氣相色譜的載氣
現(xiàn)代色譜儀用電子流量控制柱前壓，不同的廠家命名不同，例如安捷倫稱為EPC，即電子壓力控制，島津稱為AFC，即自動流量控制。其實它們的原理基本是相同的，就是用電子反饋來代替穩(wěn)壓閥和穩(wěn)流閥的機械反饋過程。如下圖所示。
當(dāng)我們需要控制流量或者壓力的時候，就利用相應(yīng)的傳感器測量出口數(shù)值，如果數(shù)值與設(shè)定值不同，則CPU根據(jù)預(yù)定的反饋方式對電控針閥進(jìn)行調(diào)整，使得相應(yīng)輸出值達(dá)到設(shè)定值。由于用CPU芯片通過控制邏輯來做電子反饋，響應(yīng)時間很短，反饋過程迅速有效。同時EPC和AFC的調(diào)整能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出機械反饋做能，能夠通過改變設(shè)定值來完成更復(fù)雜的調(diào)整過程，因此現(xiàn)代色譜具有很高的載氣控制靈活性。例如高壓進(jìn)樣、程序升壓、瞬間不分流、載氣節(jié)省、恒線速度等，都是閥控制所無法完成，對色譜性能有很大幫助的新的載氣控制模式。
由于EPC用于穩(wěn)壓和穩(wěn)流的時候，和閥控制區(qū)別較小，這里不在討論。我們僅就這些特殊控制方式簡單做一個說明。
1、高壓進(jìn)樣。
當(dāng)注射器進(jìn)樣分析痕量組分時，為了確保檢測器的分析精度，需要進(jìn)較多的液相樣品。但我們知道，液體樣品在汽化室汽化過程中，體積會有很大的膨脹，大量的樣品汽化后體積很可能超出玻璃襯管的體積，造成襯管超載，樣品外溢甚至污染進(jìn)氣線路。這時我們需要較高的進(jìn)樣口壓力來減小樣品汽化后體積。但高進(jìn)樣口壓力會造成柱流速增加，降低柱效，導(dǎo)致分離度下降。這時就可以通過電子流量控制來解決這一問題，即在開始進(jìn)樣的短時間內(nèi)，保持一個較高的進(jìn)樣柱前壓，當(dāng)樣品完成從進(jìn)樣口到色譜柱的轉(zhuǎn)移過程后，馬上降低柱前壓到正常分離所需的值，讓組分在合理的載氣流速下得到良好分離。這就是高壓進(jìn)樣了。
2、程序升壓。
當(dāng)組分沸點差異較大等情況時，需要采用程序升溫來分析不同組分，避免后出峰組分出峰時間過長，峰展寬嚴(yán)重。但如果樣品中部分組分性質(zhì)不穩(wěn)定，高溫下會發(fā)生分解，則無法正常進(jìn)行程序升溫。此時可以采用程序升壓，隨著分析時間增加柱前壓，使載氣流速加快，起到與程序升溫相似的減小保留時間的目的。這就是程序升壓了。不過程序升壓和程序升溫還是略有區(qū)別的，因為不同的溫度會改變分配比，高溫還會改善傳質(zhì)阻力。
3、瞬間不分流。
與高壓進(jìn)樣相似，當(dāng)樣品為溶液態(tài)樣品時，待測組分含量很低時，需要不分流進(jìn)樣。但由于溶劑組分的量很大，汽化后會進(jìn)入毛細(xì)管柱在襯管中開口下面的死體積內(nèi)，在分析中不斷擴散出來進(jìn)入色譜柱，造成溶劑峰嚴(yán)重拖尾，待測痕量組分被溶劑拖尾掩蓋。此時可以設(shè)置瞬間不分流模式，即當(dāng)完成樣品至色譜柱的轉(zhuǎn)移過程后，馬上打開分流出口，讓死體積內(nèi)的溶劑蒸汽從分流出口排出，減小溶劑拖尾。這一打開過程流量波動很大，用電子控制才能更好的保證柱流速的穩(wěn)定性。
4、載氣節(jié)省。
在高分流的分析中，分流氣路始終在排出大量的載氣。實際上分流僅僅是針對樣品從汽化室到色譜柱的轉(zhuǎn)移過程有價值，長時間的分析和等待過程并沒有進(jìn)行分流的必要。當(dāng)載氣為高純貴重載氣的時候，我們就心疼了。這時可以設(shè)置載氣節(jié)省模式，僅僅在進(jìn)樣的這一段時間內(nèi)打開分流出口，樣品轉(zhuǎn)移完成就馬上關(guān)閉分流出口，這樣就節(jié)省了大量的載氣，節(jié)省了資金。這個過程實際上和瞬間不分流正好相反。其實我經(jīng)常想瞬間不分流開分流吹掃后，能夠馬上接一個載氣節(jié)省再關(guān)閉分流出口，從技術(shù)上看并不難。但可惜現(xiàn)在的色譜儀好像做不到........
