楊振安 劉莉麗費(fèi)昭雪

（西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，楊凌712100）

儀器使用與維修

TOC（總有機(jī)碳分析儀）的日常維護(hù)和常見故障排除

楊振安 劉莉麗＊費(fèi)昭雪

（西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，楊凌712100）

在全球變化備受關(guān)注的今天，TOC（總有機(jī)碳分析儀）作為分析碳的主要儀器，被廣泛運(yùn)用于各類科學(xué)研究。本文不僅介紹了Elementar LiquiⅡTOC的工作原理，更是結(jié)合多年工作實(shí)踐就實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)、儀器日常維護(hù)及故障排除提出了一些見解。

總有機(jī)碳分析儀 實(shí)驗(yàn)方法 維護(hù) 故障排除

在全球環(huán)境變化備受關(guān)注的今天，大家都形成了一個(gè)普遍共識，大氣層中含碳?xì)怏w（如CO2、CH4等）的增加是引起全球環(huán)境變化的主要原因，因此，對自然界碳素循環(huán)的研究成為研究全球環(huán)境變化的關(guān)鍵。TOC（總有機(jī)碳分析儀）以其應(yīng)用范圍廣泛（可分析固態(tài)樣品如土壤、植物和粉塵等，液態(tài)樣品如浸提液、生化試劑、污水廢水等，半固態(tài)樣品如懸浮物、淤泥等）、測試指標(biāo)齊全（總碳、總有機(jī)碳、總無機(jī)碳等）、測量范圍廣（0.05～20000×10－6）、樣品氧化完全、流程簡單、穩(wěn)定可靠、測試過程基本不產(chǎn)生二次污染［1］等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于碳素的分析研究中。本文主要介紹了Elementar LiquiⅡTOC的工作原理，差減稱量法在儀器使用過程中的應(yīng)用、儀器的日常維護(hù)以及常見故障的排除。

1 儀器簡介

1.1 儀器組成

Elementar LiquiⅡTOC是由德國Elementar公司生產(chǎn)的，主要包括LiquiⅡTOC主機(jī)、Liqui TOC軟件、液體自動進(jìn)樣器、必要的主機(jī)配件（燃燒管、催化劑等）和連接線等。

1.2 工作原理

Elementar LiquiⅡTOC的工作原理是，樣品（固態(tài)、液態(tài)和半固態(tài)等）中的碳在850℃高溫下，被Pt催化劑氧化生成CO2，產(chǎn)生的氣體通過HCl吸收管（除去鹵族元素）和干燥管（除去水分等雜質(zhì)）純化，最終被多通道IR檢測儀識別［2，3］，通過Liqui TOC軟件內(nèi)置的計(jì)算方法，計(jì)算出待分析樣品中的碳含量。

2 差減稱量法的應(yīng)用

在用Elementar LiquiⅡTOC分析固體樣品時(shí)，尤其是植物或者含碳量較高的土壤（如：泥炭土）樣品，由于其碳含量較高所需樣品量很少（一般在2～5mg左右），若用萬分之一天平采用直接稱量法稱樣，由于系統(tǒng)誤差的存在，會導(dǎo)致直接稱量法所得的測量結(jié)果不準(zhǔn)確［4］，此時(shí)就要重新分析，既浪費(fèi)人力，又浪費(fèi)物力和時(shí)間。針對這一情況，在多年的實(shí)踐中一直采用減量法稱樣［5］。具體做法為：先稱量樣品杯重量，記錄杯重，再加合適質(zhì)量的樣品，稱量樣品杯和樣品的重量之和，求二者之差即為樣品的實(shí)際重量。這樣便可以避免由于樣品質(zhì)量誤差所引起的同一樣品重復(fù)間誤差較大的問題，保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，有效地提高了工作效率。

3 儀器的日常維護(hù)

3.1 反應(yīng)器的維護(hù)

3.1.1 降溫控壓，防止反應(yīng)器爆裂

反應(yīng)器（燃燒管）的材質(zhì)是石英（SiO2），在使用過程中它會與鹽酸等發(fā)生反應(yīng)，使其強(qiáng)度降低［1］，在外力作用下迅速冷卻時(shí)更容易破裂。因此，建議在儀器使用過程中將氣壓控制在0.95～1.00MPa之間，同時(shí)在關(guān)機(jī)時(shí)將溫度最好降到室溫，最低也要將溫度降到100℃以下。

