《GC气路系统以及进样机构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GC气路系统以及进样机构（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、GC仪器的气路控制系统好坏直接影响分析重现性，尤其是在毛细管GC中，柱内 载气流量一般为l-3ml/min之间，如果控制不精确，就会造成保留时间的不重现。 因此，在 GC 仪器中，往往采用多级控制方法。如图 5-2-2所示为典型的双进样 口（填充柱和分流（不分流进样口）、双柱（填充柱和毛细管柱）、双检测器（TCD 和FID）仪器配置的气路控制示意图。E5-2-2典型双柱仪器系统的吒路控制示盍图I 载FC盂气或愿吒-氢门-乐缩空汽理-减乐阀：若黑用吒悴发主器就可不用减氏陶）注_吒炒浄住器 植乐阀圧F力表厂一二通连接头浪-分血不分碱进样口柱前斥涓节阀及压力表：9-箱充柱进禅口柱前压洞节闻及压力忠；
2、10-尾吹咒调节阀d3 -氢吒调节阀：12 -空吒调节阀； !3-*计（有些仪嚣不安菠流就汁hl4-井漩/不井说进拝口；沾-并徐器I怡-隔垫畋扫气调节阀；门-碉荃吹扫叙空口 ；IR-井碱说址控制-分谎汽敢空口；2D-毛鲫管柱;2I-F1D瞪测器;艾-检测器放空出口匸茁-填充柱进样口 ；出-隔玺吹扫吒涓节岡；巧-隔垫吹扫瑕空口 ；26-填充柱：27 -TX：D检测器：2S-TO放空口从钢瓶（1、2、3）出来的气体首先要经过减压阀（4）减压， GC 要求的气 源压力约为4MPa，压力太小会影响后面气路上有关阀件的正常工作。如果是用 气体发生器，就不需要减压阀了。大部分气体发生器的输出压力均为4MP
3、a。气 体经过净化装置（5）后进入 GC 仪器。稳压阀（6）用于控制各种气体进入 GC 的总压力，通过压力表可以测出具体压力值。作为检测器（如FID）用辅助气的 氢气（燃烧气）和压缩空气（助燃气）分别经针型阀（11）和（12）调节后，直接进入检测器（FID、NPD、FPD均使用这两种气体）。载气气路稍微复杂一些， 它先经两个三通接头（ 7）分成三路，其中一路到填充柱进样口（ 23），一路到 毛细管柱分流（ 不分流进样口（ 14），另一路则作为毛细管柱的尾吹气经针型阀（ 10）调节后在柱出口处接入检测器。两个进样口的共同之处在于，一是都有柱前压调节阀和压力表（8， 9），以 控制色谱柱的载气流速
4、。流量计（13）可以读出载气流量，不过有些仪器已不安 装流量计了，而是用压力表指示流量。第二个共同点是隔垫吹扫气（也有些仪器 的填充柱进样口不用隔垫吹扫气），以消除进样口密封垫中的挥发物对分析的干 扰。隔垫吹扫气的流量分别用阀（ 16 ）和（ 24 ）控制，一般流量为 2-3ml/min。 两个进样口最大的不同是毛细管柱分流） 不分流进样口有分流装置，故多一个阀（ 18）以控制分流流量。需要说明，不同仪器的气路控制系统并不是完全相同的， 特别是分流气流的控制，会因生产厂家的不同而不同，读者应在实际操作中注意。 还有载气控制模式，有的仪器用恒压模式，即分析过程中，柱前压保持恒定，不 随柱温而变化
5、。有的则采用恒流模式，即随着柱温变化自动调节压力，使载气流 量保持恒定。安装电子气路控制（EPC ）系统的仪器，可由用户来选择使用恒流 或恒压控制模式。一个值得注意的问题是，分流放空口和检测器放空口应采用管道将气体接至 室外，以免分析有毒有害物质时造成室内空气污染。用氢气作载气时还有安全问 题。隔垫吹扫气一般可不接到室外，但用氢气作载气时最好还是放空到室外。此外，需要强调一点，图5-2-2的气路控制系统中，TCD为单丝检测器，故 填充柱系统只用一路载气即可（检测器本身还需要一路参比气）。如果是双丝 TCD，则填充柱应为双气路，这也是某些仪器之所以要同时配置三个进样口和三 个检测器的原因之一。在
