在氣相色譜分析中，進(jìn)樣時(shí)候常見的樣品形態(tài)為液體或者氣體。實(shí)際樣品（如蔬菜）經(jīng)過溶劑提取、過濾、萃取、濃縮和定容等前處理步驟之后變?yōu)槿芤褐械慕M份成為液體樣品；水質(zhì)中的易揮發(fā)組份（經(jīng)處理后）、大氣和工廠廢氣、天然氣等化工氣體等則作為氣體樣品。樣品形態(tài)和性質(zhì)的不同會(huì)使得其引入進(jìn)樣口的方式不同，催生出多種多樣的樣品引入裝置。

常見的樣品引入裝置包括微量進(jìn)樣器和氣密型進(jìn)樣針、多通閥、頂空進(jìn)樣器、吹掃捕集裝置、熱解吸裝置、固相微萃取等。本節(jié)介紹常用的多通閥，主要為六通閥和十通閥。

本篇為《從氣源到檢測器》專題的第31篇，為《氣相色譜的樣品引入裝置》系列的第3篇，點(diǎn)擊鏈接查看系列的其他內(nèi)容：

第29篇 氣相色譜中的樣品引入裝置概述

第30篇 氣相色譜的樣品引入裝置：微量注射器和氣密型進(jìn)樣針

1 概述

氣相色譜分析中，對于氣體樣品而言，最常用的樣品引入裝置是多通閥。在氣相色譜分析中，常用的多通閥有四通閥、六通閥、八通閥、十通閥和十二通閥等，其中尤以六通閥和十通閥使用的最多。本文將以六通閥為例，介紹多通閥的結(jié)構(gòu)、原理和在進(jìn)樣/樣品引入功能上的使用。另外，本文中所說的六通閥，指具有兩個(gè)切換通路/位置的兩位六通閥。

此外，六通閥在液相色譜、離子色譜中也常作為樣品引入裝置使用。

2 六通閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 六通閥的工作狀態(tài)

氣相色譜中使用的六通閥有兩個(gè)工作狀態(tài)——即載樣狀態(tài)（也稱之為取樣狀態(tài)、，LOAD）和進(jìn)樣狀態(tài)（Inject）。當(dāng)六通閥置于載樣狀態(tài)（LOAD）使，可以將樣品通過一定的方式進(jìn)入到六通閥上的定量環(huán)中；當(dāng)六通閥置于進(jìn)樣狀態(tài)（Inject）時(shí)，六通閥上的定量環(huán)被串入進(jìn)樣氣路中，樣品被帶入儀器系統(tǒng)中進(jìn)樣分析。以常見的平面六通閥為例，下圖展示了六通閥載樣和進(jìn)樣的兩種狀態(tài)：

2.2 六通閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

（1）六通閥的結(jié)構(gòu)

理解狀態(tài)1和狀態(tài)2（載樣和進(jìn)樣）的區(qū)別，則需要對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解。平面六通的結(jié)構(gòu)我們可以將其分為兩部分：定子和轉(zhuǎn)子，見下圖：

定子上的六個(gè)孔與六通閥的六個(gè)氣路接口一一對應(yīng)，即一個(gè)孔對應(yīng)一個(gè)氣路；轉(zhuǎn)子上則刻了三個(gè)槽，將轉(zhuǎn)子放在定子上，定子上相鄰的兩個(gè)孔則通過一個(gè)槽連接相通。使用六通閥時(shí)，切換六通閥，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子上槽連接的兩個(gè)孔發(fā)生變化，則六通閥的連接進(jìn)行以下變換，見下圖：

（2）六通閥的工作原理

氣相色譜中使用六通閥進(jìn)行進(jìn)樣時(shí)候，需要在六通閥上安裝定量環(huán)，用以對需要分析的樣品進(jìn)行體積取樣。常見的定量環(huán)有250μL、500μL和1mL等。

