氦離子化氣相色譜在高純H e檢測中的應用

段傳霞

（中科院合肥美科氦業公司，安徽合肥 230031）

1 引言

氣體工業是國民經濟的基礎行業，隨著國民經濟的快速發展，氣體工業特別是高純氣體以及電子用氣體行業也蓬勃發展。高純氣體中微量雜質的分析是生產高純氣體的關鍵環節，原有的熱導等色譜檢測器均無法滿足高純氣體分析的要求。新版氦氣國家標準《G B/T4844—2011純氦、高純氦和超純氦》也規定了氦離子化氣相色譜法為發生質量糾紛時的最終仲裁方法。所以氦離子化氣相色譜將逐漸成為高純氦氣檢測的主力軍。那么，作為一個高純氦生產企業，在實際的高純氦檢測中應使用好氦離子化色譜。

2 氦離子化氣相色譜的原理

2.1 色譜原理

氦離子化氣相色譜采用的是氦離子化檢測器。氦離子化檢測器是一種靈敏度極高的通用型檢測器，對幾乎所有無機和有機化合物均有很高的響應，特別適合高純氣體的分析，是唯一能夠檢測至n g/g(p p b)級的檢測器。氦離子化檢測器（P D H I D）是利用氦中穩定的、低功率脈沖放電作電離源，使被測組份電離產生信號。檢測器分為放電室和電離室，在放電室內的放電電極上施以適當的脈沖電壓，電極之間產生放電，從而獲得一束高能紫外光；另外電極放電將高純氦氣中的H e激發至亞穩態H e*。高能紫外光和亞穩態H e*被引入電離室，兩者或單獨或共同合作，將經色譜柱分離隨載氣進入檢測器的樣品氣中各個組份電離，產生的離子被電離室電極收集，經過放大即得到相應的譜峰信號，譜峰信號的大小與被測成分的濃度呈現良好的線性關系。

2.2 色譜流程

高純氦檢測中的色譜流程如圖1所示。

圖1 高純氦檢測中的色譜流程圖

高壓鋼瓶中5 N（99.999%H e）載氣經過減壓器減壓、穩壓閥穩壓后進入純化器，純化器將載氣中各組分純化至6 N（99.9999%H e），純化后的載氣流經定量管，將待測組分首先帶入色譜柱1，待測氣中的氖、氫、氧+氬、氮這些雜質進行分離，載氣帶著分離后的待測氣進入檢測器，檢測器將各個組分電離后得到相應的譜峰信號，根據譜峰的大小可以計算出各組分的濃度值；重新在量管中取樣，載氣將待測組分帶入色譜柱2，經過色譜分離和檢測器電離，就可得到一氧化碳、二氧化碳和甲烷的濃度值。

3 氦離子化氣相色譜儀的維護

（1）儀器的開關機。為了避免儀器的操作損壞，我們特別重視儀器的開機準備和關機工作。首先要保證整機氣路通暢，開機時先通氣后通電；關機時先斷電降溫再關閉氣源。

（2）該儀器是專用于5 N（99.999%H e）及以上高純氦檢測，如果被測樣品純度過低，則會出現平頭峰，說明相應組份已超過線性范圍，可降低靈敏度予以消除：一是加大放電電流，二是更換更小體積的定量管，可酌情選擇。

（3）載氣至少要求 5 N（99.999%H e）以上的高純氦，載氣在通過儀器配備的純化器凈化后，純度應在6 N以上。載氣純度太差，則可能導致檢測器不能正常工作。

（4）更換載氣時，要仔細、小心操作，防止空氣進入減壓閥、氣路管道、純化器以及儀器檢測器。儀器載氣最好設計為能雙路雙瓶同時供氣，一瓶使用，一瓶備用。當需要更換載氣時，使用“在用”載氣的氣體對另一路管道及減壓閥進行反向吹掃，利用需更換載氣氣瓶的減壓閥來調節吹掃流量，并在不斷氣的情況下更換載氣氣瓶。這樣可以防止空氣帶入，并且對儀器的正常運行無任何影響。

（5）載氣氣路一般均設計了純化器，以便進一步凈化載氣純度（99.9999%H e），純化器為消耗型物品且價格昂貴，必須加熱使用（適當降低吸附能力），當吸附容量達到飽和后不可再生。

（6）純化器的維護是難點之一，一般一旦使用就不可隨意拆卸。如萬不得已必須拆卸時，在不斷載氣的情況下（可適當調低流量），應先斷電停止加熱，待純化溫度降至室溫后，先將出口堵住，后再堵住進口（使用專用封頭，出廠時均附帶）。

純化器失效后，將會在正常進樣時發現在氫的保留時間位置出現一負峰（檢測器對氫的響應靈敏度最高），并隨之越來越大。而其他組份響應對比過去降低（測量標準氣），若切斷純化器電源可發現氫負峰減小，這樣一般均可判斷純化器已失效。

為了盡可能的延長純化器的使用壽命，可在純化器前加一脫氧管，降低純化器的凈化負荷。氣體廠通過如此的改良設計后，取得了較好效果。

（7）氣路要絕對密封。載氣系統及樣品氣和檢測系統要嚴格保證氣密性，定期進行檢查，詳細記錄每日載氣的消耗量。

（8）儀器應安裝于牢固穩定的操作臺上，最好不要靠墻（以便檢修），防震動，防強電磁干擾。儀器所處環境應潔凈、干燥，否則影響儀器使用壽命。

（9）電路“虛接”問題。當儀器未發任何改變、氣路也正常時，就應考慮是否電路“虛接”造成的原因。此時應先將儀器可靠斷電，然后將各電路插口重新“插拔”連接一次（特別是信號傳輸接口及線路），使各連接線可靠、牢固地固定在機箱內側，以便排除是否電路“虛接”。

4 結語

（1）氦離子化色譜儀是目前在國內外普遍使用的高純氦分析儀器。但應該指出，氦離子化氣相色譜儀是一種專門用于微量及痕量氣體成分分析的儀器，專業技術性強，應用技術難度高，因此，在購買儀器時必須保證配套的完整性。

（2）氦離子化色譜儀具有靈敏度高、使用方便、快捷，一次進樣就可檢測出氦氣中五種以上雜質成分含量，具有產品質量最終檢驗及在線監測兩種應用功能。同時，該儀器未采用放射源作為雜質分子電離的激發能源，從根本上消除了放射源對環境及人身的污染、傷害問題，因此可作為高純氦生產企業檢定產品質量的首選儀器之一。

（3）在使用過程中，應由有經驗的專業技術人員進行指導，嚴格按照儀器說明書的要求調整、使用、維護儀器，只有這樣，經過一段時間的實踐、摸索并掌握儀器的運行規律后才能發揮其應有的作用。

[1]G B/T4844—2011，純氦、高純氦和超純氦[S].