【色谱体验】+一次最艰难的气相色谱仪维修
气相色谱仪用的年数久了，会出现灵敏度低、稳定性差、器件老化、气流不稳等问题，如果问题较多，那么维修起来就费劲了，6月我遇见了一次最艰难的气相色谱仪的维修，分享给大家。
一、报修
瓦里安气相色谱仪GC450，配有两个检测器PFPD、ECD，两个进样口，100位自动进样盘。2011年购买，至今已经6个年头，期间也有一些小毛病小问题，通过电话咨询工程师，都能解决。最近出现了两个问题，让人头疼，只有报修。
问题1：前后两路EFC21进样口给ECD和PFPD使用，其中ECD的柱流量达不到设定值，一直出现报警信息，前EFC21压力超时，导致样品无法正常检测。
问题2：用来检测有机磷农药的PFPD检测器，灵敏度低，具体表现为乙酰甲胺磷、氧化乐果、亚胺硫磷配成1.0ug/mL不出峰，三唑磷、甲拌磷亚砜、伏杀磷配成0.4ug/mL时不出峰，而理想状态是，这6种配成0.2-0.4ug/mL时都应该出峰。
图1：柱流量达不到设定值，EFC报警信息。
二、工程师上门维修
我拔打了400电话报修后，天美公司换了两三个工程师与我沟通，表示只是气流问题会很容易也很快解决，但涉及到做二十多种农药残留，其它正常出峰，只有6种不正常，问题解决起来有些困难，最后敲定了四川一位工程师黎工上门维修，黎工要求先把GC450安装时的硬件配置发照片，以便全面了解GC450的配置。
1、 维修EFC21压力准备超时的问题
天美公司对此事很重视，上门维修工程师是两位，四川黎工与省内的李工，放下东西，直奔主题，先维修柱流量达不到设定值。
1.1检查柱参数设置、载气类型，进样垫、色谱柱两端尺寸及柱密封垫检漏，未发现异常。
1.2用电子流量计测量分流出口，无流量流出。怀疑是从进样口到笔形过滤器的净化管气路堵塞，或者是EFC堵塞。将接笔形过滤器的净化管气路打开，用吸耳球吹气，流路通常，将进EFC的气路螺母打开，看是否有气流进来，气路流通正常，重新安上后，故障依旧。
1.3将柱箱门打开，用电子流量计测量隔垫吹扫，前后进样口的隔垫吹扫流量均为1.0mL/min，正常。
图2：拆卸气路，测分流出口流量。
1.4排除了气路问题，工程师在软件上按原方法的参数重新建了一个方法，下载新方法后，柱流量很快达到设定值，问题解决了，原来是旧方法有问题，黎工把电脑上的360杀病毒软件卸载，把新建方法上传到气相色谱仪上，再从气相上下载覆盖到旧方法，再次下载到气相上，一切正常。分析原因可能是原来Galaxie软件的Bug，或者是360杀毒软件可能恶意删除了软件的一些文件，或者修改了方法的文件属性等原因，导致原方法下载时柱流量始终达不到设定值而报错。
1.5 自动进样器的检查维护。
a、针芯针筒维护：两位工程师卸下进样针，发现针筒口与针芯都有黑色锈斑，这样会导致进样针芯下行阻力增大，从而导致针芯受阻导致进样针芯扎弯的情况发生。
处理办法：是把针芯抽出，在超声波里溶剂超声针筒，用滤纸来回摩擦，用丙酮加乙醇清洗，消除锈斑后重新装回。
b、瓶传感器灵敏度调整，现象是自动进样器的瓶探测光斑（小红点）颜色很浅，几乎看不到了，CP-8400自动进样器的瓶探测功能是采用光纤反射光探测样品瓶的，当发现在进样位置无瓶时则会提醒无瓶。
处理办法是：将自动进样器打开，检查皮带与齿轮，检查感应器，调节图中桔黄色旋钮（瓶传感器），让感应器的6个灯在有瓶时全亮，无瓶时灯熄灭，完成瓶探测传感器的调整。
图3：清洗进样针，检查自动进样器。
2、维修PFPD检测器灵敏度低，部分标液不出峰的问题
