目前, 气相色谱仪已被广泛应用于食品、石油、卫生、医药、农业、环境以及科研院所等各个领域中, 气相色谱法的特点是分离效率高、选择性高、灵敏度高、操作简便、取样量少、分析速度快。
气相色谱法的基本原理是试样组分由载气带入色谱柱, 当组分在色谱柱中随着载气在气相和固定相之间流动时, 反复不断地进行吸附-解析, 再吸附-再解析, 因样品中各组分在色谱柱固定相中的分配系数不同, 在柱内形成不同组分随载气向前迁移速度的差异, 所以, 经过一段柱长, 各组分彼此分离, 先后流出色谱柱, 依次进入检测器, 由数据处理系统记录色谱图及相应数据, 依据各组分的峰面积与保留时间进行定量与定性分析测定。
虽然现在不同生产厂家气相色谱仪的种类繁多, 但是它们的结构相同, 主要由气路系统、进样系统、分离系统、检测系统、数据处理系统五大部分组成。只有对气相色谱仪的各个系统进行正确合理的使用、维护, 才能保证仪器的良好运行, 从而保证分析结果的准确性与可靠性。
1 气路系统
气路系统包括载气钢瓶、氢气发生器、空气发生器及流量调节阀。整个气路系统要求气体纯净并连续运行, 且流速要稳定、密闭性好、流量测定准确。
(1) 载气用钢瓶总阀与减压阀要注意经常检漏 (用肥皂水或洗洁精水检漏法) , 载气纯度要求>99.99%, 当有氧存在时会加速色谱柱的损坏;
(2) 注意及时更换载气气瓶, 钢瓶总压不得低于2.0MPa。
(3) 使用氢气发生器, 要注意观察液位介于最低和最高液位之间, 不得低于最低液位, 以防损坏电解池;要定期更换干燥剂。
(4) 使用空气发生器, 要定期更换干燥剂;在关闭发生器后要及时放气泄压以保护压缩机。
(5) 稳压阀、稳流阀、针型阀的调节要缓慢。
2 进样系统
进样系统包括进样针、进样隔垫、玻璃衬管, 各个部件的污染和损坏都会影响色谱分析结果。
2.1 进样针
又称微量进样器, 其主要部件由外套、芯子、针尖等主要部位组成, 进样器使用前要检查外表无污染、针筒无裂缝、芯子平直、针尖无毛口, 并检查其整体气密性;使用后要立即清洗, 特别是对于粘稠液体样品进样后, 要选择与样品相溶的清洗剂进行清洗, 常用的有甲醇、丙酮、二氯甲烷;清洗时先抽出芯子, 把清洗剂用另一进样器注入针管, 然后插入芯子, 平稳地将清洗剂推出针尖, 反复清洗后, 再用蒸馏水清洗, 晾干即可。
2.2 进样隔垫
一般由硅胶制成, 不同的生产厂家由不同的颜色区分隔垫的性能与寿命, 并会给出推荐使用进样次数, 可以参照推荐次数更换, 如果发现基线噪声增大时也必须检查进样隔垫是否寿命到期并及时更换。
2.3 玻璃衬管
要根据分析样品的性质, 定期用丙酮清洗并更换石英棉, 从仪器中取出衬管和从衬管中取出玻璃棉时注意不要划伤衬管表面, 衬管清洗后要在干净的环境下干燥后装入仪器。
3 分离系统
气相色谱仪分离系统的主要部件是色谱柱, 色谱柱是气相色谱仪的“心脏”, 其主要作用是将样品中的混合组分分离成单一组分, 从而对不同的组分实现定性与定量检测, 色谱柱的性能对检测结果有极其重大的影响, 因此对色谱柱的正确使用与维护是气相色谱仪使用中的重中之重。
3.1 色谱柱的安装
