[摘 要]气相色谱仪是一种分离测定低沸点混合组分的重要仪器，本文简单介绍了其工作原理及常见故障分析。 　　[关" />
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气相色谱仪的工作原理及常见故障分析
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　　[摘 要]气相色谱仪是一种分离测定低沸点混合组分的重要仪器，本文简单介绍了其工作原理及常见故障分析。 中国论文网 /1/view-7304977.htm　　[关键词]气相色谱仪 载气系统 进样系统 分离系统 温控系统 检测系统 　　中图分类号：TM985 文献标识码：A 文章编号：X（0-01 　　一、简介 　　气相色谱法（GC）是英国生物化学家 Martin A T P等人在研究液液分配色谱的基础上，于1952年创立的一种极有效的分离方法，它可分析和分离复杂的多组分混合物。目前由于使用了高效能的色谱柱，高灵敏度的检测器及微处理机，使得气相色谱法成为一种分析速度快、灵敏度高、应用范围广的分析方法。 　　二、工作环境 　　?避免强烈振动； 　　?湿度小于等于85%； 　　?温度在5℃-40℃之间； 　　?避免强大的电场或磁场； 　　三、工作原理 　　气相色谱仪是以气体作为流动相（载气）。当样品被送入进样器后由载气携带进入色谱柱。由于样品中各个组份在色谱柱中的流动相（气相）和固定相（液相或固相）间分配或吸附系数的差异。在载气的冲洗下，各个组份在两相间作反复多次分配，使各组份在色谱柱中得到分离，然后由接在柱后的检测器根据组份的物理化学特性，将各个组份按顺序检测出来。 　　气相色谱仪主要包括五部分：载气系统、进样系统、分离系统 、温控系统、检测系统 。 　　1、载气系统 　　载气由压缩气体钢瓶供给，经减压阀、稳压阀控制压强和流速，由压强计指示气体压强，然后进入检测器热导池的参考臂，继而进入色谱柱。最后通过热导池、流量计而放入大气。 　　气相色谱对载气的基本要求： 　　（1）纯净 　　通过活性炭或分子筛净化器，出去在其中的水分、氧等有害杂质。 　　（2）稳定 　　采用稳压阀或双气路方式。 　　（3）常用的载气 　　氮气、氢气、氦气、氩气。 　　2、进样系统 　　包括进样装置和汽化室。 　　进样通常用微量注射器和进样阀将样品引入，液体样品引入后需要瞬间汽化，汽化在汽化室进行。 　　对汽化室的要求是：（1）体积小；（2）热容量大；（3）对样品无催化作用。 　　3、分离系统 　　分离系统由色谱柱组成，它是色谱仪的核心部件，其作用是分离样品。色谱柱主要有两类：填充柱和毛细管柱。 　　1）填充柱：填充柱由不锈钢或玻璃材料制成，内装固定相，一般内径为2～4 mm，长1～3m。填充柱的形状有U型和螺旋型二种。 　　2）毛细管柱：又叫空心柱，分为涂壁，多孔层和涂载体空心柱。涂壁空心柱是将固定液均匀地涂在内径0.l～0.5 mm的毛细管内壁而成，毛细管材料可以是不锈钢，玻璃或石英。 　　毛细管色谱柱渗透性好，传质阻力小，而柱子可以做到长几十米。与填充往相比，其分离效率高（理论塔板数可达106）、分析速度快、样品用量小，但柱容量低、要求检测器的灵敏度高，并且制备较难。 　　4、温度控制系统 　　在气相色谱测定中，温度是重要的指标，它直接影响色谱柱的选择分离、检测器的灵敏度和稳定性。控制温度主要指对色谱柱炉，气化室，检测器三处的温度控制。色谱柱的温度控制方式有恒温和程序升温二种。 　　5、检测和数据处理系统 　　这个系统是指样品经色谱柱分离后，各成分按保留时间不同，顺序地随载气进入检测器，检测器把进入的组分按时间及其浓度或质量的变化，转化成易于测量的电信号，经过必要的放大传递给记录仪或计算机，最后得到该混合样品的色谱流出曲线及定性和定量信息。 　　