技術文章
Technical articles 操作氣相色譜儀如何選用不同氣體純度的氣源做載氣和輔助氣體,雖然是一個老的技術問題,但是對于剛剛接觸氣相色譜儀的用戶,目前很難找到有關這方面的綜合資料,所以他們總是到處詢問究竟選擇什么樣的氣體純度的這類問題。根據(jù)每一家用戶具體使用的那一類(高,中,抵擋)儀器,選擇什么樣純度的氣體,確實是一個比較復雜的問題。原則上講,選擇氣體純度時,主要取決于① 分析對象;②色譜柱中填充物;③檢測器。我們建議在滿足分析要求的前提下,盡可能選用純度較高的氣體。這樣不但會提高(保持)儀器的高靈敏度,而且會延長色譜柱,整臺儀器(氣路控制部件,氣體過濾器)的壽命。
實踐證明,作為中儀器,長期使用較低純度的氣體氣源,一旦要求分析低濃度的樣品時,要想恢復儀器的高靈敏度有時十分困難。對于低檔儀器,作常量或半微量分析,選用高純度的氣體,不但增加了運行成本,有時還增加了氣路的復雜性,更容易出現(xiàn)漏氣或其他的問題而影響儀器的正常操作。另外,為了某些特殊的分析目的要求特意在載氣中加入某些“不純物”,如:分析極性化合物添加適量的水蒸氣,操作火焰光度檢測器時,為了提高分析硫化物的靈敏度,而添加微量硫。操作氦離子化檢測器要氖的含量必須在 5~25ppm,否則會在分析氫,氮和氬氣時產(chǎn)生負峰或“W”形峰等。本文就不在此做詳細討論了。
一. 氣體純度低的不良影響
根據(jù)分析對象,色譜柱的類型,操作儀器的擋次和具體檢測器,若使用不合要求的低純度氣體,不良影響有以下幾種可能:
1) 樣品失真或消失:如H2O氣使氯硅樣品水解;
2) 色譜柱失效:H2O,CO2使分子篩柱失去活性,H2O氣使聚脂類固定液分解,O2使PEG斷鏈。
3) 有時某些氣體雜質和固定液相互作用而產(chǎn)生假峰;
4) 對柱保留特性的影響:如:H2O對聚乙二醇等親水性固定液的保留指數(shù)會有所增加,載氣中氧含量過高時,無論是極性或是非極性固定液柱的保留特性,都會產(chǎn)生變化,使用時間越長影響越大。
5) 檢測器:
TCD:信噪比減小,無法調零,線性變窄,文獻中的校正因子不能使用,氧含量過大,使元件在高溫時加速老化,減少壽命。
FID:特別是在Dt≤1Ⅹ10ˉ⒒/秒下操做時,CH4等有機雜質,會使基流激增,噪聲加大不能進行微量分析。
ECD:載氣中的氧和水對檢測器的正常工作影響zui大,在不同的供電工作方式中,脈沖供電比直流電壓供電影響大,固定基流脈沖調制式供電比脈沖供電影響大。這就是為什么目前諸多在操作固定基流脈沖調制式ECD時,在載氣純度低時必須把載氣純度選擇開關從“標準氮”撥到“一般氮”位置的原因。大家會發(fā)現(xiàn)在此情況下操作,不但靈敏度變低,而且線性亦變窄了。實踐證明:在操作ECD時,載氣中的水含量低于0.02ppm,氧低于1ppm時可達到較理想的性能。值得指出的是,我們多次發(fā)現(xiàn)由于儀器的調節(jié)氣路系統(tǒng)被污染而造成的對載氣的二次污染至使ECD基頻大幅度增加使信燥比減小。
FPD和 NPD等常用檢測器,由于他們屬于選擇性檢測器,操做時要根據(jù)分析要求,特別注意被測敏感物質中雜質的去除。
6)在做程序升溫操作時,載氣中的某些雜質,在低溫時保留在色譜柱中,當拄溫升高時不但引起基線漂移還可能在譜圖上出現(xiàn)比較寬的"假峰"。
7)儀器影響
a. 各類過濾器加速失效;
b. 調節(jié)閥(穩(wěn)壓閥,穩(wěn)流閥,針形閥)被污染,氣阻堵塞,調節(jié)精度降低或失靈;
c. 氣路系統(tǒng)被污染,若要恢復儀器在高靈敏度情況下操做,有時要吹洗很長時間(可能一周以上)污染嚴重時有時再也無法恢復。
d. 檢測器的壽命,實踐表明,對ECD和TCD的壽命影響zui明顯,應引起用戶特別注意。
二、對氣體純度選擇的一般原則
1. 從分析角度講,微量分析比常量分析要求高。也就是說,氣體中的雜質含量必須低于被分析組分的含量,如果用TCD分析10ppm的CO,則載氣中的雜質總含量不得超過10ppm,因為99.999%純度的氣體則含0.001%的雜質,相當于10ppm所以對于10ppm的痕量分析,載氣的純度應高于99.999%;對于FID使用氣體,碳氫化合物含量必須很低,載氣中的大量氧雜質只要不對色譜柱造成影響,就不影響FID的性能,而操作ECD,載氣中的氧氣和水的含量必須很低等。
2. 毛細管柱分析比填充柱分析要求高;
3. 程序升溫分析比恒定溫度分析要求高;
4. 濃度型檢測器比質量型檢測器要求高;
5. 配有甲烷裝置的FID比單FID操作的對載氣中的微量CO,CO2要求要高的多.
6. 從儀器壽命和保持儀器的高靈敏度講,中儀器比低當儀器要求高;
三、操作不同檢測器推薦使用的氣體純度
我們推薦氣體純度的技術要求,通常用于常規(guī)分析,對于要求高靈敏度的痕量分析時,也可以使用更高純度的氣體。由于各個制氣廠設置不同,其雜質含量將有所不同;為滿足不同的使用要求,選用不同廠家不同純度的氣源后,可以通過氣體凈化處理滿足分析要求。對于不同雜質的氣體采用何種凈化方法和裝置有機會在加以討論。
綜上所述,新購氣相色譜儀接入氣源時,一定要做到心中有數(shù),決不能隨意接入,否則會造成ECD,轉化爐裝置等的損傷,信噪比減小的無法使用,下面給出了用于常規(guī)分析時,推薦使用的氣體純度(僅供參考):
TCD: 氦做載氣:至少純度為99.995%。雜質含量分別為:氖<10ppm; 氮 <10ppm; 氧<2.5 ppm; 氬<0.1 ppm; 二氧化碳<0.25 ppm。
氫做載氣: 至少純度為99.995%。 雜質含量分別為: 氮<1 ppm; 氧<5 ppm; 二氧化碳<1 ppm; 水<5 ppm; 總烴<1 ppm;。
FID: 氮做載氣: 至少純度為99.998%。雜質含量分別為:氫<1 ppm; 氧<1 ppm; 氬<10ppm; 二氧化碳<1 ppm; 水<5 ppm; 甲烷<1 ppm。
氫氣: 同TCD
空氣: 呼吸級雜質:氬,氪,水,氦,氖均小于1%; 二氧化碳<500 ppm; 一氧化碳<10ppm; 總烴<0.02 ppm; 甲烷<20 ppm。
ECD: 氮做載氣: 至少純度為99.998%。典型雜質同上。