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淺談四極桿氣相色譜質譜聯用儀的操作維護及保養

發布時間:2019-07-08 閱讀次數:568次

  近年來,隨著食品中農藥殘留檢測技術的發展,氣相色譜質譜聯用儀被廣泛使用,大多數使用者都能夠熟練操作儀器,但對于使用中應特別注意的一些問題、儀器的日常維護及如何進行期間核查,國內外尚缺乏文章進行詳細系統的介紹。而分析數據的準確可靠,儀器狀態是一個非常重要的影響因素,正確的使用及維護保養不僅可以確保儀器的良好狀態,還可以延長儀器和易耗件的使用壽命。本文作者根據多年儀器操作經驗,以Finnigan trace GC Ultra、trace DSQ四極桿氣相色譜質譜聯用儀為例,從載氣系統、質譜真空系統、進樣系統、色譜柱使用、質譜系統的維護、儀器的期間核查等方面進行了較為詳盡的闡述。其它型號的氣相色譜質譜聯用儀亦可作為參考。

  1 載氣系統

  1·1 載氣體的使用

  氣體純度必須達到99·999%,并使用專用鋼瓶灌裝,載氣純度不夠,或剩余的載氣量不夠時,會造成m /z28譜線豐度過大,根據所用載氣質量,當氣瓶的壓力降低到幾個MPa時,應更換載氣,以防止瓶底殘余物對氣路的污染。

  1·2 載氣凈化

  一般載氣進入色譜前都需經過凈化,除去載氣中的殘留烴類化合物、氧、水等雜質,以提高載氣的純度,延長色譜柱使用壽命,減少色譜柱固定相流失,而且很大程度地降低背景噪音,使基線更加穩定。建議最好安裝一個高容量脫氧管和載氣凈化器或使用復合型載氣凈化管。凈化裝置應及時更換,脫氧管使用時間過長,吸附的氧氣會隨著載氣進人儀器,導致m /z32的譜線豐度過大。市售的脫氧管通常會用氮氣進行飽和,安裝時,必須用氦氣將脫氧管內和管線里的氮氣吹掃干凈,再接至儀器上。

  2 質譜真空泄漏的確認及檢漏

  2·1 確認泄漏

  質譜真空是否出現空氣泄漏,可從壓力和空氣/水的背景圖譜進行判斷。如果儀器達到穩定狀態,一般情況下當柱流速為1 ml/min時,前極壓力( fore pressure)應小于50mTorr,離子規壓力( ion gauge pressure)小于7e-5Torr,如果壓力過大,則可能有泄漏;m /z18, 28, 32和44是空氣/水的特征峰,空氣/水的背景圖譜正常情況下如圖1;如果如圖2,m /z28的峰遠高于m /z18峰,且與m /z32峰的比例符合空氣中氮氣和氧氣的比例,則可以判斷有小漏;如果如圖3,m /z28, 32兩峰異常高,總離子流強度超過10的8次方,則漏氣嚴重,此時要立即關掉燈絲,否則會造成燈絲斷掉。

  2·2 檢漏

  2·2·1 鋼瓶及氣體管線的檢漏 以Snoop測漏液檢查每個管線接點,特別注意鋼瓶頭部份。每換一次氣體鋼瓶,必須以Snoop測漏液全面檢查鋼瓶及進氣口接點,確保鋼瓶與進氣管線沒有漏氣。將鋼瓶打開,調整至一定壓力,關閉氣相色譜儀進樣口的壓力,關閉氣瓶的總閥,開啟分壓閥,若有漏氣,一段時間后分壓表的壓力會有明顯的下降。定時察看壓力表(每小時)和壓力降低情況,可由此查知氣體主管線是否漏氣。

