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仪器维护、保养、故障分析和排除讲课庞增义仪器维护、保养、故障分析和排除讲课第一章什么是仪器的维护和保养第二章GC用气体（载气、辅助气）的种类、性质和纯度对仪器性能和分析的影响，以及选用气源的原则第三章GC进样系统和进样第四章色谱柱（从维护和保养角度讲）第五章检测器第六章整机故障分析与排除第一章什么是仪器的维护和保养第一节概述一、仪器维护和保养定义依据仪器工作原理、结构特点、技术性能高低、适应范围、分析方法和分析目的等，在仪器操作前、操作过程中和操作后应该做一些工作和注意事项。二、仪器维护与保养的意义1．安全—在使用仪器时，不要对人造成伤害，例如：高压触电、氢气爆炸、放射性照射或毒物致残等。2．合理—因为气相色谱仪类型或品种繁多，能满足不同应用领域、不同分析对象和不同分析目的要求。3.正确—统计调查发现，在色谱仪日常操作中出现的故障（有时是假象），50%来源于不正确的误操作和常异操作。4．有效—分析仪器发展趋势之一就是提高仪器的使用效率，或者说正常运行的时间远远大于仪器维护与保养检修时间。三、仪器维护和保养的依据1．气相色谱仪适应范围2．样品基本情况3．样品的预处理气相色谱法分析是一门综合的实验技术，我们可把色谱分析过程归纳以下四个阶段：a.样品采集；b.样品制备（予处理）；c.色谱分析；d.数据处理与结果表达。4．分析目的和要求痕量分析基本上要用到仪器的昀高性能（除非对样品进行浓缩和转化处理）和各种专门功能，因此，作为实现痕量分析仪器维护保养工作要求昀高，内容昀多。四、仪器类型和维护保养的关系气相色谱仪可以依据：a.分离原理；b.色谱柱的类型；c.应用范围等多种方法分类。从仪器维护保养工作和内容来看和仪器使用范围关系昀大。这种分类方法又可分为：第1类（分析用）：包括在线分析（工业色谱）和离线分析两大类。离线分析又包括实验室用和野外用（便携式）两类。第2类（制备纯物质）：分为定性用小型制备辅件和工业级制备用大型装置（仪器）；第3类（物质的物化常数测定）：又分单一常数（比表面积）和多种常数（比表面积和孔径分布）等。五、带有自诊断功能的气相色谱仪六、数据处理装置和维护保养的关系气相色谱定量分析的依据是被测组分的峰面积（或峰高），因此正确的判峰，精确测量峰面积（或峰高）是对色谱数据处理的昀基本要求。在色谱数据处理时，人们发现：由于数据处理性能或功能欠佳，或由于判峰参数，测峰参数不易设置合理，会使辛辛苦苦选配的GC分析系统和千方百计优化色谱分离条件而获得的痕量组分峰发生畸变，有时，还出现峰没有检测到或误判等情况。第二节仪器安装使用说明书解读和仪器安装环境一、安装使用说明书1.仔细阅读安装使用说明书的意义例如:实现安全安装和操作；尽快完成仪器安装验收，以便投入使用；等。2.安装使用说明书的解读安装使用说明书，是一台仪器合理正确安装、有效操作、维护保养以及仪器常见常故障诊断和排除等有关知识的大全，它是操作者使用仪器的指导性文件。二、气相色谱仪的安装环境1．环境温度国产实验室气相色谱仪均能满足在+5℃~35℃环境温度下正常工作。2．湿度3．安装地点和所占面积4．电源配电板5．电网电压6．稳压电源7．地线8．电磁干扰9．震动量要求10．腐蚀性气体气相色谱仪设计的是一种常规实验室用设备，除非有三防要求，一般很少设有防腐措施。当安装环境中存有腐蚀性气体时，往往对仪器接线触点、连接件、电路板等造成损伤或接触不良，而引起仪器故障，严重时会使仪器提前报废；11．空气的流动与波动12．阳光13．通风14．灰尘15．仪器安放位置和顺序16．明火17．良好习惯第二章GC用气体（载气、辅助气）的种类、性质和纯度对仪器性能和分析的影响，以及选用气源的原则第一节载气和辅助气在GC操作和分析应用中的意义一、载气在气相色谱仪中的作用：1．