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GM592型气相色谱仪故障分析及处理

发布时间:2020年07月18日

一、工作原理及操作条件

 

1.1GM592工作原理

 

GM592型气相色谱仪搭载氦离子放电检测器(DID)、气体纯化器和气体自动进样阀并带有中心切割技术。氦离子放电检测器(DID)是一种通用型多功能检测器,它利用 高能紫外光电离检测样品成分,检测器由电离室和放电室两部分组成,中间有狭小通路。当在放电室内的放电电极上施以适当的电压(525 V )产生放电,获得一束高能紫外光;电极放电将高纯氦气中的He激发至亚稳态He*。高能紫外光和亚稳态He*通过狭缝被引入电离室并将样品气中各组分电离,各离子被电离室内的极化电极收集,经过放大即得到相应的谱峰。

GM592型气相色谱仪气路由3个四通阀、1个十通阀,共4个气动控制阀联动来实现样品取样、进样、切割等过程。样品气在预柱内分离的主组分可 在进入第2根分子筛柱分离之前放空,而主组分的其他组分杂质可完全进入第2根分子筛柱进行分离,从而解决了主组分氮气影响杂质峰出峰的问题,最终完成对样品气的分析。

 

1.2 GM592硬件配置及操作条件

 

放电电压:523 V;

放电电流:6.48 mA;

柱温:100℃;

检测器温度:53°C(设定值为23°C);

载气1流量:30mL/min; 

载气2 流量:30mL/min;

载气3 流量:30mL/min; 

载气4 流量:30mL/min; 

放电气流噩:15mL/min; 

表1 色谱仪器采用色谱柱信息

表2 色谱仪器采用的阀门信息

 

二、故障现象分析及处理

 

2.1分析高纯氮气中杂质CH4 和 CO分离效果差

 

质检员在做每月标气标定工作时发现,相邻的两个峰CH4 峰和CO峰分离度不好,如图1所示。通过观察图谱可以发现,CH4 和 CO两个峰基本上连到一起了, 分离度很差,这样系统对CH4 和co 进行峰面积定量计算会有很大误差。此时,色谱采用的操作条件为:柱温:100 ℃, 载气压力:0.6 MPa, 放点电压:523 V, 放点电流:6.43 mA。

分析原因:出现上述异常情况后,首先考虑到可能是载气流速过快,导致出峰速度较快,相邻的色谱峰没有完全分离开;其次,选择的柱温过高,导致出峰速度变快,相邻的色谱峰没有完全分离开;最后可能是色谱柱子长周期进样,内部可能变脏,导致分离效果变差或是柱子进水,导致效能降低,无法正常分离出相近的两个色谱峰。

 

图1CH4和分离情况

 

处理办法:

 

( 1)首先将色谱柱子老化。具体操作为:将V1阀、V3阀调成CCW状态,V2阀、V4阀调成CW状态下,设定柱温120°C,检测器110°C, 老化色谱柱一晚(12h以上)。老化完成后将切换阀恢复成初始进样状态,柱温调回100°C,检测器调回23°C.通过反复进标气几次后发现峰CH4峰和CO峰分离度仍然不是很好,与老化前相比分离度基本没有提高。

(2)通过降低柱温的方法使出峰速度变慢。在其他操作条件不变的前提下,将柱温降至80°C, 比原先降低20°C。通过反复进标气几次后发现,CH4 峰和CO峰分离度效果不是很好。

(3)将柱温设定在80°C,同时降低载气流速,将载气压力调节至0.5 MPa。通过修改V2 、V3切阀

时间重新调整进样方法,重复进样后发现高CH4 峰和CO峰分离度稍微有所改善,如图2所示。但是与正常状态相比CH4 峰和CO 峰分离度还不能完全满足要求。通过对图2 色谱图分析发现,CH4和CO 保留时间相差了0.23 min, 较之前正常情况差0.45min相比缩短了0.22 min。通过分离度计算公式可以算出R=0.83 , 说明CH4 峰和CO峰仍然有部分重叠。

通过上述三种方式调整以后,CH4 峰和CO峰分离度没有得到实质性提高。质检员在维持柱温:80°C, 载气压力:0.5 MPa 的操作条件下继续运行了几个月。在这几个月的运行过程中,质检员发现CH4 峰和CO峰分离度越来越差,直至两个峰合并成了一个峰,如图3所示。因此考虑分离CH4 峰和CO峰的两根15x'1/8" 13X分子筛不锈钢填充柱和8x'1/8”13X 分子筛不锈钢填充柱已经失效,应尽快更换相应色谱柱。

 

592 气相色谱配置了三根色谱柱,一根分子筛预柱,用来预分离H2、O2、N2、CH4、CO,一根分子筛分析柱,用来再分离 H2、O2、N2、CH4、CO。一根 Hayes-ep Q柱,用来分离 CO2。由于 CH4峰和 CO峰出峰在两根分子筛柱上,因此只需要更换两根分子筛色谱柱就可以了。在关机状态下,用 3/8 英寸扳手将色谱柱拆卸下来,换上原装进口的两根分子筛柱。继续对新更换的色谱柱进行活化处理。活化处理后将柱温调至 100 ℃,载气压力调整为 0.5 MPa,当柱箱温度达到所需温度之后,再调节载气流量,因为柱箱温度不同,色谱柱的阻力也不同,所以要求柱箱温度要达到所需温度,并且温度恒定。稳定后按照如下步骤进进行载气流量调节:

