气相色谱仪的PLC调零方法研究

田效梅，曹乃文，宋祥坤

(中昊光明化工研究设计院有限公司，辽宁 大连 116031)

1 前 言

在气相色谱仪的使用过程中，常常会存在零点漂移的现象，对测试结果产生一定的影响。为减小这种影响，传统仪器中一般使用电位器进行调零，通过人工的手动操作来调节基线至零点。这种方式存在着精度低、误差大、操作不便等缺点[1]。而多组分物质在不同色谱柱间切换时，表现出的基线差异往往很大，这使得所有曲线在同一张谱图中很难完美呈现。因此，一种新型的可自动控制的调零方法的研究有着重要的实际意义。

PLC，又被称为可编辑逻辑控制器，由于其编程容易、可靠性高而被广泛应用。本文介绍了一种全新的气相色谱仪自动调零方法。通过编程手段，利用PLC控制器编辑程序，在满足标准气体在色谱柱间自动切换的同时，气相色谱仪的基线自动调零，使仪器的调零电路与PLC控制器互通。通过改变算法、改变调零启用的时间，使色谱仪的应用更加方便、快捷。

2 实验仪器及条件

2.1 标准气体

以氦气为平衡气的氢气、氧气、氮气、甲烷体积分数皆为3.00×10-6、一氧化碳体积分数为2.95×10-6，中昊光明化工研究设计院有限公司生产。

2.2 实验仪器

气相色谱仪由中昊光明化工研究设计院有限公司生产；配有的DID检测器及氦气纯化器由Valco Instruments Co., Inc.生产。

2.3 实验条件

载气：高纯氦气，He≥99.999%；色谱柱：5A分子筛色谱柱1 m×1/8＂；porapak Q色谱柱3 m×1/8＂；色谱柱温度：50℃。

2.4 仪器气路图

通过十通阀与四通阀的动作来实现样品的切入和切出以及两种色谱柱的选择。图1展示了完整的气路工作流程。载气高纯氦在进入到系统前必须要经过纯化器，以去除一些水蒸气和永久性气体杂质。样品气进入到十通阀的定量管中，根据测试需要选择合适的色谱柱，同时四通阀决定了流经哪个色谱柱的气体可以进入到DID检测器中。利用两类阀的同时动作即可根据需要在同一台仪器中实现对不同气体的检测。

图1 仪器气路工作流程图

3 实验内容

通过PLC编辑简单程序实现气相色谱仪的自动调零，同时控制系统中色谱柱间的切换以及样品气的自动切入与切出。

3.1 未设置调零程序

在未编辑调零程序的前提下，编辑PLC程序以实现色谱柱的自由切换和样品气的切入切出。第一步，编辑5A分子筛色谱柱(或porapak Q色谱柱)取样程序；第二步，设置单次进样程序，确保进样的同时色谱工作站开始记录，以减小时间误差；第三步，设置进样停止程序。此时通入上述标准气体，在经过的色谱柱为5A分子筛时，得到谱图如图2；在经过的色谱柱为porapak Q时，得到谱图如图3。图2中，出峰顺序依次为氢气、氧气、氮气和甲烷。此时默认基线位置为123 mV。图3中，出峰顺序依次为氢气与氧气及氮气的合峰、一氧化碳和甲烷，此时默认基线位置-7 mV。二者基线位置差异较大。

图2 标准气在5A分子筛色谱柱出峰谱图(未设置调零程序)

图3 标准气在porapak Q色谱柱出峰谱图(未设置调零程序)

将上述两个程序编辑合成一体，5A分子筛色谱柱进样完成后根据其出峰时间设置自动切换porapak Q色谱柱的时间，保证能够不间断地切换到porapak Q色谱柱进行取样和进样分析，得到谱图如图4所示。可以看出在切换色谱柱后，基线陡然下降，最终造成基线位置差异过大、峰型比例不协调，给分析带来一定困难。

图4 标准气在5A分子筛和porapak Q色谱柱出峰谱图(未设置调零程序)

3.2 设置调零程序

将仪器电路中的调零接口与PLC端口对接，设置两种色谱柱的调零程序。同时设置色谱柱之间切换的时间。如图5可以看出，单次进样后，在5A分子筛色谱柱上进行分析时，基线自动归至零点，分析完成切换色谱柱后也实现了自动调零。相较于谱图4来说，图5将前后两次进样的谱图基线调节至同一位置处。这也证明，无论基线如何波动，都将被调节至零点，多次进样的两个谱图能够在一张图谱上体现，使所得到的气相色谱图更加清晰明了，更直观地体现了在不同色谱柱中多组分的分析结果。

图5 标准气在5A分子筛和porapak Q色谱柱出峰谱图(设置调零程序)

4 结 论

引入PLC编程系统实现仪器的自动调零，使得仪器调零更便捷精确。针对多次连续进样时，保证各次谱图的基线位置相同，避免各个谱图间由于基线位置差异过大对实验结果产生影响。本研究对气相色谱仪的分析使用具有实际意义。