离子色谱自动进样器的故障分析及维护

2023-07-10王冠宇高冬肖坤祝仁涛韩志刚

品牌与标准化 2023年1期

王冠宇高冬肖坤祝仁涛韩志刚

【摘要】离子色谱仪用于分析测定阴、阳离子或者离子型化合物，并以选择性好、稳定性好、容载量高、方便、快捷、价廉等优势备受青睐。本文根据故障维修案例，分析了故障原因及解决办法，并总结了离子色谱仪在日常使用中容易出现的故障及必要的日常维护方法，有助于离子色谱仪的正常运行并延长使用寿命。

【关键词】离子色谱仪；故障排除；日常维护

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.01.029

Failure Analysis and Maintenance of Automatic Sampler for Ion Chromatography

WANG Guan-yu，GAO Dong，XIAO Kun，ZHU Ren-tao，HAN Zhi-gang

（Fushun Food Inspection and Testing Center，Fushun 113006，China）

Abstract：Analysis and determination of anionic， cationic， or ionic compounds by ion chromatography. Its advantages of good selectivity，good stability，high capacity，convenience，rapidity，and low price. According to the fault maintenance cases，the fault causes and solutions are analyzed，the trouble and troubleshooting during routine maintenance and use were put forward，it facilitated the ion chromatography instrument to work effectively and prolong the service life of the instrument.

Key words：ion chromatography；troubleshooting；routine maintenance

在1975年之前奥地利人利用氢离子（酸）做洗脱离子，通过输液泵送到苯系阳离子交换树脂中洗脱钠离子，并用计数器测定[1]。到了1975年美国戴安公司（Dow Ion Exchange）的H.Small等人成功地解决了用电导检测器连续检测柱流出物的难题[2]，然后发表了第一篇抑制型离子色谱的文章并申请了专利。1979年，Gjerde等[3]用弱电解质作流动相，从而衍生出双柱离子色谱法或抑制型离子色谱法。在常见的离子色谱中，能够检测到以离子状态存在于被分析物和淋洗液中的可离解物质，进而使用电导检测器测定出淋洗液中所有离子的总电导率。同时为了更加准确检测待测离子，通常会使用抑制器将淋洗液中与之极性相反的离子除去，通过降低基线的背景噪音提升响应值。正是因为抑制器的发明才促使离子色谱应用为一种分析手段。

离子色谱（Ion Chromatography）是高效液相色谱（HPLC）的一种，可作为液相色谱方法分析阴离子和阳离子[4]。离子色谱法检测具有选择性好、快捷、方便、价廉等优势，该方法可以同时分析多种阴、阳离子及离子型化合物，可同时测定多种组分，并且该方法稳定性好、容载量高，所以在20世纪70年代后期发展快速，受到多个部门实验分析人员的青睐，尤其在水质分析领域有着不可或缺的重要地位。

离子色谱仪主要由流动相传输部分、压力系统、进样系统、分离系统、抑制系统、检测系统和数据处理系统组成[5]，并且通过流动相与固定相之间的相互作用，使流动相中的不同组分在两相中达到重新分配，再根據各个组分在分离柱中滞留时间的区别最终达到分离的目的[6]。在实验过程中，应首先使用待测离子的标准工作溶液，从而绘制出标准曲线，并确定待测离子的保留时间，继而可以对样品的待测组分进行定性及定量分析。

1维修案例分析

本案例涉及的自动进样器为Thermo的AS-DV自动进样器，这是一款专门应用于离子色谱仪的性能高且全自动的进样器。它不但可以方便、快捷、全自动地将进样瓶中的样品送入离子色谱仪中，还能通过软件操作，自主定义以及优化相关参数，并将待测样品送至定量环或者浓缩柱中。

1.1故障现象

故障表现为圆盘自动进样器无法进样，电脑端能够接收进样指令，进样针无法吸取样品，并在进样器下降过程中发出嗡嗡噪音。软件故障报警显示内容为：“马达速度下降到上一个的？因为过度装载。”

1.2故障分析与处理

1.2.1机械部分

先用手动进样代替自动进样，离子色谱仪运行正常，所以判定这属于自动进样器故障，针对进样针无法吸取样品的情况，初步判定为自动进样器样品传输管线堵塞。因为进样器下降过程中发出“嗡嗡”噪音，也有可能是自动进样器内部进样阀套件机械部分发生故障。

