色谱分析仪器的维护

  目前，热导池检测器多采用直流电桥，因此，桥路两端的供电电源 就是直流电源，其形式可以是稳压电源或稳流电源两种。主要由整流滤 波、调整电路、比较放大、取样电路、基准电压以及辅助电源等几部分 所组成，其方框图如图4-8所示。稳压电源和稳流电源均采用串联调整 线路，基本环节亦相同，不同点在于两者取样电路方式有所不同。

  气体进样常采用六通阀，也可以用0.25、1、2、5毫升的医用注射 器六通阀由于进样重复性好，且可进行自动操作而

  得到普遍的使用。目前，在气相色谱仪中常常采取的有两种：一种 是推拉式六通阀，另一种是平面旋转式六通阀。

  安装时应注意，在图4-6中，不能把R1、R3，R2、R4接成邻臂，否则 在进样后，虽然样品气进入测量臂，但由于R1和R3在同一个气路中，阻 值变化相同，结果电桥仍处于平衡状态，造成桥路没信号输出。此时 应按照气路和电路的安装要求，重新进行正确地连接。

  由于电桥的调零电位器的接法不同，组成的电桥线路就有差异。目 前，在热导池桥路中常采用串联式调零法和并联式调零法，它们的线所示。其中，并联式的调零接法使热导池检测器具有更 大的线性范围而应用较多。

  空腔A和金属波纹管B的空腔通过三根连动杆的间隙互相连通， 针型阀用三根连动杆(图中只画出一根)连在波纹管底座上。若将 手柄右旋，向左压缩弹簧，波纹管被压缩，阀体左移，增大阀针 与阀座间隙，出口流速加大,即输出压力升高；反之，手柄左旋， 过程相反，输出压力下降。这是稳压阀能调节输出压力的原因。

  稳压阀的稳压原理是：用调节手柄通过弹簧可把针形阀旋到一 定的开度，当压力达到一定值时就处于平衡状态，达到平衡后当 气体进口压力P1微有增加产生波动时，针形阀的结构必然导致P2的 压力也增加，Ｂ腔压力增大的结果，迫使弹簧向右压缩，波纹管 就向右移动而伸长，并带动三根连动杆也向右移动，使阀针与阀 体的间隙减小，气流阻力增加，使出口压力P3保持不变。同理，当 输入压力P1有微小的下降时，由于压力负反馈自动调节的作用，使 系统能自动恢复到原有平衡状态，进而达到稳定出口压力的效 果。

  A．减压阀 高压钢瓶中气体压力很高（10MPa以 上）， 需用减压阀将其衰减至0.5MPa以下。减压阀的 结构如图4－１所示

  1.调节手柄;2.弹簧;3.隔膜;4.提升针阀;5.出口 腔;6.入口腔;7.气体入口;8.高压压力表;9.气体出

  Ｂ．稳压阀 又称压力调节器，其功能是为它后边的针形阀 提供稳定的气压；为它后边的稳流阀提供恒定的参考压力。稳压 阀一般会用橡胶膜片和金属波纹管双腔式的结构，如图4－2所示。

  在气相色谱中，液体样品必须经气化室将其瞬间汽 化后，才可进入色谱柱分离。

  气化室其实就是一个温度连续可调并能恒定控制的加 热炉。一种金属式气化室的结构如图4－5所示。载气通常 在进入气化室之前应经过盘旋在加热器外壳的预热管进行 预热，使载气温度接近气化室的温度，预热后的载气经过 进样口和气化管直接与色谱柱相接。注射器针头在进样口 刺破硅橡胶垫后进样，并在气化管中瞬时气化，然后被载 气携带进入色谱柱。气化管被外部电加热器加热，加热器 由温度控制器控制，以实现气化温度连续可调和恒定操作 的要求。

  电桥失衡，分别造成M、N点的电位升高和降低， 由于变化相反，导致电桥不平衡输出电压增加了一倍，相 应地使热导池灵敏度也提高了一倍。

  在测量桥路中，参考臂和测量臂不仅热敏元件的形状、 阻值大小一致，所处池腔的体积也相同，其主要不同之处在于 通过的气体组成不同。因此，不同形式的载气气路，它们 的放置方法就有差别：