在安装色谱柱时, 要注意色谱柱进入进样口端与进入检测器端的长度, 要用仪器生产厂随机配备的专用量具比对, 并用专用的陶瓷或钢制刀片切割色谱柱, 且切口要平整, 安装接头处的螺母要松紧适当, 既不漏气又不至于太紧而损坏石墨垫圈, 切割和安装色谱柱时要注意掌握弯曲角度, 以免色谱柱外壁划伤甚至折断色谱柱。
3.2 色谱柱的老化
新的色谱柱都必须经过老化后才能投入使用, 经过长时间使用后柱效降低的色谱柱也需要进行老化, 从仪器上拆下来放置时间较长的色谱柱, 同样需要老化后才能重新使用。
3.2.1 老化色谱柱的目的
其一是除去固定液中的残余溶剂和一些低沸点挥发性物质, 其二是使固定液更均匀牢固地涂布在载体表面。
3.2.2 老化色谱柱的作用
降低本底噪声、提高定量准确度。
3.2.3 老化色谱柱的方法
老化时, 色谱柱只与汽化室连接, 不得连接检测器, 载气流速不能过大 (一般5~10ml/min) , 老化温度一般低于色谱柱最高使用温度20~30℃ (注意:老化温度一定不能超过色谱柱的最高使用温度) , 老化时间一般12~24小时 (极性强的色谱柱较弱极性色谱柱老化时间较长) , 以获得平稳基线为准。
3.3 色谱柱使用
(1) 在分析参数设置中设置柱箱保护温度最高不得超过色谱柱最高使用温度。
(2) 开机升温之前必须先打开载气, 关机前必须将柱温降到50℃以下, 然后再关闭电源和载气。
(3) 如果色谱柱使用一段时间后发现分离性能下降即柱效降低, 可将色谱柱从仪器上卸下, 将柱头截掉10cm左右再使用, 因柱头最易受污染而且一般进样口和检测器温度都高于柱温, 所以柱头端固定液易流失。
(4) 从仪器上卸下暂不使用的色谱柱要妥善保存, 两端柱头要套上不锈钢螺帽或用一块橡胶堵上, 并放在相应的包装盒中, 防止柱头被污染。
4 检测系统
气相色谱检测器的作用是将经色谱柱分离依次流出的化学组分的信息转变为电信号, 然后对被分离物质的组成和含量进行定性和定量分析测定。
4.1 氢火焰离子化检测器
氢火焰离子化检测器是一种质量型检测器, 稳定性好、对使用要求较低, 但使用中检测器喷嘴和收集极易积炭、易沉积有机物。出现此类现象时可用丙酮、甲醇等有机溶剂清洗, 也可以对积炭较厚部分用细砂纸打磨, 但打磨过程中要避免造成损伤。打磨后用软布擦拭, 再用有机溶剂清洗。
4.2 氢气、空气流量设置
一般氢气流量35~40ml/min, 空气流量为350~400ml/min, 如果点火困难时可适当加大氢气流量, 点着火后再调回原来比例。
4.3 尾吹气流量设置
一般尾吹气流量和柱流量之和大致等于30~35ml/min, 尾吹气流量过大会吹灭火焰。必要时关闭尾吹气, 等待火焰稳定后再打开。
4.4 温度设置
检测器温度要>100℃, 检测器温度低于100℃时, 一方面点火困难, 另一方面易造成收集极积水而损坏检测器。
4.5 关机
关机时必须先关闭点火, 再关闭检测器然后再降温, 否则会使收集极积水导致基线不稳。
5 数据处理系统
色谱数据处理工作站具有数据处理和软件功能两大作用, 是对色谱仪的自动控制, 实现对采集的色谱峰的定性及定量处理后出具检测报告。因此必须做好检测数据的及时备份, 并遵守检测数据管理规定, 设置开机权限, 保护数据真实性。
6 结语
检测人员使用精密仪器必须在学习其基本原理的基础上, 做好仪器的日常维护, 才能保证仪器的良好运行, 得到准确可靠的分析数据。
