1102气象色谱仪维修资料（连载二）
作者：佚名 文章来源：本站原创 点击数：5416 更新时间：2008/9/6
第二章 主机结构、主机线路
1102型气相色谱仪采用双柱双流路结构，备有毛细管分析附件可作毛细管色谱，亦可选配热导检测器和电子捕获检测器，仪器采用微处理机控温度和驱动检测器电部件，控制器用键盘操作，能方便直观的控制柱炉进样器、检测器工部件的恒温及柱炉实现三阶程序升温、控制器输出可以直接与记录仪表连接，也备有数据处理系统专用接口，可以直接与选配的色谱数据处理机相接、灵敏度较一般气相色谱仪高。
2—1 仪器技术指标
1、色谱柱升温箱：室温上30℃-350℃
程序升温：室温上30℃-350℃ 升温速率：0.1-25℃/min 恒温时间：0-650min 程序升温阶数：三阶 FID温度：室温上30℃-350℃ 进样器温度：室温上30℃-350℃ TCD温度：室温上30℃-350℃ ECD温度：室温上30℃-350℃ 2、FID： 敏感度：Mt≤5×10-11g/sec(n16) 漂 移：≤2×10-13A/15min 噪 音：≤1×10-13A 线性范围：≥105 3、TCD： 灵敏度：S≥1500mv•ml/mg(n16) 漂 移：≤30μv/15min 线性范围：≥104 4、ECD： 敏感度：Mt≤×g/sec(r-666) 漂 移：20μv/15min 线性范围：≥103 5、仪器使用要求： 电源功率：≤1800W 环境温度：+5℃—35℃ 相对湿度：≤85% 仪器安装场所不得有腐蚀性气体，影响电系统正常工作的电场或磁场存在，一起安放的工作台应稳固，不得有振动，并离墙0.5米左右，以便安装和检修、废弃出品尽可能排出室外，以免影响工作环境。2—2 仪器结构及主要部件 1、主机 1102GC主机中装有全套流路（载气和辅助流路及毛细管流路），还包括进样器（气体和液体进样），分离系统（填充柱或毛细管分离系统），检测器及相应的温度装置，主机内还装有FID高压电源、继电器电路和变压器、部分稳压电源等，主机正面布局见图2.
图2-1 主机正面布局
1-液体样品进样器（包括汽化进样，柱上进样和毛细管进样） 2-气体进样口（可装六通阀，进行气体样品切换进样） 3-载气（I）柱前压力表 4-载气（I）带指示稳流阀（可调节载气（I）的流量大小） 5-载气（II）柱前压力表 6-载气（II）带指示稳流阀（可调节载气（II）的流量大小） 7-载气稳压阀输出压力（0.3Mpa±0.01Mpa） 8-空气稳压阀输出压力（0.15Mpa±0.01Mpa） 9-氢气稳压阀输出压力（0.1Mpa±0.01Mpa） 10-空气（I）带指示针形阀（可调节FID空气流量） 11-空气（II）带指示针形阀（可调节FID空气流量） 12-氢气（I）带指示针形阀（可调节FID氢气流量） 13-氢气（II）带指示针形阀（可调节FID氢气流量） 14-分流比调节带指示针形阀 15-手动柱炉炉门开关 16-柱箱门 17-仪器上盖 18-FID装配位置 由图2—1可知主机左侧是色谱柱升温箱。右侧是气路部件，色谱柱升温箱上方是检测器和进样器安装位置。 1102GC后视图见2—2
图2—2 1102GC主机后视图
1-上盖 2-左侧板 3-后盖 4-1102GC总电源开关 5-电源变压器 6-马达 7-马达架 8-高压整流滤波和可控管继电器部件 9-控制器电源 10-电源保险丝 11-色谱柱升温箱热线保险丝（10A） 12-220V电源输入线 13-带状电缆插头（控制器和主机的传感器及触发脉冲） 14-空气定点稳压阀 15-氢气II定点稳压阀 16-氢气I定点稳压阀 17-载气定点稳压阀 18-氢气输入口 19-空气输入口 20-载气输入口 21-毛细管分流出口 22-气路部件盖板 为了使1102GC保证具有高的定性定量重复性，而设计了高性能的色谱柱升温箱。该升温箱保温特性好，开机震动小，控温精度高，1102GC升温箱加热、鼓风示意图2—3
