氣相色譜儀在食品藥品檢驗中的日常維護

方本心 羅金星

【摘 要】文章結(jié)合食品藥品安全檢驗的日常工作經(jīng)驗，介紹氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)組成及日常維護保養(yǎng)知識，主要側(cè)重于氣源、進樣系統(tǒng)和檢測器方面，給氣相色譜儀管理者或使用者提供相關(guān)參考建議，提高儀器設(shè)備的管理水平，在高效運轉(zhuǎn)環(huán)境機制下確保分析結(jié)果靈敏、準確、可靠并盡量延長儀器使用壽命。

【關(guān)鍵詞】氣相色譜;食品藥品檢驗;維護;保養(yǎng)

【中圖分類號】F203 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）07-0125-03

氣相色譜是一種將不同物理性質(zhì)的混合物分離為單個的化合物組分的分析技術(shù)，具有高靈敏度，高選擇性，高效能的特點[1]。氣相色譜的應(yīng)用技術(shù)越來越成熟，參與越來越多的領(lǐng)域，其中包括、食品、農(nóng)殘、醫(yī)藥、石化、生物、環(huán)境監(jiān)測、衛(wèi)生防疫等[2，3]。在食品藥品領(lǐng)域，氣相色譜儀的日常工作量很大、使用非常頻繁，隨之而來的故障率會增大，因此日常維護和保養(yǎng)尤為關(guān)鍵，是設(shè)備技術(shù)管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在應(yīng)用的過程中，常會由于儀器本身、環(huán)境因素、檢測的樣品本身，以及儀器操作員等各方面造成儀器故障，給正常的分析檢測工作造成較大困擾。由儀器本身造成的故障較為常見，因此有必要對這些故障進行成因分析并且做好日常維護工作。

氣相色譜儀主要由氣源系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)六大部分組成[4]，日常維護主要涉及氣源、進樣系統(tǒng)和檢測器。本文結(jié)合食品藥品領(lǐng)域的日常實際工作經(jīng)驗，對以上三大系統(tǒng)及實驗室環(huán)境展開詳細介紹。

1 環(huán)境要求

氣相色譜儀對實驗室環(huán)境有一定的要求，特別是對溫度、濕度、電源和防塵等方面。溫度要求一般保持在15～35 ℃，如果為了更好地保證柱溫箱的穩(wěn)定工作，提高降溫速率，溫度最好控制在20～28 ℃。相對濕度要求不能大于80%，較高的濕度往往會加大對壓縮空氣中水分的去除難度，一般實驗室會加裝除濕機，將相對濕度控制在65%以下，進出隨手關(guān)門。電源應(yīng)接地良好，接地電阻保持1 Ω以下;附近不得有強磁場和放射源，避免對放大器和色譜工作站造成影響[5]。環(huán)境要干凈整潔，有條件的實驗室最好安裝新風(fēng)系統(tǒng)。安裝儀器時工作平臺與墻面保持大概1 m，方便進行儀器和各類氣路、凈化管、強電、弱電線路的檢修。

2 氣源的維護

2.1 氣體的要求與維護

氣相色譜的氣源主要有氮氣、氫氣、空氣、氦氣，如有氣質(zhì)聯(lián)用儀則可能用到氬氣、甲烷氣，通常氣體管路壓力為0.4 MPa左右。為了保證儀器的高靈敏度，不損傷色譜柱和檢測器，氣相色譜通常使用高純度的氣體，同時氣體再經(jīng)過凈化器凈化，除去水分、烴類物質(zhì)、氧氣等。常用可再生的凈化材料有變色硅膠、活性炭、分子篩等。一般可參考以下條件進行再生：變色硅膠120 ℃，活性炭160 ℃，分子篩500 ℃，當(dāng)使用滿1年后應(yīng)將所有的凈化材料更換成全新的。如使用氣體發(fā)生器作為氣源時，對凈化材料的再生會更為頻繁不可再生的凈化材料通常是各種商品化的捕集阱，例如在使用ECD檢測器時，會用到氧捕集阱，在每次更換載氣鋼瓶的時候，可在氧捕集阱上相應(yīng)的空格做好標(biāo)記，當(dāng)標(biāo)記填滿時，則應(yīng)更換;更換新的捕集阱時應(yīng)注意拆裝接頭時持續(xù)通氮氣，防止氧氣進入造成飽和。其余的混合捕集阱一般會有專用的底座，拆裝較為簡便，只需定期查看，如果發(fā)現(xiàn)吸附材料變色則說明已經(jīng)飽和，就需更換新的捕集阱。

