气相色谱分析是一种效能高、选择性好、灵敏度高、检出限低、分析速度快、样品用量少、应用广泛的分析方法。它能用于气体试样的分析, 也能用于易挥发或可转化为易挥发的液体或固体的分析;不仅可分析有机物, 也可分析部分无机物。一般地说, 只要沸点在500℃以下、热稳定性良好、相对分子质量在400以下的物质, 原则上都可采用气相色谱法进行分析。因此, 气相色谱仪在目前高校的教学与科研中的使用也越来越普遍。华南农业大学目前已有固定资产记录的气相色谱仪已达23台, 其中园艺学院有4台, 部分教研室目前还在采购中。
广东省/广州市果蔬保鲜重点实验室目前共有3台气相色谱仪, 其中两台购于2005年, 日立公司, 型号为G3900, 使用至今已有5年时间;另一台购于2008年, 为岛津GC2014c。其中一台G3900主要使用TCD检测器, 用于果蔬呼吸强度的测定。由于进入本实验室进行科研、学习的学生比较多, 仪器使用都为学生自己操作, 基于对该大型仪器的维护所需, 保证仪器能正常运行, 我们特别强调以下使用注意事项。
1 使用TCD应注意的几个问题
气相色谱仪主要由气路系统、进样系统、色谱柱、检测器、信号放大处理系统和记录仪等部分组成。稳定的载气, 将汽化的样品由汽化室送入色谱柱, 在色谱柱中不同组分得到分离后, 从色谱柱中流出, 经过检测器, 被分开的组分就形成一个一个的色谱峰记录在记录仪上。其中检测器是检测组分的重要器件。检测器一般由传感器与检测电路组成。传感器利用被测物质的各种物理化学性质与载气的差异, 检测出被测物质的存在及其量值。检测电路则是把传感器产生的信号转变成电信号的装置。TCD, 即热导检测器, 是利用被测组分与载气热导率不同而响应的浓度型检测器, 由载气的导热系数与组分的导热系数相差越大, 灵敏度越高, 一般要求以导热系数大的氢气或氦气作载气。
本实验室采用纯度高达99.999%的氦气做载气, 在TCD使用过程中要求注意以下几点。
(1) 每次启动前, 通载气10min~15min后才能加电流启动TCD, 以防止气路中残留的氧的影响。
(2) 当检测器达到所需温度, 并稳定后, 才能加电流, 防止烧坏热丝。
(3) 工作结束时应先关桥电流, 并进行降温, 待检测器温度降到100℃以下时才能关闭载气, 防止高温下氧气渗入, 氧化电热丝。
(4) 更换进样垫或色谱柱前, 一定要先关桥流, 降温后再操作。
(5) 没有充分老化的色谱柱以及长时间老化中的色谱柱不要直接连接检测器。
(6) 在日常使用过程中, 可能出现在其他条件都稳定的情况下, 基线长时间以上不能稳定的现象, 这时可能是检测器潮湿或者受污染导致的, 可将检测器温度设置在200℃左右加热一段时间。
(7) 桥流值的选择:本实验室该气相色谱仪由于使用的频率比较高, 使用时间也已达5年之久, 因此出现了对CO2的测定达不到以前的低限问题。我们使用高纯He做载气, 在最高灵敏度下, 在经过一系列措施, 如对柱子进行除杂再生等, 仍不能恢复到原来的检测下限, 因此采取通过提高桥流来提高灵敏度, 从而达到恢复CO2的测定下限的目的。但是桥流的增加除提高灵敏度外, 没有其他好处, 同时可能引起以下问题:高桥流时, 检测器对空气进入气路、不适当的柱流失等更加敏感;基线噪声、漂移通常和桥流值成正比;桥流波动, 定量误差也波动;过大的电流, 热丝容易氧化烧坏。桥流的最大值要根据使用热丝的材料、池体温度和载气种类来做适当的选择。在操作中, 只要能满足灵敏度要求, 选择较低的桥流对各方面都有利, 同时能获得更好的信噪比。
2 色谱柱的老化和再生及应注意的问题
色谱柱的老化, 是指在较低的载气流速下, 将色谱柱温度设置高于样品检测温度, 低于色谱柱固定液最高使用温度进行“烧柱子”。新色谱柱残留有有机溶剂或其他沸点低的杂质, 不经老化就用于分析, 很可能会污染检测器;新的填充柱经老化后, 一方面能除去对分析不利的杂质, 另一方面能促进固定液均匀、牢固地分布在载体上, 提高柱的分离效能, 提高稳定性。
