气相色谱仪在食品药品检验中的日常维护

【摘 要】文章结合食品药品安全检验的日常工作经验，介绍气相色谱仪的结构组成及日常维护保养知识，主要侧重于气源、进样系统和检测器方面，给气相色谱仪管理者或使用者提供相关参考建议，提高仪器设备的管理水平，在高效运转环境机制下确保分析结果灵敏、准确、可靠并尽量延长仪器使用寿命。

【关键词】气相色谱;食品药品检验;维护;保养

【中图分类号】F203 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）07-0125-03

气相色谱是一种将不同物理性质的混合物分离为单个的化合物组分的分析技术，具有高灵敏度，高选择性，高效能的特点[1]。气相色谱的应用技术越来越成熟，参与越来越多的领域，其中包括、食品、农残、医药、石化、生物、环境监测、卫生防疫等[2，3]。在食品药品领域，气相色谱仪的日常工作量很大、使用非常频繁，随之而来的故障率会增大，因此日常维护和保养尤为关键，是设备技术管理的关键环节。在应用的过程中，常会由于仪器本身、环境因素、检测的样品本身，以及仪器操作员等各方面造成仪器故障，给正常的分析检测工作造成较大困扰。由仪器本身造成的故障较为常见，因此有必要对这些故障进行成因分析并且做好日常维护工作。

气相色谱仪主要由气源系统、进样系统、分离系统、检测系统、温控系统、数据处理系统六大部分组成[4]，日常维护主要涉及气源、进样系统和检测器。本文结合食品药品领域的日常实际工作经验，对以上三大系统及实验室环境展开详细介绍。

1 环境要求

气相色谱仪对实验室环境有一定的要求，特别是对温度、湿度、电源和防尘等方面。温度要求一般保持在15～35 ℃，如果为了更好地保证柱温箱的稳定工作，提高降温速率，温度最好控制在20～28 ℃。相对湿度要求不能大于80%，较高的湿度往往会加大对压缩空气中水分的去除难度，一般实验室会加装除湿机，将相对湿度控制在65%以下，进出随手关门。电源应接地良好，接地电阻保持1 Ω以下;附近不得有强磁场和放射源，避免对放大器和色谱工作站造成影响[5]。环境要干净整洁，有条件的实验室最好安装新风系统。安装仪器时工作平台与墙面保持大概1 m，方便进行仪器和各类气路、净化管、强电、弱电线路的检修。

2 气源的维护

2.1 气体的要求与维护

气相色谱的气源主要有氮气、氢气、空气、氦气，如有气质联用仪则可能用到氩气、甲烷气，通常气体管路压力为0.4 MPa左右。为了保证仪器的高灵敏度，不损伤色谱柱和检测器，气相色谱通常使用高纯度的气体，同时气体再经过净化器净化，除去水分、烃类物质、氧气等。常用可再生的净化材料有变色硅胶、活性炭、分子筛等。一般可参考以下条件进行再生：变色硅胶120 ℃，活性炭160 ℃，分子筛500 ℃，当使用满1年后应将所有的净化材料更换成全新的。如使用气体发生器作为气源时，对净化材料的再生会更为频繁不可再生的净化材料通常是各种商品化的捕集阱，例如在使用ECD检测器时，会用到氧捕集阱，在每次更换载气钢瓶的时候，可在氧捕集阱上相应的空格做好标记，当标记填满时，则应更换;更换新的捕集阱时应注意拆装接头时持续通氮气，防止氧气进入造成饱和。其余的混合捕集阱一般会有专用的底座，拆装较为简便，只需定期查看，如果发现吸附材料变色则说明已经饱和，就需更换新的捕集阱。

2.2 气体钢瓶的要求与维护

气体钢瓶是气源的一个组成部分，是一个危险系数较高的部件。钢瓶是贮存压缩气体的高压容器，容积一般为50 L左右，一般最高工作压力为15 MPa。钢瓶选購时要参照国家标准，保证质量，定期检测。一般可以选择有资质的气体供应商提供全套服务。实验室最好有专门的气瓶室，放置时要有固定架固定，搬运时使用专用的运输推车，室内环境避光，保持阴凉，通风条件良好。如存放使用氢气、甲烷气等易燃易爆气体，需安装自动报警排风装置。为保证气体纯度，使用时尽量不要将钢瓶内的气体用完，当压力表低于1 MPa时需要换气;对气体纯度要求更高的痕量实验，当压力表低于3 MPa时换气。换气前要确认各管路对应的气体类型，减压阀及管路上应清晰地标明对应的气源名称和流向。一般不同的气体瓶身颜色不一，应杜绝混用;氦气与氩气瓶身颜色相同，更应注意。减压阀要定期检查，换阀时要注意氢气和氧气表应与其他惰性气体气源表区分开来，氧气等氧化性气体不应存放在气相色谱仪器室或气瓶室中。

