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气相色谱仪维护保养经验分享



气相色谱仪维护保养经验分享
随着经济的快速发展,持续繁荣,目前国内各事业、企业等机构在日常监测业务、产品质控等方面越 来越多的采用到气相色谱仪(以下简称 GC),应用于易挥发性、热稳定的有机化合物分析。其中不同产地、 不同品牌的 GC 产品琳琅满目、品种繁多,如何能保证 GC 始终处于较好的状态,这就需要我们色友们尽心 尽力的进行日常维护保养工作。 俗话说得好:没有不好

骑的马,只有骑不好马的骑师。只有把 GC 当朋友,好好了解它的习性、掌握 维护保养要领并坚持保养它才能服服帖帖听你的话。 GC 主要有载气系统、进样系统、分离系统、检测系统、记录系统共五个主要组成部分,要做好保养首 先得先了解 GC 各部分构造以及可更换或清洁的零部件,这部分知识可参考各种 GC 产品使用说明书。 下面主要就 GC 各功能部分维护保养经验、要领一一列举: 一、载气系统: 载气系统主要包括气源(气体钢瓶或发生器)、减压阀、限流器、净化器、载气管路等部分,载气系 统最主要的维护工作就是检漏,可采用厂家提供的检漏液或者自行配制肥皂水振摇起泡,涂抹在管路连接 或阀等有缝隙的地方察看。卸下高压、低压表头检定过的国产减压阀大部分用不了多长时间就会发生泄漏。 检漏工作应定期作,周期示实际情况而定。每次更换气瓶、减压阀等也需要检漏。需要注意的是,不要将 载气管路长时间放空,应采用堵头堵住两端,尽量避免空气进入载气管路。在质谱应用中,如果拆卸过载 气管路,可看到水峰(18)和氮气峰(28)等长时间下不来,此时可稍微拧松 GC 入口管路螺帽,开载气 吹半个小时或更长时间。 净化器在载气系统中作用很大,可以帮助去除气体源中污染设备和影响分析结果的水分、烃类、氧气 等等杂质。净化管有很多种选择,主要有氧气净化管、水分净化管、烃类净化管、综合净化管等等。除了 部分水分及烃类净化管可以再生处理以外,一般均为一次性使用,寿命示实际情况而定。可再生类净化管

一般有显色指示,根据指示确定是否需要再生处理,再生处理步骤为取出吸附剂,烘箱中加热烘烤,最后 干燥冷却后重新填装连接管路。 二、进样系统(进样口): 目前各厂家 GC 进样口主要有填充柱进样口、 分流/不分流柱进样口、 PTV (温度可编程蒸发进样口) 、 VI (挥发物接口) 、COC(冷柱头进样口) 、气体进样阀接口 (气体样品)等多种进样口类型以及 ALS(自动进 样器) 、顶空进样、 吹扫捕集进样等进样附件。 其中主要以填充柱进样口、 分流/不分流柱进样口应用最广, 填充柱进样口主要在老的标准方法以及气体分析、大体积进样分析等应用中常用,目前主流的进样口主要 为分流/不分流柱进样口,由于其分析要求一般比较高(如农残分析等),维护工作尤其重要,如维护不到 位,其分析结果差异较大。 以下主要讲述填充柱和分流/不分流柱进样口的维护保养,两者差异不大,具有一定的通用性。 1、隔垫:主要起到密封进样、清洗进样针的作用,一般隔垫可达到一百次进样以上寿命,不同厂家 不同材质寿命不一,如 Agilent BTO(经温度与流失处理)隔垫可达 400 次以上寿命,而红色硅胶隔垫 一般为一百次。如发现进样口压力下降,可检查是否隔垫磨损严重,密封性变差,必要时更换。隔垫碎屑 可导致本底升高,还有可能污染衬管、堵塞色谱柱,应经常更换,不必等到非换不可的程度。很多色友在 安装更换隔垫一般拧得过紧,这样会导致隔垫过于收缩、变硬,进样时隔垫容易产生碎屑,寿命大幅下降, 一般以不漏气稍紧一些即可。 2、衬管:衬管在 GC 中主要起到样品汽化室的作用,样品在衬管中汽化并被带入气相中,有去活和 不去活之分,也有分流/不分流、不分流、分流、直接进样、直接连接、聚焦、PTV 等多种之分。不定期 更换或未正确使用会导致峰形变差、溶质歧视、重现性差、样品分解、出现鬼峰等结果。衬管的维护保养 主要是清洗、硅烷化和合理使用玻璃棉。 1)一般清洗主要用纯水、甲醇或无水乙醇等冲洗或超声清洗,污染严重可用棉签轻轻擦拭,不可用 力过度,避免破坏内表面产生活性点,然后放置到烘箱 70 度烘干后干燥冷却密封存放即可。