安裝定量環(huán)之后，按照以下方式連接氣路，即可使用六通閥進(jìn)行氣體進(jìn)樣。

即載樣時(shí)候，將定量環(huán)體積5-10倍的樣品通過樣品進(jìn)口進(jìn)入定量環(huán)，一定時(shí)間后樣品充滿定量環(huán)；切換六通閥后，樣品被載氣帶入進(jìn)樣口，從而完成進(jìn)樣。以常見的非甲烷總烴分析為例，六通閥在儀器系統(tǒng)中的位置可見下圖：

一般情況下，六通閥安裝在進(jìn)樣口載氣控制裝置（機(jī)械閥或者EPC）和進(jìn)樣口之間；為了避免進(jìn)樣之后樣品在管路中擴(kuò)散和死體積，一些廠家會(huì)省去進(jìn)樣口將六通閥和色譜柱直接通過管路連接，或者將六通閥安裝在進(jìn)樣口之后。

3 六通閥的驅(qū)動(dòng)和切換控制

在使用六通閥時(shí)候，切換六通閥的兩個(gè)位置有多種方式，主要為手動(dòng)切換，電動(dòng)切換和氣動(dòng)切換。

3.1 手動(dòng)切換

手動(dòng)切換閥使用簡便、價(jià)格低廉，在很多儀器上都有配置。使用時(shí)候只需要扳動(dòng)閥的手柄即可完成進(jìn)樣或返回載樣（取樣狀態(tài)）。同時(shí)，有一些手動(dòng)切換閥上也配置有儀器啟動(dòng)和觸發(fā)裝置（如限位開關(guān)），在扳動(dòng)閥手柄的過程中會(huì)自動(dòng)觸發(fā)氣相色譜或者色譜工作站。

3.2 電動(dòng)切換

電動(dòng)切換指的是使用電機(jī)將電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸與閥桿相連接，通過給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器信號使電機(jī)正向或逆向旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)閥的切換和復(fù)位（取樣狀態(tài)和進(jìn)樣狀態(tài)的切換）。跳過調(diào)整電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度，可以實(shí)現(xiàn)對六通閥、十通閥等不同進(jìn)樣閥的驅(qū)動(dòng)。目前多數(shù)氣相色譜均有外部事件端口可以為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供信號，并可以在儀器面板或工作站軟件上設(shè)置閥切換或者復(fù)位的時(shí)間。

3.2 氣動(dòng)切換

氣動(dòng)切換與電動(dòng)切換類似，不過需要使用氣缸與兩位五通電磁閥結(jié)合，并將氣缸驅(qū)動(dòng)軸與閥桿相連接，通過兩位五通閥的切換帶動(dòng)氣缸切換狀態(tài)來旋轉(zhuǎn)閥桿，從而使閥正向或逆向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)閥的切換和復(fù)位（取樣狀態(tài)和進(jìn)樣狀態(tài)的切換）。簡單的工作過程包括以下幾部分：

3.2.1 氣缸的原理示意

當(dāng)氣缸1或者氣缸2分別進(jìn)氣或者出氣時(shí)候，帶動(dòng)氣缸的驅(qū)動(dòng)軸在垂直方向有一個(gè)運(yùn)動(dòng)距離，再通過傳動(dòng)結(jié)構(gòu)變?yōu)樗狡矫娣较虻霓D(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)閥體轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)閥的切換和復(fù)位（取樣狀態(tài)和進(jìn)樣狀態(tài)的切換）。

3.2.2 兩位五通電磁閥帶動(dòng)氣缸切換狀態(tài)

二位五通電磁閥是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，其通過通電/斷電來切換內(nèi)部活塞的位置，從而形成不同的氣路，從而控制上圖氣缸1或者氣缸2的進(jìn)氣與出氣。

使用兩位五通電磁閥時(shí)候，氣源接在兩位五通閥的1位置，作為進(jìn)氣端；在初始狀態(tài)下1、4連通，2、3排氣或者1、2連通，4、5排氣，從而帶動(dòng)氣缸切換狀態(tài)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)閥（多通閥/六通閥）的切換和復(fù)位。

目前多數(shù)氣相色譜的外部事件端口可以為兩位五通電磁閥提供驅(qū)動(dòng)（供電），并可以在儀器面板或工作站軟件上設(shè)置兩位五通電磁閥切換狀態(tài)（供電/斷電）的時(shí)間——也即是閥（多通閥/六通閥）切換或者復(fù)位的時(shí)間。

