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气相色谱仪故障和操作失误的排除
气相色谱仪由六大单元组成,任一单元出现问题最终都会反映到色谱图上。现代的
气相色谱仪很多都具备故障诊断功能,不同程度地给出仪器故障的判断。尽管如此,许多的问题尤其操作失误的问题仍需靠工作人员的努力。故障和失误可以采用逐个单元检查排除法,本文从分析人员的角度来讨论仪器故障的排除和分析人员操作失误或操作不当引起问题的排除。
2.1气路
气路的检查在故障的排除中往往十分有效,主要是检查:
1气源是否充足(一般要求气瓶压力必须≥3MPa,以防瓶底残留物对气路的污染);
2阀件是否有堵塞、气路是否有泄漏(采用分段憋压试漏或用皂液试漏);
3净化器是否失效(看净化器的颜色及色谱基流稳定情况);
4阀件是否失效或堵塞(看压力表及阀出口流量);
5汽化室内衬管是否有样品残留物及隔垫和密封圈的颗粒物(看色谱基流稳定情况);
6喷口是否堵塞(看点火是否正常);
7对敏感化合物的分析,气化室的衬管和石英玻璃毛还必须经过失活处理。
在使用毛细管柱时,其柱头压力见表1。这可以作为柱前压力控制的参考。
表1 柱头压力近似值表
柱温 20℃;载气(氦气)线速 30cm/s;液膜厚度 0.25um
柱长/m 柱内径I.D.
0.05mm 0.10 mm 0.18 mm 0.25 mm 0.32 mm 0.45 mm 0.53 mm
10 110psig 27 psig 7.3 psig 3.8 psig 2.3 psig 1.2 psig 0.8 psig
15 54 psig — 5.7 psig 3.4 psig 1.7 psig 1.3 psig
20 15 psig — — — —
25 — 10 psig 5.8 psig 2.9 psig 2.1 psig
30 — 12 psig 6.9 psig 3.5 psig 2.5 psig
40 32 psig — — — —
50 — 21 psig 12 psig 5.8 psig 4.2 psig
60 — 25 psig 15 psig 7.0 psig 5.0 psig
100 — 42 psig 25 psig 12 psig 8.6 psig
注:psig指每平方英寸磅表压,换算为标准单位近似为1psig=6894.76pa
以上所有值载系指载气为氦时,氢与之相近 ;采用氮气时柱前压明显增高。液膜厚度增加或载气流速增大时柱前压也明显增高,反之亦然。
2.2色谱柱系统
色谱柱是分析的心脏部分,往往色谱图上的许多问题都与色谱柱系统密切相关,为此必须按以下步骤检查柱系统。
2.2.1色谱柱的连接
检查柱后是否有载气;柱子连接是否有问题;尤其是毛细管柱的柱头是否堵塞;切割是否平整;是否有聚酰亚胺涂层伸过柱端;毛细管柱两头插入汽化室和检测器的位置是否正确;柱子是否超温运行或未老化好;密封圈选择是否合理。
毛细管柱在选用密封圈时必须考虑:石墨垫易变形,有极好的再密封性,其上限温度是4500C;VespelTM很坚硬,再密封性受影响,其上限温度为3500C。VG1和VG2是由石墨和VespelTM组成,改善了再密封性,可重复使用,上限温度为4000C。
不锈钢填充柱在高于2000C时,可选用石墨、不锈钢或紫铜作封圈;在低于2000C时,可选用硅橡胶或聚四氟乙烯作密封圈。玻璃填充柱可根据使用温度分别选用石墨、硅橡胶或聚四氟乙烯作密封圈。
2.2.2色谱柱的柱容量
柱容量在柱分析中是很重要的影响因素。柱容量的定义是:在色谱峰不发生畸变的条件下,允放注入色谱柱的单个组分的最大量(以ng计)。当注入色谱柱的单个组分的量超出柱容量,则出现前伸峰(或前沿峰)。前伸峰使色谱峰展宽,从而造成可能的积分误差及共洗脱问题,并出现保留时间的变化。
柱容量与单位柱长内所存在的固定相数量有关,表2列出某些毛细管柱通用的样品量,在选择进样量与分流比时必须考虑。
表2 样品柱容量近似值
容量 膜厚度
内径 0.1um 0.25 um 0.5 um 0.11 um
0.10 mm 10 ng 30~40 ng 50~70 ng 100~200 ng
0.18 mm 20~30 ng 60~80 ng 100~150 ng 250~350 ng
0.25 mm 30~40 ng 125~175 ng 175~250 ng 400~500 ng
0.32 mm 50~70 ng 200~250 ng 250~350 ng 600~800 ng
0.45 mm 80~100 ng 300~400 ng 400~500 ng 800~1000 ng
0.53 mm 100~120 ng 400~500 ng 500~700 ng 1000~1500 ng
典型的例子是采用0.25mm内径,液膜厚度为0.25μm的毛细管柱,分析组分浓度约为1%~2%,进样1ml时,其分流比就必须控制在1:100,这时被分析组分的量大约为125~175ng,若分析组分浓度高于1%~2%,就必须减少进样量或增加流比,否则就会出现前沿峰,其他类推。
2.2.3载气的线速
载气在
气相色谱分析中的影响不仅表现在载气速度影响溶质分子沿柱的移动速度;而且溶质扩散会通过载气影响色谱峰的扩张,通常表现在对理论塔板高度的影响。
在维持柱效降低不大于20%的情况,氢气、氦气、氮气的线速分别可采用35~120cm/s、20~60cm/s、10~30cm/s。从而可能看出采用不同的载气,可适用的线速范围有很大的不同。不同管径的
气相色谱毛细管柱的最佳线速和流量可参考表3进行调节。
表3 毛细柱最佳线速和流量
内径/mm 0.10 0.25 0.32 0.53
线速/(cm/s) 40~50 25~35 20~35 18~27
流量/(ml/min) 0.2~0.3 0.7~1 1~1.7 2.4~3.5
对不同的检测器可以用不同化合物作为死时间性tM(s)计算的基础,
FID:甲烷或丁烷
ECD:二氯甲烷或二氯二氟甲烷(柱温高于500C)
NPD:乙腈(柱温高于900C)
TCD:MS:甲烷、丁烷和空气
PID、ELCD:氯乙烯
载气的线速u可以从tM计算。
2.2.4色谱柱的流失
柱流失一直是色谱工作者关心的课题,当系统泄漏进入氧气或有样品污染,都会导致色谱柱内固定相分解,最后表现在基线上,其现象与处理分别如下:1基线急剧上升,形成峰后呈下降趋势,这可能是因为系统曾泄漏进入氧气,这时色谱柱需老化至基线正常。2基线急剧上升,伴有假峰持续出现,基线到达最高处后成持续下降趋势,这可能是有非挥发性样品污染色谱柱,导致过量柱流失,解决的方法是先截取色谱柱柱头0.5m,而后在高温下老化色谱柱至基线正常。3基线急剧上升,一直维持在某一水平,这可能是一个未知因素未被排除,必须想法排除。