气相色谱仪流量控制原理与维护 —— 背压阀与电子背压控制
概述
背压阀一般情况下安装于气相色谱仪分流/不分流进样口或者进样阀的输出端，为进样口或者进样阀的定量环提供合适的工作压力。背压阀调节迟滞现象较弱，调节速度快。
背压阀简介
背压阀可以在一定输出端流量变化范围内保持阀输入端的压力恒定，其经常安装于某些气相色谱仪的分流不分流进样口或者进样阀的输出端，以保证进样口或进样阀的定量环工作于合适的压力之下，其常见的安装位置如图1所示。
在气相色谱仪的分流/不分流进样口中，背压阀一般安装于进样口的分流出口端，通过旋转阀控制旋钮调节进样口压力。
气相色谱仪使用气体进样阀进样时，如果进样阀定量环压力与进样口压力差异较大，进样之后可能会在色谱图上产生明显的进样干扰信号，进样口压力和流量控制也比较容易发生震荡的现象，从而造成基线的扰动。在进样阀定量环的输出端安装背压阀，调节定量环压力与进样口压力相同，可以改善阀进样产生的基线扰动。此外，通过背压阀的工作，可以保证每次进样时定量环压力的一致性，从而改善定量重复性。
气相色谱仪在使用高压液体进样阀时，例如分析丁烯丙烯类样品，需要保持系统定量环的压力，不至于产生样品减压造成部分或者全部气化，最终影响定量重复性和准确性。
图1 背压阀的安装位置
背压阀原理基于压力平衡，其结构如图2所示，由调节膜、旋钮、弹簧组成。弹簧和旋钮施加的压力F与阀腔体内压力P1达到平衡，即：
F = P1*A
式中A为调节膜表面积。
图2 背压阀的结构图
背压阀稳定输入压力的工作原理
阀开启时，当输入端压力P1与弹簧压力相同时，调节膜位置上升，阀进入开启状态，气体由输出端流出。如果输出端由于某种原因发生阻尼变化，造成腔体压力P1上升，此时调节膜位置上升，阀输出流量增大，从而降低腔体压力，使其恢复原状，从而保证输入压力不变；当输出端由于某种原因发生阻尼变化造成腔体压力P1下降，此时调节膜位置下降，阀输出流量降低，从而提高腔体压力，使其恢复原状，从而保证输入压力不变。
背压阀的特点和使用注意事项
背压阀内部反馈回路较短，阀响应速度快，系统迟滞现象较弱，调节比较方便。这一点在进样口的压力控制方面较为理想，由样品气化或者阀切换带来的压力扰动，可以迅速得到恢复。
背压阀不论连接于进样口的分流出口，还是连接于六通阀的定量环输出端口，含有大量样品的气体将通过阀释放，那么阀的维护比较重要，一般情况下需要在阀的入口端之前安装净化器，避免由于样品冷凝造成阀内部污染或者造成阀损坏。
电子背压控制
电子式气相色谱仪的分流/不分流进样口，一般采用压力传感器和比例电磁阀组成的负反馈系统实现进样口的压力控制。进样口压力传感器一般安装于隔垫吹扫出口以减轻污染，比例电磁阀一般安装于分流出口，通过调节阀开度的方法，调节分流出口的气体流出流量从而控制进样口压力，如图3所示：
图3 电子式分流不分流进样口结构
分流不分流进样口在工作时，不断比较实际压力与设定压力之前的差值，如果发生较大负偏差（即实际压力低于设定压力），气相色谱仪控制系统主动降低分流出口的比例电磁阀开度，分流出口的流量降低，从而使进样口压力升高恢复设定值，反之亦然。
小结
简单介绍背压阀的基本用途、原理、结构和使用注意事项。
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