一次進樣分析氧氣中碳、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)

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一次進樣分析氧氣中碳、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)

摘要：建立了一次進樣分析氧氣中的碳、硫化物信號和質量數豐度值與比值的方法，并可獲知單位氧氣內不同質量數的分子、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%。

關鍵詞：氧氣氣相色譜(GC)質量檢測器(MSD)火焰電離檢測器(FID)火焰光度檢測器(FPD)

在前期的實驗方法〔1〕中對氬氣進行了研究探討，那么氧氣在該方法上有何表現，本實驗對氧氣使用該方法進行了研究。

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: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：0.1mL; 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：

鋼瓶氧(99.9%)

2結果與討論

圖1　GC-MSD-Ni+FID-FPD同時分析氧氣色譜圖

2.1按上述設備條件,注入0.1mL鋼瓶氧,實驗結果見圖1.從圖1 MSD離子流圖可看出主要成分為氧氣(O2)，還有一點氮氣(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。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氧氣內質量數分布

氧氣內的質量數分布:設定掃描范圍2～1000 amu,檢測結果扣除本底，見圖2、表1。

圖2　 MSD分析氧氣質量數掃描2～1000amu色-質譜圖

質量數 豐度%質量數 豐度%質量數 豐度%質量數 豐度%質量數 豐度%169401970.548117960124179020555049010020121090.0182254701251910207322049520274923083645501266329020943605081303215197504687.5984339012776190214315052530403318116940910.478620830128404000.02215123305634700348280480.4887196201296003021613400566263035937460.058832990130348602173030575320036417208981340131102193810582372038255091346101323740220303058310404948070.299230901372630221305932610413044500.18959730139134302268840599312044408700.029640701404750227462061026104755609823200141499902286460613351048447390.0399218801425678023042307181004984501003779014449023329307233670502205010140400149127002374880730114051210801026218015097120.0123937507343010582269010320370151150240.012434807541780

續表1

從圖2、表1可看出氧氣的質量數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210以下。說明從分子篩柱餾出的氧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

設定氧氣質量數掃描范圍2～210amu,做10個同一氧氣樣品重現性實驗，檢測結果扣除本底，見圖3、表2、表3、表4。

圖3　MSD分析氧氣質量數掃描2～210amu色-質譜圖

質里數12345678910平均值標準偏差相對標準偏差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

續表2

從圖3、表2看出在氧氣質量數2～210amu的掃描，可看出不同質量數的分子、原子分布，通過表2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3，從表3確定可使用的質量數見表4。

表3　質量選擇檢測器(MSD)分析10個氧氣樣品質量數掃描2～210amu豐度比值重現性實驗表

表3說明氧氣可使用的質量數豐度比值有19個：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，同時列出氧氣內可使用的質量數見表4。

表4　氧 氣 內 可 使 用 的 質 量 數

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

3結論

(1)該方法通過Ni+FID、FPD驗證氧氣含有碳、硫化物信號。

(2)質譜圖和質量數豐度表可呈現氧氣內不同質量數豐度的分子、原子。

(3)單位氧氣內含有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量數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)氧氣可使用的質量數豐度比值：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

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