2.2 氣體鋼瓶的要求與維護

氣體鋼瓶是氣源的一個組成部分，是一個危險系數(shù)較高的部件。鋼瓶是貯存壓縮氣體的高壓容器，容積一般為50 L左右，一般最高工作壓力為15 MPa。鋼瓶選購時要參照國家標(biāo)準，保證質(zhì)量，定期檢測。一般可以選擇有資質(zhì)的氣體供應(yīng)商提供全套服務(wù)。實驗室最好有專門的氣瓶室，放置時要有固定架固定，搬運時使用專用的運輸推車，室內(nèi)環(huán)境避光，保持陰涼，通風(fēng)條件良好。如存放使用氫氣、甲烷氣等易燃易爆氣體，需安裝自動報警排風(fēng)裝置。為保證氣體純度，使用時盡量不要將鋼瓶內(nèi)的氣體用完，當(dāng)壓力表低于1 MPa時需要換氣;對氣體純度要求更高的痕量實驗，當(dāng)壓力表低于3 MPa時換氣。換氣前要確認各管路對應(yīng)的氣體類型，減壓閥及管路上應(yīng)清晰地標(biāo)明對應(yīng)的氣源名稱和流向。一般不同的氣體瓶身顏色不一，應(yīng)杜絕混用;氦氣與氬氣瓶身顏色相同，更應(yīng)注意。減壓閥要定期檢查，換閥時要注意氫氣和氧氣表應(yīng)與其他惰性氣體氣源表區(qū)分開來，氧氣等氧化性氣體不應(yīng)存放在氣相色譜儀器室或氣瓶室中。

3 進樣系統(tǒng)的維護

進樣系統(tǒng)主要由進樣器和汽化室組成，進樣器維護主要涉及進樣針、進樣口隔墊，汽化室則涉及襯管、“O”形密封圈、分流平板和分流捕集阱。

3.1 進樣針的維護

進樣針的干凈與否會影響實驗的靈敏度及結(jié)果，除每針進樣前后用適合的溶劑請洗外，每次實驗前后的清潔則是很有必要的。每次開展實驗前先檢查進樣針的潤滑度，特別是采用自動進樣的系統(tǒng)往往會忽略這個步驟。氣相色譜在停機一段時間后，進樣針的推桿可能會變得生澀，如果不拆下檢測和維護，難以保證進樣體積的準確，并且有可能造成進樣針的損壞。如發(fā)現(xiàn)推桿生澀可參考以下步驟進行維護：①先用丙酮等有機溶劑清洗3～5次，如果是測試過酒類等含糖的樣品，可先用純水清洗。②如果清洗后推桿運動沒有達到足夠的平順，則取出推桿，用蘸有丙酮的濾紙或無塵紙擦拭。③將推桿裝回進樣針，多次使用丙酮進行抽吸清洗，檢查平順程度，如發(fā)現(xiàn)有所改善，則重復(fù)第2步。④完成以上清潔后檢查針頭，正常情況下快速推桿時，噴出的溶劑應(yīng)呈一條直線。⑤如遇噴頭堵塞，可使用干凈的金屬絲疏通污染物，如疏通困難，在沒有新的進樣針替代的情況下，可在清除有機溶劑后，嘗試用火機等灼燒針頭，再檢查是否能疏通。如果清洗維護后改善不大，則只能更換新的進樣針。

3.2 進隔墊的維護

進樣隔墊一般根據(jù)不同的廠家，在進樣100～400次后進行更換。因為進樣針會頻繁地穿刺進樣隔墊，所以如果未能及時更換就會造成進樣口漏氣。同時，由于進樣口溫度較高，橡膠材質(zhì)的隔墊在高溫環(huán)境下容易老化，也會造成漏氣。