3.1.2 每天更換清洗，延長反應(yīng)器使用壽命

反應(yīng)器在使用過程中會與鹽酸等發(fā)生反應(yīng)，在管內(nèi)壁上易形成一些白色無機(jī)鹽［1］，在儀器使用說明書介紹的清洗方法中，將反應(yīng)器垂直放入盛有去離子水或者0.8%的稀鹽酸的燒杯中浸泡3～12h，但水的高度不能浸沒裝填催化劑的高度，利用虹吸原理使蒸餾水進(jìn)入燃燒管，溶解樣品反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的無機(jī)鹽。這個(gè)方法比較耗時(shí)，而且實(shí)驗(yàn)過程中化學(xué)反應(yīng)在石英管裝催化劑的部分進(jìn)行（最劇烈、溫度最高，鹽酸等其它雜質(zhì)與管壁接觸密切，此處管壁損壞的幾率最高），如果長期清洗不上，容易在該處產(chǎn)生裂縫。在多年的操作使用實(shí)踐中，我們摸索出了燃燒管更換清洗的方法，具體為：每天實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將管內(nèi)的催化劑倒出，然后用滴管把20%鹽酸加入管內(nèi)，戴手套按住兩個(gè)進(jìn)出口，上下來回晃動，反復(fù)清洗1～2遍，再分別用自來水、去離子水沖洗3遍，在110℃烘干（2h）或用電吹風(fēng)吹干，用鑷子把催化劑顆粒逐個(gè)裝入管內(nèi)，待下次實(shí)驗(yàn)開始時(shí)再重新安裝燃燒管。樣品管中的附著物（沉淀物）成分均為無機(jī)鹽，與鹽酸起化學(xué)反應(yīng)后，易清洗干凈，減少了對石英玻璃管的腐蝕［1］，對其有很好的保護(hù)作用，使其壽命延長，節(jié)省購買費(fèi)用（5300元／個(gè)原裝）。

3.2 催化劑的使用

反應(yīng)器內(nèi)的Pt催化劑是在高溫（850℃）條件下，將分析樣品內(nèi)的碳氧化為CO2［1］，在使用過程中它會隨著分析樣品數(shù)量的增加呈現(xiàn)出：黑色—灰色—灰白色的顏色變化，在此過程中也會產(chǎn)生一些碎屑，為了避免催化劑在使用過程中產(chǎn)生的碎屑在高溫下，進(jìn)一步破裂粉碎成細(xì)小顆粒堵塞儀器氣路或損壞某些零件這一問題。建議在催化劑呈現(xiàn)灰白色（分析1500個(gè)樣品）時(shí)便及時(shí)更換新的，同時(shí)在每天更換燃燒管時(shí)，將催化劑過2mm篩提出催化劑的碎屑，減少或杜絕因堵塞引起的儀器故障。

3.3 銅屑的活化

HCl吸收管中的銅屑在固態(tài)模式下吸收了固體樣品中的Cl－1等鹵族元素［1］，以及在液態(tài)模式吸收了0.8%鹽酸中的Cl－1和水分生成氯化銅（黑褐色）、氫氧化銅（藍(lán)色）等，使銅屑顏色灰暗無光澤或呈藍(lán)色（少數(shù)），此時(shí)如不及時(shí)更換銅屑，將會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。（1）建議每分析500個(gè)（左右）樣品后就要及時(shí)更換新銅屑；（2）可以將多次替換下的廢舊銅屑收集到一起，用15%鹽酸浸泡（晃動或震蕩，會產(chǎn)生氣泡），待表面光亮如新后，分別先用自來水再用去離子水至少清洗3次，放在多層慮紙上晾干后可重復(fù)利用，這樣節(jié)省了購買銅屑的費(fèi)用（1800元／瓶原裝）。

4 常見故障的排除

4.1 氣路故障

儀器正常運(yùn)行時(shí)，軟件下方的顯示界面如圖1。而當(dāng)顯示界面出現(xiàn)流量（MFC flow，F(xiàn)M flow）過小甚至于為零時(shí)，樣品分析測試不能進(jìn)行，此時(shí)儀器出現(xiàn)了氣路故障，主要有漏氣和氣路堵塞兩種情況。

圖1 Elementar LiquiⅡTOC正常運(yùn)行時(shí)軟件的顯示界面

（1）故障表現(xiàn)

當(dāng)Elementar LiquiⅡTOC出現(xiàn)漏氣和氣路堵塞這兩種故障時(shí)，在軟件顯示界面上沒有明顯差異，均表現(xiàn)為：MFC flow低于正常值，而FM flow高于正常值。

（2）漏氣故障的排除

當(dāng)Elementar LiquiⅡTOC出現(xiàn)的故障是由于漏氣所引起的，可以通過以下步驟排除故障：

首先，檢查固體進(jìn)樣杯是否已經(jīng)送入固體反應(yīng)器內(nèi)，同時(shí)檢查固體反應(yīng)器頂端的水平鐵片是否用螺絲固定，排除這兩點(diǎn)后顯示界面還是沒有恢復(fù)正常。

第二步，檢查氣路上所有的螺母和接口處的墊片，看是否是螺母封閉不嚴(yán)或墊片位置偏離老化產(chǎn)生漏氣。

第三步，如果還不能排除漏氣故障，應(yīng)在TOC和計(jì)算機(jī)均打開的情況下，運(yùn)行Liqui TOC軟件，點(diǎn)擊“Options／Diagnostics／System test”打開儀器氣路圖（圖2），用儀器自帶的檢漏工具（銅球和兩端開口的連接器）按氣路的運(yùn)行方向逐級排查。

