气相色谱仪的维护和保养研究

2017-07-21张样盛肖霏吕萍

绿色科技 2017年12期

关键词：保养维护系统

张样盛++肖霏++吕萍

摘要：探讨了气相色谱仪气路系统、进样系统、分离系统和检测器的维护和保养，以期为色谱工作者维护和保养好气相色谱仪提供参考。

关键词：气相色谱仪；系统；维护；保养

中图分类号：R955

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）12026003

1引言

自1952年马丁和詹姆斯发明了气-液色谱方法以来，特别是1957年戈雷发明了开口毛细管柱，使得气相色谱得到快速发展。当前，气相色谱法在环境科学研究、环境监测、食品检测、石油化工等领域的应用日益广泛，由于其灵敏度高、选择性好、分离效率高、分析速度快等特点，已成为环境污染物分析的两大支柱之一[1，2]。在《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）109项因子中有59项用气相色谱法分析[3]。

尽管气相色谱仪的外形、结构多种多样，但组成总是包括气路系统、进样系统、分离系统、检测系统和数据处理系统5个部分[4]，熟练掌握气相色谱仪各个系统的结构组成和工作原理，有助于对其进行合理的维护保养，确保气相色谱仪的稳定运转，从而节约分析成本，延长气相色谱仪的使用寿命。

2气路系统的维护和保养

气路系统主要由钢瓶、减压阀、气体管线、连接头、捕集阱和流量控制装置等组成，气路系统的气体对气相色谱仪就像血液对人体一样，对气相色谱仪的性能起非常重要作用。为此对气路系统的维护有以下要求。

（1）因塑料管道会渗透氧气和其他污染物，因此只能使用铜或不锈钢材质的管线和连接，还应确保管线的洁净。使用之前用甲醇冲洗干净，载气吹干。

（2）确保气体的纯度在99.999%以上。一般情况下，钢瓶中的气体会含有微量的水、氧气和烃类化合物，水的存在对电子流量控制装置、色谱柱（特别是极性色谱柱）、检测器（电子捕获检测器）均有较大的损害，降低其使用寿命；氧气的存在会破坏色谱柱的固定相，降低电子捕获检测器的性能；烃的存在会提高检测器的本底输出，增大噪声。

安装和定期更换水、烃、氧捕集阱，定期对所有接头进行检漏可以有效降低水、烃、氧对气相色谱仪的影响，防止发生气体污染。

（3）气体的使用压力要合适。长期的高压会损坏电子流量控制装置。

3进样系统的维护和保养

进样系统一般有分流/不分流进样口、隔垫吹扫填充柱进样口、冷柱头进样口、多模式进样口、挥发进样口等类型。日常分析中，分流/不分流进样口使用最多也最为广泛，下面以分流/不分流进样口为例，介绍进样口的组成及维护。

分流/不分流进样口主要由密封隔垫、O形圈、衬管、分流平板、压力和流量传感器、比例阀、分流出口捕集阱、加热模块、密封垫圈、固定连接保温装置等组成，其主要作用是使液体样品快速气化，将样品推入色谱柱进行分离。由于其需要维护的配件很多，进样口也是最容易出现故障的地方，据气相色谱故障统计，有90%的问题出现在进样口。其中密封隔垫、O形圈、衬管、分流平板、密封垫圈、分流出口捕集阱是需要经常维护和保养的。

（1）及时更换密封隔垫。由于密封隔垫经常被进样针刺穿，如果不及时更换会发生系统漏气、出现鬼峰等现象，还会有隔垫碎屑掉入衬管，影响分析。

（2）及时更换O形圈。O形圈由于经常处在高温条件下，其中的塑化剂会逐渐降解老化而变硬，起不到密封作用导致漏气。

（3）定期检查衬管，必要时进行清洗或更换。衬管是液体样品气化的地方，大多数分流/不分流衬管中间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积，使样品快速气化，减少热量不均匀现象，可以捕集隔垫碎片和不挥发组分，防止这些物质进入色谱柱，还可擦拭针头残留样品，防止样品在隔垫上累积。為此衬管玻璃棉和衬管内壁是很容易脏的地方，对于污染严重的衬管应直接更换，对于污染不太严重的衬管可以进行清洗，清洗步骤为：从气相色谱仪中取出衬管，移去玻璃棉，然后在有机溶剂或弱硝酸中超声处理，然后清洗干燥，更换去活性的玻璃棉，再在专用硅烷化试剂中进行脱活处理，最后进行干燥，完毕后装入进样口内，整个过程要避免划伤衬管内表面。但也有部分衬管不需要硅烷化处理。