  2·2·2 GC部分的檢查 GC部分的空氣泄漏通常會發生在內部的載氣管接頭、隔墊定位螺母、柱螺母等位置。可用適量的丙酮涂抹上述位置,每次一個位置,先后順序依照離MS部分由近及遠的原則。在適當的時間后,觀察背景圖譜中的峰圖,若m /z58和m /z43處出現一個陡峭的、顯著的攀升,說明在剛剛涂抹丙酮的位置存在空氣泄漏。

  2·2·3 MS部分的檢查 可以使用下述方法確定泄漏是在GC中還是MSD中:先觀察空氣/水的背景圖譜,然后將氣質聯用儀所有加熱區冷卻后,取下色譜柱與GC進樣口連接的一端,用一個廢隔墊堵住色譜柱端口,等待15~20 min,再一次觀察空氣/水的背景圖譜,如果二者基本相同,則泄漏存在于MSD中或GC/MSD傳輸線末端的色譜柱螺帽處;如果結果顯著不同,泄漏存在于 GC部分。在MSD中查找空氣泄漏的方法與GC部分類似,在可能發生泄漏的位置涂抹丙酮,每次一個位置,總是從最近被打開過的密封裝置開始,這是最有可能發生空氣泄漏的地方。在涂抹完一個位置后,觀察背景圖譜中的峰圖變化加以判斷。MSD部分空氣泄漏比較容易出現在傳輸線末端的色譜柱螺帽處,此處由于柱箱溫度反復變化,有可能會造成松動;另一方面,在裝毛細管柱時,螺帽不可以擰得太緊,否則容易把石墨圈壓碎,造成漏氣,一般情況下用手擰緊,再用扳手擰四分之一圈即可。

  3 進樣系統

  3·1 進樣隔墊

  3·1·1 應使用高品質低流失及耐高溫的進樣隔墊 更換進樣隔墊時先將柱溫降至50℃以下,關掉進樣口溫度和流量(Finnigan trace GC Ultra氣相色譜儀具備漏氣保護功能,如果流量不關閉,當旋開進樣口螺帽時,大量載氣漏失,氣相色譜的所有加溫部分會自動關閉,需重新開機才能開啟)。隔墊更換時,注意進樣口螺帽不要擰得太緊,否則隔墊被壓緊,橡膠失去彈性,針扎下去會造成打孔效應,縮短進樣墊使用壽命。最后做漏氣檢測“leak check”,如果螺帽旋至合適,儀器會顯示:“leak check passed”。

  3·1·2 進樣隔墊應視情況及時更換 微量漏氣不易查覺,一般來說微漏可造成目標分析物出峰提前,因為爐溫較高時空氣中的氧氣會氧化色譜柱固定液,使固定液流失加大,降低柱效,但要通過長時間比較才能發現;相對的大量漏氣則會造成保留時間的延長。一般自動進樣約100針后即應更換進樣墊,手動進樣還要少一些,視進樣技術而定。

  3·2 襯管及石英棉

  3·2·1 襯管應視進樣口類型、樣品的進樣量、進樣模式(splitor splitless)、溶劑種類等因素來選用。尤其是分流不分流襯管,注意不要混用,安裝時上下不要裝反。

  3·2·2 襯管的潔凈度直接影響到儀器的檢測限,應注意對襯管進行檢查,更換下來的襯管如果不太臟可以用無水甲醇或丙酮超聲清洗,取出烘干后繼續使用;太臟則需先用清潔劑再用溶劑清洗,然后對襯管進行硅烷化處理后再度使用。

  3·2·3 應使用硅烷化處理過的石英棉,這種石英棉一般較未處理過的細而脆,未處理過的石英棉對分析物特別是極性化合物吸附嚴重,需進高濃度的目標物達吸附飽和后才可分析樣品。使用過的石英棉應丟棄,不能重復使用。

