孫 萱

（中國(guó)科學(xué)院海洋研究所，青島266071）

1 引言

Elementar公司的vario TOC cube型總有機(jī)碳分析儀是用于分析海水、污水、地表水等水性樣品中總碳（TC）、總無(wú)機(jī)碳（TIC）、總有機(jī)碳（TOC）、不可吹出有機(jī)碳（NPOC）和總有機(jī)氮（TN）的自動(dòng)化儀器?？梢栽谳^短時(shí)間內(nèi)分析完成和安全無(wú)害環(huán)境下的操作，實(shí)現(xiàn)高分析通量，低分析成本。具有流程簡(jiǎn)單、重現(xiàn)性好、靈敏度高、穩(wěn)定可靠、測(cè)定過(guò)程一般不消耗化學(xué)藥品、基本上不產(chǎn)生二次污染、氧化完全等優(yōu)點(diǎn)。本文主要針對(duì)Vario TOC cube在海水測(cè)定中出現(xiàn)的常見故障，分析故障原因并提出解決方案。

2 工作原理

TOC總有機(jī)碳分析儀采用的是高溫催化燃燒法，試樣注入充填有氧化觸媒的燃燒管后，加熱至680℃，試樣中的TC燃燒或分解成二氧化碳，燃燒生成物經(jīng)載氣導(dǎo)入非紅外氣體分析部（NDIR）池中，二氧化碳被檢測(cè)。NDIR的檢出峰面積在數(shù)據(jù)處理部分進(jìn)行計(jì)算。由于峰面積和試樣中的TC濃度成比例，事先用TC標(biāo)準(zhǔn)溶液求得TC濃度和峰面積的關(guān)系式，試樣中的TC濃度就可以測(cè)定。其次，試樣進(jìn)樣前用硫酸進(jìn)行酸性通氣處理，IC轉(zhuǎn)變成二氧化碳，可以直接測(cè)定試樣中的TOC濃度。

3 使用環(huán)境要求

vario TOC cube總有機(jī)碳分析儀使用環(huán)境要求室內(nèi)溫度恒定，以20℃為佳，濕度45～75%之間，避免潮濕的空氣對(duì)儀器內(nèi)部電子元件及高溫組件的損害。另外，在儀器使用過(guò)程中，如需挪移，應(yīng)該拆掉燃燒管、干燥管、酸管、進(jìn)樣盤等，卸掉氣體連接管并做好標(biāo)記，固定好爐體與網(wǎng)罩，確保儀器內(nèi)部組件連接穩(wěn)固。

4 常見故障原因和處理措施

4.1 氣路故障

氣路故障是指儀器在測(cè)量過(guò)程中顯示界面出現(xiàn)流量過(guò)大或過(guò)小的報(bào)警提示，不能達(dá)到測(cè)試要求。要判斷儀器整個(gè)氣路是否有故障，最直接的辦法是拔掉儀器的氧氣進(jìn)樣口，將流量計(jì)直接接入進(jìn)樣口，通過(guò)測(cè)量進(jìn)樣口處的氣體流量，判斷整機(jī)氣路有無(wú)故障。進(jìn)樣口處氣體正常流量值約為1000mbar。然后按照氣路圖的順序仔細(xì)檢查氣路，逐一排查堵點(diǎn)或漏點(diǎn)。

4.1.1 故障表現(xiàn)

開機(jī) 后，MFC為200 mL／min，F(xiàn)low為200 mL／min，系統(tǒng)壓力200mbar左右。

圖1 儀器的氣路流程圖

4.1.2 處理措施

清洗四通閥，拆洗燃燒管，故障沒(méi)有解除，懷疑是壓力傳感器故障。把流量計(jì)F1下方的管路接頭拆下接到壓力傳感器P1旁邊的方塊連接塊替代24＃管接頭，觀察此時(shí)壓力的示數(shù)。這樣做的目的是進(jìn)儀器的氧氣甩掉中間所有的部件，直接測(cè)壓力。此時(shí)減壓閥顯示0.1MPa，軟件顯示Pressure1000mbar，證明減壓閥和壓力傳感器正常。斷開氧氣進(jìn)燃燒管處連接的小夾子，氣流很小，此時(shí)基本可以確定故障發(fā)生在氧氣進(jìn)儀器后到進(jìn)燃燒管這一段管路。按照氣路圖逐一排查3→4→9→29→8→10，最后檢查出在8→10這一段氣流突然減小。發(fā)現(xiàn)管路10接燃燒管處被鹽分顆粒堵住，清除鹽分后系統(tǒng)壓力恢復(fù)正常。氣路流程圖見圖1。

