氬放電檢測(cè)器氣相色譜儀在氬氣分析中的應(yīng)用

王婧 中國(guó)石油吐哈油田公司甲醇廠,新疆 鄯善 838202

氬放電檢測(cè)器氣相色譜儀在氬氣分析中的應(yīng)用

王婧 中國(guó)石油吐哈油田公司甲醇廠,新疆 鄯善 838202

隨著氣體行業(yè)的發(fā)展，尤其是特氣行業(yè)的發(fā)展對(duì)氣體分析儀器的要求更高，在這樣的條件下采用氬放電檢測(cè)器氣相色譜儀分析了氬氣純度。結(jié)果表明，儀器測(cè)量靈敏度、精密度較好。討論了使用中應(yīng)注意的問題。

測(cè)器; 氣相色譜儀; 氬氣; 純度

The purity of argon was analyzed by gas chromatography with argon discharge detector. The results show that the instrument is sensitive and precise. The points that need attention in the application are discussed.

概述

隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，氬氣在半導(dǎo)體、冶金、電子等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣，對(duì)氬氣的純度的要求也越來越高。目前氬氣生產(chǎn)主要包括經(jīng)過空氣分離設(shè)備制造的普通級(jí)的氧氣或電解等方法制造的普通純度的其它種類氣體，甲醇廠生產(chǎn)氬氣利用空氣中氧、氮、氬沸點(diǎn)不同，進(jìn)行分離，再通過精餾純化制得高純氬氣。

為了保證高純氬氣質(zhì)量，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10624-1995中，明確規(guī)定了氬氣的質(zhì)量要求。見表1：

表1 高純氬氣質(zhì)量技術(shù)要求

由于高純氬氣中所含的雜質(zhì)種類較多，且又極其微量，因此，高純氬氣產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)難度較大。目前國(guó)內(nèi)外主要采用高頻氬放電離子氣相色譜儀對(duì)高純氬氣進(jìn)行雜質(zhì)分析。此類型儀器一次進(jìn)樣能分析指標(biāo)要求中除水分外的其它全部雜質(zhì)。檢測(cè)儀器的投資相對(duì)而言也較合理，可滿足工廠生產(chǎn)的檢測(cè)要求。

1 儀器和實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器的工作原理

高頻氬氣放電檢測(cè)器的主體是一石英管，管外施有1500V的高壓，形成100MHz的高頻振蕩磁場(chǎng)。高純氬氣通過注水管后帶著少量的水汽以一定流速經(jīng)過石英管，氬氣分子在石英管內(nèi)受振快速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其平均自由程能超過其電離能時(shí)，氬氣分子被電離，形成離子、電子、中性粒子的混合體等離子體，并放電產(chǎn)生弧光。當(dāng)樣氣中雜質(zhì)成分被色譜柱分離并進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)，弧光強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，變化量與雜質(zhì)含量成正比?；」鈴?qiáng)度被光敏元件（LDR）檢測(cè)并輸出電流信號(hào)。

1.2 儀器的組成和測(cè)定方法

1.2.1 儀器的組成

1.2.1.1 GOW-MAC100HFAD氣相色譜儀

1.2.1.2 載氣純化系統(tǒng)：GC50純化器（0.2L/min）

1.2.1.3 色譜柱：1/8英寸～3米，5A分子篩不銹鋼柱

1.2.1.4 標(biāo)準(zhǔn)氣：5.0ppmCH+H2+O2+N2+COppm/Ar（平衡氣）

1.2.1.5 載氣：高純氬氣（≥99.999%）經(jīng)純化器純化后純度可達(dá)≥99.9999%，載氣的純度應(yīng)該比被測(cè)氣體高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

1.2.2 色譜測(cè)定條件

1.2.2.1 柱溫：80℃，純化器溫度：350～400℃；

1.2.2.2 載氣系統(tǒng)：管路表壓：600KPa；儀器面板表壓：40psi；面板流量：40cc/min

1.2.2.3 ADD檢測(cè)器放電電流：50mA

1.2.2.4 GSV氣動(dòng)閥驅(qū)動(dòng)氣：管路輸出壓力300KPa

1.2.2.5 樣品進(jìn)樣系統(tǒng)：管路表壓：50KPa，面板流量：30ml/min，2ml定量管進(jìn)樣

1.2.2.6 基線零點(diǎn)的設(shè)置：通過調(diào)節(jié)電位器“zero”

1.2.3 分析測(cè)定方法

本方法采用保留時(shí)間定性、外標(biāo)法峰面積定量的分析方法。標(biāo)準(zhǔn)氣體采用重復(fù)進(jìn)樣3次去平均值；樣品氣的檢測(cè)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)高純氣體雜質(zhì)含量采用限度檢查的方法（即各組分雜質(zhì)含量小于標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求時(shí)，判定為合格產(chǎn)品），因此一般重復(fù)進(jìn)樣2次取平均值。