结合故障报警内容，并遵循先机械后电气、先简单后复杂、先特殊后一般的原则，首先排查机械部分故障。自动进样器主要依靠皮带、齿轮和丝杠来完成工作。用垂直法检查丝杠，发现丝杠并没有弯曲或倾斜现象，细看齿轮和丝杠螺纹也没有发现损坏现象。机械故障最主要原因是摩擦或者阻力增大，导致无法完成预定动作，甚至仪器开机时的自检都无法通过，引起故障的原因可能是空气中的灰尘。因为空气中的灰尘会吸附在皮带、螺杆和齿轮上，所以在这种情况下，应该先用干净且不掉纤维的无纺布来擦拭丝杠等传动装置部分，此时要注意不应随意涂抹润滑油，因为润滑油会加重传动装置对灰尘的吸附，擦拭完后尝试重新运行离子色谱仪。

如果故障未排除，下一步将自动进样器外壳拆开，断开进样针和换线与传动部分的连接，使自动进样器无进样针运行，发现进样器在下降过程中发出的“嗡嗡”噪声消失，可判定噪声是由于自动进样器样品传输线堵塞而产生的，所以可以排除进样阀套件机械部分故障。

1.2.2管路部分

为确定判断，重新连接进样针和换线与传动部分，运行进样程序噪声出现，再断开peek管与六通阀的连接头，再次运行进样程序，观察断开处流出液情况，结果噪音继续出现，连接头处流出液体缓慢，可确认之前的判定。

此离子色谱仪中连接Tefzel ETFE传输管路的Kel-F PCTFE柱塞的样品传输管长142 cm，内径0.012 in，如发生堵塞不易排查堵塞点，重新更换peek管是最为快捷的维修方式，但同时管线两端堵塞的可能性也是最大、最容易发生的。进样针端长期伸拉以及和机械部分摩擦，容易挤压变形，连接到六通阀的接头如果拧得太紧，同样容易发生管体变形、堵塞。将进样针端及连接六通阀端的peek管各截掉一段后重新連接，并运行进样程序，观察接头处流出液情况，发现明显速度变快，旋好六通阀处的接头重新运行程序，噪音消失，仪器运行正常，无故障报警，连续运行样品后离子色谱仪运转正常。

1.3小结

1.3.1故障类型特点

离子色谱仪故障可以分成两种：一种是功能性故障。这种故障主要的特点是由于硬件损坏或者软件不能正常运行而导致的某个功能性故障。功能性故障需要逐一排查故障点，确定故障后更换或维修损坏的硬件，或者修复软件就能恢复正常运行。

另一种是仪器无法稳定运行故障。这类故障可能存在于色谱柱方面，也可能存在于进样器方面，还有可能存在于检测器方面。它会导致数据的重复性、精密度或者设备基线不稳。此种故障下仪器可以运行，但数据不准确，检测人员需要在实验中总结经验，分析故障点。

1.3.2预防故障方法

离子色谱仪在食品检测领域使用效率并不高，所以日常维护保养尤为重要，堵塞故障如未能及时发现易造成仪器压力突升，长期不处理则可造成机械部分损坏，甚至其他部件被污染。随着仪器使用年限的增长，内部的一些管线、部件容易老化，尤其是接口处易出现堵塞或松动开裂情况。因此检测人员需要了解并掌握设备的组成结构以及机械原理，从而有针对性地制定维护保养方案，并且在维护过程中及时有效地发现问题并精准处理，才能最终有效降低故障的发生率，充分保障设备能够良好运行。

2仪器维护

2.1常规养护

建议每周使用淋洗液来冲洗色谱柱1次，以防止碱性成分结晶引起的分离柱的堵塞和流动相气泡的产生。在日常的检验检测实验中，可以时常用进空白水样的方式使色谱系统降低污染和柱效活化[7]。进样前处理方法需妥善选择，首先对样品的清洁程度进行预判，如果符合进样要求的待测样，可直接进样分析；如果是组分较为复杂或污染严重的待测样，必须先进行样品的预处理，处理后的样品符合进样的清洁程度要求的才可进样分析，对于仍不符合进样清洁程度要求的样液应改用其他分析方法进行分析。

淋洗液最好现用现配，每次更换淋洗液时，需先清洗淋洗液瓶，再经润洗后方可配制，经过超声清洗器脱气使用[8]，也可通入氮气防止细菌滋生，并且在进样前提前计算好淋洗液所需用量，防止淋洗液不足引发抽空的情况出现。如果淋洗液中含有机溶剂时，则需要在停泵前使用不含有机溶剂的淋洗液或纯水清洗系统。另外，根据分析频次应定期更换过滤头，用高纯水或超声清洗滤芯。