在色谱分离过程中，推动样品组分在色谱柱中运动的动力；2．参与样品组分的分离，不同载气（N2、He、H2）性质不同，影响组分分离度也有很大不同；3．依据检测器工作原理不同，参与检测器将组分量（浓度和质量）转换成电信号作用程度也不同。4．满足某些特除检测器操作需要，如：ECD要求氦（氩）+甲烷、脉冲放电PID要求载气氩中添加氪或氙气等；二、辅助气在气相色谱仪中的作用：1．尾吹气2．参与建立不同检测器稳定的电离电源FID氢气、空气和载气（N2,HE）按一定比例形成富氧焰；FPD用上述三种气按比例形成富氢焰；NPD碱珠在一定的氢和空气气氛中形成含磷、含氮化合物的高电离效率等；3．提供被分析组分转化成某些物质过程的需要，如CO、CO2转化成甲烷，必须通氢气；另外：加大某种辅助气流量，以便携带被分析组分或产物尽快排离检测器以增加稳定性等；三、气相色谱仪对所用气体的基本要求：1．惰性（不与样品或固定相发生化学反应）、无腐蚀性、无毒无味，在200~500℃内不分解和变质；2．气体扩散性小，以提高柱效率；3．容易得到并易净化；4．价格便宜；5．满足不同工作原理检测器的需要。四、常用气体的种类和一般性质：气相色谱仪常用气体主要有氮气、氢气、氦气、氩气、氧气和空气，了解这些气体的主要性质，对于色谱操作中的安全，正确使用是有益的。五：常用气体的纯度对仪器性能和分析的影响：一般讲，依据分析对象、色谱柱的类型、操作仪器的挡次和所配检测器，使用不合要求的低纯度气体，产生的不良影响有以下几种可能：1．样品失真或消失：如H2O气使氯硅样品水解；2．色谱柱失效：H2O和CO2使分子筛柱失去活性；H2O气使聚脂类固定液分解；O2使PEG固定液断链；3．有时某些气体杂质和固定液相互作用而产生假峰；4．其他影响六．常规操作TCD、FID、ECD三种检测器时，对气体纯度的基本要求：下述推荐具体气体纯度通常用于常规分析，对于要求高灵敏度的痕量分析时，需使用更高纯度的气体。另外，仪器接入气源时，一定要做到心中有数，决不能随意接入，否则会造成ECD、甲烷化装置等的损伤或信噪比减小到无法使用。对于新购气源，要经过纯度核查后再加入仪器（特别是某些特除分析或检测器操作）。其他检测器可根据分析要求作为参考。TCD1．TCD氦做载气：至少纯度为99.995%杂质含量分别为：氖＜10ppm、氮＜10ppm、氧＜2.5ppm、氩＜0.1ppm、二氧化碳＜0.25ppm。氢做载气：至少纯度为99.995%；杂质含量分别为：氮＜1ppm、氧＜5ppm、二氧化碳＜1ppm、水＜5ppm、总烃＜1ppmFID2．FID氮做载气：至少纯度为99.998%杂质含量分别为：氢＜1ppm氧＜1ppm氩＜10ppm二氧化碳＜1ppm水＜5ppm甲烷＜1ppm氢气：同TCD空气：呼吸级杂质：氩、氪、水、氦和氖均小于1%二氧化碳＜500ppm一氧化碳＜10ppm总烃＜0.02ppm甲烷＜20ppmECD3．ECD氮做载气:至少纯度为99.998%典型杂质同FID。第二节选择气体的一般原则一．载气和辅助气体的种类和纯度如何选择的几点基本考虑：通常在建立色谱分析方法时，载气和辅助气的种类和纯度要统筹加以考虑和选择，一般建议在满足分析要求的前提下，尽可能选用纯度较高的气体，这样不但会提高（保持）仪器的高灵敏度，而且会延长色谱柱和整台仪器（气路控制部件，气体过滤器等）的寿命。实践证明，作为中高档仪器，长期使用较低纯度的气体气源，一旦要求分析低浓度的样品时，要想恢复仪器的高灵敏度有时十分困难。当然，对于低档仪器，作常量或半微量分析，选用高纯度的气体，不但增加了运行成本，有时还增加了气路的复杂性，更容易出现漏气或其他的问题而影响仪器的正常操作。另外，为了某些特殊的分析目的要求，特意在载气中加入某些“不纯物”，如：分析极性化合物添加适量的水蒸气；操作火焰光度检测器时，为了提高分析硫化物的灵敏度，而添加微量硫；操作氦离子化检测器，要求氖的含量必须在5~25ppm，否则会在分析氢、氮和氩气时产生负峰或“W”形峰等。