單四極桿氣質聯用儀的結構、故障診斷及日常維護

張 紅

（西北農林科技大學資源環境學院，農業部西北植物營養與農業環境重點實驗室，楊凌712100）

1 單四級桿氣質聯用儀的環境條件及基本結構

1.1 儀器要求的環境條件

GC／MS室嚴禁明火，環境溫度≤25°C，17～21°C最適合。因為MS本身需要散熱，如果環境溫度太高，會燒壞電路板。也不能太低，否則儀器無法啟動。濕度30%～60%。太潮濕的環境，如果長時間不開機會使電路板受潮，且載氣管路里的水氣會很多。最好單獨安裝空調來控溫和控濕。南方地區可以安裝除濕器。保持周圍環境的干凈，建議用空調過濾網罩，將MS后邊風扇蓋住。

用電要保持電壓穩定，接地良好。推薦安裝UPS斷電保護裝置，防止斷電后立即來電對電路沖擊過大，或者安裝空氣開關，斷電后手動打開。實驗室應配備UPS或單相穩壓電源。UPS要求允許通過的電流大于25A（用于質譜儀）。穩壓電源功率要求5kW。標準15A插頭的插線板2個，插座不少于6個。

1.2 儀器的基本結構

氣質聯用儀主要包括載氣系統、進樣系統、色譜柱、質譜真空系統、數據處理系統［1］。下面就將各部分的正常使用、易發生故障排查和日常維護工作等方面進行介紹，以供用戶作為該類故障排查維修的思路和參考。

2 載氣系統

2.1 載氣的要求

GC／MS常用的載氣為氦氣，純度需要達到99.999%以上。只有選擇高純度的氦氣才能維持質譜的高真空和質譜儀的潔凈。載氣純度不夠或者剩余的載氣量不夠時，會造成m／z28豐度過大。當氣瓶余壓2MPa左右時，需要換氣，主要原因為氦氣比較輕，會從氣瓶中先跑出，導致余氣中有較多雜質。另外氣瓶在使用時應保持直立，嚴防陽光直射。換氣時將氣瓶拆下后馬上換上，同時注意氣瓶頭沒有保護套的，接口處較臟，要用紙巾擦拭干凈后裝上［2，3］。

2.2 更換載氣時的操作要求

換氣時，把GC面板上所有的溫度包括傳輸線溫度設為off，柱溫箱溫度降到50℃以下，進樣口溫度設為off。等這些溫度下降100℃后關閉載氣，這主要是由于在沒有載氣的條件下過高的溫度會把柱子燒壞。氣相載氣關閉后，將氣瓶上總閥門關死，分壓閥擰松。換好氣后，把氣瓶總閥打開，順時針擰緊分壓閥至0.6MPa左右，把GC面板上的載氣打開，并保持10min左右，升高氣相的各項溫度。

2.3 氣體過濾器故障的干擾與排查

對于GC／MS分析，必須安裝過濾器過濾載氣中的水氣和氧氣，否則質譜圖會產生很多干擾，一般條件下，3～4瓶氦氣要換一次過濾器，以延長色譜柱使用壽命，減少色譜柱固定相流失，降低背景噪音，使基線更加穩定。可通過篩管中填料的顏色水的指示來分析過濾器是否達到使用極限，一般過濾水的填料會從黃色變為無色；過濾氧的指示從綠色變為褐色。

3 進樣系統

3.1 自動進樣器維護

進樣后洗針需不同的溶劑清洗。進樣針使用一段時間后，需取下用甲醇、丙酮清洗。這主要是由于自動進樣器清洗體積只有5mL，進樣針上部不會被清洗。因此，為了保證進樣針通暢，需要手動清洗。

3.2 進樣墊

進樣墊分為幾種類型，最常用的是紅色和灰綠色，紅色是耐高溫進樣墊，灰綠色的特性為低流失。更換進樣墊時先將柱溫箱的溫度降到50°C，關掉進樣口溫度和載氣。如果不將載氣off，在更換進樣墊時，載氣會從進樣口處泄漏并報警、把所有溫度等設置off，在這種情況下只有關閉GC總電源后重新開機才可對參數進行設置。如果進樣口的螺母擰的過緊，墊片失去彈性，則會形成打孔效應，易形成漏氣。一般建議進50針以上就要做一次leak check，觀察是否有漏氣。（氣相漏氣一般發生在墊片，裝柱子端，和MS進柱子端）少量漏氣不易察覺，可能會造成目標物提前出峰，爐溫較高時空氣中的氧氣會氧化色譜柱固定液，使固定液流失加大，降低柱效，相對大漏則容易造成保留時間的延長。

