模塊化FTIR測定FCV用氫氣痕量雜質

袁 蕙, 劉 丹, 徐廣通

中石化石油化工科學研究院有限公司, 北京 100083

引 言

近年國際國內相繼對FCV用氫氣的純度和雜質限值建立了相關標準[7](見表1), 要求基本一致, 其中最新2019版ISO 14687： 2019對甲醛和烴的規定稍有不同。 HCOOH、 CO、 CO2、 NH3等雜質的含量限值均在μmol·mol-1痕量級別, 硫化物、 HCHO等甚至達到nmol·mol-1超痕量級別。 由于國內FCV產業與日本、 歐美相比起步較晚, 對于氫氣質量和檢測方法的研究都嚴重不足, 國標(GB/T 37244-2018)所列檢測方法基本來自國內工業(高純)氫領域、 高純氣領域、 天然氣領域及大氣環境監測領域[7-9](見表1), 不僅需要多臺儀器且操作繁瑣、 引入誤差較多。 因此建立一套具有先進性、 準確性、 實用性的多雜質分析方法是十分必要的[3]。 但痕量物種對分析檢測技術要求很高, 因此國內未見成套方法的實際應用報道。

表1 各標準對FCV氫氣關鍵氣體雜質限量要求及推薦分析方法

傅里葉變換紅外光譜分析(FTIR)是基于光相干性原理, 對紅外光進行干涉調制與傅里葉變換而獲取氣體特征吸收光譜, 通過建立標準氣體的定性定量模型, 可實現對多組分氣體的同時監測, 具備可測量譜帶寬, 光譜分辨率高、 信噪比高、 掃描速度快等特點。 傅里葉變換紅外光譜(FTIR)能夠實現樣品氣無需前處理, 直接進樣, 并同時測定多種雜質, 適用于多場景分析。 GB/T 37244-2018參照ASTM D7653-18[10]分析FCV中的HCOOH, 但標準中僅有關于FTIR的方法性概述, 而國內外研究也未見各痕量雜質具體定性依據、 定量標準曲線、 重復性等實驗數據的報道。 本文系統闡述FTIR測定……