3 进样系统的维护

进样系统主要由进样器和汽化室组成，进样器维护主要涉及进样针、进样口隔垫，汽化室则涉及衬管、“O”形密封圈、分流平板和分流捕集阱。

3.1 进样针的维护

进样针的干净与否会影响实验的灵敏度及结果，除每针进样前后用适合的溶剂请洗外，每次实验前后的清洁则是很有必要的。每次开展实验前先检查进样针的润滑度，特别是采用自动进样的系统往往会忽略这个步骤。气相色谱在停机一段时间后，进样针的推杆可能会变得生涩，如果不拆下检测和维护，难以保证进样体积的准确，并且有可能造成进样针的损坏。如发现推杆生涩可参考以下步骤进行维护：①先用丙酮等有机溶剂清洗3～5次，如果是测试过酒类等含糖的样品，可先用纯水清洗。②如果清洗后推杆运动没有达到足够的平顺，则取出推杆，用蘸有丙酮的滤纸或无尘纸擦拭。③将推杆装回进样针，多次使用丙酮进行抽吸清洗，检查平顺程度，如发现有所改善，则重复第2步。④完成以上清洁后检查针头，正常情况下快速推杆时，喷出的溶剂应呈一条直线。⑤如遇喷头堵塞，可使用干净的金属丝疏通污染物，如疏通困难，在没有新的进样针替代的情况下，可在清除有机溶剂后，尝试用火机等灼烧针头，再检查是否能疏通。如果清洗维护后改善不大，则只能更换新的进样针。

3.2 进隔垫的维护

进样隔垫一般根据不同的厂家，在进样100～400次后进行更换。因为进样针会频繁地穿刺进样隔垫，所以如果未能及时更换就会造成进样口漏气。同时，由于进样口温度较高，橡胶材质的隔垫在高温环境下容易老化，也会造成漏气。

3.3 衬管的维护

衬管位于汽化室内，包含衬管、石英玻璃棉、“O”形密封圈，其作用是加快试样的汽化，同时还可以防止没有汽化的杂质附着到加热器上。衬管一般由玻璃或者石英材料制作而成，石英玻璃棉一般为石英纤维材质并经去活处理，“O”形密封圈根据不同的厂家分为橡胶材质和石墨材质。衬管中的石英玻璃棉除了增大表面积加速汽化以外，还可以拦截样品基质中的杂质和进样隔垫的碎屑，防止杂质进入色谱柱导致堵塞。随着进样次数的增多，衬管上附着的杂质会越来越多，最终会影响分析结果的稳定性及精确度，甚至吸附待测组分。特别在测试低沸点的有机磷农药残留时，数十次进样后就已经对结果造成明显的影响。一般常量分析在400次进样后进行更换，痕量分析在100次进样后更换。在更换衬管的同时，应检查“O”形密封圈是否被挤压变形，如遇变形则同时更换新的“O”形密封圈，正常情况下“O”形密封圈每年更换2次，有条件的实验室可以与衬管同时更换。对成本较为敏感的实验室，更换下来的衬管可以在去除石英玻璃棉后经过重铬酸钾洗液浸泡、纯水冲洗、有机溶剂清洗、烘干等步骤后重复使用。进行痕量分析时，需对衬管和石英玻璃棉进行去活处理。

3.4 分流平板的维护

部分厂牌的仪器在衬管的下部有分流平板，一般为镀金材质。分流平板经过较长一段时间的使用后，内径会变细，存在堵塞的可能，所以日常维护必须要进行清洁，可以拆下后用甲醇或者丙酮超声清洗吹干后继续安装使用。对于要求较高的痕量分析，较脏的分流平板会吸附或破坏待测组分，一般的清洗很难恢复，只能更换新的分流平板。

3.5 分流捕集阱的维护

分流捕集阱主要作用是捕集来自分流出口的大量的汽化样品，一般填充有活性炭等吸附材料。当捕集阱接近饱和时，其气阻增大影响分流，因其再生困难，只能进行更换。更换频率可根据实验室的样品量进行调整，通常情况下一年一换。

3.6 汽化室的维护

气相色谱长期使用后，汽化室会积累许多杂质，需要清洁维护。先拆下衬管和分流平板，用专用的洗耳球或棉签棒等工具清理干净汽化室里残留的毛细柱和石墨等碎屑，然后用棉签棒粘丙酮擦洗，遇到污染严重的情况，则需要使用配套的小钢丝刷进行清洁。

4 检测器的维护

好的检测器体现在检测时稳定性好、噪声低、灵敏度高、线性范围宽，响应要快等方面。检测器在使用过程中对基线噪声值影响较大，造成原因多样化，常见的有柱子流出的沉积物质污染，待测样品携带的其他难挥发性物质污染，喷嘴处沉积较多有机物，收集积炭等，载气的流速、柱温和检测器温度设置不合适时，检测器也很容易被污染，检测器类型一般分为两大类，即浓度型检测器（TCD、ECD）质量型检测器（FPD、FID）[6]，最常用的是FID、ECD、FPD，接下来就详细介绍这3种检测器的日常维护保养。

