氣相色譜分析儀的原理與檢定問題的研究

李萍

摘 要：本文探討了氣相色譜分析儀的原理，并分析了檢定過程中的一些常見問題，結合實際經驗提出解決方法。

關鍵詞：氣相色譜儀檢定問題

1、氣相色譜儀的原理

氣相色譜儀利用試樣的各組成成分在固定液和氣相分配系數的不同，在氣化后的試樣隨載氣進入色譜柱中運行后，組成成分就會在其中的兩相間反復多次分配，因為各組成成分的吸附和溶解能力不同，所以各組成成分在色譜柱的運行速度也就不同，經過一定的柱長后，便會彼此分離，按照順序離開色譜柱進入到檢測器，各組成成分產生的離子流訊號經過放大，在記錄器上顯示出各組成成分的色譜峰。氣相色譜法也稱氣體色譜法或者氣相層析法，是以一種以氣體為流動相，采取沖洗法的柱色譜分離技術。分離的主要依據是樣品中各組成成分在色譜柱中溶解度或吸附力不同，換句話說，是利用各組成成分在色譜柱中固相和氣相分配系數的不同來達到樣品的分離。

2、氣相色譜儀檢定中常見理論問題分析與解決方法

2.1 儀器測定時不出峰

氣相色譜儀發生不出峰的原因主要為：①氣相色譜儀至積分儀電路接線發生故障。其主要解決方法為，首先調節儀器，觀察儀器是否出現衰減及電流等參數，若儀器信號不發生改變，則可初步判定為接線故障，再對接線進行進一步的檢查。②FID、FPD 檢測器火焰熄滅。其原因為氫氣流量太小或太大。檢查檢測器火焰是否熄滅的常規方法為用鏡子等光亮金屬靠近檢測器排氣口，若工具表面未出現水凝珠則火已熄滅。③氣路漏氣。若出現氣路漏氣應當暫關儀器，在處于室溫條件下利用試漏液或肥皂水對各個接頭進行檢查，直到尋找到漏氣點為止。對于儀器測定時不出峰可檢查檢測器有無反應，對于熱導檢測器應采用最簡單的氣路堵放試驗，具體方法為用手堵住熱導檢測器的出口，再突然放開，使產生氣流波動，若基線出現波動，則說明導熱檢測器有響應。其次再進行火焰熄滅檢查和氣路漏氣檢查。

2.2 儀器靈敏度不符合規程

若氣相色譜儀出現靈敏度不符合規程其原因多數歸結于檢測器出現問題。若ECD 檢測器放射源失效則應更換檢測器，所以在使用過程中應注意載氣的純度及溫度，若出現載氣純度不夠、溫度過高等以免對檢測器造成損壞。FID 檢測器的氫氧比例不合適。檢測器的氫氧比需通過實驗確定，若比例沒有達到合適值則靈敏度不能達到規程要求。同時若出現氣路漏氣也會造成儀器靈敏度不符合規程。處理方法同上面一致。

2.3 定量重復性差

定量重復性差的主要原因為：①微量進樣器存在氣泡或污垢。為避免氣泡和污垢的出現，在進樣前需進行觀察，做好清洗工作，必要時進行調換。②進樣口溫度偏低未能完全氣化樣品，所以對于進樣口溫度應嚴格控制。③進樣隔墊老化或漏氣，觀察隔墊上有無明顯針孔或碎屑即可，有則立即更換。④溶劑峰與樣品峰沒有良好分離，這種想象將會直接導致樣品峰的重復性。此時只需降低流速或柱溫即可，必要時進行更換色譜柱，色譜柱應選擇柱效高、擴散大的。

2.4 基線漂移過大

當系統穩定時間不夠時會導致極限漂移過大，儀器的常穩定時間為一小時。而ECD 檢測器的穩定時間則更長。色譜柱若出現流失，如色譜柱老化時間不夠，基線將表現為由上向下，解決方法為升高柱溫加速老化。若柱溫溫度過高，超過色譜柱最高使用溫度基線將由下向上，可進行降溫或更換色譜柱處理。TCD 檢測器橋流過高，橋流允許值不符合穩定設定值基線將由下向上漂移，嚴重者會燒壞檢測器。若出現這種情況應立即降低橋流。氣路漏氣同樣也會造成基線漂移過大。