图2—3 1102GC色谱柱升温箱示意图
2、仪器气路 1102GC气路为双柱双流路结构，氢气及空气流路均为双流路，各路气体可独立调节，并设有分流针型阀和过滤管，仪器稍经改动即可作毛细管色谱，仪器气路图见2—4
图2—4 1102GC气路示意图
载气气路：作为流动相的载气气源，自高压气并经减压阀减压后输出（输出气压一般控制在0.35-0.4MPa）经净化器除去气体中的水份及固体杂质，然后进入稳压阀，稳压阀是气体流程中的重要原件，它的作用是稳定输出气压，在一定的范围内不受输入气压和流量变化影响。从稳压阀输出的气体通过三通导管的分流，分别进入二组相同的稳流阀，稳流阀的作用是调节和稳定气体的流量，使色析柱出口流量不受色析柱的温度变化而改变。从稳流阀输出的气体，由柱前压力表指示稳流阀和压力进入汽化器，在汽化器内和被测样品气体混合后进入色析柱进行分离，分离后的组份逐个从色析柱出口溜出，进入检测器转变成电讯号输出，经相应的电子单元放大，描绘成色谱图，完成定性、定量分析。 氢气气路：作为燃气的氢气自高压气并经减压阀减压后输出，输出气压（为0.15-0.2Mpa）通过净化器出去气体中的水份和固体杂质，进入稳压阀（其作用和载气相同）输出，通过三通导管的分流，分别进入二个刻度针型阀，然后与载气气路汇合，同时进入检测器，在离子室的喷口燃烧，生成电子或离子流，经电子单元放大，描绘成色谱图。 空气气路：作为助燃气的空气，流量较大，一般为每分钟几百毫升。若空气的纯度较高，则对空气流量的稳定性相对来说要求不高。 气源籽高压并经减压阀减压或自空气压缩机经过净化器除去油、水份和有机物后，进入稳压阀稳压。稳压后的气体经针型阀的调节（针型阀的作用是改变气流的导通面积，用以调节流量而不起稳定作用）后进入离子室的空气出口处流出，帮助火焰的燃烧。出口处的挡板使空气能均匀的分布在火焰周围，不至于影响火焰的稳定。 气路系统的关键零部件的结构与工作原理 （1）稳压阀：稳压阀是气体流程中的重要控制部位，其作用是稳定流程中的气体压力，其结构采用波纹管双腔式见图2—5
图2—5 稳压阀结构示意阀
稳压阀工作原理大致如下：输入气体必须经过阀针与阀门之间的空隙才能进入A腔和出口连通，又通过连动杆与阀座孔之间的空隙连通B腔。因此这三处的压力和受到的压强相等，而阀针与阀门之间的空隙是阀的关键。（根据节孔流量方程
图2—6 针型阀结构示意图
工作原理是通过改变阀针与阀门的相对位置控制流量的。针型阀的阀针是用直径1毫米的不锈钢丝制成，在针的前端7毫米处有一段1：20的斜度，因此针的前端到离7毫米处，阀针的截面积是逐渐增加的。阀门的孔径是1毫米与阀针紧配合。当调节手柄逆时针转动时阀杆借助螺纹向右移动，阀针借助压缩弹簧的弹力也随之向右移动，此时阀针与阀门之间的空隙增大（即流通面积增大）气体的流量也随之增大，反之阀杆向左移动到阀针根部密封圈与阀门压住时阀处于关闭状态。在阀杆中凹槽处嵌入二个氟橡圈，表面涂真空油脂，使阀杆和阀体始终紧密配合，保持密封状态。 综上所述，我们可以得到以下两点启发： （A）针型阀实际上是一个可变气阻，气阻的大小取决于阀针与阀门间隙的大小。而调节精度与阀杆的螺距有关。 （B）针型阀的输出气体流量，不仅与阀杆和阀门的相对位置（即气体的流通面积）有关，而且还取决于输入气体压力和阀后气路的气阻有关。故为使针型阀输出气体流量稳定，要求输入气体的压力和阀后气路的阻力稳定。 注意事项： 针型阀不工作时，应逆时针旋转调节手柄到底，使阀处于“开”态，以防止阀针的密封环，因长期粘贴在阀门上而与阀针脱开，并防止压缩弹簧长期受压而失效。 （3）稳流阀：在气体流程中用以流量调节和稳定的关键部件。仪器操作程序升温操作时，由于柱的阻力随着温度上升而增大，故柱后流量也将变化，使仪器的基线发生漂移。为了使仪器在作程序升温的过程中，柱后的流量保持不变，所以加接稳流阀用以克服基线的漂移，结构见图2—7.
