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气相色谱分流进样时和不进样时气体流量一样吗
[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]分流不分流进样口 手工流量控制器的结构原理 [align=center]概述[/align][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]分流/不分流进样口手工流量控制原理简介,各部件介绍和控制方式的特点。[align=center]简介[/align]分流/不分流进样口是[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]的重要部件,其气流控制的稳定性、精确度会显著影响[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]分析的结果的重复性、样品的真实性。随着电子技术的发展、手工流量控制器再现性较差,调整不方便等原因,进样口配备有电子流量控制器的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]逐渐成为实验室仪器的主流配置。但是手工流量控制因其安装和维护成本低廉、性能可靠等优点,目前仍然在较多的实验室具有一定的存量。尤其是对于色谱行业的初学者,有机会使用手工流量控制类型的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url],将会有助于较快的学习和领会到[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]的基本结构和原理。[align=center]手工流量控制模式[/align]目前实验室常见的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]分流/不分流进样口的手工流量控制模式大致有两种,压力控制模式和流量控制模式。1.1压力控制模式其结构原理如图1所示,色谱仪通过恒压阀的调节,提供进样口的柱前压力(即控制柱流量);通过分流流路和隔垫吹扫流路针型阀的调节,实现分流流量和隔垫吹扫流量的控制。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109191903058201_1362_1604036_3.jpg[/img][/align][align=center]图1 压力控制模式基本原理图[/align]下面以较为经典的Shimadzu的GC-2014为例予以说明,其调节阀结构如图2所示。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109191903059080_3480_1604036_3.jpg[/img][/align][align=center]图2 进样口压力控制模式阀结构图[/align]载气首先经由两级稳压阀的一级减压和二级减压,输送进入进样口,提供稳定的柱前压力,根据色谱柱尺寸、载气种类和操作温度,调节合适的压力。流出进样口的载气流量分成三部分,柱流量、分流流量和隔垫吹扫流量,其中分流流量和隔垫吹扫流量的具体调节都通过针型阀来实现。隔垫吹扫流路和分流流路均存在捕集阱,一般填充活性炭、硅胶之类的吸附剂,用以吸附流经气体中的高沸点杂质,用以保护针型阀和分流电磁阀,避免过多的杂质凝结在阀中造成堵塞和开关失效。在分流流路中设计有电磁阀,当进样口需要工作在不分流状态之下时,通过电磁阀的通断操作,实现分流流路的切断和恢复。1.2 压力控制模式的优点和缺点采用控制柱前压力的方法来实现色谱柱流量的控制,执行部件使用了恒压阀,恒压阀的调节速度较快。色谱进样时,由于液体样品的受热迅速膨胀或者进样阀造成的流路瞬间切断,会导致进样口压力变化。采用压力控制方案(即使用恒压阀控制),进样口的压力会快速恢复。恒压阀和针型阀各自独立工作,互相不存在干扰和反馈的问题。其缺陷是结构较为复杂,分析方法开发时,调节不太方便。例如更换不同色谱柱之后,进样口压力、分流流量和隔垫吹扫流量均需要进行调节。此外如果进样口存在一定程度泄漏时,系统并不会有明显的异常。在色谱柱安装之后,一定要仔细检查泄漏。2.1流量控制模式其结构原理如图3所示,色谱仪通过总流量控制器(恒流阀)的调节,向进样口提供正确的进样口载气流量,由分流控制器(背压阀)提供正确的柱前压,同时提供正确的分流比。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109191903059959_5598_1604036_3.jpg[/img][/align][align=center]图3 流量控制模式原理[/align]其阀结构如图4所示,[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109191903060554_1498_1604036_3.jpg[/img][/align][align=center]图4 进样口流量控制模式阀结构图[/align]载气首先经由稳压阀进行减压,输送给恒流阀,向进样口提供稳定的载气流量。