2)硅烷化是消除载体表面活性最有效的办法之一。它可以消除载体表面的硅醇基团,减弱生成氢键 作用力,使表面惰化。一般的方法是用 5~8%硅烷化试剂的甲苯溶液浸泡或回流 1 个小时以上,然后用无水 甲醇洗至中性,烘干备用。常用的硅烷化试剂有二甲基二氯硅烷(DMCS)、三甲基氯硅烷(TMCS)和六甲基 二硅氨烷(HMDS)。以 DMCS 的硅烷化效果最好,HMDS 其次,TMCS 较差。 3)玻璃棉的使用。在大部分的实际应用中,通常可以在衬管里面填充一定量的玻璃棉以增加样品的 汽化效率,同时还可以起到防止隔垫碎屑堵塞色谱柱的作用,但是如果玻璃棉未经去活或断点较多,会使 得活性点增加,会起到反作用。以下应用不推荐使用玻璃棉:酚类、有机酸类、农药类、胺类、滥用药物 类、反应性极性化合物类、热不稳定化合物等。 4)金属密封垫(分流/不分流平板):密封和限流等作用,有纯铜、不锈钢、镀金等材质,以镀金最 好。定期或按需检查,有污染情况可卸下用纯水或有机溶剂超声清洗,可用棉签轻柔擦拭表明,不可用硬 物划伤上表面。 5)色谱柱密封垫: 密封色谱柱与衬管连接处作用。 一般为纯石墨、 特氟隆、 金属、 按比例添加 Vespel 或 100%Vespel 等物质。纯石墨材质一般都是一次性使用,如果密封效果还可以,也可多次使用。其他材 质可多次使用,以密封不漏气为准。 三、分离系统(色谱柱): 色谱柱在色谱系统中主要起到分离的作用。气相色谱柱有多种类型。从不同的角度出发,可按色谱柱 的材料、形状、柱内径的大小和长度、固定液的化学性能等进行分类。这里我主要就填充柱和毛细管柱的 常规保养维护讲述。 1、老化: 1)填充柱:新制备的填充柱在使用前必须经过老化处理,以便把柱内的残存溶剂、低分子量固定液 以及低沸点杂质除去,使固定液在载体表面涂得更均匀牢固。老化的方法比较简单: 在室温下将色谱柱的 入口端与进样器相连结。为了避免污染,出口端与检测器断开。然后接通载气,调节载气流速 10~20 毫升

/分, 再以程序升温的方式缓慢将柱温升至比使用温度高 20℃,并在此温度下老化 4~8 h。注意,老化温 度不能高于固定液允许的最高使用温度。如果使用氢气作载气,还应注意将出口端流出的氢气引出室外。 老化处理后,将柱温降至室温,把色谱柱出口端与检测器相连结,在分析条件下观察基线。若能获得平稳 的基线,说明色谱柱已经老化合格,一般即可进行正式分析试验。日常老化可不必断开检测器,老化时间 也可酌情减少。 2)毛细管柱:通用老化程序可在比最高分析温度高 20℃或最高柱温(温度更低者)的条件下老化柱子 2h,如果在高温 10min 后背景不下降,立即将柱子降温并检查柱子是否有泄漏;如果用 Vespel 密封垫圈的 话,老化完后重新检查密封程度;注射非保留物质以确定合适的平均线速度。也可采用程升温度老化,一 般可用慢升快降原则,50 度下以 5 度/分钟升到最高限温下 20 度,恒温 30 分钟,20 度/分钟下降到 50 度, 如此循环 3 个来回即可。 2、清洗:通常情况下不建议清洗色谱柱,除非严重污染,经老化效果不明显情况下可以对键合交联固 定相的毛细管色谱柱进行。清洗色谱柱可采用色谱柱冲洗装置把溶剂注入色谱柱,该装置接有一个有压力 的气源上(氦气或氮气),并把色谱柱插到冲洗装置中,把溶剂加入样品瓶里,往溶剂瓶中施加压力,把 溶剂压到毛细管色谱柱里,残留物溶解到溶剂中,然后用溶剂把它反吹出色谱柱,再用容积吹扫色谱柱, 并把色谱柱进行适当的老化处理。在冲洗色谱柱之前,把它切去半米(即靠近进样口一端),把连接检测 器的一端插入溶剂冲洗装置,常使用多种溶剂冲洗色谱柱,后面继续使用的溶剂必须要和前一种溶剂互溶, 一定不要使用高沸点溶剂,特别是最后使用的溶剂,溶解样品的溶剂常常是最佳的选择。决多数情况下建 议使用甲醇、二氯甲烷和己烷。丙酮是二氯甲烷的代替品(在避免使用含氯溶剂时),但是二氯甲烷是一 种最好的冲洗溶剂,如果注射的是水性样品(如生物液体和组织),在使用甲醇以前要用水来冲洗,一些 源于水性样品的残留物只能溶解在水中而不溶于有机溶剂。应当使用水和醇类(如甲醇、乙醇和异丙醇) 冲洗键和聚乙二醇为基的固定相(如 DB-WAX、DB-WAXet、HP-Innowax),只作为最后使用的溶剂。 四:检测系统(检测器):