  氢火焰离子化检测器是离子化ห้องสมุดไป่ตู้测器的一种，其特点 是灵敏度较高，结构相对比较简单、响应快，线性范围宽，对温度、 流速等操作参数的要求不甚严格，操作最简单、稳定、 可靠。因而应用十分广泛，已成为气相色谱仪常备检测器 之一。氢火焰离子化检测器主要由离子室和相应的电气线 路组成，其工作原理如图4－9所示。

  （1）仔细地了解色谱分析仪器的组成、结构，能够参照 仪器说明书对仪器来安装、调试。

  （3）对仪器的常见故障可以有效的进行分析，了解故障产 生的原因，采取针对性的措施加以排除。

  （4）对使用中和维修后的色谱分析仪器能按照有关 国家标准对其性能进行检定。

  未进样时，参考臂与测量臂通过的均为纯载气，阻值的变化为 △R1、△R2、△R3及△R4，且△R1=△R2=△R3=△R4，此时：

  学习指南 作为一种对多组份混合物进行分离，并测定 其含量的重要手段，色谱方法得到了日益广泛的应用，并 已成为现代成份分析中最重要的方法之一。色谱分析仪器 由于具有应用范围广、分离效率高、分析速度快、样品用 量少、灵敏度高及易于自动化等特点，广泛地应用于石油 化工、生物化学、医药卫生、环境保护，食品检验和临床 医学等部门。色谱分析仪器已经成为许多分析实验室不可 缺少的仪器，它主要包括气相色谱仪和液相色谱仪。 本章着重介绍色谱分析仪器的结构、原理，培养对色谱分 析仪器进行安装、调试和保养的能力，在此基础上学会对 仪器一般故障的产生原因做多元化的分析并进而将故障排除的方 法。通过本章的学习，应达到如下要求：

  1.阀座;2.针形阀（或平面阀）;3.波纹管; 4.弹簧;5.手柄;6.阀针。 图4－2稳压阀示意图

  C．针形阀 针形阀是气体流量的调节装置，它是通过改 变阀针和阀门之间的接触程度，达到改变流量大小的目的。在 气相色谱仪中，常用的是锥式针形阀，阀针和阀体由不锈钢制 成，其结构如图4－3所示。

  应该指出的是，针形阀在气路中只能起连续调节气体流量 大小的作用，既不能起稳定出口压力的作用，也无法维持出口 流量的恒定。

  热导池电气测量线路就是一个简单的稳压供电的直流电桥，亦即 “惠斯登电桥”。气相色谱仪中广泛采用的四臂式热导池,其测量桥 路如图4-6所示。R2和R4为参考臂，R1和R3则为测量臂，由于采用四个 一组完全相同的热敏元件，故R1=R2=R3=R4，全部插入同一块热导池体 的四个池腔(两两相通)中

  目前，在气相色谱仪中常用的是膜片反馈式稳流阀，它的 结构为图4－4所示。其工作原理是：针阀在输入压力保持不变 的情况下旋到一定的开度，使流量稳定不变。流量控制器是由 弹性膜片隔开的Ａ腔和Ｂ腔组成，膜片中心与球阀Ｃ相连接。 由针阀，流量控制器和上游反馈管组成一个自控系统，它是用 维持气流在针阀进出口处压力差恒定的办法使气流速度稳定。 当进口压力P1稳定，针阀两端的压力差等于P3－P2，即ΔP＝P1 －P2，△P等于弹簧压力时，膜片两边达到平衡。当柱温升高 时，气阻发生明显的变化，阻力增加，出口压力P4增加，流量降低， 因为P1是恒定的，所以P1－P2小于弹簧压力，这时弹簧向上压 动膜片，球阀开度增加，出口压力P4增大，流量增加，P2也相 应下降，直到P1－P2等于弹簧压力时，膜片又处于平衡状态， 从而使载气流速维持不变。

  气相色谱分析中所用气体，除空气可由空气压缩机供 给外，一般都由高压钢瓶供给。近年来，某些气体越来越 多地采用气体发生器作为气源，如氢气发生器、氮气发生 器等，这些附加设备将在第六章中加以介绍。