稳流阀系膜片反馈式，阀体为金属结构，阀的腔体中间用薄膜分隔成两个上下互不连通的气室，当稳定的气体从输入端进入阀后分成二个气路，一路经细孔G1，进入上气室A，另一路通过针形阀ZK的调节后经细孔G2进入下气室B,此时上气室A的气体压力P0等于输入压力，对膜片产生的压力使膜片向下，下气室的压力为P1，对膜片的压力使膜片向上，由于选P0大于P1，所以借助弹簧的弹力F向上，此时设膜片的面积为S结果：P0S=P1S+F薄膜二边的压力相等，处于平衡状态。 薄膜下面粘有硅橡胶，与阀门口之间有一间隙，对气体的流通具有一定的阻力，根据节流孔方程
由于流通面积A一定时，流量Q与压差P0-P1成正比，因此（Ｐ０－Ｐ１）一定时，流量Q恒定，阀的出口流量相应恒定。当某种以因素使流量Q下降（系统中温度升高，柱的阻力增高），此时P1升高，P0是恒定的，结果P1S+F>P0S, 膜片向上运动，硅橡胶与阀门口的间隙增大（气阻减小），这样就阻止了输出流量Q的下降。反正，当某种原因使流量Q上升，(如系统中的温度下降，柱的阻力降低)，这时P1下降，阻止了输出流量的P增大,从而使流量得到Q恒定。在使用程序升温时会发现这样情况：当温度升高时，柱前压力会升高，温度降低时，柱前压力随之降低。
这里的流量Q不是我们直观的体积流量，而是流体的绝对量，即为流体质量。我们要使柱后流量不变，就是要使通过柱的流体质量不变，当柱的阻力增加时，必须使稳流阀输出压力P出增加，以保证柱的流体质量不变，反正也同样原理。这就是柱温度变化时柱前压力会变的原因。
在1120GC中，载气、氢气和空气气路采用刻度指示阀，阀的输出量和它旋钮上的刻度指示一一对应，各种阀的流量曲线示意图见图2-8至图2-11。在仪器附件中附有仪器气路说明书，严格规定了仪器的输入气源压力和输出压力及载气稳流阀、氢气针形阀、空气针形阀、分流阀都有相对应流量曲线。
流量精度：满量程±0.5%+指示值±0.5% 图2-8 载气稳流阀与氮气流量关系
流量精度：满量程±0.5%+指示值±0.5% 图2-9 载气稳流阀与氢气流量关系
图2-10 FID氢气针形阀与氢气流量关系 刻度指示阀的特点：1、流量指示精度高，为满量程±0.5%+指示值0.5%； 2、流量重现性高。
流量精度：满量程±0.5%+指示值±0.5% 图2-11 FID空气针形阀与空气流量关系
刻度指示阀使用注意事项： ① 各调节阀均有刻度指示，流量曲线表，其输入压力应符合压力要求。 ② 关闭调节阀时，刻度旋钮调到0-1圈之间即无流量输出，不可超过0圈，以免损坏调节螺纹使刻度指示流量不准。 ③ 最大流量输出只能调到9圈，不可超过9圈，以免损坏调节螺纹，使刻度指示流量不准。 ④ 流量输出值与刻度不符时，首先检查各阀的输入输出压力是否符合说明书规定的压力要求，如符合要求而刻度指示流量值仍不对，可送我厂进行修理。 ⑤ 各稳压阀为定点输出压力，用户没有特别需要，不准改变输出压力，如用户发现载气输出压力不能满足前压的要求，可先条换较大量程的柱前压力表，再调节载气定点稳压阀的输出压力，此时用户需要重新测试刻度指示流量表。 ⑥ 对不使用的流路应关闭其输入源或将刻度阀关闭，“特别是H2气源”，，以保证安全。 (5)进样器（液体） 1102GC上的进样器是较常用的进样器，普遍使用微量注射器进样，该进样器的特点:载气经过预热后到达汽化管，汽化管是石英玻璃制成，具有较好的化学惰性，催化剂吸附小，对各种样品均适用进样散热帽有较好的导向作用，普通柱上进样器和导向进样器见图2—12.
