氣質聯用儀在六氟化硫雜質痕量分析中的應用

于 洋，任 越

(中昊光明化工研究設計院有限公司，遼寧 大連 116031)

1 前 言

伴隨氣體生產行業和應用技術的持續發展，行業對氣體中痕量雜質的分析方法和檢測儀器的性能也提出更高要求[1]。客戶對氣體純度的要求越來越高，對氣體的組成需求越來越復雜，傳統的氣體檢測方法已經難以為痕量雜質(10-9級)、復雜組分的檢測提供有利條件[2]。

近年來，氣質聯用技術快速發展，已被廣泛應用于化工、醫藥、材料科學等領域。其優點包括靈敏度高、樣品消耗量少、分析速度快、分離和鑒定可同時進行。以空氣中的六氟化硫雜質為例，若采用熱導檢測器分析樣品，濃度最低可檢測到10×10-6，若采用氦離子化檢測器分析，濃度最低可檢測到10×10-9，由于其采用的是PQ色譜柱，因此六氟化硫的檢測限隨二氧化碳、氧化亞氮以及出峰時間相近的雜質濃度增加而降低，滿足不了痕量分析技術的要求。但采用氣質聯用分析技術，就可避免其它雜質的干擾，適合常規氣體中痕量雜質的分析[3]。

2 原 理

氣質聯用技術是氣相色譜儀和質譜儀通過恰當接口相連，憑借計算機輔助共同完成樣品聯用分析的技術。它既具有氣相色譜法的高分離效率、簡便的定量分析特點，又具備質譜法的高靈敏度、強的定性能力。色譜儀視為質譜儀的理想進樣器，可為后者提供高純物質。質譜儀充當色譜儀的檢測器，高靈敏度的檢測能力幾乎可檢測所有化合物。

氣體樣品被色譜柱分離后，其內各種雜質以一定順序進入質譜儀的離子源并被轟擊成離子，離子經過質量分析器、檢測器后以質譜信號形式輸入計算機。樣品經色譜柱不斷流入離子源，離子從離子源不斷進入分析器而獲得質譜。計算機將每個質譜的所有離子強度相加得到總離子強度，總離子強度隨時間變化的曲線就是總離子色譜圖，該圖可看作是質譜作為檢測器的色譜圖。

質譜儀掃描形式包括全掃描模式(SCAN)和選擇離子監測(SIM)模式，全掃描模式可對指定質量范圍內的離子全部掃描并獲得質譜圖，它可以提供未知物的分子量和結構信息。選擇離子監測模式只對特定離子檢測，而對其它離子不做記錄，主要用于定量分析，不能對未知物定性，但其可以避免主體和其它組分的干擾，因此其檢測靈敏度更高。氣體中痕量六氟化硫雜質的分析則采用氣質聯用技術的SIM模式。

3 氮氣中痕量六氟化硫雜質分析

由于單位現有氦離子化分析儀靈敏度不夠，因此采用氣質聯用儀對氣體中痕量六氟化硫進行分析。分別從儀器的線性范圍、最小的檢測濃度、數據的重復性三個方面考察儀器的性能，考察儀器分析六氟化硫的可行性。

3.1 實驗儀器及條件

實驗儀器是日本島津GC-MS QP2010氣質聯用儀。載氣是經過純化后的超純氦氣，其載氣流速為6 L/min。進樣方式為氣體六通閥進樣，進樣量的分流比為15。儀器的色譜柱采用RTX-1，色譜柱溫度為100℃，儀器的掃描模式選擇離子監測模式，離子源、接口溫度均為200℃，六氟化硫的特征質量數選擇89、127，檢測器電壓設置為1.00 kV。分析氣體是采用重量法配制不同濃度的氮氣中六氟化硫標準氣體，其鋼瓶號和對應的濃度如表1所示。

表1 氮中六氟化硫標準氣

3.2 分析數據的重復性

按上述的設置條件，對每一瓶氣體連續進樣5次，考察數據的重復性，其質譜圖如圖1所示。

圖1 不同濃度六氟化硫的質譜圖

表2為不同濃度氦中六氟化硫標準氣的峰面積值，從表2可以看出每個濃度連續5次進樣的峰面積數值波動不大，4組面積相對標準偏差均小于1%，表明數據重復性非常好，連續進樣兩次即可滿足測試要求。

表2 氮中六氟化硫標準氣的重復性

3.3 線性范圍測試

考察質譜檢測器的線性范圍，因此配制不同濃度的氮中六氟化硫標準氣體，對其濃度和響應值的線性進行了考察,如圖2所示。

圖2的線性公式的3個點濃度分別是52.1×10-9、501×10-9、5.00×10-6，由圖2可以看出其線性相關系數R2為1，表明線性很好。表3給出實際值和理論值的對比，可以看出理論值和真實值的相對誤差在接受范圍之內，可以用任意濃度作為標準去定值1000倍以內的雜質濃度。

圖2 線性公式

表3 理論值和真實值

3.4 儀器檢測限

將濃度為52.1×10-9的標準氣通過氣質聯用儀分析，其譜圖如圖3所示，儀器的噪音取其3倍噪音峰高，根據標準氣的濃度和峰高計算出理論的檢測限1.15×10-9，說明采用氣質聯用儀滿足高純氣體中六氟化硫含量的測定要求。

圖3 標準氣譜圖和儀器噪音

4 結 論

1.氣質聯用分析儀樣品時其數據重復性好,數據線性范圍寬，符合線性要求。

2.氣質聯用技術可特定分析某一種雜質，祛除主體和氣體雜質的干擾。

3.氣質聯用儀滿足高純氣體中雜質痕量分析技術的要求，檢測限低，理想狀態下可達到1×10-9。