EA1110元素分析仪应用中的问题及对策

EA1110 元素分析仪应用中的问题及对策元素分析仪应用中的问题及对策 梁晓斌 中国石化洛阳分公司化验一车间 洛阳 471012 摘要 简述了 EA1110 元素分析仪的工作原理 并对使用中出现的燃烧管破裂 还原剂过早失效 气流量不稳和色谱峰形异常等问题进行了分析 采取了相应的解决对策 取得了预期的效果 关键词 EA1110 元素分析仪 问题 对策 色谱热导型元素分析仪最早出现于 20 世纪 60 年代 经不断改进 逐渐取代了经 典的元素分析方法 EA1110 元素分析仪就是这种典型的新一代的元素分析仪 它由 意大利 CARLO ERBA 公司 生产 自动化程度很高 配备了微计算机和微处理机 进行条件控制和数据处理 分析方法简便迅速 但在其使用和维护过程中 常会遇到 燃烧反应管破裂 还原剂过早失效 载气流量故障 色谱图峰形异常等一些问题 造 成分析成本提高 影响仪器的稳定性和准确度 本文对此类问题进行探讨 提出了解 决的对策与方法 一 仪器的工作原理及基本结构 EA1110 元素分析仪是采用色谱热导法进行测定的 仪器由燃烧部分与气相色谱 仪组成 分析时将样品盛放在锡金属容器内 置于样品自动供给器上 样品依靠重力 作用被定期投入到 1150 左右的垂直式高温燃烧管中 在锡的助燃作用下使样品的燃 烧温度高达 1800 促使样品完全燃烧 有机物中的碳 氢 氮 硫 C H N S 元素 经催化氧化 还原后 分别转化成二氧化碳 水蒸气 氮气 二氧化硫 CO2 H2O N2 SO2 然后在载气的推动下用色谱法将混合气体分离后 用热导检测器分别测定各组份的响应信号值 根据组份的信号值和对应元素的校正曲 线 分别计算样品中各种元素的含量 仪器主要有氧化催化剂的氧化管和盛满还原剂的还原管及其加热炉的氧化 还原 系统 还原产物 CO2 H2O N2 SO2的分离和检测系统 数据处理系统 微量自动 电子天平和打印机组成 其基本结构框图如下 二 EA1110 元素分析仪常出现的问题与对策 2 1 燃烧反应管破裂 2 1 1 燃烧反应管破裂原因 氧气 载气 氧化 还原系统分离与检测器 样品 电子天平数据处理打印机 EA1110 元素分析仪燃烧反应管材质为石英玻璃 因其耐高温和化学性质稳定而 广泛采用 燃烧反应管破裂的主要原因是在高温下过快冷却造成的 因为它虽可在高 温下长期使用 但其加热与冷却应有一定过程 仪器开启后 升温和降温的速率是由 程序控制 但关机是人工操作 在使用的情况下突然断电断气对反应管的寿命影响很 大 其次 石英反应管与分析样品发生反应导致腐蚀和破裂 当含有碱金属 碱土金 属 磷 氟等元素的样品在分析时 生成的碱 碱式碳酸盐 磷酸 磷酸盐 氟化氢 氢氟酸等物质会与石英管 二氧化硅 发生化学反应 杂质的量小会造成石英管的腐 蚀 杂质的量大则直接导致石英管的破裂 另外 在分析完毕后去除反应管内残余的 氧化锡或 装填氧化剂 还原剂 清灰和掏出失效的催化剂时 金属器械碰撞反应管 就会使其受到损害 导致破裂 除此之外 在分析过程中 燃烧反应管承受一定的载 气压力 使用一段时间后就会因强度下降耐不住高压而引起破裂 2 1 2 对策 一般情况下应将反应管温度自然冷却至 500 以下后方可关气断电 在做含有碱 金属 碱土金属 磷 氟等元素的样品分析时 应在石英管内填充或样品中混入相应 的氧化吸收剂 防止其反应发生 装填氧化剂 还原剂 清灰和掏出失效的催化剂 结块的氧化铜可自制一手钻工具操作 时 需小心操作 勿碰撞石英管 装内封的 管塞 密封圈上可涂一点高真空润滑脂 涂多了碳空白会高 装入时管塞与管口要对 正 缓慢旋转插入 取出时也应如此操作 否则易造成管子崩口 反应管装入仪器时 应清除管上所有指印 避免形成结晶区域而引起石英过早老化 2 2 还原剂过早失效 2 2 1 还原剂过早失效原因 元素分析仪大多使用铜作还原剂 其活性和寿命与原材料的品质和还原处理的程 度有关 也与使用的条件有关 铜催化剂的作用是将氮氧化物还原成氮气 硫氧化物 还原成二氧化硫 一般铜催化剂的还原性都能达到此要求 另一个作用是吸收反应气 中剩余的氧气 铜与氧气结合生成氧化铜 