3.3 襯管的維護

襯管位于汽化室內(nèi)，包含襯管、石英玻璃棉、“O”形密封圈，其作用是加快試樣的汽化，同時還可以防止沒有汽化的雜質(zhì)附著到加熱器上。襯管一般由玻璃或者石英材料制作而成，石英玻璃棉一般為石英纖維材質(zhì)并經(jīng)去活處理，“O”形密封圈根據(jù)不同的廠家分為橡膠材質(zhì)和石墨材質(zhì)。襯管中的石英玻璃棉除了增大表面積加速汽化以外，還可以攔截樣品基質(zhì)中的雜質(zhì)和進樣隔墊的碎屑，防止雜質(zhì)進入色譜柱導(dǎo)致堵塞。隨著進樣次數(shù)的增多，襯管上附著的雜質(zhì)會越來越多，最終會影響分析結(jié)果的穩(wěn)定性及精確度，甚至吸附待測組分。特別在測試低沸點的有機磷農(nóng)藥殘留時，數(shù)十次進樣后就已經(jīng)對結(jié)果造成明顯的影響。一般常量分析在400次進樣后進行更換，痕量分析在100次進樣后更換。在更換襯管的同時，應(yīng)檢查“O”形密封圈是否被擠壓變形，如遇變形則同時更換新的“O”形密封圈，正常情況下“O”形密封圈每年更換2次，有條件的實驗室可以與襯管同時更換。對成本較為敏感的實驗室，更換下來的襯管可以在去除石英玻璃棉后經(jīng)過重鉻酸鉀洗液浸泡、純水沖洗、有機溶劑清洗、烘干等步驟后重復(fù)使用。進行痕量分析時，需對襯管和石英玻璃棉進行去活處理。

3.4 分流平板的維護

部分廠牌的儀器在襯管的下部有分流平板，一般為鍍金材質(zhì)。分流平板經(jīng)過較長一段時間的使用后，內(nèi)徑會變細，存在堵塞的可能，所以日常維護必須要進行清潔，可以拆下后用甲醇或者丙酮超聲清洗吹干后繼續(xù)安裝使用。對于要求較高的痕量分析，較臟的分流平板會吸附或破壞待測組分，一般的清洗很難恢復(fù)，只能更換新的分流平板。

3.5 分流捕集阱的維護

分流捕集阱主要作用是捕集來自分流出口的大量的汽化樣品，一般填充有活性炭等吸附材料。當(dāng)捕集阱接近飽和時，其氣阻增大影響分流，因其再生困難，只能進行更換。更換頻率可根據(jù)實驗室的樣品量進行調(diào)整，通常情況下一年一換。

3.6 汽化室的維護

氣相色譜長期使用后，汽化室會積累許多雜質(zhì)，需要清潔維護。先拆下襯管和分流平板，用專用的洗耳球或棉簽棒等工具清理干凈汽化室里殘留的毛細柱和石墨等碎屑，然后用棉簽棒粘丙酮擦洗，遇到污染嚴重的情況，則需要使用配套的小鋼絲刷進行清潔。

4 檢測器的維護

好的檢測器體現(xiàn)在檢測時穩(wěn)定性好、噪聲低、靈敏度高、線性范圍寬，響應(yīng)要快等方面。檢測器在使用過程中對基線噪聲值影響較大，造成原因多樣化，常見的有柱子流出的沉積物質(zhì)污染，待測樣品攜帶的其他難揮發(fā)性物質(zhì)污染，噴嘴處沉積較多有機物，收集積炭等，載氣的流速、柱溫和檢測器溫度設(shè)置不合適時，檢測器也很容易被污染，檢測器類型一般分為兩大類，即濃度型檢測器（TCD、ECD）質(zhì)量型檢測器（FPD、FID）[6]，最常用的是FID、ECD、FPD，接下來就詳細介紹這3種檢測器的日常維護保養(yǎng)。

4.1 FID檢測器的維護

FID即氫火焰離子化檢測器，廣泛用于含碳有機物的測定，是氣相色譜最為常用的檢測器。FID開機使用前，應(yīng)先通載氣和空氣，設(shè)定溫度時不低于100 ℃，防止氣體冷凝，同時要設(shè)定高于進樣口和色譜柱的最大溫度，減少污染。溫度穩(wěn)定后，打開氫氣進行點火;實驗結(jié)束后先關(guān)閉氫氣，保留空氣20 min左右，減少雜質(zhì)附著。經(jīng)過長時間使用后，F(xiàn)ID會產(chǎn)生積碳，附著在噴嘴上的積炭會造成噴嘴狹窄或堵塞，附著在收集極上的積炭會造成靈敏度下降，有時由于安裝毛細柱時接頭擰得過于用力，會造成石墨碎屑擠壓進入噴嘴造成堵塞。此時應(yīng)拆下FID進行維護，拆下噴嘴后可依次使用丙酮、正己烷和異丙醇等有機溶劑浸泡約2 h，然后用純水超聲清洗15 min。如果噴嘴沉積物很多很難浸泡出來，可以用細砂紙小心打磨，打磨后用軟布擦拭，噴嘴里面的積炭或石墨碎屑則可利用細的吉他弦（如5弦或6弦）進行疏通。

