Thermo Scientific 的 FlashSmart Elemental Analyzer(以下简称“FlashSmart”)是一款基于改良 Dumas 法(flash combustion)设计的有机元素分析仪,适用于碳(C)、氢(H)、氮(N)、硫(S)、氧(O)五种元素(CHNS/O)或其子组合的测定。
在 CHN/CHNS 模式下,样品通过高温燃烧生成气体,经载气(如 He 或 Ar)携带,通过色谱分离并由热导检测器(TCD)检测。
在含氧测定(比如 CHN/O 或 CHNS/O)模式下,氧含量通过热解(pyrolysis)来分析。
仪器具备高度模块化设计:可根据样品类型与检测需求选择单通道或双通道、不同的进样器、不同反应器组合。
仪器配备自动化软件控制(如 EagerSmart 数据处理软件),能够实现自动进样、自动计算、自动报告生成,提高实验室通量与效率。
了解这些基本背景以后,下面详细介绍具体操作步骤。按照“预备 → 安装调试 → 仪器启动 → 样品前处理 → 样品称量与装样 → 方法设置 → 运行分析 → 数据处理 → 仪器维护”9大步骤展开。
在正式操作前,需要完成一系列预备工作,以确保仪器安全、气体连接正确、环境条件合适。
仪器应放置于通风良好的室内实验室,避免户外或未通风的环境。
检查仪器周围空间,保证仪器前后左右有足够操作空间,避免影响气体管道、通风口、进样器等。
确保电源、地线、安全保护设备齐全。仪器额定功率约 1400 VA,220–230 V 50/60 Hz。
根据仪器配置,确认所需载气(如 He、Ar)和燃烧/氧化气(O₂)、惰性气(N₂)等气源是否准备齐全,并且气体纯度一般要求为 99.99%(色谱气级)或更高。
检查气瓶连接、减压阀、压力表等是否安装正确。确保气瓶总压力、安全阀等符合要求。
进行气体泄漏测试:打开气瓶主阀后将其关闭,观察压力表移动或使用肥皂水检测接头是否冒泡。若压力下降或冒泡则说明有漏。
确认仪器内部没有杂物、冒灰或未拆卸的保护部件。
检查炉体、反应器、样品槽是否已关闭保护门。高温炉运行时,前门或炉盖不得在运行中打开。
在通电前应确认系统没有未关闭的气体开关、没有暴露的高压管道。
如果是第一次安装或搬迁后使用,需要认真完成安装、连接与调试流程。以下是典型流程:
将仪器放置在稳定且水平的实验台上,避免震动或倾斜。
确保仪器四个脚或底部支撑稳固。
将气体连接按照说明书接入仪器后面板对应接口:包括载气入口、氧气入口、惰性气入口等。参考仪器说明手册中连接面板章节。
根据样品类型选择合适的自动进样器:例如固体样品使用 MAS Plus;液体样品使用 AI 1310/AS 1310。
安装 MAS Plus 进样器:将其放置在仪器左通道或右通道的连接螺母上,锁紧;然后连接载气与参考气线路。
安装液体进样器:将 AI/AS 装置固定在仪器顶部面板支架上,安装注射器、样品盘、并连接通信及气体线路。
检查进样器是否固定牢靠、运转部件是否卡滞。
在配备电脑上安装 EagerSmart 数据处理软件,按说明书完成安装。
连接电脑与仪器的 RS-232 串口或 USB 转 RS-232 延伸线,并在软件中设置仪器通讯端口。
在软件中定义仪器配置、通道参数、样品编号体系、方法模板等。
打开仪器电源,等待系统自检完毕。
启动炉体加热至工作温度(例如 1100 ℃上限)并保持稳定。
运行空白样(无样或已知空白锡箔)进行背景检测,确认信号稳定。
根据说明书执行校准流程(如外校标准样品进样、响应系数确认)。
正确的样品前处理是获得准确结果的关键。以下为通用步骤,用户根据具体样品类型(固体、液体、粉末、油类等)可能有所调整。
对于固体样品:如粉末、片材等,应进行研磨、混匀、油脂去除、干燥(通常 105 ℃ 数小时)以除去水分或挥发物。
对于液体样品:如果是油脂、润滑剂可能需要去除挥发分或预处理;如果是溶液,可能需要冻干或转成固体。
对于氧分析中需要的前处理:某些样品需酸化或烘干、去除水分和杂质。
称样器一般使用锡箔或镍/铝合金坩埚,根据样品类型选用。
在分析前精准称量样品质量。根据样品性质选择合适质量范围(通常 mg 级别,具体根据方法而定)。
样品可封装在锡箔中、焊封或用真空封装,以防挥发损失。
将样品置入对应进样盘位,记录样品编号。
在正式分析序列中加入标准样(有已知元素含量)、空白样和重复样,以便结果校正与质量控制。
标定过程建议每批至少包括一个标准与一个空白,以便监控漂移与基线变化。
在 EagerSmart 软件或仪器控制软件中进行方法设定,确保分析参数与样品类型匹配。
