主题:【第十三届原创】气相色谱仪流量控制原理与维护 (六-九) 进样口的三流量

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气相色谱仪流量控制原理与维护

(六) 柱流量

概述



以分流/不分流进样口为例,讲述气相色谱仪进样口色谱柱流量的控制原理和注意事项。



用压力代替流量

气相色谱仪常见的电子流量控制器,实际是通过控制进样口压力的方式来实现色谱柱流量的调节。在确定的柱温、载气种类、色谱柱尺寸之下,进样口压力和色谱柱流量之间存在确定的数学关系。

liuliang Fc)与进样口压力的关系如图1所示。需要注意的是,该公式给出的柱流量(Fc),为平均流量。

色谱柱流量与压力的关系



那么色谱仪面板或者色谱数据工作站设定的柱流量值,是根据色谱柱的尺寸规格和载气类型以及色谱柱温度条件计算出来的。那么在操作的时候,就需要注意,色谱工作站进行硬件配置的时候,特别重要的是色谱柱尺寸的正确输入。

否则有可能色谱柱流量难以控制或者已经开发完毕的分析方法无法正常转移到其他气相色谱仪上。

例如工作站(或者色谱仪内置固件)中配置了小口径、长度较大的色谱柱,实际安装的色谱柱为大口径、长度较小的色谱柱,那么开机后,可能会造成进样口压力难以达到设定值,甚至出现泄漏的误报警。

此外,如果色谱柱发生靠近检测器部分的断裂(有效色谱柱长度变化不大),或者色谱柱内部发生堵塞等问题,电子流量控制模块是无法识别的。

建议色谱从业者,养成在分析之前确认色谱柱流量的习惯。常见的操作是这样的,安装好色谱柱的进样口部分,然后开启色谱系统的流量控制,然后将色谱柱的出口浸入装有溶剂的小瓶,观察色谱柱出口的气泡是否正常,然后在进行下一步的操作。



小结



色谱工作站或者色谱硬件给出的柱流量,需要加以确认。

(七) 柱流量和线速度的选择
    概述
  两个问题,平均流速和柱后流速。线速度和柱流量的关系。

  色谱分析时,需要根据色谱柱和分析条件的不同,选择合适的柱流速,已实现在较快速度下完成较高柱效的色谱分析。
  经常可以在文献中看到色谱柱流量和线速度的提法,二者的区别可以参见:

  https://bbs.instrument.com.cn/topic/4462136

  常见的色谱理论书籍里面都会提到范德蒙特方程曲线,如图2所示:



由于气体的粘度随温度上升而增加,如果宽范围的程序升温中使用恒压力方式,可能会造成高温段下的塔板数下降。例如氮气做载气的某色谱实验,初始柱温下设定线速度为20cm/s,随着柱温不断升高,色谱柱线速度会逐渐降低,工作点可能会达到U型曲线的左侧,使分析柱效降低。

程序升温建议使用恒线速度方式,可以在整个分析过程中实现较高和较稳定的柱效。

所谓恒线速度或者恒流量在仪器技术上也比较简单,只要根据色谱柱的温度程序,进样口电子流量控制给出对应的压力程序即可。此种情况下,因为进样口压力不断上升,需要注意色谱仪外接气源的压力是否满足要求。

小结



温度范围较宽的程序升温分析,建议采用恒线速度方式来控制柱流量。

(八)隔垫吹扫流量

        概述
  隔垫吹扫流量的作用,控制方式和注意事项

        进样隔垫吹扫气的作用
  进样隔垫在存贮过程中可能会吸附环境空气中的有机杂质而造成污染,或者污染来自进样隔垫的制造工艺,或者来自分析过程中样品的不断进样——进样隔垫在每次液体进样中,都会擦拭可能残留有样品和杂质的进样针外壁。
  受污染的进样隔垫在较高的分析温度之下,可能会释放出某些挥发性物质,从而干扰色谱图。比较典型的现象是,在程序升温色谱分析条件下,谱图中出现较多强度接近,保留时间间隔相近的鬼峰。
  在进样隔垫的下方,供给较低流量的隔垫吹扫气(常见的流量范围1-6ml/min),有助于减弱或者消除此类鬼峰。
        进样口压力的限制
  电子流量控制器中对隔垫吹扫气的控制原理和色谱柱流量比较近似,实际上都是在控制流路的压力。隔垫吹扫流路位于进样口出口之后,那么隔垫吹扫的压力必然会收到进样口压力的限制,这一点需要色谱工作者特别的予以注意。
  例如在使用大内径、长度较短色谱柱的场合下,进样口压力设定值一般可能会低于30kPa(或者5psi),此时隔垫吹扫气的流量就不可以设定的过高。否则可能会出现隔垫吹扫气不能达到设定值,从而造成色谱系统的错误流量报警。
  为避免错误报警,可以采用比较简单的设定方法,将进样口压力值(kPa)除以10,设置为隔垫吹扫流量值的上限,例如进样口压力为20kPa,那么隔垫吹扫气的流量不要超过2ml/min。
  此外,在使用PTV/OCI进样口时,如果需要增大隔垫吹扫气流量以辅助排除进样口的大量低沸点溶剂时,可以设定隔垫吹扫气的流量程序。

