影响气相色谱基线的因素:仪器漏气和堵塞

2021-09-09 10:17:18

在气相色谱分析中,基线问题是常见的维护热点。基线问题主要包括三个方面:基线噪声大;出现跃迁、杂峰等;有规律/无规律波动等。一方面,基线噪声的大小、基线位置可以反映仪器的工作状态是否正常;另一方面,基线的杂峰、波动可能会干扰正常的样品分析和定性定量;再一方面,良好的基线状态意味着仪器系统的稳定性和分析的品质,比如更低的方法检出限等。因此需要正视气相色谱仪器的基线问题,积极排查和解决问题。

引起气相色谱仪器基线问题的原因多种多样,在日常的使用中,首先,应当从合格和可靠的供应商获取仪器耗材,如钢瓶气、进样垫、衬管等;其次,应当做好耗材的日常维护,包括气体净化装置(除水、除氧和除烃装置)、进样口进样垫(进样隔垫、注射垫)、衬管、O型圈、分流部件(分流平板、毛细柱适配器)、分流捕集阱等的清洗和更换;再则,应当做好色谱柱的老化、FID检测器喷嘴与收集极的清洗,ECD的高温老化等部件维护;再次,应当按照仪器使用说明书正确设置和操作仪器;最后,还应当注意实验室环境应当符合仪器的安装使用要求。

然而,实际的情况是,即使注意到了以上方面,基线问题在很多情况下仍然是困扰实验室分析人员的一大难题。下面将介绍气相色谱仪器漏气和堵塞引起的气相色谱基线问题的一些实例。

 

仪器系统漏气和堵塞

1.1 概述 

在气相色谱分析过程中,系统密封性指的是仪器管路(内部流路和外部流路)及部件连接的密封程度;系统密封性是一个重要的参数,在计量检定规程和相关标准中均有要求;除了标准的要求之外,在实际分析中系统漏气会为分析过程带来诸多的影响,如重复性差(如进样口漏气等),仪器基线漂移大(向上漂移或者向下漂移)、稳定时间长,基线噪声增加,有规律性波动、出负峰(ECD检测器)等情况。

除了系统密封性不佳会导致仪器故障之外,气路堵塞也同样会引起诸多仪器问题。


2.2 仪器系统漏气和堵塞对基线的影响

 

2.2.1 样品引入装置流路堵塞对基线的影响

气相色谱分析中的样品引入装置多种多样,包括进样针、六通阀、热解吸装置、顶空装置和吹扫捕集等。除了进样针之外,其他样品引入装置均需要串入仪器载气流路之中,如果样品引入装置出现问题和故障,往往会影响色谱的基线、响应值和重复性等。下图为六通阀长期分析较为复杂样品,阀芯和定量环堵塞造成的基线规律性波动:

上海灵华气相色谱仪

清洗六通阀定量环和阀芯之后,仪器基线恢复正常。

 

2.2.2 进样口漏气对基线的影响

气相色谱分析中的多数问题发生在进样口,在日常分析中应当做好常规维护,包括进样口进样垫(进样隔垫、注射垫)、衬管、O型圈、分流部件(分流平板、毛细柱适配器)、分流捕集阱等的清洗和更换等,避免因为缺乏维护引起仪器故障,影响正常分析工作。以下为进样垫由于长期使用漏气未及时更换导致的TCD检测器基线波动:

上海灵华气相色谱仪

由于热导池检测器(TCD)为浓度型检测器,因此其基线受载气流速稳定性的影响很大,进样垫漏气会有较大的影响;其他检测器如氢火焰离子化检测器(FID)为质量型检测器,进样垫漏气也可能会引起基线问题,不过显著性可能有所降低,下图为进样垫漏气引起的FID检测器基线波动:

上海灵华气相色谱仪

进样垫漏气除了可能会引起基线规律性波动之外,也可能会导致基线噪声增大和毛刺杂峰等,下图为进样垫漏气引起的热导池检测器(TCD)基线异常,现象包括噪声增大和无规律毛刺:

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2.2.3 检测器漏气对基线的影响

气相色谱分析中的检测器均需要一定的辅助气体才能正常工作,如FID需要燃气(氢气)、助燃气(空气)和尾吹气,ECD需要尾吹气等;如果检测器漏气常常会导致检测器长时间难以稳定(尤其对于浓度型检测器ECD、TCD等,基线漂移大,长时间走不平),响应值小等,也会有其他的症状,下图为FID喷嘴未拧紧漏气导致的柱温箱降温时基线会有剧烈波动:

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上海灵华气相色谱仪

该仪器尾吹气管路穿过柱温箱内部且燃气和助燃气管路紧贴柱温箱,由于FID喷嘴未拧紧漏气,在升降温过程中,尤其是降温过程中温度急剧变化导致气体体积变化,从而引起基线规律性波动;当温度趋于平稳后,基线波动逐渐降低。

 

2.3 小结

对于仪器内部流路的漏气和堵塞,尤其是漏气现象,多数原因是缺乏维护,且集中在进样垫和衬管O型密封圈等部位,因此应当建立良好的使用习惯,以衬管、进样隔垫和O型圈为例:可以在仪器上设置进样次数的提示;如果没有该项功能,可以根据使用频率做好使用台账,或者规定每天、每周或者每月的第一天进行更换。