6、实际操作中，气路系统最需要注意，也是最常出现的问 题是泄漏。一旦某处发生泄漏，轻则影响仪器正常工作，重则造成意外事故（如 氢气泄漏就可能引起爆炸），所以要注意经常检漏。最简单的检漏方法是用毛刷 或毛笔蘸上肥皂水，在接头处或可能发生泄漏的管道上涂抹，有吹气泡的现象出 现时说明此处漏气。另一种检漏方法叫做分段检漏法，即先将色谱柱出口卸下， 用一堵头将其堵上。然后打开载气，观察流量计转子，如果 1-2min 后，转子落 到流量计底部，说明色谱柱之前的气路不漏气，反之，则有漏气处。为找到确切 漏气点，可再将色谱柱卸下，用密封堵头封死进样口的出口，再观察流量计转子。 依此类推，直到发现漏气点为止。对于接
7、头漏气，可用拧紧或更换密封垫的方法 解决，管道漏气则要更换新的管道。注意，多次进样后，进样口密封垫是最可能 发生漏气的地方，故有漏气现象时应首先检查并更换此密封垫。如果使用-./系 统，就可以在一定程度上实现自动检漏。下面就简单讨论一下 EPC。EPC 是 20 世纪 90 年代初出现的新技术，首先由惠普公司，即现在的安捷他 科技公司推出。其他厂家很快也采用类似的技术，尽管采用了不同的名称。如岛 津公司叫高级气流控制（AFC），瓦里安公司叫电子流量控制（EFC）, PE公司 则叫可编程气路控制（PPC）。实际上都是采用电子压力传感器和电子流量控制 器，通过计算机来实现压力和流量的自动控制。这种
8、技术用于GC的主要优点是：（1）流量控制准确，重现性好采用 EPC 后，由于载气流量变化引起的保留时间 误差可小于0.02%RSD。表5-2-2列出了压力传感器和流量传感器的技术指标。 表 5-2-2 压 力 传 感 器 和 流 量 传 感 器 的 技 术 指 标 （ 用 于 载 气 控 制 ） （htt p:/www.chemalink.ne t/books/C/780/0.h tml）（2）可实现载气的多模式操作如恒流操作、恒压操作和压力编程操作。这对优 化分离更为有利。特别是压力编程操作在优化进样条件方面有重要意义。（3）使仪器体积更小因为不再需要各种机械阀和压力表，故仪器显得更为简洁，
9、 也不再有机械阀故障。(4) 使仪器自动化程度更高只要仪器出厂时校正好EPC，操作人员就只需通过 计算机输入色谱柱尺寸和所需流量(或流速)或柱前压，软件就会自动计算并设 置好各个压力参数，从而使 GC 工作效率更高。当然，对于高要求的分析，还是 需要对 EPC 定期进行校正。(5) 仪器更省气 EPC 具有节省气体的功能，当一段时间不进样分析时，仪器可 自动开启省气功能，将载气流速降低(具体数值可人为设定)。需要进样分析时， 仪器在几秒钟之内就可恢复原来的条件。有人以氦气作载气为例作过计算，采用 EPC 三年工作所省的氦气价值就相当于一台新的 GC 仪器。所以说， EPC 可使分 析成本减低。
10、(6) 操作更安全 EPC 可自动检测 GC 系统内的漏气，因为有漏气发生时压力就 会下降，比如毛细管柱在柱箱内断裂，往前压就会很快降低。EPC检测到压力意 外下降时，就会自动切断有关气体或所有气体，同时报警。这就在一定程度上保 证了仪器和实验人员的安全。(7) 分析结果更可靠因为有了 EPC，就很容易将分析过程中各种气体的压力和 流量参数自动记录下来，实验人员可据此判断分析条件有无波动，从而对分析结 果的可靠性更有信心。另一方面，分析结果有问题时，也可通过检查这些原始记 录找到相应的原因。综上所述， EPC 的优点是很吸引人的。但要说其局限性也不是没有，比如现 在的价格还较高，还有使用一定时