（4）定期检查分流平板，必要时进行清洗或更换。分流平板起一个分流的作用，将不进入色谱柱的载气和样品从分流出口排出，容易受到从衬管掉落的隔垫碎片和不挥发组分的污染，导致重现性差和出现鬼峰，污染较轻的可以通过有机溶剂超声处理，清洗掉污染物，烘干后进行硅烷化。

（5）定期更换分流出口捕集阱滤芯。当捕集阱饱和的时候，会导致基线不稳或出现鬼峰，甚至堵塞分流出口，必要时应更换捕集阱内的滤芯。

（6）清洗进样口。当在更换衬管等部件后，出现的问题仍未解决，则需要清洗进样口了，将进样口上方的隔垫、衬管，下方的色谱柱、分流平板全部取出，在进样口下放置一烧杯，用蘸有有机溶剂的清洁刷刷洗干净，晾干后装上分流平板、衬管、色谱柱等，用载气吹扫20 min。

4分离系统的维护和保养

分离系统有色谱柱和柱温箱两个部分，毛细管色谱柱一般是外层涂有聚酰亚胺保护层具有弹性的熔融石英管，里面的固定液是聚二甲基硅氧烷类、聚乙二醇类等高分子聚合物。其工作原理是使混合物中各组分在流动相和固定相之间进行分配，当流动相中所含混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相发生作用的大小、强弱也有差异，因此在统一载气推动力的作用下，按先后不同的次序从固定相中流出至检测器。因此，对色谱柱进行合理的维护是非常重要的。

（1）正确安装色谱柱。选择适合于进样口、色谱柱和检测器的密封垫，在安装色谱柱之前，用柱切割工具将色谱柱的两端切割掉4～5 cm，将色谱柱装入进样口和检测器，插入的距离按仪器使用说明书的要求执行，色谱柱须置于柱架上，不能接触柱箱壁。

（2）正確老化色谱柱。老化是驱除色谱柱的残余的挥发性有机物，使固定液均匀的附着于色谱柱管壁，提高柱效，其方法是将柱箱温度设定为最高分析温度以上20℃ 或者色谱柱的最高使用温度（以低者为准）老化2 h。

（3）先开气再开机，先关机再关气。使用气相色谱仪全过程中，确保载气一直流过色谱柱，关机时，柱温箱在50℃以下才能关机关气。

（4）使用过程中，柱箱的最高使用温度设置在色谱柱最高使用温度以下，防止色谱柱发生热损坏。

（5）防止色谱柱发生物理损坏、化学损坏、热损坏、氧损坏和被污染。但在现实应用中，或多或少会出现以上问题，可以通过切割已损坏或被污染的一段来修复色谱柱，如果仅被污染也可通过高温烘烤或用溶剂清洗来修复色谱柱[5]。

（6）正确存放色谱柱。色谱柱从柱箱取出后，柱两端要用硅橡胶隔垫密封好，防止氧气和灰尘进入，氧化、污染色谱柱，存放于阴凉干燥处。

5检测器的维护和保养

气相色谱仪的检测器是感应载气中组分变化并将相关信息转变为电信号的装置，有10多种类型，在日常分析中，氢火焰离子化检测器（FID）、电子捕获检测器（ECD）和火焰光度检测器（FPD）的使用相对频繁，下面主要介绍FID、ECD和FPD的组成及如何对其进行维护和保养。

5.1FID的维护和保养

FID是一个破坏性、质量型检测器。当含碳有机化合物燃烧时，火焰中产生大量的碳正离子，极化电压将碳正离子吸引到火焰旁边的收集极上，产生的电流与燃烧的样品量在一定范围内成正比，进而进行定性和定量分析。其主要由收集极、点火线圈、绝缘片、静电计、喷嘴、加热模块和传感器及连接保温装置组成，分析样品时，如长期使用硅酮类固定液时，由于固定液挥发燃烧产生的二氧化硅容易沉积在收集极表面和堵塞喷嘴，导致其灵敏度下降和点火困难，可以从以下几个方面对其进行维护和保养。

