气相色谱气路系统

GC主要是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离，待分析样品在汽化室汽化后被惰性气体（即载气，也叫流动相）带入色谱柱，柱内含有液体或固体流动相，由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡。但由于载气是流动的，这种平衡实际上很难建立起来。也正是由于载气的流动，使样品组分在运动中进行反复多次的分配或吸附/解吸附，结果是在载气中浓度大的组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大的组分后流出。当组分流出色谱柱后，立即进入检测器。检测器能够将样品组分的与否转变为电信号，而电信号的大小与被测组分的量或浓度成正比。当将这些信号放大并记录下来时，就是气相色谱图了。气相色谱仪由:载气系统进样系统分离系统温控系统检测系统数据处理系统等五部分组成.气路系统气相色谱的载气和气路直接影响到定性和定量的准确性，因此要想准确的分析就必须了解气路。气相色谱气路系统包括：气源系统，净化系统，压力流量控制系统，仪器气路。气相色谱法液相色谱法气-固色谱法液-固色谱法气-液色谱法1.气源气源的作用是提供足够压力的气源。例如：钢瓶、空气泵、气体发生器。气源分载气和辅助气两种，载气是携带分析试样通过色谱柱，提供试样在柱内运行的动力，辅助气是提供检测器燃烧或吹扫用。目前我部门所用的载气为氢气，氦气，燃气有氢气，助燃气压缩空气。氢气、氮气含量为99.99%，氦气含量99.999%。载气既要与固定相充分接触，又要直接进入检测器，所以载气的性质、纯度、流速和压力对柱效率、分析时间和检测器灵敏度都有很大影响。不同的检测器所使用的载气也不近相同。1.1气源的选择选择高压气瓶还是气体发生器，要看具体情况而定。如果更换钢瓶方便，还是使用钢瓶为好，因为气体厂一般能保证质量，成本也不高，如果怕因为更换钢瓶不方便而耽误实验，就使用气体发生器。目前市场上有各种空气压缩机，氢气发生器和氮气发生器，不过需要注意纯度问题。空气压缩机是以实验室空气为气体来源的，且一些空压机可能将油带入气体，故有机杂质含量可能会高一些，净化装置就要经常更换。如果用钢瓶时3个月更换一次过滤器填料就可以时，用气体发生器就要每月更换一次。使用气体发生器的好处是方便省事，不用频繁更换钢瓶。但是一次性投资要大些。另一方面，从安全角度看，氢气钢瓶必须放置到实验室以外的安全地方，有可能给工作带来不便，因此使用氢气发生器好一些。当用氦气或氩气做载气时，目前只能使用钢瓶，因为尚无此类气体发生器供实验室使用。1.2气体纯度的影响如果气体纯度低，会导致1）样品失真；2）色谱柱失效：3）有时某些气体杂质和固定液相互作用而产生假峰；4）对柱保留特性的影响：载气中氧含量过高时，无论是极性或是非极性固定液柱的保留特性，都会产生变化，使用时间越长影响越大。5）FID检测器噪声加大。1.3高压钢瓶的安全使用我们使用的氢气、氦气、氮气都是气瓶提供的，气瓶为高压容器，使用时要注意安全。不要滑动、摔倒钢瓶或让它们彼此剧烈相撞。储存、搬运或使用时必须固定钢瓶。用合适的手推车移动钢瓶。让阀门保护帽一直留在原位，直到钢瓶已经固定好，并准备使用。另外钢瓶不能混用、乱用1.4减压器使用注意事项由于气瓶内压力较高，所以需要用减压器来把储存在气瓶内的较高压力的气体降为低压气体，并应保证所需的工作压力自始至终保持稳定状态。减压器在装卸和使用时应注意以下几点：(1)使用氢气选用氢气减压阀（氢气减压阀与钢瓶连接的螺母为左螺纹）；使用氮气、空气等气体钢瓶选用氧气减压阀（氧气减压阀与钢瓶连接的螺母为右螺纹）。(2)卸下时要注意轻拿轻放，避免撞击震动并妥善保管，不得放在有腐蚀性物质的地方，同时还应防止灰尘落入减压器表内．以免造成阻塞失灵。(3)在装卸减压器前应先将气瓶气门联接处的灰尘、垃圾吹除，装好后先开气瓶气门，然后将减压器调节螺丝慢慢旋紧，使支杆顶住活门，减压阀座开启，气体便经低压室流向使用部分。当气体流入低压室时，应注意有无漏气现象。(4)使用完后应将气瓶气门关闭，并放尽减压器进出口的气体，以免减压器的弹簧因长期压缩而疲劳失灵。(5)氧气瓶所使用的减压器内外应严防被油脂沾污，以避免在使用时氧气与油脂发生化学反应引起燃烧。(6)打开减压器时，操作者动作应缓慢。如果阀门开启速度过快，减压器工作部分的气体因受绝热压缩而温度大大提高，这样有可能使有机材料制成的零件如橡胶填料、橡胶薄膜纤维质衬垫着火烧坏，并可使减压器完全烧坏。另外，由于放气过快产生的静电火花以及减压器有油污等，也会引起着火燃烧烧坏减压器零件。(7)在作业时必须经常注意压力表的读数。2．净化系统2.1净化器的作用净化器的功能是帮助我们保证GC的分析质量和分析结果的稳定性，延长柱寿命和减少检测器的噪声。净化器的作用主要是去除气体中水分、烃、氧。存在气源管路及气瓶中的水分、烃、氧会产生噪声、额外峰和基线“毛刺”，尤其对特殊检测器（例如ECD、PID）影响更为显著，极端情况下还会破坏色谱柱。通常水分存在于气体容器的表面和气体管路内，它不仅会影响组分的分离，还会使固定相降解，缩短柱的寿命。