張 紅

（西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，楊凌712100）

1 單四級(jí)桿氣質(zhì)聯(lián)用儀的環(huán)境條件及基本結(jié)構(gòu)

1.1 儀器要求的環(huán)境條件

GC／MS室嚴(yán)禁明火，環(huán)境溫度≤25°C，17～21°C最適合。因?yàn)镸S本身需要散熱，如果環(huán)境溫度太高，會(huì)燒壞電路板。也不能太低，否則儀器無(wú)法啟動(dòng)。濕度30%～60%。太潮濕的環(huán)境，如果長(zhǎng)時(shí)間不開機(jī)會(huì)使電路板受潮，且載氣管路里的水氣會(huì)很多。最好單獨(dú)安裝空調(diào)來(lái)控溫和控濕。南方地區(qū)可以安裝除濕器。保持周圍環(huán)境的干凈，建議用空調(diào)過(guò)濾網(wǎng)罩，將MS后邊風(fēng)扇蓋住。

用電要保持電壓穩(wěn)定，接地良好。推薦安裝UPS斷電保護(hù)裝置，防止斷電后立即來(lái)電對(duì)電路沖擊過(guò)大，或者安裝空氣開關(guān)，斷電后手動(dòng)打開。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)配備UPS或單相穩(wěn)壓電源。UPS要求允許通過(guò)的電流大于25A（用于質(zhì)譜儀）。穩(wěn)壓電源功率要求5kW。標(biāo)準(zhǔn)15A插頭的插線板2個(gè)，插座不少于6個(gè)。

1.2 儀器的基本結(jié)構(gòu)

氣質(zhì)聯(lián)用儀主要包括載氣系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、色譜柱、質(zhì)譜真空系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)［1］。下面就將各部分的正常使用、易發(fā)生故障排查和日常維護(hù)工作等方面進(jìn)行介紹，以供用戶作為該類故障排查維修的思路和參考。

2 載氣系統(tǒng)

2.1 載氣的要求

GC／MS常用的載氣為氦氣，純度需要達(dá)到99.999%以上。只有選擇高純度的氦氣才能維持質(zhì)譜的高真空和質(zhì)譜儀的潔凈。載氣純度不夠或者剩余的載氣量不夠時(shí)，會(huì)造成m／z28豐度過(guò)大。當(dāng)氣瓶余壓2MPa左右時(shí)，需要換氣，主要原因?yàn)楹獗容^輕，會(huì)從氣瓶中先跑出，導(dǎo)致余氣中有較多雜質(zhì)。另外氣瓶在使用時(shí)應(yīng)保持直立，嚴(yán)防陽(yáng)光直射。換氣時(shí)將氣瓶拆下后馬上換上，同時(shí)注意氣瓶頭沒(méi)有保護(hù)套的，接口處較臟，要用紙巾擦拭干凈后裝上［2，3］。

2.2 更換載氣時(shí)的操作要求

換氣時(shí)，把GC面板上所有的溫度包括傳輸線溫度設(shè)為off，柱溫箱溫度降到50℃以下，進(jìn)樣口溫度設(shè)為off。等這些溫度下降100℃后關(guān)閉載氣，這主要是由于在沒(méi)有載氣的條件下過(guò)高的溫度會(huì)把柱子燒壞。氣相載氣關(guān)閉后，將氣瓶上總閥門關(guān)死，分壓閥擰松。換好氣后，把氣瓶總閥打開，順時(shí)針擰緊分壓閥至0.6MPa左右，把GC面板上的載氣打開，并保持10min左右，升高氣相的各項(xiàng)溫度。

2.3 氣體過(guò)濾器故障的干擾與排查

對(duì)于GC／MS分析，必須安裝過(guò)濾器過(guò)濾載氣中的水氣和氧氣，否則質(zhì)譜圖會(huì)產(chǎn)生很多干擾，一般條件下，3～4瓶氦氣要換一次過(guò)濾器，以延長(zhǎng)色譜柱使用壽命，減少色譜柱固定相流失，降低背景噪音，使基線更加穩(wěn)定?？赏ㄟ^(guò)篩管中填料的顏色水的指示來(lái)分析過(guò)濾器是否達(dá)到使用極限，一般過(guò)濾水的填料會(huì)從黃色變?yōu)闊o(wú)色；過(guò)濾氧的指示從綠色變?yōu)楹稚?/p>