        小结
    隔垫吹扫气是分流不分流进样口必要的气体,设定流量范围受操作条件限制。


(九)分流流量
  概述
分流流量的作用和进样口电子流量控制器中控制原理
分流的作用和设定原则
因其良好的分辨率和检测限,毛细管柱(尤其是小内径毛细管柱)目前使用的场合日益增大,但是由于毛细管的较小内径,使得毛细管的样品允许承载量降低。现在日常使用的微量注射器,难以准确和重现的将0.01ul级别体积的样品注入到色谱系统中。
分流进样方式解决了这一问题,样品进入进样口受热气化之后被分成两部分,一般情况下小部分进入色谱柱,大部分释放到空气中,以适应色谱柱容量的要求。
一般的,色谱柱内径越小,适合的分流比越大,反之则越小。这样来设置分析条件的原因有两个,其一是色谱柱容量的问题,色谱柱内径越小,柱容量就越小,那么就需要更多的释放样品。其二是物质起始谱带的原因,如果小口径柱使用较低分流比,那么样品在进样口衬管内气化之后的运行速度就会比较慢,可能会损失柱效。

                          电子流量控制器中分流的控制原理
与我们的想象不同,进样口电子流量控制器严格说来是不测量分流出口流量的。分流出口的控制器,只是通过流量的调控,来保证进样口压力的正确和稳定。
所以如果存在较微弱的漏气,常规的分析条件下,可能无法察觉。
此外,色谱工作者在使用某些外围设备的时候,需要对这个问题特别予以重视。
例如顶空进样器,某些型号的顶空进样器自带气流控制(外观上一般是传输线插入进样口方式),相当于在进样口引入了第二个气源。进样口内部的工作状态不再满足 “总流量等于柱流量、分流流量和隔垫吹扫流量之和”,顶空进样器引入的气流,最终要从分流出口释放。
这就可以解释某些顶空进样器接入系统后,分流比变得不正确,调节分流比之后,色谱峰的响应并不依照分流比的变化而变化。

小结

    电子流量控制器实际并不测量分流出口流量,需要引起注意。
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(七) 柱流量和线速度的选择
    概述
  两个问题,平均流速和柱后流速。线速度和柱流量的关系。

  色谱分析时,需要根据色谱柱和分析条件的不同,选择合适的柱流速,已实现在较快速度下完成较高柱效的色谱分析。
  经常可以在文献中看到色谱柱流量和线速度的提法,二者的区别可以参见:

  https://bbs.instrument.com.cn/topic/4462136

  常见的色谱理论书籍里面都会提到范德蒙特方程曲线,如图2所示:



由于气体的粘度随温度上升而增加,如果宽范围的程序升温中使用恒压力方式,可能会造成高温段下的塔板数下降。例如氮气做载气的某色谱实验,初始柱温下设定线速度为20cm/s,随着柱温不断升高,色谱柱线速度会逐渐降低,工作点可能会达到U型曲线的左侧,使分析柱效降低。

程序升温建议使用恒线速度方式,可以在整个分析过程中实现较高和较稳定的柱效。

所谓恒线速度或者恒流量在仪器技术上也比较简单,只要根据色谱柱的温度程序,进样口电子流量控制给出对应的压力程序即可。此种情况下,因为进样口压力不断上升,需要注意色谱仪外接气源的压力是否满足要求。









小结



温度范围较宽的程序升温分析,建议采用恒线速度方式来控制柱流量。
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2020/9/3 21:34:48 Last edit by byron1111
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(八)隔垫吹扫流量