4 十通閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

在氣相色譜分析中，十通閥的應(yīng)用也非常的廣泛。十通閥的結(jié)構(gòu)和六通閥類似，區(qū)別是氣路接口變?yōu)槭畟€(gè)；驅(qū)動(dòng)方式也與六通閥類似，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)切換，電動(dòng)切換和氣動(dòng)切換。

在進(jìn)樣/樣品引入功能上，十通閥可以實(shí)現(xiàn)三種模式的進(jìn)樣：一是雙定量環(huán)交替進(jìn)樣；二是雙定量環(huán)同時(shí)進(jìn)樣；其三是單定量環(huán)進(jìn)樣+輔助功能，輔助功能指的是色譜柱反吹、切換色譜柱順序等功能。

（1）雙定量環(huán)交替進(jìn)樣

雙定量環(huán)交替進(jìn)樣指的是十通閥上安裝有兩個(gè)同樣的定量環(huán)，在其中一個(gè)定量環(huán)1串入分析流路時(shí)，另外一個(gè)定量環(huán)2可以同時(shí)采集樣品；當(dāng)閥切換之后，定量環(huán)2及其中的樣品直接串入分析流路。此種使用方法可以節(jié)省樣品采集時(shí)間，同時(shí)降低和減少流路由于閥切換造成的波動(dòng)。

（2）雙定量環(huán)同時(shí)進(jìn)樣

雙定量環(huán)同時(shí)進(jìn)樣指的是十通閥上安裝有兩個(gè)同樣的定量環(huán)，十通閥切換后，裝有樣品的定量環(huán)1和定量環(huán)2被分別串入不同的分析流路中。目前市面上常見的非甲烷總烴儀器常用此種方法。

（3）單定量環(huán)進(jìn)樣+輔助功能

單定量環(huán)進(jìn)樣+輔助功能指的是十通閥上只安裝有一個(gè)定量環(huán)，十通閥切換后，除了定量環(huán)串入分析流路之外，還伴隨有反吹、切換色譜柱順序等某一項(xiàng)功能。下圖展示了十通閥切換前后，定量環(huán)被串入分析流路之中，預(yù)柱中載氣方向發(fā)生了改變，同時(shí)兩支色譜柱也經(jīng)歷了并聯(lián)和串聯(lián)的改變。

5 使用多通閥/六通閥&十通閥進(jìn)樣的小技巧

實(shí)際分析中，常使用玻璃針筒向定量環(huán)中注入樣品。由于定量環(huán)出口直接與大氣相連，且推動(dòng)針筒注入樣品的力度可能不一致，容易造成定量環(huán)中注入的樣品壓力波動(dòng)較大，從而使分析重復(fù)性較差；同時(shí)由于定量環(huán)內(nèi)樣品壓力與氣相系統(tǒng)內(nèi)的壓力不一致，閥切換時(shí)會(huì)因?yàn)閴毫Σ▌?dòng)引起基線較大的波動(dòng)。為了避免以上情況的出現(xiàn)，使用玻璃注射器向定量環(huán)中注入樣品時(shí)候，應(yīng)當(dāng)盡可能的保持緩慢勻速推動(dòng)；有些廠家也會(huì)在定量環(huán)的出口處安裝背壓閥來控制定量環(huán)內(nèi)氣體的壓力，以保證良好的重復(fù)性（點(diǎn)擊鏈接，查看詳細(xì)內(nèi)容：第23篇 電子流量控制裝置的控制模式）。

另外還可以結(jié)合實(shí)際情況，如通過安裝氣體采樣泵以固定流速抽取樣品氣的方式向定量環(huán)中注入樣品，或者為閥體安裝溫度控制系統(tǒng)等方式來改善使用多通閥/六通閥&十通閥進(jìn)樣的效果。

進(jìn)樣/樣品引入是多通閥/六通閥&十通閥的常用功能，在氣相色譜分析中，六通閥和十通閥還具有多種多樣的應(yīng)用場景，其具體內(nèi)容將會(huì)在后期的文章中詳細(xì)介紹。