气相色谱仪FⅠD检测器常见故障排除

许建军，牛国栋，李琛

（河南省计量测试科学研究院，郑州 450000）

气相色谱仪是用气相色谱法分析样品的工具。它以惰性气体作为流动相，以固定液或固体吸附剂作为固定相，利用混合物中各物质在两相间分配系数的差别，在两相间进行多次分配，将复杂的混合物分离成各相关组成成分[1-2]。主要分析对象是能汽化、热稳定性好的化合物，在分析领域有不可替代的优势。近年来气相色谱技术发展迅速，二维气相色谱仪、便携式气相色谱仪以及各类专用气相色谱仪等不断涌现[3-5]。不管外形、结构等怎样变化，气相色谱仪的组成至少包括五个部分：气路系统、温控系统、色谱分离系统、检测系统和数据处理系统[6-10]，示意图如图1。现在，气相色谱仪多具备故障自我诊断功能，可给出故障部位提示，给排除故障带来极大的方便。但是，更多的故障还是需要实验员根据色谱图显现出来的异常去分析、判断才能排除。

图1 气相色谱仪组成示意图

1 故障排除原则

仪器从研发到应用，要经历高低温试验、电磁兼容试验、定型鉴定等一系列程序。大规模商用后，仪器制造企业会加强产品质量的控制。所以，实际使用过程中出现硬件故障的概率非常低。日常碰到的故障从狭义上说并不是真正的故障[11]，多是由于操作不规范，保养不到位，耗材更换不及时等人为因素引起。可以通过对系统单元逐个检查、分析，由实验人员来排除，一般称之为“软故障”[12]。

无论何种原因产生的“软故障”，它基本都会在数据处理系统中以异常色谱图的方式呈现出来。实验人员对异常色谱图进行分析找出原因后，可以通过调整或更换耗材等方式排除故障。排除此类故障建议遵循“由简到繁，由易到难”原则，这样不仅可以节约大量的时间和资金，而且能起到事半功倍的效果。

下面以气相色谱仪FⅠD检测器经常出现的几种故障为例给出解决思路。

2 故障排除实例

2.1 基线不稳

气相色谱仪正常开机，待检测器、汽化室以及柱箱达到设定条件后点火，稳定一段时间，监视基线。正常的基线应该为向上或向下漂移一段时间后（一般为30～60 min），漂移斜率会大幅度减小，直至达到平稳，正常基线漂移示意图见图2。

图2 正常基线漂移示意图

如果60 min后基线仍然不稳定，易导致非正常基线漂移，示意图见图3。当这3种非正常基线漂移情况出现时，可以分别从以下方面去查找原因，进而排除故障。

图3 非正常基线漂移示意图

2.1.1 基线向上单向漂移

色谱图基线向上单向漂移(如图3a 所示)，出现这种现象一般是由于进样系统受到污染或是色谱柱固定液流失造成。可以采用以下方法消除。

（1）老化色谱柱。当被分析物质成分较为复杂或沸点较高时，建议每次完成分析工作后（或定期）采取程序升温的方式对色谱柱进行老化处理。具体操作：色谱柱入口接气相色谱仪进样口，色谱柱出口排空不接入检测器，载气流速设置为常用值，设置柱箱初始温度为50 ℃并保持5 min，升温速率为10 ℃/min（设置更低的升温速率或分段设置升温速率效果更佳），终止温度设定为色谱柱所能承受的最高温度减去10 ℃并保持60 min 以上。反复执行此程序升温2～3次。

（2）更换（清洗）石英衬管。实验人员要养成良好的维护保养习惯，石英衬管做为易耗品应当定期更换（清洗）。它的污染会造成基线漂移增大、重复性差等诸多现象的发生。从降低成本的角度出发，也可以采用清洗石英衬管的方法来消除由此引起的故障。实验表明，清洗干净的衬管与新衬管的效果相差无几[13]。清洗衬管时，首先使用有机溶剂（如丙酮）浸泡数小时，然后用纱布蘸取有机溶剂轻轻擦拭衬管内壁，最后烘干，并重新填入玻璃棉。玻璃棉如果出厂之前进行过预处理可以直接使用，否则应用DMCS (二甲基氯硅烷)进行硅烷化处理。具体操作：将玻璃棉用丙酮等有机溶剂清洗干净并晾干，然后放入5% DMCS-正己烷中浸泡12 h，取出后立即置于色谱级甲醇中清洗2～3次，然后再放入色谱级甲醇中浸泡1 h左右，取出晾干备用。

2.1.2 基线向下单向漂移

色谱图基线向下单向漂移(如图3b 所示)，出现这种现象的主要原因一般是漏气造成的。

首先，检查进样口是否漏气。旋紧进样口压盖或用手指堵紧压盖的进口，然后观察载气压力示值，如果增大，说明进样口漏气。此时需要更换新的进样口垫片。

其次，检查管路是否漏气。使用检漏液涂抹在管路各接头处，如果有气泡出现，则说明该处有漏气，应重新拧紧接头或更换垫片、石墨压环。因为分析不同样品需要更换相适应的色谱柱，所以进样口、检测器与色谱柱连接处是泄漏的高发点，应该首先检查。

2.1.3 基线周期性回到起始位值

色谱图基线周期性回到起始位值(如图3c 所示)，此类情况多出现在使用空气发生器做为气源时。目前，越来越多的实验室出于安全和方便等考虑，抛弃了高压气瓶转而使用气体发生器。空气发生器的工作原理是使用全封闭式压缩机为动力，吸收外界自然状态的空气，压缩成高压气体储存在储气罐，再经过脱水、脱烃、稳压阀稳压，然后输出至色谱仪。当储气罐内的压力降至下限时（一般为0.5 MPa）压力控制器动作，接通电源，压缩机开始工作；当储气罐内的压力达到上限时（一般为0.8 MPa）压力控制器动作，断开电源，压缩机停止工作；周而复始，持续输出空气。