(1)V1阀在CCW的状态,调节载气1,从 VENT1出口测量,流量调节至10~30 mL/min(这是载气1和sample 的切换,用于保护定量管或者用于系统检漏)。

(2)V2阀、V4阀在CCW的状态,调节载气2,从VENT3出口测量,流量调节至30 mL/min(这是调节分析CO2这一路的载气流量)。

(3) V2阀、V3阀、V4阀都在CCW的状态(关闭放电气),调节载气3,从DID OUT出口测量,流量调节至30 mL/min(这是预柱和分析柱MS串联在一起,经过检测器的流量)。

(4)V2阀、V4阀在 CCW的状态,V3阀打到 CW的状态,调节载气4,从检测器出口测量,流量调节至30mL/min(这是分析柱1经过检测器的流量)。

(5)V2阀、V4阀在CCW的状态,V3在CW的状态,调节阀箱内的针型阀restrictor,从 VENT2出口测量,流量调节至30 mL/min。

(6)最后将V1阀、V2阀、V3阀、V4阀都在CCW的状态,调节放电气,从检测器出口测量,流量调节至45mL/min。至此,流量调节完毕。流量调节完成后在工作站上建立新的分析方法,然后进标气进行分析。通过多次进标气样品后发现,更换新色谱柱后 CH4峰和CO峰分离效果大大提高。如图4所示。

 

 

3.2 组份的保留时间发生偏移

 

组份的保留时间发生偏移,其主要原因是仪器在经过运行一段时间之后,载气流量发生了变化,而引起流量变化的原因基本上有两个:第一个原因是控制载气压力的减压阀的压力发生变化。如果单纯的是这个问题的话,可以用双级减压阀代替单级减压阀来解决,因为双击减压阀控制的压力比较稳定;另一方面可以通过加强管理。载气压力调节好后,不用再调节此阀,可以在减压阀输出压力表上做标识。第二个原因是控制载气流量的波纹管阀发生了变化。引起此问题的原因,一个是仪器本身的设计比较老,存在设计缺陷,尤其是对连续性生产型的企业,连续性生产型企业除了要求分析的准确度和精确度,更要求仪器运行的稳定性,因为592 这种气相色谱仪的流量控制,如果没有相应的保护,操作人员在工作中很容易触碰到波纹管阀,导致波纹管阀的控制位置发生变化,因此引起载气流量发生变化,就导致了组份保留时间的偏移。解决办法是在无法改变设计的情况下,通过采用加装保护罩的形式把波纹管阀保护起来,让操作人员在工作中不容易碰到,而导致载气流量变化。如图 5所示。

 

 

3.3 没有放电电流

 

由于雷雨天气造成 592 色谱断电停机,开机后发现电流起不来,经过仔细排查发现高压电阻断路。在紧急更换 50K 高压电阻后,仪器正常启流。一般情况下仪器出现非法关机后,下次再开机大概率会出现放电电流起不来的情况,也有其他情况造成放电电流起不来情况。主要有以下几种:一是载气纯度不够;二是高压电阻可能出现断路现象;三是检测器温度设置过低。以上几种异常情况公司都曾出现过,解决的方法也很简单,若是用的纯度不好的载气,应立即更换载气,并对仪器进行彻底吹扫(12 h 以上),并将检测器温度调节到100 ℃左右,电压模式开关打到 start 的位置后强制启流,一般电流会恢复正常。最后将电压模式恢复至run的位置,检测器温度设回23 ℃即可。

 

4、维护保养及建议

 

由于DID检测器比较精密,测量的是 1×10-6级含量杂质,因此仪器受外部的环境变化影响比较大,尤其是对于长周期运行的老设备,需要更加细致地对仪器进行维护及保养。结合公司 592色谱运行10多年的经验,提出如下几点注意事项及建议:

(1)每日观察并记录仪器各项工作参数,包括放电电流、放电电压、各出口流量、柱温、检测器温度等以保证仪器处于正常状态。

(2)使用的载气必须保证在 5N级以上的高纯氦气,否则会缩短纯化器的使用寿命而且影响仪器稳定性及灵敏度。

(3)多通阀的最高使用温度为 75 ℃,因此柱温及检测器活化温度不得超过 120 ℃,否则容易损坏阀体。

(4)当基线噪音大或分离效果不佳时可以采取活化柱子的方法 ,一般情况下将柱温升高到

120 ℃,检测器温度升至110 ℃活化12 h以上。

(5)仪器主机及纯化器温度在 40 ℃以上时切忌断载气,因此应养成良好的习惯:每天定时观察并记录气瓶余压,当气瓶余压小于 1 MPa 时进行更换。

(6)仪器的载气系统必须没有任何的泄漏,定期对仪器管路进行检漏。

(7)工作站采集数据时占用电脑 CPU资源比较大,这时不要运行其他应用程序,屏保、自动休眠等都应关闭,否则易引起死机。

(8)更换色谱柱时要小心,将温度降到室温后再进行操作。操作时避免触动其他部件,换柱后要立即对所有柱箱内的柱子进行检漏。

(9)非专业人员不得更改工作站中的参数设定,否则会影响数据分析准确性,更有甚者会损坏检测器。

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