3 進(jìn)樣系統(tǒng)

3.1 自動(dòng)進(jìn)樣器維護(hù)

進(jìn)樣后洗針需不同的溶劑清洗。進(jìn)樣針使用一段時(shí)間后，需取下用甲醇、丙酮清洗。這主要是由于自動(dòng)進(jìn)樣器清洗體積只有5mL，進(jìn)樣針上部不會(huì)被清洗。因此，為了保證進(jìn)樣針通暢，需要手動(dòng)清洗。

3.2 進(jìn)樣墊

進(jìn)樣墊分為幾種類型，最常用的是紅色和灰綠色，紅色是耐高溫進(jìn)樣墊，灰綠色的特性為低流失。更換進(jìn)樣墊時(shí)先將柱溫箱的溫度降到50°C，關(guān)掉進(jìn)樣口溫度和載氣。如果不將載氣off，在更換進(jìn)樣墊時(shí)，載氣會(huì)從進(jìn)樣口處泄漏并報(bào)警、把所有溫度等設(shè)置off，在這種情況下只有關(guān)閉GC總電源后重新開機(jī)才可對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。如果進(jìn)樣口的螺母擰的過(guò)緊，墊片失去彈性，則會(huì)形成打孔效應(yīng)，易形成漏氣。一般建議進(jìn)50針以上就要做一次leak check，觀察是否有漏氣。（氣相漏氣一般發(fā)生在墊片，裝柱子端，和MS進(jìn)柱子端）少量漏氣不易察覺，可能會(huì)造成目標(biāo)物提前出峰，爐溫較高時(shí)空氣中的氧氣會(huì)氧化色譜柱固定液，使固定液流失加大，降低柱效，相對(duì)大漏則容易造成保留時(shí)間的延長(zhǎng)。

公路路基的施工過(guò)程中，邊坡出現(xiàn)的問(wèn)題相對(duì)較多，一直都是工程建造環(huán)節(jié)中的困擾。路基邊坡存在缺陷，會(huì)影響工程的建造質(zhì)量，并一定程度上的延誤工程進(jìn)度。因此，我們應(yīng)加大對(duì)路基邊坡缺陷的改善力度，結(jié)合工程的實(shí)際情況，提出切實(shí)可行的治理措施。我國(guó)在邊坡缺陷處理上處在探索階段，應(yīng)不斷改進(jìn)完善自身施工水平，強(qiáng)化道路質(zhì)量。

3.3 襯管

襯管的作用是加速樣品的氣化和保護(hù)色譜柱，共分有兩種：分流襯管和不分流襯管，分流襯管上下內(nèi)徑一樣粗，而不分流襯管上粗下細(xì)，注意二者不能混用。安裝時(shí)不要裝反，如果裝反，壓緊后會(huì)將襯管底部擠碎。襯管可以讓不揮發(fā)的組分滯留在襯管內(nèi)，從而保護(hù)色譜柱。但是當(dāng)污染物積累到一定程度時(shí)，就會(huì)吸附樣品，從而造成峰拖尾或出現(xiàn)鬼峰，使儀器檢測(cè)的靈敏度下降。正確選擇襯管并經(jīng)常維護(hù)清洗，可以減少污染物造成的樣品損失或峰形異常。襯管的潔凈度直接影響到儀器的檢測(cè)限，應(yīng)注意對(duì)襯管進(jìn)行檢查，更換下來(lái)的襯管如果不太臟可以用無(wú)水甲醇或丙酮超聲清洗，取出烘干后繼續(xù)使用；太臟則需先用清潔劑再用溶劑清洗，然后對(duì)襯管進(jìn)行硅烷化處理后再度使用。

4 色譜柱

4.1 色譜柱的選擇與使用

色譜柱的選擇一般從固定液的類型、長(zhǎng)度、口徑和膜厚4個(gè)方面考慮，毛細(xì)管色譜柱的固定液分非極性、弱極性、中等極性和強(qiáng)極性，具體應(yīng)視分析要求而定。色譜柱使用時(shí)應(yīng)注意說(shuō)明書中標(biāo)明的最低和最高溫度，一般應(yīng)在低于最高溫度10～20°C的范圍內(nèi)使用，否則會(huì)造成固定液流失，還可造成對(duì)檢測(cè)器的污染。要設(shè)定最高允許使用溫度，如遇人為或不明原因的突然升溫，GC會(huì)自動(dòng)停止升溫以保護(hù)色譜柱。保存柱子時(shí)需注意將兩端用廢棄的隔墊密封好，避免水和空氣破壞柱子內(nèi)涂層［4］。