1.2.3.1 分析前的檢查、準(zhǔn)備工作

將系統(tǒng)載氣（≥99.999%氬氣）通過減壓閥和管道及純化器連接到氣相色譜儀的系統(tǒng)，打開色譜儀及工作站，確認(rèn)儀器之間的連接正常。按上述測(cè)定條件進(jìn)行儀器參數(shù)設(shè)定，待系統(tǒng)穩(wěn)定后即可開始測(cè)定。

1.2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)氣測(cè)定

首先取純組分H2、O2、N2、CH4、CO、CO2的樣品分別進(jìn)樣，記錄各組分的保留時(shí)間；然后將以以氬標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)樣分析，通過計(jì)算機(jī)工作站自動(dòng)求出各組分的校正因子(標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度見表2、標(biāo)氣色譜圖見圖1和圖2，各組分的校正因子見表3）。

表2 標(biāo)準(zhǔn)氣體（平衡氣：Ar）

圖1 檢測(cè)H2+O2+N2+CH4+CO(平衡氣：Ar) 標(biāo)準(zhǔn)氣譜圖Fig.1 Chromatogram of standard gas （balanced gas：Ar）of H2+O2+N2+CH4+CO

圖2 檢測(cè)CO2(平衡氣：Ar) 標(biāo)準(zhǔn)氣譜圖Fig.2 Chromatogram of standard gas （balanced gas：Ar）of CO22

1.2.3.3 樣品氣的測(cè)定

將本廠液氬試樣提取到杜瓦瓶中，液體汽化后的樣品在儀器進(jìn)樣口進(jìn)樣，進(jìn)樣條件與標(biāo)氣進(jìn)樣相同。計(jì)算機(jī)工作站根據(jù)峰面積和2.2.3.2中校正因子自動(dòng)求出分析結(jié)果(色譜圖見圖3、圖4，結(jié)果見表4)。

表3 檢測(cè)H2+O2+N2+CH4+CO+CO2 (平衡氣：Ar) 標(biāo)準(zhǔn)氣 分析結(jié)果

圖3 甲醇廠液氬氣相色譜法分析譜圖（測(cè)定H2+O2+N2+CH4+CO）Fig.3 Chromatogram of Ar produced by Methyl Alcohol Factory,TuHa

圖4 甲醇廠液氬氣相色譜法分析譜圖（測(cè)定CO2）Fig.4 Chromatogram of Ar produced by Methyl Alcohol Factory,TuHa

表4 吐哈油田甲醇廠液氬氣相色譜法分析結(jié)果

2 結(jié)果與討論

表5 以 氬 為 底氣的含O2、 C O2、 H2、C H4、 C O、 N2的 混 合 標(biāo) 準(zhǔn) 氣 測(cè) 定 結(jié) 果

2.1 方法的準(zhǔn)確度和精密度試驗(yàn)

為驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性，測(cè)定了人工配制的以氬為底氣的含O2、CO2、H2、CH4、CO、N2的混合標(biāo)準(zhǔn)氣，結(jié)果見表5，由表5可見，該方法的準(zhǔn)確性很好。其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差<1 %，說明該方法精密度好。

2.2 高頻氬放電離子檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一次進(jìn)樣，雜質(zhì)全分析的目的，解決了其它色譜分析中主組分峰掩蓋其它雜質(zhì)峰、分子篩柱氧氬峰難以分離、普通TCD檢測(cè)儀分析微量永久氣體靈敏度低的問題。

2.3 該色譜儀只適合用99.999%以上的氬氣分析，氣體用GC50純化器進(jìn)行純化。

2.4 由于高頻氬放電離子檢測(cè)技術(shù)采用紫外光能激發(fā)，避免采用放射源轟擊分子造成的環(huán)境污染，簡(jiǎn)化了儀器結(jié)構(gòu)、提高了儀器的穩(wěn)定性，該類型檢測(cè)器檢測(cè)限20mmb（以CH4計(jì)），屬于美國(guó)COW-MAC公司專利產(chǎn)品。

2.5 儀器關(guān)機(jī)時(shí)應(yīng)該先關(guān)掉電源，當(dāng)柱溫箱冷卻至常溫時(shí)，方可關(guān)掉載氣。如果條件允許，系統(tǒng)可以一直保留載氣，連續(xù)保持開機(jī)狀態(tài)有利于儀器的穩(wěn)定性。

[1]方華,周朋云，莊鴻濤.氦離子化檢測(cè)器(PDHID)與火焰離子化檢測(cè)器(FID)在高純氣體分析中的性能比較

[2]曾素芳，王非非.AGC氦放電離子化檢測(cè)器(DID)氣相色譜儀在特種氣體分析中的應(yīng)用

[3]江中天.高頻氬放電離子氣相色譜在高純氬氣分析中的應(yīng)用

Analysis of argon by gas chromatography with argon discharge detector

Wang Jing Methyl Alcohol Factory,TuHa Oilfield,XinJiang 838202

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.07.025

王婧，1973，女，甘肅省臨洮人，工程師，有機(jī)化工專業(yè)。