氣相色譜儀使用氣體的純度和選擇原則
點擊: 次 時間:2017-02-27 10:21
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最好的這類問題。
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，作為中高檔儀器，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(zhì)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(diào)另，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(zhì)，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最大，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(diào)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(diào)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(diào)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(zhì)中雜質(zhì)的去除.
6)在做程序升溫操作時,載氣中的某些雜質(zhì),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(diào)節(jié)閥(穩(wěn)壓閥,穩(wěn)流閥,針形閥)被污染,氣阻堵塞,調(diào)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的壽命影響最明顯，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(zhì)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(zhì)總含量不得超過10ppm,因為99.999%純度的氣體則含0.001%的雜質(zhì),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(zhì)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(zhì)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,中高檔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(zhì)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(zhì)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,甲烷化裝置等的損傷,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(zhì)含量分別為：氖<10ppm;氮<10ppm;
氧<2.5ppm;氬<0.1ppm;二氧化碳<0.25ppm。
氫做載氣：至少純度為99.995%。雜質(zhì)含量分別為：氮<1ppm;氧<5ppm;二氧化碳<1ppm;水<5ppm;總烴<1ppm;
FID氮做載氣：至少純度為99.998%。雜質(zhì)含量分別為：氫<1ppm;氧<1ppm;
氬<10ppm;二氧化碳<1ppm;水<5ppm;甲烷<1ppm。
氫氣：同TCD
空氣：呼吸級雜質(zhì)：氬，氪，水，氦，氖均小于1%;二氧化碳<500ppm;
一氧化碳<10ppm;總烴<0.02ppm;甲烷<20ppm。
ECD氮做載氣:至少純度為99.998%。典型雜質(zhì)同上。
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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，作為中高檔儀器，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(zhì)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(diào)另，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(zhì)，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最大，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(diào)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(diào)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(diào)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(zhì)中雜質(zhì)的去除.
6)在做程序升溫操作時,載氣中的某些雜質(zhì),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(diào)節(jié)閥(穩(wěn)壓閥,穩(wěn)流閥,針形閥)被污染,氣阻堵塞,調(diào)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的壽命影響最明顯，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(zhì)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(zhì)總含量不得超過10ppm,因為99.999%純度的氣體則含0.001%的雜質(zhì),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(zhì)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(zhì)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,中高檔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(zhì)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(zhì)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,甲烷化裝置等的損傷,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(zhì)含量分別為：氖<10ppm;氮<10ppm;
氧<2.5ppm;氬<0.1ppm;二氧化碳<0.25ppm。
氫做載氣：至少純度為99.995%。雜質(zhì)含量分別為：氮<1ppm;氧<5ppm;二氧化碳<1ppm;水<5ppm;總烴<1ppm;
FID氮做載氣：至少純度為99.998%。雜質(zhì)含量分別為：氫<1ppm;氧<1ppm;
氬<10ppm;二氧化碳<1ppm;水<5ppm;甲烷<1ppm。
氫氣：同TCD
空氣：呼吸級雜質(zhì)：氬，氪，水，氦，氖均小于1%;二氧化碳<500ppm;
一氧化碳<10ppm;總烴<0.02ppm;甲烷<20ppm。
ECD氮做載氣:至少純度為99.998%。典型雜質(zhì)同上。
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