PFPD的进样口装的是高惰性棕色衬管，色谱柱是用了一年多的VF-1701(30m*0.25mm*0.25um)，新进样垫，色谱柱上的石墨垫也是新的。19P方法是柱温：80℃保持1min，以20℃速度上升到130℃，再以5℃上升到200℃，再以15℃上升到250℃，保持11min。进样体积：1uL；进样口：250℃，不分流进样；检测器300℃；进样口温度：250℃；氮气流速：30mL/min；柱流速：1mL/min；空气流速：17mL/min；氢气流速14mL/min。
2.1、黎工建议把棕色衬管换成新的蓝色衬管测试，用19P方法进6种混标1.0ug/mL，不出峰，说明此时的状态下，灵敏度不够。
2.2．PFPD检测器的检查：关机，降温，拆卸检测器，其结构如图示。
图4：PFPD检测器结构图
表1：检测器组件功能说明
条 | 描述 | 功能 |
1 | 点火线圈组件 | 提供点燃火焰的热量。 |
2 | 光电倍增管（PMT） | 将火焰发射的光转化为用于测量的电流。 |
3 | 点火帽 | 固定点火线圈并降低来自点火线圈的反射光。 |
4 | 检测器塔 | 支持光学部件、石英燃烧管以及点火帽。 |
5 | 石英燃烧室 | 一个带有内表面并能使柱馏出物充满其中用于燃烧，传输发射光的石英管。 |
6 | 检测器座 | 支持检测器塔，固定色谱柱于检测器上。 |
7 | 光管 | 使燃烧区域发出的光通过滤光片和光电倍增管（PMT） |
8 | 燃烧室支持 | 支持并固定石英燃烧管于检测器塔内。 |
9 | 燃烧室支持密封圈 | 密封燃烧室支持与检测器座。 |
10 | H2－Air中心流速入口 | 氢气与空气混合物从此进入并从燃烧管之间通过。 |
11 | H2－Air旁路入口 | 氢气与空气混合物从此进入并从燃烧管外壁通过并进入点火腔。 |
12 | AIR2入口 | 空气2从此进入并与外壁气体混合。 |
13 | 铝垫圈，上 | 密封点火帽与检测器塔。 |
14 | 铝垫圈，下 | 密封检测器塔与检测器基座。 |
15 | 内内六角螺丝，9/64″ | 固定点火帽至检测器塔。 |
16 | 内内六角螺丝,8/32×1 1/2″ | 固定检测器塔至检测器基座。 |
18 | 十字螺丝，8/32×3/8″ | 固定光电倍增管组件至支撑隔板。 |
PFPD拆卸检查过程如下：
①、用9/64″内六角扳手从点火帽（条1）移去两个内六角螺丝（条2）。将内六角螺丝放到干净的实验室滤纸上。
②、用金属镊子从检测器塔上抬起点火帽（条3），将点火帽底部朝上放在一干净表面（如洁净的实验室滤纸上）。此时可看到石英燃烧管（条4）的顶端位于检测器塔的中心。
③、轻轻将Teflon燃烧管专用取出工具，尖头轻轻用力插入燃烧管的顶部，使燃烧管桃套在Teflon尖头而不脱落，然后竖直移出燃烧管（条5），放入专用工具的试管中保持洁净。
④、用金属镊子从检测器塔上移去铝垫圈（条6），并将用过的铝垫圈丢弃掉。
⑤、从检测器塔的顶部移去将检测器塔固定到检测器基座（条8）的两个内六角螺丝（条7），而且，还要移去固定（条9）光电倍增管（PMT）组件支架（条10）的螺丝。
⑥、用一支手握住光电倍增管组件（条11），另一只手拿住检测器塔，从检测器基座上向上轻轻抬起检测器塔，将带有PMT组件的检测器塔放到旁边干净的表面上。
⑦、用金属镊子移去底部的铝垫圈（条12），将用过的铝垫圈丢掉。
⑧、更换燃烧管，使用燃烧管底座专用套筒工具移走燃烧管底座（条5），同时取下燃烧管底座密封垫（条13），用新的燃烧管底座密封替换掉，用新的燃烧管替换掉原先的燃烧管。
