氣體穩(wěn)流閥在火焰離子化氣相色譜中的應(yīng)用

羅 旭，孫曉麗

(中昊光明化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧 大連 116031)

隨著科技的發(fā)展，色譜儀器技術(shù)也在突飛猛進(jìn)，從早期的國(guó)外技術(shù)壟斷到現(xiàn)在的自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)，科研人員付出了諸多的汗水。現(xiàn)如今，色譜儀器產(chǎn)品種類越來(lái)越多，其中氣相色譜尤以使用方便、價(jià)格相對(duì)低廉等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。在應(yīng)用范圍方面，氣相色譜主要可以分為通用型和專用型兩大類。通用型氣相色譜檢測(cè)范圍廣，缺點(diǎn)是靈敏度低，針對(duì)性不足。專用型氣相色譜一般為儀器廠家專門為使用廠家定制，專在某一領(lǐng)域特定的某些組分，具有靈敏度適中等特點(diǎn)。

氣體穩(wěn)流閥，可以在阻力發(fā)生變化時(shí)保持氣體流速不變，是氣相色譜儀器中最常用的一個(gè)部件，通常串接在氣體穩(wěn)壓閥后端，是保證氣體流速穩(wěn)定的重要組成。氣體穩(wěn)流閥常用在熱導(dǎo)等濃度型檢測(cè)器上，在火焰離子化等質(zhì)量型檢測(cè)器上使用的情況相對(duì)較少。中昊光明化工研究設(shè)計(jì)院有限公司生產(chǎn)的GAS-D030型氣相色譜儀是一種配有雙切換柱、單火焰離子化檢測(cè)器的專用型氣相色譜，具有靈敏度高，針對(duì)性強(qiáng)，使用方便，價(jià)格便宜等特點(diǎn)，能夠檢測(cè)食品二氧化碳國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的大部分項(xiàng)目。本文主要以GAS-D03型氣相色譜儀為實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)討論氣體穩(wěn)流閥在火焰離子化氣相色譜中的作用與必要性。

1 儀器設(shè)備

1.1 標(biāo)準(zhǔn)氣體

以氮?dú)鉃槠胶鈿獾穆纫蚁?.5×10-6(體積分?jǐn)?shù))；以氮?dú)鉃槠胶鈿獾穆纫蚁?.3×10-6(體積分?jǐn)?shù))、乙醛0.5×10-6(體積分?jǐn)?shù))、甲醇5×10-6(體積分?jǐn)?shù))、乙醇5×10-6(體積分?jǐn)?shù))、苯0.2×10-6(體積分?jǐn)?shù))；以氮?dú)鉃槠胶鈿獾谋健⒓妆健⒁冶健?duì)二甲苯各0.1×10-6(體積分?jǐn)?shù))；高純氮，均為中昊光明化工研究設(shè)計(jì)院有限公司生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備

GAS-D030型氣相色譜儀，配有FID檢測(cè)器，PEG-20M和硅油雙色譜柱，中昊光明化工研究設(shè)計(jì)院有限公司生產(chǎn)。JLF-2精密穩(wěn)流閥，臺(tái)州市創(chuàng)導(dǎo)科學(xué)儀器有限公司。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 穩(wěn)流閥在柱溫改變時(shí)的作用

下面為有穩(wěn)流閥和無(wú)穩(wěn)流閥的情況下分別做的兩次實(shí)驗(yàn)，以氯乙烯為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，在柱箱溫度不斷升高的情況下，氯乙烯峰高變化情況。

圖1所示為氯乙烯標(biāo)氣在裝有穩(wěn)流閥的GAS- D030型氣相色譜上的色譜峰高隨柱箱溫度升高的變化曲線。可以看出，隨著柱溫的逐漸升高，氯乙烯色譜峰的峰高也隨之增大，100 ℃之后繼續(xù)升溫，增大效果相比低溫時(shí)略小，整體呈上漲趨勢(shì)。符合氣相色譜組分保留時(shí)間隨色譜柱溫度變化的基本規(guī)律。

圖1 峰高隨柱溫變化曲線(有穩(wěn)流閥)

