何煥民

（四川宜賓普什集團(tuán)3D 有限公司，四川宜賓 644000）

0 引言

安捷倫氣相色譜儀是一種能夠?qū)旌衔镔|(zhì)進(jìn)行成份分析檢測(cè)的儀器，他是利用氣體作為流動(dòng)相的氣相色譜分析儀器。是把所要分析的樣品進(jìn)行氣化，并由載氣帶入色譜柱，進(jìn)而對(duì)混合物進(jìn)行分檢，混合物中不同成分的物品會(huì)產(chǎn)生電離子，這些電離子的量和離開的時(shí)間都不同，氣相色譜儀就是根據(jù)這些電離子的量和通過(guò)的時(shí)間來(lái)分析物品的成分和含量的。氣相色譜儀中采用的檢測(cè)器分為：熱導(dǎo)檢測(cè)器，火焰離子化檢測(cè)器，氦離子化檢測(cè)器，超聲波檢測(cè)器，光離子化檢測(cè)器，電子捕獲檢測(cè)器，火焰光度檢測(cè)器，電化學(xué)檢測(cè)器，質(zhì)譜檢測(cè)器等。

1 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

1.1 基本構(gòu)造

氣相色譜儀的基本構(gòu)造分兩部分：檢測(cè)分析單元和顯示單元。檢測(cè)分析單元主要包括氣源及控制計(jì)量裝置、進(jìn)樣裝置、恒溫器以及色譜柱。顯示單元主要包括檢測(cè)器和自動(dòng)數(shù)據(jù)處理記錄等。色譜柱（包括固定相）和檢測(cè)器是氣相色譜儀的核心部分。

1.2 氣路系統(tǒng)

氣路系統(tǒng)是一個(gè)載氣連續(xù)運(yùn)行的密閉管路系統(tǒng)。整個(gè)氣路系統(tǒng)要求載氣要純凈、密閉性要好、流速測(cè)量要準(zhǔn)確。

1.3 進(jìn)樣系統(tǒng)

進(jìn)樣系統(tǒng)就是把所要檢測(cè)的樣品送到色譜柱。

1.4 分離系統(tǒng)

分離系統(tǒng)的核心是色譜柱，他的作用是將多組分樣品分離為單一的成分。

1.5 FID 檢測(cè)器

氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）是利用有機(jī)物在氫火焰的作用下化學(xué)電離而形成離子流，即測(cè)定離子流強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。他的作用是把被色譜柱分離的樣品組分根據(jù)其特性以及含量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，再進(jìn)行放大處理后，最終由計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理得到所需的數(shù)據(jù)和色譜圖。

1.6 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

氣相色譜儀的信號(hào)記錄處理主要采用裝有操作軟件的數(shù)據(jù)處理工作站。利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力可以很方便的得到檢測(cè)結(jié)果，并且還可以保存和打印色譜圖等需要的數(shù)據(jù)。

1.7 溫度控制系統(tǒng)

溫度控制系統(tǒng)是精準(zhǔn)控制整個(gè)檢測(cè)部分所需溫度的。

1.8 工作原理

氣相色譜儀是把所要分析的樣品進(jìn)行氣化，并由載氣帶入色譜柱，進(jìn)而對(duì)混合物進(jìn)行分檢，混合物中不同成分的物品會(huì)產(chǎn)生電離子，這些電離子的量和離開的時(shí)間都不同，氣相色譜儀就是根據(jù)這些離子的量和通過(guò)的時(shí)間來(lái)分析物品的成份和含量的。后續(xù)的計(jì)算機(jī)根據(jù)檢測(cè)器送來(lái)的不同的電信號(hào)用軟件進(jìn)行分析計(jì)算，進(jìn)而輸出色譜圖。

2 基線被干擾問(wèn)題的分析

氣相色譜儀基線的波動(dòng)、飄移、亂峰都是基線不穩(wěn)定?；€不穩(wěn)使得測(cè)量誤差增大，嚴(yán)重時(shí)儀器無(wú)法使用，對(duì)檢測(cè)工作影響很大。基線出問(wèn)題首先要考慮近期的工作情況，有沒有更換過(guò)新的載氣瓶、儀器配件等。如果更換過(guò)新的載氣瓶就要考慮所換新的載氣的純度是否達(dá)到要求，所換配件是否符合要求等。檢查進(jìn)樣墊是否老化，進(jìn)樣口石英棉，分流管等，應(yīng)當(dāng)對(duì)這些部件進(jìn)行清洗，必須保持清潔才能使儀器正常工作。