每次仪器运行前要先排气，拧开排气阀排出5～10 mL的液体，分析样品前应先进一个纯水样品来清洁管路，并且每次运行结束时也要用去离子水清洗泵，使仪器保持良好的工作状态。若使用强酸强碱时，在使用后必须彻底冲洗，以防止强酸强碱腐蚀泵中密封圈，二氯甲烷对系统中管线具有腐蚀作用，要避免使用[9]。此外，还应避免泵空抽，如果产生气泡后应先停机，排除起泡后再继续运行。

阴离子柱的pH范围一般为3～12[10]，进柱前需对样品做微孔过滤（0.45μm过滤器）处理。分离柱堵塞会引起系统压力升高，而分离能力变差则会引起保留时间前后波动或样品重复测量、重复性限差等，建议使用时连接预柱（保护柱），以防止颗粒物进入分析柱中。分析柱在任何情况下都应避免碰撞、弯曲或者强烈的震动。如果离子色谱仪是阴离子和阳离子交替使用，那么要先确保整个离子色谱仪上的所有阀件或流路已清洗干净，再接入极性相反的色谱柱，避免因流路中存在极性不同的物质造成色谱柱堵塞。如果短时间不使用，可将柱子取下并对两端进行封堵，放在盒中低温保存。阴、阳离子柱若长时间不使用（一个月以上），需要结合色谱柱出厂测试报告及说明书中的保存办法，冲洗干净后，阴离子柱要加入一定比例的碱（对极性相反的离子柱要加入一定比例的酸），并将色谱柱取下，用PEEK堵头对两端进行密封保存。

使用时应确保有流动相流过抑制器后再开启抑制电流。实际操作中，可通过观察在抑制器的再生液出口是否有淋洗液流出判断是否可以开启抑制电流，从而防止抑制器过热或干烧抑制器引起的抑制器中离子交换膜的损伤[11]。若长时间停机，使用前要用高纯水进行冲洗，可采用局部注射方式。对于新购置的抑制器或者长时间未使用的抑制器，应首先让抑制器充分加水活化30分钟左右再开始使用，并且封存的抑制器也应每月活化一次。如遇故障或其他意外情况发生，也应先确认已关闭抑制器，然后再关闭泵，否则抑制器内部的交换膜会电解干裂。

每次进样结束时应该及时清理排废桶，开启仪器前也应确认废液桶容量情况，防止废液溢出、回流，以及废液因结晶而导致排废管端堵塞。

2.2特殊维护

依据离子色谱仪维护手册的要求，如果在检测过程中出现鬼峰、杂峰、拖尾峰等情况应该对离子色谱仪进行逐步检查，顺序为：淋洗液>色谱柱>抑制器>进样阀[12]。对于受污染的柱子，应根据柱子受污染的情况按不同的污染采取不同的方法对色谱柱进行清洗，可加大淋洗液浓度冲洗色谱柱及检测流路，并延长冲洗时间，或拆下色谱柱按顺序使用5%的稀HNO3或HCl、H2O、KOH淋洗液通过输液泵进行冲洗[13]。尽量避免反冲色谱柱，因为容易造成填料不均，从而影响色谱柱柱效。

3总结

本案例不仅给出了离子色谱自动进样器的维修方法，同时也根据案例分析了易出现故障的原因以及维修思路，为解决类似问题提供参考。

离子色谱法是一种高效、稳定、灵敏度高、选择性好且可以检测无机或亲水性有机阴离子和阳离子等多种组分的方法。同时离子色谱仪也属于精密仪器，配件昂贵[14]。所以做好日常维护和故障排查是保障检测仪器正常运行的重要手段。使用过程中注意淋洗液输送系统、进样系统和分离系统等需要经常维护之处，实验人员应掌握简单的仪器故障判断及处理技巧，养成良好的使用习惯，这样可以节约维修费用、降低运行成本、提高出具数据的准确性。

【参考文献】

[1] Small H，Stevens T S，Bauman W C.Novel ion exchange chromatographic method[J].Anal，Chem，1975（47）：1801-1804.

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[9]贾伟艺，张倩，李洪娟.833型离子色谱仪日常维护及常见故障排除[J].中国新技术新产品，2019（5）：76-78.

[10]向亚芳，任顺省，王仁哲.离子色谱仪的日常维护及常见故障分析[J].资源节约与环保，2016（5）：46-47.

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