一次進(jìn)樣分析氧氣中碳、硫化物和質(zhì)量數(shù)豐度值與比值

潘　旭

(中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心，蘭州 730000)

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一次進(jìn)樣分析氧氣中碳、硫化物和質(zhì)量數(shù)豐度值與比值

潘旭

(中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心，蘭州 730000)

摘要：建立了一次進(jìn)樣分析氧氣中的碳、硫化物信號(hào)和質(zhì)量數(shù)豐度值與比值的方法，并可獲知單位氧氣內(nèi)不同質(zhì)量數(shù)的分子、原子分布16O≈0.56%；17O≈0.15%；32O2≈87.16%；33O2≈11.05%；34O2≈0.47%；35O2≈0.06%；48O2≈0.03%。

關(guān)鍵詞：氧氣氣相色譜(GC)質(zhì)量檢測器(MSD)火焰電離檢測器(FID)火焰光度檢測器(FPD)

在前期的實(shí)驗(yàn)方法〔1〕中對(duì)氬氣進(jìn)行了研究探討，那么氧氣在該方法上有何表現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)對(duì)氧氣使用該方法進(jìn)行了研究。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器

TRACE GC ULTRA氣相色譜儀，配有 FPD、FID和MSD檢測器以及配套使用的色譜、質(zhì)譜工作站(美國Thermo公司)。

1.2氣相色譜、質(zhì)譜條件

色譜柱:5A分子篩柱(Φ3mm×2.4m)；載氣：He、H2；輔助氣：Air、H2；柱溫：恒溫 40℃；進(jìn)樣口溫度: 130℃;甲烷轉(zhuǎn)化器溫度:380℃；FID檢測器溫度:250℃；FPD檢測器溫度：300℃;MSD檢測器溫度:250℃;柱流速:30～40mL/min; 進(jìn)樣量：0.1mL; 進(jìn)樣方式: 六通閥編程自動(dòng)或手動(dòng);MSD傳輸線溫度:250℃;MSD離子源溫度:250℃;MSD離子化方式:EI；離子化能:70eV。

1.3樣品：

鋼瓶氧(99.9%)

2結(jié)果與討論

圖1　GC-MSD-Ni+FID-FPD同時(shí)分析氧氣色譜圖

2.1按上述設(shè)備條件,注入0.1mL鋼瓶氧,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1.從圖1 MSD離子流圖可看出主要成分為氧氣(O2)，還有一點(diǎn)氮?dú)?N2)；Ni-FID碳化物色譜圖中可看出氧氣峰中含有碳化物，在保留時(shí)間1.89min處還有微量甲烷；FPD硫化物色譜圖中氧氣峰中含有硫化物信號(hào)。說明從分子篩柱餾出的是含有碳、硫化物的氧氣峰而不是純氧分子峰。

2.2氧氣內(nèi)質(zhì)量數(shù)分布

氧氣內(nèi)的質(zhì)量數(shù)分布:設(shè)定掃描范圍2～1000 amu,檢測結(jié)果扣除本底，見圖2、表1。

圖2　 MSD分析氧氣質(zhì)量數(shù)掃描2～1000amu色-質(zhì)譜圖

質(zhì)量數(shù) 豐度%質(zhì)量數(shù) 豐度%質(zhì)量數(shù) 豐度%質(zhì)量數(shù) 豐度%質(zhì)量數(shù) 豐度%169401970.548117960124179020555049010020121090.0182254701251910207322049520274923083645501266329020943605081303215197504687.5984339012776190214315052530403318116940910.478620830128404000.02215123305634700348280480.4887196201296003021613400566263035937460.058832990130348602173030575320036417208981340131102193810582372038255091346101323740220303058310404948070.299230901372630221305932610413044500.18959730139134302268840599312044408700.029640701404750227462061026104755609823200141499902286460613351048447390.0399218801425678023042307181004984501003779014449023329307233670502205010140400149127002374880730114051210801026218015097120.0123937507343010582269010320370151150240.012434807541780

