进样器造成分流比异常的问题

安平

2024/08/16
红小豆

私聊

气相色谱（GC）

进样器造成分流比异常的问题
概述

安装有电子流量控制器的气相色谱仪，在连接顶空、吹扫捕集或者热解析进样器时，需要注意进样器的流量工作方式可能会影响流量的控制。

案例情况

某药物研发机构，使用Shimadzu公司的气相色谱仪GC-2030联用某国产厂家顶空进样器测定药物产品中溶剂残留，在实验方法开发过程中，用户调节不同分流比进样同一样品，发现峰面积与分流比不能对应。例如两次进样实验过程中，设定进样口分流比为10和20，采集得到的峰面积并不能呈现2倍关系，峰面积倍数偏差甚大。

建议用户拆除顶空进样器，采用液体进样，重复不同分流比的实验，两种分析条件下采集到的峰面积基本可以呈现2倍关系，说明分流比异常的现象与气相色谱仪无关。

询问用户，得知用户使用的顶空进样器采用传输线接入进样口的方式联机，并且该顶空进样器单独带有气源控制部件。告知用户，目前顶空进样的实验结果并非异常现象，实验中观察到的分流比异常与顶空连接方式有关。顶空进样器作为额外的气源输入，干扰进样口电子流量控制器的工作，使得进样口真实的分流比与色谱工作站设定值不同。

原理分析

气相色谱仪装备的电子流量控制器基本原理如图1所示，在当前情况下，例如柱流量设定为1m/min，进样口压力设定为100kPa，分流比设定为46。那么系统开启达到稳定状态之后，进样口真实控制的参数是输入总流量50mL/min，和进样口压力100kPa。分流出口的流量和柱流量，实际上是根据进样口状态进行推算和调整的。

在保证进样口输入流量为50mL/min的情况下，如果进样口压力由于某种原因发生升高（例如样品气化、分流部分阻塞），分流控制器将增大流量的输出，使得进样口压力恢复至100kPa。如果色谱柱发生堵塞或者程度较低的泄漏，电子流量控制器并不能感知到实际柱流量发生了异常。

图1 进样口工作原理

使用独立气源并且传输线工作方式的顶空进样器（热解析、吹扫捕集等其他蕾西进样器存在相同情况）与进样口连接的原理如图2所示，假设此时进样器向进样口内输入10mL/min的载气流量，那么此时的分出口流量会发生显著变化，由原先的46mL/min变成56mL/min。

图2 带有顶空进样器的进样口结构

由图2可以得知，此时气相色谱分析条件的真实分流比为56（分流流量/柱流量），与色谱数据工作站设定分流比不同。

推想可知，当修改分流比为2倍之后进样测试，新设定的分流比也是不准确的，获得的峰面积也不可能存在2倍关系。

解决方案

如果确定需要解决此问题，可以考虑将顶空进样器的连接方式修改为串联方式，即去除顶空进样器自身的气源，串接到进样口的载气流路当中，如图3所示。

图3 顶空进样器的串联方式

另外如果使用手工流量控制器的气相色谱仪，可以将进样口流量控制器输入部分关闭（一般可能是恒压阀或者恒流阀），仅使用顶空进样器的流量控制，也可以达到分流比正确的实验结果。

分
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第1楼2024/08/17

这个问题很重要。经常遇到顶空仪跟色谱主机不是一家，安装顶空的图省事随便插进去就不管了，导致很多问题。如果遇到顶空载气不是恒流而是恒压，顶空的稳压阀跟色谱的背压阀就互相扯皮了，导致完全没法用。还有些是完全丢掉了色谱主机的载气控制，由顶空接管了色谱载气，这也是有问题的。我见到过有安捷伦主机配国产色谱，结果安捷伦的EPC靠边站了，完全由顶空的稳压阀控制载气，属于暴殄天物。我记得楼主以前也多次讲过顶空的安装问题，建议整理一下出个合集，对顶空的使用和安装都很有益处。