公路路基的施工過程中，邊坡出現的問題相對較多，一直都是工程建造環節中的困擾。路基邊坡存在缺陷，會影響工程的建造質量，并一定程度上的延誤工程進度。因此，我們應加大對路基邊坡缺陷的改善力度，結合工程的實際情況，提出切實可行的治理措施。我國在邊坡缺陷處理上處在探索階段，應不斷改進完善自身施工水平，強化道路質量。

3.3 襯管

襯管的作用是加速樣品的氣化和保護色譜柱，共分有兩種：分流襯管和不分流襯管，分流襯管上下內徑一樣粗，而不分流襯管上粗下細，注意二者不能混用。安裝時不要裝反，如果裝反，壓緊后會將襯管底部擠碎。襯管可以讓不揮發的組分滯留在襯管內，從而保護色譜柱。但是當污染物積累到一定程度時，就會吸附樣品，從而造成峰拖尾或出現鬼峰，使儀器檢測的靈敏度下降。正確選擇襯管并經常維護清洗，可以減少污染物造成的樣品損失或峰形異常。襯管的潔凈度直接影響到儀器的檢測限，應注意對襯管進行檢查，更換下來的襯管如果不太臟可以用無水甲醇或丙酮超聲清洗，取出烘干后繼續使用；太臟則需先用清潔劑再用溶劑清洗，然后對襯管進行硅烷化處理后再度使用。

4 色譜柱

4.1 色譜柱的選擇與使用

色譜柱的選擇一般從固定液的類型、長度、口徑和膜厚4個方面考慮，毛細管色譜柱的固定液分非極性、弱極性、中等極性和強極性，具體應視分析要求而定。色譜柱使用時應注意說明書中標明的最低和最高溫度，一般應在低于最高溫度10～20°C的范圍內使用，否則會造成固定液流失，還可造成對檢測器的污染。要設定最高允許使用溫度，如遇人為或不明原因的突然升溫，GC會自動停止升溫以保護色譜柱。保存柱子時需注意將兩端用廢棄的隔墊密封好，避免水和空氣破壞柱子內涂層［4］。

4.2 色譜柱的安裝

色譜柱安裝的好壞直接影響到檢測結果，初次安裝時無方向性，一旦使用過，不能再改變進樣端和MS端的方向。不同規格的毛細管柱選用不同大小的石墨墊，注意進樣口端和質譜端所用的石墨墊是不同的，絕對不能混用。MS端柱接頭螺帽不要上得太緊，否則容易壓碎石墨墊造成漏氣，一般用手擰緊后再用扳手緊四分之一圈即可。接質譜前先開機讓柱末端插入盛有有機溶劑的小燒杯，觀察是否有氣泡溢出且流速與設定值相當。嚴禁無載氣通過時高溫烘烤色譜柱，以免造成固定液被氧化流失而損壞色譜柱［5］。

5 質譜真空系統

真空系統是整個儀器的核心，也是比較容易發生故障的部件。

5.1 質譜儀器的真空要求

質譜儀器必須在良好的真空條件下才能正常工作，一般要求質譜儀需要在高真空下工作，離子源：10－3～10－5Pa，質量分析器：10－6Pa。質譜儀器要求高真空是因為：（1）大量氧會燒壞離子源的燈絲；（2）用作加速離子的幾千伏高壓會引起放電；（3）引起額外的離子－分子反應，改變裂解模型，使譜圖復雜化。一般采用兩級真空系統，由機械泵和高真空泵組合而成。

5.2 空氣泄漏的癥狀

漏氣是最為常見的癥狀。對于Thermo Fisher Trace 2000DSQII單四級桿氣質聯用儀來說，可以通過以下步驟確認儀器漏氣故障。首先，打開GC和MS總電源，打開Tune窗口，在Tune／Show status view／Vaccum里顯示Turbo Pump和Turbo Pump RPM，這兩項在3～5min內要顯示OK，否則說明儀器嚴重漏氣。等待儀器真空度＜50～60mTorr時，在Instrument／set temperature里設定離子源的溫度為250°C，MS－Tranfer溫度調節在GC面 板 上 的AUX／Temperature zone到250°C。待離子源、進樣口和傳輸線溫度穩定后，檢查空氣／水譜圖，選擇Experiment｜Full Scan然后從m／z 10－100掃描，選擇Instrument｜Fil／Mult／Dyn On打開燈絲，比較空氣／水譜圖，確定是否有泄漏。m／z18，28，32和44是空氣／水的特征峰。一般情況下，m／z18的豐度高于m／z28，m／z32，總離子流強度達到106表示空氣無泄漏（圖1）。如果m／z28，m／z32豐度高于m／z18，且m／z28，m／z32比為4∶1，可以判斷有小漏（圖2）；如果m／z28，m／z32兩峰異常高，總離子流強度超過108，表明漏氣嚴重（圖3），此時必須立即關閉燈絲，以免將燈絲燒斷［1］。