就目前而言,GC 检测器主要有热导检测器 (TCD)、氢火焰离子化检测器 (FID)、电子捕获检测器 (ECD)、微电子捕获检测器 (?ECD)、氮磷检测器 (NPD)、双波长火焰光度检测器(DFPD)、火焰光度检测器 (FPD)、 脉冲火焰光度检测器 (PFPD) 、 光离子化检测器(PID)、 电导检测器 (ELCD, HALL)、 质谱检测器 (MSD)、 红外光谱检测器(IRD) 、原子发射检测器 (AED)等等,大多数检测器都需要简单的,但是定期的清洗,以 保持最佳性能。 对于高灵敏度的检测器尤其如此。 没有日常的维护,GC 系统性能降低并能引起检测器失效。 下面就常用的 TCD、FID、ECD、NPD、FPD、MSD 等几种检测器维护进行详解。 1)TCD 检测器:TCD 检测器比较两路气体——纯载气(也称作参比气)和载气加样品组分(也称作柱 流出气)的热导率。主要维护工作为热丝维护和热导池维护。 热丝维护: TCD 的主要维护包括热丝的维护。 大多数步骤包括延长热丝寿命或确保热丝不被损坏或污 染。 氧气的持续存在会通过氧化作用永久地损坏热丝。 最常见的氧气来源是载气或尾吹气中较高的氧气含 量,或靠近检测器处的泄漏。推荐在载气和尾吹气气路中使用氧气捕集阱以降低氧气水平。正确的柱安装 技术和定期检漏(特别是安装色谱柱之后)有助于最大限度地避免泄漏问题的发生。 当热丝电流较高时,氧气所引起的损坏将更加严重。化学活性样品组分,如酸和卤代化合物可能损坏 热丝。尽可能避免这些化合物将延长热丝寿命。当 TCD 不使用时,关闭或大大降低热丝电流也可延长热丝 寿命。 延长热丝寿命:若遵循以下启动程序,将延长热丝寿命。 a.热丝接通电源之前,用载气和尾吹气吹扫检测器 10-15min。这样可避免热丝因氧气存在而被氧 化,因为无气流条件下氧气已经扩散到了热导池内。 b.在尽可能低的电流设定下打开热丝电流,然后逐步提高热丝电流至所需值。这样可减少因电流引 入而产生的功率脉冲,并延长热丝寿命。

热导池污染:当采用减低检测器温度以改善灵敏度时,会产生热导池污染的问题。还有,热丝保持在 低电流条件也会导致污染,因为在较低电流条件下热丝温度也较低。如果热导池被污染,用容积冲洗检测 器有助于出去冷凝物。 容积冲洗步骤: a.将热导池冷却至室温并取下色谱柱。 b.将隔垫至于检测器入口的螺母或接头组件上。 c.将螺母或接头组件置于检测器接头上并拧紧。确认有尾吹气流。 d.通过隔垫向检测器注射 20-100ul 甲苯或苯。注射容积总量至少 1ml。不要向检测器注射卤代容 积,如二氯甲烷或氯仿。 e.完成最后一次注射之后,允许尾吹气继续流动 10min 或更长时间。缓慢地增加热导池的温度,使 其比正常操作温度高 20-30℃。 f.30min 之后,将温度降至正常值,并按正常情况安装色谱柱。 热清洗:柱流失或样品脏产生的沉积物都回污染 TCD。基线漂移、噪音增加或测试色谱图响应改变都 表明有污染。只有当你确认载气及气路系统没有泄漏且未被污染时,才可以进行热清洗或烘烤(加热检测 器池体以蒸发掉污染物)。 观察因样品与灯丝相互作用产生的灵敏度下降,起源于氧气污染载气、泄漏或柱流失。样品含有活性 化合物,如酸和卤代化合物,也能对热丝产生化学损坏。若温度太低,样品冷凝也会污染检测器热导池。 某些类型的污染物可以通过温度烘烤除去。同样在非模块设计的检测器中,由于温度改变而产生的基线波 动可以通过保持检测器温度恒定而得到纠正。 2)NPD 检测器:NPD 维护主要有铷珠维护、气流、气体纯度、清洗和避免污染等。 a.铷珠维护:NPD 不很稳定,需要经常维护。许多参数中任何一项很小的变化都会改变 NPD 的性能 特征。铷珠最需要维护。需要经常更换,因此,一个备用的铷珠是必须的。

