工业气相色谱仪简介及案例分析

江铜贵冶计控车间 王玮

摘要  本文主要介绍了色谱仪的原理及两个案例分析与维修对策。

关键字  气相色谱仪；色谱柱；检测器；助燃气；鬼峰

我厂于2001年从西门子引进了一套在线气相色谱仪（MAXUM I型）。主要用来监控动力制氧产品氧中乙炔及总碳含量，以防爆炸事故，保证工厂安全顺产。

1、工作原理与结构

色谱法（Chromatography把混合物分离成单组分的方法）是一种重要的分离分析技术和物化研究方法，由于具有分离效能好、分析速度快、检测灵敏度高、适用范围广和操作简便等特点，因此在生产、科研、教学等的众多领域中得到了广泛应用，特别是与计算机系统联用以来，它已成为分析测试和分离提纯不可或缺的手段。

色谱法的分离原理是利用混合物中各组分在流动相和固定相中具有不同的溶解-解析能力、吸附-脱附能力，或其他亲和作用力的差异，当两相作相对运动时，样品各组分在两相中反复多次（≥103次）受到上述各种作用力的作用，从而使混合物各组分获得互相分离。

如图一所示，当样品（例如含A、B两组分的混合物）进入色谱柱头以后，流动相把样品带入色谱柱内，刚进入柱子时，组分A和B以混合谱带出现。

由于各组分在固定相中的溶解-解析、或吸附-脱附、或其他亲和作用力的差异，各组分在色谱柱中的滞留时间也就不同，即它们在柱中的运行速度不同。随着流动相的不断流过，组分在柱中两相间经过了反复多次的分配和平衡过程，当运行一定的柱长以后，样品中各组分得到了分离。当组分A离开色谱柱出口流过检测器时，记录设备就记录出组分A的色谱峰；继之当组分B离开色谱柱流过检测器时，记录设备就记录出组分B的色谱峰。

通常一台分析仪由分析单元、程序控制单元、信息处理单元和记录单元组成。

分析单元是色谱仪的关键部分，由色谱柱、检测系统、载气系统、进样切换系统和温度控制系统组成。色谱柱是色谱仪的心脏，多组分混合物是否能很好的分离开主要决定于色谱柱的选择。色谱柱可以一根或多根，色谱柱的切换多用两种情况：a）反吹、b）预切。

检测单元有热导（TCD）和氢焰（FID）二种。热导是利用载气和被测组分不同热导率进行测定，一般用于常量分析。氢焰是以氢气和空气热烧火焰为能源，使被测组分燃烧并部分电离，产生正负离子，由安设在火焰左右的一对电极所收集，所形成微电流大小与被测组分成比例。多用于微量10^-6级分析。

1、1 以下为我厂色谱仪工作流程图：

图二

1、2各级色谱柱的功能，如表一所示：

表一

1、3柱阀切换时间功能表，如表二所示：

表二

2案例分析及处理

2、1案例1

2006年年底，我厂在线气相色谱仪没有测到数据（几乎都是零）。检查分析仪的状况，发现分析仪FID检测器的火焰会熄灭。

2、1、1故障分析

FID检测器的火焰熄灭的原因有以下几类：

a) 燃气不足

b) 助燃气不足

c) 燃气与助燃气配比不对

对分析仪的燃气与助燃气进行检查。燃气与助燃气的外部供压没变；分析仪内部的燃气与助燃气压力检测显示正常。说明燃气与助燃气的供气没有发生变化，也没有堵的现象。

燃气与助燃气的配比范围较大（1：5~1：10之间）。可对设定分析仪内部燃气与助燃气压力来调整其间配比。经过多次试验，点火成功，但进入检测样气，FID的火焰就会熄灭。

经过对分析仪分析曲线进行分析，发现分析仪一般在一个时间点（260秒）火焰熄灭。说明在这时间点，燃气与助燃气的配比突然发生变化，才会造成FID火焰熄灭。针对这现象进行分析，是何原因造成燃气与助燃气的配比变化的？燃气与助燃气的供气压力都没发生变化，可配比却有突变。说明在这一时间点有其他不该进入FID的气体（特别是O2或H2）进入了。燃气是高纯H2，助燃气是压缩空气，有助燃作用的是O2。分析仪检测的99%左右的O2。只有分析样气的O2没排空，而是进入了FID，才造成燃气与助燃气配比的突变。对此分析的进一步的确认，打开分析仪的TCD检测器，检测O2排空状况。发现TCD的检测曲线几乎是一直线。就此说明样气的O2 没排空，反而完全进入FID。

根据以上数据分析：O2没被切掉，是因为CC3在190秒OFF时，O2没到位造成。

2、1、2故障原因：

最大可能是色谱柱内气体流量有变化，造成气体行进速度变化，柱阀动作时间也要相应的改变。

2、1、3处理方案

处理办法有：

一、 较为简单可行，且因没专业工具的。试着修改CC2、CC3的动作时间，可满足分析要求。

二、 需要专业微量流量测量工具。按下表调整流量。

表三

2、2案例2

色谱仪分析谱图上出现鬼峰，造成乙炔高报误报，严重影响正常生产。

下列两图中，图三为正常分析时的分析谱图，而图四为出现鬼峰的谱图（550~600秒间出现一大峰）。

图三

图四

多个有如图二的鬼峰现象的谱图中发现鬼峰可在谱图的任何时间段显现，这样造成我们对鬼峰形成的分析困难。

针对鬼峰可能形成的原因、处理办法及效果如表四

表四

反复做了大量实验都没消除鬼峰出现。最后我们又仔细的分析了下出鬼峰的谱图，单个谱图分析是没有任何规律，但连续多个有鬼峰的谱图间终于找到了时间上规律（约每4小时间出一鬼峰）。干扰鬼峰呈现一定的规律，这让我们有方向查找原因。能与之联系有关的是助燃气。因为我们助燃气是使用空分系统的分子筛后的气体，我们咨询工艺人员得到了一信息，两个分子筛切换阀每8小时切换一次，正好吻合出鬼峰的时间。我们又对助燃气的压力和过滤器都检查更新后，发现没有任何效果。不得已我们做了一试验，用钢瓶压缩空气作为助燃气使用，得到的结果是在20多个小时内没出现鬼峰。证明了鬼峰的出现于现使用的助燃气有关。

3、结束语

在线气相色谱仪用来检测氧气中的碳氢化合物含量，特别是其中的乙炔含量。如果氧气中的乙炔含量高于1PPM就存在爆炸危险，为了确保工厂的安全生产，我们要及时认真的做好维护维修工作。在多年的学习及以上案例处理中，我们得到了许多实践知识，对分析仪有了更多客观的了解，在今后工作中分析故障思路更广。让我们工作能力得到进一步提升。