圖1 空氣／水譜圖（無泄漏）

圖2 空氣／水譜圖（少量泄漏）

5.3 查找空氣泄漏的方法

漏氣的原因很多，通常需做逐一排查才能確定真正漏氣的位置，找到解決問題的方法。

（1）檢查載氣線路。首先要確定所有接頭是否有松動。其次，當有嚴重漏氣時，可以在各管路和閥門接口處涂抹適量的皂液，漏氣的部位會出現明顯的氣泡；對于微漏，可關閉氣相色譜儀進樣口的壓力，關閉氣瓶的總閥，開啟分壓閥，若有漏氣，15min后分壓表的壓力會有明顯的下降。

圖3 空氣／水譜圖（大量泄漏）

（2）檢查GC部分?？諝庑孤┩ǔ?0%以上發生在進樣口位置，進樣口端檢漏通常有2種方法：（a）適合在開機情況下操作：將爐溫升至50℃，柱流量設置1.0mL／min（恒流模式），點擊GC面板上Column Eval（柱評價）得出K值，與原值不能相差太遠，如果實測值過小表明柱子有漏，值過大則表明柱子有堵。然后將爐溫升至100℃，進行Leak Check，Leak Check和Column Eval結果的K值一樣，表示Passed。這一般對于新柱子，且能確保質譜端不漏氣的情況下適用。（b）在質譜關機情況下操作：打開GC，將GC面板上的吹掃和分流OFF，然后用隔墊堵上進樣口，設置進樣壓力為200Psi，如果0.5min內壓力不下降，說明進樣口不漏。

此外，用脫脂棉蘸取適量的丙酮涂抹進樣口、進樣口螺母、色譜柱，每次一個位置，按先后順序依照離MS部分由近及遠的原則，在適當的時間后，觀察數據系統中的峰圖，若m／z58和m／z43處出現一個陡峭的、顯著的攀升，說明在剛剛涂抹丙酮的位置存在空氣泄漏。

（3）檢查MS部分。打開質譜，設定m／z10－100掃描，選擇打開燈絲，用脫脂棉蘸上丙酮，涂在接質譜端的傳輸線螺母處，觀察質譜圖，看有沒有出現m／z58－m／z43的丙酮特征峰，如果有，說明在剛剛涂有丙酮的位置存在空氣漏氣。一般用手擰緊螺母，再用扳手擰l／4圈即可（注意：不要擰太緊，否則會把石墨墊擰碎，導致漏氣）。將柱溫箱升高到300℃，保持5min后降溫，再用扳手擰緊1／4圈。防止反復的升溫降溫導致螺母變松漏氣。

另外，在質譜內部的放空閥可能有漏。首先打開機箱找到放空閥位置，用脫脂棉蘸取丙酮涂在放空閥周圍，觀察質譜圖，看是否有丙酮的特征峰出現，如果有說明有漏。然后將放空閥取出用脫脂棉蘸上甲醇清洗。注意拆裝的方向不能顛倒［6－9］。

5.4 質譜的維護

（1）開機和關機。對于質譜來講，最好一直保持抽真空，不建議頻繁開機關機。開機時先開GC，后開質譜，待達到一定真空度后，設定合適的離子源溫度和傳輸線溫度，此時必須打開真空補償，否則真空難以達到50mTorr以下。關機前首先將離子源溫度降至100℃以下，然后將傳輸線溫度off、進樣口溫度Off、柱溫50℃，等待分子渦輪泵轉速降下后，儀器會提示“OK to turn off power”，此時方可關閉電源。

（2）實驗前需先確定：（a）離子源是否到達指定溫度，一般推薦使用250℃；（b）當柱流速為1mL／min時，前極壓力正常在30～50mTorr之間；（c）打開燈絲看空氣／水的背景，確認真空沒有泄漏。

