氬放電檢測器氣相色譜儀在氬氣分析中的應用

王婧 中國石油吐哈油田公司甲醇廠,新疆 鄯善 838202

氬放電檢測器氣相色譜儀在氬氣分析中的應用

王婧 中國石油吐哈油田公司甲醇廠,新疆 鄯善 838202

隨著氣體行業的發展，尤其是特氣行業的發展對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器氣相色譜儀分析了氬氣純度。結果表明，儀器測量靈敏度、精密度較好。討論了使用中應注意的問題。

測器; 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

隨著工業的飛速發展，氬氣在半導體、冶金、電子等領域應用越來越廣，對氬氣的純度的要求也越來越高。目前氬氣生產主要包括經過空氣分離設備制造的普通級的氧氣或電解等方法制造的普通純度的其它種類氣體，甲醇廠生產氬氣利用空氣中氧、氮、氬沸點不同，進行分離，再通過精餾純化制得高純氬氣。

為了保證高純氬氣質量，在國家標準GB/T10624-1995中，明確規定了氬氣的質量要求。見表1：

表1 高純氬氣質量技術要求

由于高純氬氣中所含的雜質種類較多，且又極其微量，因此，高純氬氣產品的質量檢驗難度較大。目前國內外主要采用高頻氬放電離子氣相色譜儀對高純氬氣進行雜質分析。此類型儀器一次進樣能分析指標要求中除水分外的其它全部雜質。檢測儀器的投資相對而言也較合理，可滿足工廠生產的檢測要求。

1 儀器和實驗

1.1 儀器的工作原理

高頻氬氣放電檢測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。高純氬氣通過注水管后帶著少量的水汽以一定流速經過石英管，氬氣分子在石英管內受振快速運動，當其平均自由程能超過其電離能時，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，并放電產生弧光。當樣氣中雜質成分被色譜柱分離并進入檢測器時，弧光強度會發生變化，變化量與雜質含量成正比。弧光強度被光敏元件（LDR）檢測并輸出電流信號。

1.2 儀器的組成和測定方法

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：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 標準氣：5.0ppmCH+H2+O2+N2+COppm/Ar（平衡氣）

1.2.1.5 載氣：高純氬氣（≥99.999%）經純化器純化后純度可達≥99.9999%，載氣的純度應該比被測氣體高一個數量級。

1.2.2 色譜測定條件

1.2.2.1 柱溫：80℃，純化器溫度：350～400℃；

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

1.2.2.3 ADD檢測器放電電流：50mA

1.2.2.4 GSV氣動閥驅動氣：管路輸出壓力300KPa

1.2.2.5 樣品進樣系統：管路表壓：50KPa，面板流量：30ml/min，2ml定量管進樣

1.2.2.6 基線零點的設置：通過調節電位器“zero”

1.2.3 分析測定方法

本方法采用保留時間定性、外標法峰面積定量的分析方法。標準氣體采用重復進樣3次去平均值；樣品氣的檢測，根據國家標準高純氣體雜質含量采用限度檢查的方法（即各組分雜質含量小于標準指標要求時，判定為合格產品），因此一般重復進樣2次取平均值。

1.2.3.1 分析前的檢查、準備工作

將系統載氣（≥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，打開色譜儀及工作站，確認儀器之間的連接正常。按上述測定條件進行儀器參數設定，待系統穩定后即可開始測定。

1.2.3.2 標準氣測定

首先取純組分H2、O2、N2、CH4、CO、CO2的樣品分別進樣，記錄各組分的保留時間；然后將以以氬標準氣進樣分析，通過計算機工作站自動求出各組分的校正因子(標準氣體的濃度見表2、標氣色譜圖見圖1和圖2，各組分的校正因子見表3）。

表2 標準氣體（平衡氣：Ar）

圖1 檢測H2+O2+N2+CH4+CO(平衡氣：Ar) 標準氣譜圖Fig.1 Chromatogram of standard gas （balanced gas：Ar）of H2+O2+N2+CH4+CO

圖2 檢測CO2(平衡氣：Ar) 標準氣譜圖Fig.2 Chromatogram of standard gas （balanced gas：Ar）of CO22

1.2.3.3 樣品氣的測定

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樣口進樣，進樣條件與標氣進樣相同。計算機工作站根據峰面積和2.2.3.2中校正因子自動求出分析結果(色譜圖見圖3、圖4，結果見表4)。

表3 檢測H2+O2+N2+CH4+CO+CO2 (平衡氣：Ar) 標準氣 分析結果

圖3 甲醇廠液氬氣相色譜法分析譜圖（測定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果

2 結果與討論

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

2.1 方法的準確度和精密度試驗

為驗證方法的準確性，測定了人工配制的以氬為底氣的含O2、CO2、H2、CH4、CO、N2的混合標準氣，結果見表5，由表5可見，該方法的準確性很好。其相對標準偏差<1 %，說明該方法精密度好。

2.2 高頻氬放電離子檢測技術實現了一次進樣，雜質全分析的目的，解決了其它色譜分析中主組分峰掩蓋其它雜質峰、分子篩柱氧氬峰難以分離、普通TCD檢測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純化器進行純化。

2.4 由于高頻氬放電離子檢測技術采用紫外光能激發，避免采用放射源轟擊分子造成的環境污染，簡化了儀器結構、提高了儀器的穩定性，該類型檢測器檢測限20mmb（以CH4計），屬于美國COW-MAC公司專利產品。

2.5 儀器關機時應該先關掉電源，當柱溫箱冷卻至常溫時，方可關掉載氣。如果條件允許，系統可以一直保留載氣，連續保持開機狀態有利于儀器的穩定性。

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

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

[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，有機化工專業。