（图4 与组件描述内容来自瓦里安气相说明书），实物拆解如下图5：
图5：拆卸PFPD检测器，先拆点火线圈组件，取出石英燃烧管，再拆光电倍增管，再拧出燃烧管底座。
2.3、上述拆卸步骤完成后，更换了燃烧管，由旧的2mm燃烧管更换为3mm燃烧管，旧的燃烧管已经有烧蚀模糊状。燃烧管（条5）与底座（条8）要一起换掉，因为不同内径的燃烧管要配不同内径的底座，有2mm和3mm两种规格，做硫时常用2mm的，做磷时2mm和3mm的均适用。
图6：三个不同时期的石英燃烧管对比。
2.4、清洗滤光片
①、首先取下滤光片架上固定滤光片的C形夹，用甲醇或异丙醇润湿棉签，拿着滤光片边缘用棉签轻轻擦拭两个镜面。用干的棉签擦去剩余的溶剂，然后滤光片对光检查是否透明洁净，然后把滤光片放入滤光片架并装回C形夹。
②、拿着滤光片的边缘，使其滑入PMT套管的凹槽中。务必使滤光片正确地嵌入，使滤光片表面与PMT套管边缘平齐。O形环要合适地嵌入它的凹槽中。
③、小心地把PMT套管与光管接好，上好并紧固手拧螺丝，避免漏光导致噪声大。
图7：拆下光电倍增管，拿出滤光片，用乙醇清洗滤光片与检测器塔。
2.5、检测器端有石墨垫屑堵塞+意外收获
当上面一切完工时，进样6P1.0ug/mL标液，可以出峰，但峰高度小，峰形也较差，按道理说换了石英燃烧管，灵敏度会很快提上去的，为何不显著，难道是判断错误吗？工程师们经过商量，准备把色谱柱接检测器端重接一下，发现插检测器端的色谱柱进入很困难，有堵塞现象，判断可能是检测器端有碎屑堵塞，重新拆卸PFPD检测器，卸下色谱柱，从上向下用废针捅，黑色碎屑掉落在柱箱里，用吸耳球向下吹，用棉签沾乙醇擦拭，吹干后安装检测器座。此现象告诉我们：在密封色谱柱时不宜拧的过紧，同时尽量避免使用纯石墨的密封垫圈，采用Graphite+VF 材质的好，不易掉渣，以免堵塞进出口。
当检测器上面不安装，直接安装色谱柱，这时可以清楚看到当色谱柱9.7cm时，正好与底座的上平面持平，忽然明白为何要求色谱柱接检测器的尺寸要准确，如果短了，柱后死体积增大会有扩散现象；色谱柱伸出的长了，会导致样品可能在燃烧管的上端部位燃烧，火焰不在光窗的中心，样品发光不能全部达到光电倍增光，从而导致灵敏度低。
图8：检测器端堵塞的黑色碎屑。
3、再次进6P1.0ug/mL标液，全部出峰。顺利的曙光就在前面。
图9：进6种标液1.0ug/mL，全部出峰。
4、3种标液0.4ug/mL仍然不出峰
可是我们要求的是6种标液在0.4ug/mL时全部出峰，所以配制了0.4ug/mL浓度的标液，发现配成低浓度时，全不出峰。
4.1更换色谱柱
进了工程师带来的标液，发现有拖尾现象，与柱子用一年多，柱效低有关，换了一根才用了半年的色谱柱，进样后发现甲拌磷亚砜、三唑磷、伏杀磷出峰，氧化乐果、乙酰甲胺磷、亚胺硫磷不出峰。
图10：新旧色谱柱的峰高对比。红色线为旧色谱柱，蓝色线为新色谱柱
图11：红色线是旧柱正常时出的峰，蓝色线为旧柱现在的情况：甲拌磷亚砜、三唑磷、伏杀磷均能出峰，而氧化乐果、乙酰甲胺磷、亚胺硫磷不出峰。
留心发现，这些磷均含有胺基等极性基团的共性，同样的标样浓度，色谱峰高度差别很大，由此看来色谱柱对这些含胺基团的物质检测，灵敏度影响较大。
4.2调节空气与氢气流速优化
为了让这3种标液出峰，需要提高灵敏度，试着调节空气与氢气流速来提高峰响应。空气流速为17mL/min,将其改为18 mL/min,进样发现峰高小一半，此法不行，将氢气流速14.0 mL/min改为13.0与15.0，峰高小一半，也不行，看来空气流速17.0 mL/min与氢气流速14.0 mL/min为最佳流速。