  4 色譜柱

  4·1 色譜柱的選擇與老化

  4·1·1 色譜柱的選擇一般從固定液的類型、長度、口徑和膜厚4個方面考慮,毛細管色譜柱的固定液分非極性、弱極性、中等極性和強極性,色譜柱固定液的極性越高,其溫度使用上限越低,隨柱溫的升高固定液流失程度也越大,選擇固定液的原則一般是能用極性低的則盡量不選用極性高的;柱長則能用短柱解決的就不用長柱;小口徑色譜柱較大口徑有較好的分離度,峰形與靈敏度也都好,但口徑小了柱容量也小,應視分析要求而定;固定液膜較厚的可以承受較大的進樣量,分離同分異構體,比薄膜者有較好的分離度,但柱流失也較嚴重,其實際操作的最高溫度也較薄膜者低。

  4·1·2 新購毛細管商品柱(如DB系列的毛細管柱)一般出廠前已老化好,所以使用前一般不需要長時間老化,新柱老化一般不接質譜或其它檢測器,設定一個程序升溫程序走二至三次就能滿足分析需要,其中程序升溫程序的起始溫度要低,一般設為50℃,最高溫度可選擇低于柱使用溫度上限30℃或在平時使用的最高溫度,升溫速率要慢,一般設為5℃/min。舊柱老化時可接質譜或其它檢測器,程序升溫的最高溫度可比平時使用的最高溫度高一些,但不能超過柱允許使用的溫度上限。

  4·2 色譜柱的使用與保存

  4·2·1 色譜柱使用時應注意說明書中標明的最低和最高溫度,不能超過色譜柱的溫度上限使用,否則會造成固定液流失,還可造成對檢測器的污染。要設定最高允許使用溫度,如遇人為或不明原因的突然升溫,GC會自動停止升溫以保護色譜柱。氧氣、無機酸堿和礦物酸都會對色譜柱固定液造成損傷,應杜絕這幾類物質進入色譜柱。

  4·2·2 色譜柱拆下后通常將色譜柱的兩端插在不用的進樣墊上,如果只是暫時拆下數日則可放于干燥器中。

  4·3 色譜柱的安裝

  色譜柱的安裝應按照說明書操作,切割時應用專用的陶瓷切片,切割面要平整。不同規格的毛細管柱選用不同大小的石墨墊圈,注意接進樣口一端和接質譜一端所用的石墨墊圈是不同的,不要混用。進入進樣口一端的毛細管長度要根據所使用的襯管而定,儀器公司提供了專門的比對工具,同樣,進入質譜一端的毛細管長度也需要用儀器公司提供的專門工具比對。柱接頭螺帽不要上得太緊,太緊了壓碎石墨圈反而容易造成漏氣,一般用手擰緊后再用扳手緊四分之一圈即可。接質譜前先開機讓柱末端插入盛有有機溶劑的小燒杯,看是否有氣泡溢出且流速與設定值相當。嚴禁無載氣通過時高溫烘烤色譜柱,以免造成固定液被氧化流失而損壞色譜柱。

  5 質譜的維護

  5·1 開機和關機

  開機時先開GC,后開質譜,設定合適的離子源溫度和傳輸線溫度,不要忘記打開真空補償,否則真空難以達到50mTorr以下。關機前關閉傳輸線溫度,離子源溫度需降至175℃以下,等待分子渦輪泵轉速降下來后,儀器會提示“OKto turn off power”,此時方可關閉電源。

  5·2 實驗前需先確定

  (1)離子源是否到達指定溫度,一般推薦使用250℃; (2)當柱流速為1 ml/min時,前極壓力正常在30到50mTorr之間; (3)打開燈絲看空氣/水的背景,確認真空沒有泄漏。

  5·3 質譜有關參數的設置

  在靈敏度能夠滿足要求的前提下,發射電流一般為100 uA,檢測器增益為1,如果是痕量分析,需要提高靈敏度,可將發射電流設為200到300 uA,增益設為2或3,數值越高,靈敏度越高,但相關部件的使用壽命將降低。掃描范圍根據目標化合物性質而定,能覆蓋碎片范圍即可,沒必要設得太寬,否則也會犧牲靈敏度,采樣速率一般設每秒3到5張譜圖。起始時間的設置考慮第一個目標峰的保留時間和溶劑延遲,既不要丟失化合物,又要躲過溶劑。