4.2 色譜柱的安裝

色譜柱安裝的好壞直接影響到檢測(cè)結(jié)果，初次安裝時(shí)無(wú)方向性，一旦使用過(guò)，不能再改變進(jìn)樣端和MS端的方向。不同規(guī)格的毛細(xì)管柱選用不同大小的石墨墊，注意進(jìn)樣口端和質(zhì)譜端所用的石墨墊是不同的，絕對(duì)不能混用。MS端柱接頭螺帽不要上得太緊，否則容易壓碎石墨墊造成漏氣，一般用手?jǐn)Q緊后再用扳手緊四分之一圈即可。接質(zhì)譜前先開機(jī)讓柱末端插入盛有有機(jī)溶劑的小燒杯，觀察是否有氣泡溢出且流速與設(shè)定值相當(dāng)。嚴(yán)禁無(wú)載氣通過(guò)時(shí)高溫烘烤色譜柱，以免造成固定液被氧化流失而損壞色譜柱［5］。

5 質(zhì)譜真空系統(tǒng)

真空系統(tǒng)是整個(gè)儀器的核心，也是比較容易發(fā)生故障的部件。

5.1 質(zhì)譜儀器的真空要求

質(zhì)譜儀器必須在良好的真空條件下才能正常工作，一般要求質(zhì)譜儀需要在高真空下工作，離子源：10－3～10－5Pa，質(zhì)量分析器：10－6Pa。質(zhì)譜儀器要求高真空是因?yàn)椋海?）大量氧會(huì)燒壞離子源的燈絲；（2）用作加速離子的幾千伏高壓會(huì)引起放電；（3）引起額外的離子－分子反應(yīng)，改變裂解模型，使譜圖復(fù)雜化。一般采用兩級(jí)真空系統(tǒng)，由機(jī)械泵和高真空泵組合而成。

5.2 空氣泄漏的癥狀

漏氣是最為常見的癥狀。對(duì)于Thermo Fisher Trace 2000DSQII單四級(jí)桿氣質(zhì)聯(lián)用儀來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)以下步驟確認(rèn)儀器漏氣故障。首先，打開GC和MS總電源，打開Tune窗口，在Tune／Show status view／Vaccum里顯示Turbo Pump和Turbo Pump RPM，這兩項(xiàng)在3～5min內(nèi)要顯示OK，否則說(shuō)明儀器嚴(yán)重漏氣。等待儀器真空度＜50～60mTorr時(shí)，在Instrument／set temperature里設(shè)定離子源的溫度為250°C，MS－Tranfer溫度調(diào)節(jié)在GC面 板 上 的AUX／Temperature zone到250°C。待離子源、進(jìn)樣口和傳輸線溫度穩(wěn)定后，檢查空氣／水譜圖，選擇Experiment｜Full Scan然后從m／z 10－100掃描，選擇Instrument｜Fil／Mult／Dyn On打開燈絲，比較空氣／水譜圖，確定是否有泄漏。m／z18，28，32和44是空氣／水的特征峰。一般情況下，m／z18的豐度高于m／z28，m／z32，總離子流強(qiáng)度達(dá)到106表示空氣無(wú)泄漏（圖1）。如果m／z28，m／z32豐度高于m／z18，且m／z28，m／z32比為4∶1，可以判斷有小漏（圖2）；如果m／z28，m／z32兩峰異常高，總離子流強(qiáng)度超過(guò)108，表明漏氣嚴(yán)重（圖3），此時(shí)必須立即關(guān)閉燈絲，以免將燈絲燒斷［1］。

