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气相色谱外部设备引起基线噪声大故障排查

许之秦

2023/08/01
Chromcycle

气相色谱（GC）

声明：本文首发于微信公众号“气相色谱分析”，经部分修改后参加第16届科学仪器网络原创作品大赛。

日前，在使用顶空进样器-气相色谱联用测定样品时发现，将顶空进样器与气相色谱仪器通过信号触发线连接后，开启顶空进样器电源，气相色谱的基线噪声异常增大，关闭顶空进样器电源则恢复正常，下图：

一般而言，该种类型问题多为仪器本身相关电路接地不佳，通过信号触发线与外部设备连接后，引入了干扰信号，导致基线噪声变大，可以通过改善接地来解决。

1 顶空进样器与气相色谱仪的信号连接

在使用顶空进样器-气相色谱/气质联用进行分析之前，需要正确安装顶空进样器，及将其与气相色谱仪器联机。主要包括以下几个方面：

1）气路连接：一方面，需要将顶空进样器串入气相色谱仪器进样口流路中，以便于通过载气将待测气体带入进样口和色谱柱中进行分离和分析；另一方面，需要为顶空进样器提供流路吹扫、阀体驱动气等必要的气体供给；

2）触发连接：通过仪器的信号端口连接顶空进样器、气相色谱和质谱，以便于在顶空进样器向气相色谱进样的同时触发气相色谱和质谱的方法运行和数据采集；

本例中，气相色谱仪器从信号通讯板上引出两根线缆，与顶空进样器后部的触发接口连接即可；实际操作是将触发线1和触发线2连接在顶空START OUT的1-2或者3-4；下图：

与厂家沟通后，顶空进样器内部为继电器，该继电器触发仪器时的动作是将触发线1和触发线2短接，不引入电流或者电压。下图为继电器的简单原理示意：

工作时，顶空进样器内部控制电路使上图左侧信号电源开关闭合，线圈中流过一定的电流产生电磁效应，衔铁在电磁力吸引的作用下克服弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合；吸合后，即相当于将气相色谱仪的触发线1和触发线2短接，从而触发气相色谱的方法运行和数据采集。

由于继电器触点没有电流或者电压，因此引入的信号干扰与之关系不大；同时使用该顶空进样器与其他气相色谱仪连接，无信号干扰；判定故障点应在气相色谱仪器本身。

2 顶空进样器触发气相色谱的机制

上述将气相色谱仪的触发线1和触发线2短接，从而触发气相色谱方法运行和数据采集的过程，实际上是使用低电平作为气相色谱控制系统中单片机的外部中断源；单片机接收到低电平信号后，暂停现行程序而转为响应中断请求，并运行相关程序。

该气相色谱仪器信号通讯板上触发相关的电路示意如下：

仪器工作时，外部中断控制位P3.2/INT0与上拉电阻相连，被置于高电平，同时与气相色谱仪器触发控制端子的1位相连；单片机的DGND（地）与气相色谱仪器触发控制端子的2位相连。触发线1、触发线2分别与气相色谱仪器触发控制端子的1、2位连接；将触发线1、触发线2短接，单片机接受低电平外部中断信号，开始运行相关程序，控制气相色谱开始方法运行和数据采集。

上图中，气相色谱仪器触发控制端子的3、4和5位，分别作为检测器模拟信号的输入端子和接地。

3 改进基线噪声的方法

在仪器基线噪声异常增大的故障过程中：

①当气相色谱仪器触发控制端子的1、2位（即触发线1、触发线2）不与顶空连接时，基线正常；

②当气相色谱仪器触发控制端子的1、2位（即触发线1、触发线2）与顶空连接时，基线噪声增大；

③能够确认顶空进样器正常，与其他气相连接无问题；

因此，怀疑是气相色谱仪器触发控制端子的1、2位（即触发线1、触发线2）连接顶空进样器后，影响了该气相色谱仪器信号通讯板上单片机的接地（DGND）或者电源（DV_DD），从而影响了检测器模拟信号的输入，导致基线噪声增大。通过改善接地来消减影响，下图：

改善单片机接地，将单片机DGND接于气相色谱仪器外壳后，仪器基线恢复正常，下图：

4 小结

虽然顶空进样器内部用于短接气相色谱仪器触发线1和触发线2的继电器不引入电流或者电压，但是连接后仍然出现了干扰现象，推测可能的原因是影响了该气相色谱仪器信号通讯板上单片机的接地（DGND）或者电源（D_VDD），从而影响了检测器模拟信号的输入，导致基线噪声增大。

进一步而言，影响单片机接地（DGND）或者电源（D_VDD）的原因，可能是连接顶空进样器之后，触发线作为天线和高频信号形成了耦合，或者低频信号形成了干扰回路，亦或者是由于仪器信号通讯板上隔离电源的性能不佳受到了前述干扰。

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分
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zyl3367898

第1楼2023/07/02

应助达人

很好的案例，没想到单片机接地可以影响基线干扰。

0

Loktar

第2楼2023/08/16

应助达人

解决问题很简单，找到问题靠积累

0

梧桐细雨zzz

第3楼2023/08/16

这个属于仪器电路设计的问题么？

0

许之秦

第4楼2023/08/16

应助工程师

确实是啊，好多问题见到过就知道，没见过就很难一时之间搞清楚
Loktar(suntadie) 发表:解决问题很简单，找到问题靠积累

0

许之秦

第5楼2023/08/16

应助工程师

和厂家反映了，厂家说新设计改进了一款信号采集板，说是寄过来换一下试试
梧桐细雨zzz(v3242871) 发表:这个属于仪器电路设计的问题么？

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向学霸看齐的智智

第6楼2023/09/07

这就是厂家没做好测试产品就上市了

0

许之秦

第7楼2023/09/07

应助工程师

应该说是可靠性设计欠缺点，有时候测也测不出来，有时候是外部环境复杂，一言难尽
向学霸看齐的智智(Insm_7a4843be) 发表:这就是厂家没做好测试产品就上市了

0

Ins_079f783d

第8楼2023/11/03

111111111
zyl3367898(zyl3367898) 发表:很好的案例，没想到单片机接地可以影响基线干扰。

0

Ins_8d5fcd04

第9楼2023/12/06

好评！又学到一招

0

Ins_00e16e3e

第10楼2024/05/28

气相色谱外部设备引起基线噪声大故障排查，谢谢分享

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