4.2 ECD檢測器的維護

ECD即電子捕獲檢測器，具有強選擇性，主要用于檢測有機鹵素等含電負性物質(zhì)的化合物，靈敏度高，常用于有機氯農(nóng)殘殘留的檢測。ECD使用了放射性同位素Ni作為β射線放射源，應(yīng)嚴格按照儀器的要求操作使用。檢測器排氣管出口一般會連接捕集阱，正常的排放不會造成影響，但實驗室最好將尾氣連接到排氣系統(tǒng)，或放置在室外通風(fēng)口處。使用前應(yīng)先通氮氣，防止鎳源氧化，拆卸色譜柱以后，應(yīng)用堵頭將檢測器接口封閉，部分型號的ECD具有停機時保持低流量氮氣的功能。為了使檢測器得到平衡，ECD的操作溫度要大于250 ℃;注意低于100 ℃時不能點火，色譜柱不使用含鹵素原子的固定相;使用前要對氣路系統(tǒng)進行檢漏，不能與氧氣或濕氣接觸;選用低流失的硅膠墊并且進行老化。ECD容易受污染的部件是收集極，應(yīng)由專業(yè)人員維護。實驗室的日常維護有2種處理方法，分別是氫還原清洗法和高溫烘烤清洗法，氫還原清洗法操作較為復(fù)雜，大量的氫氣排放易造成安全問題，因此不建議采用。高溫烘烤法較為簡便，將ECD溫度設(shè)定在350 ℃，尾吹提高到60 mL/min烘烤過夜或24 h便可完成。

4.3 FPD檢測器的維護

FPD即火焰光度檢測器，該檢測器是FID與光度計的結(jié)合，常用于含硫或者磷物質(zhì)的檢測。實驗過程中，檢測器可能會因為氣體純度不足、管路中殘留有雜質(zhì)、色譜柱伸入過長、樣品前處理不夠干凈等原因造成污染。為了不影響實驗，延長檢測器使用壽命，必須要對檢測器的噴嘴進行拆卸并清洗。FPD檢測器噴嘴的清洗：①噴嘴的拆卸：操作前先關(guān)機并切斷電源，待冷卻至室溫后，將光電倍增管組件和濾光片從檢測器上卸下，避光保存，避免光照損壞光電倍增管。卸下火焰噴嘴組件逐一從轉(zhuǎn)移管上卸下。②噴嘴的清洗：先用壓縮空氣或氮氣吹掃噴嘴內(nèi)的顆粒物，如果沉積物黏附力較強無法吹出，可以選擇粗細適合的金屬絲如吉他弦進行簡單清理，如噴嘴出現(xiàn)破損則需要更換;如果燃燒室積鹽較為嚴重，可以用純水或者有機溶劑進行清洗;發(fā)射極取出后，可用純水超聲清洗10 min，再用丙酮或者甲醇超聲清洗10 min后吹干。安裝前要確保各個部件已經(jīng)完全干燥，安裝時建議換用新的密封圈，密封圈應(yīng)為專用的不含硫材料。

5 總結(jié)

儀器分析具有較大的不確定性，也有一定的預(yù)見性，每一個故障發(fā)生之前都存在一定的隱藏因素，這要求管理者或者操作者具備較強的分析判斷能力，在此基礎(chǔ)上做出相應(yīng)的預(yù)防性維護措施或糾正措施。氣相色譜質(zhì)譜儀的日常預(yù)維護和故障處理是一項綜合性很強的工作，需要對儀器的原理和結(jié)構(gòu)有充分的認識，具備扎實的理論知識，擁有較強的動手能力，在積累大量的實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上才能較好地完成。認真仔細地做好儀器保養(yǎng)和維護，確保儀器良好狀態(tài)是分析數(shù)據(jù)準確可靠的重要保障，對儀器進行定期的保養(yǎng)和維護，還可以延長儀器的使用壽命，提高儀器使用效率。

參 考 文 獻

[1]謝和益.淺談氣相色譜的日常維護[J].廣州化工，2018，46（19）：98-100.

[2]齊景杰.氣相色譜的應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2010（7）：136-137.

[3]李洋.氣相色譜技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用[J].安徽農(nóng)學(xué)通報，2010（8）：158-159.

[4]劉虎威.氣相色譜方法及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：1-130.

[5]李絲紅.氣相色譜儀的維護和保養(yǎng)[J].海峽藥學(xué)，2014（11）：249-252.

[6]杭培紅.淺談氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀日常維護及故障處理[J].廣州化工，2017（24）：124-126.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]