若是外部供電電壓不穩(wěn)定，也可能會(huì)有嚴(yán)重的干擾波動(dòng)現(xiàn)象，但要考慮是突然出現(xiàn)的還是經(jīng)常性的，還是偶爾出現(xiàn)一次的，要根據(jù)發(fā)生故障的實(shí)際情況判斷故障的發(fā)生是什么地方，需要有序進(jìn)行，逐一查找，總會(huì)找到發(fā)生故障的準(zhǔn)確位置。也可以用示波器檢查輸入的電壓波形有沒有干擾波存在，測(cè)交流電壓的穩(wěn)定性是否在允許范圍內(nèi)，是供電電壓壓差變化太大造成的還是供電線路中本來(lái)就帶著干擾雜波造成的，一定要識(shí)別清楚。氣相色譜儀這類精密儀器的供電一般都應(yīng)當(dāng)在電源輸入的前級(jí)裝上精密穩(wěn)壓電源，保證供電的穩(wěn)定可靠，儀器設(shè)備才能正常的工作。曾經(jīng)遇見過(guò)由于前級(jí)供電的精密穩(wěn)壓電源出故障，影響設(shè)備的正常工作，還遇見過(guò)由于前級(jí)穩(wěn)壓電源出故障直接把設(shè)備給燒壞了，是因?yàn)榉€(wěn)壓電源故障后輸出了300 V 的電壓，220 V 供電的設(shè)備當(dāng)然會(huì)被燒壞。所以確定設(shè)備供電的穩(wěn)定可靠是任何一種設(shè)備的首要問(wèn)題。如果零線和地線接錯(cuò)同樣會(huì)出現(xiàn)干擾甚至燒壞設(shè)備，這些現(xiàn)象都是在維修工作中經(jīng)常遇到的現(xiàn)象。雖然設(shè)備已經(jīng)安裝很久，也一直在使用，突然就出問(wèn)題，總覺得是設(shè)備出了問(wèn)題，不考慮是供電的問(wèn)題，那就錯(cuò)了，有可能供電部門的同志在工作中改動(dòng)了原來(lái)供電的線路或者是你自己內(nèi)部的前級(jí)供電穩(wěn)壓設(shè)備出問(wèn)題。所以在維修設(shè)備前檢查設(shè)備前級(jí)供電到終端設(shè)備之間的供電是否正常是很有必要的，首先得保證交流供電可靠，再進(jìn)行下一步的排查工作。除了有穩(wěn)定的交流電供給我們的終端設(shè)備外，設(shè)備上還有將交流電變換成不同電壓等級(jí)的直流電，功率因數(shù)校正電路等電路，設(shè)備上所用的不全是交流電，多數(shù)電路需要的是不同電壓等級(jí)的多路穩(wěn)定的直流電，例如：±24 VDC,±15 VDC,±12 VDC，5 VDC，3 VDC 等。根據(jù)設(shè)備中不同電路設(shè)計(jì)的需要來(lái)決定電壓等級(jí)，這些電源的穩(wěn)定是非常關(guān)鍵的問(wèn)題，起著電路能否正常工作的重要作用。如果這些電路中的穩(wěn)壓元件出現(xiàn)問(wèn)題或是電源中的濾波電容的容量不正常時(shí)電壓的穩(wěn)定性是不行的，我們常見的電容爆裂、漏液、容量減小、甚至完全沒有容量，這些問(wèn)題只要存在，電網(wǎng)中的各種干擾信號(hào)將隨著市電電源一起帶入電路中，同時(shí)開關(guān)電源自身振蕩時(shí)產(chǎn)生的高頻脈沖也會(huì)進(jìn)入電路中，嚴(yán)重的干擾各級(jí)電路正常工作，造成電路運(yùn)算錯(cuò)誤，甚至死機(jī)等。同時(shí)也要考慮這些元件在電路中是否有脫焊的存在，因?yàn)樵摵负蟛荒苷⑴c電路中的工作，所以起不到他應(yīng)有的作用，違背了電路設(shè)計(jì)初衷，電路就會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障現(xiàn)象。只要存在這些問(wèn)題就要對(duì)電路板進(jìn)行各種方法的維修來(lái)解決存在的問(wèn)題，消除出現(xiàn)的故障，所以在設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)一定要有序逐級(jí)的進(jìn)行排查，只有準(zhǔn)確的找到故障部位才能修復(fù)，不能盲目的去隨處調(diào)整電位器大小，這樣不但找不到問(wèn)題，反而還可能造成新的二次故障，增加設(shè)備的維修難度、維修成本，造成更大的損失。只要遵循先易后難，逐級(jí)排查的維修原則都是可以解決問(wèn)題的。電子設(shè)備中都會(huì)有許多接插件，這些部位也是容易發(fā)生故障的，使用過(guò)程中的振動(dòng)有時(shí)會(huì)造成松動(dòng)、脫落，有的金屬插件的氧化也容易造成接觸不良的現(xiàn)象。設(shè)備中的板卡可以拔下來(lái)用橡皮擦擦除金手指上的氧化物后再試試，條件允許的可以換一塊好的板子試試，替換法是維修設(shè)備常用的方法之一，簡(jiǎn)單，而且見效快，大大的縮短維修時(shí)間。

