更新更新時(shí)間:2008-05-26
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無(wú)論氣相色譜怎么發(fā)展,各種型號(hào)的氣相色譜儀都包括六個(gè)基本單元。
各單元功能如下:
1)氣源系統(tǒng) 氣源分載氣和輔助氣兩種,載氣是攜帶分析試樣通過(guò)色譜柱,提供試樣在柱內(nèi)運(yùn)行的動(dòng)力,輔助氣是提供檢測(cè)器燃燒或吹掃用,有的儀器采用EPC系統(tǒng)對(duì)氣流進(jìn)行數(shù)字化控制。
2)進(jìn)樣系統(tǒng) 引入試樣,并保證試樣汽化,有些儀器還包括試樣預(yù)處理裝置,例如熱脫附裝置(TD)、裂解裝置、吹掃捕集裝置、頂空進(jìn)樣裝置。
3)柱系統(tǒng) 試樣在柱內(nèi)運(yùn)行的同時(shí)得到所需要的分離。
4) 檢測(cè)系統(tǒng) 對(duì)柱后已被分離的組分進(jìn)行檢測(cè),有的儀器還包括柱后轉(zhuǎn)化(例如硅烷化裝置、烴轉(zhuǎn)化裝置)。
5) 數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng) 采集并處理檢測(cè)系統(tǒng)輸入的信號(hào),給出zui后試樣定性和定量結(jié)果。
6)溫控系統(tǒng) 控制并顯示進(jìn)樣系統(tǒng)、柱箱、檢測(cè)器及輔助部分的溫度。
所有的氣相色譜儀都需包括以上六個(gè)基本單元,其功能都相同,差異的只是水平的配置,因此全面了解各單元的組成功能對(duì)儀器使用、開發(fā)及故障的分析排除都是必要的。下面分別介紹氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng),柱系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。
一 氣路系統(tǒng)
氣相色譜法是利用各組分沿色譜柱運(yùn)動(dòng)時(shí),組分在柱內(nèi)固定相與流動(dòng)相間反復(fù)多次進(jìn)行分配,多次分配差異的累積就將各組分分開,所以載氣不僅是推動(dòng)組分在柱中運(yùn)行的動(dòng)力,而且也參加組分的分離過(guò)程。在檢測(cè)器中,載氣也直接影響組分信號(hào)的檢測(cè),例如熱導(dǎo)檢測(cè)器的檢測(cè)原理是載氣攜帶組分進(jìn)入熱導(dǎo)池時(shí),池內(nèi)氣體組成發(fā)生變化,其熱導(dǎo)率也相應(yīng)改變。熱敏元件的熱平衡被破壞,引起熱敏元件的阻值的變化,惠更斯電橋就輸出電壓不平衡的信號(hào),通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就得到組分的色譜峰。所以載氣不僅作為柱分離的動(dòng)力,而且參加柱的分離過(guò)程和組分的檢出過(guò)程。輔助氣直接進(jìn)入檢測(cè)器,同樣也會(huì)影響檢測(cè)的結(jié)果。因此一個(gè)成功的分析方法不僅要考慮到氣流的穩(wěn)壓和流量的控制,而且需考慮到載氣和輔助氣的選擇和凈化,以保證GC分析質(zhì)量和分析結(jié)果的穩(wěn)定性;延長(zhǎng)柱壽命和減少檢測(cè)器的噪聲提高檢測(cè)的靈敏度。圖a為氣體流路的主要配置。圖中各部分作用分述如下。
圖a 氣相色譜氣路流路的主要配置
1.1氣源系統(tǒng)
它的作用是提供足夠壓力的氣源。例如:鋼瓶、空氣泵、氣體發(fā)生器。
通常使用鋼瓶,但近幾年氣體發(fā)生器的使用逐年增多,發(fā)生器供給的典型的氮?dú)饧兌葹镺2<2~3μl/L,露點(diǎn)低達(dá)—56~700C。典型的H2純度為99.99% ;典型的氣體流量:H2和O2為0~300ml/min;空氣為0~3000ml/min;工作壓力為0~0.4MPa。這些發(fā)生器可以滿足一般氣相色譜分析對(duì)氣體的要求,更高的要求就必須采用進(jìn)口的發(fā)生器。例如安捷倫公司PARKER公司生產(chǎn)的氣體發(fā)生器:純凈氫純度可達(dá)99.99999%;超純氮純度99.9995%~99.99999%;空氣中雜質(zhì)小于0.1μl/L(按甲烷計(jì))。
1.2凈化系統(tǒng)
凈化器的功能是幫助我們保證GC的分析質(zhì)量和分析結(jié)果的穩(wěn)定性,延長(zhǎng)柱壽命和減少檢測(cè)器的噪聲。凈化器的作用主要是去除氣體中水分、烴、氧。存在氣源管路及氣瓶中的水分、烴、氧會(huì)產(chǎn)生噪聲、額外峰和基線“毛刺",尤其對(duì)特殊檢測(cè)器(例如ECD、PID)影響更為顯著,情況下還會(huì)破壞色譜柱。通常水分存在于氣體容器的表面和氣體管路內(nèi),它不僅會(huì)影響組分的分離,還會(huì)使固定相降解,縮短柱的壽命。氧的破壞作用zui嚴(yán)重,即使很微量的氧也會(huì)破壞毛細(xì)管柱及極性填充柱,氧會(huì)使固定相氧化,從而破壞柱性能和柱壽命,氧化物還會(huì)引起基線噪聲的飄移,并隨柱溫升高破壞性急劇增大,對(duì)特殊檢測(cè)器及高靈敏度檢測(cè)器氧的破壞作用更加明顯,尤其是TCD和GC/MS,氧會(huì)直接燒壞熱絲和燈絲。
為了保護(hù)色譜柱及檢測(cè)器和獲得穩(wěn)定的基流,必須對(duì)載氣及輔助氣進(jìn)行嚴(yán)格的脫水、脫氧、脫碳?xì)浜衔???紤]到硅膠價(jià)格便宜,活化再生方便的特點(diǎn),通常采用室溫下用硅膠初步脫水、分子篩進(jìn)一步深脫水;用活性炭脫除除甲烷外的碳?xì)浠衔?;用脫氧劑脫除氫或氮中的微量氧氣。一般氣體凈化后純度要達(dá)到99.99%以上方可使用,特殊檢測(cè)器如ECD對(duì)電負(fù)性較強(qiáng)組分的脫除要求更高,其載氣和吹掃氣中的氧含量必須低于0.2μl/L,否則檢測(cè)器會(huì)出現(xiàn)基流太低無(wú)法運(yùn)行.當(dāng)然與檢測(cè)器的靈敏度與分析檢測(cè)限有關(guān).