图12：空气与氢气流量改动后，峰响应值降低。
4.3调节Tick-tock
Tick-Tock发生在燃烧混合物在点火室中点燃但不能延烧至燃烧室的时候，因为此时燃烧室还未被燃烧气体混合物充满。优化的检测器性能通常是检测器操作在接近、但不是在Tick-Tock模式的时候。
调节Tick-Tock的目的是把基线噪音降到最低，而峰响应值最大，要找到这个最佳点。
调节的方法逆时针慢慢打开Air-H2针阀，每打开一圈便会有更多燃烧混合物进入燃烧室。随着进入燃烧室的燃烧混合物的增多。火焰开始延烧进燃烧室。首先，火焰延烧至点火室每3-4个脉冲一次，随着燃气混合物流速增加，每隔一个脉冲（Tick-Tock），最后是每个脉冲。随着你提高进入燃烧室的燃气混合物的流速，在Tick-Tock时基线应变的突然升高且不稳定。伴随着检测器脱离Tick-Tock模式，接着基线会升高然后下降，且噪声较小。
图13：调节ticktock值的过程。
①将分流阀顺时针关闭，然后逆时针慢慢打开，观察基线，可以在屏幕上将自动归零划掉，清除归零，这时可以看到电压值，当这一电压值稳定时，可进这3种标液，看出峰情况。
②这个过程很缓慢，因为要找到那个基线会升高然后下降的点，要慢慢调，一针针试，很费时间，当找到这个点后，脉冲会变得正常且背景噪声不变时，再旋转分流阀1/2圈。这时要划上黑色印迹，方便以后再调节时有个位置可做参考。
图14：4种标液1.0ug/mL的色谱图
图15:4种标液0.4ug/mL的色谱图
三、维修总结
当一台仪器使用较长时间时，会出现一些问题，而这些问题却不是单独出现，可能是多个因素造成的。
1、 柱流量达不到设定值，很容易想到的是气路堵塞或EFC堵塞，或者是EFC硬件本身的问题，最后却是Galaxie软件可能有BUG或者是360杀毒软件的恶意查杀，导致不能控制柱流量，判断这种较隐藏的故障实属不易，如果是直接采用更换EFC的方法，那就比较悲催了，暗暗庆幸又省了一大笔。
2、 色谱柱会影响到峰检测灵敏度。色谱柱用一段时间后，峰响应值会降低。标液峰响应值高的还能出峰，本来就响应值低的，就不出峰了，比如乙酰甲胺磷、氧化乐果、亚胺硫磷等，这些含有极性较强的胺基基团组分，可能会被色谱柱吸附，从而导致灵敏度低。
3、 检测器灵敏度低与石英燃烧管烧蚀模糊程度有关，与进入检测器端有堵塞也有关系。如果样品较多，石英燃烧管基本三年就要换了，会影响检测器的灵敏度，但同时也要检查检测器端接色谱柱时，是否顺畅，有无堵塞现象，因为石墨碎屑的堵塞，燃烧室的氢气、空气比例可能会发生改变，同时样品不能顺利进入检测器，也会引起灵敏度低。
4、 对于PFPD检测器来讲，所有的硬件都OK，衬管、色谱柱、检测器等都没有问题时，还想提高峰响应值时，就要调节Tick-Tock，这个很重要。合适的Tick-Tock值会让基线噪音降到最低，而峰高达到最大。
5、 此次维修非常累人，烧脑，因为亚胺硫磷出峰时间较长（25分钟左右出峰），要通过进样试，程序升温的时间较长，所遇到的现象也很隐蔽，通过两天的检查排除，晚上做得也较晚，不辞辛苦，一点点攻坚，敬业精神可嘉，值得敬佩。
6、 天美公司重视用户需求，派出得力干将来维修气相，在维修费用维修时间上也给用户打折扣，赞一个，希望国产仪器越来越强大，发展越来越快。
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