許建軍，牛國棟，李琛

（河南省計量測試科學(xué)研究院，鄭州 450000）

氣相色譜儀是用氣相色譜法分析樣品的工具。它以惰性氣體作為流動相，以固定液或固體吸附劑作為固定相，利用混合物中各物質(zhì)在兩相間分配系數(shù)的差別，在兩相間進(jìn)行多次分配，將復(fù)雜的混合物分離成各相關(guān)組成成分[1-2]。主要分析對象是能汽化、熱穩(wěn)定性好的化合物，在分析領(lǐng)域有不可替代的優(yōu)勢。近年來氣相色譜技術(shù)發(fā)展迅速，二維氣相色譜儀、便攜式氣相色譜儀以及各類專用氣相色譜儀等不斷涌現(xiàn)[3-5]。不管外形、結(jié)構(gòu)等怎樣變化，氣相色譜儀的組成至少包括五個部分：氣路系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、色譜分離系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[6-10]，示意圖如圖1?，F(xiàn)在，氣相色譜儀多具備故障自我診斷功能，可給出故障部位提示，給排除故障帶來極大的方便。但是，更多的故障還是需要實驗員根據(jù)色譜圖顯現(xiàn)出來的異常去分析、判斷才能排除。

圖1 氣相色譜儀組成示意圖

1 故障排除原則

儀器從研發(fā)到應(yīng)用，要經(jīng)歷高低溫試驗、電磁兼容試驗、定型鑒定等一系列程序。大規(guī)模商用后，儀器制造企業(yè)會加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量的控制。所以，實際使用過程中出現(xiàn)硬件故障的概率非常低。日常碰到的故障從狹義上說并不是真正的故障[11]，多是由于操作不規(guī)范，保養(yǎng)不到位，耗材更換不及時等人為因素引起?？梢酝ㄟ^對系統(tǒng)單元逐個檢查、分析，由實驗人員來排除，一般稱之為“軟故障”[12]。

無論何種原因產(chǎn)生的“軟故障”，它基本都會在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中以異常色譜圖的方式呈現(xiàn)出來。實驗人員對異常色譜圖進(jìn)行分析找出原因后，可以通過調(diào)整或更換耗材等方式排除故障。排除此類故障建議遵循“由簡到繁，由易到難”原則，這樣不僅可以節(jié)約大量的時間和資金，而且能起到事半功倍的效果。

下面以氣相色譜儀FⅠD檢測器經(jīng)常出現(xiàn)的幾種故障為例給出解決思路。

2 故障排除實例

2.1 基線不穩(wěn)

氣相色譜儀正常開機(jī)，待檢測器、汽化室以及柱箱達(dá)到設(shè)定條件后點火，穩(wěn)定一段時間，監(jiān)視基線。正常的基線應(yīng)該為向上或向下漂移一段時間后（一般為30～60 min），漂移斜率會大幅度減小，直至達(dá)到平穩(wěn)，正?；€漂移示意圖見圖2。

圖2 正?；€漂移示意圖

如果60 min后基線仍然不穩(wěn)定，易導(dǎo)致非正常基線漂移，示意圖見圖3。當(dāng)這3種非正?；€漂移情況出現(xiàn)時，可以分別從以下方面去查找原因，進(jìn)而排除故障。

圖3 非正?；€漂移示意圖

2.1.1 基線向上單向漂移

色譜圖基線向上單向漂移(如圖3a 所示)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象一般是由于進(jìn)樣系統(tǒng)受到污染或是色譜柱固定液流失造成?？梢圆捎靡韵路椒ㄏ?。

（1）老化色譜柱。當(dāng)被分析物質(zhì)成分較為復(fù)雜或沸點較高時，建議每次完成分析工作后（或定期）采取程序升溫的方式對色譜柱進(jìn)行老化處理。具體操作：色譜柱入口接氣相色譜儀進(jìn)樣口，色譜柱出口排空不接入檢測器，載氣流速設(shè)置為常用值，設(shè)置柱箱初始溫度為50 ℃并保持5 min，升溫速率為10 ℃/min（設(shè)置更低的升溫速率或分段設(shè)置升溫速率效果更佳），終止溫度設(shè)定為色譜柱所能承受的最高溫度減去10 ℃并保持60 min 以上。反復(fù)執(zhí)行此程序升溫2～3次。