选择分析类型:如 CHN、CHNS、CHN/O、CHNS/O、N/Protein 等。不同配置对应不同反应器、色谱柱、载气。
设置载气种类与流速(如 He 或 Ar)及氧气压力。手册建议:He 或 Ar 典型压力约 2.5 bar,氧气约 2.5-3 bar;最大允许气压为 7 bar。
设置炉温、反应器类型、色谱柱温度(通常恒温或程序升温)、TCD 检测条件。
设置样品进样时间、响应采集时间、气体切换时间、死时间等。
在软件中创建样品序列:输入样品编号、类型(样品/标准/重复/空白)、质量、进样盘位。
确定批次顺序,一般建议先运行空白–标准样–样品–重复;或空白–样品–空白校验。
根据标准样数据,软件会计算响应系数(响应信号与元素质量的比例)。确认拟合良好(R² ≥ 0.999 或按照方法要求)。
保存校准结果并链接至方法模板。若更换反应器或色谱柱,应重新校准。
在所有前处理与设置完成后,即可进入运行分析阶段。
确保炉体已稳定在工作温度,载气、氧气压力正常,软件显示“Ready”或类似状态。
将样品托盘插入自动进样器或人工进样器按序号装载。确保编号与软件中一致。
关闭仪器门并确认气体线路密封。
在软件界面点击 “Start Sequence”或 “Run”开始样品批次分析。
仪器将按照设定顺序逐一进样、燃烧、气体分离、检测并记录数据。
在运行期间可监控前一个样品的信号峰形、基线稳定情况、载气压力变化等。若发现异常(如基线漂移、反应不完全、峰拖尾严重等)应立即暂停。
若批次中需氧测定(O分析),仪器可能自动切换至热解通道。
分析完成后,软件会自动生成含各元素含量、样品质量、峰形、响应系数、校准状态等信息的报告。
核查报告中是否存在异常警告(如信号偏低、重复性差、样品超量程或低于检测限)。如有,应单独复测或废弃数据。
正确的数据处理和结果校核是保证分析质量的重要步骤。
将报告导出为 PDF、Excel 或 CSV 等格式,按实验室管理制度保存。
将标准样、空白样、重复样数据与样品一起归档,并记录批次号、操作人、仪器状态、校准日期等。
检查标准样与结果的偏差(应在方法规定的容差范围内,例如 ±2% 或 ±0.2 %abs)。
检查重复样的相对标准偏差(RSD)是否满足要求(如 RSD < 1% 或根据标准方法设定)。
检查空白样背景是否在正常范围,若空白偏高说明可能有载气杂质或系统污染。
检查样品含量是否在校准曲线范围内,若超出范围,应重新称量或使用稀释/浓缩处理。
若样品含量低于检测限或超出校准范围,应在报告中注明并建议重新分析。
整理报告内容,包括样品编号、元素含量、质量、检测日期、操作员、仪器编号、校准状态等。
按照实验室标准编写最终检测报告并提交或存档。
为保证长期稳定运行,需按规定执行日常保养、定期维护和故障排查。
每批运行结束后建议启动清洁程序或炉体备用模式,避免长时间空运行。
每天检查载气、氧气压力是否正常,检查气瓶剩余气量是否充足。
检查进样器(MAS Plus 或 AI/AS)是否有样品残留、夹具是否松动、是否需清洁。
检查炉膛、反应器、色谱柱入口是否有灰尘或杂物。
按照使用说明,定期更换反应器填充物(催化剂、还原铜等)、定期更换吸附过滤器、色谱柱等。
检查 TCD 检测器性能、响应是否衰减。可通过标准样检测确认。
清洁自动进样盘槽、滚筒、承载平台,确保机械部件顺畅。
每月至少进行一次气体泄漏测试,重点关注高压连接器、管路、减压器。
若基线波动大或噪声高:检查载气纯度、流速稳定性、色谱柱状态、TCD 温度稳定性。
若样品响应偏低或信号拖尾:可能燃烧不完全、反应器催化剂失效、炉温不足、气路阻塞。
若氧分析结果异常:检查热解通道、氧气纯度、密封情况。
若系统提示气压异常或无法进样:检查气瓶阀门、减压器、管路是否堵塞。
操作过程中必须重视安全、遵循规范。
严格按照 MSDS (化学品安全技术说明书)操作所有样品及气体。
使用 H₂ 时危险性更高(尤其当仪器联用 FPD 检测硫时会用到 H₂/空气)——需保证通风、避免积氢。
高温炉工作时切勿开启保护门,避免烫伤。炉膛温度可达 1100 ℃ 或更高。气瓶安装应符合当地法规、确保固定稳固、防倾倒、防泄漏。
样品装载后应确保进样器门关闭、气路密封,避免载气或氧气泄漏导致人员窒息或爆炸。
操作人员应做好记录、遵守实验室管理制度;每次操作结束后关闭气源(若长时间不使用)、切换到惰性气节省载气。
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