SP3400氣相色譜儀的樣本組分穩定測試方法探討*

曾慶堂，馬志剛

(云南省地震局騰沖地震臺，云南騰沖679100)

SP3400氣相色譜儀的樣本組分穩定測試方法探討*

曾慶堂，馬志剛

(云南省地震局騰沖地震臺，云南騰沖679100)

使用SP3400氣相色譜儀對騰沖大滾鍋溢出氣體進行氣相色譜測定，發現在不同條件下一些氣體組分含量有明顯變化。為獲得準確可靠的觀測結果，對可能影響觀測結果的各個環節進行實驗。實驗結果顯示:鋁箔氣體樣品袋對硫化物吸附較大，取樣前用氣樣對氣袋反復沖洗3次以上可以解決此問題;氣樣取回后放入冰箱冷凍20～30 min能很好解決樣品中水汽對儀器的影響;氣體樣品袋注入不同體積氣體對測值基本沒有影響;常規組分中H2、CO2、CH4穩定性很好，10天內測試最大相對誤差在10%以內;O2組分在測試中偶然變化較大，無明顯規律。

氣相色譜儀;氣樣組分;騰沖大滾鍋

0 引言

通過觀測地下深部溢出氣體中各組分的含量來研究構造活動，進而預測地震活動已得到地震專家的認可，但現有觀測方法大多還停留在原始化學反應方法測定氣體組分 (如測二氧化碳)。用氣相色譜儀測定氣體組分簡單易行且定量準確。氣相色譜儀利用色譜柱分離氣體各組分并形成峰值，用標樣確定儀器的穩定性進而測定樣品組分。它的分離原理是使混合物中各組分在兩相中進行分配，其中一相是不動的，組成固定床，叫做固定相;另一相則是推動混合物流過此固定床的流體，叫做流動相。當流動相中所含有的混合物經過固定相時，就會與固定相發生相互作用。由于各組分在性質和結構上的不同，相互作用的大小、強弱也有差異，因此在同一推動力作用下不同組分在固定相中的滯留時間有長有短，從而按先后不同的次序從固定床中流出，使混合物中各組分得以分離 (顧蕙祥，1990;汪正范，2000)。

目前云南省只有騰沖地震臺使用該測定方法進行火山監測，并且已產出一些數據。在觀測過程中筆者發現在不同時間段內觀測同一樣品有些氣體組分含量有明顯變化，甚至出現從有到無的根本變化，特別是在儀器出現故障或停電等導致無法按時觀測，或延遲觀測會產生多大程度的影響。我們通過實驗來確定樣品在保存多長時間內觀測出來的數據是真實可靠的，超出多長時間后數據不可用，將樣品作廢作缺測處理 (史堅，1988)。

本文通過對實驗結果進行分析總結，對取樣、樣品預處理、測試、數據分析處理形成一定的有效的處理方法，使觀測方法及流程達到最優化并產出真實可靠的觀測數據。

1 儀器及實驗條件

我們對觀測中可能對氣體組分含量有影響的各個環節分別進行實驗，包括:采樣時氣袋對氣體各組分的吸附影響、氣體中水汽對儀器穩定性的影響、注入不同體積氣體對測值的影響以及同一氣體樣品測值隨時間變化實驗 (王立，2001)。

儀器設備:采用SP3400系列氣相色譜儀，測試中必須保證儀器工作狀態穩定。

硫化物分析儀器條件:采用SP3400型氣相色譜儀，色譜柱采用Agilent 19095P-Q04毛細管柱，FPD檢測器，N2載氣，載氣流量20 mL/min(0.4 MPa)，鋼瓶純凈空氣作助燃氣，流量20 mL/min(0.4 MPa)，H2作燃氣，燃氣流量 10 mL/min(0.2 MPa)，柱溫50℃，注樣器溫度50℃，檢測器溫度 220℃ (王連生等，1994;劉虎威，2000)。

常規組分分析儀器條件:采用SP3400，502填充柱載氣，色譜柱采用TCD檢測器;Ar作載氣，載氣流量20 mL/min(0.4 MPa)，柱溫50℃，注樣器溫度50℃，檢測器溫度100℃ (荒木峻，1988;松限昭，1988)。

2 采樣袋對氣體組分的吸附影響

采用鋁箔氣袋排水采氣法進行采氣，采氣時先將氣袋抽真空，再反復對一個氣袋注入氣樣、放氣和抽真空3次后取樣;另一氣袋不用氣樣沖洗，直接進行取樣。分別對2個氣袋樣品用N2進行10倍稀釋，然后進行測試，發現不用氣樣沖洗的樣袋中H2S組分含量明顯低于用氣樣反復沖洗的氣袋中的含量，峰值差別約20%，其它組分含量無明顯影響 (圖1)。

圖1 騰沖大滾鍋氣樣H2S組分受氣袋吸附影響 (a)和常規組分基本不受氣袋吸附影響 (b)示意圖Fig.1 Schematic diagram of H2S component affected by absorption of air bag(a)and conventional components hardly affected by absorption of air bag(b)of gas sample in Dagunguo，Tengchong

3 氣體樣品中水汽對儀器的影響

溫泉氣體中水汽十分豐富，觀測中我們發現水汽對色譜柱有影響，特別是對N2組分分離影響很大。由于水汽太大，取回氣樣后如直接進行測試分析，色譜柱分離峰會重合在一起，影響各組分的分析處理，因此必須采取措施去除水汽。經過多次實驗，我們采用低溫冷凝水汽去除潮濕的辦法，即把氣樣取回后先放入冰箱冷凍20～30 min，就能很好去除水汽，儀器穩定性明顯好轉，分離峰更清楚，提高了各組分的分析處理精度 (圖2)。