在氣相色譜儀中FID 檢測(cè)器積碳也會(huì)影響基線不穩(wěn)，因在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中，容易出現(xiàn)檢測(cè)器噴嘴和收集極積碳等問(wèn)題，這時(shí)可用丙酮、甲苯、甲醇等有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗，基本可消除故障。如果通過(guò)以上方法還是不能排除基線干擾問(wèn)題，就要考慮是電路部分的硬件有問(wèn)題，最直接的方法是用正常的G1531-60010 FID 信號(hào)放大板更換，替換法簡(jiǎn)單有效（這種方法要條件允許，有現(xiàn)成的備件才行）。更換后開機(jī)沒有了干擾，就說(shuō)明是FID 信號(hào)放大板內(nèi)部有故障，如果更換后還是有干擾那就是儀器其他原因造成的干擾。

3 檢修實(shí)例

FID 信號(hào)放大板故障實(shí)例：兩臺(tái)安捷倫6890N 氣相色譜儀出現(xiàn)相同的基線被干擾的故障現(xiàn)象基本一樣，如圖1 所示?？蛰d時(shí)均會(huì)出現(xiàn)不同的干擾峰，沒有規(guī)律性，這些干擾峰時(shí)有時(shí)無(wú)，時(shí)大時(shí)小，有一段很是正常的，另一段可能又是非常雜亂的干擾波，嚴(yán)重影響儀器的正常使用，無(wú)法對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)分析。雖然兩臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題基本一樣，都是基波被干擾，但是出現(xiàn)故障的部位完全不同，這是維修工作中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，遇到這樣的問(wèn)題要對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行仔細(xì)的研究分析后才能準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)，靠平常經(jīng)驗(yàn)只能解決一部分比較簡(jiǎn)單的明顯的常見故障，復(fù)雜的疑難故障還是要對(duì)實(shí)際電路經(jīng)過(guò)一翻分析研究才能得出有效的結(jié)果。