（1）根据使用情况不定期清洗收集极。从FID上拆下收集极，将收集极和绝缘片放入水溶性溶剂中超声5～10 min，取出用尼龙刷子刷洗每一部分，后超声清洗5～10 min，用镊子取出，先用自来出冲洗干净，再用色谱纯甲醇冲洗，放在纸巾上晾干。

（2）根据使用情况不定期清洗喷嘴。从FID上拆下喷嘴，用清洗金属丝从喷嘴顶部穿入，小心插入拉出数次，直到金属丝可光滑移动，勿在喷嘴上造成划痕，然后将喷嘴置于水溶性洗涤剂中，超声5 min，取出使用喷嘴铰刀清洗喷嘴内侧，再超声清洗5 min，用镊子取出喷嘴，先用热自来水，然后用少量色谱级甲醇彻底淋洗喷嘴，再用氮气气流快速吹干喷嘴，放在纸巾上晾干。

（3）注射氟利昂样品。FID在高温燃烧时，氟利昂将与收集极和喷嘴上的二氧化硅发生反应生成挥发性的SiF4而去除二氧化硅。

5.2ECD的维护和保养

ECD主要由收集极和一个镀有63Ni的检测池等部件组成，其工作原理是，63Ni释放β射线， β射线与载气N2分子碰撞，产生低能电子和N+2，这些自由电子形成小电流，在一个脉冲回路中被收集并被测定，当样品组分的分子进入并与自由电子碰撞，电子被样品分子捕获而产生负电荷离子，池两极被通以脉冲电压以收集剩余自由电子，而较重的离子相对不受影响并且由载气带出检测器出口，收集极的电流就会下降，在一定范围内电流下降的程度和样品浓度成正比，进而进行定性和定量分析。随着ECD使用时间的增长，仪器的基线噪声或者输出值会逐渐升高，检测器内可能存在由柱流出物带入的污染物，由于ECD内有放射性元素，不允许拆开维护，要清除污染只能通过对检测器热清洗和更换熔融石英衬管来进行。

将色谱柱从检测器上取下，用色谱柱螺帽和无孔密封垫堵住检测器接头；

将检测器温度设为300～375℃，尾吹气设为60 mL/min，柱箱温度设为250℃；

热清洗4～5 h后，将系统冷却至正常操作温度，检查输出值。

及时更换被污染了的熔融石英衬管。取下熔融石英混合衬管并检查。如果损坏或沾染了样品或石墨，则需更换。

分析样品时，检测器出口管线必须通往室外。

5.3FPD的维护和保养

FPD是利用富氢火焰使含硫，磷杂原子的有机物分解，形成激发态分子，当它们回到基态时，发射出一定波长的光。此光强度与被测组分量成比例。所以它是以物质与光的相互关系为机理的检侧方法，属光度法。其主要由燃烧室、喷嘴、滤光片、光电倍增管、加热快等部件组成，日常的维护主要是清洁和更换滤光片，一般不建议拆开维护。

准备好带滤光挡片的硫滤光片、磷滤光片、棉签或牙签、擦镜纸和不脱毛手套等；

关闭静电计、氢气和加热块；

将光电倍增管拆下，开口向下放置，避免光照入管中；

带上不脱毛的手套，将滤光片拆卸下，拆卸时避免划伤滤光片。如果滤光片表面有污染物，用擦镜纸擦拭干净；

按照说明书要求安装擦拭干净的滤光片或更换另外一个滤光片；

装入光电倍增管；

分析样品室，应避免使用腐蚀性强的氯化有机溶剂和确保钢瓶及发生器安装的为不含S的密封圈。

6结语

气相色谱已成为检验检测实验室标配的大型仪器设备，这就要求分析人员不仅熟练操作仪器，还要学会如何维护和保养好仪器，才能确保气相色谱仪的稳定运转，得到准确可靠的分析数据，同时也节约分析成本，延长气相色谱仪的使用寿命，为实验室带来经济效益。

参考文献：

[1]

王永华. 气相色谱分析应用（第一版）[M]. 北京：科学出版社， 2006：21～26， 50.