圖2 受水汽影響組分分離峰 (a)和冷卻氣樣去除水汽后組分分離峰 (b)Fig.2 Schematic diagram of peak separation of components affected by vapor(a)and peak separation of the cooled gas sample after eliminating the vapor component of gas sample in Dagunguo，Tengchong

4 注入不同體積氣體對測值的影響

用注射器抽取氣樣注入儀器進行測試樣品是一個重要環節，儀器在穩定的工作狀態下，對于注入不同體積的樣品對測值是否有影響，我們以10 mL為間隔，分別注入10～60 mL氣樣進樣測試，結果顯示各組分含量并不受進樣體積影響，峰值高度基本一致 (圖3)。

圖3 注入不同體積氣體對硫化物測值影響 (a)和對常規組分測值影響 (b)Fig.3 Measured values of H2S(a)and conventional components(b)affect by injecting different volumes gas

5 同一氣體樣品測值隨時間變化情況

取回樣品后每間隔2 h測定樣品各組分含量，根據各含量是否有變化來延長或縮短下一次測定時間，直到樣品不受時間變化影響或受影響很大，數據已不可用時，才停止本次樣品觀測。實驗數據及處理結果見表1～3及圖4。

表1 大滾鍋氣體樣品各組分測值隨時間變化實驗數據Tab.1 Measured values of each components of the gas sample from Dagunguo vary with time

續表1

表2 硫化物(H2S)組分隨時間變化Tab.2 Time-dependent variation of H2S component

表3 常規組分測值隨時間變化Tab.3 Time-dependent variation of the conventional components

圖4 氣體組分測值隨時間變化Fig.4 Measured values of gas components vary with time

6 討論與結論

氣體樣品袋 (鋁箔氣體樣品袋)對硫化物吸附較強，取樣前用氣樣對氣袋反復沖洗3次以上再取樣能較好解決此問題。

氣體樣品中的水汽對儀器穩定性有影響，特別是對N2組分的色譜柱影響較大，由于水汽的影響使色譜柱分離峰重合在一起，影響對組分峰分離分析處理的準確度，解決辦法:氣樣取回后放入冰箱冷凍20～30 min能很好解決樣品中的水汽，確保儀器工作狀態穩定，產出數據真實可靠。

測試時注入氣樣體積大小 (10～60 mL)對測值基本無影響，一般抽取20～30 mL氣體即可。

硫化物 (H2S)組分較不穩定，隨時間變化較大，取樣后5 h以內測試較好，相對誤差＜10%，超過8 h后相對誤差＞38%，測試數據已基本不可用，應按缺測處理。

常規組分中H2、CO2、CH4穩定性很好，10 d以內測試最大相對誤差仍在10%以內，N2組分10 d內測試最大相對誤差在20%以內，上述組分含量基本不隨時間變化;O2組分在測試中偶然變化很大，無明顯規律。

地震臺站的基本任務是為地震研究提供真實、可靠、連續、完整的基礎資料，臺站人員必須自覺努力學習和探索對新儀器、新方法的使用，并對數據產出的整個環節進行嚴格把關，使觀測方法及流程達到最優化才能產出真實可靠的觀測數據。

致謝:本文得到云南省地震局防災研究所趙慈平博士的指導和幫助，在此深表謝意!

顧蕙祥.1990.氣相色譜應用手冊［M］.北京:化學工業出版社.

荒木峻.1988.伉大器，張監田，傅敬賢，等譯.氣相色譜法［M］.北京:化學工業出版社.

劉虎威.2000.氣相色譜方法及應用［M］.北京:化學工業出版社.

史堅.1988.現代柱色譜分析［M］.上海:科學技術出版社.

松隈昭.1988.韓煥珍譯.氣相色譜實踐［M］.北京:化學工業出版社.

汪正范.2000.色譜定性與定量［M］.北京:化學工業出版社.

王立.2001.色譜分析樣品處理［M］.北京:化學工業出版社.

王連生，支正良，高松亭.1994.分子結構與色譜保留［M］.北京:化學工業出版社.

許國旺.2004.現代實用氣相色譜法［M］.北京:化學工業出版社.

周良模.1994.氣相色譜新技術［M］.北京:科學出版社.

周申范，宋敬埔，王乃巖.1994.色譜理論及應用［M］.北京:理工大學出版社.

Research on Performance Test of Stable of Gas Sampling Components by SP3400 Gas Chromatograph

ZENG Qing-tang，MA Zhi-gang
(Tengchong Seismic Station，Earthquake Administration of Yunnan Province，Tengchong 679100，Yunnan，China)

Applying SP3400 gas chromatograph to the gas chromatographic determination of the gas escape from Dagunguo in Tengchong，we found that the content of gas-component was changed under various conditions.In order to get the accurate observational data，we did the experiment of every procedure which might influence the observation results.The experimental results show that:The adsorbing capacity of gas bag made by aluminumfoil to sulfide was stronger than that to other gas.To solve this problem，we should wash the gas bag over 3 times before sampling.Putting the gas samples into the refrigerator for 20～30 minutes would able to reduce the influence of the water vapor on the instrument.Injecting different volumes of gas to the gas bag scarcely had little influence on the observational value.The routine components such as H2，CO2，CH4kept stability，because the maximum relative errors of observational values of these samples were below 10%in 10 days.However，the observational value of O2changed greatly occasionally and had also no evident regularity.

gas chromatography;gas sampling components;Dagunguo hot spring in Tengchong

P315.6

A

1000－0666(2012)03－0410－06

2011－04－15.

中國地震局三結合課題 (2010)資助.