圖1 6890N 氣相色譜儀出現(xiàn)相同的基線被干擾的故障

圖2 是根據(jù)FID 信號(hào)放大板G1531-60010 的印制電路板繪制的電路原理圖。

圖2 FID 信號(hào)放大板G1531-60010 的電路原理

為了方便說(shuō)明，把接收信號(hào)的兩個(gè)部位分別命名為A 接收器和B 接收器，首先，對(duì)照?qǐng)D2 找到A 接收器，在A 接收器中信號(hào)的流向從A 點(diǎn)經(jīng)電阻R01 和R02到晶體管Qa 再到電阻R04 經(jīng)二極管D04再到電容C04 到互感器T 初級(jí)，耦合后由T 次級(jí)送到P1 端子接口的（1）腳和（2）腳上。在B 接收器中信號(hào)的流向分兩路：從圖2 中可以看出Ba 是加到了雙晶體管Q5 的⑥腳經(jīng)過(guò)放大后從⑤腳輸出，經(jīng)電阻R6 再到晶體管Q3 到P1 端子接口的（10）腳；Bb 是加到U2 集成運(yùn)算放大器的③腳，進(jìn)行運(yùn)算放大后由⑥腳輸出，經(jīng)過(guò)電阻R7 輸出，兩路信號(hào)混合后經(jīng)電阻R6 再到晶體管Q3 到P1 端子接口的（10）腳。從圖2 中能看出端子接口P1 的（6）腳是負(fù)15 V 電源；（7）腳和（8）腳是正15 V 電源，為各個(gè)放大器和高速模擬開關(guān)供電；（9）腳是為U3⑥腳供電，為U1 的②和Q1的⑦供電；（5）腳經(jīng)R1 給Q1①和U1 的⑥供電；（12）（13）（14）腳分別是三路控制信號(hào)，分別控制著U3 的（16）腳，Q4 的b,U3的⑧腳，起著工作中不同階段的邏輯控制；（10）腳和（16）腳分別接收信息，（1）腳和（2）腳接收T1 來(lái)的信息，（3）（4）（11）（15）腳接地。

根據(jù)自己繪制的電路圖逐級(jí)分析查找，對(duì)電路各元件進(jìn)行靜態(tài)檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電阻R7 開路，雙晶體管Q5 和集成電路U2 的參數(shù)均不正常，U2 集成電路AD549JH 是個(gè)靈敏度很高的飛安級(jí)的運(yùn)算放大器，是ADI 公司生產(chǎn)的單芯片靜電計(jì)運(yùn)算放大器，輸入偏置電流60 fA。在此氣相色譜設(shè)備中，氫氣燃燒后將進(jìn)樣品（被檢測(cè)物）離子化，而后形成的很小的皮安甚至飛安級(jí)別的電流被檢測(cè)器送到AD549JH 的輸入端3 腳并進(jìn)行放大，由6 腳輸出，經(jīng)電阻R7 與雙晶體管Q5 的發(fā)射極相連，再經(jīng)R6和Q3 到輸出端子P1 的10 腳。由于R7 的損壞導(dǎo)致B 接收器與Q5 和U2 組成的檢測(cè)放大環(huán)路斷開，導(dǎo)致干擾信號(hào)的串入改變了基線的狀態(tài)，更換同規(guī)格的元件后裝好設(shè)備開機(jī)，觀察0.5 h基線很穩(wěn)，試樣正常。

第二臺(tái)氣相色譜儀同樣是出現(xiàn)基線被干擾的問(wèn)題，雖然兩臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)同樣的問(wèn)題，但是發(fā)生故障部位確不同，這是維修工作中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，要經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)際電路的仔細(xì)研究分析才能準(zhǔn)確的找到故障點(diǎn)，靠經(jīng)驗(yàn)只能解決一部分比較簡(jiǎn)單明顯的常見問(wèn)題，復(fù)雜的疑難故障還是要經(jīng)過(guò)一翻分析研究才能得出有效的結(jié)果，經(jīng)過(guò)對(duì)電路的靜態(tài)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)電阻R12 開路，U3 高速四路模擬開關(guān)DG271BDY 參數(shù)異常，根據(jù)圖2 分析發(fā)現(xiàn)，電阻R12 和U3損壞后，來(lái)自接口端子P1 的12、13、14 腳的控制信號(hào)失效，運(yùn)算放大器U1、U4、U5、和Q1 的狀態(tài)均發(fā)生改變，所以U4 的7 腳輸出的信號(hào)就不正常，在基波上造成了干擾。更換同規(guī)格的元件后裝機(jī)沒進(jìn)樣試驗(yàn)正常，進(jìn)樣出圖工作了2 h 正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

氣相色譜儀是價(jià)格高昂的精密儀器，只有熟悉此設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和性能，以及熟練掌握操作方法才能很好的應(yīng)用和維護(hù)保養(yǎng)。簡(jiǎn)要介紹安捷倫6890N 氣相色譜儀的工作原理和硬件維修實(shí)例，根據(jù)FID 信號(hào)放大板，G1531-60010 的印制電路板繪制的電路原理圖可以給維護(hù)人員提供參考。