气相色谱检测器是把载气里被分离的各组分的浓度或质量转换成电信号的装置。目前检测器的种类多达数十种。根据检测原理的不同，可将其分为浓度型检测器和质量型检测器两种： 　　（l）浓度型检测器：测量的是载气中某组分浓度瞬间的变化，即检测器的响应值和组分的浓度成正比。如热导检测器和电子捕获检测器。 　　（2）质量型检测器：测量的是载气中某组分进入检测器的速度变化，即检测器的响应值和单位时间内进入检测器某组分的量成正比。如火焰离子化检测器和火焰光度检测器等。 　　四、以安捷伦的气相7890A和G1888顶空为例，常见故障分析 　　1、FID 没有点燃 　　1）确认点火补偿值小于等于 2.0 pA； 　　2）检查在点火序列中 FID 点火器是否变得红热； 　　3）检查喷嘴是否堵塞或部分堵塞； 　　4）检查 FID 流速。氢气与空气之间的比例对点火的影响很大，非最佳的流量设置将影响火焰的点燃； 　　5）如果火焰仍无法点燃，则表明系统中可能存在较严重的泄漏现象。严重泄漏将导致测量的流速不同于实际流速，从而使点火 　　条件不理想。彻底检查整个系统的泄漏问题，特别是 FID 处的 　　色谱柱接头； 　　2、FID 点火器在点火序列过程中不发光 　　1）点火器可能出现故障，更换点火器； 　　2）设置的检测器温度小于150°C，Agilent建议在大于等于 　　300°C以上运行 FID； 　　3、保留时间无法重复 　　1）更换隔垫； 　　2）检查进样口、衬管（如果适用）和色谱柱连接中有无泄漏； 　　3）检查载气供给压力是否充足，传递到 GC 的压力必须至少比在最终柱箱温度下所需的最大进样口压力大 40 kPa （10 psi）； 　　4）重复运行已知标样来确认问题； 　　5）确认您对于所注入的样品使用的是正确的衬管类型； 　　6）考虑这是否为第一次运行（GC 是否已稳定？）； 　　7）如果使用 FID 或 NPD，而保留时间增加（漂移），请检查喷嘴有无污染。 　　4、峰面积无法重复 　　1）更换进样针； 　　2）检查进样口、衬管（如果适用）和色谱柱连接中有无泄漏； 　　3）检查样品瓶中的样品高度； 　　4）重复运行已知标样来确认问题； 　　5）考虑这是否为第一次运行（GC 是否已稳定？）。 　　5、污染或残留 　　1）使用来源纯净的新溶剂执行溶剂空白运行。如果污染消失，则问题可能出在样品中，或者与溶剂有关； 　　2）执行空白运行（从进样器中去除进样针，并开始一次运行）。 　　如果污染消失，则问题出在进样针中； 　　3）从检测器中去除色谱柱，并盖上检测器接头。再执行一次空白运行。如果污染消失，则问题出在进样口或色谱柱中。如果污 　　染仍然存在，则问题出在检测器中； 　　4）检查隔垫类型和安装； 　　5）执行完整的进样口维护，更换所有消耗部件并烘干进样口； 　　6）执行色谱柱维护，烘干污染物，去除进样口附近色谱柱被污染的长度部分，并按需倒转并烘干色谱柱； 　　7）检查有无来自上一次运行的样品残留。进行多次无进样的空白运行，并查看意外峰是否消失或变小； 　　8）检查隔垫吹扫流量。如果流量太低，则隔垫可能聚集了污染物或冷凝物可能阻塞在吹扫气路中； 　　9）检查所有气体捕集阱指示灯和日期； 　　10）验证气体纯度，检查供给管线和接头有无污染； 　　11）如果怀疑进样口、色谱柱或检测器中有污染，请执行烘干过程； 　　参考文献 　　[1]气相色谱仪维修技术，刘仲明编，化学工业出版社，1990. 　　[2]气相色谱新技术，周良模等编著，科学出版社，1994.