二．分析要求：三．仪器要求：三．操作环境：四．实验室条件：五．其他：载气和辅助气的种类选择，通常在建立色谱分析方法时，统筹加以考虑和选择，但有时可能未必合理，也可根据现有实验室条件加以调整（特别是一些老的分析标准）。第三节气体的净化与过滤器一、气体中主要净化除去的物质和气体的净化剂的种类：⑴分子筛4A、5A(13X)等；⑵硅胶；⑶活性炭；⑷五氧化二磷（或氯化钙）；⑸碱石棉；⑹含金属的除氧净化剂。二．常用的净化剂和活化方法：三．净化过滤器的分类和使用：由于着眼点不同，净化过滤器的分类方法有多种，可根据不同要求或使用目的，从不同角度选择或使用适合自己的净化器。四．如何防止纯净气体被二次污染第四节气源种类和选用气源在气相色谱仪上是提供载气和辅助气的。目前用于仪器的气源主要有二大类：高压气体钢瓶和气体发生器。二种气源各有不同的优缺点和适应范围，具体选用那种气源，如前所述要根据：⒈分析要求；⒉仪器要求；⒊操作环境；⒋实验室条件等统筹加以考虑。一．高压气体钢瓶二．常用的几种发生器：目前，常用于气相色谱仪的气体发生器有：氢气发生器、氮气发生器和空气发生器（实质上是空气压缩储气装置）。三．氧表（减压阀）氧表是减压阀、单级减压调节阀、双级减压调节阀、氢表、氮表等的俗称。第三章GC进样系统和进样第一节填充柱进样系统一．填充柱进样系统分类填充柱进样系统可分成自动和手动两大类。下表列出常用填充柱进样系统分类。另外，随着分析样品越来越复杂，并且进样要求在不断提高，除表里所列进样装置与方法外，还设计了微机控制组合式进样系统，实现了全自动气体（液体、固体）进样。有些进样系统仅用于特除用途，必要时可参考有关资料。二、常压气体进样1．常压气体样品进样常用有三大类：⑴用一般医用液体注射器（1ml~5ml）进样⑵仪器用高气密性气体样品注射进样器，重复性有所提高，但目前价格偏高。⑶采用六通阀定体积进样：2．常规进样阀的基本情况和使用3．六通进样阀种类4．什么气体样品不能直接采样（注射针、采样瓶、气体六通阀）进样分析5．六通阀气体进样技术与技巧三．液体进样系统（汽化室）四．柱头进样五．自动液体进样器第二节毛细管柱进样系统概述毛细管柱和填充柱相比具有分离效率高、色谱峰窄而尖、化学惰性和热稳定性好，特别是柱涂渍交联固定相技术的发展使柱流失进一步减少，提高了仪器的信噪比，有利于降低检测限。但因毛细管柱固有内径很细，一般厚液膜也只有几微米，固定液也只能以毫克计，一般柱容量比填充柱低2~3个数量级，因此，操作中进样方法与技术成了定量重复性和准确度的主要关键之一。一.分流进样1．分流进样和应用注意的事项2．样品的适应范围和局限性3．操作参数的选择二、不分流进样由于毛细管的柱容量很小，采用分流进样，绝大部分样品通过分流放空，真正进入柱的样品很少，显然对低浓度的微量分析，特别是对痕量组分的分析极为不利，就是配备灵敏度极高的FID也难以检测。使诸如环境监测、天然产物以及毒物分析等痕量组分分析工作受到了很大限制，因此又发展了无分流进样法。⒈结构要点⒉工作机理要领⒊“溶剂效应”⒋适应范围和局限性5.操作条件的选择三、冷柱头进样系统⒈工作机理要点⒉适应范围和局限性（1）适应范围（2）局限性（3）操作条件四、程序升温汽化（PTV）进样系统PTV进样，实质上是把样品注入处于较低温度的带有汽化衬管的进样系统中，然后将进样系统按设定的温度程序升温。在结构上，程序升温汽化（PTV）进样系统，是把分流/不分流进样器和冷柱头进样器设计在一起，因此，它充分发挥了各上述进样技术的长处，避免了其缺点，例!五、大口径毛细管柱直接进样大口径（0.53mm）石英毛细管柱，具有和常规（∠0.32mm）石英毛细管柱同样的惰性，而柱容量又比其大的多，柱效又介于填充柱和毛细管柱之间，因此，对于十几个组分之内，不太复杂的样品或热不稳定样品的微量分析十分有