圖2所示為氯乙烯標(biāo)氣在沒(méi)有穩(wěn)流閥的GAS- D030型氣相色譜上的色譜峰高隨柱箱溫度升高的變化曲線。根據(jù)圖2曲線可以看出，隨著柱溫的逐漸升高，氯乙烯色譜峰的峰高隨之增大，在80℃時(shí)達(dá)到最大，然后逐漸減小。這是因?yàn)樵谥鶞厣叩耐瑫r(shí)，色譜柱的阻力也逐漸增大，由于儀器沒(méi)有安裝穩(wěn)流閥，所以載氣流速隨柱溫升高不斷降低，載氣、燃?xì)狻⒅細(xì)饬魉倥浔劝l(fā)生變化，導(dǎo)致靈敏度降低。

圖2 峰高隨柱溫變化曲線(無(wú)穩(wěn)流閥)

2.2 穩(wěn)流閥在色譜柱切換時(shí)的作用

現(xiàn)如今氣相色譜一般為一機(jī)多用，GAS-D030型氣相色譜為雙柱單檢測(cè)器，具有靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便，價(jià)格優(yōu)惠等特點(diǎn)，在使用時(shí)需要經(jīng)常切換色譜柱進(jìn)行相應(yīng)的組分分析。由于兩個(gè)色譜柱的阻力不可能完全相同，甚至相差巨大，如果儀器沒(méi)有安裝穩(wěn)流閥，在對(duì)載氣進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，會(huì)由于操作上的差異，導(dǎo)致設(shè)備的穩(wěn)定性發(fā)生變化，不利于使用。而在穩(wěn)壓閥后端接裝穩(wěn)流閥則可避免這一缺點(diǎn)。

圖3 多組分在PEG-20M色譜柱上的譜圖

如圖3所示，在保證氯乙烯、乙醛、甲醇、乙醇、苯等組分在PEG-20M色譜柱上具有適當(dāng)?shù)姆蛛x度和保留時(shí)間的前提下，儀器的其它條件不發(fā)生變化，進(jìn)行有穩(wěn)流閥和無(wú)穩(wěn)流閥兩種情況的色譜柱切換實(shí)驗(yàn)。

圖4 多組分在硅油色譜柱上的譜圖(有穩(wěn)流閥)

圖5 多組分在硅油色譜柱上的譜圖(無(wú)穩(wěn)流閥)

根據(jù)圖4圖5的譜圖對(duì)比可以看出，在保證儀器條件不變的情況下，沒(méi)有穩(wěn)流閥情況下的組分保留時(shí)間變長(zhǎng)，這是因?yàn)榇斯栌蜕V柱的阻力要大于PEG-20M色譜柱的阻力，在進(jìn)行色譜柱切換時(shí)，沒(méi)有穩(wěn)流閥會(huì)造成柱阻力變大，載氣流速降低，造成組分靈敏度降低。

2.3 穩(wěn)流閥在氣相色譜上的不足

穩(wěn)流閥在氣相色譜上的使用，會(huì)給使用者帶來(lái)諸多便利，對(duì)儀器的穩(wěn)定性和實(shí)驗(yàn)探索也有良好的保證，但也存在著某些問(wèn)題。下面為在常壓進(jìn)樣條件下，有無(wú)穩(wěn)流閥的高純氮零點(diǎn)氣進(jìn)樣譜圖。

圖6 PEG-20M色譜柱高純氮譜圖(有穩(wěn)流閥)

圖7 PEG-20M色譜柱空高純氮譜圖(無(wú)穩(wěn)流閥)

如圖6所示，在有穩(wěn)流閥的儀器上進(jìn)行高純氮零點(diǎn)氣進(jìn)樣，可以看到進(jìn)樣初期會(huì)有明顯的信號(hào)峰。當(dāng)在對(duì)保留時(shí)間較快的組分進(jìn)行分析時(shí)，信號(hào)峰會(huì)干擾分析造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。而在只安裝了穩(wěn)壓閥的儀器上卻沒(méi)有明顯的信號(hào)峰出現(xiàn)，如圖7所示。

3 結(jié) 論

穩(wěn)流閥能夠很好的保證在柱溫改變或者色譜柱切換使用時(shí)，流經(jīng)色譜柱的載氣流速不發(fā)生變化，對(duì)火焰離子化氣相色譜的高靈敏度、良好的穩(wěn)定性、操作便利性有著重要作用。但是也不能盲目的進(jìn)行使用，應(yīng)當(dāng)充分考慮組分的保留時(shí)間長(zhǎng)短，倒信號(hào)峰是否會(huì)與組分峰重疊，干擾分析結(jié)果。