储气罐内的压力波动会引起FⅠD检测器火焰波动，进而引起气相色谱仪基线波动，尤其是当储气罐压力下限值与气相色谱仪所需空气的压力值接近时，影响会更加明显，出现如图3c 所示的基线。这时，应该调高空气发生器启动的压力下限值，保证启动的压力下限值高于色谱仪所需空气压力0.2 MPa以上，这种基线基本可以消除。

2.2 灵敏度降低

气相色谱仪使用一段时间，或者更换色谱柱、分析条件发生变化，出现灵敏度降低的情况。可能有以下几个原因：

（1）点火未成功。当检测器温度设置较高时（240 ℃以上），虽然点火不成功，但是用常规的检查方法，比如使用载玻片、亮扳手接近检测器出口，依然能够观察到水珠的产生；同时，由于检测器的温度较高，如果分析的是一些低沸点物质，依然会有电离的情况发生，色谱图上亦有峰出现，但是峰高明显小于正常值。此时调整H2流量，如果发现基线并没有较明显的上升或下降，就基本可以判断为点火未能成功。

把Air 与H2的比例调整至合适，重新点火成功后，调整H2流量，基线会发生较明显的变化，进样后出现的峰也较之前有大幅度增高。

（2）氢气流量过低或过高。一般情况下N2与H2的体积比约为1∶1～1∶1.5。在一定范围内检测器的灵敏度随着H2流量的增加而增大，增大到一定程度后，如果再增大H2流量，灵敏度反而会减小（如图4）。这是因为当H2流量过大时，燃烧的火焰会烧到检测器的收集极，从而造成灵敏度下降。氢气流量的调整一定要根据载气流量、空气流量的设置情况而定，目前虽无定论，但较为一致的建议为，氮气、氢气、空气的体积比为1∶1∶10。

（3）检测器遭受污染。长期分析高沸点物质，如果操作不当（如检测器温度长期设置的较低等），会引起检测器污染，受污染部件主要是检测器的喷嘴和收集极。小心的拆下这两个部件，置于装有溶剂的烧杯中，再将烧杯放入超声波清洗机中清洗。依次使用不同极性的溶剂如丙酮、甲醇、水等清洗喷嘴和收集极，然后烘干，装回检测器中。如果喷嘴长期使用积碳比较严重，还可以使用300#～400#的砂纸小心打磨干净，然后再清洗[14-15]。

（4）信号溢出，超出色谱工作站接收范围。一般提到信号溢出，多数人的第一反应是出现“平头峰”，这只是信号溢出的常见的形式之一。这里介绍的是另一种形式——信号“下溢出”。色谱工作站的信号接收范围一般为-1 500～1 500 mV。下面以浙大N2000 色谱工作站为例，介绍出现这种情况的原因及解决办法。

N2000 色谱工作站的谱图采集界面设置有“零点校正”按钮（见图5）。

图5 N2000色谱工作站数据采集界面

如果第一个样品的色谱峰出现拖尾时，分析第二个样品之前，可以先点击“零点校正”按钮，使基线归零，这样工作站采集色谱图时就可以从0 mV 开始，从而得到的色谱图会更加美观。但这个操作并没有真正调整气相色谱仪输出的电压信号值，只是色谱工作在显示时的“假零点”。久而久之便会造成信号失真，甚至采集不到信号，出现“不出峰”的现象。与正常色谱峰相比，当出现色谱峰上升和下降时不够圆滑，基线笔直没有任何的波动时，就应考虑可能是过度使用“零点校正”按钮造成的。正常色谱图与非正常色谱图对比见图6。

图6 正常色谱图与非正常色谱图对比

如果出现上述情况，可用万用表的直流电压档，测量色谱仪的信号输出端子。调节色谱仪信号输出调零旋钮，当万用表显示为0 mV左右时停止调节，此时点击色谱工作站上的“零点校正”按钮，使基线归零，色谱工作站便能够正常采集到色谱图。

2.3 进样不出峰

当工作中出现这种情况时，应首先对选择的检测器类型、色谱柱以及实验参数的设置等信息进行核对。如果正确无误，那么可能是由于以下原因造成的：

（1）信号线连接错误。当一台气相色谱仪配有多个检测器时，如果信号线与检测器连接错误或信号通道选择错误，那么色谱工作站采集不到当前检测器的信号，就会出现进样不出峰的现象。

（2）进样针堵塞，样品未能进入汽化室。进样针长期使用不清洗会引起针头堵塞，导致不能吸取样品。这种情况在使用自动进样器时更不易被察觉。操作人员应养成良好的工作习惯，每次实验完毕，要及时用丙酮等溶剂清洗进样针备用。

（3）色谱柱接口处断裂。这种情况多出现在毛细管柱和玻璃柱。安装色谱柱时，注意不能用力过猛或螺帽拧的过紧。一般安装毛细管柱或玻璃柱时，应先用手拧螺帽至拧不动为止，然后再使用扳手拧二分之一圈到三分之二圈，最后再用检漏液检查。

3 结语

气相色谱仪结构繁琐，各系统紧密相连，任何微小问题都可能导致分析结果失准。因此，实验人员必须时刻保持警惕，对异常现象予以重视。而色谱仪的故障多种多样，原因复杂多变，文中对故障的分析、判断仅能管中窥豹。期望借此起到抛砖引玉的作用，引导更多的实验人员养成良好的操作习惯和认真细心的工作态度。对出现的问题要善于分析，对已经解决的问题要及时总结，只有积累更多经验才能在气相色谱仪的使用中游刃有余。