4.2 燃燒管破裂

石英燃燒管的破裂在樣品分析過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)，使用次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于燃燒管的理論壽命。大大影響了分析效率和儀器運(yùn)行成本。造成燃燒管破裂的原因主要有：

（1）使用溫度和壓力

使用過(guò)高的燃燒爐溫度和壓力是破裂的重要原因，建議燃燒管溫度設(shè)置不超過(guò)950℃，加熱時(shí)載氣壓力不宜太高，建議加溫時(shí)將減壓閥控制在1.0MPa。

（2）石英管與分析樣品發(fā)生反應(yīng)

石英化學(xué)式為SiO2，石英玻璃系酸性材料，在高溫條件下同堿性物質(zhì)及鹽接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的雜質(zhì)會(huì)腐蝕石英玻璃管，大大降低其抗結(jié)晶性能。腐蝕后的玻璃管強(qiáng)度受到嚴(yán)重影響，在外力作用下容易破裂。因此在使用過(guò)程經(jīng)常添加增加填充銀絲或鐵屑的鹵素吸收管去除高鹽海水樣品中的Cl、Br等鹵素例子對(duì)儀器管路的損害，防止發(fā)生副反應(yīng)。另外，石英坩堝破裂也容易導(dǎo)致燃燒管的石英壁破損。當(dāng)燃燒管與鹽反應(yīng)時(shí)，變得不透明或者紋理結(jié)晶化而變白，這種情況一般不影響正常使用。除非有裂縫或破碎，否則仍然可以使用。用稀鹽酸浸泡和清洗可以除去污染物和鹽分。

（3）石英管的使用環(huán)境變化過(guò)快

儀器運(yùn)行過(guò)程中，突然的斷電或斷氣容易引起石英管的破裂，因此建議燃燒管溫度自然冷卻至100℃再關(guān)閉儀器電源。

4.3 催化劑的失效和再生

4.3.1 故障表現(xiàn)

在樣品分析的過(guò)程中，如果測(cè)試結(jié)果的重現(xiàn)性不好，但催化劑的使用時(shí)間不長(zhǎng)，首先應(yīng)該考慮鹽份的累積致使催化劑Pt污染或失效的問(wèn)題。

4.3.2 處理措施

用自來(lái)水徹底清洗催化劑，接著用超純水沖洗，最后干燥催化劑（溫度應(yīng)低于700℃）。重新填充燃燒管后，連續(xù)注入純水直至空白峰變小且穩(wěn)定，催化加即可繼續(xù)使用。不建議將使用過(guò)的催化劑加上新催化劑后混合使用。

4.4 注射器異響無(wú)法正確回位

4.4.1 故障表現(xiàn)

開機(jī)后注射器初始化聲音大，有異響。測(cè)試樣品過(guò)程中，注射器不能把前次吸進(jìn)樣品完全排除，導(dǎo)致樣品定量不準(zhǔn)，注射器位置異常。

4.4.2 處理措施

經(jīng)大昌華嘉公司工程師上門查看后，得出以下結(jié)論：儀器大量測(cè)量后，注射器傳感器位置偏移?，F(xiàn)場(chǎng)采取了如下措施：調(diào)整注射器位置傳感器至最佳位置。維修后試運(yùn)行儀器，開關(guān)機(jī)正常。傳感器位置調(diào)整后，注射器運(yùn)行正常，馬達(dá)運(yùn)行順暢。實(shí)測(cè)TOC濃度為3.00mg／L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，平行測(cè)定結(jié)果為：2.93mg／L，2.90mg／L。儀器精密度好，測(cè)定RSD值＜3%。

4.5 MFC故障

4.5.1 故障表現(xiàn)

開機(jī)后MFC示數(shù)在0 mL／min，重啟MFC網(wǎng)線，示數(shù)仍為零。

4.5.2 處理措施

打開儀器后面板，檢查保險(xiǎn)絲，依次拆出6個(gè)保險(xiǎn)絲，用萬(wàn)用表短接，有示數(shù)，證明電流正常。將MFC進(jìn)氣管和出氣管用二通連接，將MFC短接，觀察變化，F(xiàn)low示數(shù)260 mL／min左右并維持未定，證明MFC器件物理?yè)p壞。損壞原因?yàn)椋簶悠啡紵螽a(chǎn)生的氣體雜質(zhì)過(guò)多將MFC中毛細(xì)管堵塞，不可修復(fù)。