圖1 空氣／水譜圖（無(wú)泄漏）

圖2 空氣／水譜圖（少量泄漏）

5.3 查找空氣泄漏的方法

漏氣的原因很多，通常需做逐一排查才能確定真正漏氣的位置，找到解決問(wèn)題的方法。

（1）檢查載氣線路。首先要確定所有接頭是否有松動(dòng)。其次，當(dāng)有嚴(yán)重漏氣時(shí)，可以在各管路和閥門接口處涂抹適量的皂液，漏氣的部位會(huì)出現(xiàn)明顯的氣泡；對(duì)于微漏，可關(guān)閉氣相色譜儀進(jìn)樣口的壓力，關(guān)閉氣瓶的總閥，開啟分壓閥，若有漏氣，15min后分壓表的壓力會(huì)有明顯的下降。

圖3 空氣／水譜圖（大量泄漏）

（2）檢查GC部分?？諝庑孤┩ǔ?0%以上發(fā)生在進(jìn)樣口位置，進(jìn)樣口端檢漏通常有2種方法：（a）適合在開機(jī)情況下操作：將爐溫升至50℃，柱流量設(shè)置1.0mL／min（恒流模式），點(diǎn)擊GC面板上Column Eval（柱評(píng)價(jià)）得出K值，與原值不能相差太遠(yuǎn)，如果實(shí)測(cè)值過(guò)小表明柱子有漏，值過(guò)大則表明柱子有堵。然后將爐溫升至100℃，進(jìn)行Leak Check，Leak Check和Column Eval結(jié)果的K值一樣，表示Passed。這一般對(duì)于新柱子，且能確保質(zhì)譜端不漏氣的情況下適用。（b）在質(zhì)譜關(guān)機(jī)情況下操作：打開GC，將GC面板上的吹掃和分流OFF，然后用隔墊堵上進(jìn)樣口，設(shè)置進(jìn)樣壓力為200Psi，如果0.5min內(nèi)壓力不下降，說(shuō)明進(jìn)樣口不漏。

此外，用脫脂棉蘸取適量的丙酮涂抹進(jìn)樣口、進(jìn)樣口螺母、色譜柱，每次一個(gè)位置，按先后順序依照離MS部分由近及遠(yuǎn)的原則，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，觀察數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的峰圖，若m／z58和m／z43處出現(xiàn)一個(gè)陡峭的、顯著的攀升，說(shuō)明在剛剛涂抹丙酮的位置存在空氣泄漏。

（3）檢查MS部分。打開質(zhì)譜，設(shè)定m／z10－100掃描，選擇打開燈絲，用脫脂棉蘸上丙酮，涂在接質(zhì)譜端的傳輸線螺母處，觀察質(zhì)譜圖，看有沒(méi)有出現(xiàn)m／z58－m／z43的丙酮特征峰，如果有，說(shuō)明在剛剛涂有丙酮的位置存在空氣漏氣。一般用手?jǐn)Q緊螺母，再用扳手?jǐn)Ql／4圈即可（注意：不要擰太緊，否則會(huì)把石墨墊擰碎，導(dǎo)致漏氣）。將柱溫箱升高到300℃，保持5min后降溫，再用扳手?jǐn)Q緊1／4圈。防止反復(fù)的升溫降溫導(dǎo)致螺母變松漏氣。

另外，在質(zhì)譜內(nèi)部的放空閥可能有漏。首先打開機(jī)箱找到放空閥位置，用脫脂棉蘸取丙酮涂在放空閥周圍，觀察質(zhì)譜圖，看是否有丙酮的特征峰出現(xiàn)，如果有說(shuō)明有漏。然后將放空閥取出用脫脂棉蘸上甲醇清洗。注意拆裝的方向不能顛倒［6－9］。

5.4 質(zhì)譜的維護(hù)

（1）開機(jī)和關(guān)機(jī)。對(duì)于質(zhì)譜來(lái)講，最好一直保持抽真空，不建議頻繁開機(jī)關(guān)機(jī)。開機(jī)時(shí)先開GC，后開質(zhì)譜，待達(dá)到一定真空度后，設(shè)定合適的離子源溫度和傳輸線溫度，此時(shí)必須打開真空補(bǔ)償，否則真空難以達(dá)到50mTorr以下。關(guān)機(jī)前首先將離子源溫度降至100℃以下，然后將傳輸線溫度off、進(jìn)樣口溫度Off、柱溫50℃，等待分子渦輪泵轉(zhuǎn)速降下后，儀器會(huì)提示“OK to turn off power”，此時(shí)方可關(guān)閉電源。