（2）更換（清洗）石英襯管。實驗人員要養(yǎng)成良好的維護(hù)保養(yǎng)習(xí)慣，石英襯管做為易耗品應(yīng)當(dāng)定期更換（清洗）。它的污染會造成基線漂移增大、重復(fù)性差等諸多現(xiàn)象的發(fā)生。從降低成本的角度出發(fā)，也可以采用清洗石英襯管的方法來消除由此引起的故障。實驗表明，清洗干凈的襯管與新襯管的效果相差無幾[13]。清洗襯管時，首先使用有機(jī)溶劑（如丙酮）浸泡數(shù)小時，然后用紗布蘸取有機(jī)溶劑輕輕擦拭襯管內(nèi)壁，最后烘干，并重新填入玻璃棉。玻璃棉如果出廠之前進(jìn)行過預(yù)處理可以直接使用，否則應(yīng)用DMCS (二甲基氯硅烷)進(jìn)行硅烷化處理。具體操作：將玻璃棉用丙酮等有機(jī)溶劑清洗干凈并晾干，然后放入5% DMCS-正己烷中浸泡12 h，取出后立即置于色譜級甲醇中清洗2～3次，然后再放入色譜級甲醇中浸泡1 h左右，取出晾干備用。

2.1.2 基線向下單向漂移

色譜圖基線向下單向漂移(如圖3b 所示)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因一般是漏氣造成的。

首先，檢查進(jìn)樣口是否漏氣。旋緊進(jìn)樣口壓蓋或用手指堵緊壓蓋的進(jìn)口，然后觀察載氣壓力示值，如果增大，說明進(jìn)樣口漏氣。此時需要更換新的進(jìn)樣口墊片。

其次，檢查管路是否漏氣。使用檢漏液涂抹在管路各接頭處，如果有氣泡出現(xiàn)，則說明該處有漏氣，應(yīng)重新擰緊接頭或更換墊片、石墨壓環(huán)。因為分析不同樣品需要更換相適應(yīng)的色譜柱，所以進(jìn)樣口、檢測器與色譜柱連接處是泄漏的高發(fā)點，應(yīng)該首先檢查。

2.1.3 基線周期性回到起始位值

色譜圖基線周期性回到起始位值(如圖3c 所示)，此類情況多出現(xiàn)在使用空氣發(fā)生器做為氣源時。目前，越來越多的實驗室出于安全和方便等考慮，拋棄了高壓氣瓶轉(zhuǎn)而使用氣體發(fā)生器?？諝獍l(fā)生器的工作原理是使用全封閉式壓縮機(jī)為動力，吸收外界自然狀態(tài)的空氣，壓縮成高壓氣體儲存在儲氣罐，再經(jīng)過脫水、脫烴、穩(wěn)壓閥穩(wěn)壓，然后輸出至色譜儀。當(dāng)儲氣罐內(nèi)的壓力降至下限時（一般為0.5 MPa）壓力控制器動作，接通電源，壓縮機(jī)開始工作；當(dāng)儲氣罐內(nèi)的壓力達(dá)到上限時（一般為0.8 MPa）壓力控制器動作，斷開電源，壓縮機(jī)停止工作；周而復(fù)始，持續(xù)輸出空氣。

儲氣罐內(nèi)的壓力波動會引起FⅠD檢測器火焰波動，進(jìn)而引起氣相色譜儀基線波動，尤其是當(dāng)儲氣罐壓力下限值與氣相色譜儀所需空氣的壓力值接近時，影響會更加明顯，出現(xiàn)如圖3c 所示的基線。這時，應(yīng)該調(diào)高空氣發(fā)生器啟動的壓力下限值，保證啟動的壓力下限值高于色譜儀所需空氣壓力0.2 MPa以上，這種基線基本可以消除。

2.2 靈敏度降低

氣相色譜儀使用一段時間，或者更換色譜柱、分析條件發(fā)生變化，出現(xiàn)靈敏度降低的情況?？赡苡幸韵聨讉€原因：

（1）點火未成功。當(dāng)檢測器溫度設(shè)置較高時（240 ℃以上），雖然點火不成功，但是用常規(guī)的檢查方法，比如使用載玻片、亮扳手接近檢測器出口，依然能夠觀察到水珠的產(chǎn)生；同時，由于檢測器的溫度較高，如果分析的是一些低沸點物質(zhì)，依然會有電離的情況發(fā)生，色譜圖上亦有峰出現(xiàn)，但是峰高明顯小于正常值。此時調(diào)整H2流量，如果發(fā)現(xiàn)基線并沒有較明顯的上升或下降，就基本可以判斷為點火未能成功。

把Air 與H2的比例調(diào)整至合適，重新點火成功后，調(diào)整H2流量，基線會發(fā)生較明顯的變化，進(jìn)樣后出現(xiàn)的峰也較之前有大幅度增高。

（2）氫氣流量過低或過高。一般情況下N2與H2的體積比約為1∶1～1∶1.5。在一定范圍內(nèi)檢測器的靈敏度隨著H2流量的增加而增大，增大到一定程度后，如果再增大H2流量，靈敏度反而會減小（如圖4）。這是因為當(dāng)H2流量過大時，燃燒的火焰會燒到檢測器的收集極，從而造成靈敏度下降。氫氣流量的調(diào)整一定要根據(jù)載氣流量、空氣流量的設(shè)置情況而定，目前雖無定論，但較為一致的建議為，氮氣、氫氣、空氣的體積比為1∶1∶10。