4.1 FID检测器的维护

FID即氢火焰离子化检测器，广泛用于含碳有机物的测定，是气相色谱最为常用的检测器。FID开机使用前，应先通载气和空气，设定温度时不低于100 ℃，防止气体冷凝，同时要设定高于进样口和色谱柱的最大温度，减少污染。温度稳定后，打开氢气进行点火;实验结束后先关闭氢气，保留空气20 min左右，减少杂质附着。经过长时间使用后，FID会产生积碳，附着在喷嘴上的积炭会造成喷嘴狭窄或堵塞，附着在收集极上的积炭会造成灵敏度下降，有时由于安装毛细柱时接头拧得过于用力，会造成石墨碎屑挤压进入喷嘴造成堵塞。此时应拆下FID进行维护，拆下喷嘴后可依次使用丙酮、正己烷和异丙醇等有机溶剂浸泡约2 h，然后用纯水超声清洗15 min。如果喷嘴沉积物很多很难浸泡出来，可以用细砂纸小心打磨，打磨后用软布擦拭，喷嘴里面的积炭或石墨碎屑则可利用细的吉他弦（如5弦或6弦）进行疏通。

4.2 ECD检测器的维护

ECD即电子捕获检测器，具有强选择性，主要用于检测有机卤素等含电负性物质的化合物，灵敏度高，常用于有机氯农残残留的检测。ECD使用了放射性同位素Ni作为β射线放射源，应严格按照仪器的要求操作使用。检测器排气管出口一般会连接捕集阱，正常的排放不会造成影响，但实验室最好将尾气连接到排气系统，或放置在室外通风口处。使用前应先通氮气，防止镍源氧化，拆卸色谱柱以后，应用堵头将检测器接口封闭，部分型号的ECD具有停机时保持低流量氮气的功能。为了使检测器得到平衡，ECD的操作温度要大于250 ℃;注意低于100 ℃时不能点火，色谱柱不使用含卤素原子的固定相;使用前要对气路系统进行检漏，不能与氧气或湿气接触;选用低流失的硅胶垫并且进行老化。ECD容易受污染的部件是收集极，应由专业人员维护。实验室的日常维护有2种处理方法，分别是氢还原清洗法和高温烘烤清洗法，氢还原清洗法操作较为复杂，大量的氢气排放易造成安全问题，因此不建议采用。高温烘烤法较为简便，将ECD温度设定在350 ℃，尾吹提高到60 mL/min烘烤过夜或24 h便可完成。

4.3 FPD检测器的维护

FPD即火焰光度检测器，该检测器是FID与光度计的结合，常用于含硫或者磷物质的检测。实验过程中，检测器可能会因为气体纯度不足、管路中残留有杂质、色谱柱伸入过长、样品前处理不够干净等原因造成污染。为了不影响实验，延长检测器使用寿命，必须要对检测器的喷嘴进行拆卸并清洗。FPD检测器喷嘴的清洗：①喷嘴的拆卸：操作前先关机并切断电源，待冷却至室温后，将光电倍增管组件和滤光片从检测器上卸下，避光保存，避免光照损坏光电倍增管。卸下火焰喷嘴组件逐一从转移管上卸下。②喷嘴的清洗：先用压缩空气或氮气吹扫喷嘴内的颗粒物，如果沉积物黏附力较强无法吹出，可以选择粗细适合的金属丝如吉他弦进行简单清理，如喷嘴出现破损则需要更換;如果燃烧室积盐较为严重，可以用纯水或者有机溶剂进行清洗;发射极取出后，可用纯水超声清洗10 min，再用丙酮或者甲醇超声清洗10 min后吹干。安装前要确保各个部件已经完全干燥，安装时建议换用新的密封圈，密封圈应为专用的不含硫材料。

5 总结

仪器分析具有较大的不确定性，也有一定的预见性，每一个故障发生之前都存在一定的隐藏因素，这要求管理者或者操作者具备较强的分析判断能力，在此基础上做出相应的预防性维护措施或纠正措施。气相色谱质谱仪的日常预维护和故障处理是一项综合性很强的工作，需要对仪器的原理和结构有充分的认识，具备扎实的理论知识，拥有较强的动手能力，在积累大量的实践经验基础上才能较好地完成。认真仔细地做好仪器保养和维护，确保仪器良好状态是分析数据准确可靠的重要保障，对仪器进行定期的保养和维护，还可以延长仪器的使用寿命，提高仪器使用效率。

参 考 文 献

[1]谢和益.浅谈气相色谱的日常维护[J].广州化工，2018，46（19）：98-100.

[2]齐景杰.气相色谱的应用[J].化学工程与装备，2010（7）：136-137.

[3]李洋.气相色谱技术的发展和应用[J].安徽农学通报，2010（8）：158-159.

[4]刘虎威.气相色谱方法及应用[M].北京：化学工业出版社，2000：1-130.

[5]李丝红.气相色谱仪的维护和保养[J].海峡药学，2014（11）：249-252.

[6]杭培红.浅谈气相色谱质谱联用仪日常维护及故障处理[J].广州化工，2017（24）：124-126.

[责任编辑：陈泽琦]

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