一次進樣分析氬氣中碳、硫化物和質量數豐度值與比值

潘 旭

(中國科學院地質與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心，蘭州 730000)

?

一次進樣分析氬氣中碳、硫化物和質量數豐度值與比值

潘 旭

(中國科學院地質與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心，蘭州 730000)

建立了一次進樣分析氬氣中的碳、硫化物信號和質量數豐度值與比值的方法，并可獲知單位氬氣內不同質量數的分子、原子分布20，Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%。

氬氣；氣相色譜(GC)；質量檢測器(MSD)；火焰電離檢測器(FID)；火焰光度檢測器(FPD)

上世紀90年代，在分析大氣中CO、CH4、CO2時，發現采用多孔高聚物小球柱分離，甲烷轉換器(Ni)將碳化物加氫轉換為甲烷送至FID檢測，在CO、CH4前有一個數幾十倍于大氣甲烷濃度的未知碳化物峰〔1〕。能在大氣中CO、CH4前出峰僅有氬、氧、氮，故此選擇氬氣作為實驗對象。為此設計組裝了一套由MSD-FID-FPD三檢測器同時檢測的測量系統(見表1、圖1)。用以觀測氬氣在上述三檢測器上的表現，同時對氬氣進行研究。

表1 檢測器功能原理表

圖1 一次進樣分析鋼瓶氬氣的碳、硫化物和質量數豐度值與比值示意圖

1 實驗部分

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、質譜工作站(美國Thermo公司)。

1.2 氣相色譜、質譜條件

色譜柱:用5A分子篩柱(Φ3mm×2.4m)；載氣：He、H2；輔助氣：Air、H2；柱溫：恒溫 40℃；進樣口溫度: 130℃;甲烷轉化器溫度: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; 進樣量：0.2mL; 進樣方式: 六通閥編程自動或手動;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

鋼瓶氬(99.9%)

2 結果與討論

2.1 實驗結果

按上述設備條件,注入0.2mL鋼瓶氬,實驗結果見圖2。

從圖2 MSD離子流圖可看出主要成分為氬氣(Ar)，還有一點氮(N2)；Ni-FID碳化物色譜圖中可看出氬氣峰中含有碳化物；FPD硫化物色譜圖中氬氣峰中含有硫化物信號。說明從分子篩柱餾出的是含有碳、硫化物的氬氣峰而不是純氬分子峰。

2.2 氬氣內質量數分布

了解氬氣內的質量數分布:設定掃描范圍2～1000 amu,檢測結果扣除本底，見圖3、表2。

表2 質量選擇檢測器(MSD)分析氬氣質量數掃描2～1000amu豐度表

從圖3、表2可看出氬氣的質量數2～1000amu的掃描，在質量數(Mass)二位數至三位數均有表達，而總豐度(Intensity)值達99.99%的質量數均在50以下。說明從分子篩柱餾出的氬氣峰包含有眾多質量數(Mass)在二位數至三位數的原子、分子。

2.3 重現性實驗

設定氬氣質量數掃描范圍2～50amu,做10個同一氬氣樣品重現性實驗，檢測結果扣除本底，見圖4、表3。

表3 質量選擇檢測器(MSD)分析10個氬氣樣品質量數掃描2～50amu豐度值重現性實驗表

續表3

圖4 MSD分析氬氣質量數掃描2～50amu色-質譜圖

從圖4、表3看出在氬氣質量數2～50amu的掃描，可看出不同質量數的分子、原子分布，通過表3中各個質量數豐度相互比值的重現性計算、歸納統計,相對標準偏差RSD(%)≤ 5%的質量數豐度比值見表4，從表4確定可使用的質量數見表5。

表4 質量選擇檢測器(MSD)分析10個氬氣樣品質量數掃描2～50amu豐度比值重現性實驗表

表5 可使用的質量數

表4說明氬氣可使用的質量數豐度比值：36Ar/20Ar≈0.053、37Ar/20Ar≈0.027、40Ar/20Ar≈19.12、41Ar/20Ar≈10.33、42Ar/20Ar≈0.0053、37Ar/36Ar≈0.51、40Ar/36Ar≈358.94、41Ar/36Ar≈194.14、40Ar/37Ar≈701.28、41Ar/37Ar≈379.068、42Ar/37Ar≈0.19、41Ar/40Ar≈0.54、42Ar/40Ar≈0.00028、42Ar/41Ar≈0.00051。

通過表5可看出單位氬氣內的20Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%。

3 結論

(1) 該方法通過Ni+FID、FPD驗證氬氣含有碳、硫化物信號；

(2)質譜圖和質量數豐度表可呈現氬氣內不同質量數豐度的分子、原子；

(3)單位氬氣內含有20Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%；

(4)分子篩柱餾出的氬氣峰是質量數20Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%為主的含有碳、硫元素的氬氣(Ar)而不是僅有分子量：39.95的純氬氣(Ar)；

(5)氬氣可使用的質量數豐度比值：36Ar/20Ar≈0.053、37Ar/20Ar≈0.027、40Ar/20Ar≈19.12、41Ar/20Ar≈10.33、42Ar/20Ar≈0.0053、37Ar/36Ar≈0.51、40Ar/36Ar≈358.94、41Ar/36Ar≈194.14、40Ar/37Ar≈701.28、41Ar/37Ar≈379.068、42Ar/37Ar≈0.19、41Ar/40Ar≈0.54、42Ar/40Ar≈0.00028、42Ar/41Ar≈0.00051。

[1] 潘旭 . 空氣中“近代標志”峰對氣體色譜分析和碳同位素氣體分析的影響[G]∥第11次全國色譜學術報告會論文集，1997.

A sample analysis of the argon gas carbon, sulphur and mass number abundance value with the ratio.

Panxu

(KeyLaboratoryofPetroleumResourcesResearch,InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences;Lanzhou730000,PRChina)

This method can detect the argon gas carbon and sulphur in the value and the ratio of signal and the mass number abundance, you can also learn the unit in the argon gas distribution of different mass number of molecules, atoms,20Ar≈3.28%；36Ar≈0.17%；37Ar≈0.09%；40Ar≈62.6%；41Ar≈33.84%；42Ar≈0.02%.

argon; gas chromatography(GC); mass detector(MSD); flame ionization detector(FID); flame photometric detector (FPD)

潘旭，男，大學學歷，高級工程師，E-mail：panxu201410@163.com 。

10.3936/j.issn.1001-232x.2015.03.016

2014-10-11