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随时随地聊科研在色谱分析过程中常常需要使用缓冲盐来调节流动相的pH 值，缓冲盐的不当使用对色谱柱可能造成柱压升高、柱效下降以及使化合物的保留时间发生变化等影响：1)柱压升高;原因：缓冲盐使用不当导致缓冲盐析出，堵塞塞板和键合相颗粒之间的孔隙，阻碍流动相传质，引起柱压升高.2)相同化合物的保留时间发生变化;原因：如果没有冲洗干净就进行进样，色谱柱内含有的盐会使化合物的保留时间发生变化.3)柱效下降;原因：i)有些缓冲盐会渗入到键合相的深处，损害硅胶基体，导致色谱柱键合相流失，柱床变松，柱效下降;ii)凝结在键合相表面，使C18碳链难以舒展，对物质的保留能力下降，导致柱效下降。因此用过缓冲盐后需要对色谱柱进行冲洗，水中缓冲盐浓度较大时应特别引起注意。流动相中缓冲盐的正确使用方法：1. 使用前的处理: 在使用缓冲盐作流动相之前需要用不含缓冲盐的流动相冲洗色谱柱，直至基线平稳。 原则上，用于冲洗的流动相与分析时所用的流动相含水的比例相同(或含水更多)，不同的只是用于冲洗用的流动相中不含缓冲盐。理由：缓冲盐通常易溶于水，难溶于有机溶剂。用含缓冲盐的(特别是做流动相的水为饱和的缓冲盐溶液时)流动相进行分析时，如果分析前色谱柱中用于保存色谱柱的流动相中含水的比例相对较小，不先冲洗掉，接下来做样品的时候所用的流动相中如果有机溶剂含量大，而其比例中所含的水又不足以溶解该缓冲盐时，缓冲盐将会在色谱柱柱体上析出，沉积下来，这将可能导致上述对色谱柱的损害.2. 使用后的处理：用与分析时含水比例相同的流动相(与分析用流动相唯一的区别是，用于冲洗的流动 相不含缓冲盐)进行冲洗约30min，直至基线平稳。如果该色谱柱在接下来很长的一段时间内不使用，要长期保存，则需再加上一步，即用纯的有机溶剂冲洗一遍，直至基线平稳。用与分析时含水比例相同的流动相(与分析用流动相唯一的区别是，用于冲洗的流动相不含缓冲盐)进行冲洗约30min，直至基线平稳。如果该色谱柱在接下来很长的一段时间内不使用，要长期保存，则需再加上一步，即用纯的有机溶剂冲洗一遍，直至基线平稳. 缓冲液可以提供离子平衡的反离子，并使流动相保持一定的离子强度和ph值，减少拖尾。使用缓冲液要注意几点1：避免使用盐酸盐，盐酸盐对钢质有腐蚀作用。2：缓冲液最好要现配现用，往往缓冲液是良好的菌类培养液，隔天或放置长时间实验时会有很多怪现象发生。3：实验后不可用有机溶剂直接过度，有机溶剂会处使盐类析出，造成液路或色谱柱堵塞，可用95：5的水甲醇冲洗。4：使用缓冲液要及时掌握ph范围，做到胸中有数。5：清洗液路和柱子时，有温控可加热到30摄氏度易于冲洗。6：长时间用缓冲溶液要注意观察接头处有无析出，若有白色盐类析出，可考虑一定周期用10%硝酸冲洗一下液路(拆下柱子，走30ml,再用5倍水冲洗)可以避免液路的堵塞。7：选择缓冲液要用可靠的试剂，避免不纯的盐类造成不必要的麻烦。如果流动相中有机溶剂的比例很高是不能用来冲洗缓冲盐的，是洗不出来的。通常C18柱先用5%~10%的甲醇冲洗，是可以把缓冲盐冲洗出来的，然后用纯的有机溶剂来保护柱子。