氧的破坏作用最严重，即使很微量的氧也会破坏毛细管柱，氧会使固定相氧化，从而破坏柱性能和柱寿命，氧化物还会引起基线噪声的飘移，并随柱温升高破坏性急剧增大。2.2吸附剂的活化由于分子筛净化的原理是筛分作用,所在针对不同气体可以采用不同类型的分子筛(常见的有3A、4A、5A、10X、13X）达到不同的净化要求（在脱水的同时脱除其他的杂质），这方面可以参考产品说明书，活化条件也随之而异。但总的来说，活化后残留的水量会影响脱水的效率，残留的水越少，则脱水的效率就越高。净化管中所用的吸附剂（硅胶、分子筛、活性炭）及催化剂（脱氧剂）用前必须活化，失活后可再生重复使用。2.3净化器的安装为了提高净化的效果，净化器的安装顺序需注意的是气体必须从净化器的上部进入，底部流出。净化管进出口必须用玻璃棉或烧结不锈钢堵好，以防止净化剂的粉末吹入气相色谱仪的气路系统，损害阀件的性能和色谱性能。3．阀件系统为了提供稳定压力和流量的载气和辅助气，从气源出来的气需经减压阀、稳压阀、稳流阀（载气）、调流阀（辅助气），先进的气相色谱仪，从气源出来的气体经减压阀直接进EPC（电子气路控制）转化成数字控制，只要设定柱前压及总流量、输入柱参数（柱长、柱内径），则柱流量就自动调整，其精度准确性可以达到很高水平，这样可以提高色谱定性、定量的精度和准确度。由于流量可以数字化控制，因此可以降低分析温度、减少分析时间、延长柱寿命。气相色谱仪的气路系统是一个密闭的气流连续运行系统，毛细管柱与填充柱的主要差异是：毛细管柱在进柱前有一路载气分流气路，避免色谱柱过载；柱后进检测器前有一路尾吹，用以减少柱后死体积或提供检测器所需的辅助气。分流的大小及稳定性直接影响定量的结果，尾吹气及其他辅助气（的大小及稳定性不仅影响检测器性能的稳定性，而且尾吹气还会直接影响柱后谱带的扩宽。所以气路稳定性的设计很重要。在先进的气相色谱仪上为了保证压力和流量的高度稳定性一般都采用电子压力控制器（EPC）代替一般阀件，全部气路采用数字控制，定性和定量的结果可以大大提高。这在程序升温时表现尤其突出：因为色谱柱的阻力随温度升高而增加，在柱前压不变的前提下,柱流速迅速降低，使分析时间明显增加，柱效随之降低。例如：毛细管色谱柱柱温从40℃程序升温至300℃时，柱出口流速将减少到初速的36%，这时若采用EPC恒流操作，即可保证流速的稳定性和重复性，这在节省分析时间、提高分离效能上是很明显的，而且保留时间的重复性和可比性也大大提高。3.1EPC的优点（1）流量控制准确，重现性好（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。（3）使仪器体积更小，因为不再需要各种机械阀和压力表，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。（5）仪器更省气，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。需要分析时，仪器在几秒钟内就可恢复原来的条件。因此，EPC可使分析成本减低。（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，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。这在一定程度上保证了仪器和实验员的安全。（7）分析结果更可靠，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，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4.仪器气路4.1进样口4.2FID气路5、气路检漏①钢瓶至减压阀之间的检漏关闭钢瓶减压阀上的气体输出节流阀，打开钢瓶总阀门（此时操作者不能面对压力表，应位于压力表右侧），用皂液（洗涤剂饱和溶液）涂在各接头处（钢瓶总阀门开关、减压阀接头、减压阀本身），如有气泡不断涌出，则说明这些接口处右漏气现象。②气化密封垫的检查检查气化密封垫是否完好，如有问题应更换新垫圈。③气源至色谱柱间的检漏（此部在连接色谱柱之前进行）用垫有橡胶垫的螺帽封死气化室出口，打开减压阀输出节流阀并调节至输出表压0.025Mpa；打开仪器的载气稳压阀（逆时针方向打开，旋转至压力表值呈一定值）；用皂液涂各个管接头处，观察是否漏气，若有漏气，须重新仔细连接。关闭气源，待半小时后，仪器上压力表指示的压力下降小于0.005Mpa，则说明气化室前的气路不漏气，否则，应该仔细检查找出漏气处，重新连接，再行试漏。④气化室至检测器出口间的检漏接好色谱柱，关载气稳压阀，待半小时后，仪器上压力表指示的压力下降小于0.005Mpa，说明此段不漏气，反之则漏气。⑤检漏结束应将接头处涂抹的肥皂水擦拭干净，以免管道受损：6实验室气路系统使用注意（1）空压机储罐要经常放水，以减少净化器填料的更换次数（2）氢气减压阀和钢瓶连接时必须加密封圈（3）使用减压器调节所需压力时，应使压力从小到大到所需压力，并注意小阀的状态。（4）防止硅胶气路管掉到柱箱排热口而爆裂（5）检查检查和更换进样垫，保证进样口的气密性