氣相色譜儀的PLC調(diào)零方法研究

田效梅，曹乃文，宋祥坤

(中昊光明化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧 大連 116031)

1 前 言

在氣相色譜儀的使用過程中，常常會(huì)存在零點(diǎn)漂移的現(xiàn)象，對測試結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。為減小這種影響，傳統(tǒng)儀器中一般使用電位器進(jìn)行調(diào)零，通過人工的手動(dòng)操作來調(diào)節(jié)基線至零點(diǎn)。這種方式存在著精度低、誤差大、操作不便等缺點(diǎn)[1]。而多組分物質(zhì)在不同色譜柱間切換時(shí)，表現(xiàn)出的基線差異往往很大，這使得所有曲線在同一張譜圖中很難完美呈現(xiàn)。因此，一種新型的可自動(dòng)控制的調(diào)零方法的研究有著重要的實(shí)際意義。

PLC，又被稱為可編輯邏輯控制器，由于其編程容易、可靠性高而被廣泛應(yīng)用。本文介紹了一種全新的氣相色譜儀自動(dòng)調(diào)零方法。通過編程手段，利用PLC控制器編輯程序，在滿足標(biāo)準(zhǔn)氣體在色譜柱間自動(dòng)切換的同時(shí)，氣相色譜儀的基線自動(dòng)調(diào)零，使儀器的調(diào)零電路與PLC控制器互通。通過改變算法、改變調(diào)零啟用的時(shí)間，使色譜儀的應(yīng)用更加方便、快捷。

2 實(shí)驗(yàn)儀器及條件

2.1 標(biāo)準(zhǔn)氣體

以氦氣為平衡氣的氫氣、氧氣、氮?dú)?、甲烷體積分?jǐn)?shù)皆為3.00×10-6、一氧化碳體積分?jǐn)?shù)為2.95×10-6，中昊光明化工研究設(shè)計(jì)院有限公司生產(chǎn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

氣相色譜儀由中昊光明化工研究設(shè)計(jì)院有限公司生產(chǎn)；配有的DID檢測器及氦氣純化器由Valco Instruments Co., Inc.生產(chǎn)。

2.3 實(shí)驗(yàn)條件

載氣：高純氦氣，He≥99.999%；色譜柱：5A分子篩色譜柱1 m×1/8＂；porapak Q色譜柱3 m×1/8＂；色譜柱溫度：50℃。

2.4 儀器氣路圖

通過十通閥與四通閥的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)樣品的切入和切出以及兩種色譜柱的選擇。圖1展示了完整的氣路工作流程。載氣高純氦在進(jìn)入到系統(tǒng)前必須要經(jīng)過純化器，以去除一些水蒸氣和永久性氣體雜質(zhì)。樣品氣進(jìn)入到十通閥的定量管中，根據(jù)測試需要選擇合適的色譜柱，同時(shí)四通閥決定了流經(jīng)哪個(gè)色譜柱的氣體可以進(jìn)入到DID檢測器中。利用兩類閥的同時(shí)動(dòng)作即可根據(jù)需要在同一臺(tái)儀器中實(shí)現(xiàn)對不同氣體的檢測。

圖1 儀器氣路工作流程圖

3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

通過PLC編輯簡單程序?qū)崿F(xiàn)氣相色譜儀的自動(dòng)調(diào)零，同時(shí)控制系統(tǒng)中色譜柱間的切換以及樣品氣的自動(dòng)切入與切出。

3.1 未設(shè)置調(diào)零程序

在未編輯調(diào)零程序的前提下，編輯PLC程序以實(shí)現(xiàn)色譜柱的自由切換和樣品氣的切入切出。第一步，編輯5A分子篩色譜柱(或porapak Q色譜柱)取樣程序；第二步，設(shè)置單次進(jìn)樣程序，確保進(jìn)樣的同時(shí)色譜工作站開始記錄，以減小時(shí)間誤差；第三步，設(shè)置進(jìn)樣停止程序。此時(shí)通入上述標(biāo)準(zhǔn)氣體，在經(jīng)過的色譜柱為5A分子篩時(shí)，得到譜圖如圖2；在經(jīng)過的色譜柱為porapak Q時(shí)，得到譜圖如圖3。圖2中，出峰順序依次為氫氣、氧氣、氮?dú)夂图淄椤４藭r(shí)默認(rèn)基線位置為123 mV。圖3中，出峰順序依次為氫氣與氧氣及氮?dú)獾暮戏濉⒁谎趸己图淄?，此時(shí)默認(rèn)基線位置-7 mV。二者基線位置差異較大。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)氣在5A分子篩色譜柱出峰譜圖(未設(shè)置調(diào)零程序)

圖3 標(biāo)準(zhǔn)氣在porapak Q色譜柱出峰譜圖(未設(shè)置調(diào)零程序)

將上述兩個(gè)程序編輯合成一體，5A分子篩色譜柱進(jìn)樣完成后根據(jù)其出峰時(shí)間設(shè)置自動(dòng)切換porapak Q色譜柱的時(shí)間，保證能夠不間斷地切換到porapak Q色譜柱進(jìn)行取樣和進(jìn)樣分析，得到譜圖如圖4所示?？梢钥闯鲈谇袚Q色譜柱后，基線陡然下降，最終造成基線位置差異過大、峰型比例不協(xié)調(diào)，給分析帶來一定困難。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)氣在5A分子篩和porapak Q色譜柱出峰譜圖(未設(shè)置調(diào)零程序)

3.2 設(shè)置調(diào)零程序

將儀器電路中的調(diào)零接口與PLC端口對接，設(shè)置兩種色譜柱的調(diào)零程序。同時(shí)設(shè)置色譜柱之間切換的時(shí)間。如圖5可以看出，單次進(jìn)樣后，在5A分子篩色譜柱上進(jìn)行分析時(shí)，基線自動(dòng)歸至零點(diǎn)，分析完成切換色譜柱后也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)零。相較于譜圖4來說，圖5將前后兩次進(jìn)樣的譜圖基線調(diào)節(jié)至同一位置處。這也證明，無論基線如何波動(dòng)，都將被調(diào)節(jié)至零點(diǎn)，多次進(jìn)樣的兩個(gè)譜圖能夠在一張圖譜上體現(xiàn)，使所得到的氣相色譜圖更加清晰明了，更直觀地體現(xiàn)了在不同色譜柱中多組分的分析結(jié)果。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)氣在5A分子篩和porapak Q色譜柱出峰譜圖(設(shè)置調(diào)零程序)

4 結(jié) 論

引入PLC編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)儀器的自動(dòng)調(diào)零，使得儀器調(diào)零更便捷精確。針對多次連續(xù)進(jìn)樣時(shí)，保證各次譜圖的基線位置相同，避免各個(gè)譜圖間由于基線位置差異過大對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。本研究對氣相色譜儀的分析使用具有實(shí)際意義。