圖2 Elementar LiquiⅡTOC氣路圖

（3）氣路堵塞故障的排除

當(dāng)Elementar LiquiⅡTOC出現(xiàn)的故障是由于氣路堵塞所引起的，可以通過以下步驟排除故障：

首先，應(yīng)該考慮是否由于氣路上的電磁閥不工作而引起氣路不通。打開TOC和計(jì)算機(jī)，運(yùn)行Liqui TOC軟件，點(diǎn)擊“Options／Diagnostics／System test”打開儀器氣路圖（圖2），點(diǎn)擊氣路圖上的V1、V4、V3、V2、V6、V9和V5，看儀器上相對應(yīng)的電磁閥能否正常工作。

第二步，如果電磁閥均能正常工作，則應(yīng)該按照排除漏氣的第三步方法，進(jìn)行逐級排查。

4.2 紅外檢測器無法識別

紅外檢測器是TOC儀的核心之一，在它測定CO2后，TOC軟件才能計(jì)算出樣品中的碳含量。然而，在分析樣品時(shí)也會出現(xiàn)紅外檢測器無法識別的故障，具體如圖3所示。

3 Elementar LiquiⅡTOC紅外檢測器故障時(shí)軟件界面上出現(xiàn)的提示

在查閱儀器使用說明書和聯(lián)系廠商工程師的情況下，采取如下步驟排除故障：

第一步，卸載Liqui TOC軟件，重新安裝軟件，再重新啟動TOC儀和計(jì)算機(jī)，若不能恢復(fù)，則進(jìn)行下一步。

第二步，運(yùn)行Liqui TOC軟件，點(diǎn)擊“Options／Diagnostics／System test”打開儀器氣路圖（圖2），點(diǎn)擊氣路圖上的IR，看其能否正常工作，以此來排除紅外檢測器自身的故障。如若紅外檢測器能夠正常工作，則應(yīng)懷疑是儀器主板故障。

第三步，打開儀器頂蓋（專業(yè)人員），檢查與主板連接的線路，接觸是否良好，如若接觸良好，則應(yīng)該考慮是因?yàn)橹靼蹇刂萍t外檢測器的模塊出現(xiàn)故障，應(yīng)考慮更換主板中央的兩個(gè)獨(dú)立小模塊（圖4）。

4 Elementar LiquiⅡTOC主板及需要更換的模塊

5 結(jié)束語

Elementar LiquiⅡTOC的各個(gè)部分只有按既定的設(shè)計(jì)邏輯發(fā)揮其各自的功能，才能完成樣品的分析，作為實(shí)驗(yàn)儀器的管理者只有對儀器進(jìn)行正確的維護(hù)才能保障儀器的正常運(yùn)行。同時(shí)能夠及時(shí)排除出現(xiàn)的故障也顯得越來越重要。

致謝：廠商胡江工程師和西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院蘭曉紀(jì)老師對該儀器的使用、維護(hù)和維修給予了很大幫助，在此一并感謝。

［1］孫萱.Vario TOC cube總有機(jī)碳分析儀的故障分析與維［J］.分析儀器，2014，（4）：104－107.

［2］王志剛.LiquiⅡTOC分析快速分析城市灰塵總碳［J］.廣東微量元素科學(xué)，2009，16（6）：68－70.

［3］田英姿，李友明.TOC（總有機(jī)碳）分析儀測定原理及應(yīng)用［J］.造紙科學(xué)與技術(shù)，2003，22（2）：45－47.

［4］牛俊，周若，高強(qiáng) .直接稱量法的系統(tǒng)誤差來源于處理［J］.中國水土保持，2012，（10）：62－63.

［5］張玉霞，張少慶，王國平 .一種土壤中有機(jī)質(zhì)的測定辦法：中國，102288725，4［P］.2011－12－21.

Maintenance and troubleshooting of total organic carbon analyzer.

Yang Zhen’an，Liu Lili＊，F(xiàn)ei Zha－oxue
（College of Forestry，Northwest A＆F University，Yangling712100，China）

This article introduced the work principle，operation method improvement，daily maintenance and troubleshooting of Elementar LiquiⅡTOC.

total organic carbon analyzer；operation method；maintenance；troubleshooting

10.3936／j.issn.1001－232x.2017.01.019

2016－05－23

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目（2014KTCL02－04）

楊振安，男，1985年出生，在讀博士研究生，主要從事全球變化背景下地下生態(tài)學(xué)的研究，E－mail：yza2765＠126.com。

＊通訊作者：劉莉麗，女，1962年出生，研究生學(xué)歷，高級實(shí)驗(yàn)師，主要從事土壤學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及大型儀器管理與研究工作，E－mail：liuhudie555＠163.com。