  5·4 診斷與調諧

  質譜一般都有診斷功能,如果儀器靈敏度急劇下降或譜圖出現明顯異常,則應該進行診斷,幫助查找原因,注意做全診斷時必須保證前極壓力在50mTorr以下。如果儀器正常,每一項測試都應該通過(PASSED),如果哪一項測試未能通過,可點擊查看詳細信息,并保存頁面,以方便與儀器公司的維修工程師聯系,進行維修。在做質譜的調諧之前,先將MASS的范圍調至50~650,打開燈絲、校正氣,觀察m /z100的特征峰,看其周圍是否干凈,如果有干擾離子,則升高柱溫、進樣口溫度,先將雜質趕出,確保m /z100的周圍干凈,方可進行調諧。調諧過程中,若增益部分的校正不能通過,m /z502的特征峰找不到,或電子倍增管的電壓增加太多,接近100伏,則很有可能是離子盒、透鏡或預桿太臟,需要清洗。

  5·5 離子源和預桿的清洗

  清洗前先準備好相關的工具及試劑,然后打開機箱,小心地拔開與離子源連接的電纜,擰松螺絲,取下離子源。取預桿之前先取下主四極桿,豎放在無塵紙上,再取下預桿待洗。注意整個操作過程一要小心謹慎,二要避免灰塵進入腔體。將離子源各組件分離,在離子源的所有組件中,燈絲、線路板和黑色陶瓷圈是不能清洗的。而離子盒及其支架、三個透鏡、不銹鋼加熱塊以及預桿需要用氧化鋁擦洗,將600目的氧化鋁粉用甘油或去離子水調成糊狀,用棉簽蘸著擦洗,重點擦洗上述組件的內表面,即離子的通道。氧化鋁擦洗完畢后,用水沖凈,然后分別用去離子水、甲醇、丙酮浸泡,超聲清洗,待干后組合好離子源,先安裝好預桿、四極桿, 最后小心裝回離子源,蓋好機箱,清洗完畢。

  6 儀器中間狀態檢查及進樣操作時的注意事項

  6·1 儀器中間狀態檢查

  儀器狀態直接影響到分析物的檢測限、定性與定量,除了按照規定的周期進行計量檢定外,還應該定期進行期間核查,根據儀器使用情況可每季度或每月核查一次。氣質聯用儀期間核查的內容可包括:儀器檢測限(靈敏度)、分析物保留時間的重復性(穩定性)、數據的精密度、線性范圍等幾個方面。可通過系列濃度的有證標準物質溶液重復進樣進行驗證,質譜部分還可通過觀察校正氣FC43的特征離子是否正常確認儀器是否需要校正。通過核查證明儀器狀態良好時才能進行樣品分析。

  6·2 進樣操作時的注意事項

  氣相用定容試劑一般分子量小,易揮發,所以在整個進樣過程中,為充分保證分析結果的準確可靠,應盡可能避免溶劑揮發,確保被分析的樣品溶液濃度不變。一要保證室溫盡可能恒定,使標準品溶液系列和樣品溶液系列在同樣的條件下被分析測定;二是自動進樣時,所用小瓶蓋墊最好一次性使用,用過的瓶蓋墊易造成定容試劑的揮發而使待測物濃度升高,且待測物濃度越高的樣品誤差也越大。

  總之,四極桿氣相色譜質譜聯用儀的操作人員對儀器的各部分性能應盡可能熟悉,并在日常使用中逐漸積累經驗。正確的使用和良好的維護不僅能確保儀器的良好狀態,保證分析數據的準確可靠,同時可以延長儀器的使用壽命,降低折舊和維修成本。

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