最好的方法是使用与流动相相同浓度不含盐的流动相进行清洗。但就是速度慢一些。用水是为了快速替换，一般在15分钟以内最好，且用0.8的流速较好. 如果用纯水冲，容易造成键合的碳链的流失，最好用5%~10%甲醇水溶液冲. 可以用纯水代替流动相中的缓冲液，有机相不变。这样冲洗柱子比较稳妥。色谱柱异常及解决办法柱压与硅胶基质的形态(如无定形或球形硅胶)、颗粒大小、填料合成条件、装柱条件、所用流动相和分析时的温度有关。不同厂家的色谱柱柱压会有所差别，相同流动相和温度的条件下，不同厂家的新色谱柱有的柱压可 能相差4、5个MPa，特别是低端和高端色谱柱之间，这一区别比较明显。这是由色谱柱厂家所选用的硅胶基质及其生产条件决定的，这种差异的存在是正常的。同时需要说明的一点是，柱压与柱效有一定的关系，通常柱效高的色谱柱柱压相对而言会高一点，但柱压高的色谱柱并不一定就具有高柱效。 在色谱柱的使用过程中柱压通常会出现两种升高的形式：第一种是，随着使用时间的延长色谱柱柱压慢慢上升，这是正常的;第二种是，使用过程中(流动相和温度没有改变的条件下)色谱柱压力突然升高很多。这种压力突然升高的现象，通常是由工作人员操作不当引起的，原因：1)样品太脏，使用前没有过滤，导致柱筛板堵塞. 2)样品含有的杂质在流动相中的溶解性不是很好，与流动相混合后析出，导致柱塞板堵塞。 3)使用缓冲盐，处理错误，缓冲盐在色谱柱中析出，堵塞塞板和键合相颗粒之间的孔隙。解决办法： 对于第二种，即柱压突然升高的情况，通常有以下几种解决办法：1)将色谱柱反接，用含水比例较大的流动相进行冲洗，冲洗时点。2)色谱柱进样一端的筛板取下，分别放在水中和甲醇中超声或更换新的柱筛板。如果柱效没变，但柱压仍然较高，则应考虑进样端填料受污染的问题，因此除了取下进样端筛板超声外，还需要挖掉进样端的部分填料，挖去填料之前先检查一下填料的颜色，如果填料的颜色发生了变化，则应该挖掉直到见到白色的填料为止。挖掉后色谱柱将出现一个缺口，填补缺口的填料可以从另一支相同品牌、相同型号的报废色谱柱的出口端获得，填料用有机溶剂如甲醇等调成糊状装入缺口处，压紧刮平，再装上筛板. 高效液相色谱系统中气泡对检测的影响及其解决方法 在我们进行液相色谱分析时，有时会遇到这样一个问题：系统的流路中存在气泡. 由于气泡的存在，会造成色谱图上出现尖锐的噪声峰，严重时会造成分析灵敏度下降;气泡变大进入流路或色谱柱时会使流动相的流速变慢或不稳定，使基线起伏. 造成上述现象的主要原因有三条：一是流动相溶液中往往因溶解有氧气或混入了空气而形成气泡;二是系统开始工作时未能将流路中的空气驱赶干净;三是在注入样品时不注意混入了空气. 为了避免这类问题的出现，液相色谱实际分析过程中必须重视对流动相进行脱气处理.柱子使用经验谈:色谱柱在使用前，最好进行柱的性能测试，并将结果保存起来，作为今后评价柱性能变化的参考。但要注意：柱性能可能由于所使用的样品、流动相、柱温等条件的差异而有所不同;另外，在做柱性能测试时是按照色谱柱出厂报告中的条件进行(出厂测试所使用的条件是最佳条件)，只有这样，测得的结果才有可比性.1、样品的前处理： a、最好使用流动相溶解样品。 