11、间后可能需要重新校正。像一些计量认证单位， 在认证复查时，可能要求进行校正。目前 EPC 只安装在高档仪器上，用计算机 控制。中低档仪器一般无此功能。GC进样系统包括样品引入装置（如注射器和自动进样器）和汽化室（进样口）， 这里我们先讨论进样口。要获得良好的GC分析结果，首先要将样品定量引入色 谱系统，并使样品有效地汽化。然后用载气将样品快速“扫入”色谱柱。为此， 要注意以下几项技术指标：1. 操作温度范围一般仪器的最高汽化温度为350-420C，有的可达450C。技术上讲，这一 温度设置还可以更高，但由于色谱柱的最高使用温度一般不超过400C，所以没 有必要设计更高的汽化温度。大部分&应用的
12、汽化温度在400C以下，高档仪 器的汽化室有程序升温功能。2. 载气压力和流量设定范围常见仪器的载气压力范围为0-100psi,流量范围在0-200ml/min之间。当 配置了 EPC后，压力和流量范围会更大。比如，快速GC （见有关内容）往往需 要很大的分流比，故载气流量应足够大。 HP 6890GC 的载气流量范围为氮气 0-200ml/min、氢气或氦气0T000ml/min，且可作程序变化。3. 死体积汽化室的死体积应足够小，以保证样品进入色谱柱的初始谱带尽可能窄，从 而减少柱外效应。但死体积太小时，又会因样品汽化后体积膨胀而引起压力的剧 烈波动，严重时会造成样品的“倒灌”，反而增大了
13、柱外效应。常见汽化室的死 体积为0.2-lml。4. 惰性汽化室内壁应具有足够的惰性，不对样品发生吸附作用或化学反应，也不能 对样品的分解有催化作用，为此，在汽化室的不锈钢套管中要插入一个石英玻璃 衬管（参见图5-2-3与图5-2-7）。E5-2-3填充柱进样口结珂反隔垫吹扫原理示童图I -同定隔垫的蝮母总-隔垫;3 -隔垫吹扫装逍;4-隔玺吹扫吒出口注-汽化室油-加热決;7-咗璃忖靳R_石英咗遥毛洱-载气人口 ： 10 _柱连接件內定攫母：II -色谱柱向运貳母；12-邑谱柱小-？的放丈罔A BC D E F G H图5-2-7常用加进樺口村管的结构A -用丁填充柱进样口：B瓷-用丁毛删管拄
14、分泊逊樽g-HJT-不分愠逬Hh%【和I-用于程徉升温料化追样口5. 隔垫吹扫功能因为进样隔垫一般为硅橡胶材料制成，其中不可避免地含有一些残留溶剂和0 或低分子齐聚物。再则，由于汽化室高温的影响，硅橡胶会发生部分降解。这 些残留溶剂和降解产物如果进入色谱柱，就可能出现“鬼峰”（即不是样品本身 的峰），影响分析。隔垫吹扫就是消除这一现象的有效方法。图 5-2-3 是一个填充柱进样口的结构示意图及隔垫吹扫装置的放大图。可以 看到，载气进入进样装置后，先经过加热块预热，这样可保证汽化温度的稳定。 然后，大部分载气进入衬管起载气的作用，同时有一部分（2ml/min左右）向上 流动，并从隔垫下方吹扫过，
15、最后放空。从隔垫排出的可挥发物就随这一隔垫吹 扫气流排出系统外。而样品是在衬管内汽化，故不会随隔垫吹扫气流失。从图5-2-3还可以看出，衬管内轴向上各处的温度是不相等的。有人做过实 际测定，结果如图5-2-4所示。当设定汽化温度为350C时，相对于不同的柱箱 温度有不同的温度分布，而隔垫的温度要比设定汽化温度低很多。这样可防止隔 垫的快速老化，同时也告诉我们，进样时注射器一定要插到底，使针尖到达衬管 中部最高温度区，以保证样品的快速汽化。衬管中部塞有一些硅烷化处理过的石 英玻璃毛，其作用是使针尖的样品尽快分散以加速汽化，避免注射针“歧视”效 应（见“三、手动进样与自动进样”的有关讨论）。另一个作用是防止样品中的 固体颗粒或从隔垫掉下来的碎屑进入色谱柱。
