更新更新時間:2008-05-26
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無論氣相色譜怎么發展,各種型號的氣相色譜儀都包括六個基本單元。
各單元功能如下:
1)氣源系統 氣源分載氣和輔助氣兩種,載氣是攜帶分析試樣通過色譜柱,提供試樣在柱內運行的動力,輔助氣是提供檢測器燃燒或吹掃用,有的儀器采用EPC系統對氣流進行數字化控制。
2)進樣系統 引入試樣,并保證試樣汽化,有些儀器還包括試樣預處理裝置,例如熱脫附裝置(TD)、裂解裝置、吹掃捕集裝置、頂空進樣裝置。
3)柱系統 試樣在柱內運行的同時得到所需要的分離。
4) 檢測系統 對柱后已被分離的組分進行檢測,有的儀器還包括柱后轉化(例如硅烷化裝置、烴轉化裝置)。
5) 數據采集及處理系統 采集并處理檢測系統輸入的信號,給出zui后試樣定性和定量結果。
6)溫控系統 控制并顯示進樣系統、柱箱、檢測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儀器使用、開發及故障的分析排除都是必要的。下面分別介紹氣路系統、進樣系統和檢測系統,柱系統和數據采集處理系統。
一 氣路系統
氣相色譜法是利用各組分沿色譜柱運動時,組分在柱內固定相與流動相間反復多次進行分配,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組分在柱中運行的動力,而且也參加組分的分離過程。在檢測器中,載氣也直接影響組分信號的檢測,例如熱導檢測器的檢測原理是載氣攜帶組分進入熱導池時,池內氣體組成發生變化,其熱導率也相應改變。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,通過數據采集系統就得到組分的色譜峰。所以載氣不僅作為柱分離的動力,而且參加柱的分離過程和組分的檢出過程。輔助氣直接進入檢測器,同樣也會影響檢測的結果。因此一個成功的分析方法不僅要考慮到氣流的穩壓和流量的控制,而且需考慮到載氣和輔助氣的選擇和凈化,以保證GC分析質量和分析結果的穩定性;延長柱壽命和減少檢測器的噪聲提高檢測的靈敏度。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
它的作用是提供足夠壓力的氣源。例如:鋼瓶、空氣泵、氣體發生器。
通常使用鋼瓶,但近幾年氣體發生器的使用逐年增多,發生器供給的典型的氮氣純度為O2<2~3μl/L,露點低達—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。這些發生器可以滿足一般氣相色譜分析對氣體的要求,更高的要求就必須采用進口的發生器。例如安捷倫公司PARKER公司生產的氣體發生器:純凈氫純度可達99.99999%;超純氮純度99.9995%~99.99999%;空氣中雜質小于0.1μl/L(按甲烷計)。
1.2凈化系統
凈化器的功能是幫助我們保證GC的分析質量和分析結果的穩定性,延長柱壽命和減少檢測器的噪聲。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、氧會產生噪聲、額外峰和基線“毛刺",尤其對特殊檢測器(例如ECD、PID)影響更為顯著,情況下還會破壞色譜柱。通常水分存在于氣體容器的表面和氣體管路內,它不僅會影響組分的分離,還會使固定相降解,縮短柱的壽命。氧的破壞作用zui嚴重,即使很微量的氧也會破壞毛細管柱及極性填充柱,氧會使固定相氧化,從而破壞柱性能和柱壽命,氧化物還會引起基線噪聲的飄移,并隨柱溫升高破壞性急劇增大,對特殊檢測器及高靈敏度檢測器氧的破壞作用更加明顯,尤其是TCD和GC/MS,氧會直接燒壞熱絲和燈絲。
為了保護色譜柱及檢測器和獲得穩定的基流,必須對載氣及輔助氣進行嚴格的脫水、脫氧、脫碳氫合物。考慮到硅膠價格便宜,活化再生方便的特點,通常采用室溫下用硅膠初步脫水、分子篩進一步深脫水;用活性炭脫除除甲烷外的碳氫化合物;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到99.99%以上方可使用,特殊檢測器如ECD對電負性較強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,否則檢測器會出現基流太低無法運行.當然與檢測器的靈敏度與分析檢測限有關.
由于分子篩凈化的原理是篩分作用,所在針對不同氣體可以采用不同類型的分子篩(常見的有3A、4A、、10X、13X)達到不同的凈化要求(在脫水的同時脫除其他的雜質),這方面可以參考產品說明書,活化條件也隨之而異。但總的來說,活化后殘留的水量會影響脫水的效率,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,在基本沒有殘留水條件下,脫水深度可以達到露點在—900C以下(<0.08mg/m3的水=;同樣可以理解,在使用時,分子篩失效3/4~4/5后就必須重新活化,否則就會影響凈化的效果。
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,用戶可以根據各種不同分析要求的需要選擇合適的捕集器。
凈化管材質一般采用金屬和有機玻璃。采用有機玻璃時,要注意空氣中氧氣和水的滲透,凈化管采用有機玻璃時,凈化后出口氣體大約含0.5μl/L的氧氣和水。凈化管進出口必須用玻璃棉或燒結不銹鋼堵好,以防止凈化劑的粉末吹入氣相色譜儀的氣路系統,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,失活后可再生重復使用,催化劑的活化必須用設備,一般可送回廠家再生,其他吸附劑再生方法見表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冷至室溫后快速裝凈化器,或350℃通無水的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表2。
系統 | 氣體 | 凈化對象 |
填充柱配置FID,TCD 填充柱配置ECD,FPD,NPD,MSD或其它選擇性的檢測器 毛細管柱配置任何檢測器 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反應氣 | 烴、水分、O2(一般脫O2就可) 烴、水分、O2(嚴格脫氧)
烴、水分、O2(嚴格脫氧) 除O2(嚴格脫氧)、水 烴 烴 烴 |
實際上,載氣和輔助氣的凈化純度還與分析檢測限的要求有關,對通用的檢測器可見表3。從表3可以看出檢測樣品的濃度愈低,對氣體的純度要求就愈高。對于特殊的檢測器,氣體純度的要求比通用的檢測器更高。
氣體類型 | 功能 | 是否接 觸 樣 品 | 檢測限的要求 | |||
痕量(0~1ul/L) | 1~103ul/L | 103ul/L~1﹪ | 1﹪~100﹪ | |||
氫氣 | 載氣或檢測器燃燒氣 | 是 | 99.9999﹪ | 99.9995﹪ | 99.9995﹪ | 99.999﹪ |
氫氣/氮氣 | 檢測器燃燒氣 | 是 | 99.9999﹪ | 99.9995﹪ | 99.9995﹪ | 99.999﹪ |
甲烷/氦氣或氮氣 | ECD用載氣或尾吹氣 | 是 | 99.9999﹪ | 99.9999﹪ | 99.9999﹪ |
|
空氣 | 檢測器用氧化氣 | 否 | 99.9995﹪ | 99.9995﹪ | 99.9995﹪ | 99.999﹪ |
氮氣、氦氣 | 載氣或尾吹氣 | 是 | 99.9999﹪ | 99.9995﹪ | 99.9995﹪ | 99.999﹪ |