對測定氣體中氧含量分析方法的探討

馬新鳳,王洪宇,張 凱

(濰坊弘潤石化科技有限公司，山東 濰坊)

實驗室常用的氣體氧含量的分析方法有氣相色譜法，便攜式微量氧分析儀，氧探頭測定法，奧氏氣體吸收法。

氣相色譜法是測定氣體中的氧含量最普遍的分析方法，適用范圍廣，大于0.01%含量的氣體都能用氣相色譜法進行檢測，但是對于氣體中氧含量小于1000ppm且含有微量氬氣的樣品，用色譜法分析時，氧和氬氣在MoleSleve 5A色譜柱中是合峰，會影響氧含量的分析，因此不能采用色譜法進行分析，可以用便攜式微量氧分析儀進行檢測。

便攜式微量氧分析儀，適合測定惰性氣體、H2、可燃性碳氫化合物氣體中的微量氧含量，測定范圍0～10/100/1000ppm，氣體中不能含有腐蝕性物質，如硫化氫、氯化氫等；不能含有水、油、雜等。設備操作簡單易學，便于維護，適合實驗室分析和現場分析，是目前普遍采用的一種分析方法。

氧探頭測定法，適用于生產裝置在線檢測，實驗室內或氣瓶間內泄露檢測。

奧氏氣體吸收法，適用于氧含量大于0.1%的氣體，且氣體中不能含有酸性氣體，否則會導致吸收液失效，影響分析數據準確性。操作繁瑣，對操作人員的技能水平要求高，目前很多實驗室已不再采用此法。

下面就對實驗室常用的兩種氣體中氧含量分析方法及影響因素進行闡述。

1 氣相色譜法

1.1 主要儀器及試劑

色譜儀：Themro Fisher Trace1310氣相色譜，手動進樣。

標準氣體：氧氣1.04%，二氧化碳0.984%，一氧化碳1%，氮氣0.998%，甲烷0.986%，氦氣為平衡。

1.2 色譜分析原理

雙通道設計，配制兩個TCD檢測器，兩個十通閥，一個六通閥和兩個預柱(Porapak N色譜柱)安裝在閥箱中，另外兩根填充柱分析柱(MoleSieve 5A)安裝在GC色譜爐箱中。分析永久性氣體：O2,N2,CH4，CO，CO2，H2組成含量。

(1)通道一：載氣為N2，用于分析H2組分。

閥3(V3)：十通閥，實現進樣和反吹功能。

Porapak N色譜柱，預柱，反吹除H2以外的其它組分，防止進入MoleSieve分析柱。

MoleSieve 5A色譜柱，分析柱，分析H2。

(2)通道二：載氣未He，除氫氣以外的其它永久性氣體組分。

閥1(V1)：十通閥，實現進樣和反吹功能。

閥2(V2)：六通隔離閥，隔離功能。

O2,N2,CH4和CO在預柱Porapak N上為合峰，CO2在預柱上與合峰實現分離并經過六通隔離閥(V2)的針閥(NV2)流路直接進入TCD檢測器，O2,N2,CH4和CO合峰經過隔離閥(V2)上連接的MoleSieve色譜柱分離后進入TCD檢測器。色譜通路流程見圖1。

圖1 色譜通路流程

1.3 色譜分析條件

色譜分析條件見表1。

表1 色譜分析條件

1.4 分析譜圖

通道一和通道二譜圖見圖2～圖3。

圖2 通道一譜圖

圖3 通道二譜圖

1.5 定量方法

外標法，用標準氣體標定好校正因子，即可進行分析檢測。

1.6 樣品檢測

通過一次進樣即可將O2,N2,CH4，CO，CO2，H2一次性的檢測出來。進樣前檢查氣體不能含有水、油、雜等。

1.7 注意事項

(1)要定期對色譜柱進行老化處理，消除色譜柱污染而引入的干擾。

(2)設備如果長期處于待機狀態，空氣滲漏到系統中，需要在不進樣的條件下，空白運行3～4次。

(3)如果CH4和CO的分離度變差，需要在200℃條件下老化3～4h。

2 便攜式GPR1200氧分析儀測定法

2．1 儀器

(1)氧氣的測量范圍： 0～10/100/1000ppm。

(2)分辨率：1ppb(在100ppb或1ppm量程)，10ppb(在10ppm量程)。

2．2 測量原理

氧和傳感器內的“特殊燃料”在傳感器電極上反應產生反應電流。該電流在量程范圍內正比于氧含量的大小，并且在傳感器壽命期限內非常穩定直到傳感器損耗完，該過程中勿需任何維護。首先，該反應電流被巧妙設計的電路放大并做信號處理。第二步消除低頻噪聲。第三步通過高頻過濾器補償由于環境溫度變化引起的信號變化，最后再通過壓力補償消除信號失真。從而保證達到量程的±2%的測量精度。

2．3 檢測范圍

惰性氣體、H2、可燃性碳氫化合物氣體中的微量氧含量。所檢驗的氣體中不能含有腐蝕性物質，如硫化氫、氯化氫等；氣體不能含有水、油、雜等。

2．4 氣樣測量步驟

(1)用1/8"不銹鋼管(銅管)接通管路，調節儀器流量計上控制閥，使樣氣流量為2～3SCFH(約1升/分鐘)。

(2)將四通閥置于”BPASS”(旁路)位置，吹掃5分鐘后，再將四通閥置于“SAMPLE”(樣氣)位置，此時氣體通過氧傳感器，儀器自動調節量程，等待讀數基本穩定，即為測量值，單位：ppm或%。

(3)如果所測氣體含氧量較大(超過1000ppm)，最好測完后用高純氮氣吹掃一下，過程同以上測量。把儀器和連接管放進箱子。

(4)測量結束后，拔下與裝置管線連接處，將四通閥置于“BPASS”(旁路)位置，關閉流量調節閥，關閉電源開關。

2．5 注意事項

2．5.1 測量過程中應避免的問題

(1)確信樣氣入口和儀器出口無堵塞，否則會造成高壓或抽真空而毀壞傳感器。

(2)避免樣氣壓力和流量過大，尤其當出氣口不是直接排空時。

(3)確信沒有顆粒、液體、冷凝物進入傳感器，以免堵塞傳感器。

2．5.2 正壓情況下的應用

當樣氣壓力過大時(大于30psig)，在儀器流量控制閥之前最好增加一個壓力調節閥用以將壓力控制在5～30psig范圍。

2．5.3 負壓情況下的應用

當測量非正壓氣體或負壓氣體時，需要增加一個抽氣泵。因為所測的氧含量為ppb、ppm或1%以下，抽氣泵應放到分析儀后面。但注意當抽氣泵負載大于2升/分時，需要增加旁路系統以保證樣氣流過儀器的流量為1～2升/分。

注意：當打開氣泵時，必須先將系統中傳感器氣路之前的流量控制閥(包括儀器上的流量控制閥)全部打開，否則會因為抽真空而毀壞傳感器。

2．5.4 儀器充電

電池指示報警燈閃爍提示及時充電，時間為8～10h。儀器在操作狀態時，不能進行充電。長期不用，需要每半月充電一次。

3 結論

采用氣相色譜法和便攜式氧分析儀者兩種檢查設備，能準確快速的得出分析結果，滿足了工藝過程中對氣體中氧及其它惰性氣體組成的監控要求。