流出进样口的载气流量分成三部分,柱流量、分流流量和隔垫吹扫流量,其中隔垫吹扫流量的调节通过针型阀来实现。分流流量通过背压阀来调节,背压阀的工作特性是可以使阀输入的压力保持稳定不变。利用这个特点背压阀可以同时调节进样口压力。通过三通电磁阀的状态切换,实现进样口分流和不分流状态的调整,如图5所示。[align=center][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/09/202109191903062977_9863_1604036_3.jpg[/img][/align][align=center]图5 分流和不分流状态阀结构图[/align]流量控制模式结构简单,背压阀的调节较为重要,调节速度和进样口压力扰动的恢复速度比压力模式要低。另外还有一类采用混合控制模式的手工流量控制器,将进样口入口侧的恒流阀改换成恒压阀,进样口压力控制速度得到改善。但是进行方法开发时,稳压阀和背压阀会互相影响,流量调节就会比较耗费时间。
如何理解[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱[/color][/url]的不分流进样 在解释这些问题之前,首先从毛细柱进样口的结构谈起。 1 毛细柱进样口的基本结构 对于毛细柱进样口,其主要包括三部分气体流量控制:载气流量、分流流量和隔垫吹扫流量。 载气的作用是以一定的流速将气体样品或经气化后的样品带入色谱柱进行分离;分流的作用是将气化后的样品按照一定比例排出进样口;隔垫吹扫的作用主要是消除进样时可能带入的杂质和消除进样口密封垫在高温时释放出的杂质。一般而言,载气、分流和隔垫吹扫的相对位置为:隔垫吹扫在最上方,载气在中间,分流管路在最下方。 2 毛细柱进样口的分流模式 对于毛细柱进样口,分流进样模式是其基本功能。对于分流进样模式,在进样期间,液体样品进入进样口后迅速气化。在载气的推动下,少量样品进入色谱柱,大部分样品从分流出口排出。进入色谱柱的样品和分流出口排出的样品的比例可以通过调节色谱柱流量和分流流量的比例来控制。一般将分流流量和色谱柱流量的比称之为分流比。下图为实现毛细柱进样口分流功能部件的示意图及实例图: 分流进样主要用于高浓度样品分析,大部分样品从分流出口排出。它也用于不能稀释的样品。 对于分流进样模式,其流量的关键点是:在仪器正常工作的任何时刻,包括进样前、进样瞬间和进样后任意时刻,分流调节阀保持开启,且分流比保持不变。 说明: 1)本段描述不考虑存在“载气节省”特殊功能的情况; 2)本段描述强调分流比保持不变,而不是分流流量或柱流量保持不变。如果仪器进样口采用恒定流量控制模式,那么柱流量、分流流量和分流比均保持不变;如果仪器进样口采用恒定压力(柱前压)控制模式,在进行程序升温的分析中,柱流量和分流流量会随柱箱温度的升高而改变,但是分流比(分流流量/柱流量)不会改变。 3 毛细柱进样口的不分流模式 对于当前的多数仪器厂家而言,其[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]器均可以实现毛细柱进样口的不分流进样(也称之为无分流进样),能够进行分流进样和不分流进样两种模式的毛细柱进样口也被称之为分流/不分流进样口。不同厂家实现不分流进样模式的气路控制方式略有不同,具体可以参见公众号往期文章,点击链接查看详细内容:第28篇 毛细柱进样口的分流进样和不分流进样。 3.1 字面意义的不分流进样 从不分流进样的字面意义上来讲,不分流进样指的是将毛细柱进样口的分流出口(分流调节阀)在整个分析过程中*关闭,让样品全部进入色谱柱;此种情况下,样品*进入色谱柱,灵敏度较高并且可以消除分流歧视现象(分流歧视:指假设设置分流比10:1,但是由于进样口设计原因和样品性质,导致实际组分的分流状况并不*是10:1,且不同组分有所不同)。 该种字面意义上的不分流进样会带来一些问题,主要是样品初始谱带较宽(样品汽化后的体积相对于载气流速较大)。由于样品中的绝大多数都是溶剂,气化后会充满整个毛细柱进样口内部的衬管,不可能瞬间进入色谱柱,会导致溶剂峰严重拖尾,影响溶剂峰之后临近的组分。分流进样由于将样品按照一定比例分流,会大大改观此种现象。 目前字面意义的不分流进样一般称之为*不分流进样或者直接进样。 3.2 不分流进样的改进-瞬间不分流进样 为了避免上述拖尾情况,目前的多数文献所称的不分流进样指的是瞬间不分流进样。其工作过程是: 1)在进样开始时,毛细柱进样口的分流出口(分流调节阀)*关闭; 2)液体样品进入进样口后迅速气化,由于此时保持分流出口关闭,绝大部分的样品进入色谱柱; 3)在进样后的指定时间,分流出口(分流调节阀)打开,此时从分流出口吹出衬管中剩余的样品(绝大部分是溶剂,少量的样品组份); 4)分流状态(即:分流出口(分流调节阀)打开)保持到分析过程结束; 5)分析过程结束之后,分流状态(即:分流出口(分流调节阀)打开)可继续保持到下一次进样开始。 上述在进样后的指定时间打开分流阀,该时间长度一般在30s-80s之间,文献报道多采用0.75min,通常可以保证95%以上的样品进入色谱柱;该时间长度也可以同时实验方法进行优化。 打开分流调节阀的时间长度一般称之为吹扫时间(安捷伦科技)或者进样时间(岛津);打开分流调节阀之后分流出口的流量一般称之为吹扫流量或者分流流量(或者通过分流比描述)。