5、恒線速度。
程序升溫過程中，載氣阻力發(fā)生變化，恒流模式其實并沒有做到完全恒流，因為穩(wěn)流閥后的恒流，在色譜柱內(nèi)卻因為柱箱溫度升高導(dǎo)致體積增大，流速有所增加。即載氣通過色譜柱的實際線速度是有所增加的。通過對色譜柱載氣阻力隨溫度變化情況的研究，可以通過設(shè)定一個合適的載氣壓力升高曲線與之相對應(yīng)，讓進(jìn)樣口壓力變化與此曲線相同，達(dá)到色譜柱內(nèi)載氣線速度的穩(wěn)定，達(dá)到良好的分離效果。這就是恒線速度模式了。
6、檢測器流速穩(wěn)定控制。
毛細(xì)管柱在程序升溫中流量發(fā)生的微小變化雖然對檢測器影響較小，但仍然有一定的影響。通過控制makeup氣路流量，補足因程序升溫造成的柱流量變化，可以做到最穩(wěn)定的檢測器載氣流速，確保檢測器的性能得到良好發(fā)揮。這個就是柱流量+makeup恒定的控制方式了，也需要對makeup氣路進(jìn)行電子控制來完成。
最后來討論EPC和AFC的缺點。電子控制有很多好處，但也有它的缺點。
1、價格高。這個不用多說。
2、針閥很細(xì)，容易堵塞。當(dāng)載氣較臟時，EPC容易損壞。
3、兩個傳感器可能發(fā)生漂移，長時間后測定值與實際值可能發(fā)生偏離。這一點很多色譜儀設(shè)計了自校準(zhǔn)功能，來保證這個問題不會發(fā)生。但我總覺得還是有可能的。
4、功能很復(fù)雜，設(shè)置的時候經(jīng)常弄得腦袋疼，還是設(shè)置錯誤。這個問題沒辦法，只能強化鍛煉自己的腦袋了。
當(dāng)我們需要控制流量或者壓力的時候，就利用相應(yīng)的傳感器測量出口數(shù)值，如果數(shù)值與設(shè)定值不同，則CPU根據(jù)預(yù)定的反饋方式對電控針閥進(jìn)行調(diào)整，使得相應(yīng)輸出值達(dá)到設(shè)定值。由于用CPU芯片通過控制邏輯來做電子反饋，響應(yīng)時間很短，反饋過程迅速有效。同時EPC和AFC的調(diào)整能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出機械反饋做能，能夠通過改變設(shè)定值來完成更復(fù)雜的調(diào)整過程，因此現(xiàn)代色譜具有很高的載氣控制靈活性。例如高壓進(jìn)樣、程序升壓、瞬間不分流、載氣節(jié)省、恒線速度等，都是閥控制所無法完成，對色譜性能有很大幫助的新的載氣控制模式。
由于EPC用于穩(wěn)壓和穩(wěn)流的時候，和閥控制區(qū)別較小，這里不在討論。我們僅就這些特殊控制方式簡單做一個說明。
1、高壓進(jìn)樣。
當(dāng)注射器進(jìn)樣分析痕量組分時，為了確保檢測器的分析精度，需要進(jìn)較多的液相樣品。但我們知道，液體樣品在汽化室汽化過程中，體積會有很大的膨脹，大量的樣品汽化后體積很可能超出玻璃襯管的體積，造成襯管超載，樣品外溢甚至污染進(jìn)氣線路。這時我們需要較高的進(jìn)樣口壓力來減小樣品汽化后體積。但高進(jìn)樣口壓力會造成柱流速增加，降低柱效，導(dǎo)致分離度下降。這時就可以通過電子流量控制來解決這一問題，即在開始進(jìn)樣的短時間內(nèi)，保持一個較高的進(jìn)樣柱前壓，當(dāng)樣品完成從進(jìn)樣口到色譜柱的轉(zhuǎn)移過程后，馬上降低柱前壓到正常分離所需的值，讓組分在合理的載氣流速下得到良好分離。這就是高壓進(jìn)樣了。
2、程序升壓。
