温度是气相谱分析的重要操作参数之一。它直接影响着谱柱的选择性，分离度以及检测器的基线稳定性。本文从根本上分析温度如何影响仪器，对采取相应的解决措施提供了理论依据。 标签：温度；气相谱仪；PID
1 引言
温度控制系统是气相谱仪中三大控制系统之一。它和流路控制系统、预操作控制系统一起共同承担了整个气相谱仪的各种控制。温度控制系统的主要功能是对谱仪中柱室、监测器以及气化室的操作温度进行调节和测量。 由于温度控制电路比较复杂，元器件较多，而且有些器件的可靠性差。因此对整个温度控制系统而言，其故障发生率相当大。按温度控制系统出现故障的次数计算，在整个气相谱仪的故障中，温控故障能占到40%以上[1]。
为了及时排除温控系统的多种故障，应该熟悉温控系统的仪器结构，从电路原理上分析故障原因所在。在气相谱仪温控电路的各种方式当中，以采用可控硅为执行元件，连续比例式调节电路的控制形式居多[1]。可靠性和高精度性作为谱仪器发展的重要方面，了解温度影响机理对提高控温精度有着重要的理论意义。
2 温度控制基本理论
温度控制的基本原理就是使用恒温箱散失的热量能及时地由适量的热源来补充。
当供给和散失的热量平衡时，温度就维持在一个恒温点上[2]。根据这一要求，它可以通过不同的方法来实现。在气相谱仪上主要是采用电加热控制法，温度控制系统用于设置、控制和测量进样器、柱箱和检测室等处的温度。宣传帽
仪器内各加热单元由电热丝加热，炉内温度由铂电阻检测送至温控电路中与设定温度比较。如果炉内温度低于设定温度，则温控电路输出信号使电热丝获得加热功率，当供给和失去的热量相等时，即可实现恒温控制结果。
2.1 保温措施
温度参数及温控精度，在气相谱仪技术中占有十分重要的作用，温度参数的选择及温控精度、尤其是谱柱（柱箱）温度的控制精度、柱箱有效空间的温度场均匀性以及程序升温的重复性，都直接影响灵敏度、稳定性、谱组份峰的分离及定性定量分析精度。各加热单元的四壁使用优质保温材料来隔热。常用的保温材料有：玻璃棉或毡，陶瓷纤维或毡，膨胀珍珠岩保温块，石膏玻璃棉复合材料保温块等[2]。为了保证炉膛内温度均匀，普遍采用电风扇，强制空气对流，以消除炉膛内的温度梯度。
书法教学系统保温措施的得当与否，对仪器的性能有着至关重要的关系。对于暴露在空气中的检测器、进样器更是如此。由于气相谱仪特征的要求，流动相必须以气态形式存在于仪器中，所以进样器和检测器都需要保持在一定的温度以上。
保温措施做得比较合理的话，进样器和检测器中的加热棒工作在低电压、低电流的平衡稳定状态，仪器跑出来的基线也很平稳。保温措施做的不好，加热棒的工作电压、工作电流来回振荡，导致温度失衡，导致基线效果不好。
柱箱的体积比较大，为使柱箱在升温或降温的过程中整个箱体内部的温差及时达到平衡的状态，在气相谱仪中，采用风扇电机系统来给谱柱室鼓风。以加强柱室内部热空气的
循环。其鼓风效果对柱室升温快慢，温控精度及柱室温度梯度都有明显的影响。鼓风系统还可用于谱柱箱的迅速降温[1]。
搅拌电机速度的选择。搅拌电机的速度对柱箱内的温度影响甚大，有人认为高速电机能够均匀搅拌柱箱，实际上并非如此。事实证明中速电机是最好的选择。
理由是：电机速度越高，所需工作电流越大，所引起的噪声振动越大，容易形成干扰。风扇电机系统常出现的故障有：风扇不能转动，风扇转动噪声太大以及风扇转动方向相反[1]。风扇电机的方向如果接反，将会减少风扇的排风量。
在一般恒温控制的环境下，此现象无明显的外部异常。风扇电机方向如果接反，对程序升温的效果将有明显影响。通常表现为程控曲线的拖尾滞后现象。风扇电机的正确转动方向应以风罩中鼓风叶片有利于推动空气的方向为准。由于不同谱仪柱箱的鼓风叶片形式不同，因此相应电机的转动方向也各异。
2.2. 圆形柱箱的设计：
气相谱仪的柱箱的温度是使混合物质分离的关键，炉温控制性能水平往往能体现这台仪
