实验室气相色谱仪气路改装系统和多种提高仪器分析灵敏度的解决方案

摘要：介绍了三种实验室气相色谱仪气路改装系统和多种提高仪器分析灵敏度的方法。

关键词：气体分析；实验室气相色谱仪；气路改装；平面六通进样阀；四通阀；六通切换阀；灵敏度；检测限

1 引言

随着我国市场经济的快速发展，对外开放进一步扩大，分析仪器在各行各业的运用越来越多；而气相色谱仪在各类分析仪器中的占有量最大，其应用领域不断扩大，在石油、化工、天然气、医疗卫生、农业、食品、燃气、农药、制药、环保、安全、进出口商品检验、科学研究、航空航天、核工业、大专院校、电子、电力、化肥、冶金、矿业、空气分离、电光源、特种气体等行业和领域有着广泛的应用。对于分析工作者来说，气相色谱仪的应用能力，直接决定了原材料检验分析、生产过程控制监测分析、产品质量分析、安全控制分析等各项分析工作的效率和效益；为此，作者总结了多年从事气相色谱分析的一些粗浅经验，撰写此文，与广大分析同仁共同探讨，更好地开展色谱分析工作。由于水平有限，错误难免，请广大专家批评指正。

2 实验室气相色谱仪气路改装

从取样方式来讲，气相色谱仪可分为二大类：过程气相色谱仪和实验室气相色谱仪。前者在线连续取样分析，有较完善的单路或多路自动控制预前处理进样系统，包括各种电磁阀、净化、干燥处理装置，分析样品为气体；后者为间断式取样分析，分析样品可以是气体或液体样品，采用气体平面六通进样阀或者注射器柱头进样器进样。大多数实验室气相色谱仪，一般至多装有壹只气体进样六通阀，有的甚至没有气体进样阀，只有柱头进样器，对于气体分析工作者来说，这样单一化的分析进样条件对于提高分析效率特别是复杂的多组份混合气体的分析是远远不够的。作者根据前人和自己多年气相色谱分析实践的经验总结，通过对现有气相色谱仪气路的改装，充分发挥了仪器的各种优良性能，方便了分析者，提高了分析工作的效率，从而也达到了挖掘仪器潜力，提高经济效益的目的。

2. 1 实验室气相色谱仪载气气路系统

气相色谱仪载气气路系统因生产厂家不同有所不同，常见的载气气路为双流路，见图1

                       图1 常见气相色谱仪载气气路系统

国内一些仪器生产厂家早期生产的仪器载气气路系统很简单，有的没有开关阀，有的没有稳流阀而用针形阀代替稳流阀。对于TCD检测器，一般为双流路载气系统，只有安捷伦公司生产的气相色谱仪如HP-5890Ⅱ等采用专利单柱单丝气路系统；对于FID、FPD检测器可分别采用双流路或者单流路系统；对于ECD检测器，一般采用单流路系统；对于GOW-MAC公司生产的GM816型气相色谱仪DID检测器采用单柱双通道气路系统。

2. 2 双平面六通阀进样气路系统的改装

在载气进入两个进样器前同时加装两只平面六通气体进样阀，见图2，这样可以同时利用两根不同的色谱柱分析不同的气体组份。典型应用：水煤气成份全分析（H₂、N₂、CO、CH₄、CO₂），TCD检测器。柱1：13X或5A分子筛 分析H₂、N₂、CH₄、CO；柱2：GDX-104或Porapark Q 分析CH₄、CO₂；在柱1分析完后，只要反转仪器信号极性就可接着在柱2上进行分析。

图2 双六通阀进样气路系统

2. 3 四通阀加平面六通阀 柱子选择的进样气路系统的改装

在载气进入进样器前同时加装平面六通阀和四通阀，系统见图3。四通阀的作用就是进行色谱柱选择。

典型应用：变压器油溶解气体组份分析（H₂、CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂），TCD和FID检测器串联，带甲烷化转化炉，N₂气作载气。柱1：13X 分析H₂组份，然后切换四通阀，在柱2上分析其它组份；柱2：GDX-502或活性碳 分析CO、CH₄、CO₂、C₂H₄、C₂H₆、C₂H₂，这样就可一次分析7种组份，大大提高了分析效率，节约了分析时间。

图3 柱子选择的进样气路系统

2. 4 由实验室气相色谱仪改装成过程气相色谱仪的气路系统

水煤气、CO、CH₃Br、CF₄、SF₆等工业气体化工生产装置各取样点通过Ф4或Ф6不锈钢或紫铜管、截止阀、净化装置、六通或十通气路切换阀连接到进样装置经过改装的实验室气相色谱仪，使得实验室气相色谱仪具备了过程气相色谱仪的功能，大大降低了仪器采购成本，同时实时监控工业气体生产装置中各工艺段内各种气体成份的含量，确保了工业气体生产过程中质量控制和安全控制的有效监控，产品质量有了可靠保证。本案例选用7路六通切换阀，系统气路见图4，取样管路长度可达100米。

自己动手，充分利用现有仪器设备条件，因地制宜，因陋就简, 创造条件，通过气相色谱仪气路改装，完成各自面临的分析课题，无论是工作者本人还是企业单位都将获益非浅。

值得引起足够注意的问题是：

①色谱仪内系统改装连接用管路应采用Φ2×0.5mm不锈钢管，并与各种阀件、过渡接头接口公称直径相匹配，连接管路尽可能短，否则会使色谱峰形变宽，出峰保留时间延长。

②连接处尽量采用焊接，减少接点，避免漏气，并尽量减小死体积。

③取样阀的公称工作压力必须大于取样最大压力，否则会造成六通进样阀串气，影响正常分析。

④凡有腐蚀性气体组份、粉尘必须先经吸收和过滤装置处理，否则会影响仪器正常使用，损坏阀件、色谱柱和检测器。

图4 实验室气相色谱仪改装为过程气相色谱仪的气路系统

3 气相色谱分析灵敏度的提高办法

壹台气相色谱仪出厂后，从某种意义上讲仪器的灵敏度及检测极限就确定了。对于一般实验室，大多数分析工作者只能利用其现有色谱仪器条件、配件，尽可能达到说明书上给出的灵敏度，许多微量气体组份（200PPm以下）的分析会遇到困难而难以完成分析任务。本文针对这一难点阐述一下作者的一些解决办法，列表如下：