2.5 基線噪聲過大

基線噪聲過大的主要原因為載氣流速過大、FID 檢測器有積炭、ECD 檢測器載氣未脫氧或FPD 檢測器內有冷凝水。首先，應該檢查檢測器火焰是否熄滅，其次，檢查檢測器噴嘴或收集板上是否有炭，并按說明書要求進行處理。最后，對于ECD 檢測器要使用高純氧氣或加裝脫氧管，并提高FPD 檢測器的溫度。

3、結合試驗操作分析氣相色譜儀檢定措施

工廠中使用的氣相色譜儀一般只對氣體樣品進行分析，操作環境室溫，選用低柱溫。在測定柱溫的控溫精度和穩定性及基線噪音和漂移等指標時應確保色譜柱溫度低于老化溫度。其主要原因為避免檢測器內雜質對基線的穩定和準確性造成影響，同時避免低溫固定相流失或失效。某些氣相色譜儀承擔組成復雜的樣品分析，多配置有多色譜柱，對閥的多維色譜體統進行多切換。例如煉廠氣組成分析、膠廠碳四氣體分析等系統。由于柱系統的連接復雜且不容輕易更換，色譜周不能輕易拆換，所以，檢定柱溫的控溫精度等指標只能在其特定使用的柱溫條件下，對于需要長期連續運轉并且定時分析固定樣品的儀器，由于色譜儀一直處于長期運行的狀態中，使得儀器性能相對穩定，但也不能排除有其他干擾因素。

由于TCD 檢測器的設計原理為不同氣體有不同的導熱系數。載氣一般選擇氫氣和氦氣，并且其純度應較高，以確保儀器的靈敏度。有研究表明，將純度為98%的載氣氫氣換成純度為99.9999%的載氣氫氣，檢測器的靈敏度提高了15%，測量載氣的流速的設備和方法誤差應較儀器載氣流速穩定性小，載氣的流量應綜合標準物質的分離情況而定，當標準物質為分開、色譜峰有脫尾時要適當降低載氣流速。在使用甲烷標準氣檢定TCD 檢測器性能指標時，當5A 分子篩色譜固定在較低柱溫時對甲烷的吸附保留行為較強，甲烷色譜峰的面積與檢測器的橋流、靈敏度直接相關，橋流小且靈敏度低，色譜峰面積小或無色譜峰。若出現這種情況通過更換定量管加大進樣量和橋電流，或者提高柱溫，將保留時間減短，確保色譜儀的基線達到重新穩定。由于工廠生產的連續性，在檢定FID 檢測器時，一般不更換色譜柱系統，應采用較低甲烷沸點，這樣可快速完成色譜檢測器的性能檢定。對色譜檢測器性能的測定可采用甲烷和苯標準樣品，這兩種樣品可適應于低溫柱或低溫色譜固定相的要求，并且能達到快速出峰。對色譜峰信號的采集，不同色譜數據采集系統間存在差別，在計算時要加以校正，以免檢測器的靈敏度和檢測限的數據出現較大差別。

氣相色譜儀檢定中溫度和壓力對結果的準確性有嚴重影響，描述溫度波動一般采用絕對表示法。在檢測過程中，色譜數據的記錄一般以記錄儀、積分儀或色譜數據工作站為依據。對基線噪音、基線漂移、檢測器的靈敏度及檢測限等指標進行計算。在實際工作中，新型氣相色譜儀的輸出信號并非檢測器原始信號，其峰面積結果會存在較大差異，所以對于這類儀器帶TCD 檢測器的也應以檢測限作為技術指標，不能只檢定靈敏度。

4、結束語

氣相色譜儀在實際使用中會遇到各種問題，其不僅出現在檢定工作中，而且在應用儀器分析樣品時同樣也會出現，因此掌握氣相色譜儀在檢定中的常見問題，并提出解決方法是非常必要的，其不僅能夠提高檢定和分析工作的效率，而且進一步提高了檢定的準確率，同時也為實際操作中所遇到的問題提供理論依據。

參考文獻

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