  稳定而可调节的载气及辅助气流不仅是气相色谱仪正 常运转的保证，而且直接影响到色谱分析结果的准确度。 气源(如高压钢瓶)必须与减压阀、稳压阀、稳流阀等部件 配合才能提供稳定而具有一定流量(流速)的气流。

  一、气相色谱仪的结构和分类 随着气相色谱法的发展，气相色谱仪的应用十分广泛。 根据载气流路的连接方式，气相色谱仪大致可分为单柱单 气路、双柱双气路两类。不管采取哪一种载气流路形式， 仪器的基本结构部分是相同的，主要由气路系统、进样系 统、色谱柱、检测器、温度控制管理系统、信号记录和数据处 理系统等六个部分所组成。 二、气相色谱系统 1．气相色谱系统 （1）气路系统 气路系统是指载气和辅助气体流经的管路和相关的一 些部件，具体包括气源装置、气体流速的控制、测量装置 等，其作用是提供气体并对进入仪器的载气或辅助气体进 行稳压、稳流、控制和指示流量。

  热导池由热敏元件和金属池体构成，通常在金属池体上 加工成一定结构的池腔，在其内装上合适的热敏元件即构成 热导池的一个臂。热导池一般可分为双臂式和四臂式两种形 式，四臂式热导池由于相对于双臂式其输出信号增大一倍， 提高了灵敏度，稳定性亦得到进一步改善而被气相色谱仪所 普遍采用。

  检测器又称鉴定器，它是把组份及其浓度变化以一定 的方式转换为易于测量的电信号，因此，检测器其实就是 一种换能装置。 一些常用的气相色谱检测器的性能如下 表所示。

  热导池检测器是气相色谱法中最早出现并应用最广泛的 一种通用型检测器，其特点是结构相对比较简单、稳定性很高、线性范 围较宽、操作便捷，灵敏度虽然不算太高，但对无机气体和 各种有机物均有响应，且对样品无破坏性，适宜于常量分析 以及含量在几个ppm以上的组份分析。目前，热导池检测器是 气相色谱仪的常备检测器之一，它由热导池及电气线.阀针。 图4－4稳流阀示意图

  气体的流速是以单位时间内通过色谱柱或检测器的气 体体积大小来表示，单位一般用ml·min-1。在气相色谱中， 常用的气体流速测量装置是转子流量计或皂膜流量计，其 中测出的流速要经过温度、压力及水蒸气压的校正，才是 色谱柱后的载气平均流速。

  氢火焰离子化检测器的核心是离子室，其结构如图410所示。它主要由喷嘴、电极和体入口等部分组成。

  双柱双气路 参考臂和测量臂均应连接在色谱柱后。 在哪一个支路上进样，其热敏元件就作为测量臂，对应的 另一支路的热敏元件作为参考臂。显然，对于双臂式热导 池，某一热敏元件为测量，另一则为参考；对于四臂式热 导池，R1、R3与R2、R4互为测量，互为参考。

  柱管制作材料很多，如不锈钢、铜、玻璃、塑料等，其中不锈钢 柱由于质地坚固、化学稳定性高而使用十分广泛。色谱柱常制成U形 或螺旋形等形状，其柱效相差不大。常用的色谱柱基本上可分为填充 柱和毛细管柱两类。

  色谱柱一般放置在柱箱中使用。柱箱亦称恒温箱或层析室，是使 色谱柱处于一定温度环境的装置，一般都会采用空气浴，由鼓风马达强制 空气对流，以减少热辐射等造成的温度分布不均匀的现象，加快升温 速度。

  D．稳流阀 在程序升温气相色谱仪中，色谱柱对载气的 阻力随着柱温的上升而增加，使得柱后载气的流速也将发生变 化，从而引起基线的漂移。为了使仪器在程序升温操作的流程中， 载气流速不随柱温改变而变化，往往需在稳压阀的后面加装稳 流阀，这样，柱温的改变而引起的色谱柱对载气的阻力虽有变 化，但柱后载气的流速保持不变，从而改善仪器基线的稳定性， 实现对宽沸程样品快速分析的目的。