质谱仪真空系统的故障诊断及使用维护

企 肥学院学招 (自然科学版) 2006年 9月 第 16卷 第 3期 Journal of Hefei University(Natural Sciences) Seo．20o6 Vo1．16 No．3 质谱仪真空系统的故障诊断及使用维护 杜 珊 ，张 延 (1．安徽黄山卷烟总厂 技术中心，合肥 230081；2．安徽省水环境监测中心，合肥 230022) 摘 要：介绍了质谱仪器的真空要求和当前普遍使用的真空系统，并以Agilent 6890—5973N型气质联用仪为例， 讨论了空气泄漏的症状、诊断及真空系统的日常维护． 关键词：质谱仪；真空；空气泄漏；故障诊断；维护 中图分类号：TB773 文献标识码：A 文章编号：1673—162X(2006)03—0052—03 质谱法是利用电磁学原理将样品分子转化为带电荷的气态离子，并按照核质比将其分离并记录下来， 从而获得分子结构的方法．自1957年首先实现GC／MS联用以来，该技术已得到了长足的发展，并成为解 决挥发性和半挥发性复杂混合物定性定量的强有力工具．一台完整的质谱仪器，除了分析系统和电学系 统，还必须具备真空系统⋯．真空系统提供和维持质谱仪器正常所需要的高真空度，通常在 1O～～1O Pa．由于日常工作中，需要经常更换配件或定期保养仪器，在拆卸安装仪器时，质谱仪容易出现空气泄漏的 故障．而空气泄漏故障发生的位置比较多，排查时比较费时费力．笔者以Agilent 6890—5973N型气质联用 仪为例 ，对故障排查和日常维护进行研究． 1 质谱仪器的真空要求 质谱仪器必须在良好的真空条件下才能正常工作，一般要求离子源的真空度应达 1O一～1O。Pa，质 量分析器和检测器的真空度应达10一～1O Pal2J．质谱仪器要求高真空的理由主要有⋯：(1)离子的平均 自由程必须大于离子源到收集器的飞行路程；(2)氧气分压过高影响电子轰击离子源中灯丝的寿命；(3) 离子源内的高气压可能引起高达数千伏的加速电压放电；(4)高气压产生的高本底会干扰质谱图及分析 结果；(5)-离子源内高气压会引起离子一分子反应，改变质谱图样；(6)电离盒内的高气压会干扰轰击电 子束的正常调节． 2 质谱真空系统的获得 一 般采用两级真空系统，由机械泵和高真空泵组合而成⋯．最常用的机械泵是旋转式油封泵，其主要 用途有两个：一是作为高真空泵——扩散泵或分子泵的前级泵，提供高真空泵正常工作所需要的前级真 空；--是预抽真空，为直接进样系统、间接进样系统以及离子源或整个仪器暴露大气后预抽真空，色质联用 时也用于分子分离器抽低真空，高真空泵才能达到和维持质谱仪器正常工作所需要的1O-4Pa以上的真空 水平．为了保护高真空泵并使其充分发挥效率，必须在前级的机械泵达到一定真空度的条件下，才能开启 和关闭高真空泵．常见的高真空泵有油扩散泵、汞扩散泵、溅射离子泵、涡轮分子泵等． 3 空气泄漏的症状 任何需要真空操作的仪器都存在空气泄漏的故障．对于Agilent 6890—5973N型气质联用仪，出现空 气泄漏时，常见的症状包括：(1)超过正常真空多级连接管压力或前级压力；(2)超过正常本底；(3)空气特 征峰(m／zl8、28、32和44，或m／zl4、16)；(4)灵敏度低；(5)m／z502处相对丰度低(该值随所使用的调谐 程序而有所不同)． 收稿日期：2006—05—16 修回日期：2006—07—20 作者简介：杜 珊(1977一)，女，安徽宣城人，安徽黄山卷烟总厂技术中心工程师，硕士 维普资讯 http://www.cqvip.com Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 Administrator 高亮 第3期 杜 珊，等：质谱仪真空系统的故障诊断及使用维护 53 4 确认空气泄漏的存在 处于 m／zl8、28、32和44的峰是 MSD有空气泄漏时的典型峰．