續(xù)表1

從圖2、表1可看出氧氣的質(zhì)量數(shù)2～1000amu的掃描，在質(zhì)量數(shù)(Mass)二位數(shù)至三位數(shù)均有表達(dá)，而總豐度(Intensity)值達(dá)99.99%的質(zhì)量數(shù)均在210以下。說明從分子篩柱餾出的氧氣峰包含有眾多質(zhì)量數(shù)(Mass)在二位數(shù)至三位數(shù)的原子、分子。

2.3重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)

設(shè)定氧氣質(zhì)量數(shù)掃描范圍2～210amu,做10個(gè)同一氧氣樣品重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)，檢測結(jié)果扣除本底，見圖3、表2、表3、表4。

圖3　MSD分析氧氣質(zhì)量數(shù)掃描2～210amu色-質(zhì)譜圖

質(zhì)里數(shù)12345678910平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD(%)1617764471819638184585618053181755758173637017692551768970175057917262821775447.337762.62.131748607445653145539745097942383748072643544343434443673940747044675424356.085.45201933728585222832690322578143551643018613226892301921479.24405.1820.5132262196351261232826255458598249744006258872412254180976249443127251647956244094528239024196252589497.67395968.92.93333282533531602255315579743045522731559328320440443053897630593747297512092881926230974735.71173401.83.7934135908013651371305022136319313150941288547133457113503751297478012440101322250.939488.182.9935166183157860162889154970161900159695152862154231155134144878157060.26058.243.863647343910409741403789126629474206290334833547.5981.4727.6740463793737871624720717017652164433965628707573158613039710204615463.8101992.2416.5741288744435753357491404430374943252348319219336826350030394630351441.455151.07215.69448194380201683646655170725847816000065984640554665868926.211377.6616.51489150693762987059138396061869799298597257885468926492644.83862.254.176329903904291222791264120531192037175415832304.7897.4138.946422783248310324596933821143201586416481783.31003.7656.2982192480484491013811211110518336481831084.3531.248.9986267561302561791413380527141325199.0561.25871215682775627253950801965438354706299.4942.42882016170325471574677206211321994172213891681.6528.4831.438942483906352929592146375922313322327816883106.6839.6627.03981442431130714907541063712948690491932.8382.04640.9699795403116353529761318352773707583.6321.455.071007231402194888459311011147798112811591088.3387.6535.6210125383453310722481954222619711656181828552382.6592.5724.8710225815915519439382748319225883052242425183415.1223.8835.841031170136187313344322230952848164612461209.2493.06640.781058473595345635205699962004599700246949285461.62037.237.310662107170358257324028576254832684378613624579.91788.4239.051137287086835602801271642455538348621.3273.8244.0711476246873731817421611144097485380.8240.6863.21151890510998150831123410934193381270915674140971359114256.33051.01121.4116133677479103057307615013820685610586881377899247.22693.8429.131203074165684412123368235116175298.5223.5774.912623454223401334522320195035492484282526922985.3775.3925.9712725637487532151454325328145324685297143064461.61401.4631.411282455152917433814974438561305304080435890360433883139125.28370.3121.39129297565594446617040121874471529023033333440021495.2737.361309785946577602276725595905961290692.3280.6340.54139384406995738210610240417337776511.3257.3650.33

續(xù)表2

從圖3、表2看出在氧氣質(zhì)量數(shù)2～210amu的掃描，可看出不同質(zhì)量數(shù)的分子、原子分布，通過表2中各個(gè)質(zhì)量數(shù)豐度相互比值的重現(xiàn)性計(jì)算、歸納統(tǒng)計(jì),相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD(%)≤ 5%的質(zhì)量數(shù)豐度比值見表3，從表3確定可使用的質(zhì)量數(shù)見表4。