铷珠必须保持干燥,其贮存寿命限制为 6 个月。当安装新的铷珠时,缓慢升高检测器温度和微铷珠 电流。快速加热能到导致铷珠破碎或裂开,尤其当铷珠在潮湿环境中贮存时,更是如此。已经证实,较高 的氢气流速和铷珠电流将会缩短铷珠寿命。当 NPD 不用时,应当降低或关闭氢气流速和铷珠电流,以延长 铷珠寿命。在加热的检测器内或当铷珠有电流时,确保某种气流存在。 铷珠寿命:为了延长铷珠寿命,可采用下列措施: a) b) c) d) e) f) 采用最低的使用调解补偿或铷珠电压 运行干净样品并保持进样口/衬管干净以使污染最小 不使用时,关闭铷珠电流 保持高的检测器温度(320-350℃) 在溶剂出峰过程中和运行之间,关闭氢气流速 若 NPD 在高湿度环境中长期不用,检测器中可能积聚水。为了蒸发这些水,将检测器温迪设定 至 100℃,并保持 30min,然后设定检测器温度 150℃ ,并保持 30min b.气流:氢气、空气及补充气流速应当经常测定。它们可随时间的变化飘移,或在无征兆的情况下改 变。每种气体流速必须独立测定以得到准确的数值。NPD 对于气体流速的改变十分敏感,保持流速一致是 维持性能不变所必需的。 c.气体纯度:NPD 具有高灵敏度,因此需要很纯的气体(99.999%或更好)。强烈推荐载气及所有检 测器气体,包括检测器氢气、空气及尾吹气,都是用水分捕集阱及烃类捕集阱。脏的气体不仅是色谱性能 变差,而且将会缩短铷珠寿命。 d.清洗和更换:NPD 需要进行定期清洗。在大多数情况下,只包括清洗收集极和喷嘴。一般 GC 都配 有刷子和金属丝。刷子用于清扫喷嘴口的颗粒物。不要迫使太粗的金属丝或探针进入喷嘴口,否则喷嘴口 将被破坏若喷嘴变形,将会导致灵敏度下降或峰形变差。用刷子清洁之后,可以用超声波清洗各个部件。 最终将需要更换喷嘴,因此,强烈推荐在手头有备用的喷嘴。

经过一段时间的使用,来自于铷珠或样品的残留物将会积聚在收集极上,并导致基线问题。在更换铷 珠 2-3 次后,应该清洗检测器。 每次拆装均会造成金属垫片等的磨损。几次拆装之后(5 次或更多次),密封环就可能无效导致基线 不稳。更换检测器不见时一定要将检测器温度降低到室温。 因为 NPD 没有任何火焰,其喷嘴不像 FID 喷嘴那样收集二氧化硅和燃烧烟尘。虽然可以清洗喷嘴,但 是简单的用新喷嘴取代脏喷嘴往往更加实用。清洗喷嘴记得用金属丝,并且是清洁的,小心操作,千万不 要损坏喷嘴的内部,也可以使用超声波清洗喷嘴。 e.污染: 使用 NPD 时还可能产生一些化学问题。因为它是痕量检测器,所以要小心操作,不要污染分析系统。 玻璃器皿:必须干净,必须避免使用含磷去污剂,因此,推荐用酸洗涤玻璃器皿,然后用蒸馏水和溶 剂冲洗。 溶剂:必须检测溶剂纯度。含氯溶剂及硅烷化试剂能降低碱盐的使用寿命,可能时,应该在进样之前 除去过量溶剂。 其他污染源:含磷泄露探测器,经磷酸处理的柱子和玻璃毛、聚酰亚胺涂覆柱、或含氮固定液能够增 加系统的噪音,应该避免使用。 3)ECD 检测器:ECD 检测器含有放射性的 63Ni,对人体可能造成一定的伤害,维护需要小心操作, 可进行维护操作很少,主要是热清洗。 热清洗:若基线噪音增大或输出值异常高,而已经确认问题不是由于 GC 系统的泄露而致,那么,检 测器可能被柱流失污染,应该对检测器进行热清洗(烘烤)。 气体纯度:ECD 检测器载气及吹扫气要求非常清洁和干燥(99.9995%)。潮气、氧气或其他污染物 可能改善灵敏度,但是会损失线性范围。在色谱柱连接到检测器之前,一定要预老化色谱柱。

警告: 除热清洗外, 监测器的拆卸和/或清洗操作只能由经过培训并取得处理放射性物质执照的人员进 行。在其他清洗操作中,可能泄露痕量的放射性 63Ni,导致接触可能有害的β 和 X- 辐射。虽然β 粒子在 这个能级上几乎没有穿透力——皮肤表层或几张纸将阻止其大部分,但是,如果同位素被咽下或吸入,它 们将可能有害。当检测器不用时,入口及出口接头必须盖上,腐蚀性化合物不得引入检测器。而且,检测 器的流出物必须放空至实验室环境之外。



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