更換MFC部件后開機(jī)運(yùn)行，MFC示數(shù)恢復(fù)200mL／min，儀器運(yùn)行正常。

4.6 液體進(jìn)樣系統(tǒng)故障

4.6.1 進(jìn)樣針故障

（1）故障表現(xiàn)：進(jìn)樣針連接管內(nèi)有氣泡，樣品無(wú)法通過(guò)進(jìn)樣針進(jìn)入定量注射器內(nèi)或進(jìn)樣管內(nèi)的氣泡影響了樣品定量。

（2）處理措施：經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)連接進(jìn)樣針的硅橡膠管破裂導(dǎo)致進(jìn)樣針管漏氣，更換破損的硅橡膠管或吹掃鼓氣針出口正對(duì)進(jìn)樣針進(jìn)樣小孔，導(dǎo)致進(jìn)樣針管路有氣泡產(chǎn)生，影響樣品的定量。調(diào)整吹掃針的位置，使吹掃針出氣口在進(jìn)樣針進(jìn)樣口之下一段距離，避免氣泡進(jìn)入進(jìn)樣針內(nèi)。

4.6.2 進(jìn)樣針器械臂不能升降

如果發(fā)現(xiàn)儀器開機(jī)自檢時(shí)進(jìn)樣針機(jī)械臂不能升起或運(yùn)行過(guò)程中機(jī)械臂不能降下，應(yīng)立即關(guān)閉電源，打開儀器右側(cè)門，檢查如圖2所示S5，S6兩個(gè)微開關(guān)的情況。正常狀態(tài)時(shí)，與上方機(jī)械臂連接的金屬桿延伸到下方與S5或S6接觸，使得微開關(guān)不銹鋼彈性臂下壓并接通其下方的棕色開關(guān)觸點(diǎn)；反之微開關(guān)不銹鋼彈性臂升起，棕色觸點(diǎn)彈起斷開。手指甲輕輕從微開關(guān)不銹鋼彈性臂內(nèi)側(cè)扳起少許，使下方的觸點(diǎn)在彈性臂松弛時(shí)處于彈起狀態(tài)。

圖2 進(jìn)樣針器械臂故障檢查點(diǎn)

4.7 其他故障

4.7.1 吹掃針出氣口氣泡減小或無(wú)氣泡冒出

經(jīng)檢查吹掃針出氣口被鹽分顆粒堵住，將吹掃針用超純水超聲清洗后根據(jù)氣泡冒出情況測(cè)試氣流大小，若經(jīng)常測(cè)試高鹽樣品，可用一段橡膠管固定在進(jìn)樣針上替代吹掃針，防止出氣口過(guò)小而被鹽分顆粒堵塞。

4.7.2 四通閥堵塞或漏液

拆除四通閥，用丙酮清洗進(jìn)樣塞和進(jìn)樣噴嘴，再用純凈水沖洗干凈，轉(zhuǎn)動(dòng)四通閥，用純凈水沖洗四通閥的不同位置；四通閥塑料連接頭被鹽分腐蝕變形而漏液，應(yīng)纏生料帶在接頭處防止漏液；檢查四通閥的墊圈，及時(shí)更換四通閥密封圈。

5 儀器日常維護(hù)注意事項(xiàng)

（1）含鹽水樣測(cè)定完后須及時(shí)去除反應(yīng)管內(nèi)的鹽沉積.做高鹽水樣檢測(cè)比低鹽水樣檢測(cè)所需清潔的次數(shù)多.對(duì)含鹽溶液進(jìn)行分析時(shí)，燃燒管、進(jìn)樣針、注射器、四通閥以及流路之間用超純水定期清洗、去鹵素管等部件要進(jìn)行日常拆裝維護(hù)。

（2）采用680℃的高溫下燃燒，即可以保證含碳樣品的充分燃燒又避免了以往850℃的高溫燃燒條件下反應(yīng)管石英的熔融，增加了石英管的使用壽命。嘗試在反應(yīng)管前端的石英坩堝處加入5mm石英棉，有效的吸收了樣品中的大量鹽分，避免了鹽份沉積對(duì)燃燒爐內(nèi)的溫度、氣流和紅外探測(cè)器的信號(hào)的影響。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了vario TOC cube總有機(jī)碳分析儀的一些故障分析與維護(hù)方法，正確使用和維護(hù)保養(yǎng)不僅能提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，還可延長(zhǎng)儀器的使用壽命，減少儀器的故障率，是順利開展分析檢測(cè)工作的有力保障。