加氧量大有利于样品的燃烧分解 但过量 的氧气会加剧铜的消耗 其次 还原管在 850 高温下反应 铜易烧结收缩 形成一 个铜柱 铜柱呈现出黑皮红瓤 皮已变成黑色氧化铜 瓤还是红色未反应的铜 这说 明还原剂装填不均匀 装填松动部分的催化剂很快就反应失效 装填致密部分的催化 剂不反应 反应管边壁出现空隙 反应气仅沿边壁走 因而还原剂的使用寿命大大缩 短 2 2 2 对策 首先应优化加氧量 延长还原剂的使用寿命 一种类型的样品选取一个有代表性 的已知含量的样品 按常规取样量重复称几个测量 加氧延迟时间逐步减少 氧气量 也可减少 直到测试结果失败 那么最后一次成功的测量其加氧量应该是最适合的 为保险起见 可选其前一次的加氧条件 确保样品分解完全 在选择设定的加氧条件 下 再做一些此类样品 若验证结果正确 即确定该类物质的加氧条件 依此类推 各类型的样品应预先选出适合的加氧量 分析时则可采用该条件 既能保证分析数据 的的准确 又延长了还原剂铜的使用寿命 对于还原剂易烧结的情况 把铜中掺入 10 的石英砂 混匀装入管中 高温下石英砂把铜分隔开 避免其反应后相互粘结 并留有一些空隙 使反应气均匀的通过 延长了催化剂的寿命 2 3 载气流量故障 2 3 1 载气流量故障原因 由于仪器载气流量控制自动化程度高 各调节阀的切换频率也较高 容易出现流 量不稳 实际流量与设定流量不符 基线噪音大等故障 造成这些故障的原因有气路 系统的异常 也有电路系统的异常 气路异常主要有系统泄漏 阻塞等 电路方面主 要有控制板 电子压力流速控制器 电磁阀异常等 2 3 2 对策 当流量出现故障时 首先检查地线是否良好 然后检查气路是否有泄漏 具体作 法是堵住出气口 放开载气压力调节阀 观察载气压力表读数 若不断下降则说明系 统漏气 可用肥皂水涂在气路各接口检漏 如均不漏气 则应检查自动进样器接口螺 丝旋紧否 若以上检查均正常 则很可能是燃烧系统阻塞 将自动进样器载气接口端 断开 若断开后流量恢复正常 则说明需重新填装催化剂 另外 应检查一下燃烧管 出口与色入口之间是否因粘附石英棉而造成气路阻塞 可将阻塞的导气管拆下洗涤或 更换 若气路均正常 流速仍不正确 就要检查仪器电路系统的异常 电磁阀切换失 灵是引起流量故障因素之一 当发现色谱图起始部分基线噪音极大 且不出现氮气峰 时 说明电磁阀未动作需更换 当仪器处于 STAND BY 状态 载气压力表读数不为 零 也说明相应气路上的电磁阀异常 对于电子压力流速控制器异常可用皂膜流量计 测实际流量 要么是零 要么很大 表明流速完全失控 更换后可恢复正常 流速控 制电路板故障可进行换试排除 2 4 色谱图峰形异常的原因与排除方法 在一般分析过程中正常的色谱峰形应是对称 尖锐 完全分离的 但也会出现一 些不规则的拖尾峰 峰值过大 假峰 及峰形重复性不好等问题 现将异常峰形出现 的原因与排除方法列表如下 以供参考 异常峰形原因分析排除方法 空白值氮峰过高A 气路压力过低 B 氧气管路或色 谱柱污染 C 自动进样器未吹扫 A 检查氦气 氧气管路是否泄漏 B 吹扫 5 分钟或更换色谱柱 C 检 查氧气流速是否为 40 50ml min 空白值氮峰总是过 高 氧气纯度低要求氧气纯度应达到 99 995 以 上 空白值碳峰过高A 样品杯污染 B 样品燃烧不充 分 A 检查锡箔杯 镊子等是否洁净 B 按要求调整氦气流速为 120ml min 氧气流速为 40 50ml min 重复空白值氮峰不 断降低 氧气管路污染等待 10 20 分钟 使氧气管路吹 扫干净后重作空白样分析 重复空白值氮峰不 断升高 还原剂失效重装反应管 氢峰分叉燃烧管与色谱柱间导管阻塞打开导管清洗 氮 碳峰分离度不 佳 A 色谱柱温过高 B 空白氮峰过 高 B 还原剂失效 A 检查柱箱温度是否设为 60 B 更换燃烧管 氮 碳峰间有假峰A 氧气管路污染 B 氧气纯度未达 到要求 A 将自动进样器关闭重作空白样 分析 B 同上 三 结束语 在 EA1110 元素分析仪的使用和维护过程中 通过对出现的问题进行分析 找到消除 故障的对策与方法 不仅有利于更好地发挥元素分析仪的作用 而且也能降低分析