)部的一些管線、部件容易老化，尤其是接口處易出現(xiàn)堵塞或松動開裂情況。因此檢測人員需要了解并掌握設備的組成結(jié)構(gòu)以及機械原理，從而有針對性地制定維護保養(yǎng)方案，并且在維護過程中及時有效地發(fā)現(xiàn)問題并精準處理，才能最終有效降低故障的發(fā)生率，充分保障設備能夠良好運行。

2儀器維護

2.1常規(guī)養(yǎng)護

建議每周使用淋洗液來沖洗色譜柱1次，以防止堿性成分結(jié)晶引起的分離柱的堵塞和流動相氣泡的產(chǎn)生。在日常的檢驗檢測實驗中，可以時常用進空白水樣的方式使色譜系統(tǒng)降低污染和柱效活化[7]。進樣前處理方法需妥善選擇，首先對樣品的清潔程度進行預判，如果符合進樣要求的待測樣，可直接進樣分析；如果是組分較為復雜或污染嚴重的待測樣，必須先進行樣品的預處理，處理后的樣品符合進樣的清潔程度要求的才可進樣分析，對于仍不符合進樣清潔程度要求的樣液應改用其他分析方法進行分析。

淋洗液最好現(xiàn)用現(xiàn)配，每次更換淋洗液時，需先清洗淋洗液瓶，再經(jīng)潤洗后方可配制，經(jīng)過超聲清洗器脫氣使用[8]，也可通入氮氣防止細菌滋生，并且在進樣前提前計算好淋洗液所需用量，防止淋洗液不足引發(fā)抽空的情況出現(xiàn)。如果淋洗液中含有機溶劑時，則需要在停泵前使用不含有機溶劑的淋洗液或純水清洗系統(tǒng)。另外，根據(jù)分析頻次應定期更換過濾頭，用高純水或超聲清洗濾芯。

每次儀器運行前要先排氣，擰開排氣閥排出5～10 mL的液體，分析樣品前應先進一個純水樣品來清潔管路，并且每次運行結(jié)束時也要用去離子水清洗泵，使儀器保持良好的工作狀態(tài)。若使用強酸強堿時，在使用后必須徹底沖洗，以防止強酸強堿腐蝕泵中密封圈，二氯甲烷對系統(tǒng)中管線具有腐蝕作用，要避免使用[9]。此外，還應避免泵空抽，如果產(chǎn)生氣泡后應先停機，排除起泡后再繼續(xù)運行。

陰離子柱的pH范圍一般為3～12[10]，進柱前需對樣品做微孔過濾（0.45μm過濾器）處理。分離柱堵塞會引起系統(tǒng)壓力升高，而分離能力變差則會引起保留時間前后波動或樣品重復測量、重復性限差等，建議使用時連接預柱（保護柱），以防止顆粒物進入分析柱中。分析柱在任何情況下都應避免碰撞、彎曲或者強烈的震動。如果離子色譜儀是陰離子和陽離子交替使用，那么要先確保整個離子色譜儀上的所有閥件或流路已清洗干凈，再接入極性相反的色譜柱，避免因流路中存在極性不同的物質(zhì)造成色譜柱堵塞。如果短時間不使用，可將柱子取下并對兩端進行封堵，放在盒中低溫保存。陰、陽離子柱若長時間不使用（一個月以上），需要結(jié)合色譜柱出廠測試報告及說明書中的保存辦法，沖洗干凈后，陰離子柱要加入一定比例的堿（對極性相反的離子柱要加入一定比例的酸），并將色譜柱取下，用PEEK堵頭對兩端進行密封保存。

使用時應確保有流動相流過抑制器后再開啟抑制電流。實際操作中，可通過觀察在抑制器的再生液出口是否有淋洗液流出判斷是否可以開啟抑制電流，從而防止抑制器過熱或干燒抑制器引起的抑制器中離子交換膜的損傷[11]。若長時間停機，使用前要用高純水進行沖洗，可采用局部注射方式。對于新購置的抑制器或者長時間未使用的抑制器，應首先讓抑制器充分加水活化30分鐘左右再開始使用，并且封存的抑制器也應每月活化一次。如遇故障或其他意外情況發(fā)生，也應先確認已關(guān)閉抑制器，然后再關(guān)閉泵，否則抑制器內(nèi)部的交換膜會電解干裂。

每次進樣結(jié)束時應該及時清理排廢桶，開啟儀器前也應確認廢液桶容量情況，防止廢液溢出、回流，以及廢液因結(jié)晶而導致排廢管端堵塞。

2.2特殊維護

依據(jù)離子色譜儀維護手冊的要求，如果在檢測過程中出現(xiàn)鬼峰、雜峰、拖尾峰等情況應該對離子色譜儀進行逐步檢查，順序為：淋洗液>色譜柱>抑制器>進樣閥[12]。對于受污染的柱子，應根據(jù)柱子受污染的情況按不同的污染采取不同的方法對色譜柱進行清洗，可加大淋洗液濃度沖洗色譜柱及檢測流路，并延長沖洗時間，或拆下色譜柱按順序使用5%的稀HNO3或HCl、H2O、KOH淋洗液通過輸液泵進行沖洗[13]。盡量避免反沖色譜柱，因為容易造成填料不均，從而影響色譜柱柱效。

3總結(jié)

本案例不僅給出了離子色譜自動進樣器的維修方法，同時也根據(jù)案例分析了易出現(xiàn)故障的原因以及維修思路，為解決類似問題提供參考。

離子色譜法是一種高效、穩(wěn)定、靈敏度高、選擇性好且可以檢測無機或親水性有機陰離子和陽離子等多種組分的方法。同時離子色譜儀也屬于精密儀器，配件昂貴[14]。所以做好日常維護和故障排查是保障檢測儀器正常運行的重要手段。使用過程中注意淋洗液輸送系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)和分離系統(tǒng)等需要經(jīng)常維護之處，實驗人員應掌握簡單的儀器故障判斷及處理技巧，養(yǎng)成良好的使用習慣，這樣可以節(jié)約維修費用、降低運行成本、提高出具數(shù)據(jù)的準確性。

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【作者簡介】

王冠宇，女，1986年出生，工程師，學士，研究方向為食品檢驗。

（編輯：李加鵬）