氣相色譜技術在氯堿分析中的應用進展

陳銀紅 吳婷婷 趙彥霞

【摘要】氯氣是電解過程中電解槽陽極側的主要產物，氯氣純度、氯中含氫和含氧指標是中間控制化驗的主要指標，這些指標不僅反映出電解槽的運行情況，而且影響著后續工序的安全運行。氯堿企業大部分使用氣相色譜儀分析氯氣指標，信發華興化工在使用色譜儀一年半多的時間后，色譜基線出現波動故障，已經無法正確進行指標化驗，經對該問題進行分析，在不更換元器件的前提下很好地解決了問題。

【關鍵詞】氯堿生產；色譜儀；故障；排除

氯堿工業是我國重要的化工生產領域，其產品幾乎涉及國民經濟及人民生活的各個領域。在生產過程中，與汞有關的化工產品主要包括燒堿、醋酸和氯乙烯等，汞及其化合物屬于劇毒物質，可在體內積蓄。進入人體的無機汞離子可轉變為毒性更大的有機汞，由食物鏈進入人體，引起全身中毒。

一、氯氣的性質與分析原理

（1）氯氣的性質，氯氣在常溫常壓下是一種黃綠色的氣體，具有毒性和劇烈的刺激性，能刺激呼吸道黏膜發炎，引起氣管炎。氯氣易溶于水、堿液，在常溫及一個大氣壓下，1立方米水能溶解2.5立方米的氯氣。氯氣是一種強氧化性的非金屬，它具有強氧化劑的一般通性，在操作氯氣分析時，一定要佩戴好相關的防護用品，在儀器上置換時應用氫氧化鈉水溶液吸收尾氣，或者安裝萬向抽氣罩，將尾氣排入排風管道。

（2）分析原理。熱導檢測器是基于被分離組分與載氣的熱導率不同進行檢測的。當通過熱導池的氣體組分及濃度發生變化時，會引起熱敏元件溫度及電阻值的變化。經過惠斯通電橋檢測可知，其檢測信號大小和組分濃度成正比。

二、氣相色譜法簡介

（1）氣相色譜的基本原理。GC是一種新的分離、分析技術，一般以惰性氣體作流動相，以表面積大且具有一定活性的吸附劑作為固定相。利用試樣中各組分在色譜柱中的流動相和固定相間的分配系數不同來實現混合物的分離。當汽化后的試樣被載氣帶人色譜柱中時，由于各組分的沸點、極性或吸附性能不同，每種組分都會在流動相和固定相之間形成分配/吸附平衡，由于載氣的流動性，使各組分在運動中反復多次（1O～10。）進行分配/吸附，使得各組分在色譜柱中的運行速度就不同，經過一定的柱長后，在流動相中分配濃度大的組分先流出色譜柱，在固定相中分配濃度大的后流出。組分流出色譜柱后隨即進入檢測器，檢測器將各組分轉換成與該組分濃度大小成正比例的電信號，并在記錄器上描繪出各組分的色譜峰。

（2）氣相色譜的基本構造，氣相色譜儀由以下五大系統組成：氣路系統、進樣系統、分離系統、溫控系統、檢測記錄系統。組分能否分開，關鍵在于色譜柱；分離后組分能否鑒定出來則在于檢測器，所以分離系統和檢測系統是儀器的核心。

（3）氣相色譜的特點。①高靈敏度：可檢出10-10g的物質，可作超純氣體、高分子單體的痕跡量雜質分析和空氣中微量毒物的分析。②高選擇性：可有效地分離性質極為相近的各種同分異構體和各種同位素。③高效能：可把組分復雜的樣品分離成單組分。④速度快：一般分析只需幾分鐘即可完成，有利于指導和控制生產。⑤應用范圍廣：即可分析低含量的氣、液體，亦可分析高含量的氣、液體，可不受組分含量的限制。⑥所需試樣量少：一般氣體樣用幾毫升，液體樣用幾微升或幾十微升。⑦設備和操作比較簡單儀器價格便宜。

（4）氣相色譜的應用范圍。氣相色譜在石化分析、聚合物分析、物理化學研究、醫藥分析、食品分析、環境分析方面有著廣泛的應用，GC技術可應用于大氣污染分析（有毒有害氣體、硫化物、氮氧化物等）、飲用水分析（多環芳烴、農藥殘留、有機溶劑等）、水資源（包括淡水、海水和廢水中的有機污染物）、土壤分析（有機污染物）、固體廢棄物分析等。

三、氣相色譜儀特點

離子膜法燒堿電解工藝的原理是：

陽極側生產氯氣，陰極側生產氫氣和液堿。根據指標要求：氯氣純度I>98.5%（體積分數，下同），氯中含氫體積分數≤0.1%，含氧體積分數≤1.0%。信發華興化工由美國引進了氣相色譜儀，主要用來分析氯氣中氫含量和氧含量及合成爐點爐時的微量氫和氧等，具有檢測速度快、數據準確等特點。氯氣具有較強的氧化性和腐蝕性，不適合長時間進入色譜TCD檢測器，否則會造成TCD熱絲的加速消耗，降低TCD的使用壽命。目前，普遍采用十通閥反吹的辦法消除氯氣進入TCD檢測器。2013年色譜廠家工程師來調試時，將十通閥反吹時間定在了4.25 min。2015年10月底，色譜基線出現了很大波動，已嚴重影響了數據分析。

四、電感耦合高頻等離子體法測定汞

電感耦合等離子體原理是在炬管的切向方向引入高速氬氣，氬氣在炬管的外層形成高速旋流，通過類似真空檢漏儀的裝置產生的高頻電火花使氬氣電離出少量電子，形成一個沿炬管切線方向的電流。因為炬管放置在高頻線圈內，通過高頻發生器產生的高頻振蕩通過炬管線圈耦合到已被電離出少量電子的氬氣上，使氬氣中的這部分電子加速運動，撞擊其他電子產生電離，形成雪崩效應，最終靠高頻發生器連續提供能量，即可形成一個穩定的等離子體火焰電感耦合等離子體是由高頻電流經感應線圈產生高頻電磁場，使工作氣體形成等離子體，并呈現火焰。用電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP—AES）測定汞時，由于其靈敏度不高，費用也比較高，因此我們一般不采用該方法進行測定。

環境樣品中汞的含量低，要區分其不同形態，從而選擇靈敏度高、選擇性好的分析方法，并且在取樣和測定過程中不改變原有形態，不造成玷污或損失。

參考文獻

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