當(dāng)組分沸點差異較大等情況時，需要采用程序升溫來分析不同組分，避免后出峰組分出峰時間過長，峰展寬嚴(yán)重。但如果樣品中部分組分性質(zhì)不穩(wěn)定，高溫下會發(fā)生分解，則無法正常進(jìn)行程序升溫。此時可以采用程序升壓，隨著分析時間增加柱前壓，使載氣流速加快，起到與程序升溫相似的減小保留時間的目的。這就是程序升壓了。不過程序升壓和程序升溫還是略有區(qū)別的，因為不同的溫度會改變分配比，高溫還會改善傳質(zhì)阻力。
3、瞬間不分流。
與高壓進(jìn)樣相似，當(dāng)樣品為溶液態(tài)樣品時，待測組分含量很低時，需要不分流進(jìn)樣。但由于溶劑組分的量很大，汽化后會進(jìn)入毛細(xì)管柱在襯管中開口下面的死體積內(nèi)，在分析中不斷擴散出來進(jìn)入色譜柱，造成溶劑峰嚴(yán)重拖尾，待測痕量組分被溶劑拖尾掩蓋。此時可以設(shè)置瞬間不分流模式，即當(dāng)完成樣品至色譜柱的轉(zhuǎn)移過程后，馬上打開分流出口，讓死體積內(nèi)的溶劑蒸汽從分流出口排出，減小溶劑拖尾。這一打開過程流量波動很大，用電子控制才能更好的保證柱流速的穩(wěn)定性。
4、載氣節(jié)省。
在高分流的分析中，分流氣路始終在排出大量的載氣。實際上分流僅僅是針對樣品從汽化室到色譜柱的轉(zhuǎn)移過程有價值，長時間的分析和等待過程并沒有進(jìn)行分流的必要。當(dāng)載氣為高純貴重載氣的時候，我們就心疼了。這時可以設(shè)置載氣節(jié)省模式，僅僅在進(jìn)樣的這一段時間內(nèi)打開分流出口，樣品轉(zhuǎn)移完成就馬上關(guān)閉分流出口，這樣就節(jié)省了大量的載氣，節(jié)省了資金。這個過程實際上和瞬間不分流正好相反。其實我經(jīng)常想瞬間不分流開分流吹掃后，能夠馬上接一個載氣節(jié)省再關(guān)閉分流出口，從技術(shù)上看并不難。但可惜現(xiàn)在的色譜儀好像做不到........
5、恒線速度。
程序升溫過程中，載氣阻力發(fā)生變化，恒流模式其實并沒有做到完全恒流，因為穩(wěn)流閥后的恒流，在色譜柱內(nèi)卻因為柱箱溫度升高導(dǎo)致體積增大，流速有所增加。即載氣通過色譜柱的實際線速度是有所增加的。通過對色譜柱載氣阻力隨溫度變化情況的研究，可以通過設(shè)定一個合適的載氣壓力升高曲線與之相對應(yīng)，讓進(jìn)樣口壓力變化與此曲線相同，達(dá)到色譜柱內(nèi)載氣線速度的穩(wěn)定，達(dá)到良好的分離效果。這就是恒線速度模式了。
6、檢測器流速穩(wěn)定控制。
毛細(xì)管柱在程序升溫中流量發(fā)生的微小變化雖然對檢測器影響較小，但仍然有一定的影響。通過控制makeup氣路流量，補足因程序升溫造成的柱流量變化，可以做到最穩(wěn)定的檢測器載氣流速，確保檢測器的性能得到良好發(fā)揮。這個就是柱流量+makeup恒定的控制方式了，也需要對makeup氣路進(jìn)行電子控制來完成。
最后來討論EPC和AFC的缺點。電子控制有很多好處，但也有它的缺點。
1、價格高。這個不用多說。
2、針閥很細(xì)，容易堵塞。當(dāng)載氣較臟時，EPC容易損壞。
3、兩個傳感器可能發(fā)生漂移，長時間后測定值與實際值可能發(fā)生偏離。這一點很多色譜儀設(shè)計了自校準(zhǔn)功能，來保證這個問題不會發(fā)生。但我總覺得還是有可能的。
4、功能很復(fù)雜，設(shè)置的時候經(jīng)常弄得腦袋疼，還是設(shè)置錯誤。這個問題沒辦法，只能強化鍛煉自己的腦袋了。
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