图2—12
1102GC上配有毛细管柱进样器，因为毛细管进样器有比填充柱有更高的分离效率而得到了及其广泛的应用和发展，为了使毛细管色谱柱发挥应有的效率，对于毛细管的进样系统合理设计显得尤为重要。该进样系统除可以配备常用的分流进样器外，还直接进样和分流——不分流进样，还可以选配我厂生产的XP-17毛细管冷柱上进样器。 分流进样器采用石英玻璃汽化分流器，分流比的调节采用带刻度针型阀控制分流比。该分流针型阀除可以调节分流比例大小外，还可以重复已实验过的任意分流比值。1102GC分流进样器的示意图见图2—13.
图2—13分流进样示意图
作为毛细管直接进样有比分流进样更高的定量分析精度，直接进样法是将样品全部导入到柱内而无分流。在毛细管操作时，为使毛细管柱有较高的柱效而应选择合适的载气线速，但低的载气线速又无法使样品瞬时到达柱中。为此1102GC的毛细管直接进样系统用微机键盘来设定样品进样时间，其系统示意图见图2—14.
图2—14 直接进样系统示意图 直接进样是利用溶剂效应，让溶剂凝集与色谱柱起始的一段内，造成毛细管柱严重的过载，使它暂时起固定液的作用，而改变了原来的分配比。当所用的溶剂沸点相对于柱温而言太低时，不能造成这种条件。另一方面，如果溶剂的沸点太高，在以后的色谱过程中不能获得预期的成功。不同溶剂利用溶剂效应建议使用的初始温度见表1.
表1 直接进样建议使用的初始温度
| 溶剂 | 沸点（℃） | 建议使用的初始温度（℃） |
| 二氯甲烷 | 40 | 10~30 |
| 二硫化碳 | 46 | 10~35 |
| 二乙醚 | 35 | 10~25 |
| 戊烷 | 36 | 10~25 |
| 巳烷 | 69 | 40~60 |
| 氯仿 | 61 | 25~50 |
| 异辛烷 | 69 | 70~90 |
液体样品在进入层析柱分离之前，需将液体加热，先进行气化，气化器采用不锈钢材料制成一管状结构，与加热板块配合，内装二支75瓦内热式电烙铁芯（TLN型）由温度控制器等元件组成加热、恒温器。进样口由硅橡胶密封，载气进入气化器通过一段流路预热，然后进入气化管，与样品气汇合一起进入层析柱分离。进样口的密封橡胶与载气的接触面积极小，这样可以防止在高温操作时，由于硅橡胶的挥发，以至出现不规则的怪峰。气化器经多次进样，硅橡胶会刺破，应经常注意更换，一般进样以30~40次为宜。 （6）气体进样器——六通阀 六通阀可配合定量管作气体进样器。其结构见图2—15.
