氣相色譜儀的維護和保養研究

張樣盛++肖霏++呂萍

摘要：探討了氣相色譜儀氣路系統、進樣系統、分離系統和檢測器的維護和保養，以期為色譜工作者維護和保養好氣相色譜儀提供參考。

關鍵詞：氣相色譜儀； 系統； 維護；保養

中圖分類號：R955

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）12026003

1引言

自1952年馬丁和詹姆斯發明了氣-液色譜方法以來，特別是1957年戈雷發明了開口毛細管柱，使得氣相色譜得到快速發展。當前，氣相色譜法在環境科學研究、環境監測、食品檢測、石油化工等領域的應用日益廣泛，由于其靈敏度高、選擇性好、分離效率高、分析速度快等特點，已成為環境污染物分析的兩大支柱之一[1，2]。在《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）109項因子中有59項用氣相色譜法分析[3]。

盡管氣相色譜儀的外形、結構多種多樣，但組成總是包括氣路系統、進樣系統、分離系統、檢測系統和數據處理系統5個部分[4]，熟練掌握氣相色譜儀各個系統的結構組成和工作原理，有助于對其進行合理的維護保養，確保氣相色譜儀的穩定運轉，從而節約分析成本，延長氣相色譜儀的使用壽命。

2氣路系統的維護和保養

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

（1）因塑料管道會滲透氧氣和其他污染物，因此只能使用銅或不銹鋼材質的管線和連接，還應確保管線的潔凈。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，鋼瓶中的氣體會含有微量的水、氧氣和烴類化合物，水的存在對電子流量控制裝置、色譜柱（特別是極性色譜柱）、檢測器（電子捕獲檢測器）均有較大的損害，降低其使用壽命；氧氣的存在會破壞色譜柱的固定相，降低電子捕獲檢測器的性能；烴的存在會提高檢測器的本底輸出，增大噪聲。

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

（3）氣體的使用壓力要合適。長期的高壓會損壞電子流量控制裝置。

3進樣系統的維護和保養

進樣系統一般有分流/不分流進樣口、隔墊吹掃填充柱進樣口、冷柱頭進樣口、多模式進樣口、揮發進樣口等類型。日常分析中，分流/不分流進樣口使用最多也最為廣泛，下面以分流/不分流進樣口為例，介紹進樣口的組成及維護。

分流/不分流進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行分離。由于其需要維護的配件很多，進樣口也是最容易出現故障的地方，據氣相色譜故障統計，有90%的問題出現在進樣口。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常維護和保養的。

（1）及時更換密封隔墊。由于密封隔墊經常被進樣針刺穿，如果不及時更換會發生系統漏氣、出現鬼峰等現象，還會有隔墊碎屑掉入襯管，影響分析。

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

（3）定期檢查襯管，必要時進行清洗或更換。襯管是液體樣品氣化的地方，大多數分流/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，減少熱量不均勻現象，可以捕集隔墊碎片和不揮發組分，防止這些物質進入色譜柱，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壁是很容易臟的地方，對于污染嚴重的襯管應直接更換，對于污染不太嚴重的襯管可以進行清洗，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行脫活處理，最后進行干燥，完畢后裝入進樣口內，整個過程要避免劃傷襯管內表面。但也有部分襯管不需要硅烷化處理。

（4）定期檢查分流平板，必要時進行清洗或更換。分流平板起一個分流的作用，將不進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組分的污染，導致重現性差和出現鬼峰，污染較輕的可以通過有機溶劑超聲處理，清洗掉污染物，烘干后進行硅烷化。

（5）定期更換分流出口捕集阱濾芯。當捕集阱飽和的時候，會導致基線不穩或出現鬼峰，甚至堵塞分流出口，必要時應更換捕集阱內的濾芯。

（6）清洗進樣口。當在更換襯管等部件后，出現的問題仍未解決，則需要清洗進樣口了，將進樣口上方的隔墊、襯管，下方的色譜柱、分流平板全部取出，在進樣口下放置一燒杯，用蘸有有機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分離系統的維護和保養

分離系統有色譜柱和柱溫箱兩個部分，毛細管色譜柱一般是外層涂有聚酰亞胺保護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相和固定相之間進行分配，當流動相中所含混合物經過固定相時，就會與固定相發生作用，由于各組分在性質和結構上的差異，與固定相發生作用的大小、強弱也有差異，因此在統一載氣推動力的作用下，按先后不同的次序從固定相中流出至檢測器。 因此，對色譜柱進行合理的維護是非常重要的。