这些质量的小峰是正常的，m／zl4和 l6 的大峰是空气明显泄漏的症状．如果 MSD最近进行过放空，需要经过4h，m／z28(氮气)才能降至适当低的 水平；需要经过 24h，m／zl8(水)才能降至适当低的水平．如果这些峰变大或干扰了分析，需检查调谐． 调谐报告比较 m／zl8(水)和m／z28(空气)的丰度与m／z69(全氟三丁胺)的丰度之比．如果调谐报告中的 比例不可接受(m／zl8大于m／z69的 10％)，等待几个小时然后重新调谐．如果比例仍然不可接受，且没有 降低，检查空气泄漏．如果空气泄漏存在，那么 m／z28与 m／z32的丰度比值约为5：1． 5 查找空气泄漏的方法 5．1 载气管线的检查 首先需要确定所有接头是否有明显松动．对于严重的漏气，可以采用皂液检漏的 方法，在管线和阀的接口处挤上适量的肥皂检漏液，漏气的部位会出现明显的气泡；对于轻微的漏气，关闭 气相色谱仪进样口的压力，关闭气瓶的总阀，开启分压阀，若有漏气，15min后分压的压力会有明显的下降． 5．2 GC部分的检查 通常 GC部分的空气泄漏通常会发生在内部的载气管接头、隔垫、隔垫定位螺母、 O形圈、柱螺母等位置．此外，色谱柱断裂也会引起空气泄漏．若隔垫漏气，可以看到以下信号：如保留时间 的延长或漂移，响应值降低，或柱前压降低等． 用适量的丙酮涂抹上述位置(进样口、进样口柱螺母、色谱柱)，每次一个位置，先后顺序依照离MS部 分由近及远的原则．在适当的时间后，观察数据系统中的峰图，若 m／z58和 m／z43处出现一个陡峭的、显 著的攀升，说明在刚刚涂抹丙酮的位置存在空气泄漏．同样，也可以喷射惰性气体(如氩气)进行检漏 ，观 察峰图中曲线在m／z40处的攀升情况加以判断． 5．3 MS部分的检查 空气泄漏还可出现在 MSD的更多处 ，如 GC／MSD接口柱螺帽、GC／MSD接口O形 圈、侧板O形圈(整个周围)、前端盖和后端帽的O形圈、三级真空规管的连头、校准阀．空气泄漏更容易出 现在频繁开关的密封垫处，如色谱柱螺帽、侧板 O形圈或放空阀的O形圈．空气泄漏在很少或从不打开的 密封垫处出现较少，如前端盖和后端帽的O形圈或GC／MSD接口柱螺帽． 在 MSD中查找空气泄漏的方法与 GC部分类似，在可能发生空气泄漏的位置涂抹丙酮或喷射氩气， 每次一个位置．总是从最近被打开过的密封装置开始，这是最有可能发生空气泄漏的地方．在涂抹完一个 位置后 ，观察数据系统中的峰图变化加以判断． 5．4 隔离难以发现的泄漏 如果寻找空气泄漏过程中遇到困难，可以使用下述方法确定泄漏是在 GC中 还是MSD中：先进行空气和水检查；将气质联用仪所有加热区冷却后，取下GC色谱柱，用一个隔垫盖住 色谱柱端口；等待15—20min，再一次检查空气和水，比较第一次和第二次检查的结果．如果结果基本相 同，则泄漏存在于MSD中或GC／MSD接口末端的色谱柱螺帽处．如果结果显著不同，泄漏可能存在于GC． 6 真空系统的维护 6．1 气源 载气纯度不够，或剩余的载气量不够时，也会造成m／z28谱线丰度过大．选购的氦气纯度必 须达到99．999％，当气瓶的压力达不到3MPa时，应更换载气，以防止瓶底残余物(N )对气路的污染． 6．2 载气管线 周围的温度改变和振动可导致载气供给和 GC之间的管路接头泄漏，因此应定期对所有 的外加接头进行检漏(大约每隔4—6个月)． 6．3 脱氧管 根据推荐，每用完 3瓶气，应更换脱氧管，以防止气体的污染．脱氧管使用时间过长，吸附的 氧气会随着载气进入仪器，导致m／z32的谱线丰度过大．市售的脱氧管通常会用氮气进行饱和，安装时， 必须用氦气将脱氧管内和管线里的氮气吹扫干净，再接至仪器上． 