图2——15 六通阀示意图
六通阀采用拉杆式结构，阀体与拉杆均由不锈钢制成，阀体为长方体，中心孔为直径6.5mm圆孔，其内插入拉杆，四面不等地共有六个小孔，并有螺纹可安装接头、拉杆嵌入四个氟橡胶密封圈，将阀体圆孔分割成三个气室，样品气入口与出口，位于一面，中心距为25mm，定量管接在另一面，中心距为15mm，载气进口与出口在另二个面上，为了保证各气室之间的密封性，阀体内腔（即圆孔）表面经过研磨，使其光洁度达到8. 图左所示为六通阀样品进入定量管的情况。这时六通阀拉杆推入到底，样品气从入口处经气室流入定量管后，再经另一气室出口处流出，载气入口经中间的气室进入层析柱，在该位置载气与样品气彼此隔绝的，待样品充满定量管准备进样。图右为样品气进入层析柱的情况。此时六通阀的拉杆向外拉出，各密封圈向上下移4mm（此距离由定位销固定）。上面第一次室为密封式，样品气气源切断，中间气室使载气入口与定量管接通。这样载气就把定量管内的样品气携入层析柱，完成第一次进样。 注意事项： （A）因阀的气室死体积较大故不宜作小容量的进样。 （B）应避免使带有固体颗粒杂质进入六通阀，以免造成漏气。 （C）使用时间长后，应进行清洗，并在密封环上涂上一层硅油或真空油脂。
2—3 主机电源
1102GC主机电源部分位于主机后册鼓风马达下面，该电源其中包括氢火焰高压电源、点火电源、零交脉冲电源；柱温继电器和氢火焰高压电源、点火电源、零交脉冲电源；柱温继电器和氢焰点火继电器电源；可控硅触发电路（SCR）等，主机电源原理图如图所示。
220V电源线接至电源板插头CZ4，CZ4插座与主机电源开关相连接，电源开关另一边与主机电源变压器初级圈相连接，电源变压器次级线圈相连接，电源变压器次级线圈输出各组工作电源，当主机电源开关打开时，220V交流电流入电源变压器，变压器次级绕组输出各组不同的工作电压，下面对各组电源分别作一介绍。
1、氢火焰高压电源±300V
该±300V高压电源作为氢火焰检测器的收集电压，两个检测器一个接正300V，另一个接负300V。
电源变压器次级输出的交流300V经整流滤波，稳压管稳压后输出，整流管为2CE82K，稳压管为2DW61，稳压值150V，故两个稳压管串接后输出为300V，该稳压源有相同的两组，通过点火继电器J2接至CZ1,故CE1输出为正负两组300V。
2、零交脉冲电源：
变压器次级输出交流100V经过由电阻R和电容C5组成的延时0.5毫秒，再经整流管ZL1整流变成50HZ的直流正脉冲输入至光电耦合管中BG1，光电耦合管中的发光两极管以50Hz的频率发光，相应光电耦合管中的光敏三极管在受光照时内阻变小，故光电耦合管输出50Hz的另交脉冲接至微机控制器供微机使用，其中BG8(3CC112D)为了增加脉冲输出功率，该另交脉冲通过连接主机和微机的20芯总线返回微机，如微机无另交脉冲，则微机所有控制键均不起作用。
3、柱温继电器J1和点火继电器J2电源：
变压器输出交流24V经ZL2整流和经电容C6滤波后，作光电耦合管BG2及继电器J1、J2的工作电压。
当仪器工作是，打开主机电源开关，微机发出一个约为1.2V左右的电平信号通过20芯总线和CZ5插头输入至光电耦合管BG2,此时发光两极管发光，另一半光敏三极管的内阻降低，24V直流电压输入柱温继电器J1，J1吸合两组常开触点接通，220V交流电源通入主机鼓风马达和可控硅电路。在该电路中引入J1继电器主要是为了降低对仪器电源开关的功率要求。
当仪器作FID检测需点火时，操作者同时按SHIFT键和FIRE键，此时微机发出一个约为正1.2V左右的电平信号经仪器20芯总线输入至本电路光电耦合管BG3，BG3内阻变小，24V电压加在点火继电器J(DZ-46)两端，该继电器吸合，四组常开触点接通，此时变压器输出的3V5A点火电压通过继电器J2触点和插头CZ1输入至FID检测器点火线圈，点火时间由微机发出的点火电平控制，约5秒左右，点火电压接通时±300V高压因J2继电器的常闭触点断开的缘故不接入FID检测器。
4、可控硅触发（SCR）电路
1102GC共有3个相同的控制不同对象的温控触发电路，由双向可控硅AC03D、光电耦合管GD-10C、晶体管3GD12B及24Ω、10k电阻组成。
以柱温温控为例，当仪器工作时，如柱温度温度比设定温度低，则微机发出脉冲信号，该脉冲信号输入本触发电路中的光电耦合管，管内发光两极管发光，另一边光敏三极管内阻降低，流过R电阻上的电流增大，等于在双向可控管控制极上加了一个脉冲，故可控硅导通220V交流通过可控硅流至加热丝使柱温加热，加热功率的大小由微机发出的脉冲频率决定，另二路的温控与此相同。
主机电源线路图见图2-16.