高纯氢气中杂质检测方案(气相色谱仪)

SSL-CA22-250Excellence in Science Excellence in ScienceSYS-GC-013 岛津企业管理(中国)有限公司-分析中心Shimadzu (China) Co.， LTD.- Analytical Applications CenterTel：86(21)34193996Email： sshzyan@shimadzu.com.cnhttp：//www.shimadzu.com.cn 气相色谱(BID检测器)测定高纯氢气中杂质 SYS-GC-013 摘要：本文利用岛津 GC-2010 Pro气相色谱仪，结合高灵敏度、通用型 BID 检测器建立了分析高纯氢气中杂质的方法。该方法采用带隔垫吹扫的六通阀进样，分析高纯氢气中微量02、N2、CH4、CO、CO2，具有灵敏度高、稳定性强的特点。使用 BID 检测器方法检出限<0.5 ppm；重复性好，RSD%≤1.0%；使用在线开关阀，连接好标气或者催化反应气，设定方法后，可实现无人值守，快速分析。 关键词：气相色谱仪BID高纯氢气 高纯氢气是指纯度等于或高于99.999%的氢气，高纯氢气的应用非常广泛，可用于电子工业、精细化工、医药中间体、冶金、食品加工、建材浮法玻璃、航天等领域。 氢气的来源较广，在工业上，可通过烃类蒸气转化法、烃类部分氧化法、煤气化法、甲醇裂解和氨裂解法、水分解法以及副产氢气提纯等方法，不同的来源和工艺路线会使高纯氢产品中含量一定量的微量杂质，如、N2、CH4、CO、COz等，这些杂质的存在对产品品质、后续工艺都会存在负面影响，如在PSA工艺中，氢气的 CO、CO，含量超标会引起聚丙烯、聚乙烯装置反应中止，从而导致装置停车，若CHOH、H，O超标，会引起反应气内静电波动，使得聚合反应产物结块，严重时可能发生爆聚。因此 GB/T 3634.2- 实验部分 2011《氢气第2部分：纯氢、高纯氢和超纯氢》对高纯氢气中杂质含量做了比较严格的规定。 按 GB/T 3634.2-2011的要求，高纯氢气中0N2、CH4、cO、CO，的指标均在5 ppm 或 5 ppm以下，对于常规的 TCD检测器，显然很难满足分析需求。岛津特有的 BID 检测器(质质阻挡放电等离子体检测器)主要通过介质阻挡放电产生的氦等离子体进行电离(离子化)，可以离子化并测定除 Ne 和载气 He 外的全部化合物，是一种灵敏度极高的通用型检测器。对于有机化合物， BID 检测器的灵敏度是 FID 的两倍以上，对于无机气体， BID检测器的灵敏度是 TCD 的几十倍以上。 本文采用岛津 GC-2010 Pro 系统气相，结合BID检测器，建立了针对高纯氢气中杂质分析的系统，具有灵敏度高，重复性好的特点。 1.1仪器 岛津 GC-2010 Pro 气相色谱仪 (BID检测器) 1.2催化反应装置 本系统由一个PB阀，两个六通阀，三根色谱分析柱，一个 BID检测器组成。同时配置在线开关阀(P.BValve)，耐压0-0.9 mPa，可设置批处理，，p可自动连续进样，快速完成标准曲制作。 连接好标准钢瓶气(标气)后，打开PB阀，样品进入定量环，充分冲洗后，关闭PB阀。依次打开阀2，阀1，通过切换阀进样，载气把定量环中的样品带到分析柱分离，02、N2、CH4、CO在5A色谱柱上分离， COz在Q-Plot色谱柱上分离，由BID 检出。最后将六通阀复位。各组分出峰谱图如下图1所示。 一 1.3分析条件 SPL 分流比：3：0， 3：0 样品前处理 2.1标准品的制备 标准气体由大连大特气体有限公司提供。标气组分浓度分别如表1。 表1 高纯氢气中各组分含量表(uL/L) 序号 组分 浓度 序号 组分 浓度 1 02 49.4 4 CO 5.16 2 N2 1.96 5 CO2 5.2 3 CH， 4.92 6 H2 平衡 2.2样品制备 标准钢瓶气通过专用减压阀后，通过1/16不锈钢管与PB 阀连接，置换管路中残留气体后进样分析。 结果与讨论 3.1标气的色谱图 待测标准气体钢瓶连接好后置换管路和定量环，按照上述条件分析，02、N2、CH4、CO、CO，在 BID检测器上依次出峰。样品组分及出峰保留时间如表2所示。谱图如图1。 图1 高纯氦气中各组分的色谱图 表2 高纯氦气中各组分名称、CAS号以及保留时间 No. 组分名称 CAS 保留时间(min) 1 7782-44-7 1.411 2 N2 7727-37-9 2.412 3 CH 74-82-8 3.180 4 CO 630-08-0 8.291 5 CO， 128231-55-0 11.253 3.2实验重复性和检出限 标样连续进样3次，考察仪器的重复性。实验测定结果见表3。根据标准品数据，计算气体组分的检出限(S/N=3)，如表3所示。 3高纯氦气中各组分的峰面积重复性 RSD% (n=3)及检出限(uL/L) No. 组分名称 面积RSD% 检出限 1 02 0.506 0.13 2 N2 0.384 0.16 3 CH 0.468 0.05 4 CO 0.732 0.20 5 CO， 1.20 0.35 结论 本文利用岛津 GC-2010 Pro机型，结合BID检测器，实现对高纯氢气中微量02、N2、CH4、CO、COz含量的分析，和常规的 TCD+FID 多阀多柱系统相比，几个指标在一个检测器上实现检测，降低了设备成本和操作维护难度，同时具有配置简单、灵敏度高、重复性好的特点。 岛津应用云 本文利用岛津GC-2010 Pro机型，结合BID检测器，实现对高纯氢气中微量O2、N2、CH4、CO、CO2含量的分析，和常规的TCD+FID多阀多柱系统相比，几个指标在一个检测器上实现检测，降低了设备成本和操作维护难度，同时具有配置简单、灵敏度高、重复性好的特点。