表3　質(zhì)量選擇檢測器(MSD)分析10個(gè)氧氣樣品質(zhì)量數(shù)掃描2～210amu豐度比值重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)表

表3說明氧氣可使用的質(zhì)量數(shù)豐度比值有19個(gè)：32O2/16O≈142.29；33O2/16O≈17.45；34O2/16O≈0.75；35O2/16O≈0.089；48O2/16O≈0.052；32O2/17O≈566.36；33O2/17O≈69.41；34O2/17O≈2.97；35O2/17O≈0.36；33O2/32O2≈0.12；34O2/32O2≈0.0053；35O2/32O2≈0.00062；48O2/32O2≈0.00037；34O2/33O2≈0.043；35O2/33O2≈0.0051；48O2/33O2≈0.003；35O2/34O2≈0.12；48O2/34O2≈0.07；48O2/35O2≈0.59，同時(shí)列出氧氣內(nèi)可使用的質(zhì)量數(shù)見表4。

表4　氧 氣 內(nèi) 可 使 用 的 質(zhì) 量 數(shù)

通過表4可看出單位氧氣內(nèi)的16O≈0.56%；17O≈0.15%；32O2≈87.16%；33O2≈11.05%；34O2≈0.47%；35O2≈0.06%；48O2≈0.03%。

3結(jié)論

(1)該方法通過Ni+FID、FPD驗(yàn)證氧氣含有碳、硫化物信號(hào)。

(2)質(zhì)譜圖和質(zhì)量數(shù)豐度表可呈現(xiàn)氧氣內(nèi)不同質(zhì)量數(shù)豐度的分子、原子。

(3)單位氧氣內(nèi)含有16O≈0.56%；17O≈0.15%；32O2≈87.16%；33O2≈11.05%；34O2≈0.47%；35O2≈0.06%；48O2≈0.03%。

(4)分子篩柱餾出的氧氣峰是質(zhì)量數(shù)16O≈0.56%；17O≈0.15%；32O2≈87.16%；33O2≈11.05%；34O2≈0.47%；35O2≈0.06%；48O2≈0.03%為主的含有碳、硫元素的氧氣(O2)而不是僅有分子量：32.00的純氧氣(O2)。

(5)氧氣可使用的質(zhì)量數(shù)豐度比值：32O2/16O≈142.29；33O2/16O≈17.45；34O2/16O≈0.75；35O2/16O≈0.089；48O2/16O≈0.052；32O2/17O≈566.36；33O2/17O≈69.41；34O2/17O≈2.97；35O2/17O≈0.36；33O2/32O2≈0.12；34O2/32O2≈0.0053；35O2/32O2≈0.00062；48O2/32O2≈0.00037；34O2/33O2≈0.043；35O2/33O2≈0.0051；48O2/33O2≈0.003；35O2/34O2≈0.12；48O2/34O2≈0.07；48O2/35O2≈0.59。

參考文獻(xiàn)

[1] 潘旭 . 分析儀器，2015，(3):76-80.

One sample analysis of oxygen gas carbon，sulphur and mass number abundance value with the ratio.PanXu

(KeyLaboratoryofPetroleumResourcesResearch，InstituteofGeologyandGeophysics，ChineseAcademyofSciences,Lanzhou730000，China)

Abstract：This method can detect the oxygen gas carbon and sulphur signal and the mass number abundance value and ratio，you can also learn the distribution of different mass number of molecules，atoms in per unit oxygen gas,16O≈0.56%；32O2≈87.16%；33O2≈11.05%；34O2≈0.47%；35O2≈0.06%；48O2≈0.03%。

Key words:oxygen gas;gas chromatography (GC);mass detector (MSD);flame ionization detector (FID);flame photometric detector (FPD)

收稿日期：2015-06-09

DOI:10.3936/j.issn.1001-232x.2016.01.013

作者簡介：潘旭，男，大學(xué)學(xué)歷，高級(jí)工程師，E-mail：panxu201410@163.com。