        概述
  隔垫吹扫流量的作用,控制方式和注意事项

        进样隔垫吹扫气的作用
  进样隔垫在存贮过程中可能会吸附环境空气中的有机杂质而造成污染,或者污染来自进样隔垫的制造工艺,或者来自分析过程中样品的不断进样——进样隔垫在每次液体进样中,都会擦拭可能残留有样品和杂质的进样针外壁。
  受污染的进样隔垫在较高的分析温度之下,可能会释放出某些挥发性物质,从而干扰色谱图。比较典型的现象是,在程序升温色谱分析条件下,谱图中出现较多强度接近,保留时间间隔相近的鬼峰。
  在进样隔垫的下方,供给较低流量的隔垫吹扫气(常见的流量范围1-6ml/min),有助于减弱或者消除此类鬼峰。
        进样口压力的限制
  电子流量控制器中对隔垫吹扫气的控制原理和色谱柱流量比较近似,实际上都是在控制流路的压力。隔垫吹扫流路位于进样口出口之后,那么隔垫吹扫的压力必然会收到进样口压力的限制,这一点需要色谱工作者特别的予以注意。
  例如在使用大内径、长度较短色谱柱的场合下,进样口压力设定值一般可能会低于30kPa(或者5psi),此时隔垫吹扫气的流量就不可以设定的过高。否则可能会出现隔垫吹扫气不能达到设定值,从而造成色谱系统的错误流量报警。
  为避免错误报警,可以采用比较简单的设定方法,将进样口压力值(kPa)除以10,设置为隔垫吹扫流量值的上限,例如进样口压力为20kPa,那么隔垫吹扫气的流量不要超过2ml/min。
  此外,在使用PTV/OCI进样口时,如果需要增大隔垫吹扫气流量以辅助排除进样口的大量低沸点溶剂时,可以设定隔垫吹扫气的流量程序。

        小结
    隔垫吹扫气是分流不分流进样口必要的气体,设定流量范围受操作条件限制。
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2020/9/3 21:55:15 Last edit by byron1111
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(九)分流流量
  概述
分流流量的作用和进样口电子流量控制器中控制原理
分流的作用和设定原则
因其良好的分辨率和检测限,毛细管柱(尤其是小内径毛细管柱)目前使用的场合日益增大,但是由于毛细管的较小内径,使得毛细管的样品允许承载量降低。现在日常使用的微量注射器,难以准确和重现的将0.01ul级别体积的样品注入到色谱系统中。
分流进样方式解决了这一问题,样品进入进样口受热气化之后被分成两部分,一般情况下小部分进入色谱柱,大部分释放到空气中,以适应色谱柱容量的要求。
一般的,色谱柱内径越小,适合的分流比越大,反之则越小。这样来设置分析条件的原因有两个,其一是色谱柱容量的问题,色谱柱内径越小,柱容量就越小,那么就需要更多的释放样品。其二是物质起始谱带的原因,如果小口径柱使用较低分流比,那么样品在进样口衬管内气化之后的运行速度就会比较慢,可能会损失柱效。

                          电子流量控制器中分流的控制原理
与我们的想象不同,进样口电子流量控制器严格说来是不测量分流出口流量的。分流出口的控制器,只是通过流量的调控,来保证进样口压力的正确和稳定。
所以如果存在较微弱的漏气,常规的分析条件下,可能无法察觉。
此外,色谱工作者在使用某些外围设备的时候,需要对这个问题特别予以重视。
例如顶空进样器,某些型号的顶空进样器自带气流控制(外观上一般是传输线插入进样口方式),相当于在进样口引入了第二个气源。进样口内部的工作状态不再满足 “总流量等于柱流量、分流流量和隔垫吹扫流量之和”,顶空进样器引入的气流,最终要从分流出口释放。
这就可以解释某些顶空进样器接入系统后,分流比变得不正确,调节分流比之后,色谱峰的响应并不依照分流比的变化而变化。

小结

    电子流量控制器实际并不测量分流出口流量,需要引起注意。
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原文由 安平(byron1111) 发表:
https://bbs.instrument.com.cn/topic/4462136_1

好像超级链接不能点?
手机端app一直都没法点超链接,版主向管理层反映一下吧
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原文由 安平(byron1111) 发表:
https://bbs.instrument.com.cn/topic/4462136_1

好像超级链接不能点?
正文已经修改了 老师 并将内容汇总到主题帖中去了
zyl3367898
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