（1）正確安裝色譜柱。選擇適合于進樣口、色譜柱和檢測器的密封墊，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，將色譜柱裝入進樣口和檢測器，插入的距離按儀器使用說明書的要求執行，色譜柱須置于柱架上，不能接觸柱箱壁。

（2）正確老化色譜柱。老化是驅除色譜柱的殘余的揮發性有機物，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）老化2 h。

（3）先開氣再開機，先關機再關氣。使用氣相色譜儀全過程中，確保載氣一直流過色譜柱，關機時，柱溫箱在50℃以下才能關機關氣。

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

（5）防止色譜柱發生物理損壞、化學損壞、熱損壞、氧損壞和被污染。但在現實應用中，或多或少會出現以上問題，可以通過切割已損壞或被污染的一段來修復色譜柱，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，防止氧氣和灰塵進入，氧化、污染色譜柱，存放于陰涼干燥處。

5檢測器的維護和保養

氣相色譜儀的檢測器是感應載氣中組分變化并將相關信息轉變為電信號的裝置，有10多種類型，在日常分析中，氫火焰離子化檢測器（FID）、電子捕獲檢測器（ECD）和火焰光度檢測器（FPD）的使用相對頻繁，下面主要介紹FID、ECD和FPD的組成及如何對其進行維護和保養。

5.1FID的維護和保養

FID是一個破壞性、質量型檢測器。當含碳有機化合物燃燒時，火焰中產生大量的碳正離子，極化電壓將碳正離子吸引到火焰旁邊的收集極上，產生的電流與燃燒的樣品量在一定范圍內成正比，進而進行定性和定量分析。其主要由收集極、點火線圈、絕緣片、靜電計、噴嘴、加熱模塊和傳感器及連接保溫裝置組成，分析樣品時，如長期使用硅酮類固定液時，由于固定液揮發燃燒產生的二氧化硅容易沉積在收集極表面和堵塞噴嘴，導致其靈敏度下降和點火困難，可以從以下幾個方面對其進行維護和保養。

（1） 根據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，小心插入拉出數次，直到金屬絲可光滑移動，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側，再超聲清洗5 min，用鑷子取出噴嘴，先用熱自來水，然后用少量色譜級甲醇徹底淋洗噴嘴，再用氮氣氣流快速吹干噴嘴，放在紙巾上晾干。

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

5.2ECD的維護和保養

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

將色譜柱從檢測器上取下，用色譜柱螺帽和無孔密封墊堵住檢測器接頭；

將檢測器溫度設為300～375℃，尾吹氣設為60 mL/min，柱箱溫度設為250℃；

熱清洗4～5 h后，將系統冷卻至正常操作溫度，檢查輸出值。

及時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，檢測器出口管線必須通往室外。

5.3FPD的維護和保養

FPD是利用富氫火焰使含硫，磷雜原子的有機物分解，形成激發態分子，當它們回到基態時，發射出一定波長的光。此光強度與被測組分量成比例。所以它是以物質與光的相互關系為機理的檢側方法，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，日常的維護主要是清潔和更換濾光片，一般不建議拆開維護。

準備好帶濾光擋片的硫濾光片、磷濾光片、棉簽或牙簽、擦鏡紙和不脫毛手套等；

關閉靜電計、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濾光片；

裝入光電倍增管；

分析樣品室，應避免使用腐蝕性強的氯化有機溶劑和確保鋼瓶及發生器安裝的為不含S的密封圈。

6結語

氣相色譜已成為檢驗檢測實驗室標配的大型儀器設備，這就要求分析人員不僅熟練操作儀器，還要學會如何維護和保養好儀器，才能確保氣相色譜儀的穩定運轉，得到準確可靠的分析數據，同時也節約分析成本，延長氣相色譜儀的使用壽命，為實驗室帶來經濟效益。

參考文獻：

[1]

王永華. 氣相色譜分析應用（第一版）[M]. 北京： 科學出版社， 2006：21～26， 50.

[2]傅若農. 近年國內外毛細管氣相色譜柱的進展和趨向[J]. 分析試驗室， 2009， 28（3）： 103～122.

[3]國家環境保護總局.GB 3838-2002，地表水環境質量標準[S].北京：中國環境科學出版社，2002.

[4]朱明華. 儀器分析（第三版）[M]. 北京： 高等教育出版社， 2000：4～5.

[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.