（3）質譜有關參數的設置。在靈敏度能夠滿足要求的前提下，發射電流一般為100μA，檢測器增益為1，如果是痕量分析，需要適當提高靈敏度，可將發射電流設為200～300μA，增益設為2或3，數值越高，靈敏度越高，但相關部件的使用壽命將降低。掃描方式和掃描范圍根據目標化合物性質而定，能覆蓋碎片范圍即可，沒必要設得太寬，否則也會犧牲靈敏度，采樣速率一般設每秒5張譜圖。起始時間的設置考慮第一個目標峰的保留時間和溶劑延遲，既不要丟失化合物，又要躲過溶劑，這樣可以延長燈絲的壽命。

（4）診斷與調諧。儀器帶有診斷功能，當儀器靈敏度急劇下降或譜圖出現明顯異常，則應該進行診斷，幫助查找原因，注意做全診斷時必須保證前極壓力在50mTorr以下。如果儀器正常，每一項測試都應該通過（PASSED），如果某項測試未能通過，可點擊查看詳細信息，并保存頁面，以方便與儀器公司聯系，進行維修。在做質譜調諧前，先將掃描的范圍調至50～650，打開燈絲、校正氣，觀察m／z100的特征峰，看其周圍是否干凈，如果有干擾離子，則升高柱溫、進樣口溫度，先將雜質高溫燒掉，確保m／z100的周圍干凈，方可進行調諧。調諧過程中，若增益部分的校正不能通過，m／z502的特征峰找不到或電子倍增管的電壓增加太多，接近100V，則很有可能是離子盒、透鏡或預四級桿太臟，需要清洗［10］。

（5）離子源和預四級桿的清洗。清洗前先準備好相關的工具及試劑，然后打開機箱，小心地拔開與離子源連接的電線，擰松螺絲，取下離子源。取預四級桿之前先取下主四極桿，豎放在無塵紙上，再取下預四級桿待洗。注意整個操作過程一要小心謹慎、輕拿輕放，二要避免灰塵進入腔體。將離子源各組件分離，在離子源的所有組件中，燈絲、線路板和黑色陶瓷圈是不能清洗的。而離子盒及其支架、三個透鏡、不銹鋼加熱塊以及預四級桿需要用氧化鋁擦洗，用甘油將氧化鋁粉調成糊狀，用棉簽蘸著擦洗，重點擦洗上述組件的內表面，即離子的通道。氧化鋁擦洗完畢后，用水沖凈，然后分別用去離子水、甲醇、丙酮浸泡，超聲清洗，待干后組合好離子源，先安裝好預四級桿、四極桿，最后小心裝回離子源，蓋好機箱，清洗完畢。

6 結論

氣質聯用儀的正確操作和良好維護是保證分析數據準確可靠的重要前提。儀器管理人員需要加強對儀器結構、功能和控制原理的了解，做好儀器的日常記錄和維護，逐漸積累經驗，減少儀器故障，延長儀器的使用壽命，更好地為教學科研服務。

［1］Thermor Fisher Trace 2000DSQ II單四級桿氣相色譜質譜聯用培訓教材［M］：1－39.

［2］郭麗，潘英，亢銳.氣相色譜－質譜聯用儀的日常維護［J］.計量與測試技術，2011，38（7）：4－5，7.

［3］張寶華，韓江振，白月霞，蘇果歲.提高氣相色譜－質譜聯用儀靈敏度的方法［J］.化學分析計量，2008，17（5）：63－66.

［4］于雅琴，吳光紅.氣相色譜－質譜聯用儀的維護及保養［J］.分析試驗室，2008，27（增刊）：410－412.

［5］王波.毛細管氣相色譜柱的使用及常見故障分析［J］.現代儀器，2008（5）：57－58，73.

［6］董靜，潘玉香，朱莉萍，孫軍，宮小明.淺談四級桿氣相色譜質譜聯用儀的操作維護及保養.中國衛生檢驗雜志，2007，17（6）：1126－1128.

［7］盛龍生，蘇煥華，郭丹濱.色譜質譜聯用技術［M］.北京：化學工業出版社，2006：1－16.

［8］杜珊，張延.質譜儀真空系統的故障診斷及使用維護［J］.合肥學院學報（自然科學版），2006，16（3）：52－54.

［9］劉琪，王樹槐.氣相色譜－質譜聯用儀常見故障的排除［J］.化學分析計量，2003，12（4）：49－51.

［10］汪正范，楊樹民，吳侔天.色譜聯用技術［M］.北京：化學工業出版社，2001：32－35.