环境污水监测气相色谱分析仪器的结构原理和使用

环境污水监测气相色谱分析仪器的结构原理和使用

一、前言

色谱分析仪主要由气路系统、色谱分离柱、检测系统组成。为保证目标样本分析检测的正常进行对色谱分析仪各系统的工作原理、结构、连接安装等必须要进行科学的认识和了解。在日常的环境污水监测中常遇到有机污染物的检测项目，如苯系物、有机磷、有机氯等。气相色谱分析成为经常性检测手段，本文将着重介绍气相色谱分析仪的结构、原理和使用中应注意的问题。

二、化学分析中的二个概念

化学分析的目的：

1.要确定被分析物是什么性质，即给物质定性。

2.要确定被分析物中每个组份的含量的大小，即给物质定量

三、色谱仪器的重要指标

色谱分析仪器完成分析过程的工作原理：在已有效地对多组份样品进行分离后，用已知的标准物来比对、衡量目标未知物。由上述的工作原理可知，色谱分析仪器对同一种样品分析后所得结果的重复性是最重要的指标。

色谱仪器的重要指标主要有：

保留时间的重复性（重现性）

气相色谱仪器GC靠温度控制的稳定、气体流量的稳定、检测器的设计及制造手段保证其重复性。液相色谱仪器LC靠高压输液泵流量的稳定、检测器的设计制造、流动相的配比来保证其重复性。

2、色谱峰面积或峰高的重复性（重现性）

3、色谱仪器的基线噪声和基线漂移

4、色谱仪器的灵敏度（敏感度）与最小检测限指标（Mt）

四、气相色谱仪的介绍

气路系统

为了使检测过程中气相色谱仪器工作的稳定，气源（空气AIR、氢气H2、氮气N2）最好使用高压钢瓶供气。另外处于安全的考虑要特别注意连接管线的密闭性，尤其是氢气！

气路系统的主要部件：毛细柱进样口

气路系统的主要部件进样口主要分为填充柱进样口和毛细柱进样口，按照进样量又可划分为无分流/分流进样口，考虑到色谱分离柱的承载量限制，实际检测中一般使用分流进样口。由于在大多数的检测分析中所使用的分离柱有填充柱和毛细柱的区别，所以进样口的结构也有所区别。如右图所示为分流毛细柱进样口。

气相色谱仪的检测器

检测器的分类

（一）、按性能特征分类

1、对样品破坏与否分为：

破坏性检测器:如FID、FPD；非破坏性检测器：如TCD、PID。

2、按响应值与时间的关系分为：

响应值为组分在特定时间内的累积量，积分型；响应值为组分在特定时间内的瞬时量，微分型。

3、按响应值与浓度还是质量有关分为：

响应值为取决于载气中的浓度，浓度型检测器，峰面积随载气流速增加而减小，峰高不变；响应值取决于单位时间内进入检测器的组分量，质量型检测器，峰高随流速的增加而增加，峰面积不变。

4、按不同类型化合物响应值的大小分为：

检测器对不同类型化合物的响应基本相当，或各类化合物的响应值之比小于10，称通用型检测器，如TCD、PID；当检测器对某类化合物的响应值比另一类大十倍以上，为选择型检测器，如FPD、ECD。

（二）、按工作原理分类

对检测器的要求

1、希望在无组分流入时，即仅有载气通过检测器时，其响应信号曲线－基线，是稳定而无波动的，即噪声和漂移的要求。

2、希望极痕量的组分进入检测器时就有响应，即灵敏度和检测限的要求。

3、希望在某些情况下，所有进入检测器的组分均有响应，而在另一些情况下，仅对某种类化合物有响应，即选择性要求。

4、希望保持高效毛细柱的分离效能，就有死体积的要求。

5、希望十分窄的谱带快速通过检测器时，峰形不失真，即检测器的响应时间要求。

6、希望定量正确可靠，即相对响应因子、线性和线性范围的要求。

五、气相色谱仪使用中的问题及解决

无峰或峰很小

解决方法：

A.色谱柱是否与进样口和检测器正确地连接。

B.进样口是否漏：更换进样垫，检查进样衬管是否损坏

C. 色谱柱是否与进样口连接？

D.FID点火了吗？FID高压静电正常吗？

E.柱中是否有载气，拆开柱到检测器一端检查。

F.火点着了吗?用一个玻璃片放在 FID 出口----有无水蒸汽冷凝？

检测仪器的输出值-- 数值是否大于 0.0？

观察色谱数据工作站或积分仪的输出信号有无变化

基线不好的问题

解决方法：

1.检查气源的纯度，更换气源；加装气体净化。

2.检查气路系统是否被污染，清洗被污染处。

峰型不好（拖尾）

解决方法：

最大的可能是柱过载，减少进样量或将样品稀释若干倍可以得到较好的结果。试一下较厚液膜的其他色谱柱，前伸峰和拖尾峰均说明是非线形的分配――即色谱柱与样品不匹配，使用不同选择性的色谱柱可以解决这个问题 。

基线漂移

解决方法：

正确地使用高纯度的载气。

色谱柱老化。

色谱柱的最高使用温度不能超过该柱所规定的最高温度极限。

进样口温度与检测器温度要高于色谱柱的最高使用温度。

基线噪音

色谱图的基线噪音太高原因是进样垫流失或衬管被污染、气源可能被污染、实验室可能有异常的气体、检测器可能已被污染。

解决方法：

密封垫的类型不对或使用时间过常，需要更换，新的密封垫在柱温箱中老化过夜，以除去易挥发性化合物，密封垫不能超过使用温度(350 ℃)；较脏的样品每进样15―20次后，更换新的衬管；选择正确的在线气体净化器 (traps)，每使用四瓶气体，至少要更换一次气体净化器； 清洗检测器。

分析过程中基线位置突然变化

分析中出现基线偏离或漂移：

A、不规律地升高或降低

B、在整个色谱过程中基线不规律地升高或降低

偏离或漂移产生的原因主要是：前次色谱过程中的残余的低挥发性流出物。

解决方法：

确保在两次进样之间有足够的平衡时间，检查体系是否有漏。

【参考文献】

《水和废水监测分析方法》-中国环境科学出版社

《水和废水监测分析方法指南》-中国环境科学出版社

3、《化验员读本》-化工出版社

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。