6．4 机械泵 为了保证机械泵的工作状态，达到要求的真空度，机械泵必须及时维护．由于前级泵油受 热，或进入空气、水、溶剂和样品时会逐渐失效(一种症状是油的颜色逐渐变深)，前级泵不能有效工作，可 能增加前级压力和真空多路连接管压力．国外公司要求三个月更换一次油，如果油变色或者有泡沫，应该 随时更换．换的泵油型号也一定要相同，不同牌号的泵油不能混合使用 ． 6．5 进样口 隔垫的使用寿命由进样频率和针头质量决定．针头的毛刺、尖锐边缘，粗糙表面，或针头钝 维普资讯 http://www.cqvip.com Administrator 高亮 合肥学院学报(自然科学版) 第16卷 都会降低隔垫的使用寿命．隔垫应该最少每100次进样后进行更换．当仪器连续使用时，建议每天更换隔 垫．0形圈材料中有使其增加柔韧性的增塑剂，在高温下增塑剂会固化，使 0形圈变硬，不能起到密封作 用．每次更换衬管时应同时更换 0形圈，或当老化的 0形圈成为漏气源时需更换． 6．6 GC／MS接口和 GC接口 GC／MS接口和GC接口在色谱柱温箱里，温差变化大，十分容易泄漏．在 安装时，必须使用石墨化的Vespel圈，螺帽紧固到一定程度后，随色谱箱温度程序升温一个周期后再紧固 1／4—1／2圈为好． 6．7 抽真空时间 每次开机时，等候直到MSD加热区位于其标准设定值至少2h，然后尝试自动调谐．如 果 MSD最近进行过放空，需要经过4h，m／z28(氮气)才能降至适当低的水平；需要经过24h，m／zl8(水)才 能降至适当低的水平． 6．8 质谱仪 开机时，需要将侧门用力的推一下，使侧门能在负压的作用下吸紧，防止细小纤维或灰尘吸 附在侧门周围；放空后，放空阀要及时关紧． 7 结 论 质谱仪操作人员需要加强仪器结构功能和控制原理的了解，做好仪器的日常记录和维护．在质谱仪发 生空气泄漏的故障时，根据近期的使用状况，仔细排查可能发生问题的部位，并采取适当的措施，空气泄漏 的故障通常能很快排除． 参考文献： [1] 从浦珠，苏克曼 ，杜海，等．分析化学手册：质谱分析 [M]．2版．北京：化学工业出版社，2000：71-73． [2] 汪正范，杨树民，吴侔天，等．色谱联用技术[M]．北京：化学工业出版社，2001：6-7． [3] 向同寿．色质联用仪真空系统维护经验点滴[J]．分析测试技术与仪器，2001，7(4)：252-253． Trouble Diagnoses and Maintenance of Vacuum System in M ass Spectrograph DU Shan ，ZHANG Yah2 (1．Center of Techniques，Anhui Huangshan Cigarette Factory，Hefei 23008 1； 2．Anhui Water En、，ironmental Monitoring Center，Hefei 230022，China) [责任编校：罗季重] Abstract：The vacuum demand and vacuum system widely used in the mass spectrograph are introduced． Agilent 6890——5973N GC／MS is taken as an example and the symptom and diagnoses of air leak are discussed．Furthermore，the daily maintenance is commended． Key words：mass spectrograph；vacuum；air leak；trouble diagnoses；maintenance 维普资讯 http://www.cqvip.com