（2）實(shí)驗(yàn)前需先確定：（a）離子源是否到達(dá)指定溫度，一般推薦使用250℃；（b）當(dāng)柱流速為1mL／min時(shí)，前極壓力正常在30～50mTorr之間；（c）打開燈絲看空氣／水的背景，確認(rèn)真空沒(méi)有泄漏。

（3）質(zhì)譜有關(guān)參數(shù)的設(shè)置。在靈敏度能夠滿足要求的前提下，發(fā)射電流一般為100μA，檢測(cè)器增益為1，如果是痕量分析，需要適當(dāng)提高靈敏度，可將發(fā)射電流設(shè)為200～300μA，增益設(shè)為2或3，數(shù)值越高，靈敏度越高，但相關(guān)部件的使用壽命將降低。掃描方式和掃描范圍根據(jù)目標(biāo)化合物性質(zhì)而定，能覆蓋碎片范圍即可，沒(méi)必要設(shè)得太寬，否則也會(huì)犧牲靈敏度，采樣速率一般設(shè)每秒5張譜圖。起始時(shí)間的設(shè)置考慮第一個(gè)目標(biāo)峰的保留時(shí)間和溶劑延遲，既不要丟失化合物，又要躲過(guò)溶劑，這樣可以延長(zhǎng)燈絲的壽命。

（4）診斷與調(diào)諧。儀器帶有診斷功能，當(dāng)儀器靈敏度急劇下降或譜圖出現(xiàn)明顯異常，則應(yīng)該進(jìn)行診斷，幫助查找原因，注意做全診斷時(shí)必須保證前極壓力在50mTorr以下。如果儀器正常，每一項(xiàng)測(cè)試都應(yīng)該通過(guò)（PASSED），如果某項(xiàng)測(cè)試未能通過(guò)，可點(diǎn)擊查看詳細(xì)信息，并保存頁(yè)面，以方便與儀器公司聯(lián)系，進(jìn)行維修。在做質(zhì)譜調(diào)諧前，先將掃描的范圍調(diào)至50～650，打開燈絲、校正氣，觀察m／z100的特征峰，看其周圍是否干凈，如果有干擾離子，則升高柱溫、進(jìn)樣口溫度，先將雜質(zhì)高溫?zé)?，確保m／z100的周圍干凈，方可進(jìn)行調(diào)諧。調(diào)諧過(guò)程中，若增益部分的校正不能通過(guò)，m／z502的特征峰找不到或電子倍增管的電壓增加太多，接近100V，則很有可能是離子盒、透鏡或預(yù)四級(jí)桿太臟，需要清洗［10］。

（5）離子源和預(yù)四級(jí)桿的清洗。清洗前先準(zhǔn)備好相關(guān)的工具及試劑，然后打開機(jī)箱，小心地拔開與離子源連接的電線，擰松螺絲，取下離子源。取預(yù)四級(jí)桿之前先取下主四極桿，豎放在無(wú)塵紙上，再取下預(yù)四級(jí)桿待洗。注意整個(gè)操作過(guò)程一要小心謹(jǐn)慎、輕拿輕放，二要避免灰塵進(jìn)入腔體。將離子源各組件分離，在離子源的所有組件中，燈絲、線路板和黑色陶瓷圈是不能清洗的。而離子盒及其支架、三個(gè)透鏡、不銹鋼加熱塊以及預(yù)四級(jí)桿需要用氧化鋁擦洗，用甘油將氧化鋁粉調(diào)成糊狀，用棉簽蘸著擦洗，重點(diǎn)擦洗上述組件的內(nèi)表面，即離子的通道。氧化鋁擦洗完畢后，用水沖凈，然后分別用去離子水、甲醇、丙酮浸泡，超聲清洗，待干后組合好離子源，先安裝好預(yù)四級(jí)桿、四極桿，最后小心裝回離子源，蓋好機(jī)箱，清洗完畢。

6 結(jié)論

氣質(zhì)聯(lián)用儀的正確操作和良好維護(hù)是保證分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠的重要前提。儀器管理人員需要加強(qiáng)對(duì)儀器結(jié)構(gòu)、功能和控制原理的了解，做好儀器的日常記錄和維護(hù)，逐漸積累經(jīng)驗(yàn)，減少儀器故障，延長(zhǎng)儀器的使用壽命，更好地為教學(xué)科研服務(wù)。

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