b、使用予处理柱除去样品中的强极性或与柱填料产生不可逆吸附的杂质。 c、使用0.45um的过滤膜过滤除去微粒杂质。2、流动相的配制： 液相色谱是样品组分在柱填料与流动相之间质量交换而达到分离的目的，因此要求流动相具备以下的特点： a、流动相对样品具有一定的溶解能力，保证样品组分不会沉淀在柱中(或长时间保留在柱中)。 b、流动相具有一定惰性，与样品不产生化学反应(特殊情况除外)。 c、流动相的黏度要尽量小，以便在使用较长的分析柱时能得到好的分离效果;同时降低柱压降，延长液体泵的使用寿命(可运用提高温度的方法降低流动相的黏度)。 d、流动相的物化性质要与使用的检测器相适应。如使用UV检测器，最好使用对紫外吸收较低的溶剂配制。 e、流动相沸点不要太低，否则容易产生气泡，导致实验无法进行。 f、在流动相配制好后，一定要进行脱气。除去溶解在流动相中的微量气体既有利于检测，还可以防止流动相中的微量氧与样品发生作用.3、流动相流速的选择： 因柱效是柱中流动相线性流速的函数，使用不同的流速可得到不同的柱效。对于一根特定的色谱柱，要追求最佳柱效，最好使用最佳流速。对内径为4.6mm的色谱柱，流速一般选择1ml/min，对于内径为4.0mm柱，流速0.8ml/min为佳。 当选用最佳流速时，分析时间可能延长。可采用改变流动相的洗涤强度的方法以缩短分析时间(如使用反相柱时，可适当增加甲醇或乙腈的含量)。 注意： a.由于甲醇廉价，对于反相柱推荐使用甲醇体系(必须使用乙腈的场合除外)。 b.对于正相柱推荐使用沸程为30-60℃的石油醚或提纯后的己烷作流动相，没有提纯的己烷不得使用。用水最好使用超纯水(电阻率大于18兆欧)，去离子水及双蒸水中含有酚类杂质，有可能影响分析结果。 c.含水流动相最*在实验前配制，尤其是夏天使用缓冲溶液作为流动相不要过夜。最好加入叠氮化钠，防止细菌生长。 d.流动相要求使用0.45 um滤膜过滤，除去微粒杂质。 e.使用HPLC级溶剂配制流动相，使用合适的流动相可延长色谱柱的使用寿命，提高柱性能。冲柱子的目的:只要是有机溶剂就行,不过黏度不要太大,因为有机溶剂能够防止细菌生长,冲柱子的目的就是为了防止细菌生长堵塞仪器系统和柱子. 一般甲醇和乙腈相互冲洗是没有问题的，但乙腈要比甲醇价格贵的 新柱子:首先要看你买的柱子是否可以把你要的峰和其他的峰分开，也就是分离度要好.其次就是看是否有拖尾或者前延峰。新柱子出现这样的情况也是很正常的，可以通过改变流动相条件来调整，加一些缝形改善剂也会使实验结果比较理想!保留时间变化的原因:
柱头塌陷:在使用过程中，填料下沉，在柱子进口处出现一个小空间，使得分离效果不良。 补救方法:卸开柱头螺丝，找一点同类填料，用甲醇湿润后，添在柱子上，反复几次。然后装上螺丝，用溶剂冲洗1-2小时，使之平衡。小结正确使用缓冲盐很有必要，既可以防止缓冲盐析出，也可以达到提高色谱柱使用寿命的目的。我们不妨用一句话来总结它的使用方法：用前要过滤，用后需冲洗实验室仪器(labyiqi)　
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