（3）檢測器遭受污染。長期分析高沸點物質(zhì)，如果操作不當(dāng)（如檢測器溫度長期設(shè)置的較低等），會引起檢測器污染，受污染部件主要是檢測器的噴嘴和收集極。小心的拆下這兩個部件，置于裝有溶劑的燒杯中，再將燒杯放入超聲波清洗機(jī)中清洗。依次使用不同極性的溶劑如丙酮、甲醇、水等清洗噴嘴和收集極，然后烘干，裝回檢測器中。如果噴嘴長期使用積碳比較嚴(yán)重，還可以使用300#～400#的砂紙小心打磨干凈，然后再清洗[14-15]。

（4）信號溢出，超出色譜工作站接收范圍。一般提到信號溢出，多數(shù)人的第一反應(yīng)是出現(xiàn)“平頭峰”，這只是信號溢出的常見的形式之一。這里介紹的是另一種形式——信號“下溢出”。色譜工作站的信號接收范圍一般為-1 500～1 500 mV。下面以浙大N2000 色譜工作站為例，介紹出現(xiàn)這種情況的原因及解決辦法。

N2000 色譜工作站的譜圖采集界面設(shè)置有“零點校正”按鈕（見圖5）。

圖5 N2000色譜工作站數(shù)據(jù)采集界面

如果第一個樣品的色譜峰出現(xiàn)拖尾時，分析第二個樣品之前，可以先點擊“零點校正”按鈕，使基線歸零，這樣工作站采集色譜圖時就可以從0 mV 開始，從而得到的色譜圖會更加美觀。但這個操作并沒有真正調(diào)整氣相色譜儀輸出的電壓信號值，只是色譜工作在顯示時的“假零點”。久而久之便會造成信號失真，甚至采集不到信號，出現(xiàn)“不出峰”的現(xiàn)象。與正常色譜峰相比，當(dāng)出現(xiàn)色譜峰上升和下降時不夠圓滑，基線筆直沒有任何的波動時，就應(yīng)考慮可能是過度使用“零點校正”按鈕造成的。正常色譜圖與非正常色譜圖對比見圖6。

圖6 正常色譜圖與非正常色譜圖對比

如果出現(xiàn)上述情況，可用萬用表的直流電壓檔，測量色譜儀的信號輸出端子。調(diào)節(jié)色譜儀信號輸出調(diào)零旋鈕，當(dāng)萬用表顯示為0 mV左右時停止調(diào)節(jié)，此時點擊色譜工作站上的“零點校正”按鈕，使基線歸零，色譜工作站便能夠正常采集到色譜圖。

2.3 進(jìn)樣不出峰

當(dāng)工作中出現(xiàn)這種情況時，應(yīng)首先對選擇的檢測器類型、色譜柱以及實驗參數(shù)的設(shè)置等信息進(jìn)行核對。如果正確無誤，那么可能是由于以下原因造成的：

（1）信號線連接錯誤。當(dāng)一臺氣相色譜儀配有多個檢測器時，如果信號線與檢測器連接錯誤或信號通道選擇錯誤，那么色譜工作站采集不到當(dāng)前檢測器的信號，就會出現(xiàn)進(jìn)樣不出峰的現(xiàn)象。

（2）進(jìn)樣針堵塞，樣品未能進(jìn)入汽化室。進(jìn)樣針長期使用不清洗會引起針頭堵塞，導(dǎo)致不能吸取樣品。這種情況在使用自動進(jìn)樣器時更不易被察覺。操作人員應(yīng)養(yǎng)成良好的工作習(xí)慣，每次實驗完畢，要及時用丙酮等溶劑清洗進(jìn)樣針備用。

（3）色譜柱接口處斷裂。這種情況多出現(xiàn)在毛細(xì)管柱和玻璃柱。安裝色譜柱時，注意不能用力過猛或螺帽擰的過緊。一般安裝毛細(xì)管柱或玻璃柱時，應(yīng)先用手?jǐn)Q螺帽至擰不動為止，然后再使用扳手?jǐn)Q二分之一圈到三分之二圈，最后再用檢漏液檢查。

3 結(jié)語

氣相色譜儀結(jié)構(gòu)繁瑣，各系統(tǒng)緊密相連，任何微小問題都可能導(dǎo)致分析結(jié)果失準(zhǔn)。因此，實驗人員必須時刻保持警惕，對異?，F(xiàn)象予以重視。而色譜儀的故障多種多樣，原因復(fù)雜多變，文中對故障的分析、判斷僅能管中窺豹。期望借此起到拋磚引玉的作用，引導(dǎo)更多的實驗人員養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣和認(rèn)真細(xì)心的工作態(tài)度。對出現(xiàn)的問題要善于分析，對已經(jīng)解決的問題要及時總結(jié)，只有積累更多經(jīng)驗才能在氣相色譜儀的使用中游刃有余。