圆珠笔尖器的层次和水准。柱箱温度的变动会引起谱柱温度的变化，从而影响柱的选择性和柱效，因此柱箱的温度控制精度要求很高，一般要求在±0.1℃以内。柱温的变化对柱效率、分离度、选择性以及载气的流速都将产生影响。柱温升高，一方面将导致柱效率下降，出峰时间提前；另一方面使载气的流动阻力增大，载气流速减小，在一般情况下，由于使用的流速均高于理论上的最佳流速，所以流速减小将导致柱效率的提高，使出峰时间拖后。由于出峰时间的变化会导致谱峰的宽度变化，所以将会对分析结果产生影响。当被测样品复杂时，还需要程序升温[3]，如果分离是在恒温条件下进行，那么将会造成以下两个后果：[1]某些高沸点的组分不能得到分离或完全分离，在以后的分析中又和载气一起被洗脱出来，从而造成误检。[2]某些低沸点的组分出现峰值的时间非常接近，以至这些峰相互紧挨，而不能很好分离。柱箱控温精度要高，柱箱温度场要均匀一致，对于柱箱形状对箱内温度的影响，从搅拌电机的角度来说，柱箱做成圆形内腔最为合适，那样就可以使柱箱内的温度更加均匀。国内外谱仪的柱箱都是设计制造成传统的方形柱箱，这就必然使提高温控精度和温度场的均匀性受到限制。理想化设计的柱箱应该是圆形的，由于柱箱内需要安装较长的谱柱，圆形内腔容积不够等原因势必增加加工难度，但实践证明完全清除了方形柱箱四角死区，保证了柱箱有效空间温度场的绝对均匀性，大大提高了柱箱控温精度和程序升温重复性。这对于提高定性定量分析精度是十分有效的。
2.3 进样器和检测器
舵角指示器气化温度是保证液体样品瞬间气化的主要条件，它的使用范围为室温～400℃。气化温度选择的原则，一般选在样品的沸点左右或稍高于样品沸点温度，它通常比柱温高50～100℃。气化温度需要恒温控制，控制精度可以在±0.5℃[2]。一般要求进样器和检测器保持在某个温度，不需要程序升温控制。进样器的温度应使液体样品瞬间气化而又不分解。通常选在样品的沸点或稍高于沸点。在操作中许多人常不加石英衬套，该石英衬套对谱行为有很大影响，它除了能提供一个温度均匀的气化室外，更能减少在气化期间样品分解的可能性，而且易于拆换清洗，保持气化室的清洁，避免基流增加；安装时要尽量深地把石英衬套小心推入进样器出口端，并务必把气化管的下端伸进石英衬套；而另一端与检测器相连的部分则不需要留空柱段检测室需要恒温控制，尤其是浓度型检测器，基線的稳定时间基本上决定于该检测室温度达到控制精度的时间，基线的好坏，亦与检测室控温精度有关。检测室恒温控制精度一般在±0.1℃以下。检测室温度的波动影响检测器（火焰离子化检测器除外）的灵敏度或稳定性。为保证柱后流出组分不至于冷凝在检测器上，检测器温度通常比柱温高出数十度。对TCD检测器来说，检测器的温度将对TCD检测器的灵敏度产生影响，当检测器温度升高，热丝的阻值将会增大，桥电流下降，则TCD检测器的灵敏
度就会降低，导致分析结果变小。对氢火焰离子检测器来说，为了防止样品的冷凝，离子室所处检测室温度一般选择在比柱温高50℃。即使柱温较低，也应该保证检测室温度在120℃以上，以防止水蒸气的冷凝或水蒸气在检测器中捕获电子形成负离子，降低检测器灵敏度，影响基线稳定性和分析结果的重复性。一般说来，对于FID这个质量型的检测器，检测室温度的高低对于它的灵敏度及噪声的影响不大。
3 温度控制技术
温控技术首先要有测温和使系统升温、降温的硬件电路。当然良好的温控效果离不开软件的设计。这主要与控制理论的应用有关。目前温度控制领域比较流行也最经典的有两种技术，一种是PID控制，一种是模糊控制。它们各有利弊，结合模糊的PID控制[4]是温控设计中最有效的一种新方法。温度控制采用偏差控制法，偏差控制的原理是先通过A/D电路检测得到温度变化求出实测温度对目标温度的偏差值，然后对偏差值处理而获得控制信号去调节电阻丝的加热功率，以实现对温度的控制。偏差控制又称PID控制。计算机控制是一种采样控制，如果采样周期取得足够小，计算机控制的采样过程与连续过程十分接近，这就使得数字PID控制也可以适用于连续系统。目前，在气相谱仪中，温控部分全部采用
微机控制[4]，其硬件部分由中心控制单元、键盘、显示、温度采样、温控执行等部分组成，各板分别固定在各自的滑道上，检修时可以很方便的拉出。谱炉由电热丝加热，炉内温度由铂电阻检测送至温控电路中与设定温度比较。如果炉内温度低于设定温度，则温控电路输出信号使电热丝获得加热功率，当供给和失去的热量相等时，即可实现恒温控制结果。
4 结束语
本文结合笔者从事气相谱仪开发研究和现场实际，从根本上分析研究了谱仪温度影响机理，对开发高控温精度的仪器有所借鉴。
参考文献：
[1] 吴方迪.谱仪器维护与故障排除.北京：化学工业出版社，2001
tf2o环视制作者[2] 商登喜.气相谱仪的原理及应用.北京：高等教育出版社，1989
[3] 孙传经.气相谱分析原理与技术.北京：化学工业出版社，1979
[4]将忠良，陈秀云.温度的测量与控制.北京：清华大学出版社，2005
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