由于分子篩凈化的原理是篩分作用,所在針對(duì)不同氣體可以采用不同類型的分子篩(常見(jiàn)的有3A、4A、、10X、13X)達(dá)到不同的凈化要求(在脫水的同時(shí)脫除其他的雜質(zhì)),這方面可以參考產(chǎn)品說(shuō)明書,活化條件也隨之而異。但總的來(lái)說(shuō),活化后殘留的水量會(huì)影響脫水的效率,殘留的水越少,則脫水的效率就越高,反這亦然。所以活化的*程度決定脫水的深度,在基本沒(méi)有殘留水條件下,脫水深度可以達(dá)到露點(diǎn)在—900C以下(<0.08mg/m3的水=;同樣可以理解,在使用時(shí),分子篩失效3/4~4/5后就必須重新活化,否則就會(huì)影響凈化的效果。
各公司都提供不同形式的凈化管(又稱捕集器)。其凈化容量與凈化深度各不相同,用戶可以根據(jù)各種不同分析要求的需要選擇合適的捕集器。
凈化管材質(zhì)一般采用金屬和有機(jī)玻璃。采用有機(jī)玻璃時(shí),要注意空氣中氧氣和水的滲透,凈化管采用有機(jī)玻璃時(shí),凈化后出口氣體大約含0.5μl/L的氧氣和水。凈化管進(jìn)出口必須用玻璃棉或燒結(jié)不銹鋼堵好,以防止凈化劑的粉末吹入氣相色譜儀的氣路系統(tǒng),損害閥件的性能和色譜性能。凈化管中所用的吸附劑(硅膠、分子篩、活性炭)及催化劑(脫氧劑)用前必須活化,失活后可再生重復(fù)使用,催化劑的活化必須用設(shè)備,一般可送回廠家再生,其他吸附劑再生方法見(jiàn)表1。
吸附劑 | 活化處理方法 |
活性炭 | 160℃烘烤2h后冷至室溫裝凈化器 |
硅膠 | 160℃烘烤至全部變天藍(lán)色后冷至室溫裝凈化器 |
分子篩 | 500℃烘烤3h,冷卻至200℃左右放入干燥容器內(nèi)冷至室溫后快速裝凈化器,或350℃通無(wú)水的N22h,冷卻至室溫快速裝凈化器 |
一般情況下GC儀使用的各種氣體凈化要求見(jiàn)表2。
系統(tǒng) | 氣體 | 凈化對(duì)象 |
填充柱配置FID,TCD 填充柱配置ECD,F(xiàn)PD,NPD,MSD或其它選擇性的檢測(cè)器 毛細(xì)管柱配置任何檢測(cè)器 吹掃氣 | 載氣純度>99.99﹪ 載氣純度>99.99﹪
載氣純度>99.99﹪ ECD吹掃氣 FID上空氣 FID上氫氣 ELCD反應(yīng)氣 | 烴、水分、O2(一般脫O2就可) 烴、水分、O2(嚴(yán)格脫氧)
烴、水分、O2(嚴(yán)格脫氧) 除O2(嚴(yán)格脫氧)、水 烴 烴 烴 |
實(shí)際上,載氣和輔助氣的凈化純度還與分析檢測(cè)限的要求有關(guān),對(duì)通用的檢測(cè)器可見(jiàn)表3。從表3可以看出檢測(cè)樣品的濃度愈低,對(duì)氣體的純度要求就愈高。對(duì)于特殊的檢測(cè)器,氣體純度的要求比通用的檢測(cè)器更高。
氣體類型 | 功能 | 是否接 觸 樣 品 | 檢測(cè)限的要求 | |||
痕量(0~1ul/L) | 1~103ul/L | 103ul/L~1﹪ | 1﹪~100﹪ | |||
氫氣 | 載氣或檢測(cè)器燃燒氣 | 是 | 99.9999﹪ | 99.9995﹪ | 99.9995﹪ | 99.999﹪ |
氫氣/氮?dú)?/FONT> | 檢測(cè)器燃燒氣 | 是 | 99.9999﹪ | 99.9995﹪ | 99.9995﹪ | 99.999﹪ |
甲烷/氦氣或氮?dú)?/FONT> | ECD用載氣或尾吹氣 | 是 | 99.9999﹪ | 99.9999﹪ | 99.9999﹪ |
|
空氣 | 檢測(cè)器用氧化氣 | 否 | 99.9995﹪ | 99.9995﹪ | 99.9995﹪ | 99.999﹪ |
氮?dú)狻⒑?/FONT> | 載氣或尾吹氣 | 是 | 99.9999﹪ | 99.9995﹪ | 99.9995﹪ | 99.999﹪ |