色谱柱的再生:色谱柱使用一段时间后, 会滞留一些高沸点的组分、氧化物或其他污染物等, 柱效降低, 如该机子在使用过程中可能出现:样品峰形展宽, 保留时间发生了明显变化;峰拖尾或者出现双峰现象;基线漂移等现象。这时, 则需要用老化柱子的方法, 通过高温除去污染物, 恢复柱效。使用过的填充柱, 如果有超过3个月甚至1个月没有使用, 则可能受污染, 需老化后才能使用。
本实验室采用的色谱柱为填充柱, 色谱柱老化时应注意以下几点。
(1) 新柱子老化以及旧柱子长时间老化时, 色谱柱不得与检测器连接;短时间老化除杂时, 检测器温度一定要比柱温至少高10℃, 以防止检测器受污染。长时间老化时, 最好采用程序升温的方法, 填充柱一般升温速率为10℃/min。
(2) 老化时载气流量不得太大 (一般为30m L/min左右) , 否则可能将填充柱的固定液从一头压到另一头, 容易造成柱效下降、峰拖尾。
(3) 老化的最高温度不得超过色谱柱允许使用的最高温度 (可从色谱柱信息牌上获得) , 最好至少比色谱柱允许使用的最高温度低10℃。
(4) 老化的温度越低越好, 原则上比分析样品所用的温度高25℃即可。
(5) 老化时间从几个小时到数天不等。柱子再生的老化可能需要十几个小时, 有些新柱子的老化可能要3天以上。为了解老化效果是否达到要求, 可将柱子降到室温后, 接入检测器, 在分析条件下观察基线, 若能获得平稳的基线即可。过分老化可能导致固定液流失尽, 柱子失去分离作用。本实验室所测样品为气体, 每次使用前后可进行十几分钟的老化进行除杂, 这样可降低色谱柱被污染的几率。
3 进样隔垫使用注意事项
进样隔垫的作用是保证气路系统中, 进样口处于密封状态, 无论进样与否, 防止漏气, 避免外部气体渗入。本实验室该气相色谱仪目前只用于气体样品的分析, 一般用注射针进样, 对进样隔垫的使用应注意以下几点。
(1) 要选择质量合格的隔垫, 要达到耐高温的要求, 否则进样垫可能在很低的温度下则变质流失或变形。我们目前采用的隔样垫要求能耐400℃以上高温。
(2) 选用尽可能低的进样口温度。进样口温度越高, 隔垫的寿命越短, 因此, 在实际操作时, 进样口温度能满足要求即可, 不能盲目地把温度升高。
(3) 选用的注射针要针尖锋利、无倒刺。针尖的质量对隔垫使用的穿刺次数影响最大, 采用质量差的注射针进样, 一方面会大大降低隔垫的使用次数, 另一方面会造成进样量的损失, 因此, 要求使用质量较好的注射针进样。
(4) 隔垫的更换:隔垫使用一定次数后要进行更换。当出现以下现象时, 则可能是隔垫漏气, 需要进行更换;进样后, 出现色谱峰后, 基线上移或下移;保留时间发生了变化。更换隔垫前应先关闭TCD电流, 并将进样口温度、炉温和检测器进行降温, 待进样口和炉温降至室温, 检测器温度降至100℃以下时, 方可进行操作;更换隔垫时应使用镊子, 避免用手直接接触;要防止碎渣进入色谱柱, 引起峰拖尾。更换新隔垫时, 进样口垫帽螺母不要拧得太紧, 一般拧紧后应往回倒拧1/4至半圈, 或根据柱前压大小适当调节松紧, 以保证拔针不漏气为准。否则, 一方面隔垫很难穿刺, 不好进样, 另一方面会大大降低隔垫使用寿命。扎针一定次数后, 再将螺母拧紧。
4 其他问题及其解决办法:
该仪器在使用过程中还可能出现以下情况。
(1) 进样后不出峰。解决办法:检查色谱柱是否与检测器相连;是否加载TCD电流。该问题基本是由于学生粗心大意造成的, 一方面对仪器及其工作原理不熟悉, 另一方面急于做实验, 未了解仪器状况即进样。
(2) 进样后峰重叠。解决办法:对色谱柱进行再生;降低载气流速, 减少进样量, 降低柱温。
(3) 拖尾。解决办法:清洁进样口;对色谱柱进行再生;提高分析温度。
(4) 出现平顶峰。解决办法:减少进样量;提高柱温;降低载气流速。
摘要：根据广东省/广州市果蔬保鲜重点实验室使用TCD气相色谱仪的经验, 提出教学与科研过程中, TCD的日常使用注意事项、色谱柱的老化和再生以及注射进垫的使用注意事项。
关键词：TCD,色谱柱,注射进垫
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